Oxidarea fotocatalitică eterogenă cu dioxid de titan a antibioticelor și antiinflamatoarelor din soluții apoase [Articol]

Abstract

În ultimii ani, problema poluării surselor de apă cu diferite preparate farmaceutice și metaboliții acestora a devenit actuală în întreaga lume. În prezent soluția la problema îndepărtării complete a reziduurilor de substanțe farmaceutice și a altor substanțe din apele reziduale este asociată cu utilizarea proceselor oxidative avansate (AOPs). În lucrarea dată au fost studiate modele cinetice de fotooxidare/mineralizare eterogenă a unor antibiotice și antinflamatoare și a amestecului de medicamente (amoxocilină (AMX), cefalexină (CLX), diclofenac de sodiu (DCF)) la iradierea cu raze UV în prezența dioxidului de titan. Procesul de oxidare a fost studiat prin metode spectrofotometrice după variația concentrației substanțelor medicamentoase (SM) individuale, cât și după concentrația totală a substanțelor organice prin determinarea valorilor CCOCr. A fost studiată degradarea SM în procesul oxidării fotocatalitice eterogene în diferite sisteme model (SM/TiO2/UV, SM/TiO2/H2O2/UV) și transformarea substraturilor în compuși mai simpli, în funcție de diferiți parametri și anume: concentrația peroxidului de hidrogen și a catalizatorilor, temperatură, timpul de reacție și valoarea pH-ului. Ca urmare a studiilor experimentale, condițiile de oxidare au fost optimizate în funcție de concentrația H2O2, TiO2 și lungimea de undă a radiației UV pentru fotocataliza eterogenă. În procesul de fotooxidare/mineralizare eterogenă a SM au fost determinate concentrațiile optime de TiO2, în prezența și absența peroxidului de hidrogen, stabilindu-se astfel, raporturile optime dintre oxidant și catalizatorilor. S-a constatat, ca viteza de fotooxidare eterogenă, constantele de viteză si gradul de degradare/mineralizare a AMX și DCF sunt mai înalte comparativ cu a CLX, ceia ce este determinat de structura lor chimică, în special, structura inelului benzenic. AMX și DCF conține în structura inelului benzenic substituenti de ordinul 1, care duc la marirea densitatii electronice si la marirea reactivitatii substratului, astfel ca rezultat se mareste viteza de oxidare si degradare a acestor poluanți.

In recent years, the problem of pollution of water sources with various pharmaceutical preparations and their metabolites has become topical around the world. Currently the solution to the problem of complete removal of residues of pharmaceutical substances and other substances from wastewater is associated with the use of advanced oxidative processes (AOPs). In the given work, kinetic models of heterogeneous photooxidation/mineralization of some antibiotics and anti-inflammatory drugs and the mixture of drugs (amoxocillin (AMX), cephalexin (CLX), diclofenac sodium (DCF)) were studied under UV irradiation in the presence of carbon dioxide titanium. The oxidation process was studied by spectrophotometric methods after the variation of the concentration of individual medicinal substances (MS), as well as after the total concentration of organic substances by determining the CCOCr values. The degradation of SM in the process of heterogeneous photocatalytic oxidation in different model systems (SM/TiO2/UV, SM/TiO2/H2O2/UV) and the transformation of substrates into simpler compounds was studied, depending on different parameters, namely: hydrogen peroxide concentration and of catalysts, temperature, reaction time and pH value. As a result of the experimental studies, the oxidation conditions were optimized according to the concentration of H2O2, TiO2 and the wavelength of UV radiation for heterogeneous photocatalysis. In the photooxidation/heterogeneous mineralization process of SM, the optimal concentrations of TiO2 were determined, in the presence and absence of hydrogen peroxide, thus establishing the optimal ratios between the oxidant and the catalysts. It was found that the rate of heterogeneous photooxidation, the rate constants and the degree of degradation/mineralization of AMX and DCF are higher compared to CLX, which is determined by their chemical structure, in particular, the structure of the benzene ring. AMX and DCF contain 1st-order substituents in the structure of the benzene ring, which lead to an increase in electron density and an increase in substrate reactivity, thus increasing the rate of oxidation and degradation of these pollutants.