Σύνθεση φωτοκαταλυτών για τη διάσπαση του αντιβιοτικού SMX σε υδατικά διαλύματα

Abstract

Η ραγδαία αύξηση του ρυθμού κατανάλωσης φαρμακευτικών σκευασμάτων, και ιδίως αντιβιοτικών, έχει ως συνέπεια την συνεχόμενη απόρριψη των ουσιών αυτών στο περιβάλλον. Η κατάληξή τους σε διάφορες υδατικές μήτρες, όπως τα επιφανειακά και υπόγεια νερά, εντείνει την παγκόσμια ανησυχία για τις επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία και αυξάνει το επιστημονικό ενδιαφέρον για την ανακάλυψη μεθόδων αποτελεσματικών για την απομάκρυνσή τους. Οι προηγμένες διεργασίες οξείδωσης (advanced oxidation processes, AOPs) αποτελούν μια σειρά από καινοτόμες διεργασίες, οι οποίες είναι φιλικές προς το περιβάλλον. Η εφαρμογή τους τις τελευταίες δεκαετίες στην επεξεργασία νερού και υγρών αποβλήτων εμφανίζει επιτυχή αποτελέσματα, τόσο στη διάσπαση βλαβερών και τοξικών ουσιών όσο και στην απομάκρυνση φαρμακευτικών σκευασμάτων. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται η εφαρμογή μιας από τις πιο δημοφιλείς προηγμένες διεργασίες οξείδωσης, της φωτοκατάλυσης, για την απομάκρυνση του αντιβιοτικού σουλφαμεθοξαζόλης (SMX) σε υδατικά διαλύματα. Ως φωτοκαταλυτικό μέσο χρησιμοποιήθηκε ο ημιαγωγός TiO2 και μια σειρά από εμπλουτισμένους φωτοκαταλύτες που παρασκευάστηκαν γι’ αυτό το σκοπό. Οι καταλύτες παρασκευάστηκαν με την υδροθερμική μέθοδο κι είχαν ως βάση μια πρόδρομη ένωση του TiO2. Οι προσμίξεις που περιείχαν ήταν βόριο (Β – TiO2), άργυρος (Ag – TiO2), καθώς και ο συνδυασμός τους (Β – Ag – TiO2 ). Σκοπός των πειραμάτων ήταν η μελέτη της απόδοσης των συνθετικών φωτοκαταλυτών για τη διάσπαση του SMX, καθώς και η σύγκριση των αποτελεσμάτων με τον εμπορικά διαθέσιμο καταλύτη Degussa P25. Η σύνθεση των φωτοκαταλυτών στόχευε, επίσης, στην απορρόφηση ακτινοβολίας και ενεργοποίησή τους, τόσο στο υπεριώδες όσο και στο ορατό φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Από τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν προέκυψε ότι το SMX είναι μια αρκετά σταθερή ουσία, η οποία δεν διασπάται εύκολα. Η εν λόγω ουσία δεν φωτολύεται στο ορατό, ενώ υπό την επίδραση προσομοιωμένης ηλιακής ακτινοβολίας εμφανίζει διάσπαση περίπου 50% μετά την πάροδο τριών ωρών ακτινοβόλησης. Στο σύνολο των φωτοκαταλυτών που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα, ο Degussa P25 είχε τα καλύτερα αποτελέσματα απομάκρυνσης του SMX, επιτυγχάνοντας υπό την επίδραση προσομοιωμένης ηλιακής ακτινοβολίας πλήρη απομάκρυνση της ουσίας σε 60 λεπτά και υπό την επίδραση ορατού φωτός απομάκρυνση της τάξης του 80% σε διάρκεια τεσσάρων ωρών. Από τους συνθετικούς φωτοκαταλύτες καλύτερος αποδείχτηκε εκείνος που ενισχύθηκε με βόριο σε ποσοστό 5%, τόσο υπό την επίδραση προσομοιωμένης ηλιακής ακτινοβολίας όσο και υπό την επίδραση ορατής ακτινοβολίας, συντελώντας στη διάσπαση της φαρμακευτικής ουσίας κατά περίπου 70% και 40%, αντίστοιχα . Ως κατακλείδα, όλοι οι φωτοκαταλύτες εμφάνισαν δραστικότητα ως προς την απομάκρυνση του SMX, τόσο υπό την επίδραση προσομοιωμένης ηλιακής ακτινοβολίας όσο και υπό την επίδραση ορατής ακτινοβολίας. Τα αποτελέσματα είναι ενδιαφέροντα, ωστόσο το όλο θέμα χρήζει περαιτέρω διερεύνησης για τη βελτιστοποίηση της σύνθεσης των φωτοκαταλυτών.