fa حذف فوتوکاتالیستی آنتی بیوتیک مترونیدازول، با استفاده از نانوکاتالیست مغناطیسی TiO2 (Fe3O4@SiO2@TiO2) : سنتز، تعیین مشخصات، و پارامتر های بهره برداری بهداشت محیط زیست Environmental Health پژوهشي-کامل Research(Original) <span style="letter-spacing:-.1pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b koodak;">سابقه</span></span></span><span style="letter-spacing:-.1pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b koodak;"> و هدف:</span></span></span> <span style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">فرایند فوتوکاتالیستی با استفاده از </span></span></span><span dir="LTR" style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">TiO₂</span></span></span><span style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">، یک روش شناخته شده برای حذف آلاینده</span></span></span><span style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="font-family:b zar;">‌</span></span><span style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">‌های </span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">آب است. اما اندازه کوچک ذرات </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">TiO₂</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> و در نتیجه مشکل جداسازی آن بعد از تصفیه، مانع تجاری سازی آن می</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">گردد. هدف از این مطالعه سنتز نانوذرات مغناطیسی </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> و </span></span><span style="font-family:b zar;">بررسی</span> <span style="font-family:b zar;">کارایی</span><span style="font-family:b zar;"> آن در</span> <span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">حذف آنتی</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">بیوتیک مترونیدازول </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">(MNZ)</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> از محلول</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span> <span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">های آبی می</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">باشد.</span></span><br> <span style="letter-spacing:-.1pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b koodak;">مواد و روش</span></span></span><span style="letter-spacing:-.1pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">‌</span></span></span><span style="letter-spacing:-.1pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b koodak;">ها:</span></span></span> <span style="letter-spacing:-.1pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">در این مطالعه کاربردی،</span></span></span> <span style="letter-spacing:-.1pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">پس از</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> سنتز نانو ذرات به روش سل- ژل، ویژگی</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">های آن از طریق آنالیزهای </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">SEM</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">، </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">XRD</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">، </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">VSM</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> و </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">BET</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> تعیین گردید. تأثیر پارامترهای بهره‌ برداری شامل دوز کاتالیست، </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">pH</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> و غلظت اولیه مترونیدازول بر راندمان حذف،آزمایش و درجه واکنش و سینتیک حذف، به همراه قابلیت بازیابی کاتالیست در فاز بهینه مورد بررسی قرار گرفت. در انتها، مقایسه بین روش</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">های جذب، فوتولیز مستقیم، کاربرد کاتالیست تجاری </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">Degussa P25TiO₂</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> و کاتالیست </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> انجام گرفت</span></span> <span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">و نتایج مورد مقایسه قرار گرفت</span></span><span style="font-family:b zar;">.</span><br> <span style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b koodak;">یافته</span></span></span><span style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">‌</span></span></span><span style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b koodak;">ها:</span></span></span> <span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">نتایج آنالیزها نشان داد کاتالیست سنتز شده ویژگی</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span> <span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">های سوپر پارامغناطیسی خوبی از خود نشان می‌دهد. شرایط بهینه برای حذف مترونیدازول در دوز کاتالیست برابر با </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">g/L</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> 5/1، 8=</span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">pH</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> و غلظت اولیه </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">MNZ</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> برابر با </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">mg/L</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> 40 در زمان 180 دقیقه تابش </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">UV</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">، به دست آمد. مطالعات سینتیکی نشان داد حذف فوتوکاتالیستی </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">MNZ</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> از واکنش شبه درجه اول (9912/0=</span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">R²</span></span></span> <span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">) و مدل لانگمویر- هینشلوود (9997/0= </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">R²</span></span></span> <span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">) پیروی می</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">کند.</span></span><br> <span style="letter-spacing:-.2pt;"><span style="color:black;"><span style="font-family:b koodak;">استنتاج:</span></span></span> <span style="font-family:b zar;">با توجه به نتایج به‌دست‌آمده</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">، نانوذرات </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> به اندازه کاتالیست تجاری </span></span><br> <span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">Degussa P25 TiO₂</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> در حذف آنتی‌بیوتیک مترونیدازول مؤثر می</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">باشد (05/0 </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">></span></span></span> <span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">p</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">) و با درنظر گرفتن سادگی جداسازی آن در یک میدان مغناطیسی خارجی و قابلیت استفاده مجدد از آن، نانوذرات </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> می</span></span><span style="font-family:b zar;">‌</span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;">‌تواند به عنوان جایگزین مناسبی برای </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">TiO₂</span></span></span> <span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">P25</span></span></span> <span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:10.0pt;">Degussa</span></span></span><span style="color:black;"><span style="font-family:b zar;"> مورد توجه قرار گیرد</span></span><span style="font-family:b zar;">.</span><br> &nbsp; <strong>Background and purpose:</strong> Photocatalysis process with TiO₂ is a well-known method for removal of pollutants from water. However, the small particle size of TiO₂, and therefore difficulty in its separation after treatment impede its commercialization. The aim of this study was to synthetize the Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ magnetic nanoparticles (NPs) and evaluation of its efficiency in removal of metronidazole (MNZ) from aqueous solutions.<br> <strong>Materials and methods: </strong>The NPs were synthetized via sol-gel method, and characterized using SEM, XRD, VSM, and BET analysis. Then, the effect of operational parameters, including catalyst dosage, pH, and initial concentration of MNZ on removal efficiency were examined. The order of reaction and kinetic model, as well as the reusability potential of the catalyst were all investigated in the optimum run. Finally, comparison was made between the adsorption, direct photolysis, application of commercial Degussa P25 TiO₂(p25), and Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂NPs.<br> <strong>Results: </strong>The so-synthesized catalyst showed good superparamagnetic properties. The optimum conditions for the MNZ removal were pH=8, the catalyst dosage=1.5 g/L, and initial concentration of MNZ=40 mg/L under 180 min UV irradiation time. The kinetic study revealed that the photocatalytic degradation of MNZ followed the pseudo- first order (R²= 0.9912) and the Langmuir-Hinshelwood model (R²= 0.9976).<br> <strong>Conclusion: </strong>According to the results, the Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ NPs were almost as effective as commercial catalyst Degussa P25 TiO₂ in removal of MNZ (P> 0.05). Due to the simple separation with external magnetic field and reusability potential, Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂ NPs can be considered as a suitable alternative for Degussa P25 TiO₂.<br> &nbsp; فوتوکاتالیز, دی اکسید تیتانیوم, نانو ذرات مغناطیسی, مترونیدازول photocatalysis, titanium dioxide, magnetic nanoparticles, Metronidazole 97 115 http://jmums.mazums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-8351-1&slc_lang=fa&sid=1 Ali Esrafili علی اسرافیلی 100319475328460089773 100319475328460089773 No Associate Professor, Research Center for Environmental Health Technology, School of Public Health, Iran University of Medical Sciences, Tehran, Iran دانشیار، مرکز تحقیقات تکنولوژی بهداش محیط، دانشگاه نلوم پزشکی ایران، تهران، ایران Saeedeh Khosravi سعیده خسروی saeedeh.khosravi.9@gmail.com 100319475328460089774 100319475328460089774 Yes MSc Student in Environmental Health Engineering, School of Public Health, Iran University of Medical Sciences, Tehran, Iran دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بهداش محیط، گروه مهندسی بهداش محیط، دانشکده بهداش ، دانشگاه نلوم پزشکی ایران، تهران، ایران Mitra Gholami میترا غلامی 100319475328460089775 100319475328460089775 No Professor, Research Center for Environmental Health Technology, Iran University of Medical Sciences, Tehran, Iran استاد، مرکز تحقیقات تکنولوژی بهداش محیط، دانشگاه نلوم پزشکی ایران، تهران، ایران Mahdi Farzadkia مهدی فرزادکیا 100319475328460089776 100319475328460089776 No Professor, Research Center for Environmental Health Technology, Iran University of Medical Sciences, Tehran, Iran استاد، مرکز تحقیقات تکنولوژی بهداش محیط، دانشگاه نلوم پزشکی ایران، تهران، ایران Ghadir Abdorahimi قدیر عبدالرحیمی 100319475328460089777 100319475328460089777 No MSc Student in Environmental Health Engineering, School of Public Health, Iran University of Medical Sciences, Tehran, Iran دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بهداش محیط، گروه مهندسی بهداش محیط، دانشکده بهداش ، دانشگاه نلوم پزشکی ایران، تهران، ایران