Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Quá trình phân hủy quang của Ibuprofen trong dung dịch nước
Tóm tắt
Việc xử lý nâng cao các dòng nước thải ô nhiễm chứa các hợp chất dược phẩm là một vấn đề lớn, vì ngày càng nhiều nước thải từ các phòng thí nghiệm dược phẩm và nước thải chứa các chất thải của những con người và động vật được điều trị y tế được xả vào các nhà máy xử lý nước thải thông thường mà không qua các biện pháp xử lý hiệu quả trước đó. Ibuprofen là một loại thuốc chống viêm không steroid (NSAID) được sử dụng rộng rãi, điều này giải thích tại sao nó thường có mặt trong nước thải. Trong bài báo này, quá trình loại bỏ IBP từ các dòng nước mô phỏng đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng một thiết bị thí nghiệm quy mô phòng thí nghiệm, bao gồm một phản ứng batch được trang bị một đèn phát ra ánh sáng UV đơn sắc ở bước sóng cố định (254 nm) và nhiều cường độ khác nhau. Ba bộ thí nghiệm đã được tiến hành: bộ đầu tiên để nghiên cứu nồng độ IBP theo hàm thời gian, ở các thể tích dung dịch xử lý khác nhau (V = 10–30 mL); bộ thứ hai để khám phá ảnh hưởng của pH đến quá trình phân hủy IBP theo hàm thời gian (pH = 2.25–8.25) và bộ thứ ba để đánh giá ảnh hưởng của các cường độ ánh sáng UV khác nhau đến quá trình phân hủy IBP (E = 100–400 mJ m−2). Nồng độ ban đầu của IBP (IBP0) được thay đổi trong khoảng 30–60 mg L−1. Kết quả thu được cho thấy nồng độ IBP giảm theo thời gian xử lý, với hiệu ứng tiêu cực của thể tích xử lý, tức là các thể tích nhỏ hơn, chẳng hạn như chiều cao chất lỏng thấp hơn, dễ dàng phân hủy hơn. Hơn nữa, càng cao pH thì quá trình phân hủy IBP càng tốt; thực tế, khi pH tăng từ 2.25 đến 6.6 và 8.25, nồng độ IBP sau một giờ xử lý lần lượt giảm xuống còn 45, 34 và 27 % giá trị ban đầu của nó. Ngoài ra, khi cường độ ánh sáng tăng từ 100 đến 400 mJ m−2, nồng độ IBP giảm xuống còn 34 % giá trị ban đầu của nó. Một sơ đồ phản ứng đã được đưa ra trong bài báo, mô tả rõ ràng các ảnh hưởng của thể tích, pH và cường độ ánh sáng đến quá trình phân hủy IBP được đo thực nghiệm. Hơn nữa, các sản phẩm phụ của quá trình phân hủy IBP đã được xác định.
Từ khóa
#Ibuprofen #phân hủy quang học #nước thải #thuốc chống viêm không steroid #UV #xử lý nước thải.Tài liệu tham khảo
Achilleos A, Hapeshi E, Xekoukoulotakis NP, Mantzavinos D, Fatta-Kassinos D (2010) UV-A and solar photodegradation of ibuprofen and carbamazepine catalyzed by TiO2. Separ Sci Technol 45(11):1564–1570. doi:10.1080/01496395.2010.487463
Barndõk H, Peláez M, Han C, Platten WE 3rd, Campo P, Hermosilla D, Blanco A, Dionysiou DD (2013) Photocatalytic degradation of contaminants of concern with composite NF-TiO2 films under visible and solar light. Environ Sci Pollut Res 20(6):3582–3591. doi:10.1007/s11356-013-1550-z
Bolton JR, Mayor-Smith I, Linden KG (2015) Rethinking the concepts of fluence (UV dose) and fluence rate: the importance of photon-based units—a systemic review. Photochem Photobiol 91:1252–1262. doi:10.1111/php.12512
Bolton JR, Linden KG (2003) Standardization of methods for fluence UV dose determination in bench-scale UV experiments. J Environ Eng 129:209–215. doi:10.1061/ASCE0733-93722003129:3209
Bolton JR, Stefan MI (2003) Fundamental photochemical approach to the concepts of fluence (UV dose) and electrical energy efficiency in photochemical degradation reactions. Res Chem Intermed 28(7–9):857–870. doi:10.1163/15685670260469474
Bortone I, Di Nardo A, Di Natale M, Erto A, Musmarra D, Santonastaso GF (2013) Remediation of an aquifer polluted with dissolved tetrachloroethylene by an array of wells filled with activated carbon. J Hazard Mater 260:914–920. doi:10.1016/j.jhazmat.2013.06.050
Canonica S, Meunier L, von Gunten U (2008) Phototransformation of selected pharmaceuticals during UV treatment of drinking water. Water Res 42:121–128. doi:10.1016/j.watres.2007.07.026
Capocelli M, Joyce E, Lancia A, Mason T, Musmarra D, Prisciandaro M (2012) Sonochemical degradation of estradiols: incidence of ultrasonic frequency. Chem Eng J 210:9–17. doi:10.1016/j.cej.2012.08.084
Capocelli M, Prisciandaro M, Lancia A, Musmarra D (2014a) Chemical effect of hydrodynamic cavitation: simulation and experimental comparison. AICHE J 60:2566–2572. doi:10.1002/aic.14472
Capocelli M, Prisciandaro M, Lancia A, Musmarra D (2014b) Hydrodynamic cavitation of p-nitrophenol: a theoretical and experimental insight. Chem Eng J 254:1–8. doi:10.1016/j.cej.2014.05.102
Castell JV, Gomez MJ, Miranda MA, Morera IM (1987) Photolytic degradation of ibuprofen. Toxicity of the isolated photoproducts on fibroblasts and erythrocytes. Photochem Photobiol 46(6):991–996. doi:10.1111/j.1751-1097.1987.tb04882.x
Chianese S, Iovino P, Canzano S, Prisciandaro M, Musmarra D (2016) Ibuprofen degradation in aqueous solution by using UV light. Desalin Water Treat. doi. doi:10.1080/19443994.2016.1153908
Choina J, Kosslick H, Fischer C, Flechsig GU, Frunza L, Schulz A (2013) Photocatalytic decomposition of pharmaceutical ibuprofen pollutions in water over titania catalyst. Appl Catal B Environ 129:589–598. doi:10.1016/j.apcatb.2012.09.053
da Silva JCC, Teodoro JAR, de Cássia Franco Afonso RJ, Aquino SF, Augusti R (2014) Photolysis and photocatalysis of ibuprofen in aqueous medium: characterization of by-products via liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry and assessment of their toxicities against Artemia Salina. J Mass Spectrom 49:145–153. doi:10.1002/jms.332
Erto A, Andreozzi R, Di Natale F, Lancia A, Musmarra D (2009) Experimental and isotherm-models analysis on TCE and PCE adsorption onto activated carbon. Chem Eng Trans 17:293–298. doi:10.3303/CET0917050
Georgaki I, Vasilaki E, Katsarakis N (2014) A study on the degradation of carbamazepine and ibuprofen by TiO2 & ZnO photocatalysis upon UV/visible-light irradiation. AJAC 5:518–534. doi:10.4236/ajac.2014.58060
Iovino P, Canzano S, Capasso S, Erto A, Musmarra D (2015) A modeling analysis for the assessment of ibuprofen adsorption mechanism onto activated carbons. Chem Eng J 277:360–367. doi:10.1016/j.cej.2015.04.097
Li FH, Yao K, Lv WY, Liu GG, Chen P, Huang HP, Kang YP (2015) Photodegradation of ibuprofen under UV–Vis irradiation: mechanism and toxicity of photolysis products. Bull environ. Contam Toxicol 94:479–483. doi:10.1007/s00128-015-1494-8
Jacobs LE, Fimmen RL, Chin YP, Mash HE, Weavers LK (2011) Fulvic acid mediated photolysis of ibuprofen in water. Water Res 45:4449–4458. doi:10.1016/j.watres.2011.05.041
Kaur A, Umar A, Kansal SK (2016) Heterogeneous photocatalytic studies of analgesic and non-steroidal anti-inflammatory drugs. Appl Catal A 510:134–155. doi:10.1016/j.apcata.2015.11.008
Karatza D, Prisciandaro M, Lancia A, Musmarra D (2010) Sulfite oxidation catalyzed by cobalt ions in flue gas desulfurization processes. J Air Waste Manage Assoc 60(6):675–680. doi:10.3155/1047-3289.60.6.675
Karatza D, Prisciandaro M, Lancia A, Musmarra D (2008) Reaction rate of sulfite oxidation catalyzed by cuprous. Chem Eng J 145(2):285–289. doi:10.1016/j.cej.2008.07.031
Lapworth DJ, Baran N, Stuart ME, Ward RS (2012) Emerging organic contaminants in groundwater: a review of sources, fate and occurrence. Environ Pollut 163:287–303. doi:10.1016/j.envpol.2011.12.034
Mendez-Arriaga F, Esplugas S, Gimenez J (2008) Photocatalytic degradation of non-steroidal anti-inflammatory drugs with TiO2 and simulated solar irradiation. Water Res 42:589–594. doi:10.1016/j.watres.2007.08.002
Mendez-Arriaga F, Esplugas S, Gimenez J (2010) Degradation of the emerging contaminant ibuprofen in water by photo-Fenton. Water Res 44:589–595. doi:10.1016/j.watres.2009.07.009
Miralles-Cuevas S, Oller I, Pérez JA, Malato S (2015) Application of solar photo-Fenton at circumneutral pH to nanofiltration concentrates for removal of pharmaceuticals in MWTP effluents. Environ Sci Pollut Res 22(2):846–855. doi:10.1007/s11356-014-2871-2
Musmarra D, Prisciandaro M, Capocelli M, Karatza D, Iovino P, Canzano S, Lancia A (2016) Degradation of ibuprofen by hydrodynamic cavitation: reaction pathways and effect of operational parameters. Ultrason Sonochem 29:76–83. doi:10.1016/j.ultsonch.2015.09.002
Nick K, Schoeler HF, Mark G, Söylemez T, Akhlaq MS, Schuchmann HP, von Sonntag C (1992) Degradation of some triazine herbicides such as used in the UV-disinfection of drinking water. J Water SRT-Aqua 41:82–87
Pedrouzo M, Borrull F, Pocurull E, Marc RM (2011) Presence of pharmaceuticals and hormones in waters from sewage treatment plants. Water Air Soil Poll 217:267–281. doi:10.1007/s11270-010-0585-8
Pereira LC, de Souza AO, Franco Bernardes MF, Pazin M, Tasso MJ, Pereira PH, Dorta DJ (2015) A perspective on the potential risks of emerging contaminants to human and environmental health. Environ Sci Pollut Res 22(18):13800–13823. doi:10.1007/s11356-015-4896-6
Reijenga J, van Hoof A, van Loon A, Teunissen B (2013) Development of methods for the determination of pKa values. Anal Chem Insights 8:53–71. doi:10.4137/ACI.S12304
Rioja N, Benguria P, Peñas FJ, Zorita S (2014) Competitive removal of pharmaceuticals from environmental waters by adsorption and photocatalytic degradation. Environ Sci Pollut Res 21(19):11168–11177. doi:10.1007/s11356-014-2593-5
Rivera-Utrilla J, Sánchez-Polo M, Ferro-García MÁ, Prados-Joya G, Ocampo-Pérez R (2014) Pharmaceuticals as emerging contaminants and their removal from water. A review. Chemosphere 93(7):1268–1287. doi:10.1016/j.chemosphere.2013.07.059
Salladini A, Prisciandaro M, Barba D (2007) Ultrafiltration of biologically treated wastewater by using backflushing. Desalination 207:24–34. doi:10.1016/j.desal.2006.02.078
Santos JL, Aparicio I, Alonso E (2007) Occurrence and risk assessment of pharmaceutically active compounds in wastewater treatment plants. A case study: Seville city (Spain). Environ Int 33:596–601. doi:10.1016/j.envint.2006.09.014
Shu Z, Bolton JR, Belosevic M, El-Din MG (2013) Photodegradation of emerging micropollutants using the medium-pressure UV/H2O2 advanced oxidation process. Water Res 47:2881–2889. doi:10.1016/j.watres.2013.02.045
Skoumal M, Rodríguez RM, Cabot PL, Centellas F, Garrido JA, Arias C, Brillas E (2009) Electro-Fenton, UVA photoelectro-Fenton and solar photoelectro-Fenton degradation of the drug ibuprofen in acid aqueous medium using platinum and boron-doped diamond anodes. Electrochim Acta 54:2077–2085. doi:10.1016/j.electacta.2008.07.014
Thokchom B, Kim K, Park J, Khim J (2015) Ultrasonically enhanced electrochemical oxidation of ibuprofen. Ultrason Sonochem 22:429–436. doi:10.1016/j.ultsonch.2014.04.019
Trapido M, Epold I, Bolobajev J, Dulova N (2014) Emerging micropollutants in water/wastewater: growing demand on removal technologies. Environ Sci Pollut Res 21(21):12217–12222. doi:10.1007/s11356-014-3020-7
Vicenteño-Vera AG, Campos-Hernández T, Ramírez-Silva MT, Galano A, Rojas-Hernández A (2010) Determination of pKa values of diclofenac and ibuprofen in aqueous solutions by capillary zone electrophoresis. ECS Trans 29(1):443–448. doi:10.1149/1.3532340
Vione D, Maddigapu PR, De Laurentiis E, Minella M, Pazzia M, Maurino V, Minero C, Kouras S, Richard C (2011) Modelling the photochemical fate of ibuprofen in surface waters. Water Res 45:6725–6736. doi:10.1016/j.watres.2011.10.014
Yuan F, Hu C, Hu X, Qu J, Yang M (2009) Degradation of selected pharmaceuticals in aqueous solution with UV and UV/H2O2. Water Res 43:1766–1774. doi:10.1016/j.watres.2009.01.008
Zhang H, Zhang P, Ji Y, Tian J, Du Z (2015) Photocatalytic degradation of four non-steroidal anti-inflammatory drugs in water under visible light by P25-TiO2/tetraethyl orthosilicate film and determination via ultra performance liquid chromatography electrospray tandem mass spectrometry. Chem Eng J 262:1108–1115. doi:10.1016/j.cej.2014.10.019
Zheng BG, Zheng Z, Zhang JB, Luo XZ, Wang JQ, Liu Q, Wang LH (2011) Degradation of the emerging contaminant ibuprofen in aqueous solution by gamma irradiation. Desalination 276:379–385. doi:10.1016/j.desal.2011.03.078