دوره 13، شماره 4 - ( 12-1404 )
جلد 13 شماره 4 صفحات 464-437 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Zarezadeh E, Roudbari A, Darvishmotevalli M, Noorisepehr M. Investigation of Photocatalytic Degradation of Tetracycline in Aqueous Solutions using Persulfate / SnO₂/Zn Nanoparticles Proces. J Environ Health Eng 2026; 13 (4) :437-464
URL: http://jehe.abzums.ac.ir/article-1-1145-fa.html
URL: http://jehe.abzums.ac.ir/article-1-1145-fa.html
زارع زاده الناز، رودباری علی اکبر، درویش متولی محمد، نوری سپهر محمد. بررسی تجزیه فتوکاتالیستی تتراسایکلین موجود در محلول های آبی با استفاده از فرآیند پرسولفات / نانوذرات SnO₂/Zn. مجله مهندسی بهداشت محیط. 1404; 13 (4) :437-464
1- مرکز تحقیقات بهداشت، ایمنی و محیط، دانشگاه علوم پزشکی البرز، کرج، ایران و گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی البرز، کرج، ایران
2- گروه آموزش بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی شاهرود، سمنان، ایران
3- مرکز تحقیقات بهداشت، ایمنی و محیط، دانشگاه علوم پزشکی البرز، کرج، ایران & گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی البرز، کرج، ایران ،dr.noorisepehr@gmail.com
2- گروه آموزش بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی شاهرود، سمنان، ایران
3- مرکز تحقیقات بهداشت، ایمنی و محیط، دانشگاه علوم پزشکی البرز، کرج، ایران & گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی البرز، کرج، ایران ،
چکیده: (25 مشاهده)
زمینه و هدف: در راستای توسعه شیمی سبز در تصفیه فاضلاب، بررسی فوتوکاتالیستهای موثر با قابلیت استفاده مجدد و جداسازی آسان از فاضلاب برای حذف تتراسایکلین (TC) اهمیت دارد. نانوذرات SnO2-Zn به دلیل قیمت پایین، سمیت کم و پایداری بالا در حذف آلایندههای آلی شناخته شدهاند. برای تجزیه TC، فرایند اکسیداسیون پیشرفته بر پایه رادیکال سولفات (SO₄•⁻) به دلیل پتانسیل اکسیداسیون بالا، پایداری و حلالیت مناسب در آب، در دمای اتاق و با هزینه کم توسعه یافته است.
مواد و روش ها: نانوکاتالیست SnO2-Zn به روش همرسوبی سنتز شد و همراه با اشعه UV برای فعالسازی پرسولفات مورد استفاده قرار گرفت. ساختار نانوکاتالیست و مزوپورهای آن با استفاده از TEM، SEM، XRD، FTIR و BET مورد بررسی قرار گرفت که نشان داد ساختار مزوپورها به خوبی شکل گرفته و نانوکاتالیست از نظر مورفولوژی، سایز حفرات، گروههای عاملی سطح، مساحت سطح ویژه و ویژگیهای بافتی و فیزیکی بهطور مطلوب سنتز شده است.
یافته ها: بررسی ها نشان داد که حذف کامل TC توسط فرایند SnO2-Zn /PS/UV در شرایط بهینه شامل pH = ۹، غلظت TC=۱۵ mg/L، دوز کاتالیست=g/L ۰/۱۲۵، غلظت پرسولفات=mM ۴ و زمان تابش UV=۶۰ min حاصل شد. رادیکالهای SO₄•⁻، OH• و H⁺ گونههای اصلی در تجزیه فوتوکاتالیستی بودند و میزان معدنیسازی تا ۸۱/۲٪ رسید. پس از پنج بار استفاده مجدد، راندمان بالای ۹۷/۴۴٪ باقی ماند.
نتیجه گیری: این نتایج نشاندهنده قابلیت بازیابی بالای نانوکاتالیست است. روش ارائه شده کارایی بالایی در حذف ترکیبات و آلایندههای نوظهور از فاضلاب دارد.
مواد و روش ها: نانوکاتالیست SnO2-Zn به روش همرسوبی سنتز شد و همراه با اشعه UV برای فعالسازی پرسولفات مورد استفاده قرار گرفت. ساختار نانوکاتالیست و مزوپورهای آن با استفاده از TEM، SEM، XRD، FTIR و BET مورد بررسی قرار گرفت که نشان داد ساختار مزوپورها به خوبی شکل گرفته و نانوکاتالیست از نظر مورفولوژی، سایز حفرات، گروههای عاملی سطح، مساحت سطح ویژه و ویژگیهای بافتی و فیزیکی بهطور مطلوب سنتز شده است.
یافته ها: بررسی ها نشان داد که حذف کامل TC توسط فرایند SnO2-Zn /PS/UV در شرایط بهینه شامل pH = ۹، غلظت TC=۱۵ mg/L، دوز کاتالیست=g/L ۰/۱۲۵، غلظت پرسولفات=mM ۴ و زمان تابش UV=۶۰ min حاصل شد. رادیکالهای SO₄•⁻، OH• و H⁺ گونههای اصلی در تجزیه فوتوکاتالیستی بودند و میزان معدنیسازی تا ۸۱/۲٪ رسید. پس از پنج بار استفاده مجدد، راندمان بالای ۹۷/۴۴٪ باقی ماند.
نتیجه گیری: این نتایج نشاندهنده قابلیت بازیابی بالای نانوکاتالیست است. روش ارائه شده کارایی بالایی در حذف ترکیبات و آلایندههای نوظهور از فاضلاب دارد.
فهرست منابع
1. Geissen V, Mol H, Klumpp E, Umlauf G, Nadal M, Van Der Ploeg M, Van De Zee SE, Ritsema CJ. Emerging pollutants in the environment: a challenge for water resource management. International soil and water conservation research. 2015 Mar 1;3(1):57-65. [DOI:10.1016/j.iswcr.2015.03.002]
2. Delgado, L.F., et al., The removal of endocrine disrupting compounds, pharmaceutically activated compounds and cyanobacterial toxins during drinking water preparation using activated carbon-a review. Science of the total environment, 2012. 435: p. 509-525. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2012.07.046]
3. Morin-Crini N, Lichtfouse E, Liu G, Balaram V, Ribeiro AR, Lu Z, Stock F, Carmona E, Teixeira MR, Picos-Corrales LA, Moreno-Piraján JC. Worldwide cases of water pollution by emerging contaminants: a review. Environmental Chemistry Letters. 2022 Aug;20(4):2311-38. [DOI:10.1007/s10311-022-01447-4]
4. Kyzas, G.Z. and E.A. Deliyanni, Modified activated carbons from potato peels as green environmental-friendly adsorbents for the treatment of pharmaceutical effluents. Chemical Engineering Research and Design, 2015. 97: p. 135-144. [DOI:10.1016/j.cherd.2014.08.020]
5. Li X, Shen X, Jiang W, Xi Y, Li S. Comprehensive review of emerging contaminants: Detection technologies, environmental impact, and management strategies. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2024 Jun 15;278:116420. [DOI:10.1016/j.ecoenv.2024.116420]
6. Lei M, Zhang L, Lei J, Zong L, Li J, Wu Z, Wang Z. Overview of emerging contaminants and associated human health effects. BioMed research international. 2015;2015(1):404796. [DOI:10.1155/2015/404796]
7. Amrita, P., et al., Impacts of emerging organic contaminants on freshwater resources: review of recent occurrences, sources, fate and effects. Science of the Total Environment, 2010. 408(24): p. 6062-6069. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2010.09.026]
8. Nexus PN. Correction to: Antibiotics in the global river system arising from human consumption.
9. Gu, C. and K. Karthikeyan, Interaction of tetracycline with aluminum and iron hydrous oxides. Environmental Science & Technology, 2005. 39(8): p. 2660-2667. [DOI:10.1021/es048603o]
10. Wang Q, Xu Q, Zhai S, Zhao Q, Liu W, Chen Z, Wang A. Understanding the coordination behavior of antibiotics: Take tetracycline as an example. Journal of Hazardous Materials. 2023 Oct 15;460:132375. [DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132375]
11. Sayğılı, H. and F. Güzel, Effective removal of tetracycline from aqueous solution using activated carbon prepared from tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) industrial processing waste. Ecotoxicology and environmental safety, 2016. 131: p. 22-29. [DOI:10.1016/j.ecoenv.2016.05.001]
12. Xu L, Zhang H, Xiong P, Zhu Q, Liao C, Jiang G. Occurrence, fate, and risk assessment of typical tetracycline antibiotics in the aquatic environment: A review. Science of the total Environment. 2021 Jan 20;753:141975. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.141975]
13. Satyam S, Patra S. Innovations and challenges in adsorption-based wastewater remediation: A comprehensive review. Heliyon. 2024 May 15;10(9). [DOI:10.1016/j.heliyon.2024.e29573]
14. Yaghmaeian, K., G. Moussavi, and A. Alahabadi, Removal of amoxicillin from contaminated water using NH4Cl-activated carbon: continuous flow fixed-bed adsorption and catalytic ozonation regeneration. Chemical Engineering Journal, 2014. 236: p. 538-544. [DOI:10.1016/j.cej.2013.08.118]
15. Aus der Beek T, Weber FA, Bergmann A, Hickmann S, Ebert I, Hein A, Küster A. Pharmaceuticals in the environment-Global occurrences and perspectives. Environmental toxicology and chemistry. 2016 Apr 1;35(4):823-35. [DOI:10.1002/etc.3339]
16. Thaker M, Spanogiannopoulos P, Wright GD. The tetracycline resistome. Cellular and Molecular Life Sciences. 2010;67(3):419-31. [DOI:10.1007/s00018-009-0172-6]
17. Aboudalle A, Djelal H, Fourcade F, Domergue L, Assadi AA, Lendormi T, et al. Metronidazole removal by means of a combined system coupling an electro-Fenton process and a conventional biological treatment: By-products monitoring and performance enhancement. Journal of hazardous materials. 2018;359:85-95. [DOI:10.1016/j.jhazmat.2018.07.006]
18. Rayaroth MP, Boczkaj G, Aubry O, Aravind UK, Aravindakumar CT. Advanced oxidation processes for degradation of water pollutants-ambivalent impact of carbonate species: a review. Water. 2023 Apr 20;15(8):1615. [DOI:10.3390/w15081615]
19. Vaughan PP, Blough NV. Photochemical formation of hydroxyl radical by constituents of natural waters. Environmental Science & Technology. 1998 Oct 1;32(19):2947-53. [DOI:10.1021/es9710417]
20. Sinha R, Ganesana M, Andreescu S, Stanciu L. AChE biosensor based on zinc oxide sol-gel for the detection of pesticides. Analytica chimica acta. 2010;661(2):195-9. [DOI:10.1016/j.aca.2009.12.020]
21. Guerra-Rodríguez S, Rodríguez E, Singh DN, Rodríguez-Chueca J. Assessment of sulfate radical-based advanced oxidation processes for water and wastewater treatment: a review. Water. 2018 Dec 11;10(12):1828. [DOI:10.3390/w10121828]
22. Urán-Duque L, Saldarriaga-Molina JC, Rubio-Clemente A. Advanced oxidation processes based on sulfate radicals for wastewater treatment: Research trends. Water. 2021 Sep 6;13(17):2445. [DOI:10.3390/w13172445]
23. Sivaraman C, Vijayalakshmi S, Leonard E, Sagadevan S, Jambulingam R. Current developments in the effective removal of environmental pollutants through photocatalytic degradation using nanomaterials. Catalysts. 2022 May 17;12(5):544. [DOI:10.3390/catal12050544]
24. Singh P, Mohan B, Madaan V, Ranga R, Kumari P, Kumar S, Bhankar V, Kumar P, Kumar K. Nanomaterials photocatalytic activities for waste water treatment: a review. Environmental Science and Pollution Research. 2022 Oct;29(46):69294-326. [DOI:10.1007/s11356-022-22550-7]
25. Ahmadi, M., et al., Enhanced photocatalytic degradation of tetracycline and real pharmaceutical wastewater using MWCNT/TiO2 nano-composite. Journal of environmental management, 2017. 186: p. 55-63. [DOI:10.1016/j.jenvman.2016.09.088]
26. Ji Y, Shi Y, Dong W, Wen X, Jiang M, Lu J. Thermo-activated persulfate oxidation system for tetracycline antibiotics degradation in aqueous solution. Chemical Engineering Journal. 2016 Aug 15;298:225-33. [DOI:10.1016/j.cej.2016.04.028]
27. Rostami S, Yahyazadeh A, Adibi H. Designing a new magnetic g-C3N4 nanocatalyst based on Ag nanoparticles supported by β-cyclodextrin for effective reduction of nitroaromatic compounds. Scientific Reports. 2024 Dec 30;14(1):31586. [DOI:10.1038/s41598-024-76786-z]
28. Torkaman P, Karimzadeh R, Jafari A. Assessment of the synthesis method of Fe3O4 nanocatalysts and its effectiveness in viscosity reduction and heavy oil upgrading. Scientific Reports. 2023 Oct 24;13(1):18151. [DOI:10.1038/s41598-023-41441-6]
29. Lee J, Von Gunten U, Kim JH. Persulfate-based advanced oxidation: critical assessment of opportunities and roadblocks. Environmental science & technology. 2020 Feb 17;54(6):3064-81. [DOI:10.1021/acs.est.9b07082]
30. Catalkaya EC, Kargi F. Color, TOC and AOX removals from pulp mill effluent by advanced oxidation processes: A comparative study. Journal of hazardous materials. 2007 Jan 10;139(2):244-53. [DOI:10.1016/j.jhazmat.2006.06.023]
31. Sharma S, Ritika, Singh V, Kumar S, Vohra A. Sol-gel synthesis and properties of zinc doped tin oxide (Zn-SnO2) nanostructures. InAIP Conference Proceedings 2021 Sep 13 (Vol. 2369, No. 1, p. 020016). AIP Publishing LLC. [DOI:10.1063/5.0061413]
32. Algarni TS, Al-Mohaimeed AM, Abduh NA, Habab RA, Alqahtani SM. Green synthesis of mixed ZnO-SnO2 nanoparticles for solar-assisted degradation of synthetic dyes. Catalysts. 2023 Dec 13;13(12):1509. [DOI:10.3390/catal13121509]
33. Abduh NA, Al-Odayni AB. Green synthesis of ZnO/SnO2 hybrid nanocomposite for degradation of cationic and anionic dyes under sunlight radiation. Materials. 2023 Nov 28;16(23):7398. [DOI:10.3390/ma16237398]
34. Długosz O, Banach M. ZnO-SnO2-Sn nanocomposite as photocatalyst in ultraviolet and visible light. Applied Nanoscience. 2021 May;11(5):1707-19. [DOI:10.1007/s13204-021-01788-6]
35. Hamrouni A, Lachheb H, Houas A. Synthesis, characterization and photocatalytic activity of ZnO-SnO2 nanocomposites. Materials Science and Engineering: B. 2013 Dec 1;178(20):1371-9. [DOI:10.1016/j.mseb.2013.08.008]
36. Bhosale R, Pujari S, Muley G, Pagare B, Gambhire A. Visible-light-activated nanocomposite photocatalyst of Cr2O3/SnO2. Journal of Nanostructure in Chemistry. 2013 Dec;3(1):46. [DOI:10.1186/2193-8865-3-46]
37. Chen WR, Huang CH. Adsorption and transformation of tetracycline antibiotics with aluminum oxide. Chemosphere. 2010 May 1;79(8):779-85. [DOI:10.1016/j.chemosphere.2010.03.020]
38. Ravichandran K, Shalini R, Ayyanar M, Kavitha P, Baneto M, Karunakaran M, Praseetha PK, Pushpa KC, Anuradha N. Effect of pH of the precursor solution on the photocatalytic and biomedical applications of enzyme coupled ZnO and SnO2 nanomaterials: a comparative study. Journal of Water Process Engineering. 2023 Jul 1;53:103817. [DOI:10.1016/j.jwpe.2023.103817]
39. Khan ME, Mohammad A, Ali W, Khan AU, Hazmi W, Zakri W, Yoon T. Excellent visible-light photocatalytic activity towards the degradation of tetracycline antibiotic and electrochemical sensing of hydrazine by SnO2-CdS nanostructures. Journal of Cleaner Production. 2022 May 15;349:131249. [DOI:10.1016/j.jclepro.2022.131249]
40. Lee D, Kim S, Tang K, De Volder M, Hwang Y. Oxidative degradation of tetracycline by magnetite and persulfate: performance, water matrix effect, and reaction mechanism. Nanomaterials. 2021 Sep 3;11(9):2292. [DOI:10.3390/nano11092292]
41. Pi Z, Li X, Wang D, Xu Q, Tao Z, Huang X, Yao F, Wu Y, He L, Yang Q. Persulfate activation by oxidation biochar supported magnetite particles for tetracycline removal: Performance and degradation pathway. Journal of Cleaner Production. 2019 Oct 20;235:1103-15. [DOI:10.1016/j.jclepro.2019.07.037]
42. Hou L, Zhang H, Xue X. Ultrasound enhanced heterogeneous activation of peroxydisulfate by magnetite catalyst for the degradation of tetracycline in water. Separation and Purification Technology. 2012 Jan 9;84:147-52. [DOI:10.1016/j.seppur.2011.06.023]
43. Hou C, Su J, Fan Y, Wang Z, Liu S, Ali A. Degradation of tetracycline based on activated persulfate by microbial-induced calcium carbonate precipitation as templates modified sludge biochar. Journal of Water Process Engineering. 2024 Apr 1;60:105193. [DOI:10.1016/j.jwpe.2024.105193]
44. Sumayli A, Eltahir SB, Alenazi N. Enhanced photocatalytic degradation of tetracycline using cobalt-substituted ZnFe2O4 porous microspheres under visible-LED irradiation. Scientific Reports. 2025 Dec 14. [DOI:10.1038/s41598-025-32449-1]
45. Yu F, Guo B, Zhuang Y, Komarneni S, Ma J. Degradation of tetracycline by activating persulfate with ZnFe2O4-Bi2MoO6 catalyst under visible light. Materials Today Communications. 2023 Aug 1;36:106460. [DOI:10.1016/j.mtcomm.2023.106460]
46. Ahmadi, M., Motlagh, H.R., Jaafarzadeh, N., Mostoufi, A., Saeedi, R., Barzegar, G. and Jorfi, S., 2017. Enhanced photocatalytic degradation of tetracycline and real pharmaceutical wastewater using MWCNT/TiO2 nano-composite. Journal of environmental management, 186, pp.55-63. [DOI:10.1016/j.jenvman.2016.09.088]
47. Sui M, Xing S, Sheng L, Huang S, Guo H. Heterogeneous catalytic ozonation of ciprofloxacin in water with carbon nanotube supported manganese oxides as catalyst. Journal of hazardous materials. 2012 Aug 15;227:227-36. [DOI:10.1016/j.jhazmat.2012.05.039]
48. Gonçalves AG, Órfão JJ, Pereira MF. Catalytic ozonation of sulphamethoxazole in the presence of carbon materials: catalytic performance and reaction pathways. Journal of hazardous materials. 2012 Nov 15;239:167-74. [DOI:10.1016/j.jhazmat.2012.08.057]
49. Ma P, Shi Y, Zhang J, Zhang W, Cao Y, Liu B. Catalytic Degradation of Tetracycline Hydrochloride by Coupled UV− Peroxydisulfate System: Efficiency, Stability and Mechanism. Processes. 2023 May 26;11(6):1638. [DOI:10.3390/pr11061638]
50. Wang Y, Xiu J, Gan T, Zou H, Li F. Photocatalytic degradation of tetracycline hydrochloride by lanthanum doped TiO 2@ gC 3 N 4 activated persulfate under visible light irradiation. RSC advances. 2023;13(12):8383-93. [DOI:10.1039/D3RA00729D]
51. Lv SW, Liu JM, Zhao N, Li CY, Yang FE, Wang ZH, Wang S. MOF-derived CoFe2O4/Fe2O3 embedded in g-C3N4 as high-efficient Z-scheme photocatalysts for enhanced degradation of emerging organic pollutants in the presence of persulfate. Separation and Purification Technology. 2020 Dec 15;253:117413. [DOI:10.1016/j.seppur.2020.117413]
52. Zhang H, Nengzi LC, Wang Z, Zhang X, Li B, Cheng X. Construction of Bi2O3/CuNiFe LDHs composite and its enhanced photocatalytic degradation of lomefloxacin with persulfate under simulated sunlight. Journal of hazardous materials. 2020 Feb 5;383:121236. [DOI:10.1016/j.jhazmat.2019.121236]
53. Liu W, Zhou J, Yao J. Shuttle-like CeO2/g-C3N4 composite combined with persulfate for the enhanced photocatalytic degradation of norfloxacin under visible light. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020 Mar 1;190:110062. [DOI:10.1016/j.ecoenv.2019.110062]
54. Balakrishnan A, Marskole R, Chinthala M, Kumar A. Degradation of tetracycline via peroxymonosulfate activation by highly reusable Titanium dioxide/impregnated Zirconium-chitosan beads. Journal of Environmental Management. 2024 Nov 1;370:122514. [DOI:10.1016/j.jenvman.2024.122514]
55. Ma P, Shi Y, Zhang J, Zhang W, Cao Y, Liu B. Catalytic Degradation of Tetracycline Hydrochloride by Coupled UV− Peroxydisulfate System: Efficiency, Stability and Mechanism. Processes. 2023 May 26;11(6):1638. [DOI:10.3390/pr11061638]
56. Ma P, Shi Y, Zhang J, Zhang W, Cao Y, Liu B. Catalytic Degradation of Tetracycline Hydrochloride by Coupled UV− Peroxydisulfate System: Efficiency, Stability and Mechanism. Processes. 2023 May 26;11(6):1638. [DOI:10.3390/pr11061638]
57. Wang G, Wu WW, Zeng W, Chou CL, Shen RF. Label-free protein quantification using LC-coupled ion trap or FT mass spectrometry: Reproducibility, linearity, and application with complex proteomes. Journal of proteome research. 2006 May 5;5(5):1214-23. [DOI:10.1021/pr050406g]
58. Albornoz LL, Da Silva SW, Bortolozzi JP, Banus ED, Brussino P, Ulla MA, Bernardes AM. Degradation and mineralization of erythromycin by heterogeneous photocatalysis using SnO2-doped TiO2 structured catalysts: activity and stability. Chemosphere. 2021 Apr 1;268:128858. [DOI:10.1016/j.chemosphere.2020.128858]
59. Hasham Firooz M, Naderi A, Moradi M, Kalantary RR. Enhanced tetracycline degradation with TiO2/natural pyrite S-scheme photocatalyst. Scientific Reports. 2024 Feb 29;14(1):4954. [DOI:10.1038/s41598-024-54549-0]
60. Subasi BS, Hayri-Senel T, Kahraman E, Sezer S, Nasun-Saygili G, Erdol-Aydin N. Photocatalytic degradation of tetracycline from aqueous solution with graphene oxide and hydroxyapatite composites. Scientific Reports. 2025 Jul 17;15(1):25894. [DOI:10.1038/s41598-025-11502-z]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
