ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ АМОКСИЦИЛЛИНА В ФЕНТОН-ПОДОБНОЙ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Аннотация
В работе представлены результаты исследования кинетических закономерностей окислительной деструкции β-лактамных антибиотиков пенициллинового ряда, на примере амоксициллина, в Фентон-подобной железо-персульфатной системе, активированной естественным солнечным излучением. Изучено влияние концентраций Fe2+ и персульфата на скорость реакции окисления антибиотика и минерализацию общего органического углерода (ООУ) в комбинированной системе {Solar/Fe2+/S2O82-}. С увеличением концентрации окислителя с 0,5 мМ до 1,5 мМ начальная скорость реакции окисления амоксициллина возросла в 2,5 раза, а конверсия целевого соединения и минерализация ООУ после 120 мин экспозиции достигли 90% и 19%, соответственно. Увеличение концентрации Fe2+ с 0,1 мМ до 0,3 мМ, привело к росту начальной скорости реакции окисления амоксициллина в 1,5 раза, и минерализации ООУ – до 21%. Дана сравнительная оценка различных окислительных систем. Экспериментально установлено, что эффективность процесса деструкции амоксициллина возрастает в ряду: {S2O82-} < {Solar} < {Solar/S2O82-} <
< {Fe2+/S2O82-} < {Solar/Fe2+/S2O82-}. Необходимо отметить, что минерализация ООУ наблюдается только в комбинированной системе {Solar/Fe2+/S2O82-}, что свидетельствует о глубоком окислении интермедиатов и, следовательно, о повышении биоразлагаемости конечных продуктов реакции. Установлено, что в реальной водной матрице, в природной поверхностной воде р. Селенги, наблюдается ингибирование процесса окислительной деструкции амоксициллина и минерализации ООУ, обусловленное в большей степени присутствующими в ней гидрокарбонатами. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования естественного солнечного излучения для эффективной деструкции β-лактамных антибиотиков пенициллинового ряда в комбинированной окислительной системе {Solar/Fe2+/S2O82-}.
Для цитирования:
Алексеев К.Д., Сизых М.Р., Батоева А.А. Окислительная деструкция амоксициллина в фентон-подобной окислительной системе при воздействии солнечного излучения. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 12. С. 123-130. DOI: 10.6060/ivkkt.20246712.7082.
Литература
Georgin J., Franco D.S.P., Meili L., Dehmani Y., dos Reis G.S., Lima E.C. Main advances and future prospects in the remediation of the antibiotic amoxicillin with a focus on adsorption technology: A critical review. J. Water Process. Eng. 2023. V. 56. P. 104407. DOI: 10.1016/j.jwpe.2023.104407.
Jasim A.A., Jasim W.A., Jamur J.M.S. HPLC method for the determination of some antibiotic residues in different hospitals wastewater in Baghdad city, Iraq. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V.67. N 6. P.21-28 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246706.7035.
Rodriguez-Mozaz S., Vaz-Moreira I., Varela Della Giustina S., Llorca M., Barceló D., Schubert S. Antibiotic residues in final effluents of European wastewater treatment plants and their impact on the aquatic environ-ment. Environ. Int. 2020. V. 140. P. 105733. DOI: 10.1016/j.envint.2020.105733.
Githinji L.J.M., Musey M.K., Ankumah R.O. Evaluation of the fate of ciprofloxacin and amoxicillin in domestic wastewater. Water Air Soil Pollut. 2011. V. 219. P. 191-201. DOI: 10.1007/s11270-010-0697-1.
Aryee A.A., Han R., Qu L. Occurrence, detection and removal of amoxicillin in wastewater: A review. J. Clean. Prod. 2022. V. 368. P. 133140. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.133140.
Tufail A., Price W.E., Hai F.I. A critical review on advanced oxidation processes for the removal of trace organ-ic contaminants: A voyage from individual to integrated processes. Chemosphere. 2020. V. 260. 127460. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127460.
Zhang Y., Zhao Y.-G., Maqbool F., Hu Y. Removal of antibiotics pollutants in wastewater by UV-based advanced oxidation processes: Influence of water matrix components, processes optimization and application: A review. J. Water Process. Eng. 2022. V. 45. P. 102496. DOI: 10.1016/j.jwpe.2021.102496.
Tsenter I.M., Alekseev K.D., Popova S.A., Garkusheva N.M., Matafonova G.G., Batoev V.B. Efficiency of ultraviolet excilamps for simultaneous treatment and disinfection of water. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V.66. N 9 P. 116-122 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236609.6820.
Zheng J., Zhang P., Li X., Ge L., Niu J. Insight into typical photo-assisted AOPs for the degradation of antibiotic micropollutants: Mechanisms and research gaps. Chemosphere. 2023. V. 343. P. 140211. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.140211.
Miklos D.B., Wang W.L., Linden K.G., Drewes J.E., Hübner U. Comparison of UV-AOPs (UV/H2O2, UV/PDS and UV/Chlorine) for TOrC removal from municipal wastewater effluent and optical surrogate model evaluation. Chem. Eng. J. 2019. V. 362. P. 537–547. DOI: 10.1016/j.cej.2019.01.041.
Yang Q., Ma Y., Chen F., Yao F., Sun J., Wang S. Recent advances in photo-activated sulfate radical-advanced oxidation process (SR-AOP) for refractory organic pollutants removal in water. Chem. Eng. J. 2019. V. 378. P. 122149. DOI: 10.1016/j.cej.2019.122149.
Zawadzki P. Visible Light–Driven Advanced Oxidation Processes to Remove Emerging Contaminants from Water and Wastewater: a Review. Water Air Soil Pollut. 2022. V. 233. P. 374. DOI: 10.1007/s11270-022-05831-2.
Fendrich M.A., Quaranta A., Orlandi M., Bettonte M., Miotello A. Solar Concentration for Wastewaters Reme-diation: A Review of Materials and Technologies. Appl. Sci. 2018. V. 9. N 1. P. 118. DOI: 10.3390/app9010118.
Khandarkhaeva M., Batoeva A., Sizykh M., Aseev D., Garkusheva N. Photo-Fenton-like degradation of bi-sphenol A by persulfate and solar irradiation. J. Environ. Manage. 2019. V. 249. P. 109348. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.109348.
Sizykh M.R., Batoeva A.A., Aseev D.G. Photo-chemical destruction of Methyl Orange azo dye in a com-bined ironpersulfate system. Zhurn. Sibir Fed. Univer. Khim.. 2023. V. 16. N 3. P. 426–437 (in Russian).
Khandarkhaeva M., Batoeva A., Aseev D., Sizykh M., Tsydenova O. Oxidation of atrazine in aqueous media by solar- enhanced Fenton-like process involving persulfate and ferrous ion. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2017. V. 137. P. 35-41. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2016.11.013.
Sharma J., Mishra I.M., Kumar V. Degradation and mineralization of Bisphenol A (BPA) in aqueous solution using advanced oxidation processes: UV/H2O2 and UV/S2O82− oxidation systems. J. Environ. Manag. 2015. V. 156. P. 266–275. DOI: 10.1016/j.jenvman.2015.03.048.
Brillas E. Progress of antibiotics removal from synthetic and real waters and wastewaters by persulfate-based advanced oxidation processes. J. Environ. Chem. Eng. 2023. V. 11. P. 111303. DOI: 10.1016/j.jece.2023.111303.
Grčić I., Vujević D., Koprivanac N. Modeling the mineralization and discoloration in colored systems by (US)Fe2+/H2O2/S2O82− processes: A proposed degradation pathway. Chem. Eng. J. 2010. V. 157. P. 35–44. DOI: 10.1016/j.cej.2009.10.042.
Sang W., Xu X., Zhan C., Lu W., Jia D., Wang C. Recent advances of antibiotics degradation in different envi-ronment by iron-based catalysts activated persulfate: A review. J. Water Process. Eng. 2022. V. 49. P. 103075. DOI: 10.1016/j.jwpe.2022.103075.
Li Y., Shi Y., Huang D., Wu Y., Dong W. Enhanced acti-vation of persulfate by Fe(III) and catechin without light: Reaction kinetics, parameters and mechanism. J. Hazard. Mater. 2021. V. 413. P. 125420. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.125420.
Ioannidi A., Arvaniti O.S., Nika M.-C., Aalizadeh R., Thomaidis N.S., Mantzavinos D. Removal of drug losartan in environmental aquatic matrices by heatactivated persulfate: Kinetics, transformation products and synergistic effects. Chemosphere. 2022. V. 287. P. 131952. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.131952.
Pan M., Ding J., Duan L., Gao G. Sunlight-driven photo-transformation of bisphenol A by Fe(III) in aqueous solu-tion: Photochemical activity and mechanistic aspects. Chemosphere. 2017. V. 167. P. 353–359. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.09.144.
Salari M., Akbari H., Adibzadeh A., Akbari H. Modeling and optimization of advanced oxidation treatment of dexamethasone from aquatic solutions using electroperoxone/ultrasonic process: Application for real wastewater, electrical energy consumption and degradation pathway. Sep. Purif. Technol. 2023. V. 327. P. 124871. DOI: 10.1016/j.seppur.2023.124871.
Hassani A., Scaria J., Ghanbari F., Nidheesh P.V. Sulfate radicals-based advanced oxidation processes for the degradation of pharmaceuticals and personal care products: A review on relevant activation mechanisms, perfor-mance, and perspectives. Environ. Res. 2023. V. 217. P. 114789. DOI: 10.1016/ j.envres.2022.114789.
Wang J., Wang S. Effect of inorganic anions on the performance of advanced oxidation processes for degradation of organic contaminants. Chem. Eng. J. 2021. V. 411. P. 128392. DOI: 10.1016/j.cej.2020.128392.
Deng Y., Zhao R. Advanced Oxidation Processes (AOPs) in Wastewater Treatment. Curr. Pollut. Rep. 2015. V. 1.
P. 167–176. DOI: 10.1007/s40726-015-0015-z.
Nikoladze G.I., Mints D.M., Kastalsky A.A. Preparation of water for drinking and industrial water supply. M.: Vyssh. shk. 1984. 368 p. (in Russian).
