Фотокаталитическая деструкция цефтриаксона в водных растворах

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Изучены кинетические закономерности деструкции цефалоспориновых антибиотиков, на примере цефтриаксона (ЦЕФ) в фотоинициированных окислительных системах, с использованием в качестве источника квазисолнечного излучения ксеноновой лампы (UV–Vis). Установлено, что по эффективности и скорости деструкции антибиотика рассмотренные окислительные системы можно выстроить в следующий ряд: {UV–Vis/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻}>{Fe₂⁺/S₂O₈²⁻}>>{UV–Vis/S₂O₈²⁻}>{UV–Vis}. Оптимальные условия для окислительной деструкции ЦЕФ в системе {UV–Vis/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻} реализуются при соотношениях [S₂O₈²⁻]:[ЦЕФ]=30:1 и [S₂O₈²⁻]:[Fe₂⁺]=1:0.1. Сделан вывод, что с увеличением температуры до 40°C начальная скорость реакции окисления ЦЕФ и эффективность возрастают. Кажущаяся энергия активации реакции окисления ЦЕФ в системе {UV–Vis/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻} составила 45 кДж∙моль–1, что сопоставимо со значениями, полученными для антибиотиков цефалоспоринового ряда. С использованием ингибиторов радикальных реакций доказано, что при окислительной деструкции ЦЕФ в комбинированной системе {UV–Vis/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻} реализуется мультирадикальный механизм с участием активных форм кислорода (АФК) – гидроксильных радикалов, сульфатных и супероксидных анион-радикалов. Отмечено, что полученные закономерности хорошо согласуются с результатами натурных исследований (“open-air”) с естественным солнечным излучением (Solar), при этом в системе {Solar/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻} наблюдается существенная интенсификация процесса окисления ЦЕФ, обусловленная комбинированной активацией персульфата ионами железа, УФ-С (<300 нм) составляющей естественного солнечного излучения и термическим воздействием. Результаты свидетельствуют о перспективности использования комбинированной окислительной системы {Solar/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻} для деструкции антибиотиков с целью снижения их поступления в окружающую среду.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

M. Сизых

Байкальский институт природопользования СО РАН

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: marisyz@mail.ru
Ресей, Улан-Удэ

A. Батоева

Байкальский институт природопользования СО РАН

Email: marisyz@mail.ru
Ресей, Улан-Удэ

К. Алексеев

Байкальский институт природопользования СО РАН

Email: marisyz@mail.ru
Ресей, Улан-Удэ

Әдебиет тізімі

  1. Nandana B., John S., Velmaiel K.E., et al.// J. Environ. Chem. Eng. 2024. V. 12. № 1. 111567. doi: 10.1016/j.jece.2023.111567
  2. Устойчивость к антибиотикам. Всемирная организация здравоохранения. https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/antibiotic-resistance.
  3. Silva V., Louros V.L., Silva C.P., et al. // Chemosphere. 2024. V. 348. 140723. doi: 10.1016/j.chemosphere.2023.140723
  4. Zhang L., Zhu Z., Zhao M., et al. // Sci. Total Environ. 2023. V. 899. 165681. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.165681
  5. Ekwanzala M.D., Lehutso R.F., Kasonga T.K., et al. // Antibiotics. 2020. V. 9. № 7. 431. doi: 10.3390/antibiotics9070431
  6. Dias I.M., Mourão L.C., Andrade L.A., et al. // Water Res. 2023. V. 234. 119826. doi: 10.1016/j.watres.2023.119826
  7. Lamba M., Sreekrishnan T.R., Ahammad S.Z. // J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8. № 1. 102088. doi: 10.1016/j.jece.2017.12.041
  8. Tavares R.D.S., Tacão M., Figueiredo A.S., et al.// Water Res. 2020. V. 184. 116079. doi: 10.1016/j.watres.2020.116079
  9. Shanmuganathan R., Sibtain Kadri M., Mathimani T., et al.// Chemosphere. 2023. V. 332. 138812. doi: 10.1016/j.chemosphere.2023.138812
  10. Hoang N.T., Manh T.D., Tram N.C.T., et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2024. V. 12. № 1. 111846. doi: 10.1016/j.jece.2023.111846
  11. Huang A., Yan M., Lin J., et al. // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021. V. 18. № 9. 4909. doi: 10.3390/ijerph18094909
  12. Ahmed M.B., Zhou J.L., Ngo H.H., et al./ J. Hazard. Mater. 2017. V. 323. P. 274–298. doi: 10.1016/j.jhazmat.2016.04.045
  13. Brillas E. // J. Environ. Chem. Eng. 2023. V. 11. № 6. 111303. doi: 10.1016/j.jece.2023.111303
  14. Dong C., Fang W., Yi Q., Zhang J. // Chemosphere. 2022. V. 308. 136205. doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.136205
  15. Wang B., Wang Y. // Sci. Total Environ. 2022. V. 831. 154906. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.154906
  16. СанПиН 1.2.3685–21 “Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания”/Постановление Роспотребнадзора от 28.01.2021 г. № 2. https://www.rospotrebnadzor.ru/files/news/GN_sreda%20_obita. // 2021.
  17. Pirsaheb M., Hossaini H., Janjani H. // Desalin. Water Treat. 2019. V. 165. P. 382–395. doi: 10.5004/dwt.2019.24559
  18. Zhang Y., Zhao Y.-G., Maqbool F., Hu Y. // J. Water Process Eng. 2022. V. 45. 102496. doi: 10.1016/j.jwpe.2021.102496
  19. Welch D., Buonanno M., Grilj V., et al.// Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. 2752. doi: 10.1038/s41598-018-21058-w
  20. Xu J., Huang C.-H. // Environ. Sci. Technol. Lett. 2023. V.10. P. 543–548. doi: 10.1021/acs.estlett.3c00313
  21. Matafonova G., Batoev V. // Water Res. 2018. V. 132. P. 177–189. doi: 10.1016/j.watres.2017.12.079
  22. Krutzler T., Fallmann H., Maletzky P., et al.// Catal. Today. 1999. V. 54. № 2. P. 321–327. doi: 10.1016/S0920-5861(99)00193-5
  23. Khandarkhaeva M., Batoeva A., Aseev D., et al.// Ecotoxicol. Environ. Saf. 2017. V. 137. P. 35–41. doi: 10.1016/j.ecoenv.2016.11.013
  24. P. Anipsitakis G., Dionysiou D. // Appl. Catal. B. 2004. V. 54. P. 155–163. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.05.025
  25. Matzek L.W., Carter K.E. // Chemosphere. 2016. V. 151. P. 178–188. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.02.055
  26. Zhu J.-P., Lin Y.-L., Zhang T.-Y., et al.// Chem. Eng. J. 2019. V. 367. P. 86–93. doi: 10.1016/j.cej.2019.02.120
  27. Bu L., Shi Z., Zhou S. // Sep. Purif. Technol. 2016. V. 169. P. 59–65. doi: 10.1016/j.seppur.2016.05.037
  28. Sang W., Xu X., Zhan C., et al.// J. Water Process Eng. 2022. V. 49. 103075. doi: 10.1016/j.jwpe.2022.103075
  29. Grčić I., Vujević D., Koprivanac N. // Chem. Eng. J. 2010. V. 157. № 1. P. 35–44. doi: 10.1016/j.cej.2009.10.042
  30. Li Y., Shi Y., Huang D., Wu Y., Dong W. // J. Hazard. Mater. 2021. V. 413. P. 125420. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.125420
  31. Pan M., Ding J., Duan L., Gao G. // Chemosphere. 2017. V. 167. P. 353–359. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.09.144
  32. Ioannidi A., Arvaniti O.S., Nika M.-C., et al.// Chemosphere. 2022. V. 287. 131952. doi: 10.1016/j.chemosphere.2021.131952
  33. Diao Z.H., Wei-Qian, Guo P.R., et al. // Chem. Eng. J. 2018. V. 349. P. 683–693. doi: 10.1016/j.cej.2018.05.132
  34. Wojnárovits L., Takács E. // Chemosphere. 2019. Vol. 220, P. 1014–1032. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.12.156
  35. Wojnárovits L., Tóth T., Takács E. // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2018. V. 48. № 6. P. 575–613. doi: 10.1080/10643389.2018.1463066
  36. Hwang S., Huling S.G., Ko S. // Chemosphere. 2010. V. 78. № 5. P. 563–568. doi: 10.1016/j.chemosphere.2009.11.005
  37. Cai H., Chen M., Li J., et al.// Mater. Sci. Semicond. Process. 2022. V. 143. 106502. doi: 10.1016/j.mssp.2022.106502
  38. Erdem H., Erdem M. // J. Environ. Chem. Eng. 2023. P. 111720. doi: 10.1016/j.jece.2023.111720
  39. Gutiérrez-Sánchez P., Álvarez-Torrellas S., Larriba M., et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2023. V. 11. № 2. 109344. doi: 10.1016/j.jece.2023.109344

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Kinetics of ceftriaxone oxidation in various systems, [Fe₂⁺] = 0.1 mM, [S₂O₈²⁻] = 1 mM, T=23°C.

Жүктеу (95KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Emission spectra of a quasi-solar lamp and absorption spectra of aqueous solutions of individual substances and their mixtures, [Fe₂⁺] = 0.1 mM, [S₂O₈²⁻] = 1 mM.

Жүктеу (135KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Effect of Fe₂⁺ concentration on the kinetics of ceftriaxone oxidation in the combined system {UV–Vis/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻}, [S₂O₈²⁻] = 0.5 mM, T=23°C.

Жүктеу (88KB)
Метадеректер
5. Рис. 4. Влияние концентрации окислителя на кинетику деструкции ЦЕФ в комбинированной системе {UV–Vis/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻}, [Fe₂⁺] = 0.1 мМ, Т=23°C.

Жүктеу (98KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Effect of radical reaction inhibitors on ceftriaxone oxidation in the combined system {UV–Vis/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻}, [S₂O₈²⁻] = 1 mM, [Fe₂⁺] = 0.1 mM, T=23°C.

Жүктеу (131KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Effect of temperature on oxidation of ceftriaxone in the combined system {UV–Vis/Fe₂⁺/S₂O₈²⁻}, [S₂O₈²⁻] = 1 mM, [Fe₂⁺] = 0.1 mM.

Жүктеу (88KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Kinetics of ceftriaxone oxidation under natural solar irradiation, [Fe₂⁺] = 0.1 mM, [S₂O₈²⁻] = 1 mM.

Жүктеу (101KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024