The influence of oxygen on the efficiency and the mechanism of cabrmazepine decomposition by means of the photocatalysis process

• Autorzy: Kudlek E.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Advanced oxidation processes are one of the most effective methods in the treatment of aqueous streams contaminated with hardly-biodegradable organic micropollutants including pharmaceutical substances which are classified as biologically active compounds. The study assessed the impact of the presence of oxygen on the efficiency of photocatalytic oxidation of the psychotropic drug – carbamazepine. The oxygen was supplied to the reaction medium as a mixture of gases present in atmospheric air by means of an aeration pump or in pure form using an oxygen concentrator. The HPLC analysis preceded by solid-phase extraction was used to evaluate the effectiveness of the process. It was demonstrated that the presence of oxygen was an essential factor for the proper conduction of photochemical processes. With the increase of the oxygen concentration the increase in the removal rate of tested psychotropic drug was observed. In addition, the study evaluated the possibility of generation of toxic by-products of the oxidation and reduction of carbamazepine using Microtox® biotest. It was found, that the presence of dissolved oxygen intensified the formation of toxic by-products during the carbamazepine decomposition, which result in higher toxicity of the treated aqueous matrix.

PL

Zaawansowane procesy utleniania należą do jednych z najskuteczniejszych metod oczyszczania strumieni wodnych z trudnobiodegradowanych mikrozanieczyszczeń organicznych, w tym również substancji farmaceutycznych zaliczanych do związków aktywnych biologicznie. W pracy oceniono wpływ obecności tlenu na efektywność fotokatalitycznego utleniania leku psychotropowego – karbamazepiny. Tlen doprowadzano do środowiska reakcji jako mieszaninę gazów za pomocą pompki napowietrzającej lub formie czystej przy użyciu koncentratora tlenu. Do badania skuteczności procesu zastosowano analizę HPLC poprzedzoną ekstrakcją do fazy stałej. Wykazano, że obecność tlenu jest niezbędnym czynnikiem pozwalającym na prawidłowy przebieg procesów fotochemicznych. Wraz ze wzrostem stężenia tlenu obserwowano wzrost stopnia usunięcia leku psychotropowego. Dodatkowo w ramach pracy oceniono możliwość generowania toksycznych ubocznych produktów utleniania i redukcji karbamazepiny przy użyciu biotestu Microtox®. Stwierdzono, że obecność tlenu rozpuszczonego intensyfikuje powstawanie toksycznych produktów ubocznych w trakcie rozkładu karbamazepiny, skutkujących wzrostem toksyczności oczyszczanej matrycy wodnej.

Słowa kluczowe

EN

carbamazepine; photocatalysis; oxygen; Microtox

PL

karbamazepina; fotokataliza; tlen; Microtox

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 8, no. 4
• Strony: 93--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kudlek E.

• Faculty of Energy and Environmental Engineering, Institute of Water and Wastewater Engineering, The Silesian University of Technology, Konarskiego 18, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Kosjek T., Andersen H. R., Kompare B., Ledin A., Heath E.; Fate of Carbamazepine during Water Treatment. Environmental Science and Technology Vol.43, No.16, 2009; p.6256-6261
• [2] Scheytt T., Mersmann P., Lindstadt R., Heberer T.; Determination of sorption coefficients of pharmaceutically active substances carbamazepine, diclofenac, and ibuprofen, in sandy sediments. Chemosphere Vol.60, No.2, 2005; p.245-253
• [3] Yang H., An T., Li G. Y., Song W., Cooper W. J., Luo H., Guo, X.; Photocatalytic degradation kinetics and mechanism of environmental pharmaceuticals in aqueous suspension of TiO2: a case of β-blockers, Journal of. Hazardous Materials, Vol.179, No.1-3, 2010; p.834-839
• [4] Gaya U. I., Abdullah A. H.; Heterogeneous photocatalytic degradation of organic contaminants over titanium dioxide: a review of fundamentals, progress and problems. Journal of Photochemistry and Photobiology C Vol.9, No.1, 2008; p.1-12
• [5] Chong M. N., Jin B., Chow C. W. K., Saint C.; Recent developments in photocatalytic water treatment technology: a review. Water Research Vol.44, No.10, 2010; p.2997-3027
• [6] Almeida L.C., Garcia-Segura S., Bocchi N., Brillas E.; Solar photoelectro-Fenton degradation of paracetamol using a flow plant with a Pt/air-diffusion cell coupled with a compound parabolic collector: Process optimization by response surface methodology. Applied Catalysis B: Environmental Vol.103, No.1-2, 2011; p.21-30
• [7] Sin J.C., Lam S.M., Mohamed A.R., Lee K.T.; Degrading Endocrine Disrupting Chemicals from Wastewater by TiO2 Photocatalysis: A Review. International Journal of Photoenergy 2012 (article ID 185159)
• [8] Vasanth Kumar K., Porkodi K., Rocha F.; LangmuirHinshelwood kinetics – A theoretical study. Catalysis Communications. Vol.9, No.1, 2008; p.82-84
• [9] Bohdziewicz J., Kudlek E., Dudziak M.; Influence of the catalyst type (TiO2 and ZnO) on the photocatalytic oxidation of pharmaceuticals in the aquatic environment. Desalination and Water Treatment (in Press)
• [10] Diesen V.; Heterogeneous TiO2 Photocatalysis - Fundamental Chemical Aspects and Effects of Solid Phase Alterations. Doctoral thesis in Chemistry. Kungliga Tekniska Högskolan 2013
• [11] Werle S., Dudziak M.; Ocena toksyczności osadów ściekowych oraz produktów ubocznych powstających podczas ich zgazowania [Evaluation of toxicity of sewage sludge and gasification waste-products]. Przemysł Chemiczny Vol.92, No.7, 2013; p.1350-1353 (in Polish)