Tanen ile modifiye edilmiş baryum titanatın siprofloksasin çözeltisine fotokatalitik etkisi

Abstract

Antibiyotikler, ortaya çıktıklarından beri insan sağlığını iyileştirmek veya hayvancılık ve kümes hayvancılığını geliştirmek için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bununla birlikte, antibiyotik kalıntılarından potansiyel olarak olumsuz etkileri olduğundan, insan bağışıklık sisteminin bozulması, sucul topluluk yapısı üzerindeki etkiler ve antibiyotik direnç genlerinin indüklenmesi ve yayılması dahil olmak üzere ciddi sağlık ve çevre sorunlarına neden olmuştur. İnsanlar ve hayvanlar antibiyotiklerin yalnızca %30'unu emebildiğinden, çoğu vücuttan atılır. Ek olarak, ilaç endüstrisinden gelen atık su, su arıtımını büyük ölçüde etkileyen büyük miktarda antibiyotik içerir. Ayrıca kanalizasyon ve kanalizasyon arıtma tesisinde antibiyotik tespit edildi. Ayrıca yüzey sularında, yeraltı sularında ve evsel atık sularda tespit edilen antibiyotikler, antibakteriyel aktiviteleri ve fonksiyonel grupları nedeniyle mikroorganizmaların, hayvanların ve bitkilerin büyüme ve gelişimi üzerinde önemli toksik etkiye sahiptir. Antibiyotikler vücuda içme suyu ile girer. Sürekli antibiyotik alınırsa patojenler antibiyotiklere dirençli hale gelir. Bu nedenle enfeksiyon anında antibiyotikler işe yaramaz. Antibiyotiklerin çevrede dolaşmasını önlemek için atık sudan uzaklaştırılmaları gerekir. Bu ilaçlardan biri olan siprofloksasin önemli bir çevresel tehdit oluşturmaktadır. Üçüncü nesil bir florokinolon antibiyotik olan siprofloksasin, mükemmel stabilitesi ve mükemmel mikrop geçirmez etkisi nedeniyle hayvan dışkısında, toprakta ve suda evrensel antiseptiklerden biri olarak defalarca gösterilmiştir. Siprofloksasin en çok satan antibiyotiklerden biridir ve birçok bakteriyel enfeksiyonu tedavi etmek için kullanılan ucuz bir antibiyotiktir. Sulu sistemlerdeki siprofloksasin kalıntıları çevre ve insan sağlığı için ciddi bir tehdit oluşturabilir. Bu sebepten dolayı atık sudan siprofloksasin uzaklaştırmak için birçok yöntem denenmiştir. Son zamanlarda, biyobozunma, membran teknolojisi, kimyasal oksidasyon, fotokatalitik degradasyon ve adsorpsiyon, atık sudaki antibiyotiklerin arıtılmasında uygulanmıştır. Bu çalışmada tanen ve formaldehit tanen modifiyeli baryum titanat fotokatalizör olarak kullanılmıştır. Meşe palamadundan elde edilen tanen ile birlikte, taneni reçine haline getirerek formaldehit tanen elde edilmiş ve bu ürün baryum titanat ile modifiye edilerek fotokatalizör haline getirilmiştir. Buradaki amaç baryum titanatın sahip olduğu elektron enerji seviyesi düşürülmesidir. Düşürülen elektron seviyesi ile birlikte bant aralığı azalacak, azalan bant aralığı sayesinde fotokatalitik aktivitesi artması beklenmektedir. Çalışmanın ilk aşamasında T/Ba-0.1 ve FT/Ba-0.1 fotokatalizörleri UV-A, görünür ışık ve karanlık ortamlarda karşılaştırılmıştır. Görünür ışık altında fotokatalitik aktivitelerinin hem T/Ba-0.1 için hem de %10 Formaldehit Tanen/BaTiO3 için daha yüksek olduğu bulunmuştur. Modifiye edilmiş baryum titanatın çalışma dalgaboyu UV-A (320 – 400 λ) aralığından görünür ışık (400–700 λ) bölgesine kaydığını gösterir. Görünür ışık altında T/Ba-0.1 ve FT/Ba-0.1 verimi 5 saatin sonunda sırasıyla %96 ve %88'dir. FT-IR analizine baktığımızda, tanenin formaldehit reçinesine dönüşmesiyle O-H bağlarının azaldığı ve dolayısıyla bozulmaya neden olacak oksidasyonun azaldığı ortaya çıktı. Üçüncü aşamada katalizör dozu, siprofloksasin başlangıç konsantrasyonu, çözelti pH'ı ve radikal yakalayıcıların etkisi gibi ortam parametrelerinin bozunma verimine tesiri incelenmiştir. Üçüncü aşamada katalizör dozu, siprofloksasin başlangıç konsantrasyonu, çözelti pH'ı ve radikal yakalayıcıların etkisi gibi ortam parametrelerinin bozunma verimine tesiri incelenmiştir. İlk ve ikinci aşamada yapılan deneyler sonucunda görünür ışığın altında yapılan çalışmalar UV-A'ya göre fotokatalitik aktivitelerinin daha yüksek çıkmasından dolayı bu aşamada deneyler görünür ışık altında yürütülmüştür. Siprofloksasin maddesinin başlangıç konsantrasyonunun fotokatalitik aktiviteye etkisinin incelendiği çalışmada, 5, 10, 15, 20 ve 40 mg/L başlangıç konsantrasyonları belirlenmiş ve testler yapılmıştır. En yüksek verim, fotokatalizör T/Ba-0.1 ile 10 mg/L'lik bir siprofloksasin konsantrasyonunda elde edildi. Çözeltinin konsantrasyonunun artması, çözeltiye giren foton sayısının azalmasıyla birlikte katalizörlerin katalitik veriminin düşmesine neden olmuştur. pH deneyleri asidik (pH=3), bazik (pH=10) ve doğal çözelti pH'ı 5.8'lik çözeltilerinde gerçekleştirilmiştir. Asidik ve bazik ortamlarda yapılan çalışmalarda bozunma veriminin düştüğü gözlemlenmiştir. T/Ba-0.1 fotokatalizörü kullanılarak ve en yüksek verimin elde edildiği çözeltinin doğal pH'ında bir %96 verimi elde edildi. Radikal yakalayıcı olarak 40 mM H2O2, 100 mM H2O2, 1 mM EDTA ve 1 mM IPA kullanıldı. Çözeltiye tutucuların eklenmesiyle bozunma etkinliğinin %90 ve %70 arasındaki değerlere düştüğü gözlemlendi. Bu deneyden h+ ve OH- iyonlarının fotokataliz için önemli bir faktör olduğu sonucuna varılmıştır. Tekrar deneylerinde ise, en iyi verimi sağlayan T/Ba-0.1 katalizörü kullanılmıştır. Fotokatalizörün tekrar kullanımında verimler sırasıyla %96, %92, %87, %79 ve %67 bulunmuştur. İlk üç kullanımda verimde yavaş azalma gözlemlenmiştir. 4. ve 5. kullanımda degradasyon veriminde ciddi azalma görülmüştür. Bu azalma katalizörün tekrar kullanıma bağlı olarak aktivite bölgelerinin kaybına bağlanmıştır.