فرشید قربانی چقامارانی

آنتی‌بیوتیک‌ها به طور گسترده در امور بهداشتیِ انسان‌ها، پرورش دام و در آبزی‌پروری به عنوان درمان مؤثر دارویی و هم‌چنین در زمینه پیشگیری از برخی بیماری‌ها استفاده می‌شوند. با توجه به پیامدهای مضر حضور داروها در محیط‌های آبی، توسعه روش‌های کارآمد، اقتصادی و سازگار با محیط زیست برای حذف آن‌ها از سیستم‌های آبی ضروری است. امروزه جاذب‌های طبیعی و سنتزیِ فراوانی در جذب آلاینده‌های مختلف از محیط‌های آبی معرفی شده‌اند. در پژوهش حاضر، جاذب‌های طبیعیِ کلینوپتیلولیت (Clp) و سنتزیِ MCM-48 با استفاده از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (nZVI) اصلاح و کارایی آن‌ها در حذف تتراسایکلین (به عنوان نمونه‌ای از ترکیبات دارویی) در یک سیستم جذب ناپیوسته ارزیابی شد. متغیرهای محیطی مؤثر در فرآیند جذب مانند pH، دوز جاذب، غلظت آلاینده، دما و زمان مورد بررسی قرار گرفت. ویژگی‌های سطحی جاذب‌ها توسط آنالیزهای طیف‌سنج مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپ الکترونیِ نشر میدانی (FE-SEM) مجهز به طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX)، طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس (XRD) و جذب سطحی گاز نیتروژن مورد ارزیابی قرار گرفت. بهینه‌سازی پارامترهای تأثیرگذار با استفاده از طراحی باکس-بنکن (BBD) در چارچوب روش سطح پاسخ (RSM) انجام شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی پراکندگی ثابتی از بلورهای آهن را بر روی سطح جاذب‌ها نشان داد که اندازه‌ای بین ۸ تا ۳۷ نانومتر دارند. کارایی جذبِ جاذب‌های مورد بررسی پس از اصلاح به طور چشمگیری افزایش یافت. مطابق با نتایج حاصله از آنالیز BET، نمونه‌های MCM-48 ویژگی‌های مشخصه بهتری را نسبت به Clp از جمله سطح ویژه، حجم منافذ و انرژی مشخصه جذب سطحی نشان دادند. آنالیز مطلوبیت، شرایط بهینه برای متغییرهای pH، زمان تعادل، غلظت اولیه تتراسایکلین و دوز جاذب در حذف تتراسایکلین توسط جاذب nZVI-Clp را به ترتیب 43/7، 00/91 دقیقه، 80/88 میلی‌گرم در لیتر و 07/1 گرم در لیتر تعیین کرد. شرایط بهینه متغییرهای مستقل نامبرده برای جاذب nZVI-MCM-48به ترتیب شامل 47/6، 00/113 دقیقه، 68/94 میلی‌گرم در لیتر و 07/1 گرم در لیتر بود. ایزوترم‌های لانگمویر و ردلیچ-پترسون بهتر توانستند جذب تتراسایکلین بر روی سطوح جاذب‌های سنتز شده را توصیف کنند. مدل لانگمویر حداکثر ظرفیت جذب را برای nZVI-Clp و nZVI-MCM-48 به ترتیب حدود 125 و 592 میلی‌گرم در گرم برآورد کرد. حداکثر ظرفیت جذبِ بسیار بالاتر در مزوحفره سنتزیِ nZVI-MCM-48 نسبت با nZVI-Clp را می‌توان به سطح ویژه بالاتر، حجم منافذ بیش‌تر و انرژی مشخصه جذب سطحی مناسب‌تر آن نسبت داد. جذبِ سطحیِ تتراسایکلین بر روی سطوح جاذب‌های سنتز شده از مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم پیروی کرد. به عبارت دیگر، جذب شیمیایی به طور مؤثری کنترل کننده فرآیند جذب تتراسایکلین بر روی جاذب‌های سنتز شده است. به نظر می‌رسد، مکانیسم اصلی جذب در ارتباط با تشکیل کمپلکس و پیوند کووالانت مابین نانوذرات آهن بر روی سطوح جاذب‌های سنتز شده و گروه‌های عاملی آمین و آمید در تتراسایکلین است. آنالیز ترمودینامیکی فرآیند جذب را خودبخودی، گرماگیر و با افزایش بی‌نظمی نشان داد. جذب تتراسایکلین تحت تأثیر حضور یون‌ها قرار گرفت. جاذب nZVI-Clp بیش‌ترین تأثیر را از کلسیم، منیزیم و فسفات متحمل شد در حالی‌که جاذب nZVI-MCM-48 به استثنا آنیون فسفات، تأثیر کمی از دیگر یون‌ها گرفت. نتایج حاصل از ارزیابی قابلیت استفاده مجددِ نشان داد که برای هر دو جاذب سنتز شده، درصد حذف (R) پس از سه چرخه متوالیِ جذب، مناسب و بیش از 50 درصد است. کاهش در کارایی جذب احتمالاً به از دست رفتنِ بخشی از نانوذرات آهن و اشغالِ برگشت‌ناپذیر برخی مکان‌های جذب مرتبط است.