Кавитационная активация окислительной деструкции цефтриаксона в водных растворах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые исследованы основные закономерности процессов деструкции цефалоспориновых антибиотиков (на примере цефтриаксона) персульфатом (ПС) при совместном воздействии низконапорной гидродинамической кавитации (ГК) и высокочастотного ультразвука мегагерцового диапазона (АК). Дана сравнительная оценка индивидуальных, комбинированных и гибридных окислительных систем. Эффективность деструкции цефтриаксона (ЦЕФ) возрастает в ряду: ГК < АК < АК+ГК (ГАК) < АК/ПС < ГК/ПС < ГАК/ПС < ГАК/ПС/Fe2+. Только в гибридной системе ГАК/ПС/Fe2+ достигается глубокое окисление ЦЕФ (93 %), при давлении на входе в кавитационное устройство 5 атм. Экспериментально, методом ингибирования радикальных реакций доказано, что в окислении цефтриаксона в гибридной системе ГАК/ПС/Fe2+ принимают участие как SO4•--, так и HO•-радикалы. Рассмотрено влияние неорганических анионов (SO42-, Cl- и HCO3-) на процесс окислительной деструкции ЦЕФ. Степени мешающего влияния на скорость реакций окисления целевого соединения снижается в ряду: HCO3->>SO42->Cl-. Данное исследование демонстрирует большой потенциал гибридной системы ГАК/ПС/Fe2+ для эффективной деструкции биорезистентных органических загрязняющих веществ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Г. Асеев

Байкальский институт природопользования CO РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: aseev.denis.g@gmail.com
Россия, Улан-Удэ

М. Р. Сизых

Байкальский институт природопользования CO РАН

Email: aseev.denis.g@gmail.com
Россия, Улан-Удэ

А. А. Батоева

Байкальский институт природопользования CO РАН

Email: aseev.denis.g@gmail.com
Россия, Улан-Удэ

Список литературы

  1. Гетьман М.А., Наркевич И.А. // Ремедиум. 2013. С. 50.
  2. Yu X., Tang X., Zuo J. et al. // Sci. Total Environ. 2016. V. 569–570. P. 23. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.scitotenv.2016.06.113.
  3. Kumar M., Jaiswal S., Sodhi K.K. et al. // Environ. Int. 2019. V. 124. P. 448. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.envint.2018.12.065.
  4. Dadgostar P. // Infect. Drug Resist. 2019. V. 12. P. 3903. DOI: /10.2147/IDR.S234610.
  5. Hofer U. // Nat. Rev. Microbiol. 2019. V. 17. P. 3. doi: 10.1038/s41579-018-0125-x.
  6. Захаренков И.А., Рачина С.А., Козлов Р.С. и др. // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2022. V. 24. P. 220. doi: 10.36488/cmac.2022.3.220-225.
  7. Ivetić T.B., Finčur N.L., Šojić Merkulov D.V. et al. // Catalysts. 2021. V. 11. doi: 10.3390/catal11091054.
  8. Qian Y., Liu X., Li K. et al. // Chem. Eng. J. 2020. V. 384. P. 123332. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.cej.2019.123332.
  9. Zhao Y., Liang X., Wang Y. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2018. V. 523. P. 7. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.jcis.2018.03.078.
  10. Dewil R., Mantzavinos D., Poulios I. et al. // J. Environ. Manage. 2017. V. 195. P. 93. DOI: 10.1016/ j.jenvman.2017.04.010.
  11. Wang B., Wang Y. // Sci. Total Environ. 2022. V. 831. P. 154906. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.scitotenv.2022.154906.
  12. Lin W., Liu X., Ding A. et al. // J. Water Process Eng. 2022. V. 45. P. 102468. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.jwpe.2021.102468.
  13. Li S., Wu Y., Zheng H. et al. // Chemosphere. 2023. V. 311. P. 136977. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.chemosphere.2022.136977.
  14. Kulišťáková A. // J. Water Process Eng. 2023. V. 53. P. 103727. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.jwpe.2023.103727.
  15. Tanveer R., Yasar A., Nizami A.-S. et al. // J. Clean. Prod. 2023. V. 383. P. 135366. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.135366.
  16. Mohod A.V, Teixeira A.C.S.C., Bagal M.V. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2023. V. 11. P. 109773. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.109773.
  17. Raut-Jadhav S., Badve M.P., Pinjari D.V. et al. // Chem. Eng. J. 2016. V. 295. P. 326. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.03.019.
  18. Wang L., Luo D., Hamdaoui O. et al. // Sci. Total Environ. 2023. V. 876. P. 162551. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162551.
  19. Aseev D.G., Batoeva A.A. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2015. V. 89. P. 1585. doi: 10.1134/S0036024415090046.
  20. Garkusheva N., Tsenter I., Kobunova E. et al. // Water. 2022. V. 14. doi: 10.3390/w14172604.
  21. Sampath Kumar K., Moholkar V.S. // Chem. Eng. Sci. 2007. V. 62. P. 2698. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.ces.2007.02.010.
  22. Suslick K.S., McNamara W.B., Didenko Y. Hot Spot Conditions during Multi-Bubble Cavitation BT in Sonochemistry and Sonoluminescence / Eds: L.A. Crum, T.J. Mason, J.L. Reisse, K.S. Suslick. Netherlands, Dordrecht: Springer, 1999.
  23. Šarc A., Stepišnik-Perdih T., Petkovšek M. et al. // Ultrason. Sonochem. 2017. V. 34. P. 51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.05.020.
  24. Choi J., Cui M., Lee Y. et al. // Chem. Eng. J. 2018. V. 338. P. 323. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.cej.2018.01.018.
  25. Gujar S.K., Gogate P.R., Kanthale P. et al. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 257. P. 117888. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117888.
  26. Thanekar P., Gogate P.R. // Sep. Purif. Technol. 2020. V. 239. P. 116563. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.seppur.2020.116563.
  27. Ghanbari F., Moradi M. // Chem. Eng. J. 2017. V. 310. P. 41. doi: 10.1016/j.cej.2016.10.064.
  28. Zhou Y., Gao Y., Pang S.-Y. et al. // Water Res. 2018. V. 145. P. 210. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.watres.2018.08.026.
  29. N.J. L., Gogate P.R., Pandit A.B. // Process Saf. Environ. Prot. 2021. V. 153. P. 178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.07.023.
  30. Calcio Gaudino E., Canova E., Liu P. et al. // Molecules. 2021. V. 26. doi: 10.3390/molecules26030617.
  31. Liu P., Wu Z., Abramova A.V. et al. // Ultrason. Sonochem. 2021. V. 74. P. 105566. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105566.
  32. Meng X., Chu Y.B. // Adv. Mater. Res. 2013. V. 763. P. 33. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR' target='_blank'>www.scientific.net/AMR. 763.33.
  33. Wu Z., Yuste-Córdoba F.J., Cintas P. et al. // Ultrason. Sonochem. 2018. V. 40. P. 3. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.04.016.
  34. Braeutigam P. Degradation of Organic Micropollutants by Hydrodynamic and/or Acoustic Cavitation BT. Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry / Еd. Ashokkumar M. Springer Singapore, Singapore. 2015.
  35. Braeutigam P., Franke M., Schneider R.J. et al. // Water Res. 2012. V. 46. P. 2469. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.02.013.
  36. Wojnárovits L., Tóth T., Takács E. // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2018. V. 48. P. 575. doi: 10.1080/10643389.2018.1463066.
  37. Wojnárovits L., Takács E. // Chemosphere. 2019. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.12.156.
  38. Kusic H., Peternel I., Ukic S. et al. // Chem. Eng. J. 2011. V. 172. P. 109. doi: 10.1016/j.cej.2011.05.076.
  39. Wang J., Wang S. // Chem. Eng. J. 2018. V. 334. P. 1502. doi: 10.1016/j.cej.2017.11.059.
  40. Özdemir C., Öden M.K., Şahinkaya S. et al. // Color. Technol. 2011. V. 127. P. 268. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1478-4408.2011.00310.x.
  41. Serna-Galvis E.A., Silva-Agredo J., Giraldo-Aguirre A.L. et al. // Sci. Total Environ. 2015. V. 524–525. P. 354. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.scitotenv.2015.04.053.
  42. Yi C., Lu Q., Wang Y. et al. // Ultrason. Sonochem. 2018. V. 43. P. 156. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.ultsonch.2018.01.013.
  43. Gogate P.R., Pandit A.B. // Adv. Environ. Res. 2004. V. 8. P. 501. DOI: https://doi.org/10.1016/S1093-0191(03)00032-7.
  44. Wang X., Zhang Y. // J. Hazard. Mater. 2009. V. 161. P. 202. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.03.073.
  45. Joshi R.K., Gogate P.R. // Ultrason. Sonochem. 2012. V. 19. P. 532. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2011.11.005.
  46. Saharan V.K., Badve M.P., Pandit A.B. // Chem. Eng. J. 2011. V. 178. P. 100. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.10.018.
  47. Bu L., Shi Z., Zhou S. // Sep. Purif. Technol. 2016. V. 169. P. 59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.05.037.
  48. Ismail L., Ferronato C., Fine L. et al. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. P. 2651. doi: 10.1007/s11356-017-0629-3.
  49. Wang J., Wang S. // Chem. Eng. J. 2021. V. 411. P. 128392. doi: 10.1016/j.cej.2020.128392.
  50. Buxton G.V., Greenstock C.L., Helman W.P. et al. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1988. V. 17. P. 513. doi: 10.1063/1.555805.
  51. Lee Y.-M., Lee G., Zoh K.-D. // J. Hazard. Mater. 2021. V. 403. P. 123591. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123591.
  52. Darsinou B., Frontistis Z., Antonopoulou M. et al. // Chem. Eng. J. 2015. V. 280. P. 623. doi: 10.1016/j.cej.2015.06.061.
  53. Khandarkhaeva M., Batoeva A., Sizykh M. et al. // J. Environ. Manage. 2019. V. 249. P. 109348. doi: 10.1016/j.jenvman.2019.109348.
  54. Machulek A., Ermírio F., Moraes J., Okano L. et al. // Photochem. Photobiol. Sci. 2009. V. 8. P. 985. doi: 10.1039/b900553f.
  55. Benkelberg H.-J., Warneck P. // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. P. 5214. doi: 10.1021/j100014a049.
  56. Guerra-Rodríguez S., Rodríguez E., Singh D.N. et al. // Water. 2018. V. 10. doi: 10.3390/w10121828.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема лабораторной установки (а) и кавитационной камеры (б): 1 – насос, 2 – кавитационная камера, 2.1 – форсунка, 2.2 – пьезоэлементы, 2.3 – кавитационное облако, 3 – генераторы высокой частоты 1.7 МГц, 4 – термостат.

Скачать (176KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Деструкция ЦЕФ в различных окислительных системах: [ЦЕФ] = 36 мкМ, [ПС] = 2 мМ, Pвх=5.0 атм.

Скачать (181KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние концентрации Fe2+ на деструкцию ЦЕФ в гибридной системе ГАК/ПС/Fe2+: [ЦЕФ] = 36 мкM, [ПС] = 360 мкM, Рвх = 5 атм.

Скачать (90KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние концентрации персульфата на деструкцию ЦЕФ в гибридной системе ГАК/ПС/Fe2+: [ЦЕФ] = 36 мкM, [Fe2+] = 100 мкM, Рвх = 5 атм.

Скачать (113KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Влияние исходной концентрации цефтриаксона на его деструкцию в гибридной системе ГАК/ПС/Fe2+: [ПС]=360 мкM, [Fe2+]=100 мкM, Рвх = 5 атм.

Скачать (118KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Влияние входного давления на деструкцию цефтриаксона в гибридной системе ГАК/ПС/Fe2+: [ЦЕФ] = 36 мкM, [ПС] = 360 мкM, [Fe2+] = 100 мкM.

Скачать (97KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Влияние неорганических анионов на деструкцию ЦЕФ в гибридной системе ГАК/ПС/Fe2+: [ЦЕФ] = 36 мкM, [ПС] = 360 мкM, [Fe2+] = 100 мкM, [Cl-] = 10 мM, [SO42-] = 10 мM, [HCO3-] = 10 мM, P = 5 атм.

Скачать (108KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024