Ανάπτυξη προχωρημένων οξειδωτικών διεργασιών για την απομάκρυνση οργανικών τοξικών ουσιών σε υδατικά συστήματα

Abstract

environment has become a subject of growing concern worldwide. The discharge of therapeutic agents in effluents from production facilities, hospitals, as well as private households, and/or improper disposal of unused drugs, all lead to contamination of environmental waters, and wastewater?treatment plants (WWTPs) are considered to be a major source. In addition due to their polar nature, several pharmaceuticals are not significantly adsorbed in the subsoil and during recharge and from landfill may leach into groundwater, which constitute a major source of drinking water. Pharmaceutical residues have been assessed in many countries at parts per?billion (ppb) and parts?per?trillion (ppt) concentrations in wastewater, surface water, as well as drinking water, respectively. Although these levels are much lower than those used in medical applications, the related potential toxic effects are still poorly known and cannot be discarded. Salbutamol, [2? (tert?butylamino)?1?(4?(hydroxy?3?hydroxymethylphenyl) ethanol), also known as albuterol, is clinically the most widely used b2?agonist in the treatment of bronchial asthma. In addition to its anti?asthmatic effects, it has been pharmacologically proven to be able to increase muscle protein, reduce total body fat due to lipid removal from fat depots, and promote muscle growth. Imipramine, (5H?dibenz[b,f]azepine?5?propanamine?10,11?dihydro?N,N0? dimethyl), (the first tricyclic antidepressant to be developed by Ciba?Geigy) was tried against psychotic disorders (e.g. schizophrenia), but proved insufficient. This active ingredient is in fact well known to induce and exacerbate psychosis. 285 To this day, Imipramine is often considered the ‘Gold Standard’ antidepressant as its ability to lift even the most severe depressive episodes is unsurpassed. In the last few years, new technologies for the decomposition of organic micro? pollutants in the aqueous environment have been developed. Heterogeneous photocatalysis represents an example of advanced oxidation processes (AOPs) capable of achieving a complete oxidation of organic and inorganic species, including also pharmaceutical substances. It takes advantage of some semiconductor solids, which can be used as photocatalysts suspended in the water effluent to be treated, or immobilised on various types of supports. Among them TiO2 is widely used because it is non?toxic, inexpensive photocatalyst, as well as biologically and chemically inert. The electron/hole pair (e?/h+) generated under light illumination of energy greater than 3.2 eV reacts with the molecules object of degradation, or water molecules oxidized by the photoholes (h+) and gives rise to the generation of hydroxyl radicals, responsible for the complete decomposition of the chemical substances. In addition, other AOPs such as H2O2/UV processes,

τιμές pH, διαπιστώθηκε η σταθερότητα των δύο φαρμακευτικών ενώσεων τόσο στο όξινο όσο και στο αλκαλικό περιβάλλον. Οι χρόνοι ημιζωής κυμαίνονται από 866 έως 2310 ώρες για το φάρμακο Salbutamol, και από 2310 έως 3465 ώρες για το φάρμακο Imipramine, αντίστοιχα. Παρατηρείται ότι η φαρμακευτική ουσία Imipramine παρουσιάζει μεγαλύτερη σταθερότητα και στις τρεις περιοχές του pH έναντι αυτής του φαρμάκου Salbutamol. Επομένως η παρουσία ιοντικών ενώσεων διαφοροποιεί τον μηχανισμό υδρόλυσης των φαρμακευτικών ουσιών, όπου σε βασικές συνθήκες, όπως παρατηρήθηκε είναι πιο αργή. 277 ΦΩΤΟΔΙΑΣΠΑΣΗ Φωτοδιάσπαση σε φυσικά νερά και σε απεσταγμένο νερό παρουσία νιτρικών ιόντων Κατά την μελέτη της φωτοδιάσπασης σε φυσικά νερά και σε απεσταγμένο νερό παρουσία νιτρικών ιόντων προκύπτει ότι ο ρυθμός φωτολυτικής διάσπασης των δύο φαρμακευτικών ουσιών είναι πιο γρήγορος σε σύγκριση με εκείνον του απεσταγμένου νερού, ακολουθώντας τη σειρά: απεσταγμένο < ποτάμιο <λιμναίο < θαλάσσιο. Η περιεχόμενη οργανική ύλη στα φυσικά νερά ακολουθεί τη σειρά: απεσταγμένο < θαλάσσιο < ποτάμιο < λιμναίο όσον αφορά την περιεκτικότητά της σε (mg/L) (Πίνακας 4.3). Παρατηρούμε πως η αύξηση της συγκέντρωσης της οργανικής ύλης οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού διάσπασης των δύο φαρμακευτικών ουσιών σε σχέση με αυτόν του απεσταγμένου νερού. Επομένως, δεν αποκλείεται η θετική επίδραση της οργανικής ύλης στην φωτοδιάσπαση με ευαισθητοποίηση της αντίδρασης (“sensitization effect”), η οποία όμως καλύπτεται από την δράση της ως οπτικό φίλτρο (“radical scavenging” ή “light attenuation”). Συμπεραίνουμε ότι το φαινόμενο της ευαισθητοποίησης της φωτοκαταλυτικής διεργασίας παρατηρείται στην περίπτωση και των δύο φαρμακευτικών ουσιών που μελετήθηκαν. Ο ρυθμός διάσπασής τους ήταν μικρότερος στο απεσταγμένο νερό σε σχέση με αυτόν στα επιφανειακά νερά, ακολουθώντας τη σειρά: απεσταγμένο < ποτάμιο <λιμναίο < θαλάσσιο. Καθώς αυξάνεται λοιπόν η περιεχόμενη οργανική ύλη στα φυσικά νερά παρατηρείται μείωση του χρόνου ημίσειας ζωής και άρα αύξηση του ρυθμού διάσπασής τους. Επιπλέον, τα νιτρικά και τα νιτρώδη ιόντα στα φυσικά νερά αποτελούν σημαντική πηγή ριζών υδροξυλίου, τα οποία λειτουργούν καταλυτικά στις οργανικές αντιδράσεις. Γεγονός είναι όμως πως, στην πραγματικότητα θεωρείται δύσκολο να προσδιοριστεί ο ακριβής μηχανισμός των νιτρικών ιόντων στην φωτόλυση.