حذف فوتوکاتالیستی آنتی بیوتیک مترونیدازول، با استفاده از نانوکاتالیست مغناطیسی tio2 (fe3o4@sio2@tio2) : سنتز، تعیین مشخصات، و پارامتر های بهره برداری

سابقه و هدف: فرایند فوتوکاتالیستی با استفاده از tio2، یک روش شناخته شده برای حذف آلاینده‌‌های آب است. اما اندازه کوچک ذرات tio2 و در نتیجه مشکل جداسازی آن بعد از تصفیه، مانع تجاری سازی آن می‌گردد. هدف از این مطالعه سنتز نانوذرات مغناطیسی fe3o4@sio2@tio2 و بررسی کارایی آن در حذف آنتی‌بیوتیک مترونیدازول (mnz) از محلول‌ های آبی می‌باشد.مواد و روش‌ها: در این مطالعه کاربردی، پس از سنتز نانو ذرات به روش سل ژل، ویژگی‌های آن از طریق آنالیزهای sem، xrd، vsm و bet تعیین گردید. تاثیر پارامترهای بهره‌ برداری شامل دوز کاتالیست، ph و غلظت اولیه مترونیدازول بر راندمان حذف،آزمایش و درجه واکنش و سینتیک حذف، به همراه قابلیت بازیابی کاتالیست در فاز بهینه مورد بررسی قرار گرفت. در انتها، مقایسه بین روش‌های جذب، فوتولیز مستقیم، کاربرد کاتالیست تجاری degussa p25tio2 و کاتالیست fe3o4@sio2@tio2 انجام گرفت و نتایج مورد مقایسه قرار گرفت.یافته‌ها: نتایج آنالیزها نشان داد کاتالیست سنتز شده ویژگی‌ های سوپر پارامغناطیسی خوبی از خود نشان می‌دهد. شرایط بهینه برای حذف مترونیدازول در دوز کاتالیست برابر با g/l 1.5، 8=ph و غلظت اولیه mnz برابر با mg/l 40 در زمان 180 دقیقه تابش uv، به دست آمد. مطالعات سینتیکی نشان داد حذف فوتوکاتالیستی mnz از واکنش شبه درجه اول (0.9912=r2 ) و مدل لانگمویر هینشلوود (0.9997= r2 ) پیروی می‌کند.استنتاج: با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، نانوذرات fe3o4@sio2@tio2 به اندازه کاتالیست تجاری degussa p25 tio2 در حذف آنتی‌بیوتیک مترونیدازول موثر می‌باشد (0.05 < p) و با درنظر گرفتن سادگی جداسازی آن در یک میدان مغناطیسی خارجی و قابلیت استفاده مجدد از آن، نانوذرات fe3o4@sio2@tio2 می‌‌تواند به عنوان جایگزین مناسبی برای tio2 p25 degussa مورد توجه قرار گیرد.

Photocatalytic Removal of Metronidazole Using Magnetic TiO2 Nanocatalyst (Fe3O4@SiO2@TiO2): Synthesis, Characterization, and Operational Parameters

Background and purpose: Photocatalysis process with TiO2 is a wellknown method for removal of pollutants from water. However, the small particle size of TiO2, and therefore difficulty in its separation after treatment impede its commercialization. The aim of this study was to synthetize the Fe3O4@SiO2@TiO2 magnetic nanoparticles (NPs) and evaluation of its efficiency in removal of metronidazole (MNZ) from aqueous solutions.Materials and methods: The NPs were synthetized via solgel method, and characterized using SEM, XRD, VSM, and BET analysis. Then, the effect of operational parameters, including catalyst dosage, pH, and initial concentration of MNZ on removal efficiency were examined. The order of reaction and kinetic model, as well as the reusability potential of the catalyst were all investigated in the optimum run. Finally, comparison was made between the adsorption, direct photolysis, application of commercial Degussa P25 TiO2 (p25), and Fe3O4@SiO2@TiO2 NPs.Results: The sosynthesized catalyst showed good superparamagnetic properties. The optimum conditions for the MNZ removal were pH=8, the catalyst dosage=1.5 g/L, and initial concentration of MNZ=40 mg/L under 180 min UV irradiation time. The kinetic study revealed that the photocatalytic degradation of MNZ followed the pseudo first order (R2= 0.9912) and the LangmuirHinshelwood model (R2= 0.9976).Conclusion: According to the results, the Fe3O4@SiO2@TiO2 NPs were almost as effective as commercial catalyst Degussa P25 TiO2 in removal of MNZ (P> 0.05). Due to the simple separation with external magnetic field and reusability potential, Fe3O4@SiO2@TiO2 NPs can be considered as a suitable alternative for Degussa P25 TiO2.