بررسی راندمان حذف آنتی‌بیوتیک مترونیدازول از محلول‌های آبی با استفاده از نانوکامپوزیت‌های مغناطیسی آهن صفر ظرفیتی/گرافن

زمینه و هدف: آنتی بیوتیک ها بخشی از آلاینده های نوپدید در محلول های آبی هستند که به دلیل خاصیت تجمعی، اثرات سوء مختلف و ایجاد مقاومت های دارویی، در غلظت های محیطی بسیار پایین، سلامت انسان و محیط زیست را تهدید می کنند. این امر تامین تسهیلات تصفیه فاضلاب در منابع تولید این مواد را ضروری می نماید تا از رها شدن بی رویه آن ها در محیط زیست جلوگیری به عمل آید. لذا هدف از این مطالعه تعیین و بررسی راندمان حذف آنتی بیوتیک مترونیدازول از محلول های آبی با استفاده از نانوکامپوزیت‌های مغناطیسی آهن صفر ظرفیتی/گرافن بود.  روش بررسی: این یک مطالعه تجربی می‌باشد که در سال 1402  انجام شد. در این مطالعه نانوکامپوزیت های آهن قرار گرفته بر پایه گرافن به روش شیمی سبز و استفاده از آب انار به عنوان کاهنده سنتز شد. مشخصات فیزیکی و ساختاری جاذب سنتز شده با تکنیک‌های xrd، sem و tem مورد آنالیز قرار گرفت. در این مطالعه اثر متغیرهایی نظیر ph محلول(3، 5، 7، 9 و 11)، دوز جاذب(10، 30، 50، 70، 90 و100 میلی‌گرم)، غلظت اولیه(5، 10، 25، 50، 75 و 100 میلی‌گرم بر لیتر)، زمان تماس (15، 30، 45، 60، 75 و 90 دقیقه) و دمای واکنش(5، 15، 25، 35، 45 و  55 درجه سانتی‌گراد) در حذف آنتی بیوتیک مترونیدازول تحت فرآیند جذب سطحی به وسیله نانو جاذب های آهن صفر ظرفیتی/گرافن مورد مطالعه قرار گرفت. برای اندازه‌گیری غلظت باقیمانده آنتی بیوتیک مترونیدازول از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج حداکثر جذب (320 نانومتر) استفاده شد. داده‌های جمع‌آوری شده با استفاده از آزمون‌های آماری آنالیز واریانس تجزیه و تحلیل شدند.یافته ها: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مشخص می‌کند که اندازه ذرات نمونه کاتالیست مذکور در محدوده‌ بین 6040 نانومتر است. هم‌چنین شکل تقریباً کروی نانو ذرات کاتالیست مذکور نیز، از این شکل آشکار می شود. نتایج این مطالعه نشان داد که در ph بهینه 5 بیشترین راندمان حذف مترونیدازول در حضور نانو ذرات 5 درصد آهن قرار گرفته بر پایه گرافن به دست آمد. هم‌چنین نتایج نشان داد که در زمان تماس 60 دقیقه و غلظت اولیه آنتی بیوتیک مترونیدازول، 50 میلی گرم در لیتر، راندمان حذف برابر 92 درصد می باشد. دوز بهینه و اقتصادی کاتالیست برابر 0/1 گرم و دمای واکنش نیز برابر با  45 درجه سانتی‌گراد به دست آمد.نتیجه گیری: نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که فرآیند کاتالیستی نانو ذرات آهن قرار گرفته بر پایه گرافن می تواند یک فرآیند کارآمد در زمینه حذف آنتی بیوتیک مترونیدازول از محلول های آبی باشد و با توجه به سادگی جداسازی آن به وسیله یک میدان مغناطیسی خارجی، می تواند جایگزین مناسبی برای سایر کاتالیست ها محسوب شود.  

investigating the removal efficiency of metronidazole antibiotic from aqueous solutions using fe0/graphene magnetic nanocomposites

background & aim: antibiotics are a group of emerging contaminants in the aquatic environment that due to cumulative effects, different adverse effects, and leading to drug resistance, residues threaten the human health and ecosystem in the low concentrations found in the environment. this makes it necessary to provide wastewater treatment facilities in the production sources of these materials to prevent their unnecessary release into the environment. therefore, the purpose of this study was to determine and catalytic analysis of the antibiotic metronidazole by using iron nanoparticles supported on the synthesized graphene in aqueous solutions.methods: in the present experimental study conducted in 2023, graphene-supported iron nanocomposites were synthesized using green chemistry method and pomegranate juice as a reducing agent. the physical and structural characteristics of the synthesized adsorbent were analyzed by xrd, sem and tem techniques. in this study, the effect of variables such as solution ph (3, 5, 7, 9 and 11), adsorbent dose (10, 30, 50, 70, 90 and 100 mg), initial concentration (5, 10, 25, 50, 75 and 100 mg/l), contact time (15, 30, 45, 60, 75 and 90 min) and reaction temperature (5, 15, 25, 35, 45 and 55 °c) in the removal of metronidazole antibiotic under the process of surface absorption by fe/graphene nano-absorbents were studied. a spectrophotometer was used to measure the residual concentration of metronidazole antibiotic at the wavelength of maximum absorption (320 nm). the collected data were analyzed using statistical tests of analysis of variance.results: the scanning electron microscope (sem) image indicated that the particle size of the catalyst sample was in the range of 40-60 nm. moreover, the practically spherical shape of catalyst nanoparticles was revealed from the image. the results of the present study indicated that at the optimal ph 5, the highest removal efficiency of metronidazole was obtained in the presence of 5% iron nanoparticles supported on the graphene. whit a 60-minute contact time and 50 mg/l initial concentration of metronidazole, the removal efficiency was 92%. the optimal and economical dose of catalyst was also obtained at 0.1 g and reaction temperature was 45 °c.conclusion: the results indicated that the catalytic process of iron nanoparticles supported on the graphene can be an efficient process in the field of removing the antibiotic metronidazole from aqueous solutions and due to the simplicity of its separation by an external magnetic field, therefore it can be considered a suitable substitute for other catalysts.