Кавитационная активация окислительной деструкции цефтриаксона в водных растворах

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. Г. Асеев

Байкальский институт природопользования CO РАН

Author for correspondence.
Email: aseev.denis.g@gmail.com
Russian Federation, Улан-Удэ

М. Р. Сизых

Байкальский институт природопользования CO РАН

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

А. А. Батоева

Байкальский институт природопользования CO РАН

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

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of laboratory installation (a) and cavitation chamber (b): 1 - pump, 2 - cavitation chamber, 2.1 - nozzle, 2.2 - piezoelements, 2.3 - cavitation cloud, 3 - high frequency generators 1.7 MHz, 4 - thermostat.

Download (176KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Destruction of CEF in different oxidative systems: [CEF] = 36 μM, [PS] = 2 mM, Rvx=5.0 atm.

Download (181KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Effect of Fe2+ concentration on the degradation of CEF in the hybrid GAC/PS/Fe2+ system: [CEF] = 36 μM, [PS] = 360 μM, Pvh = 5 atm.

Download (90KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Effect of persulfate concentration on the degradation of CEF in the hybrid GAC/PS/Fe2+ system: [CEF] = 36 μM, [Fe2+] = 100 μM, Pvh = 5 atm.

Download (113KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Effect of initial concentration of ceftriaxone on its degradation in the hybrid GAC/PS/Fe2+ system: [PS]=360 μM, [Fe2+]=100 μM, Pvx = 5 atm.

Download (118KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Effect of inlet pressure on ceftriaxone degradation in the hybrid GAC/PS/Fe2+ system: [CEF] = 36 μM, [PS] = 360 μM, [Fe2+] = 100 μM.

Download (97KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Effect of inorganic anions on the degradation of CEF in the hybrid GAC/PS/Fe2+ system: [CEF] = 36 μM, [PS] = 360 μM, [Fe2+] = 100 μM, [Cl-] = 10 mM, [SO42-] = 10 mM, [HCO3-] = 10 mM, P = 5 atm.

Download (108KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».