Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy universitet promyshlennyh tehnologiy i dizayna. Vysshaya shkola tehnologii i energetiki (professor)
Sankt-Peterburg, St. Petersburg, Russian Federation
Sankt-Peterburg, St. Petersburg, Russian Federation
Sankt-Peterburg, St. Petersburg, Russian Federation
Have been studied kinetic, equilibrium, and dynamic conditions for adsorption of tetracycline hydrochloride from aqueous solutions on two samples of industrial activated carbons SKT and BAU-A. It has been determined that the kinetic data of adsorption can be approximated with sufficient accuracy by the Glückauf equation. To calculate tetracycline hydrochloride’s equilibrium adsorption, it has been proposed to use the Dubinin-Radushkevich equation, and to calculate the adsorption duration — the Dubinin-Nikolaev equation. The possibility for practical application of activated carbons for wastewater treatment from antibiotics has been demonstrated, and ways for increasing of these carbons’ adsorption activity have been proposed.
tetracycline hydrochloride; adsorption; kinetics; equilibrium; dynamics; wastewater; aqueous solutions.
1. Введение
Ранее нами, на основе полученных экспериментальных данных, были выявлены особенности адсорбции стрептомицина сульфата на активных углях растительного происхождения [1,2] и левомицетина на промышленных активных углях [3]. В последние годы уделяется заметное внимание вопросам адсорбции антибиотиков тетрациклиновой группы, в основном, на активных углеродных [4–6] и, в меньшей степени, минеральных [7] адсорбентах. При этом рассматривается возможность применения адсорбентов не только для извлечения тетрациклина из водных растворов и очистки сточных вод, но и для концентрирования тетрациклина при отборе проб воды на анализ. Следует отметить, что при изучении адсорбции антибиотиков на активных углях для аппроксимации экспериментальных данных обычно используются уравнения Ленгмюра, БЭТ и Фрейндлиха, которые, на наш взгляд, не достаточно корректны в прикладных расчетах вследствие необходимости в каждом конкретном случае экспериментального определения констант уравнений; кроме того, уравнения, будучи адекватными экспериментальным данным, могут привести к не всегда верным представлениям о механизме адсорбции антибиотиков с учетом микропористой структуры активных углей. Цель работы — получение исходных данных для оценки возможности применения отечественных промышленных активных углей в системах очистки сточных вод фармацевтических предприятий от тетрациклина гидрохлорида (ТЦГХ), извлечения его из водных растворов и технологического расчета
процесса адсорбции с учетом установленных (в конкретных случаях) экологических нормативов. 2. Экспериментальная часть В качестве антибиотика был принят для исследования ТЦГХ; из промышленных активных углей были выбраны СКТ и уголь БАУ-А. Характеристика углей приведена в табл. 1. Предельные адсорбционные объемы пор (W) составляют, соответственно, для СКТ — 0,45 см3∙г‑1, для БАУ-А — 0,22 см3∙г–1. Для водной вытяжки угля БАУ-А — рН = 10,00; для угля СКТ — рН = 6,6. рН водных вытяжек систем активный уголь — раствор ТЦГХ изменялся в зависимости от марки угля и концентрации ТЦГХ в пределах 5,1–7,4. Удельные поверхности переходных пор составляют: для БАУ-А — Sуд = 57 м2∙г–1; для СКТ — Sуд = 108 м2∙г–1. Насыпную плотность образцов углей (г·см‑3) определяли пикнометрическим методом [11]; плотность угля СКТ — 500, БАУ-А — 250. В опытах использовали фракцию (1,05–1,25) ∙10–3 м. Выбранные угли отличаются соотношением объемов пор, концентрацией фенольных и основных кислородсодержащих групп и, как следствие, значением рН водных вытяжек.
Водные растворы ТЦГХ готовили на основе готовой лекарственной формы (таблетки, покрытые оболочкой, по 100 мг ТЦГ № 20 в контурных ячейковых упаковках; производитель — ЗАО НПЦ «Борщаговский ХФЗ») в интервале концентраций 25,0–1000,0 мг∙дм–3. Исходные данные для построения изотерм адсорбции получали ампульным способом в статических условиях по общепринятой методике [12] при температуре 291±2 К; для каждой точки на изотерме проводилось два, иногда три, параллельных опыта.
1. Grigor’ev L.N., Verentsova L. G., Shanova O. A., Rodionova A. A. Poluchenie aktivnogo uglya iz rastitel’nykh ostatkov i otsenka ego adsorbtsionnykh svoystv. Khimiya rastitel’nogo syr’ya [Production of activated carbon from plant residues and evaluation of its adsorption properties. Chemistry of plant raw materials], 2015, I. 4, pp. 93-99. (in Russian).
2. Grigor’ev L.N., Shanova O. A., Verentsova L. G. Ochistka stochnykh vod ot streptomitsina adsorbtsionnym metodom [Wastewater treatment from streptomycin by the adsorption method]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in the Technosphere]. 2015, I. 2, pp. 62-66. (in Russian).
3. Grigor’ev L.N., Shanova O. A., Verentsova L. G. Rodionova A. A. Ochistka stochnykh vod ot levomitsetina adsorbtsionnym metodom [Wastewater treatment from chloramphenicol by the adsorption method]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in the Technosphere]. 2017, I. 1, pp. 51-57. (in Russian).
4. Vedenyapina M. D., Borisova D. A., Rakishev A. K., Vedenyapin A. A. Adsorbtsiya tetratsiklina iz vodnykh rastvorov na rasshirennom grafite. Khimiya tverdogo topliva [Adsorption of tetracycline from aqueous solutions on expanded graphite. Chemistry of solid fuels]. 2014, I. 5, pp. 51-55. (in Russian)
5. Swarna Priva S., Radha K. V. Equilibrium, isotherm, kinetic and thermodynamic adsorption studies of tetracycline hydrochloride onto commercial grade granular activated carbon. International journal of Pharmaceutical sciences, 2014, vol.7, issue 1, pp. 42-51.
6. Udalova A. Yu., Dmitrenko S. G., Ansri V. V. Sorbtsiya antibiotikov tetratsiklinovoy gruppy na sverkhsshitom polistirole izvodnykh i vodnoorganicheskikh sred [Sorption of antibiotics of the tetracycline group on super-crosslinked polystyrene from aqueous and organic-water media]. Zhurnal fizicheskoy khimii [Journal of Physical Chemistry]. 2015, V. 89, I. 6, pp. 1025-1029. (in Russian).
7. Minmin Liu, Li-an You, Shuili Yu u. a. MCM-41 imhregnated with A zeolite precursor: synthesis, characterization and tetracycline antibiotics removal from aqueous solution. Chemical Engineering Journal, 2013, 223, ss. 678-687.
8. Anurov S. A. Fiziko - khimicheskie aspekty adsorbtsii dioksida sery uglerodnymi adsorbentami. Uspekhi khimii [Physico-chemical aspects of sulfur dioxide adsorption by carbon adsorbents. Advances in chemistry]. V. 65, I. 8, 1996, pp. 718-731. (in Russian).
9. Butyrin G. M. Vysokoporistye uglerodnye materialy [Highly Porous Carbon Materials]. Moscow, Khimiya Publ., 1976. 192 p. (in Russian).
10. Farberova E. A., Vinogradova A. V., Shergina E. S. Razrabotka modifitsirovannogo uglerodnogo sorbenta dlya obezzarazhivaniya vody, Vestnik Permskogo gosudarstvennogo universiteta. Khimicheskaya tekhnologiya i biotekhnologiya [Development of a modified carbon sorbent for water disinfection, Bulletin of Perm State University. Chemical technology and biotechnology]. 2010, pp. 24-28. (in Russian)
11. Plachenov T. G., Kolosentsev S. D. Porometriya [Porometry]. Khimiya Publ., 1988, p. 178. (in Russian).
12. Pod red. Yu.S. Nikitina, Petrovoy R. S. Eksperimental’nye metody v adsorbtsii i molekulyarnoy khromatografii [Experimental methods in adsorption and molecular chromatography]. Moscow: MGU Publ., 1990, 318 p. (in Russian)
13. Greg S., Sing K. Adsorbtsiya, udel’naya poverkhnost’, poristost’ [Adsorption, specific surface area, porosity]. Moscow: Mir Publ., 1984, p. 306 (Per. s angl. 2-e izd. S. J. Gregg, Sing K. S.W. Adsorbtion, surface area and porosity. Academic Press, New York, 1982, 2and.ed., 312 p.). (in Russian)
14. Nikolaev K. M., Dubinin M. M., Polyakov N. S. Kinetika i dinamika fizicheskoy adsorbtsii. Trudy tret’ey Vsesoyuznoy konferentsii po teoreticheskim voprosam adsorbtsii [Kinetics and dynamics of physical adsorption. Proceedings of the Third All-Union Conference on the Theoretical Issues of Adsorption]. Moscow: Nauka Publ., 1973, pp. 117-123. (in Russian).
15. Davound Balarak. Ferdos Kord Mostafapour, Hossein Azarpira. Adsorption isotherm studies of tetracycline antibiotics from aqueons solutions by maize stalks as a cheap bio sorbent. International journal of pharmacy and technology. 2016, vol.8, I. 3. p. 16664-16675.
