Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна. Высшая школа технологии и энергетики (профессор)
Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
Изучены кинетические, равновесные и динамические условия адсорбции тетрациклина гидрохлорида из водных растворов на двух образцах промышленных активных углей: СКТ и БАУ-А. Определено, что кинетические данные адсорбции с достаточной точностью могут быть аппроксимированы уравнением Глюкауфа. Для расчета величины равновесной адсорбции тетрациклина гидрохлорида предложено использовать уравнение Дубинина — Радушкевича, для расчета продолжительности адсорбции — уравнение Дубинина — Николаева. Показана возможность практического применения активных углей для очистки сточных вод от антибиотиков и предложены пути повышения их адсорбционной активности.
тетрациклина гидрохлорид; адсорбция; кинетика; равновесие; динамика; сточные воды; водные растворы.
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. Григорьев Л. Н., Веренцова Л. Г., Шанова О. А., Родионова А. А. Получение активного угля из растительных остатков и оценка его адсорбционных свойств // Химия растительного сырья. - 2015. - № 4. - С. 93-99.
2. Григорьев Л. Н., Шанова О. А., Веренцова Л. Г. Очистка сточных вод от стрептомицина адсорбционным методом // Безопасность в техносфере. - 2015. - № 2. - С. 62-66.
3. Григорьев Л. Н., Шанова О. А., Веренцова Л. Г., Родионова А. А. Очистка сточных вод от левомицетина адсорбционным методом // Безопасность в техносфере. - 2017. - № 1. - С. 51-57.
4. Веденяпина М. Д., Борисова Д. А., Ракишев А. К., Веденяпин А. А. Адсорбция тетрациклина из водных растворов на расширенном графите //Химия твердого топлива. - 2014. - № 5. - С. 51-55.
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, p. 42-51.
6. Удалова А. Ю., Дмитренко С. Г., Ансри В. В. Сорбция антибиотиков тетрациклиновой группы на сверхсшитом полистироле из водных и водноорганических сред // Журнал физической химии. -2015. - Т. 89. - № 6. - С. 1025-1029.
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, p. 678-687.
8. Ануров С. А. Физико-химические аспекты адсорбции диоксида серы углеродными адсорбентами // Успехи химии. 1996. - Т. 65. - Вып. 8. - С. 718-731.
9. Бутырин Г. М. Высокопористые углеродные материалы. М.: Химия. - 1976. - 192 с.
10. Фарберова Е. А., Виноградова А. В., Шергина Е. С. Разработка модифицированного углеродного сорбента для обеззараживания воды // Вестник Пермского государственного университета. Химическая технология и биотехнология. - 2010. - С. 24-28.
11. Плаченов Т. Г., Колосенцев С. Д. Порометрия, Л.: Химия. -1988. - С. 178.
12. Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии / Под ред. Ю. С. Никитина, Р.С. Петровой, 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1990.
13. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984, с. 306 (Пер. с англ. 2-е изд. S. J. Gregg, Sing K. S.W. Adsorbtion, surface area and porosity. Academic Press, New York, 1982, 2and.ed., 312 p.)
14. Николаев К. М., Дубинин М. М., Поляков Н. С. Кинетика и динамика физической адсорбции. Труды третьей Всесоюзной конференции по теоретическим вопросам адсорбции. М.: Наука. -1973. - С. 117-123.
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, № 3. p. 16664-16675.
