Szerves mikro-szennyezők eltávolítása szennyvizekből adszorpciós módszerekkel

Átírás

1 Szerves mikro-szennyezők eltávolítása szennyvizekből adszorpciós módszerekkel Módszerfejlesztés adszorbens minták hatóanyag tartalmának meghatározására Dobosy Péter ELTE-TTK Környezettudomány MSc Témavezető: Dr. Barkács Katalin Belső konzulens: Jurecska Laura

2 Szennyezőanyagok a vizekben Vizekbe kerülő káros anyagok növekvő mennyisége Források: mezőgazdasági-, ipari termelés, kommunális szennyvíz Típusok: EDC (endokrin rendszert károsító vegyi anyagok pl.ösztrogének) PPCP (gyógyszerészeti és személyes ápolási termékek) (

3 Gyógyszert használók aránya Európában Franciaország Belgium Magyarorszrág Finnország Németoszrág Izland Hollnadia Egyesült Királyság Csehország Svédország Portugália Szlovénia Norvégia Spanyolország Dánia Luxemburg Észtország Szlovákia Svájc Ukrjana Írország Görögország Ausztria Lengyelország % (

4 Gyógyszermaradványok Sokféle gyógyszer (fájdalomcsillapítók, nyugtatók, antibiotikum stb.) Fájdalomcsillapítók (szteroid nem szteroid típusú) ibuprofen, ketoprofen, diklofenák naproxen Ibuprofen tartalmú gyógyszerek eladott mennyisége: Magyarország: kg/év, Budapest: 2000 kg/év 95% visszajuthat a környezetbe (

5 Vizekbe kerülő szennyezőanyagok eltávolítására alkalmazott eljárások Membrántechnológiai módszerek: Mikroszűrés ( nm) Ultraszűrés ( nm) Nanoszűrés (1-10 nm) Fordított ozmózis (0,1-1 nm) Adszorpciós módszerek: aktív szén ioncserélő műgyanták zeolitok

6 Ciklodextrinek Ciklikus, nem redukáló oligoszacharidok 0,5-1 nm átmérőjű üreg Zárványkomplex-képzés (KÁNNAI, 2007)

7 Ciklodextrinek típusai és alkalmazási területei (SZEJTLI, 1990) Alkalmazási terület: Élelmiszeripar: ízesítőanyagok stabilizálása Kozmetikai ipar: bomlékony komponensek stabilizálása, kellemtelen szagok csökkentése Környezetvédelem: szennyezők immobilizálása (pl. PAH-ok, oldószerek, gyógyszermaradványok megkötése) szennyezett talajok remediációja Orvos- és gyógyszeripar: altatószerek kivonása vérből műtét után, gyógyszerformulázás

8 Ciklodextrin tartalmú szorbensek Béta-ciklodextrin (BCD) gyöngypolimerek szorpciós kapacitásának vizsgálata Béta-ciklodextrin gyöngypolimerrel (BCDP) módosított szűrőlapok szorpciós kapacitásának és hatóanyagtartalmának meghatározása (vak, adalékanyag, vastagság) Eddig alkalmazott módszerek: fenolftalien, metilnarancs, toulol, karbamazepin megkötése (FENYVESI, 2009)

9 Alkalmazott vegyületek és műszerek Ibuprofen Rodamin B TOC-készülék Spektrofluoriméter

10 Gyöngypolimerek és szűrőlapok vizsgálata során alkalmazott kísérleti körülmények Ibuprofen Rodamin B Kezdeti koncentráció Szorpciós idő Kezdeti koncentráció Szorpciós idő 0,2 mmol/l 4 nap* 0,05 mmol/l 6 nap *Szűrőlapok esetében 8 nap Kezelés típusok: Gyöngypolimerek: eredeti, mosás, kondicionálás Szűrőlapok: mosás, kondicionálás, regenerálás

11 Vízfelvétel (%) Vízfelvétel 1. gyöngypolimer 2. gyöngypolimer Átlagos szemcseméret (mm) 0,2-0,25 0,1-0,15 Duzzadási térfogat (ml/g) 4, Vak 20% BCDP 30% BCDP 40% BCDP 30% BCDP+B 30% BCDP+C 30% BCDP+E Szűrőlapok

12 Szervesanyag- és sókioldódás Szervesanyag kioldódás (mg/g) 1. gyöngypolimer 2,3 2. gyöngypolimer 3,4 Szűrőlapok 0,1-0,9 Szűrőlapok sókioldódása (%*) F30+B (3 mm) 66 F30+B (2,5 mm) 74 F30+B (2 mm) 48 F30+C1 8 F30+C2 14 F30+C3 16 * kioldódott szervetlen anyag mennyiség az eredeti szerkezetmódosító anyag tartalomhoz képest

13 Eltérően kezelt BCD gyöngypolimerek (1.és 2.sarzs) átlagos szorpciós kapacitása Gyöngypolimerek kezelésének módja Rodamin B megkötés μmol/g Ibuprofen megkötés Eredeti 6,2 ± 1,2 3,3 ± 4,6 Mosott 6,3 ± 1,2 16,3 ± 1,0 Kondicionált* 6,8 ± 0,7 17,1 ± 1,1 * egyszeri 50%-os etanollal való kezelés után mért megkötés érték BCD üreg átmérő: 0,78 nm (SZENTE, 2011) Rodamin B molekula méret:1,44x1,09 nm (HUANG et. al. 2008) Ibuprofen molekula méret: 1x0,6 nm (NARAYANAN, 2008)

14 Ibuprofen megkötés (μmol/g) 30% BCDP és eltérő adalékanyag tartalmú szűrőlapok ibuprofen megkötése Idő (nap) F30 mosott F30+C3 mosott F30+E2 mosott F30 kondicionált F30+C3 kondiconált F30+E2 kondicionált F30: 30 tömeg% BCDP tartalmú szűrőlap F30+C2, E2: adalékanyaggal módosított, 30 tömeg% BCDP tartalmú szűrőlap

15 Különböző módszerekkel kezelt, eltérő vastagságú, 30% BCDP tartalmú szűrőlapok ibuprofen megkötése Szűrőlap jele (vastagság) Ibuprofen megkötés (μmol/g) Mosott Kondicionált Regenerált* F30 (3,0 mm) 1,3 2,3 2,5 ± 0,2 F30 (2,5 mm) 0,7 3,0 2,8 ± 0,3 F30 (2,0 mm) 1,2 3,4 3,4 ± 0,3 *három egymást követő regenerálási lépés után mért ibuprofen megkötés átlag- és szórás értékei

16 BCDP tartalom (%) Aktív BCDP hányad (%) Kondicionált állapotú szűrőlapok Rodamin B és ibuprofen megkötés alapon számolt BCDP tartalma F20 F30 (2mm) F30+C2 Szűrőlap Elméleti* Ibuprofen Rodamin-B F30+B (2mm) F28,5 F30+E1 F30+E2 Szűrőlap * a szűrőlapok gyártásakor alkalmazott BCDP tartalom

17 Összefoglalás Mindkét módszer alkalmas a BCDP tartalom meghatározására Adszorpciós kapacitást kedvezően befolyásolja: etanolos kondicionálás adalékanyagok alkalmazása vastagság csökkentése A két vizsgálati módszer közül az ibuprofennel történő vizsgálat a kedvezőbb, mivel a fajlagosan megkötött maximális adszorbeátum mennyisége két és félszer nagyobbnak adódott

18 Köszönetnyilvánítás Dr. Barkács Katalin Jurecska Laura Dr. Záray Gyula Gombos Erzsébet CD-filter konzorcium tagjai: Cyclolab Ciklodextrin Kutató-fejlesztő Kft Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft ELTE Környezettudományi Kooperációs Kutató Központ BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék Organica Technológiák Zrt. A kutatások anyagi hátterét az NFÜ TECH_08-A4/ számú projekt biztosította.

19 Adszorpciós egyensúly kialakulása Gyöngypolimer Szűrőlap Rodamin-B 1 nap 3 nap Ibuprofen 2 nap 8 nap

20 Hitachi-4500 spektrofluoriméter működési elve

21 TOC készülék működési elve

22 Hivatkozások FENYVESI É. BALOGH K. OLÁH. É : Ciklodextrin-tartalmú szorbensek előállítása és alkalmazása szennyvíztisztításban, Szakirodalmi összefoglaló HUANG J. H HUANG K. L. LIU S.Q. WANG A.T. YAN C : Adsorption of Rhodamine B and methyl orange on a hypercrosslinked polymericadsorbent in aqueous solution, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 330, pp KÁNNAI P : Ciklodextrinek alkalmazása szerves szennyezőanyagok biodegradálhatóságának jellemzésére, TDK dolgozat, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar NARAYANAN V : Synthesis of Mesoporous Silica Microsphere from Dual Surfactant, Materials Research, Vol. 11, pp SZEJTLI J : Ciklodextrinek és zárványkomplexeik a biotechnológiában és a vegyiparban, Magyar Kémikusok Lapja, 45. évfolyam, 4. szám SZENTE L : Ciklodextrinek és orvosi alkalmazásuk, Nanomedicina A folyadék és elektrolitháztartás szabályozásának élet és kórélettana Keringés és vérnyomás szabályozás c. PhD program kurzusa, Semmelweis Egyetem, Általános Orvostudományi Kar, Kórélettani Intézet