Fonksiyonelleştirilmiş selüloz esaslı yenilikçi bir adsorbentin farmasötik adsorpsiyon performansının incelenmesi

İlaçlardan oluşan giderek artan sayıda organik kirletici, çevre ve toplum için endişe verici bir tehdit haline gelmiştir. İlaçlar genellikle çok küçük konsantrasyonlarda bulunur ve atık su arıtma tesislerinden geçerek çevreye yayılabilirler. Bu çalışmada, selüloz bazlı yenilikçi bir adsorban ile sudan adsorpsiyon yolu ile giderimini araştırmak için üç yaygın ilaç türü seçilmiştir. Farmasötik içeren çeşitli ilaçlar, kişisel bakım ürünleri veya endüstri bileşikleri atık su sistemlerine atılmaktadır. Organik mikrokirleticilerin sulardan uzaklaştırılması için çeşitli teknolojiler ve yöntemler tasarlanmış ve uygulanmıştır. Farmasötik kirleticilerin atık sulardan uzaklaştırılması için gelişmiş yöntemler ve mekanizmalar uygulanmaktadır. Bu teknolojiler arasında olumlu etkisi olan, aynı zamanda maliyeti uygun adsorpsiyon yöntemi de bulunmaktadır. Bu çalışmada, ticari selülozdan selüloz bazlı bir adsorban sentezlenerek, çözelti içinde organik mikrokirleticilerle reaksiyona girme yeteneğini artıran adsorban yüzeyi olarak fonksiyonel gruplar ve hidroksil grupları oluşturmak üzere etkinleştirilmiştir. Adsorbanın adsorpsiyon kapasitesinin değerlendirilmesi için sentezlenen iki adsorban seçilmiştir. Sentezlenen adsorbanlar CAc-PPUF ve CMC-HMPUF, adsorpsiyon kapasitelerini belirlemek için toplu adsorpsiyon deneyleri sırasında test edilmiştir. Her iki adsorban da farmasötiklerin sudan adsorpsiyonu için afiniteye sahiptir ancak CAc-PPUF, üç hedef bileşiğin tümü ile daha yüksek bir adsorpsiyon kapasitesi göstermiştir. CAc-PPUF bileşiğinin yapısı ve özellikleri, Fourier Dönüşümü Kızılötesi Analizi (FTIR), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), BET yüzey alanı (BET), XRD analizi ve Zeta Potansiyeli kullanılarak analiz edilmiştir. İncelenmekte olan yapı FTIR analizi ile doğrulanmıştır. SEM ve BET analizinden elde edilen veriler sırasıyla 4-9 nm gözenek yarıçapına sahip yüksek gözenekli bir yapı göstermiştir. Hücresel yapıdaki adsorbanın kristal kafesini gösteren XRD verilerine ek olarak, zeta potansiyeli ölçümleri, CAc PPUF'un sucul ortamda, çeşitli pH değerlerinde, negatif yüzey potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir. İzotermleri incelemek ve değerlendirmek ve en uygun izoterm modelini elde etmek için Langmuir, Freundlich, Sips ve Dubinin-Astakhov izoterm modelleri kullanılmıştır. Tüm izotermlerin deney sonuçlarını tahmin etme potansiyellerinin oldukça benzer olduğu görülmüştür. Diklofenak ve karbamazepin için elde edilen denge sorpsiyon verileri, doğrusal olmayan regresyon yöntemi kullanılarak iki parametre izotermleri (Langmuir ve Freundich) ve üç parametre izotermleri (Sips ve Dubinin-Astakhov) ile test edilmiştir. Kirletici maddelerin konsantrasyonunun artmasıyla birlikte CAc-PPUF'un denge adsorpsiyon kapasitesindeki yüksek artışın, adsorpsiyon kapasitelerini etkilediği görülmüştür. Ancak daha sonra çözeltilerdeki denge konsantrasyonlarına göre adsorpsiyon kapasitelerindeki artış yavaşlamaktadır. Test edilen tüm modeller, 0,889'dan büyük R2 değerlerine ve 0,12'den küçük NRMSE değerlerine sahiptir. Ancak Sips modeli ile daha iyi bir uyum elde edildiği görülmüştür. Adsorpsiyon kinetiği, sabit farmasötük başlangıç konsantrasyonunda, zamana göre CAc-PPUF'un giderilme hızını incelemek amacıyla değerlendirilmiştir. Diklofenak ve ibuprofenin CAc-PPUF üzerindeki adsorpsiyon kinetiğini karakterize etmek için PSO ve Elovich adsorpsiyon mekanizmaları kullanılmıştır. CMC-PPUF ve CAc-PPUF adsorpsiyonları, FTIR ölçümleri ile de desteklendiği gibi nispeten karşılaştırılabilir sonuçlar vermiştir. Dolayısıyla her iki adsorbanın aynı kinetiğe sahip olduğu tahmin edilmektedir. CAc-PPUF tarafından farmasötik adsorpsiyonun hızlı kinetiği, başlangıç zamanında yeterli verinin toplanmasını engellemektedir. PSO kinetik denklemi sonuçları daha yüksek tahmin verimliliğine sahiptir ve PSO modeli temel fonksiyonu ile elde edilen tahmin sonuçları deneysel veriler ile oldukça tutarlıdır. CAc-PPUF'un rejenerasyonu ve yeniden kullanımı, karbamazepin, ibuprofen ve diklofenakın metanol, etanol ve su ile 4:1:1 oranında desorbe edilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Rejenerasyon ve yeniden kullanım döngülerinden sonra karbamazepin, ibuprofen ve diklofenakın giderilme oranları sırasıyla %86-71, %73-66 ve %64-57’dir. Elde edilen veriler, adsorban malzemenin beş rejenerasyon döngüsünden sonra bile adsorpsiyon kapasitesini koruduğunu göstermiştir. CAc-PPUF, mükemmel yeniden kullanılabilirlik ve farmasötiklerin etkili bir şekilde uzaklaştırılması özelliklerine sahiptir.