Συνδυασμός φωτοκαταλυτικών και φυσικών μεθόδων στην αδρανοποίηση φαρμάκων
Authors: Κίτσιου Βασιλική 
Published: August 2021

Η συνεχής παραγωγή και η άναρχη χρήση των φαρμάκων (PCs), έχει ως αποτέλεσμα την ανίχνευση τους σε αστικά λύματα, σε επιφανειακά και υπόγεια νερά, προκαλώντας σημαντικούς κινδύνους για την ισορροπία των βιοσυστημάτων. Η απομάκρυνση των PCs από τις δημοτικές εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων (STP) είναι συχνά ατελής. Η βιολογική επεξεργασία, που έχει υιοθετηθεί ως η καλύτερη διαθέσιμη τεχνολογία, επιτρέπει μόνο την μερική απομάκρυνσή τους. Είναι εμφανές λοιπόν, ότι η εφαρμογή αποδοτικότερων τεχνολογιών είναι ζωτικής σημασίας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει δοθεί στις "Προχωρημένες Οξειδωτικές Μεθόδους Αντιρρύπανσης (Advanced Oxidation Processes)" (ΠΟΜΑ). Η αποτελεσματικότητά τους στηρίζεται στην δημιουργία ριζών υδροξυλίου (ΟΗ•), που αποτελούν το ισχυρότερο οξειδωτικό μέσο μετά το φθόριο. Μεταξύ αυτών, η ετερογενής και η ομογενής φωτοκαταλυτική οξείδωση, αξιοποιούν τις ήπιες μορφές ενέργειας, λόγω της δυνατότητας ενεργοποίησης των καταλυτών με τη βοήθεια του ηλιακού φωτός. Πρόκειται για μεθόδους, οι οποίες μιμούνται πρακτικά την φύση, η παρεμβολή δε των καταλυτών επιταχύνει τη διαδικασία καθαρισμού κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Στην παρούσα διατριβή βασικό αντικείμενο μελέτης, αποτέλεσε η εφαρμογή της ετερογενούς και της ομογενούς φωτοκαταλυτικής οξείδωσης στην αποικοδόμηση φαρμάκων. Επιλέχθηκαν δύο αντιβιοτικά, η σουλφαμεθαζίνη (Sulfamethazine) και η υδροχλωρική τετρακυκλίνη (Tetracycline Hydrochloride) και ένα αντινεοπλασματικό, η καρβοπλατίνη (Carboplatin), που μελετήθηκαν αρχικά σε εργαστηριακό αντιδραστήρα. Για τη μελέτη της φωτοαποικοδόμησης των φαρμάκων με την ετερογενή φωτοκατάλυση επιλέχθηκαν τέσσερις μορφές οξειδίου του τιτανίου καθώς και το ZnO. Σκοπός είναι: α) η εκτίμηση της κινητικής της οξείδωσης β) η σύγκριση της αποτελεσματικότητας των καταλυτών γ) η εξέταση των παραμέτρων που επηρεάζουν την ταχύτητα της φωτοοξείδωσης και δ) η εκτίμηση του βαθμού ανοργανοποίησης διαλυμάτων των φαρμάκων. Για τη μελέτη της ομογενούς φωτοκαταλυτικής οξείδωσης, χρησιμοποιήθηκαν τα αντιδραστήρια Photo-Fenton και Ferrioxalate και εξετάσθηκαν οι παράμετροι που επηρεάζουν την αποδοτικότητά τους. Σκοπός είναι: α) η εκτίμηση της κινητικής της οξείδωσης β) η σύγκριση της αποτελεσματικότητας των παραπάνω αντιδραστηρίων γ) η εξέταση των παραμέτρων που επηρεάζουν την ταχύτητα της φωτοοξείδωσης και δ) η εκτίμηση του βαθμού ανοργανοποίησης διαλυμάτων των φαρμάκων. Εν συνεχεία, εξετάσθηκε η αποτελεσματικότητα των δύο παραπάνω μεθόδων, υπό βέλτιστες συνθήκες, σε φωτοκαταλυτικό αντιδραστήρα 20 Lt, υπό τεχνητό και ηλιακό φωτισμό, προκειμένου να ελεγχθεί η δυνατότητα εφαρμογής τους σε πιλοτική κλίμακα και η δυνατότητα αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας. Παράλληλα, μελετήθηκε η ικανότητα συνδυασμού της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης με τεχνητούς υγροτόπους επιφανειακής ροής, προκειμένου να εξακριβωθεί η δυνατότητα εφαρμογής του σε απόβλητα που περιέχουν μη βιοαποικοδομήσιμες οργανικές ενώσεις, έχοντας ως στόχο τη δημιουργία εκροών κατάλληλων για άρδευση. Τέλος, στην περίπτωση του Carboplatin, μελετήθηκε όχι μόνο η φωτοαποικοδόμησή του, αλλά, εκμεταλλευόμενοι τη φωτοαναγωγική διεργασία που λαμβάνει χώρα στην επιφάνεια του καταλύτη κατά την ετερογενή φωτοκαταλυτική οξείδωσή του, και η φωτοαναγωγή και ανάκτηση του Pt από το φάρμακο. Αν αναλογισθεί κανείς την ποσότητα του Carboplatin που καταναλώνεται ετησίως, αλλά και το μεγάλο αριθμό άλλων αντινεοπλασματικών φαρμάκων που περιέχουν λευκόχρυσο, η προσπάθεια ανάκτησης του λευκοχρύσου από το φάρμακο, καθίσταται σημαντική, καθώς η μέθοδος της ετερογενούς φωτοκαταλυτικής οξείδωσης αποκτά διπλό ρόλο: χρησιμοποιείται όχι μόνο ως μέθοδος απορρύπανσης υδάτων, αλλά και ως τρόπος ανάκτησης ευγενών μετάλλων από απόβλητα.