title: Φωτοκαταλυτική διάσπασης των φαρμακευτικών ουσιών SSRIs σε υδατικά διαλύματα
Creators: name: Σκιαδα Γεωργια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2018

description: Στην παρούσα πτυχιακή εργασία μελετήθηκε η μόλυνση των υδάτων από μία από τις γνωστότερες ομάδες αντικαταθλιπτικών, τους επιλεκτικούς αναστολείς επαναπρόσληψης της σεροτονίνης (SSRIs). Οι φαρμακευτικές αντικαταθλιπτικές ουσίες μετά τη χορήγηση τους, απορροφούνται από τον οργανισμό και υφίστανται διάφορες μεταβολικές αντιδράσεις. Ένα σημαντικό ποσοστό της χορηγούμενης δόσης εκκρίνεται μέσω της ουρίας, περνάει ανέπαφη από τη μονάδα βιολογικού καθαρισμού και καταλήγει στο περιβάλλον. Ο λόγος είναι ότι οι φαρμακευτικές ουσίες, όπως η σερτραλίνη, η φλουοξετίνη και η σιταλοπράμη ή μίγμα αυτών (SSRIs), περιέχουν σύνθετες οργανικές ενώσεις οι οποίες δεν βιοαποδομούνται ή αποδομούνται πολύ δύσκολα. Στο πλαίσιο αναζήτησης μεθόδων αντιμετώπισης του προβλήματος μπορούν να ενταχθούν οι Προηγμένες Οξειδωτικές Μέθοδοι Αντιρρύπανσης (ΠΟΜΑ), οι οποίες οδηγούν στην πλήρη μετατροπή των οργανικών ενώσεων σε CO2, H2O και ανόργανα ιόντα. Ξεχωριστή θέση στις ΠΟΜΑ κατέχει η ετερογενής φωτοκαταλυτική οξείδωση, η οποία βασίζεται στο φωτοηλεκτροχημικό φαινόμενο και περιγράφεται ως εξής. Ο κάθε κόκκος ενός ημιαγωγού καταλύτη, όπως το οξείδιο του τιτανίου (TiO2), έρχεται σε επαφή με το κατάλληλο διάλυμα και ακτινοβολείται  με ενέργεια ίση ή μεγαλύτερη από αυτή του ενεργειακού χάσματός του προς την πλήρη ανοργανοποίηση των ρύπων. Διαπιστώθηκε ότι η απόδοση της φωτοκαταλυτικής διάσπασης της σερτραλίνης αλλά και του μίγματος των SSRIs παρουσία ακτινοβολίας UVA αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης του καταλύτη ΤiO2 και κρίθηκε ως βέλτιστη τιμή τα 500 mg/L, ενώ πάνω από την τιμή αυτή η απόδοση της διεργασίας μένει πρακτικά σταθερή. Η κινητική της φωτοκαταλυτικής διάσπασης των ουσιών του μίγματος SSRI, σε υδατικά διαλύματα παρουσία TiO2 υπό την επίδραση προσομοιωμένης ηλιακής ακτινοβολία, περιγράφεται αρκετά ικανοποιητικά από το κινητικό μοντέλο των Langmuir-Hinshelwood.
Το ύδωρ είναι απολύτως απαραίτητο για όλους τους έμβιους οργανισμούς και είναι ίσως το σημαντικότερο αγαθό για την ανάπτυξη και τη διατήρησή τους στον πλανήτη. Ωστόσο, τις τελευταίες δεκαετίες, τα ύδατα επιβαρύνονται ολοένα και περισσότερο λόγω της παρουσίας διαφόρων οργανικών και ανόργανων ρύπων, καθιστώντας έτσι τη διαχείριση, την επεξεργασία και την επαναχρησιμοποίηση τους ενέργειες απαραίτητες για την προστασία του περιβάλλοντος αλλά και της δημόσιας υγείας. Οι συμβατικές μέθοδοι επεξεργασίας νερού και υγρών αποβλήτων οι οποίες εφαρμόζονται στις μέρες μας έχει βρεθεί ότι είναι αναποτελεσματικές ως προς την απομάκρυνση διαφόρων συνθετικών οργανικών ενώσεων, όπως είναι μεταξύ άλλων οι φαρμακευτικές ουσίες.
Η χρήση συμβατικών μεθόδων επεξεργασίας του πόσιμου νερού – όπως η κροκίδωση, η διήθηση με αμμόφιλα και η απολύμανση με χρήση χλωρίου-  οδηγεί συνήθως σε μικρή έως ελάχιστη απομάκρυνση των συνθετικών οργανικών ρύπων των φαρμακευτικών ουσιών. Επιπλέον, οι συνθετικοί αυτοί οργανικοί ρύποι παρουσιάζουν στην πλειονότητά τους ιδιαίτερη αντοχή απέναντι σε βιολογικές μεθόδους επεξεργασίας. Έτσι, απαιτείται η ανάπτυξη αποτελεσματικών τεχνολογιών απορρύπανσης του νερού, ικανών να παρέχουν καθαρό νερό απαλλαγμένο από ίχνη τοξικών μικρορρυπαντών. Η εντατική έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση οδήγησε τις τελευταίες δεκαετίες στην ανάπτυξη των "Προηγμένων Οξειδωτικών Μεθόδων Απορρύπανσης - ΠΟΜΑ” (Advanced Oxidation Processes - AOPs). Μία από τις προηγμένες μεθόδους επεξεργασίας που ενδείκνυται για την απομάκρυνση των σύνθετων οργανικών ενώσεων είναι η φωτοκατάλυση.
Σκοπός της παρούσας προπτυχιακής διατριβής είναι η μελέτη της φωτοκαταλυτικής επεξεργασίας υδατικών διαλυμάτων τα οποία περιείχαν τις αντικαταθλιπτικές φαρμακευτικές ουσίες της σερτραλίνης, της φλουοξετίνης και της σιταλοπράμης, ουσίες που ανήκουν στην κατηγορία των εκλεκτικών ανταγωνιστών επαναπρόσληψης της σεροτονίνης (Selective serotonin reuptake inhibitors, SSRIs) και έχουν την τάση να βιοσυσσωρεύεται στους οργανισμούς των υδάτων. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε πως οι φαρμακευτικές αυτές ουσίες αποδομούνται με τη βοήθεια ειδικού φωτοκαταλυτικού αντιδραστήρα διαλείποντος έργου, με χρήση διοξειδίου του τιτανίου ως φωτοκαταλυτικού μέσου , ενώ ως πηγή ακτινοβολίας χρησιμοποιήθηκε είτε ένας προσομοιωτής ηλιακής ακτινοβολίας και λυχνίες UV-A. Στόχος της επεξεργασίας είναι η αποδόμηση των τριών ουσιών και η ολοκληρωτική απομάκρυνσή τους από τα υδατικά διαλύματα. 
Τα πειράματα που διεξήχθησαν χωρίζονται σε δυο μέρη. Στο πρώτο μέρος μελετήθηκε η φωτοκαταλυτική διάσπαση της σερτραλίνης με ακτινοβολία UV-Α. Συγκεκριμένα έγινε μία προσπάθεια να εξακριβώσουμε την επιρροή της συγκέντρωσης του καταλύτη στην διάσπαση της σερτραλίνης με ακτινοβολία UV-Α. 
Στο δεύτερο μέρος των πειραμάτων μελετήθηκε η φωτοκαταλυτική διάσπαση του μίγματος αντικαταθλιπτικών ουσιών (SRT, FLX, CIT) παρουσία ηλιακού φωτός. Σε αυτό το σετ πειραμάτων, μελετήθηκε η επιρροή της  συγκέντρωση του καταλύτη TiO2  στην διάσπαση του μίγματος καθώς και η αρχική συγκέντρωση των ουσιών στην φωτοκαταλυτική διάσπαση του μίγματος. Στο τέλος μελετήθηκε η κινητική της φωτοκαταλυτικής διάσπασης των SSRIs με το γραμμικό κινητικό μοντέλο των Langmuir-Hinshelwood.