Bazı farmasotik aktif maddelerin sulu çözeltilerden çeşitli gözenekli reçinelerle ayrılmasının incelenmesi
Investigation of removal of pharmaceutically active ingredients from aqueous solutions through several porous resins
Yazar: EBRU KURTULBAŞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET BİLGİN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde petrol, ilaç, boya, tekstil, kağıt vb. gibi pek çok sektörden oluşan geniş bir endüstriyel alan vardır. Bu endüstrilerde kullanılan kimyasal maddelerin bir kısmı, atık sular ile birlikte çevreye verilmektedir. Su kaynaklarına karışan bu atık sular, kaynak suyunun fiziksel ve kimyasal yapısını değiştirerek istenmeyen sonuçlar doğmasına sebep olur. Son yıllarda da ilaç endüstrisinin gelişmesiyle birlikte atık sulardaki naproksen, parasetamol gibi ilaç etken maddelerinin değerleri giderek artmaktadır. Bu tip maddelerin doğada bozunması veya adsorpsiyonunun incelenmesi önemli konular arasında yer almaktadır.

Bu çalışmada; sularda bulunan farmasotik aktif maddelerin ortamdan uzaklaştırılması adına çeşitli reçineler kullanılarak adsorsorpsiyon çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla Dünya'da ve Türkiye'de çok fazla kullanılan ilaçlarda bulunan etken maddelerden naproksen ve parasetamolün sulu ortamdan çeşitli şartlarda adsorpsiyonu gerçekleştirilmiştir. 

Yapılmış olan çalışmalar incelendiğinde naproksen ve parasetamolün sulu ortamlardan uzaklaştırılmasında makro gözenekli reçineler kullanılmadığı görülmüştür. Adsorpsiyon işlemi sırasında, adsorbent olarak polimerik esaslı Amberlit XAD-2, XAD-4, XAD-7, XAD-16 reçineleri seçilmiştir. Bu reçinelerin adsorbent olarak seçilmesinde polimerik esaslı, zehirsiz, inert ve saklama koşullarının kolay olması etkili olmuştur.

Bu çalışmada, sıklıkla kullanılan naproksen ve parasetamol farmasotik aktif maddelerinin, ticari olarak satılan Amberlite XAD-2, XAD-4, XAD-7 ve XAD-16 üzerine sulu ortamdan adsorpsiyonu kesikli sistemde incelenmiştir. Adsorbentin kapasitesini belirleyebilmek için Langmuir ve Freundlich izotermleri çizilmiş ve izotermlere ait katsayılar hesaplanarak hangi mekanizmaya uygunluk sağladığı belirlenmiştir. Ayrıca optimum deney koşullarını belirleyebilmek adına, reçine miktarı, temas süresi, sıcaklık ve pH değerleri deneysel olarak değiştirilerek en etkin değerler saptanmıştır. 

Ön denemeler, her iki ilaç etken maddesi için de dengeye gelme süresinin 45-90 dakika arasında olduğunu göstermiştir. Ayrıca, optimum reçine miktarı olarak 0,25 g/25 mL olarak belirlenmiştir. İncelenen pH aralığında en etkin adsorpsiyonun FAM çözeltilerinin asidik pH değerlerinde gerçekleştiği görülmüştür. Sıcaklık artışının adsorpsiyon üzerine etkisinin incelendiği denemelerde naproksen sulu çözeltisinin adsorpsiyonunda anlamlı bir değişiklik gözlenmemiştir. Ancak sıcaklık artışı ile parasetamol adsorpsiyon kapasitesinin azaldığı görülmüştür.

Psödo birinci mertebe, psödo ikinci mertebe ve parçacık içi difüzyon kinetik modelleri incelenmiş ve içlerinden uygun olanı belirlenmiştir. Her iki FAM için adsorpsiyon işlemlerinin psödo ikinci mertebe kinetiğini izlediği saptanmıştır.

Termodinamik verileri sağlayabilmek açısından farklı sıcaklıklarda denemeler yapılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda naproksen için sadece XAD-4 reçinesinde ΔG0 değerleri negatif bulunmuştur. Bu sonuç adsorpsiyonun kendiliğinden gerçekleştiğini göstermektedir. ΔH0 ve ΔS0 değerleri ise negatif bulunmuştur. Bu da adsorpsiyonun ekzotermik olduğunu göstermektedir. Diğer reçineler için ΔG0 değerlerinin pozitif olması, ilgili reçinelerde gerçekleşen naproksen ve parasetamol adsorpsiyonlarının kendiliğinden gerçekleşmediğini göstermektedir.

Abstract:
Nowadays, there is a wide industrial area consisting of oil, medicine, paint, textile paper, and so on. A part of the chemical substances used in these industries are released to the environment with the wastewater. These wastewaters, which interfere with the water resources, cause undesirable consequences by changing the physical and chemical structure of the source water. The efficacy of drug substances such as naproxen and paracetamol in wastewater has been increasing steadily with the development of the pharmaceutical industry in recent years. It is important to examine the degradation or adsorption of such substances in nature.

In this study; adsorption studies has been carried out using various resins in order to remove the pharmaceutical active substances from the aqueous solutions. For this purpose, naproxen and paracetamol, which are active pharmaceutical ingredients used widely in the world and in Turkey, have been adsorbed from the aqueous solutions under various conditions.  

It has been observed that macroporous resins have not been used to remove naproxen and paracetamol from aqueous media before. In this study, polymeric based Amberlite XAD-2, XAD-4, XAD-7, XAD-16 resins were selected as the adsorbent. These resins are polymeric based, non-toxic, inert and easy to store and these options making them effective in selecting as the adsorbent.

Equlibrium contact time of naproxen and paracetamol for resins adsorption varied between 45-90 minutes depending on the prelimenary experiments. Additionally, optimum amount of adsorbent was found as 0,25 g/ 25 mL.  Acidic pH range was the most effective pH value for adsorption process. 293, 298, 303 and 308 K were selected as temperature values. Increasing temperature dicreased the adsorption capacity for paracetamol. However, it had no effect on naproxen.

In this study, the adsorption of pharmaceutically active compounds, naproxen and paracetamol on Amberlite XAD-2, XAD-4, XAD-7 ve XAD-16 have been investigated using batch systems. Langmuir and Freundlich adsorption isotherms were plotted, and the constants of the isotherms were obtained to determine the mechanism that best fit the adsorption process. Optimum operational parameters were also determined with respect to amount of resin, contact time, temperature ve pH of the media.

Pseudo first order, pseudo second order and intra-particle diffusion kinetic models were also investigated.  It has been found that adsorption processes of both PhACs follow the pseudo second order kinetic.

In order to provide thermodynamic data, experiments were carried out at different temperatures. ΔG0 values were found to be negative only for naproxen on XAD-4 resin. This result shows that the adsorption takes place spontaneously. ΔH0 and ΔS0 values were found to be negative. This suggests that the adsorption is exothermic. ΔG0 values for other resins were found positive, showing that naproxen and paracetamol adsorption on the other resins did not occur spontaneously.