Фотодеструкция активных фармацевтических субстанций в присутствии пероксида водорода и пероксодисульфата

Исследования по фотохимическому окислению могут внести существенный вклад в понимание закономерностей процессов деструкции водных растворов активных фармацевтических субстанций (АФС). АФС являются сложноразлагаемыми соединениями, которые, попадая в водоемы, вызывают необратимые последствия в живых организмах. Полученные результаты по фотодеструкции лекарственных препаратов различного рода, находящихся в воде, в присутствии пероксида водорода и пероксодисульфата способствуют расширению практических и теоретических знаний в области водоподготовки, очистки и доочистки воды. В работе представлены лабораторные результаты по окислению модельных водных растворов нитрофурала, тетрациклина и парацетамола при совместном воздействии УФ-излучения с микродобавками окислителей (пероксидом водорода и пероксодисульфатом). Порядок реакций деструкции активных фармацевтических субстанций определен методом наименьших квадратов. Установлено, что совместное воздействие УФ-излучения и микродобавок пероксида водорода и пероксодисульфата способствует получению как высоких степеней очистки (до 98%), так и высоких скоростей окислительной деструкции АФС (нитрофурала, тетрациклина и парацетамола) по сравнению с применением индивидуально УФ-излучения. Определено, что изученные лекарственные препараты по своей способности к окислительно-деструктивным превращениям можно расположить в следующем ряду: нитрофурал>тетрациклин>парацетамол. Теоретически доказано, что при фотохимической деструкции в присутствии пероксодисульфата происходит образование большего количества высокореакционных кислородсодержащих радикалов, которые участвуют в процессах разложения нитрофурала, тетрациклина и парацетамола.

1. Баренбойм Г.М., Чиганова М.А. Загрязнение поверхностных и сточных вод лекарственными препаратами // Вода: химия и экология. 2012. N 10. С. 40–46.

2. Прожерина Ю.А. Фармацевтические отходы как новая экологическая проблема // Ремедиум. 2017. N 11. С. 14–19. https://doi.org/10.21518/1561-59362017-11-14-19.

3. Jiao J., Li Y., Song Q., Wang L., Luo T., Gao Ch., et al. Removal of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) by free radicals in advanced oxidation processes // Materials. 2022. Vol. 22, no. 15. P. 8152. https://doi.org/10.3390/ma15228152.

4. Oluwole A.O., Omotola E.O., Olatunji O.S. Pharmaceuticals and personal care products in water and wastewater: a review of treatment processes and use of photocatalyst immobilized on functionalized carbon in AOP degradation // BMC Chemystry. 2020. No. 14. https://doi.org/10.1186/s13065-020-00714-1.

5. Fast S.A., Gude V.G., Truax D.D., Martin J., Magbanua B.S. A critical evaluation of advanced oxidation processes for emerging contaminants removal // Environmental Process. 2017. No. 4. P. 283–302. https://doi.org/10.1007/s40710-017-0207-1.

6. Parson S. Advanced oxidation processes for water treatment: fundamentals and applications. Canada: IWA Publishing, 2004. 356 p. https://doi.org/10.2166/9781780403076.

7. Lescano M.R., Lopez A.O., Romero R.L., Zalazar C.S. Degradation of chlorpyrifos formulation in water by the UV/H2O2 process: lumped kinetic modelling of total organic carbon removal // Journal of Photochemistry and Photobiology, A: Chemistry. 2021. Vol. 404. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.112924.

8. Устинова М.Н., Лебедева О.Е., Курдупова В.И. Фотодеструктивные превращения бензойной кислоты и ее производных // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 4. С. 16–23. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-4-16-23.

9. Bazargan A. Photocatalytic water and wastewater treatment. UK: IWA Publishing Unit, 2022. 220 p.

10. Saadati F., Keramati N., Ghazi M.M. Influence of parameters on the photocatalytic degradation of tetracycline in wastewater: a review // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2016. Vol. 46, no. 8. P. 757–782. https://doi.org/10.1080/10643389.2016.1159093.

11. Кармазинов Ф.В., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н., Храменков С.В. Ультрафиолетовые технологии в современном мире: коллективная монография. Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2012. 392 с.

12. Suheyda A., Gulin E. Green chemistry and water remediation: research and applications // Advances in Green and Sustainable Chemistry. 2021. P. 209–238. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817742-6.00007-4.

13. Giraldo-Aguirre A.L., Serna-Galvis E.A., Erazo-Erazo E.D., Silva-Agredo J., Giraldo-Ospina H., Flórez-Acosta O.A., et al. Removal of β-lactam antibiotics from pharmaceutical wastewaters using photo-Fenton process at near-neutral pH // Environmental Science and Pollution Research. 2018. Vol. 25, no. 21. P. 20293–20303. https://doi.org/10.1007/s11356-017-8420-z.

14. Emzhina V.V., Kuzin E.N., Babusenko E.S., Krutchinina N.E. Photodegradation of tetracycline in presence of H2O2 and metal oxide based catalysts // Journal of Water Process Engineering. 2021. Vol. 39. P. 101696. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101696.

15. Иванцова Н.А., Захарова Д.С., Ветрова М.А. Исследование процессов фотоокисления водного раствора нитрофурала // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. 2022. Т. 15. N 4. С. 507–517. https://doi.org/10.17516/19982836-0297.

16. Семченко Т.К., Кабанов С.В. Инструментальные методы анализа. Пенза: Изд-во ПГУ, 2016. 48 с.

17. Соловей Н.В. Фотометрическое определение тетрациклина гидрохлорида // Фармация. 1974. Т. 23. N 4. C. 72.

18. Deng Y., Zhao R. Advanced oxidation processes (AOPs) in wastewater treatment // Current Pollution Reports. 2015. Vol. 1. P. 167–176. https://doi.org/10.1007/s40726-015-0015-z.

19. Wang J.L., Xu L.J. Advanced oxidation processes for wastewater treatment: formation of hydroxyl radical and application // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2012. Vol. 42. P. 251–325. http://dx.doi.org/10.1080/10643389.2010.507698.

20. Boreen A.L., Arnold W.A., McNeill K. Photodegradation of pharmaceuticals in the aquatic environment: a review // Aquatic Sciences. 2003. Vol. 65. P. 320–341. https://doi.org/10.1007/s00027-003-0672-7.

21. Changotra R., Rajput H., Dhir A. Treatment of real pharmaceutical wastewater using combined approach of Fenton applications and aerobic biological treatment // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2019. Vol. 376. P. 175–184. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2019.02.029.

22. Устинова М.Н., Лебедева О.Е. Инактивация N-(4-гидроксифенил)ацетамида пероксидными окислительными системами // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. 2014. N 10. C. 117–120.