Reducerea poluării cu medicamente din apele reziduale cu ajutorul nanomaterialelor de carbon
Ștefan-Marius Nicolae, Cristina Cîrtoaje, Emil Petrescu, Florin-Răzvan Duca
Apa este un element necesar susținerii vieții, întrucât facilitează o multitudine de procese naturale indispensabile. Odată cu creșterea populației de pe Terra, cantitatea necesară de apă potabilă se mărește, astfel fiind nevoie de noi surse. Folosind metodele clasice de tratare a apei, se filtrează atât microorganisme, cât și substanțe sau elemente chimice din compoziția sa, în scopul de a se aduce la standardele impuse pentru consumul uman. Totuși, aceste metode nu sunt perfecte, având dezavantaje precum: purificare insuficientă, preț ridicat, ineficiență și altele. De aceea, această lucrare își propune să studieze efectul nanomaterialelor din carbon (nanotuburi și grafenă) asupra impurităților din apă, în special cel al reziduurilor farmaceutice, folosind paracetamolul ca substanță probă.
Proiectul are trei obiective majore: compararea eficienței purificării apei contaminate cu paracetamol, prin utilizarea nanomaterialelor din carbon, cu cea a metodelor deja practicate în acest scop, găsirea unui echilibru între aspectul economic (cost) și aspectul chimic (eficiență) în vederea utilizării la scară largă a metodelor prezentate și proiectarea unui sistem de filtrare folosind nanomateriale de carbon (în special nanotuburi de carbon de tip uni-strat).
Referatul conține analiza spectrelor de absorbție (în special în UV) a unei probe de soluție apoasă conținând diferite medicamente, printre care: paracetamol, ibuprofen și metamizol sodic monohidrat (algocalmin). Probele au fost îmbogățite cu nanomateriale de carbon în diverse concentrații, efectuându-se noi măsurători, în urma cărora s-au stabilit concentrații optime de nanomaterial din soluții, urmărindu-se eficiența. În final, a fost proiectat un sistem de filtrare adecvat.
Rezultatele indică cel mai potrivit nanomaterial ca fiind nanotuburile de carbon uni-strat (Single-Wall Carbon NanoTubes – SWCNT), găsindu-se concentrația optimă astfel încât suprafața de contact cu apa să fie maximă. Așadar, este posibilă proiectarea unui sistem de filtrare eficient, luându-se în considerare și factorii economici.
Din punct de vedere experimental, studiul se bazează pe înregistrarea spectrelor de absorbție și/sau de emisie ale soluțiilor analizate cu ajutorul unui spectroscop UV-VIS. Eficiența fiecărui top de nanoparticule folosite se determină din comparația spectrelor înregistrate, urmărind cu precădere reducerea intensității peak-urilor specifice medicamentului.
Concluziile rezultate în urma testelor preliminare au indicat un efect mai bennefic în cazul utilizării nanotuburilor de carbon multistrat (Multi-Walled Carbon NanoTubes – MWCNT) decât în cazul nanoplăcuțelor de grafenă. Acest rezultat este în concordanță cu observațiile altor studii de specialitate, ceea ce confirmă reproductibilitatea rezultatelor. În plus, cercetările efectuate de grupul nostru de lucru au indicat o eficiență mai mare în cazul nanotuburilor uni-strat (SWCNT).
Obiectivele viitoare ale proiectului vor avea drept scop realizarea unui sistem de filtrare bazat pe nanotuburi SWCNT și studiul eficienței acestui filtru pentru alte medicamente.
