Evaluation of the decrease in cephalexin concentration in aqueous solution using photocatalysis with UV-LED radiation
Published 2023-11-21
Keywords
- Cephalexin,
- Emerging contaminants,
- Advanced oxidation processes,
- Photocatalysis,
- Ultraviolet radiation
How to Cite
Copyright (c) 2023 Miguel Angel Jimenez Perez, Rafael Nikolay Agudelo Valencia, John Steven Devia Orjuela, Siby Inés Garces Polo
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Abstract
The effect of UV radiation catalyzed with TiO2
was studied for the degradation of cephalexin, a widely used antibiotic that is part of the so-called emerging contaminants. This molecule has a complex structure so it requires advanced oxidation processes for its degradation; For photocatalytic oxidation, 1.5 h experiments were planned in 1 L reactors with 15 mg/L Cephalexin solutions, in which the influence of pH and radiation was evaluated in a central composite design, the latter maintaining constant the dose of TiO2 catalyst at 100 mg/L for each experiment and the number of lamps used in the process was varied. To verify the effectiveness of the process, the percentage reduction in cephalexin concentration and total organic carbon was evaluated; An analysis of variance found that a maximum cephalexin concentration reduction of 33.42 % was achieved at pH 8 and 10 lamps in the system. It was not possible to reduce the concentration of total organic carbon, so there was no mineralization in the process, so it is recommended for subsequent studies to analyze the products of the process to determine how the molecule is degraded.
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References
- Jimenez Bambague EM, Madera Parra CA, Peña Salamanca EJ. Eliminación de compuestos farmacéuticos presentes en el agua residual doméstica mediante un tratamiento primario avanzado. Ingeniería y competitividad. 2020;22(1):10.
- Melendez Marmolejo J, Garcia Saavedra Y, Galvan Romero V, Díaz de León Martínez L, Vargas Berrones K, Mejía Saavedra J, et al. Contaminantes emergentes. Problemática ambiental asociada al uso de antibióticos. Nuevas técnicas de detección, remediación y perspectivas de legislación en América Latina. Revista salud ambiental. 2020;20(1):53-61.
- Bansal P, Verma A. Pilot-scale single-step reactor combining photocatalysis and photo-Fenton aiming at faster removal of Cephalexin. J Clean Prod. 2018;195:540-551. doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.05.219
- Alessandretti I, Rigueto CVT, Nazari MT, Rosseto M, Dettmer A. Removal of diclofenac from wastewater: A comprehensive review of detection, characteristics and tertiary treatment techniques. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021;9(6):106743. doi.org/10.1016/j.jece.2021.106743
- Noman EA, Al-Gheethi A, Mohamed RMSR, Talip BA, Hamood MS, Altowayti WAH, et al. Sustainable approaches for removal of cephalexin antibiotic from non-clinical environments: A critical review. Journal of Hazardous Materials. 2021;417:126040. doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126040
- Lopez Garcia UM. Aplicación de electrodiálisis a la eliminación de nitrato en agua (Tesis de maestría). México: Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica; 2005. [En línea]. Available: https://cideteq.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1021/157/1/Aplicaci%C3%B3n%20de%20la%20electrodi%C3%A1lisis%20en%20agua..pdf.
- Dévora Isiordia GE, López Mercado ME Fimbres Weihs GA, Álvarez Sánchez J, Astorga Trejo S. Desalación por ósmosis inversa y su aprovechamiento en agricultura en el valle del Yaqui, Sonora, México. Tecnologia y ciencias del agua. 2016;7(3):155-169.
- Valladares Cisneros MG, Aranda Figueroa MG, Romero Dominguez RJ. Aplicación de adsorbentes de origen vegetal en la remoción de colorantes en agua. Inventio. 2019;15(37). doi.org/10.30973/inventio/2019.15.37/7
- Arango Ruiz A. La electrocoagulación: una alternativa para el tratamiento de aguas residuales. Revista Lasallista de Investigación. 2005;2(1):49-56.
- Castañeda Jimenez AC. Procesos de oxidacion avanzada aplicados en el tratamiento de aguas de la industria del petroleo (Trabajo de especialización). Bogotá, Colombia: Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito; 2014.
- Valencia Acosta CL. Evaluación de la fotólisis UV/254 nm como tratamiento para la eliminación de Salmonella spp. en aguas de granjas porcícolas (Tesis de grado). Bogotá, Colombia: Pontificia Universidad Javeriana; 2019. Available: https://repository.javeriana.edu.co/handle/10554/43169
- Angel Ospina A, Machuca Martinez F. Ozonización catalítica en el tratamiento de Contaminantes de Preocupación Emergente en aguas residuales: Un análisis bibliométrico. Ingenieria y competitividad. 2021;24(1).
- Forero JE, Ortiz OP, Rios F. Aplicacion de procesos de oxidacion avanzada como tratamiento de fenol en aguas residuales industriales de refineria. CT&F-Ciencia, tecnología y futuro. 2005;3(1):97-109.
- He J, Zhang Y, Guo Y, Rhodes G, Yeam J, Li H, et al. Photocatalytic degradation of cephalexin by ZnO nanowires under simulated sunlight: Kinetics, influencing factors, and mechanisms. Kinetics, 2019;132:105105. doi.org/10.1016/j.envint.2019.105105
- Almasi A, Esmaeilpoor R, Hoseini H, Abtin V, Mohammadi M. Photocatalytic degradation of cephalexin by UV activated persulfate and Fenton in synthetic wastewater: optimization, kinetic study, reaction pathway and intermediate products. J Environ Health Sci Eng. 2020;18(2):1359-1373. doi.org/10.1007/s40201-020-00553-1
- Guarin Llanes CY, Mera Benavides AC. Fotocatálisis heterogénea con TiO2 para el tratamiento de desechos líquidos con presencia del indicador verde de bromocresol. Revista Ingenierías Universidad de Medellín. 2011;10(19):79-88.
- APHA. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, Washington D.C.: American Public Health Association; 2017.
- Machin A, Soto-Vázquez L, Garcia D, Cotto MC,Ortiz D, Berríos-Rolón PJ, et al. Photodegradation of Ciprofloxacin and Levofloxacin by Au@ZnONPs-MoS2-rGO Nanocomposites. Catalysts. 2023;13(3):538. doi.org/10.3390/catal13030538
- El Mragui E, Daou I, Zegaoui O. Influence of the preparation method and ZnO/(ZnO + TiO2) weight ratio on the physicochemical and photocatalytic properties of ZnO-TiO2 nanomaterials. Catalysis Today. 2019;321–322:41-51. doi.org/10.1016/j.cattod.2018.01.016
- Pinedo Hernández J, Marrugo Madrid S, Enamorado Montes G, Urango Cárdenas I, Marrugo Negrete J. Optimización del pH y la concentración de TiO2 para la remoción de mercurio en un sistema fotocatalítico de recirculación iluminado con lámparas UV. Ingenieria y desarrollo. 2017;35(2):305-319.
- Garcés Giraldo LF, Mejía Franco EA, Santamaría Arango JJ. La fotocatálisis como alternativa para el tratamiento. Revista Lasallista de Investigación. 2004;1(1):83-92.
- Wang M, Su S, Zhong X, Kong D, Li B, Song Y, et al. Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production Activity by Constructing a Robust Organic-Inorganic Hybrid Material Based Fulvalene and TiO2. Nanomaterials. 2022;12(11):1918. doi.org/10.3390/nano12111918
- Guo Y, Zhou C, Fang L, Liu Z, Li W, Yang M. Effect of pH on the Catalytic Degradation of Rhodamine B by Synthesized CDs/gC3N4/Cux O Composites. ACS omega. 2021;6(12):8119-8130. doi.org/10.1021/acsomega.0c05915
- Hoffmann MR, Martin ST, Choi W, Bahnemann DW. Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis. Chem. Rev. 1995;95(1):69-96. doi.org/10.1021/cr00033a004
- Kanakaraju D, Glass BD, Oelgemöller M. Titanium dioxide photocatalysis for pharmaceutical wastewater treatment. Environmental Chemistry Letters. 2014;12(1):27-47. doi.org/10.1007/s10311-013-0428-0
- Sun X, He W, Yang T, Ji H, Wen L, Lei J, et al. Ternary TiO2 /WO3/CQDs nanocomposites for enhanced photocatalytic mineralization of aqueous cephalexin: Degradation mechanism and toxicity evaluation. Chemical Engineering Journal. 2021;412:128679. doi.org/10.1016/j.cej.2021.128679