Odstranění léčiv z vod adsorpcí na Metal-organickýchsítích

Bc. Adam KLÍMA

Master's thesis

Removal of drugs from water using adsorption onMetal-organic frameworks

Abstract:

Jedním z vážných environmentálních dopadů chodu moderní společnosti je vypouštění emergentních polutantů v odpadních vodách do životního prostředí, kde tyto polutanty nadále migrují a vstupují i do pitných vod a potravního řetězce. Hojně zastoupenou skupinou emergentních polutantů jsou léčiva, která jsou nebezpečná svým bioaktivním působením. Jelikož konvenční čistírny odpadních vod nejsou dostatečně účinné při jejich odstraňování, je v zájmu společnosti vyvinout a zavést efektivní technologie eliminace těchto polutantů z odpadních vod. Slibnou technologií se v tomto ohledu jeví adsorpce, neboť se jedná o proces nevyžadující nákladné investice ani kvalifikovanou obsluhu, avšak optimální sorbent je stále předmětem hledání. Odpovědí může být využití metal-organických sítí - MOFů, což jsou hybridní organokovové porézní krystalické materiály dosahující výjimečných sorpčních schopností. Tato práce se zabývá hodnocením účinnosti adsorpce tří běžně detekovaných léčiv - diklofenaku, tramadolu a sulfamethoxazolu na vybraných MOFech UiO-66 a UiO-67 a porovnáním jejich sorpčních schopností s aktivním uhlím, které se považuje za běžný sorbent. Za tímto účelem byly provedeny laboratorní experimenty s měřením adsorpčních kinetik a adsorpčních izoterem pro všechny kombinace těchto léčiv a sorbentů. Vysoká efektivita adsorpce na MOFy byla prokázána pro diklofenak, ostatní léčiva byla účinněji adsorbována aktivním uhlím s konzistentními výsledky. Z naměřených dat vyplývá, že MOFy nedosahují očekávané všestrannosti a jejich schopnost adsorbovat různá léčiva je rozmanitá, pravděpodobně kvůli různorodým mechanismům mezi MOFem a adsorbátem.

Abstract:

One of many serious environmental consequences of the modern society functioning is the discharge of emerging pollutants, present in wastewater, into the environment where further transport of these contaminants takes place, allowing them to enter drinking water resources and food chain. An abundant group of emerging pollutants are pharmaceuticals, which are dangerous for their bioactive effects. However, conventional wastewater treatment plants are not capable of removing these pollutants effectively. Therefore, it is in the best interest of society to invent new effective technologies of their elimination. Adsorption, being a rather low-cost and unattended technology, appears to be a promising method. However, an optimal sorbent is yet to be found. The answer might be the use of metal-organic frameworks - MOFs, which are a novel group of hybrid porous crystalline materials praised for their unique adsorption properties. The aim of this diploma thesis is to evaluate the adsorption effectivity of selected MOFs UiO-66 and UiO-67 for three commonly detected pharmaceuticals - diclofenac, tramadol and sulfamethoxazole, and to compare their adsorption properties to those of activated carbon, a common sorbent. Adsorption kinetic and adsorption isotherm experiments for all combinations of mentioned sorbents and pharmaceuticals were carried out for this cause. High adsorption effectivity of MOFs was demonstrated for diclofenac, the rest of the pharmaceuticals were adsorbed more effectively by the activated carbon with more consistent results. The measured data suggest that the selected MOFs do not achieve the expected adsorption qualities and their effectivity as a sorbent varies among the selected pharmaceuticals, probably as a result of different interactions between the MOFs and the adsorbates.

Keywords

Adsorpce, UiO-66, UiO-67, metal-organické sítě, MOF, diklofenak, tramadol, sulfamethoxazol, emergentní polutant

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Environment

Master programme / field:
Ecology and environmental protection / Waste Management