Reaktivní nanoformy oxidu ceričitého pro účinnou adsorpci a rozklad vybraných léčiv ve vodách

Bc. Jan ČUNDRLE

Master's thesis

Reactive nanoforms of cerium dioxide for efficient adsorption and decomposition of selected drugs in water

Abstract:

Tato diplomová práce se zaměřuje na přípravu různých nanoforem CeO2 nenáročnými srážecími postupy a jejich použití k adsorpci a (foto)degradaci vybraných modelových polutantů vod. Strukturní, povrchové a další vlastnosti připravených vzorků byly studovány pomocí vybraných metod analýzy pevných látek, jako jsou Ramanova a infračervená spektroskopie (FTIR), rentgenová difrakce (XRD), skenovací elektronová mikroskopie (SEM) a fyzisorpce dusíku. Adsorpční izotermy, kinetika a mechanismus adsorpce a (foto)degradace modelových polutantů, zahrnujících sulfonamidová léčiva (sulfadimethoxin, sulfapyridin a sulfamerazin), léčivo diclofenac a endokrinní disruptor bisfenol-S, byla sledována pomocí vsádkového fotoreaktoru a kapalinové chromatografie s detektorem s diodovým polem (HPLC/DAD). Součástí práce je i literární rešerše, která se zabývá stále rostoucí problematikou tzv. kontaminantů vzbuzujících obavy (CECs), nejnovějšími technologiemi pro odstraňování CECs z odpadních vod a metodami přípravy nanostrukturního CeO2. Z dosažených výsledků je patrné, že metoda přípravy CeO2 zcela zásadně ovlivňuje adsorpci i (foto)degradaci vybraných polutantů. Jako hlavní parametry, které mají určující vliv na adsorpční a degradační účinnost, byly identifikovány velikost částic, specifický měrný povrch a charakter povrchových aktivních míst. Velmi zajímavým zjištěním této práce je také to, že na povrchu CeO2 dochází k samovolnému rozkladu sulfonamidových léčiv i bez osvitu UV zářením, a to díky jeho významné povrchové reaktivitě.

Abstract:

This master thesis focuses on the preparation of various CeO2 nanoforms by non-demanding precipitation procedures and their use for adsorption and (photo)degradation of selected model water pollutants. The structural, surface, and other properties of the prepared samples were studied using selected solid-state analysis methods such as Raman and infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and nitrogen physisorption. The adsorption isotherms, kinetics and mechanism of adsorption and (photo)degradation of model pollutants, including sulfonamide drugs (sulfadimethoxine, sulfapyridine, and sulfamerazine), the drug diclofenac and the endocrine disruptor bisphenol-S were investigated using a batch photoreactor and liquid chromatography with diode array detector (HPLC/DAD). The work also includes literature research that deals with the growing issue of so-called contaminants of emerging concern (CECs), the latest technologies for the removal of CECs from wastewater, and methods for the preparation of nanostructured CeO2. The results show that the method of preparation of CeO2 significantly affects the adsorption and (photo)degradation of selected pollutants. Particle size, specific surface area, and the character of the surface active sites were identified as the main parameters that influence adsorption and degradation efficiency. Another interesting finding of this work is that spontaneous degradation of sulfonamide drugs occurs on the surface of CeO2 even without UV illumination due to its significant surface reactivity.

Keywords

Oxid ceričitý, bisfenol-S, fotokatalýza, reaktivní adsorpce, diclofenac, sulfapyridin, sulfadimethoxin, sulfamerazin

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 4. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jiří Henych, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Analytical Environmental Chemistry and Toxicology / Analytical Environmental Chemistry and Toxicology