مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

سنتز و ارزیابی فتوکاتالیستی کربن نیترید گرافیتی (g-C3N4) با شرایط سنتز کنترل‌شده برای حذف سیپروفلوکساسین از محیط‌های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 پژوهشکده علوم محیطی دانشگاه شهید بهشتی
2 Tehran, Iran
10.22034/ijche.2026.550213.1555
چکیده
آلودگی دارویی به‌ویژه آنتی‌بیوتیک‌ها به دلیل پایداری شیمیایی، یکی از مهم‌ترین چالش‌های محیط‌‌زیستی در منابع آبی محسوب می‌شود. سیپروفلوکساسین به عنوان یک آنتی‌بیوتیک پرمصرف، به سختی با روش‌های مرسوم تصفیه حذف می‌شود. در این پژوهش، نانوماده کربن نیترید گرافیتی (g-C3N4) با ساختاری متخلخل و سطح ویژه بالا به روش حرارتی در اتمسفر نیتروژن و با سه نرخ جریان گاز متفاوت 10، 40 و 80 میلی‌لیتر بر دقیقه سنتز شد (به ترتیب با نام‌های G-10،G-40، G-80). نمونه‌های سنتز شده با استفاده از آزمون‌های XRD، FTIR، BET، PL و FE-SEM مورد شناسایی قرار گرفتند که نتایج نشان‌دهنده تشکیل ساختاری بهبود یافته و ویژگی‌های نوری کارآمد بود. نتایج BET نشان داد نمونه G-10 دارای بیشترین سطح ویژه (m²/g 6/46) است که منجر به بهبود جذب نور و راندمان بالاتر فرآیند فتوکاتالیستی شد. ارزیابی عملکرد فتوکاتالیستی در حذف سیپروفلوکساسین (غلظت اولیه mg/L10) تحت تابش نور مرئی LED و در شرایط بهینه (دوز کاتالیستg/L 10، pH=5) (و نشان داد که G-10 توانست 96.4 درصد از دارو را در مدت 90 دقیقه حذف کند، در حالی که راندمان نمونه‌های G-40 و G-80 به دلیل سطح ویژه کمتر کاهش یافت. بررسی سینتیکی فرآیند تخریب دارو نشان داد که این واکنش از مدل شبه مرتبه دوم تبعیت می‌کند. همچنین آزمون‌های بازیافت نشان دادند که کارایی کاتالیست پس از چندین چرخه استفاده افت محسوسی ندارد. نتایج نشان می‌دهد نانوماده g-C3N4 سنتز شده با جریان نیتروژنml/min 10 به دلیل ویژگی‌های ساختاری بهبود یافته می‌تواند به عنوان یک فتوکاتالیست مؤثر برای حذف آلاینده‌های دارویی از منابع آبی به کار گرفته شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Synthesis and Photocatalytic Evaluation of Graphitic Carbon Nitride (g-C3N4) with Controlled Synthesis Conditions for the Removal of Ciprofloxacin from Aqueous Media

نویسندگان English

Mehran Bijari 1
Afsaneh Shahbazi 2
1 Shahid Beheshti University Environmental Sciences Research Institute
2 Tehran, Iran
چکیده English

Pharmaceutical pollution, especially antibiotics, poses a significant environmental challenge due to their high chemical and biological stability, which hinders their removal by conventional water treatment methods. Ciprofloxacin, a commonly used antibiotic, is frequently detected in aquatic environments and is resistant to conventional degradation. In this study, graphitic carbon nitride (g-C3N4) nanomaterials were synthesized via thermal polymerization under a nitrogen atmosphere at three different gas flow rates of 10, 40, and 80 mL/min (denoted as G-10, G-40, and G-80, respectively). The synthesized samples were characterized using XRD, FTIR, BET, PL, and FE-SEM, confirming the formation of a crystalline structure with favorable porosity and optical properties. BET analysis revealed that G-10 exhibited the highest specific surface area (46.6 m²/g), which resulted in enhanced light absorption and superior photocatalytic activity. Photocatalytic degradation experiments of ciprofloxacin (initial concentration of 10 mg/L) under visible LED light at pH 5 and catalyst dosage of 1 g/L demonstrated that G-10 achieved a removal efficiency of 96.4% within 90 minutes, whereas G-40 and G-80 showed lower efficiencies due to reduced surface area. Kinetic analysis indicated that the degradation followed a pseudo-second-order model. Reusability tests confirmed that the catalyst maintained high performance after several successive cycles. These results indicate that g-C3N4 synthesized under a nitrogen flow of 10 mL/min offers high efficiency and stability as a visible-light photocatalyst for the removal of pharmaceutical contaminants from aqueous systems.

کلیدواژه‌ها English

Carbon nitride (g-C3N4)
Photocatalyst
Ciprofloxacin
Water purification

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 03 اسفند 1404