MMO titán anód antibiotikumokhoz

Az antibiotikumok, amelyek jelentős áttörést jelentettek az emberi orvoslásban, alapvető anyaggá váltak a fertőző betegségek megelőzésében és kezelésében, a közegészség védelmében és az állattenyésztési ágazat nagyszabású fejlődésének előmozdításában. Azonban a termelés, a felhasználás és az ártalmatlanítás során keletkező nagy mennyiségű antibiotikum-maradvány fokozatosan globális környezeti problémává válik. A monitorozás több mint 68-féle antibiotikumot talált a felszíni vizekben, a talajvízben és még az ivóvízben is, amelyek kumulatív hatásuk révén potenciális veszélyt jelentenek az ökoszisztéma egyensúlyára és az emberi egészségre.

Vegyes fém-oxid titán anódok (MMO titán anódok), mint nagy hatékonyságú elektrokatalitikus elektródák, áttörést jelentenek az antibiotikumok lebontása területén a titán szubsztrát korrózióállóságának és magas katalitikus aktivitásának köszönhetően.

Antibiotikum-szennyeződés

Az antibiotikumok használata számos kulcsfontosságú ágazatot áthatott, beleértve az egészségügyet és a mezőgazdaságot is. A bakteriális fertőzések kezelésének alapvető gyógyszereiként az antibiotikumokat, például a penicillineket és a cefalosporinokat széles körben alkalmazzák a légúti és húgyúti fertőzések kezelésére, és az emberi egészség kulcsfontosságú védelmi vonalát képezik. A tetraciklineket és a makrolidokat széles körben használják az állattenyésztésben és a baromfitenyésztésben az állatbetegségek megelőzésére és a növekedés elősegítésére. Az élelmiszeriparban az antibiotikumokat gyümölcsök és zöldségek tartósítására, valamint a sörgyártás során a baktériumok szabályozására használják.

Szennyezés forrásai

A gyógyszergyártás során keletkező nagy koncentrációjú szennyvíz (amelynek antibiotikum-koncentrációja eléri a több száz vagy akár több ezer mg/l-t is) jelentős szennyező forrás. Az antibiotikum-alapanyagok körülbelül 10-30%-a kerül a szennyvízzel együtt kibocsátásra. Az orvosi rendszerek antibiotikum-tartalmú orvosi szennyvizet és betegürüléket is termelnek. Az állattenyésztésből származó trágya, valamint az állattenyésztésből és baromfitenyésztésből származó szennyvíz, ahol a fel nem szívódott antibiotikumok a környezetbe kerülhetnek, hozzájárul a szennyeződés terjedéséhez. Továbbá a lejárt antibiotikumok nem megfelelő ártalmatlanítása súlyosbítja a szennyeződés terjedését.

Környezeti veszélyek

Az antibiotikumok alacsony koncentrációja a környezetben gyógyszerrezisztens gének kifejlesztését okozhatja a baktériumokban. A génátvitel szuperbaktériumok kialakulásához vezethet, ami jelentős kihívást jelent a klinikai fertőzésellenes kezelés szempontjából. Az antibiotikumok jelentősen mérgezőek a vízi élőlényekre. Például a tetraciklin félig gátló koncentrációja (EC50) algák esetében mindössze 0.5-2.0 mg/l, ami felboríthatja a vízi táplálékláncok egyensúlyát. A szárazföldi élőlények esetében a talajban lévő antibiotikum-maradványok gátolhatják a talajlakó élőlények, például a földigiliszták aktivitását, csökkentve a talaj termékenységét.

Emberi egészségügyi veszélyek

Az antibiotikumok az ivóvízen és a táplálékláncon keresztül juthatnak be az emberi szervezetbe. A hosszú távú felhalmozódás megzavarhatja az endokrin rendszert és befolyásolhatja az immunfunkciókat, ami potenciális kockázatot jelent a gyermekek fejlődésére.

Nehéz kezelni

Az amidkötések, hidroxilcsoportok és a molekuláris szerkezetükben található egyéb csoportok kémiailag stabillá teszik őket. A hagyományos kezelési technológiák általában ezen antibiotikumok kevesebb mint 60%-át távolítják el. Hajlamosak komplexeket képezni más vízszennyező anyagokkal, ami tovább bonyolítja a kezelést.

Az MMO titán anód működési elve

Az MMO titánanód elektrokatalitikus oxidációval bontja le az antibiotikumokat, integrálva a közvetlen és közvetett oxidációs mechanizmusokat. A lebontási útvonal dinamikusan igazodik az antibiotikum típusához, koncentrációjához és a víz mátrix jellemzőihez, így végső soron ártalmatlan kezelést ér el.

(I) Közvetlen oxidáció

A közvetlen oxidáció az antibiotikum-molekulák anódfelületen történő közvetlen oxidációját jelenti elektronátvitel útján, így alkalmassá teszi nagy koncentrációjú antibiotikumos szennyvíz kezelésére.

Az antibiotikum-molekulák elektrosztatikus vonzás, hidrogénkötések és egyéb kölcsönhatások révén adszorbeálódnak az MMO bevonat felületére. Az elektromos tér hatására az antibiotikum-molekulák elektronokat veszítenek és kationos szabad gyökökké oxidálódnak. A kémiai kötések ezt követően felbomlanak, például a β-laktám gyűrű preferenciális hasadása a β-laktám antibiotikumokban, ami az antimikrobiális aktivitás elvesztéséhez vezet.

Az oxidációs intermedierek további gyűrűfelnyílási reakciókon mennek keresztül, amelyek során kis szerves molekulákká, például karbonsavakká és aldehidekké alakulnak. Végül ezen termékek egy része CO₂-vé, H₂O-vá és szervetlen ionokká alakul, így teljes mineralizáció érhető el. Kísérletek kimutatták, hogy a penicillin közvetlen oxidációs hatékonysága az MMO anód felületén meghaladhatja a 80%-ot.

(II) Közvetett oxidáció

A közvetett oxidáció az anódon keletkező reaktív oxidatív fajokat (ROS) használja fel az antibiotikumok lebontására, és ez a domináns módszer az alacsony koncentrációjú szennyvízkezelésben.

A H₂O vagy OH⁻ kisülése az anód felületén fizikailag adszorbeált ・OH-t hoz létre. Akár 2.8 V redoxpotenciállal az ・OH válogatás nélkül megtámadhatja az antibiotikum molekulák aktív csoportjait, láncoxidációs reakciót indítva el, és „elektrokémiai égéshez” hasonló lebomlást eredményezve. Ez az útvonal a tetraciklin antibiotikumok esetében több mint 90%-os mineralizációs arányt érhet el.

Egy klórtartalmú elektrolitrendszerben a Cl⁻ az anódon Cl⁻-vé oxidálódik, amely tovább hidrolizálódik, reaktív klórvegyületeket, például HClO/ClO⁻-t képezve. Ezek a vegyületek hatékonyan oxidálják az antibiotikum molekulák amino- és hidroxilcsoportjait. Ezzel egyidejűleg a fém-oxidok, például a Ru és az Ir az MMO bevonatban reverzibilis redox párt alkotnak, folyamatosan oxidálva és lebontva a szennyező anyagokat a vegyértékállapot-cikluson keresztül. A klórtartalmú szennyvízkezelésben ez az útvonal több mint 30%-kal növelheti az antibiotikumok eltávolításának hatékonyságát.

(III) Szinergikus lebomlás

Az MMO titánanód szinergikus hatást képes létrehozni más technológiákkal, fokozva az antibiotikum lebontási hatását. Az elektro-Fenton rendszerben a katódon keletkező H₂O₂ reakcióba lép a Fe²⁺-val, ・OH-t képezve, ami a ceftriaxon-nátrium KOI eltávolítási arányát az elektrolízis önmagában elért 65%-áról 92%-ra növeli.

A stitánium előnyei

Az MMO titánanódok professzionális gyártójaként a Wstitanium átfogó K+F rendszert és gyártástechnológiát alkalmaz. Az antibiotikumos kezelésre tervezett MMO titánanódjai átfogó előnyöket mutatnak a teljesítmény, a minőség és a szolgáltatás terén.

(I) Nyersanyagok

A Wstitanium szigorú alapanyag-minőség-ellenőrzési rendszert vezetett be. Minden titán alapfelület Gr1 tisztaságú titánból készül, amely megfelel az ASTM szabványoknak, és tisztasága meghaladja a 99.6%-ot. Több eljárás, például homokfúvás és pácolás révén a titán alapfelület érdességét Ra 1.5-3.0 μm-re szabályozzák, biztosítva a bevonat >5 MPa tapadását.

A RuO₂ titán anódA nagy sótartalmú szennyvízhez kifejlesztett készülék 30%-kal nagyobb klórfejlődési hatékonysággal és 25%-kal nagyobb aktívklór-termeléssel büszkélkedhet az ipari szabványokhoz képest.

A IrO₂-Ta₂O₅ A titánanódot nagy koncentrációjú szennyvízhez tervezték. Az OH-képződés 45%-kal nő, az antibiotikum-mineralizációs arány pedig elérheti a 80%-ot is.

A ritkaföldfém-adalékolási technológia bevezetése a bevonat energiafogyasztását 0.5 μg/Ah alá csökkenti, így élettartama 50%-kal nő a hagyományos bevonatokhoz képest.

(II) Bevonat

A bevonat felviteléhez robotporlasztást alkalmaznak, amelynek vastagságtűrése ±2 μm-re van szabályozva a bevonat egyenletességének biztosítása érdekében.

A magas hőmérsékletű szinterelést egy programozott hőmérsékletű kemencében végzik, ahol a szinterelési hőmérsékletet pontosan 400-600°C között szabályozzák a stabil bevonat kristályszerkezetének biztosítása érdekében. A tesztelést hivatalos intézmények végzik, amelyek 12 mutatót foglalnak magukban, beleértve a bevonat összetételét, az elektrokémiai tulajdonságokat és a korrózióállóságot. Az MMO titánanódok minősített aránya továbbra is 99.5% felett van.

(3) Testreszabás

A Wstitanium alaposan kutatta a különböző iparágak antibiotikumos szennyvízének jellemzőit, és átfogó testreszabási szolgáltatásokat kínál:
Különböző formájú anódokat gyártunk, beleértve a lapos, csőszerű és hálós anódokat, a tisztítóberendezés méretéhez igazítva. A hálós anódok 50%-kal javíthatják a tömegátadási hatékonyságot, és 40%-kal felgyorsíthatják az antibiotikumok lebomlását. Optimalizáljuk a bevonatösszetételeket és az elektróda méreteit a különböző koncentrációjú (50-5000 mg/l) és típusú (például β-laktámok és tetraciklinek) antibiotikumos szennyvízhez, egyensúlyt teremtve az energiafogyasztás és a hatékonyság között.