Object

Alternative title:

Synthesis and Application of Carbon-Halloysite composites for Paracetamol and Chosen NSAIDs Adsorption from Water

Abstract:

W pracy zbadano proces adsorpcji niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ) tj.: diklofenaku sodu, ketoprofenu, naproksenu oraz paracetamolu na adsorbentach węglowo-haloizytowych i niemodyfikowanym haloizycie z roztworów wodnych. Nanokompozyty węglowo-haloizytowe otrzymano metodą impregnacji haloizytu (H) roztworem sacharozy jako prekursora węgla o różnym stężeniu (5%, 10%, 20% oraz 30% m/m) i karbonizacji otrzymanych materiałów w temperaturze 800oC w atmosferze azotu. Otrzymane adsorbenty oznaczono odpowiednio: 5C/H, 10C/H, 20C/H i 30C/H. Właściwości fizykochemiczne otrzymanych nanokompozytów węglowo-haloizytowych scharakteryzowano następującymi metodami: skaningową mikroskopią elektronową (SEM), dyfrakcją rentgenowską (XRD), spektrofotometrią w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR), spektroskopią fotoelektronów wzbudzanych promieniowaniem rentgenowskim (XPS). Oznaczono zawartość węgla całkowitego (TC) i wyznaczono parametry struktury porowatej metodą niskotemperaturowej adsorpcji par azotu. W części eksperymentalnej pracy dotyczącej adsorpcji w układzie statycznym zbadano wpływ czasu kontaktu, początkowego stężenia adsorbatów, pH roztworu i masy adsorbentów H i 5C/H, 10C/H, 20C/H i 30C/H na proces adsorpcji. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że nanokompozyt węglowo-haloizytowy 30C/H jest najlepszym adsorbentem dla diklofenaku sodu, ketoprofenu, naproksenu oraz paracetamolu z roztworów wodnych. W związku z tym dalsze eksperymenty prowadzono z wykorzystaniem tego adsorbentu. Jako układ porównawczy stosowano adsorbent H. Pomiary kinetyki adsorpcji wykazały, że adsorpcja przebiega zgodnie z równaniem kinetycznym pseudo-drugiego rzędu dla wszystkich stosowanych adsorbatów. Stałe szybkości adsorpcji zmniejszały się w następującej kolejności: diklofenak > paracetamol > ketoprofen > naproksen dla adsorbentu 30C/H oraz paracetamol > diklofenak > ketoprofen > naproksen dla adsorbentu H. Najlepsze dopasowanie danych eksperymentalnych otrzymano dla wielocentrowego modelu adsorpcji Langmuira. Stałe adsorpcji dla adsorbentu 30C/H była znacznie wyższe w przypadku wszystkich badanych niesteroidowych leków przeciwzapalnych i paracetamolu w porównaniu do adsorbentu H. Wartości te malały w następującej kolejności: paracetamol > ketoprofen > diklofenak > naproksen. Eksperymenty adsorpcji przeprowadzono również w układzie dynamicznym metodą inwersyjnej chromatografii cieczowej (ILC). Do określenia równania izotermy adsorpcji zastosowano metodę podziału piku inwersyjnej chromatografii cieczowej (PD ILC, ang. Peak Division Inverse Liquid Chromatography), dzięki której wykazano, że adsorpcja badanych związków przebiega według modelu Langmuira na n centrach aktywnych. Do oznaczenia pojemności adsorpcyjnej adsorbentów węglowo-haloizytowych wykorzystano metodę krzywych przebicia inwersyjnej chromatografii cieczowej (BC ILC, ang. Breakthrough Curves Inverse Liquid Chromatography). Wykazano, że wyniki uzyskane podczas pomiarów adsorpcji w układzie dynamicznym i statycznym pozwoliły na określenie tego samego modelu adsorpcji oraz porównywalnych wartości pojemności adsorpcyjnych adsorbentu węglowo-haloizytowego w stosunku do wszystkich badanych adsorbatów.

In this PhD thesis the adsorption of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), i.e. diclofenac, ketoprofen, naproxen and paracetamol on carbon-halloysite adsorbents and non-modified halloysite, from water, was investigated. The carbon-halloysite nanocomposites were obtained through the impregnation of halloysite (H) as the template and saccharose solution as the carbon precursor at different concentration (5%, 10%, 20%, 30% wt.%) and the carbonization of the obtained materials at the temperature of 800oC in the nitrogen atmosphere. The obtained adsorbents were marked as follows: 5C/H, 10C/H, 20C/H and 30C/H. The physicochemical properties of the obtained composites were characterised using the following methods: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Inverse gas chromatography (IGC).The total carbon (TC) was analyzed and the parameters of porous structure were determined, using the low-temperature nitrogen adsorption method. In the experimental part of the thesis referring to the adsorption in the static system, some aspects were studied: the influence of contact time, the initial concentration of the adsorbents, pH solution and mass of the adsorbents H and 5C/H, 10C/H, 20C/H and 30C/H on the adsorption process. Based on the obtained results, it was confirmed that composite 30C/H has the highest adsorption capacity for all studied adsorbates. Thus, the suceeding experiments were conducted with the usage of this adsorbent. The adsorbent H was used as the reference system. Adsorption mechanism was found to fit pseudo-second order and intra-particle diffusion models for all chosen NSAIDs and paracetamol on 30C/H and H adsorbents. The adsorption constant rates decreased in the following order: diclofenac > paracetamol > ketoprofen > naproxen, for the 30C/H adsorbent, and paracetamol > diclofenac > ketoprofen > naproxen for the H adsorbent. The best fit of the experimental data was obtained for the adsorption Langmuir multi-center model. The adsorption constants for the 30 C/H adsorbent were greater in the case of all the NSAIDs and paracetamol in comparison to the H adsorbent. These values decreased in the following order: paracetamol > ketoprofen > diclofenac > naproxen. The adsorption experiments were also carried out in the dynamic system with the usage of the Inverse Liquid Chromatography method (ILC): Peak Division (PD) and Breakthrough Curve (BC) methods. It was proved that the adsorption of all adsorbates occurs according to the Langmuir model on "n" active centres (PD ILC method). The adsorption capacity of the carbon-halloysite adsorbents was obtained by the BC ILC method. The use of both methods of inversion liquid chromatography (PD and BC ILC methods) can replace the traditional measurement of the adsorption in the static system. The obtained results confirmed that carbon-halloysite composites are suitable adsorbents for all tested pharmaceuticals in comparison with unmodified halloysite.

Additional notes:

Zawiera bibliografię ; Zawiera ilustracje ; Streszcz. ang.

Identifier:

oai:bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl:4740

Computer catalogue:

click here to follow the link

Language:

pol

Degree name:

doktor

Date obtained:

22.04.2021

Degree grantor:

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Supervisor:

Słomkiewicz, Piotr M. ; Szczepanik, Beata. Promotor pomocniczy

Reviewer:

Dąbek, Lidia Ewa ; Piotrowski, Krzysztof Tadeusz

Field:

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Scientific disciplines:

Nauki chemiczne

Faculty:

Wydział Nauk Ścisłych i Przyrodniczych

Type:

rozprawa doktorska

Access rights:

tylko w Oddziale Informacji Naukowej

Publication status:

niepublikowana