UNIVERZITET U NIŠU

Prirodno-matematički fakultet

Departman za hemiju

Uklanjanje leka loperamida iz vode biosorbentom LVB-Al2O3:

kinetika, uticaj parametara procesa i ultrazvuka

- Master rad -

Student: Mentor:

Jovana Stojanović prof.dr Aleksandar Lj. Bojić

Niš, 2018.

ПРИРОДНO - MАТЕМАТИЧКИ ФАКУЛТЕТ НИШ

КЉУЧНА ДОКУМЕНТАЦИЈСКА ИНФОРМАЦИЈА

Редни број, РБР:

Идентификацион иброј, ИБР:

Тип документације, ТД: монографска

Тип записа, ТЗ: текстуални / графички

Врста рада, ВР: мастер рад

Аутор, АУ: Јована Стојановић

Ментор, МН: Александар Бојић

Наслов рада, НР: Уклањање лека лоперамида из воде биосорбентом LVB-Al2O3: кинетика, утицај параметара

процеса и ултразвука

Језик публикације, ЈП: српски

Језик извода, ЈИ: енглески

Земља публиковања, ЗП: Р. Србија

Уже географско подручје, УГП: Р. Србија

Година, ГО: 2018.

Издавач, ИЗ: ауторски репринт

Место и адреса, МА: Ниш, Вишеградска 33.

Физички опис рада, ФО:

(поглавља/страна/

цитата/табела/слика/графика/прилога)

Поглавља 6/ страна 38/ цитата 38/ табела 1/ слика и графикона 15

Научна област, НО: Хемија

Научна дисциплина, НД: Примењена хемија

Предметна одредница/Кључне речи, ПО: LVB-Al2O3, биосорпција, лоперамид, ултразвук

УДК 534.321.9 : [ 628.161.3 + 528.98 ]

Чува се, ЧУ: библиотека

Важна напомена, ВН: Рад је рађен у лабораторији за примењену хемију Природно-математичког факултета у Нишу

Извод, ИЗ: Мастер рад је заснован на уклањању лоперамида из воде биосорбентом на бази коре Lagenaria vulgaris-Al2O3(LVB-Al2O3). Биосорбент је припремљен процесом сушења, млевења и хемијског

пречишћавања коре биљке, а затим је хемијски модификован помоћу Al2O3. У раду су

испитивани основни параметри процеса биосорпционог уклањања лека. Резултати су показали да се биосорпција лоперамида временом одвија у две фазе, при чему је прва фаза значајно

ефикаснија, а након тога долази до засићења биосорбента. Ефикасност уклањања лоперамида

након 180. минута третмана износи 99,5%. Ефикасност уклањања лоперамида помоћу LVB-Al2O3 зависи од рН средине и са повећањем pH од 2,0 до 8,0 ефикасност уклањања расте. Са

даљим повећањем рН до 12,0 долази до смањења ефикасности уклањања. Повећање

иницијалне концентрације лоперамида од 5,0 до 100,0 mg dm-3 у раствору доводи до смањења ефикасности уклањања. Повећање дозе биосорбента од 0,5 до 8,0 g dm-3 доводи до повећања

ефикасности уклањања. Дејство ултразвука убрзава процес биосорпције, али не утиче на

капацитет биосорбента. Кинетички модел псеудо-другог реда боље описује процес биосорпције лоперамида помоћу LVB-Al2O3 од модела псеудо-првог реда. Резултати

испитивања показују да се биосорбент LVB-Al2O3 може користити као ефикасно и јефтино

средство за уклањање лоперамида из загађене воде.

Датум прихватања теме, ДП:

Датум одбране, ДО:

Чланови

комисије, КО:

Председник:

Члан:

Члан: ментор:

ПРИРОДНО – МАТЕМАТИЧКИ ФАКУЛТЕТ НИШ

KEY WORDS DOCUMENTATION

Accession number, ANO:

Identification number, INO:

Document type, DT: monograph

Type of record, TR: textual / graphic

Contents code, CC: University master degree thesis

Author, AU: Jovana Stojanović

Mentor, MN: Aleksandar Bojić

Title, TI: Removal of drug loperamide from water by biosorbent LVB-Al2O3: kinetics, effects

of process parametres and ultrasound

Language of text, LT: Serbian

Language of abstract, LA: English

Country of publication, CP: Republic of Serbia

Locality of publication, LP: Serbia

Publication year, PY: 2018.

Publisher, PB: author’s reprint

Publication place, PP: Niš, Višegradska 33.

Physical description, PD: chapters 6/ pages 38/ ref 38/ tables 1/ pictures and graphs 15

Scientific field, SF: Chemistry

Scientific discipline, SD: Applied chemistry

Subject/Key words, S/KW: Lagenaria Vulgaris-Al2O3, biosorption, loperamide, water

UC 534.321.9 : [ 628.161.3 + 528.98 ]

Holding data, HD: library

Note, N: Done in laboratories of Faculty of Science an Mathematics in Nish

Abstract, AB: In this study Lagenaria vulgaris-Al2O3 biosorbent was tested for removal of drug

loperamide from water. Lagenaria vulgaris shell was roughly crushed, washed with deionized water, grounded by laboratory mill and chemically modified with Al2O3. In

order to determine the optimal conditions of biosorption process effects of contact

time, initial pH, initial loperamide concentration, biosorbent dosage and power of

ultrasound, were studied. Biosorption of loperamide as a function of contact time

occurs in two phases, a rapid initial uptake, followed by a slower process and removal efficiency after 180. min. of the treatment was 99.5%. Removal efficiency of

loperamide is significantly affected by pH of the solution and with the increase from

2.0 to 8.0 the removal efficiency increases and with further increase up to 12.0 removal efficacy decreases. The increase in the initial concentration of loperamide

from 5.0 to 100.0 mg dm-3 leads to a reduction in removal efficiency. The increase in

the biosorbent dose from 0.5 to 8.0 g dm-3 leads to an increase in the removal efficiency.The presence of ultrasound does not change the removal efficiency of

loperamide, but it speeds up the sorption process a lot. The experimental data showed

that pseudo-second order model better fitted experimental data than pseudo-first order model. The results of this study show that the LVB-Al2O3 can be used as an efficient

and unexpensive biosorbent for removal of loperamide from contaminated water.

Accepted by the Scientific Board on, ASB:

Defended on, DE:

Defended Board,

DB:

President:

Member:

MemberMentor:

Eksperimentalni deo ovog master rada rađen je laboratoriji za primenjenu hemiju Prirodno-

matematičkog fakulteta u Nišu.

Želela bih ovim putem da se zahvalim svom mentoru, profesoru dr Aleksandru Bojiću, pre

svega na ukazanom poverenju, na pomoći oko izbora teme i velikoj posvećenosti prilikom

izrade master rada.

Veliku zahvalnost dugujem Neni Velinov na nesebičnoj saradnji i pomoći oko izrade master

rada, na datim savetima i sugestijama.

Posebno se zahvaljujem svojim roditeljima, bratu, baki i prijateljima koji su uvek bili uz

mene, imali bezgranično strpljenje i pružili mi neizmernu ljubav i podršku.

Sadržaj

1. Uvod ....................................................................................................................................... 1

2. Teorijski deo ......................................................................................................................... 3

2.1 Lekovi ............................................................................................................................... 4

2.1.1 Klasifikacija lekova ................................................................................................................ 4

2.1.2 Mehanizam delovanja leka ..................................................................................................... 4

2.2 Loperamid ........................................................................................................................ 5

2.3 Principi sorpcionih procesa .............................................................................................. 6

2.4 Prečišćavanje vode sorbentima......................................................................................... 8

2.4.1 Sorbenti za prečišćavanje vode ............................................................................................... 9

2.4.2 Biosorpcija ............................................................................................................................ 12

2.4.3 Kinetika sorpcije ................................................................................................................... 15

3. Ekserimentalni deo ............................................................................................................ 17

3.1 Program i metodika eksperimenta .................................................................................. 18

3.1.1 Pribor, hemikalije i instrumenti ............................................................................................ 18

3.2 Eksperimentalni postupak .............................................................................................. 19

3.2.1 Lagenaria vulgaris ................................................................................................................ 19

3.2.2 Priprema biosorbenta Lagenaria vulgaris-Al2O3 .................................................................. 21

3.2.3 Tretman vodenih rastvora pomoću LVB-Al2O3 .................................................................... 21

4. Rezultati i diskusija ............................................................................................................ 23

4.1 Uticaj kontaktnog vremena na sorpciju loperamida ....................................................... 24

4.2 Uticaj inicijalnog pH na sorpciju loperamida ................................................................. 25

4.3 Uticaj inicijalne koncentracije loperamida ..................................................................... 27

4.4 Uticaj doze biosorbenta na sorpciju loperamida ............................................................ 28

4.5 Uticaj ultrazvuka na sorpciju loperamida ....................................................................... 29

4.6 Kinetika sorpcije loperamida .......................................................................................... 30

5. Zaključak ............................................................................................................................ 33

6. Literatura ............................................................................................................................ 35

1

1. Uvod

2

Voda je jedna od najznačajnijih supstanci u prirodi, a u isto vreme i vrlo važna industrijska

sirovina. Hemijski čista voda je potpuno definisanog hemijskog sastava, određenih fizičkih i

hemijskih osobina. Prirodna voda nije hemijski čista zato što uglavnom sadrži primese u

rastvorenom i dispergovanom obliku. Pored ostalog, ona je neophodna za održanje života, ali

i jedan je od glavnih rastvarača za odigravanje hemijskih i biohemijskih reakcija.

Pod kvalitetnom vodom se podrazumeva ona koja nema boju, mutnoću, neprijatan ukus,

miris, nitrate, toksične metale i veliki broj organskih materija, kao što su pesticidi i hlorovani

ugljovodonici. Kvalitet vode mora da odgovara zahtevima zdravlja ljudi i predviđenom

režimu korišćenja. Kvalitet vode zavisi od fizičko-hemijskih i biohemijskih osobina vode u

rekama, jezerima i morima. To znači da zavisi od količine kiseonika, organskih materija,

nitrata, fosfata, teških metala. Promene kvaliteta vode mogu biti uslovljene fizičko-hemijskim

i biohemijskim promenama: pesticidima i veštačkim djubrivima, kiselim kišama, promenama

režima toka vode, promenom flore i faune u vodi.

Prirodna voda sadrži mnoga onečišćenja i pri izboru postupka za njeno prečišćavanje uvek

treba voditi računa o svakom onečišćenju pojedinačno, ili se biraju postupci univerzalne

efikasnosti. Zagađene vode, u zavisnosti od vrste zagađujućih materija, mogu se prečišćavati

mehanički, hemijski i biološki. Hemijskim postupcima prečišćavanja vrši se prečišćavanje

pomoću određenih hemijskih reakcija ili određenih fizičko-hemijskih fenomena. Pored ovih

tradicionalnih načina prečišćavanja vode, u poslednje dve decenije veliku primenu imaju

sorpcioni procesi. Kao sorbenti koriste se materijali različitog porekla: prirodni zeoliti, gline,

kalcit, aktivni ugalj. U sorpcione postupke spada i biosorpcija koja se zasniva na korišćenju

sirovina biljnog porekla. Uglavnom se kao biosorbenti koriste biljni materijali aktivirani i

modifikovani na različite načine (hemijskim i termičkim postupcima), kako bi se povećala

njihova sorpciona sposobnost.

Cilj ovog master rada je uklanjanje leka loperamida iz vode biosorbentom dobijenim iz kore

biljke Lagenaria vulgaris hemijskom modifikacijom pomoću Al2O3 i uticaj ultrazvuka na

efikasnost biosorpcije. Da bi se utvrdili optimalni uslovi biosorpcionog procesa, ispitivan je

uticaj sledećih parametara procesa: vreme kontaktiranja, inicijalna pH vrednost, doza

biosorbenta, inicijalna koncentracija loperamida i snaga ultrazvuka.

3

2. Teorijski deo

4

2.1 Lekovi

Pod terminom lek se danas najčešće podrazumevaju supstance, kombinacije supstanci i

preparati namenjeni lečenju bolesti (Parker i sar., 2006). Svetska zdravstvena organizacija

definiše lek kao supstancu ili proizvod koji se primenjuje da bi modifikovao ili ispitao

fiziološke sisteme ili patološka stanja, a u cilju dobrobiti čoveka – primaoca (SZO, 1994).

Medikament je naziv za licencirane lekove koji, na naučno zasnovanim eksperimentima,

smanjuju simptome i utiču na povoljan ishod bolesti (Zakon o lekovima i medicinskim

sredstvima, 2010).

2.1.1 Klasifikacija lekova

Lekovi se mogu klasifikovati na bazi njihovog porekla (Varagić i Milošević, 2008):

1. Lek prirodnog porekla: biljnog i mineralnog porekla

2. Lek hemijskog kao i prirodnog porekla: izveden iz parcijalne biljne i parcijalne

hemijske sinteze

3. Lek izveden hemijskom sintezom

4. Lek životinjskog porekla: hormoni i enzimi

5. Lek mikrobnog porekla: antibiotici

6. Lek izveden putem biotehnološkog genetičkog inženjerstva

7. Lek izveden iz radioaktivnih supstanci

Anatomsko-terapijsko-hemijsko klasifikacioni sistem je jedan od dobro razrađenih i široko

korišćenih klasifikacionih sistema. Primeri klasa lekova su:

1. Antpiretici: redukuju groznicu

2. Analgetici: redukuju bol

3. Antimalarijski lekovi: za tretiranje malarije

4. Antibiotici: inhibiraju rast mikroorganizama

5. Antiseptici: sprečavaju rast mikroorganizama u blizini opekotina, posekotina i rana

6. Stabilizatori raspoloženja: litijum i valpromid

7. Oralni kontraceptivi: Enovid „bifazna“ pilula i „trifazna“ pilula

8. Hormonske zamene: Premarin

9. Stimulanti: metilfenidat, amfetamin

10. Trankvilajzeri: hloropromazin i diazepam

11. Statini: lovastatin i simvastatin

2.1.2 Mehanizam delovanja leka

U najvećem broju slučajeva lekovi deluju tako što se vezuju za ćelijske receptore. Neki lekovi

deluju direktno na druge hemijske supstance ili menjanjem fizičko-hemijskih osobina ćelije

bez specifičnog receptora. Veza lek-receptor može biti različite jačine (zavisno od tipa

hemijske veze i stepena afiniteta leka za receptor) što i uslovljava dužinu delovanja leka i

njegovu jačinu. Neselektivnost lekovite supstance najčešći je uzrok pojave neželjenih dejstava

leka (Pokrajac, 2002).

5

2.1.3 Neželjena dejstva leka

Dejstva leka koja se javljaju pri terapijskim dozama a koja nisu od koristi za lečenje zovu se

neželjena dejstva leka i mogu se podeliti na očekivana i neočekivana. Očekivana neželjena

dejstva leka su u vezi sa mehanizmom delovanja leka, a neočekivana su najčešće posledica

nekog genetskog nedostatka pacijenta. Druga podela neželjenih dejstava lekova je na dozno-

zavisna i dozno-nezavisna. Neželjena dejstva treba razlikovati od toksičnih efekata leka, koja

se javljaju pri dozama većim od terapijske (Amdur i sar, 2001). Raspon doza od minimalne

terapijske do toksične doze zove se terapijska širina leka. Što je terapijska širina veća, lekovi

se smatraju bezbednijim.

2.2 Loperamid

Loperamid je snažni sintetski antidijaroik velike terapijske širine. Derivat je haloperidola

(antipsihotika), ali ne deluje ni na centralni nervni sistem ni na srce. Deluje lokalno, tj.

neposredno na zidove creva gde se vezuje za opoidne receptore putem kojih usporava

peristaltiku. Pouzdanim antiperistaltičkim delovanjem smanjuje gubitak vode i elektrolita iz

creva. Time smanjuje količinu izlučene stolice, a povećava njenu gustinu i viskoznost

(Varagić i Milošević, 2008).

Loperamid je organsko jedinjenje, koje sadrži 29 atoma ugljenika i ima molekulsku masu od

477,038 Da (Wishart i sar., 2008).

Slika 2.1 Strukturna formula loperamida

IUPAC naziv: 4-[4-(4-hlorfenil)-4-hidroksi-1-piperidil]-N,N-dimetil-2,2-difenil-butanamid

Loperamid je prvi put napravljen 1969. god. i medicinski upotrebljen 1976. god (Patrick

2013). Loperamid ili Imodijum olakšava simptome dijareje jer je opoid, poput morfina i

metadona, i komercijalno je dostupan u obliku hidrohlorida. Dostupan je u obliku tableta,

kapsula i tečnosti. Derivat je fenilpiperidina. Međutim, kao i svaki drugi lek, može imati

neželjena dejstva ukoliko se koristi u dozama, većim od terapijskih. U mnogim državama

sveta poznata je zloupotreba loperamida kao sredstva za izazivanje euforije. Međutim, danas

je sve manje prisutna zloupotreba loperamida.

6

2.3 Principi sorpcionih procesa

Termin sorpcija obuhvata sve procese čiji je rezultat vezivanje supstance za površinu čvrste

faze, a kod tečnosti i za koloidne sastojke, pri čemu je koncentracija sorbovane supstance na

njihovoj površini povećana. Sorpcija, prema tome, označava pojavu vezivanja neke

komponente vodene ili gasovite faze na neku čvrstu fazu. Pojam sorpcije obuhvata više

procesa: adsorpciju, apsorpciju i hemisorpciju. Pod pojmom adsorpcija podrazumeva se

vezivanje tečne ili gasovite supstance na površini čvrste ili tečne faze, pri čemu dolazi do

povećanja koncentracije te supstance na površini. Pojam apsorpcije podrazumeva vezivanje i

povećanje koncentracije neke supstance u čitavoj zapremini, dakle i na površini i u

unutrašnjosti tečne ili čvrste faze. Hemisorpcija podrazumeva građenje hemijske veze, pored

fizičkog vezivanja supstance za sorbent pri čemu istovremeno dolazi i do preraspodele

naelektrisanja. Supstanca koja se sorbuje iz rastvora ili gasova na čvrstu površinu zove se

sorbat, a supstanca na čiju površinu je vezan sorbat naziva se sorbent. Glavne karakteristike

sorbenata su poroznost i velika slobodna površina. Površina 1 g sorbenta naziva se specifična

površina. Maksimalna količina supstance koja se pod datim uslovima može vezati za jedinicu

mase adsorbenta naziva se adsorpcioni kapacitet.

Apsorpcija u tečnostima. Razlog apsorpcije u tečnostima treba tražiti u površinskim

pojavama koje se dešavaju na granici razdela faza. One su uslovljene činjenicom da su

privlačne sile koje deluju na česticu (atom, molekul, jon) sorbenta na površini različite od

onih koje deluju u unutrašnjosti. U stvari, na česticu u unutrašnjosti deluju privlačne sile

drugih čestica, ravnomerno sa svih strana, tako da je rezultanta tih sila jednaka nuli. Privlačne

sile koje deluju na česticu apsorbenta na površini nisu kompenzovane, rezultanta ovih sila nije

jednaka nuli već je normalno usmerena ka unutrašnjosti. Zahvaljujući tome površina poseduje

apsorpcione osobine. Apsorpcija je utoliko veća ukoliko je veća površina razdela faza. Ako

površina razdela faza nije velika, uloga površinskih pojava je mala i apsorpcija je

zanemarljiva (Veselinović i sar., 1995).

Vezu između apsorpcije i površinskog napona daje Gibsova adsorpciona izoterma,

koja se može izvesti razmatranjem dvokomponentnog sistema (komponente 1 i 2), koji se

sastoji od dve faze (α i β) međusobno razdvojene površinom graničnog sloja Aσ. Promena

Gibsove energije za otvoren dvokomponentni sistem na konstantnoj temperaturi i pri

konstantnom pritisku, uzimajući u obzir promenu površine sistema usled apsorpcije

(jednačina 1):

dGσ = γdAσ + μ1dn1σ + μ2dn2

σ (1)

7

Integraljenjem ove jednačine, a zatim diferenciranjem i upoređivanjem dobijenih jednačina

dobija se jednačina (2):

Aσdγ = – n1σdμ1 – n2

σdμ2 (2)

Deljenjem ove jednačine sa Aσ dobija se jednačina (3):

dγ = – c1σdμ1 – c2

σdμ2 (3)

Kada se položaj graničnog sloja postavi tako da je višak koncentracije za komponentu 1 ravan

nuli, dobija se jednačina (4):

dγ = – Г2dμ2 (4)

gde je Г2 koncentracija komponente 2, koja je apsorbovana na graničnoj površini.

Hemijski potencijal komponente 2 je dμ2 = RTdlna2, što unošenjem u prethodnu jednačinu

daje jednačinu (5):

dγ = – Г2RTdlna2 (5)

odnosno jednačinu (6):

2

2dlna

dγ

RT

1Г −= (6)

Ova jednačina predstavlja Gibsovu adsorpcionu izotermu. Izoterma pokazuje da će supstance

koje smanjuju površinski napon, dγ < 0 , imati povećanu površinsku koncentraciju, tj. Г2> 0,

što predstavlja pozitivnu apsorpciju. Međutim, supstance koje povećavaju površinski napon,

dγ > 0, imaće smanjenu površinsku koncentraciju, Г2< 0, pa se ove supstance desorbuju,

odnosno imaće manju koncentraciju u površinskom sloju. Ovo predstavlja negativnu

apsorpciju.

Adsorpcija na površini čvrste supstance. Slično tečnostima, neuravnoteženost sila na

površini čvrste supstance eliminiše se adsorpcijom čestica iz prisutne gasne ili tečne faze.

Molekuli adsorbata se za površinu adsorbenta vezuju na dva načina, koja karakterišu i dva

tipa adsorpcije, poznata kao fizička adsorpcija i hemijska adsorpcija ili hemisorpcija.

U slučaju fizičke adsorpcije, veze između molekula adsorbata i adsorbenta se

ostvaruju putem Van der Waals-ovih sila (disperzione sile i interakcije dipol-dipol). To su

slabe sile dugog dometa, usled čega može doći do višeslojne adsorpcije adsorbata na površini

adsorbenta. Promena entalpije adsorpcije u ovom slučaju manja je od 40 kJmol-1. Ovaj tip

adsorpcije izražen je samo na temperaturama nižim od temperature ključanja adsorbata i ima

negativni temperaturni koeficijent. Količina adsorbovane supstance zavisi uglavnom od

osobina adsorbata, manje od osobina adsorbenta.

8

U slučaju hemijske adsorpcije dolazi do građenja hemijske (kovalentne) veze između

adsorbata i adsorbenta. Ove veze su veoma jake, ali kratkog dometa. Promena entalpije

adsorpcije, koja se odigrava uz građenje monosloja, ima negativnu vrednost i veća je od 85 kJ

mol-1. Hemisorpcija se odigrava i na visokim temperaturama i ima pozitivan temperaturni

koeficijent. Količina adsorbovane supstance zbog prirode ostvarenih veza, zavisi kako od

prirode adsorbenta tako i od svojstava adsorbata. Ova adsorpcija može da se odvija spontano,

veoma brzo, kao u slučaju adsorpcije niza gasova na površinama metala i zove se neaktivirana

adsorpcija. Za razliku od ove, adsorpcija na primer vodonika na niklu se odigrava znatno

sporije i na višim temperaturama i zahteva određenu energiju aktivacije, pa se ovaj tip

adsorpcije zove aktivirana adsorpcija (Minić i Antić-Jovanović, 2005). U mnogim

slučajevima adsorpcija je mešovite prirode, delom je fizička a delom hemisorpcija. Češće se

sreću primeri fizičke adsorpcije, što je razumljivo imajući u vidu univerzalnost Van der

Waals-ovih sila.

2.4 Prečišćavanje vode sorbentima

Danas postoji znatan broj metoda i postupaka za prečišćavanje vode. Koje će od ovih

metoda biti primenjene zavisi od niza činjenica. Na prvom mestu je vrsta zagađujućih

supstanci i stepen zagađenja. Druga je kvalitet prečišćene vode, tačnije rečeno stepen

zagađenja koji se može dozvoliti kada se voda ispušta u prirodni vodotok ili jezero. Ove

dozvoljene koncentracije zagađujućih supstanci u prečišćenoj vodi zavisne su od kapaciteta

prirodne vode, tj. od mase zagađujućih agenasa koju voda u prirodi može da primi, a da ne

dođe do posledica koje bi uticale na organizme koji žive u njoj, na tlo sa kojim je voda u

kontaktu i na čoveka.

Prečišćavanje vode sorbentima vrši se radi uklanjanja relativno malih količina zagađujućih

supstanci koje izazivaju znatne efekte ili se drugim postupcima ne mogu ukloniti, odnosno

kada je uklanjanje drugim metodama ekonomski necelishodno. U red ovih supstanci spadaju

teški metali, boje, agensi koji utiču na miris i ukus vode i dr.

Proces prečišćavanja vode sorbentima uglavnom se vrši na dva načina. Jedan od njih

je da se sorbent dodaje u vodu iz pravca suprotnog kretanju vode. Time se postiže da voda na

ulasku u toranj za prečišćavanje prvo dolazi u kontakt sa sorbentom na kome su već

adsorbovane određene količine supstanci koje treba ukloniti iz vode. Pri daljem kretanju voda

dolazi u kontakt sa sorbentom koji ima sve manju i manju količinu adsorbovanih supstanci, da

bi pri kraju tornja, a pred ispuštanje iz njega, došla u kontakt sa potpuno čistim sorbentom,

koji će ukloniti i zadnje količine zagađujućih supstanci.

Drugi način, koji se često koristi, sastoji se u tome da voda koja se prečišćava ulazi

sukcesivno u 2-3 tornja za prečišćavanje. U ovim tornjevima se nalazi aktivni ugalj ili drugo

adsorpciono sredstvo. Skica ovog procesa data je na slici 2.2. Prva količina vode ulazi u prvi

toranj gde stupa u kontakt sa aktivnim ugljem. Iz njega ulazi u drugi toranj gde se uklanja deo

preostalih supstanci. Nakon ovoga uvodi se u treći toranj gde se maksimalno oslobađa

prisutnih zagađujućih supstanci. Za to vreme toranj broj 4 nalazi se na regeneraciji

9

(adsorbenta). Kada se toranj broj 1 zasiti, povlači se na regeneraciju. Sada se zagađena voda

dovodi u toranj 2, iz njega u toranj 3 i najzad u toranj broj 4 u kome je svež, regenerisan

aktivni ugalj. Ovaj redosled izmena mesta tornjeva u ciklusu prečišćavanja omogućava

maksimalno prečišćavanje voda od zagađujućih supstanci.

Slika 2.2 Skica sistema prečišćavanja vode na aktivnom uglju.1, 2, 3 –

Redni brojevi tornjeva u procesu; 4 – Toranj za regeneraciju; 5 – Ulaz vode

za prečišćavanje; 6 – Izlaz prečišćene vode

Proces prečišćavanja vode sorbentima obično se vrši posle prethodnih prečišćavanja,

mehaničkih, oksidacionih i drugih, pa se ova voda ispušta u prirodni vodotok ili eventualno

koristi za druge namene. Ako je potrebno podvrgava se ostalim fizičko-hemijskim metodama

prečišćavanja.

Nakon sorpcije adsorpciona sredstva, prvenstveno sintetička, podvrgavaju se

regeneraciji, tj. desorpciji adsorbovanih supstanci. Ovaj postupak je naročito važan pri

korišćenju aktivnog uglja zbog njegove relativno visoke cene.

2.4.1 Sorbenti za prečišćavanje vode

Sorbenti su materijali koji imaju veliku površinu po jedinici mase, što je posledica velike

poroznosti ili usitnjavanja. Najčešće korišćeni sorbenti su: aktivni ugalj, koštani ugalj, aktivne

gline, silikagel, molekularna sita, razni oksidi, alumosilikati, među njima prirodni i sintetički

zeoliti i druge materije. Sorbenti mogu biti vrlo selektivni ili neselektivni, različite strukture i

mehaničkih karakteristika; kao zajedničku osobinu imaju jako vezivanje fizičkim ili

hemijskim silama najrazličitijih supstanci. Stalni razvoj novih tehnologija dovodi do sve veće

zagađenosti voda, pa se nameće potreba za traženjem novih materijala koji bi se mogli

upotrebiti u procesima njihovog prečišćavanja. Zbog toga se u poslednje vreme sve više

govori o različitim biomaterijalima kao potencijalnim sorbentima.

Jonoizmenjivačke smole. Jonska izmena se može definisati kao reverzibilna izmena

jona između čvrste supstance i tečnosti. U ovoj definiciji se “čvrsto“ odnosi na

jonoizmenjivačku smolu. Prilikom jonske izmene nema bitnih promena u strukturi čvrste

supstance.

10

Najvažnije jonoizmenjivačke smole koje se danas proizvode i upotrebljavaju su

sintetičke organske smole. Po hemijskoj prirodi to su visoko polimerizovani umreženi

ugljovodonici, koji i u unutrašnjosti i na površini, sadrže jonske grupe koje mogu da

izmenjuju katjone i anjone. Njihova nerastvorljivost je u direktnoj vezi sa stepenom

umreženosti polimera. Mali stepen umreženosti dovodi do intenzivnog “upijanja“ okolnog

rastvora i naglašenog bubrenja, dok sa druge strane veći stepen umreženosti smanjuje

“upijanje“ okolnog rastvora i samim tim intenzitet jonske izmene zbog sternih smetnji. Većina

smola se dobija kopolimerizacijom stirena i divinilbenzena. Ovakve strukture su maksimalno

otporne na oksidaciju, redukciju, mehaničke promene i nerastvorne su u sistemima u kojima

se vrši izmena jona. Polimerizacijom stirena se dobija linearni ili dvodimenzionalni polimer.

Kopolimerizacijom ovih linearnih polimera sa divinilbenzenom dobiće se nerastvorni

trodimenzionalni polimer. Jon-aktivne grupe upotpunjuju strukturu jonoizmenjivačke smole

tako što su vezane za velike molekulske polimere. Električna šarža jon-aktivnih grupa je uvek

izjednačena, tj. ekvivalentna broju suprotno naelektrisanih, pokretnih jona koji se izmenjuju

sa drugim jonima istog naelektrisanja.

Slika 2.3 Izgled jonoizmenjivačkih smola

Aktivni ugalj. Aktivni ugalj je posebno pripremljena vrsta ugljenika porozne kristalne

strukture i velike unutrašnje površine. To je najpoznatiji hemijski adsorbent. Zapremina pora

aktivnog uglja je obično veća od 0,2 mlg-1, unutrašnja površina je obično veća od 400 m2g-1, a

širina pora je od 0,3 do nekoliko hiljada nanometara (Marsh i Rodrigez-Reinoso, 2006).

Postoje mnoge sirovine iz kojih se može dobiti aktivni ugalj i jedan od najboljih je ugalj

visokog kvaliteta kao što je antracit. Ipak, u praksi se više koriste drugi jeftiniji izvori kao što

su životinjske kosti ili vrlo popularna ljuska kokosovog oraha. Prva faza u pripremi aktivnog

uglja je zagrevanje polaznog materijala u inertnoj komori bez kiseonika na približno 500°C.

Na ovaj način dolazi do uklanjanja vodonika i kiseonika, prisutnog u polaznoj materiji. Kao

rezultat toga dobija se osnovna ugljenisana masa, koja nije aktivna i za njenu aktivaciju je

potrebna još jedna faza. Hemijskim modifikacijama ugljenisane mase može se dobiti još

kvalitetniji produkt ili produkt za neku posebnu namenu. Aktivacija se izvodi zagrevanjem u

prisustvu vazduha, vodene pare ili ugljen-dioksida na oko 900°C. U ovom procesu svi

preostali ugljovodonici se uklanjaju iz uglja, dobija se aktivni ugalj, ima vrlo poroznu

strukturu i izgledom podseća na sunđer.

11

Prilikom strujanja vode, koja sadrži razne primese, kroz pore aktivnog uglja, primese

bivaju adsorbovane na površini aktivnog uglja. Tu je važno napomenuti da aktivni ugalj

adsorbuje nepolarne supstance. To ne znači da polarne supstance ne mogu da se uklone. One

mogu da stupe u reakciju sa već adsorbovanim supstancama i da se na taj način i one uklone

(Bandosz, 2006).

Kod primene za tretman vode, aktivni ugalj može da utiče na izmenu sledećih

parametara kvaliteta: uklanja miris i ukus, vrši obezbojavanje, odstranjuje toksične supstance,

redukuje sadržaj slobodnog hlora, predstavlja sigurnosnu barijeru za slučaj udarnih zagađenja.

Veliku primenu nalazi u pripremi vode za piće i u proizvodnji gaziranih i negaziranih sokova

(Marsh i Rodrigez-Reinoso, 2006).

Nakon upotrebe, aktivni ugalj se podvrgava regeneraciji, tj. desorpciji adsorbovanih

supstanci. Ovaj postupak je važan zbog njegove relativno visoke cene. Regeneracija se obično

vrši na dva načina. Prvi, termički postupak, sastoji se u zagrevanju aktivnog uglja na 800°C u

posebnoj peći sa regulisanim sastavom atmosfere, pri čemu dolazi do isparavanja i razaranja

adsorbovanih supstanci. Drugi, češće korišćen način, sastoji se u desorpciji adsorbovanih

supstanci na aktivnom uglju pomoću organskih rastvarača. Nakon desorpcije rastvarači se

destilacijom razdvajaju od adsorbovane supstance, koja se zatim odlaže na otpad ili prerađuje.

Aktivni ugalj se adsorbovanih supstanci može osloboditi i obradom alkalnim ili drugim

rastvorima (Marković i sar., 1996).

Slika 2.4 Izgled praškastog aktivnog uglja

Prirodni zeoliti. Prirodni zeoliti obuvataju grupu minerala koji su po sastavu hidro

alumosilikati alkalnih i zemnoalkalnih metala. Kristalnu rešetku zeolita izgrađuju silicijumski

tetraedri koji su povezani u lance i prstenove, pri tome je deo atoma silicijuma zamenjen sa

aluminijumom. Ovako nastale konfiguracije tetraedra nazivaju se sekundarnim izgrađivačkim

jedinicama. Zbog takve građe, unutar kristalnog prostora zeolita, formira se sistem

međusobno povezanih mikrošupljina u kojima su smešteni molekuli vode i izmenjujući

katjoni. Ova otvorena - porozna mikrostruktura zeolita uslovljava i njihova izuzetno korisna

svojstva: adsorpciona, izmene jona, katalitička, molekularnih sita i dr. Ukoliko se

zagrevanjem iz zeolita ukloni voda oni dobijaju sposobnost adsorpcije molekula različitih

materija, koji po svojim dimenzijama ne prevazilaze prečnik pora - kanala koje povezuju

intrakristalne mikrošupljine. U vodenoj sredini zeoliti lako razmenjuju svoje katjone sa onim

iz rastvora. Efektivnost izvlačenja rastvorenih materija iz tečne faze prirodnim zeolitima

zavisi od niza fizičko-hemijskih parametara sorbenta i tečne faze: oblika zeolita, sastava

izmenjenih katjona, obima i rasporeda makropora, veličine čestica čvrste faze, sastava tečne

12

faze, koncentracije izvučene materije, prisustva i koncentracije konkurentnih jona itd. U

procesu adsorpcije i jonske izmene zeoliti ispoljavaju tendenciju selektivnosti prema samo

nekim molekulima, oni uzimaju određene molekule ili jone, a odaju druge. Reakciona

sposobnost mnogih molekula koje su zeoliti adsorbovali naglo i selektivno se uvećava. Zbog

toga zeoliti ispoljavaju katalitičku aktivnost u reakcijama koje se nalaze u osnovi niza

industrijskih procesa prerade nafte, prirodnog gasa i drugih sirovina, kao i pri sintezi različitih

proizvoda. Pri promeni uslova adsorbovani molekuli se mogu udaljiti iz zeolita, a izmenjujući

katjoni razmeniti sa drugim; zeoliti se zato mogu regenerisati i mogu se koristiti u toku više

cikličnih procesa. Zeoliti se zatim mogu modifikovati obradom sa rastvorima soli, kiselina i

alkalija u cilju menjanja njihovih svojstava zavisno od rešavanja postavljenih zadataka

(Tomlinson, 1998; Mumpton, 1977).

Slika 2.5 Izgled zeolita

2.4.2 Biosorpcija

Biosorpcija se može definisati kao uklanjanje polutanta iz rastvora, određenom vrstom

biomase koja ima sposobnost da veže i koncentriše metalne jone i organske polutante svojim

aktivnim centrima na površini (Pillai i sar., 2013), a biosorbenti kao supstance koje imaju

sposobnost da selektivno koncentrišu ciljni sorbat (molekule, atome, jone ili čestice) na svojoj

površini (Kuyucak i Volesky, 1988). Postojanje ovog fenomena je zabeleženo kod mnogih

biljnih materijala.

U odnosu na konvencionalne metode, biosorpcija ima određene prednosti: selektivna

je, jeftina i efikasna čak i pri vrlo niskim koncentracijama polutanata, ekološki održiva jer se

kao biosorbent najčešće koristi obnovljivi izvor – biomasa, koja je neupotrebljena

predstavljala otpad u životnoj sredini. Upotrebljenu biomasu moguće je regenerisati, pri čemu

se dobija koncentrat metala i biomaterijal spreman za novi ciklus uklanjanja. Efikasnost

biomase se može povećati modifikacijom fizičkim, hemijskim, termičkim ili kombinovanim

tretmanima. Generalno, biosorbenti se mogu podeliti u četiri velike kategorije: bakterije, alge,

gljive i kvasci, i poljoprivredni otpad. Optimizacija biosorpcionog procesa obuhvata

ispitivanje uticaja karakteristika biološkog materijala, koncentracije polutanta, pH vrednosti

13

rastvora, jonske jačine rastvora sorbenta, veličine čestica, temperature, uticaja prisustva

koegzistirajućih hemijskih vrsta i sl.

Da bi se prirodni materijali upotrebljavali kao biosorbenti moraju zadovoljiti nekoliko uslova:

1. Veliku aktivnu površinu

2. Dostupnost

3. Nisku cenu

4. Mogućnost regeneracije nakon upotrebe

5. Lakoću upotrebe u reaktorskim postrojenjima što se najčešće odnosi na veličinu

čestica biosorbenta

6. Uklanjanje biosorbenta iz rastvora mora biti brzo, efikasno i visokoselektivno

Razna istraživanja biosorpcije ukazala su na to da se kao biosorbenti mogu koristiti

brojne vrste biomase koje su izuzetno efektivne pri adsorpciji metala i drugih zagađujućih

materija. Neke od vrsta biomase dolaze kao nus proizvodi velikih industrijskih fermentacija,

dok su neki stanovnici mora (alge). Do sada su upotrebljivani najraznovrsniji biosorbenti

poput ljuske kukuruza, badema, lešnika, sirove opne pirinča, ječmene slame itd. Ovim se

može zaključiti da među lako dostupnim tipovima biomasa postoje snažni biosorbenti, kao što

su izvesni prirodni materijali, kojih ima u izobilju: delovi biljaka, naročito oni koji sadrže

celulozu (Sud i sar., 2008; Annadurai i sar., 2002; Bailey i sar., 1999).

Biosorpcija je do sada najviše primenjivana za uklanjanje jona teških metala. Naročito

neke otpadne micelarne materije dostupne u velikim količinama pokazuju interesantan

potencijal za vezivanje i uklanjanje teških metala; micele iz industrijski uzgajanih gljiva roda

Rhizopus (R. oryzae, R. oligosporus i R. arrhizus) i roda Absidia (A.oryzae) su odlični

biosorbenti za Pb, Cd, Cu, Zn i U i takođe vezuju druge teške metale (Say i sar., 2001). Drugi

ekonomičan izvor biomase predstavljaju mnoge vrste morskih makroalgi (Hosea i sar., 1986).

Npr. sušene biomase nekih vrsta mrkih algi, kao što su Ascophyllum i Sargassum efikasno

uklanjaju iz veoma razblaženih rastvora Pb i Cd.

Postoje dva razloga zašto se radi na adsorpciji metala. Jedan je iz razloga njihove

velike toksičnosti, a drugi je sa tehnološkog aspekta jer se vrednost metala ponovo može

upotrebiti. Prvi zapisi o mehanizmu adsorpcije metala datiraju još iz 1948.godine. Oni govore

o tome da metalni katjon privlači negativno naelektrisanu površinu ćelije. Anjonski ligandi

koji učestvuju u vezivanju teških metala su karboksilna, hidroksilna i druge grupe koje

pokazuju različit afinitet prema kompleksiranju metala. Učešće ovih grupa u hemijskim

reakcijama je odgovorno za kapacitet razmene katjona kod upotrebe biomase agrootpadnog

materijala (Garg i sar., 2007). Prisustvo različitih funkcionalnih grupa i njihovo vezivanje sa

teškim metalima u toku procesa biosorpcije se utvrđuje spektroskopskim tehnikama (Ahalya i

sar., 2003).

Ćelijski zid prokariota i eukariota sadrži različite polisaharide kao bazične blokove.

Jonska izmena prirodnih polisaharida je do detalja ispitana kao dobro ustanovljena činjenica

da zamena bivalentnh metalnih jona sa suprotno naelektrisanim jonima polisaharida uključuje

alginsku kiselinu:

2NaAlg +Me 2+→ Me(Alg)2 + 2Na+

14

Komercijalni sistemi za biosorpciju koriste “nove” biosorpcione materijale dobijene

specijalno iz različitih tipova biomase. Oni funkcionišu tako što usvajaju povišene

koncentracije metala koje su toksične na živi sistem. Širenje upotrebe biosorpcionih

materijala se postiže povećanjem njihovih metalo-sorbujućih osobina i primenom.

Metaloopterećen biosorbent može biti poslat na regeneraciju, pa se nakon toga može ponovo

vratiti u proces.

Biosorbenti se obično sreću u granulama veličine 0,5-2,0 mm, sposobnim za direktnu

sorpciju metala i drugih vodenih zagađivača. Danas biosorbenti moraju zadovoljiti sledeće

uslove:

1. Visoku prilagodljivost (upotreba u širokom opsegu pH vrednosti, temperature i

drugim uslovima koje rastvor poseduje, poznati kao procesni parametri)

2. Metalnu selektivnost (ako je potrebno, mora imati sposobnost uklanjanja širokog

spektra teških metala bez mešanja takozvanih “lakih” metala)

3. Da nema koncentracionu zavisnost (da može biti aktivan i za koncentracije metala od

10-100 ppm)

4. Visoku toleranciju za organska jedinjenja (≤ 5000 ppm)

5. Regeneraciju (da se može nakon upotrebe regenerisati i ponovo vratiti u proces)

Mogući mehanizmi biosorpcije dati su na slici 2.6.

Slika 2.6 Verovatni mehanizam biosorpcije

15

2.4.3 Kinetika sorpcije

Kinetički modeli sorpcije daju uvid u brzinu procesa, mehanizam sorpcije koji uključuje

prenos mase, difuziju i reakciju na površini sorbenta tokom sorpcije. Proces sorpcije

polutanata iz vodenih rastvora na sorbentu, bilo fizički ili hemijski, podrazumeva sledeće

korake (Wang i sar., 2008):

➢ transport molekula sorbata iz rastvora do graničnog sloja (difuzija u masi),

➢ spoljni prenos mase između spoljne površine sorbenta i okolne tečne faze,

➢ difuzija unutar čestica, kada rastvor sorbata ulazi u pore sorbenta i

➢ hemijska reakcija sorbata sa aktivnim mestima u porama.

Količina sorbovanog loperamida (mg g-1) se može izračunati na osnovu jednačine (7):

𝑞𝑡 =(𝑐0 − 𝑐𝑡)𝑉

𝑚𝑠 (7)

gde su c0 i ct početna i konačna koncentracija loperamida u rastvoru (mg dm-3), V je

zapremina rastvora a m je masa sorbenta (g).

Za opisivanje procesa sorpcije postoji više kinetičkih modela. Kinetika sorpcije loperamida na

biosorbentu LVB-Al2O3 može se opisati Lagergrenovim (Lagergren) modelom pseudo-prvog

reda i Hoovim (Ho) modelom pseudo-drugog reda.

Lagergrenov model pseudo-prvog reda

Kinetički model pseudo-prvog reda opisuje brzinu sorpcije, koja je proporcionalna broju

neiskorišćenih mesta vezivanja sorbenta (Lagergren, 1898).

Lagergrenov model pseudo-prvog reda (Lagergren, 1898) opisuje se jednačinom (8):

)(k te1t qq

dt

dq−=

(8)

gde je: k1(g mg-1 min-1 ) - konstanta brzine sorpcije pseudo-prvog reda, t (min) - vreme

kontaktiranja rastvora i sorbenta, qt i qe( mg g-1) su količine loperamida sorbovane u vremenu

t i u ravnoteži.

Nakon integracije za granične uslove t = 0, qt = 0 i t = t,qt = qe, jednačina (8) dobija sledeći

oblik:

)e1( 1

et

tkqq −= (9)

16

Hoov model pseudo-drugog reda

Kinetički model pseudo-drugog reda zasnovan je na ravnotežnoj sorpciji koja zavisi od

količine sorbata sorbovanog na površini sorbenta i sorbovane količine u ravnoteži (Ho i

McKay, 1998).

Hoov model pseudo drugog reda (Ho i McKay, 1998) prikazan je jednačinom (10) koja ima

sledeći oblik:

2

te1 )( qqkdt

dq−= (10)

Integrisanjem jednačine (10) za granične uslove kada je t = 0, qt = 0 i t = t, qt = qe, dobija se:

tqk

tkqq

e2

2

2

e

t1+

= (11)

gde je veličina k2(g mg-1 min-1) konstanta brzine sorpcije pseudo-drugog reda. Iz grafičkog

prikaza qt u funkciji t možemo izračunati vrednosti qe i k2, iz nagiba i odsečka, redom. Model

pseudo-drugog reda naročito dobro opisuje hemisorpciju na čvrstim materijalima.

17

3. Ekserimentalni deo

18

3.1 Program i metodika eksperimenta

Predmet ovog master rada je uklanjanje loperamida iz vode biosorpcijom na bazi

modifikovane kore biljke Lagenaria vulgaris pomoću Al2O3 (LVB-Al2O3).

Cilj rada je ispitivanje kontaktnog vremena, inicijalne pH vrednosti rastvora, doze

biosorbenta, inicijalne koncentracije loperamida i snage ultrazvuka na proces sorpcije

loperamida iz vode.

Program eksperimentalnog dela master rada se sastojao iz sledećih faza:

1. Priprema biosorbenta tretiranjem kore Lagenaria vulgaris pomoću Al2O3

2. Priprema rastvora

2.1. Priprema rastvora loperamida koncentracije 100,0 mg dm–3

2.2. Priprema radnih vodenih rastvora loperamida koncentracije: 5,0, 10,0,

20,0, 40,0, 60,0, 80,0 i 100,0 mg dm–3

3. Tretman vodenih rastvora loperamida biosorbentom

3.1. Uticaj kontaktnog vremena

3.2. Uticaj inicijalne pH vrednosti rastvora

3.3. Uticaj doze biosorbenta

3.4. Uticaj inicijalne koncentracije loperamida

3.5. Uticaj snage ultrazvuka

4. Obrada dobijenih rezultata

3.1.1 Pribor, hemikalije i instrumenti

• Čaše od 50, 100, 400 cm3,

• Normalni sudovi od 100, 250 i 1000 cm3,

• Menzure od 100 i 250 cm3,

• Epruvete,

• Automatske pipete od 100 i 1000 µl,

• Rastvor loperamida 100,0 mg dm-3

• Rastvor HNO3 koncentracije 0,3 mol dm-3

• Rastvor NaOH koncentracije 0,5 mol dm-3

• Rastvor Al(NO3)3x 9H2O

• UV/VIS Spektrofotometar (UV-1800 Shimadzu,Japan),

• pH – metar HACH SensIon 3 (USA),

• standardna sita otvora 1,25 i 0,8 mm (Endecotts, Engleska),

• laboratorijski blender (Heidolph, DIAX 900, Nemačka),

• magnetna mešalica (ARE, Velp Scientifica, Italija),

• analitička vaga (Kern, Nemačka)

19

3.2 Eksperimentalni postupak

3.2.1 Lagenaria vulgaris

Lagenaria vulgaris je jednogodišnja biljka iz familije Cucurbitaceae (bundeva).

Familija Cucurbitaceae se sastoji od oko 120 rodova i vise od 735 vrsta. Najpoznatiji

kultivisani predstavnici porodice bundeva su: bundeva (Cucurbita pepo L.), nejestiva bundeva

(Lagenaria vulgaris), krastavac (Cucumis sativus), dinja (Cucumis melo) i lubenica

(Citrullusvulgaris). Lagenaria vulgaris se dosta uzgaja u tropskim i subtropskim predelima od

nivoa mora do 2500 m nadmorske visine, a raste posebno duž reka i obala jezera. Za rast je

potrebno od 600 do 1500 mm kiše, a prilagođena je uzgajanju i u polusušnim uslovima.

Pogoduje joj sunce i zaklonjenost od vetra.

Optimalna temperatura za klijanje je 20‒25°C dok klijanje prestaje kada se

temperatura spusti ispod 15°C ili iznad 35°C. Lagenaria vulgaris podnosi niske temperature,

ali ako temperatura padne ispod 10 °C, cvetanje se smanjuje i ne trpi mraz. Niske temperature

i suše dovode do opadanja cveta i ploda. Lagenaria vulgaris raste u širokom spektru tipova

zemljišta, ali voli rastresito zemljište bogato vazduhom, pH 6,0– 7,0. Lagenaria vulgaris ima

dobru sposobnost da suzbije travu (Decker-Walters i sar., 2004; Okoli i Nyanayo, 1998).

Slika 3.1 Plod i cvet biljke Lagenaria vulgaris

Lagenaria vulgaris ima veliki, ali plitak korenov sistem, pa se obrada zemljišta treba

svesti na minimum tokom faze zrenja. Razmnožava se semenom. Listovi su veliki, dugački do

40 cm i široki. Cvetovi su bledožute ili bele boje i brzo uvenu.

Plodovi su zreli kad se ljuska stvrdne i spoljašnji i unutrašnji slojevi počnu da žute.

Plodovi su veliki i veoma teški kada su sveži, kada se osuše su laki (oko 93 % ploda čini

voda) i plod je šuplje opne sa semenkama utisnutim u sunđerastu masu. Plodovi su u obliku

boce, oblik ploda se može menjati u zavisnosti od načina rasta. Plod je mesnat, zelene boje sa

belim pegama, a kako zri postaje žut ili svetlo braon (slika 3.1). Unutrašnjost je bele boje i

ispunjena je velikim brojem semenki. Kada se plod osuši (slika 3.2) na vazduhu, unutrašnja

bela masa zajedno sa semenkama se odstranjuje pa se plod Lagenaria vulgaris može koristiti

kao posuda za zahvatanje tečnosti i otuda narodni naziv za ovu biljku lejka ili sudovnjača.

20

Semenki ima puno, utisnutih u sunđerastu pulpu 7-20 mm dužine, okružene ivicom

koja je zaobljena na stranama i zasečene su na vrhu. Ova biljka zahteva puno svetlosti i

toplote za rast; uglavnom raste na peščanim zemljištima i crvenoj ilovači, na ravnim

površinama i umerenim padinama. Nakon berbe, plod Lagenaria vulgaris se suši prirodnim

putem, na vazduhu.

Biljka nalazi svoju vrednost kao lek u tradicionalnoj medicini u lečenju žutice,

dijabetesa, čireva, hemoroida, kolitisa, hipertenzije, srčane insuficijencije, žučnih tegoba i

kožnih bolesti. Pulpa se koristi kao sedativ i emetični purgativ, diuretik i kod pektoralinih

tegoba.Takođe, ekstrakti biljke su pokazali antibiotsku aktivnost.

Slika 3.2 Suvi plod biljke Lagenaria vulgaris

21

3.2.2 Priprema biosorbenta Lagenaria vulgaris-Al2O3

Ubrani plodovi biljke Lagenaria vulgaris su mehanički očišćeni od unutrašnjeg sadržaja,

usitnjeni na komade veličine od 2 do 3 cm i isprani više puta dejonizovanom vodom da bi se

uklonila prašina i gruba onečišćenja sa spoljašnje površine i sušeni u sušnici na 55,0±5,0ºC do

konstantne mase.

Biomasa je nakon ispiranja samlevena čeličnim laboratorijskim blenderom, a zatim

prosejana kroz standardna čelična sita radi dobijanja frakcije 0,8 – 1,25 mm. Ovako

pripremljena biomasa je isprana više puta dejonizovanom vodom, a zatim je izvršeno

prečišćavanje radi uklanjanja teških metala bioakumuliranih tokom rasta biljke.

Prečišćavanje je vršeno potapanjem 10 g LVB u rastvor 0,3 M HNO3 tokom 60 min.

uz povremeno mešanje, nakon čega je biosorbent ispiran dejonizovanom vodom do neutralne

reakcije. Posle neutralizacije, sorbent je ispiran do negativne reakcije na NO3-. Nakon

filtracije, materijal je suspendovan u 0,5 M NaOH i zagrevan na 100°C 60 min, uz lagano

ključanje i povremeno mešanje. Potom je rastvor NaOH isparen, a mokar materijal je ispiran

dejonizovanom vodom do neutralne sredine. Materijal je osušen na sobnoj temperaturi, pa

preliven rastvorom Al(NO3)3×9H2O i dobijena suspenzija je mešana 15 minuta na magnetnoj

mešalici, na sobnoj temperaturi. Nakon toga je izvršeno potpuno uparavanje rastvora. Mokar

materijal je tretiran u atmosferi amonijaka 120 min, a potom ispiran dejonizovanom vodom.

Materijal je sušen oko 5h na 60°C.

3.2.3 Tretman vodenih rastvora pomoću LVB-Al2O3

Sorpcioni eksperimenti su rađeni u staklenim čašama koje su se nalazile u termostatiranom

vodenom kupatilu na magnetnoj mešalici. Odmerena je zapremina od 125 cm3 radnog

rastvora loperamida koncentracije 100,0 mg dm-3 i prebačena u čašu od 250 cm3. Podešavanje

inicijalne pH vrednosti vršeno je rastvorima HNO3 ili NaOH, koncentracije 0,1/0,01 M.

Nakon podešavanja pH, rastvoru je dodat 0,5 g pripremljenog biosorbenta. Momenat

dodavanja biosorbenta predstavljao je početak tretmana. Ukupno vreme tretmana iznosilo je

180 minuta. U određenim vremenskim intervalma: 0, 1, 5, 10, 20, 40, 60, 90, 120 i 180 min,

uzimani su uzorci za analizu loperamida i filtrirani pomoću 0.45 µm membranskih filtera

(Agilent, USA) radi uklanjanja čestica LVB-Al2O3. Određivanje rezidualne koncentracije

loperamida vršeno je ultraljubičastom/vidljivom spektrofotometrijom (UV-VIS). Za

ispitivanje hidrodinamičkih uslova i efekta snage ultrazvuka, eksperimenti su rađeni u

ultrazvučnom kupatilu (Sonic, Srbija, ukupna nominalna snaga 50 W) koje radi na frekvenciji

od 40 kHz.

22

Ispitivanje uticaja kontaktnog vremena

Eksperimenti su rađeni sa 125 cm3 radnog rastvora loperamida početne koncentracije

100,0 mg dm-3, pri pH vrednosti rastvora 7,0, tretiranog sa 2,0 g dm-3 LVB-Al2O3 sorbenta.

Rastvori su tokom tretmana mešani na magnetnoj mešalici i termostatirani na 25,0±0,2°C.

Uzorci su uzimani u sledećim vremenskim intervalima: 0, 1, 5, 10, 20, 40, 60, 90, 120 i 180

min, nakon čega je vršeno filtriranje rastvora radi uklanjanja biosorbenta. U vodenim

uzorcima je analiziran sadržaj loperamida.

Ispitivanje uticaja inicijalne pH vrednosti rastvora

Uticaj pH vrednosti rastvora na efikasnost uklanjanja loperamida vršen je pomoću 2,0

g dm-3 LVB-Al2O3 koji je ispitivan sa radnim rastvorima loperamida koncentracije 100,0 mg

dm-3 pri inicijalnim pH vrednostima rastvora: 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 i 12,0. Tretman je vršen

u trajanju od 180 min, nakon čega je filtriranjem odvajan biosorbent. U vodenim uzorcima je

određivana koncentracija loperamida i merena pH vrednost rastvora.

Ispitivanje uticaja inicijalne koncentracije loperamida

Uticaj koncentracije loperamida na efikasnost njegovog uklanjanja pomoću 2,0 g dm-3

LVB-Al2O3 je ispitivan pri inicijalnim koncentracijama loperamida od: 5,0;10,0; 20,0; 40,0;

60,0; 80,0 i 100,0 mg dm-3 u periodu od 180 min, na pH vrednosti 7,0 i temperaturi

25,0±0,2oC.

Ispitivanje uticaja doze LVB-Al2O3

Uticaj doze LVB-Al2O3 na efikasnost uklanjanja loperamida ispitivan je sa radnim

rastvorima loperamida koncentracije 100,0 mg dm-3 pri pH vrednosti 7,0 i temperaturi

25,0±0,2oC pri sledećim količinama biosorbenta: 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0 i 8,0 g dm-3 u trajanju

od 180 minuta.

Ispitivanje uticaja snage ultrazvuka

Uticaj snage ultrazvuka na efikasnost uklanjanja loperamida vršen je pomoću 2,0 g

dm-3 LVB-Al2O3 u radnim rastvorima loperamida koncentracije 100,0 mg dm-3 pri pH

vrednosti 7,0, temperaturi 25,0±0,2oC i pri snagama ultrazvuka od 0, 25 i 50 W u trajanju od

180 minuta.

23

4. Rezultati i diskusija

24

4.1 Uticaj kontaktnog vremena na sorpciju loperamida

Eksperimenti su rađeni sa inicijalnom koncentracijom loperamida od 100,0 mg dm–3, na

temperaturi 25±0,2°C, sa dozom LVB-Al2O3 2,0 g dm–3 u periodu od 180 minuta. Rezultati

ispitivanja uticaja kontaktnog vremena na uklanjanje loperamida iz vodenih model-rastvora

predstavljeni su na slici 4.1, kao efikasnost uklanjanja u funkciji vremena. Efikasnost

uklanjanja loperamida definisana je jednačinom (12):

EU (%) =𝑐0 − 𝑐t

𝑐0x100

(12)

gde su c0 i ct početna i konačna koncentracija loperamida u rastvoru (mg dm-3).

Promena efikasnosti uklanjanja loperamida sa vremenom, pokazuje visoku efikasnost

delovanja biosorbenta na bazi hemijski modifikovane kore Lagenaria vulgaris pomoću Al2O3.

Slika 4.1 Uticaj vremena kontaktiranja na efikasnost uklanjanja loperamida u vodenim model-

rastvorima u toku tretmana LVB-Al2O3. Inicijalna koncentracija loperamida 100,0 mg dm-3,

temperatura 25,0±0,2°C, doza sorbenta 2,0 g dm-3, nativni pH 7,0

Sa slike 4.1 možemo zapaziti da se oblik krive u početku naglo menja dok kasnije dostiže

neku konstantnu vrednost. Efikasnost uklanjanja loperamida iz rastvora u prvih 60 minuta

tretmana naglo raste a nakon toga dolazi do stagnacije njegovog rasta pri čemu praktično

nema velikih promena u efikasnosti uklanjanja do kraja tretmana.Očigledno je da se sorpcija

loperamida u zavisnosti od vremena kontaktiranja odvija u dve faze. U prvoj fazi dolazi do

naglog uklanjanja supstrata, što se odvija u nekih 60 minuta tretmana i kao posledica toga

dolazi do značajnog smanjenja koncentracije loperamida u rastvoru. U drugoj fazi - od 60.

minuta pa do kraja tretmana dolazi do izrazitog usporavanja procesa i neznatnog povećanja

25

efikasnosti uklanjanja loperamida, što je posledica zasićenja sorbenta sorbatom i tada

nemamo značajne promene koncentracije loperamida u rastvoru.

4.2 Uticaj inicijalnog pH na sorpciju loperamida

pH sredine je jedan od najvažnijih parametara koji utiče na efikasnost i prirodu

sorpcionog procesa (Matheickal i sar., 1991; Matheickal i Yu, 1996). pH rastvora igra važnu

ulogu u procesu sorpcije pri čemu utiče na površinsko naelektrisanje biosorbenta, na stepen

jonizacije materijala prisutnog u rastvoru, na prirodu i aktivnost funkcionalnih grupa prisutnih

na aktivnim mestima sorbenta kao i na hemiju loperamida u rastvoru, odnosno utiče na

njegovo naelektrisanje.

Eksperimenti su rađeni pri pH vrednostima rastvora: 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 i 12,0. Rastvori

loperamida koncentracije 100,0 mg dm-3 su bili u kontaktu sa 2,0 g dm-3 biosorbenta na

temperaturi od 25,0±0,2oC. Dobijeni rezultati prikazani su na slici 4.2 kao promena

efikasnosti uklanjanja u vremenu za različite pH vrednosti.

Slika 4.2 Uticaj pH na uklanjanje loperamida iz vodenih model-rastvora pomoću LVB-Al2O3.

Inicijalna koncentracija loperamida 100,0 mg dm-3, temperatura 25,0±0,2°C, doza sorbenta

2,0 g dm-3

Na slici 4.2 možemo zapaziti da sa povećanjem pH rastvora od 2,0 do 5,0 dolazi do povećanja

efikasnosti uklanjanja loperamida (od 6,55% do 98,55%). Sa daljim povećanjem pH rastvora

do 8,0 ne dolazi do značajnih promena efikasnosti uklanjanja, a sa povećanjem pH do 12,0

dolazi do smanjenja efikasnosti uklanjanja loperamida iz rastvora,pri čemu je efikasnost

uklanjanja minimalna i iznosi 10,65%. Najveća efikasnost uklanjanja loperamida je

primećena pri neutralnim pH vrednostima rastvora ( od 5,0 do 8,0) i dostigla je 99,5 %.

26

Kao što je već napomenuto, pH vrednost rastvora je veoma značajna jer utiče na

naelektrisanje funkcionalnih grupa koje se nalaze na površini biosorbenta i na formalno

naelektrisanje molekula sorbata dovodeći do elektrostatičkog odbijanja ili privlačenja

sorbenta i sorbata.

Utvrđeno je da je pH tačke nultog naelektrisanja biosorbenta 5,85. To znači da je

naelektrisanje funkcionalnih grupa na površini sorbenta ispod ove pH vrednosti pozitivno pa

one pokazuju visok afinitet za suprotno naelektrisane jone tj. anjone, a iznad ove pH vrednosti

negativno pa shodno tome, dolazi do privlačenja pozitivno naelektrisanih jona tj. katjona.

Sa druge strane pošto je pKa loperamida 8,66, pri pH vrednostima ispod pKa, molekul

loperamida se protonuje i postaje formalno pozitivno naelektrisan a pri višim pH vrednostima

se deprotonuje i postaje formalno negativno naelektrisan. Pri pH vrednostima rastvora nižim

od pHpzc biosorbenta, naelektrisanje funkcionalnih grupa na površini sorbenta je pozitivno i

molekul loperamida ima formalno pozitivno naelektrisanje pa dolazi do elektrostatičkog

odbijanja između sorbenta i sorbata i do smanjenja efikasnosti uklanjanja loperamida. Sa

druge strane, pri nižim pH vrednostima rastvora, usled velike koncentracije H3O+ jona, dolazi

i do konkurentske reakcije za aktivna vezivna mesta sorbenta između H3O+ jona i molekula

sorbata, pa je i efikasnost uklanjanja loperamida manja. Pri pH vrednostima rastvora između

pHpzc LVB-Al2O3 biosorbenta i pKa loperamida, ukupno naelektrisanje površine biosorbenta

je negativno, dok je molekul loperamida formalno pozitivno naelektrisan pa dolazi do

elektrostatičkog privlačenja sorbenta i sorbata pa je samim tim efikasnost uklanjanja u ovom

opsegu pH vrednosti najveća. Pri pH vrednostima višim od pKa loperamida, naelektrisanje

funkcionalnih grupa na površini sorbenta je negativno i molekul loperamida ima formalno

negativno naelektrisanje pa dolazi do elektrostatičkog odbijanja između sorbenta i sorbata pri

čemu se efikasnost uklanjanja loperamida smanjuje.

27

4.3 Uticaj inicijalne koncentracije loperamida

Inicijalna koncentracija loperamida predstavlja pokretačku silu procesa prenosa mase

između vodene i čvrste faze, kao difuzionog parametra, kao i procesa hemijskog vezivanja

jona za sorpcione centre, kao kinetičkog parametra (Ahalya i sar., 2005).

Eksperimenti su rađeni sa inicijalnim koncentracijama loperamida od: 5,0; 10,0; 20,0; 40,0;

60,0; 80,0 i 100,0 na temperaturi 25,0±0,2oC pri inicijalnoj pH vrednosti rastvora 7,0 i dozi

biosorbenta 2,0 g dm-3. Dobijeni rezultati prikazani su naslici 4.3 kao promena efikasnosti

uklanjanja u vremenu za različite vrednosti inicijalne koncentracije sorbata.

Slika 4.3 Uticaj inicijalne koncentracije loperamida na efikasnost uklanjanja

loperamida iz vodenih model-rastvora primenom LVB-Al2O3. Temperatura 25,0±0,2°C, doza

sorbenta 2,0 g dm-3, nativni pH 7,0

Sa slike 4.3 možemo zapaziti da se sa povećanjem početne koncentracije loperamida,

efikasnost uklanjanja smanjuje (od 99,1% do 78,6%). Za početnu koncentraciju loperamida

5,0, 10,0 i 20,0 mg dm-3, efikasnost uklanjanja je veoma visoka 99,9, 99,8 i 99,5 %. Daljim

povećanjem inicijalne koncentracije, efikasnost uklanjanja se smanjuje i kada početna

koncentracija dostigne vrednost od 100,0 mg dm-3 efikasnost uklanjanja iznosi svega 78,6%.

Pri ispitivanju nižih inicijalnih koncentracija, odnos početnog broja molekula loperamida i

raspoloživih sorpcionih mesta je mali, pa je biosorpija nezavisna od početne koncentracije

loperamida i zato efikasnost uklanjanja ima tako veliku vrednost. Sa povećanjem početne

koncentracije dolazi do zasićenja sorbenta sorbatom, pa se broj dostupnih mesta vezivanja na

sorbentu brzo smanjuje, pri čemu dolazi do smanjene sorpcije loperamida i time efikasnosti

uklanjanja (Tural i sar., 2017; Kallel i sar., 2016).

28

4.4 Uticaj doze biosorbenta na sorpciju loperamida

Eksperimenti su rađeni sa dozama biosorbenta od: 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0 i 8,0 g dm-3 pri

inicijalnoj koncentraciji loperamida100,0 mg dm-3, inicijalnoj pH vrednosti rastvora 7,0 i

temperaturi 25,0±0,2oC. Dobijeni rezultati su prikazani na slici 4.4 kao promena efikasnosti

uklanjanja za različite vrednosti doze biosorbenta.

Slika 4.4 Uticaj doze biosorbenta na efikasnost uklanjanja loperamida iz vodenih

model-rastvora pomoću LVB-Al2O3. Inicijalna koncentracija loperamida 100,0 mg dm-3,

temperatura 25,0±0,2 °C, nativni pH 7,0

Sa slike 4.4 možemo zapaziti da se sa povećanjem doze biosorbenta, efikasnost uklanjanja

loperamida povećava (26,6% do 99,9%). Sa povećanjem doze biosorbenta od 0,5 do 2,0 g dm -3 efikasnost uklanjanja brzo raste sa 26,6% na 99,5% što se može objasniti povećanjem

aktivne površine biosorbenta i brojem dostupnih mesta vezivanja. Daljim povećanjem doze

biosorbenta do 4,0 g dm-3 ne dolazi do značajne promene efikasnosti uklanjanja, svega 99,7%,

dok se vrednost efikasnosti uklanjanja praktično ne menja za doze biosorbenta od 6,0 i 8,0 g

dm-3. Jako mala promena efikasnosti uklanjanja u opsegu doza od 2,0 do 4,0 g dm-3 se može

pripisati prisustvu viška aktivnih centara na površini biosorbenta, s obzirom na početnu

koncentraciju loperamida. Zato se vrednost od 2,0 g dm-3 smatra optimalnom dozom

biosorbenta LVB-Al2O3.

29

4.5 Uticaj ultrazvuka na sorpciju loperamida

Ultrazvuk je korišćen kao sredstvo za poboljšanje sorpcionog procesa. Ultrazvučni

talasi snažno povećavaju prenos mase između faza smanjujući debljinu graničnog sloja na

čvrstoj fazi i na taj način ubrzavaju difuziju u heterogenom sistemu sorbent-voda (Entezari i

Keshavarzi, 2001).

Eksperimenti su rađeni sa snagom ultrazvuka od 0, 25 i 50 W pri inicijalnoj koncentraciji

loperamida 100,0 mg dm-3, inicijalnoj pH vrednosti rastvora 7,0 i temperaturi 25,0±0,2oC.

Dobijeni rezultati su prikazani na slici 4.5 kao promena efikasnosti uklanjanja sa intenzitetom

ultrazvuka.

Slika 4.5 Uticaj snage ultrazvuka na efikasnost uklanjanja loperamida iz vodenih

model-rastvora pomoću LVB-Al2O3. Inicijalna koncentracija loperamida 100,0 mg dm-3, doza

sorbenta 2,0 g dm-3, temperatura 25,0±0,2 °C, nativni pH 7,0

Na osnovu rezultata sa slike 4.5 proizilazi da prisustvo ultrazvuka značajno ubrzava sorpcioni

proces. Efikasnost uklanjanja pri različitim snagama ultrazvuka od 0, 25 i 50 W nakon

uspostavljanja ravnoteže iznosi 99,5%, ali u odsustvu ultrazvuka ova efikasnost se postiže tek

posle 120 minuta tretmana. U prisutvu ultrazvuka sa snagom od 25 i 50 W ravnoteža se

postiže znatno brže, nakon 40. i 20. minuta. Što je veća snaga ultrazvuka, to je veći intenzitet

ultrazvučnog polja, što dovodi do poboljšanja mikrostrujanja, mikroturbulencije, udarnih

talasa i povećanja prenosa mase, odnosno difuzije, u sistemu i ubrzanja procesa sorpcije

loperamida (Entezari i Soltani, 2008).

30

4.6 Kinetika sorpcije loperamida

Kako bi se pronašao kinetički model koji najbolje opisuje sorpciju loperamida na biosorbentu

LVB-Al2O3, dobijeni eksperimentalni podaci su analizirani korišćenjem Lagergrenovog

kinetičkog modela pseudo-prvog reda i Hoovog kinetičkog modela pseudo-drugog reda

(Lagergren, 1989; Ho i McKay, 1998). Na slikama 4.6 i 4.7 dati su grafički prikazi slaganja

eksperimentalnih podataka sorpcije loperamida na LVB-Al2O3, sa primenjenim kinetičkim

modelima.

Slika 4.6 Kinetički model pseudo-prvog reda primenjen na sorpciju loperamida na LVB-

Al2O3

31

Slika 4.7 Kinetički model pseudo-drugog reda primenjen na sorpciju loperamida na LVB-

Al2O3

U tabeli 1 su prikazani karakteristični parametri koji su izračunati iz dobijenih funkcija

primenjenih kinetičkih modela.

Tabela 1. Parametri primenjenih kinetičkih modela za sorpciju loperamida na LVB-Al2O3 pri

različitim inicijalnim koncentracijama

c (mg dm-3) 5,00 10,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00

qe, exp (mg g-1) 2,36 4,73 9,43 18,51 27,23 34,76 39,28

Lagergrenov model pseudo-prvog reda

qe, izr. (mg g-1) 2,30 4,60 9,18 17,73 26,10 33,05 36,42

k1( g mg-1min-1) 0,180 0,145 0,203 0,089 0,050 0,037 0,034

r2 0,975 0,974 0,963 0,952 0,952 0,933 0,916

Hoov model pseudo-drugog reda

qe, izr. (mg g-1) 2,36 4,74 9,42 18,54 27,69 35,30 39,07

k2 (g mg-1 min-1) 0,332 0,254 0,386 0,143 0,078 0,059 0,053

r2 0,993 0,992 0,992 0,989 0,988 0,978 0,971

32

Kao što se vidi iz podataka prikazanih u tabeli 1, koeficijenti determinacije (r2) kinetike

pseudo-prvog reda dobijeni nelineranom analizom relativno su visoki za sve ispitane početne

koncentracije loperamida. Takođe, utvrđene vrednosti qe izračunate iz Lagergrenove

jednačine pokazale su sličnost sa eksperimentalnim vrednostima, što ukazuje da kinetika

pseudo-prvog reda može opisati sorpciju loperamida na sorbentu LVB-Al2O3. Izračunate qe

vrednosti dobijene kinetičkim modelom pseudo-drugog reda su veoma slične

eksperimentalnim vrednostima, što ukazuje da kinetika sorpcije loperamida pomoću sorbenta

LVB-Al2O3 odgovara modelu pseudo-drugog reda. Sa povećanjem početne koncentracije

loperamida od 5,0 do 100,0 mg dm-3 konstanta brzine pseudo-drugog reda k2 pala je od 0,332

do 0,053 g mg-1 min-1. Pri nižim inicijalnim koncentracijama loperamida skoro sva mesta

vezivanja bila su slobodna, što je rezultiralo visokom konstantom brzine pseudo-drugog reda,

dok je kod viših koncentracija došlo do zasićenja sorpcionih mesta i do smanjenja vrednosti

k2.Vrednost qe izračunata nelineranom regresijom povećala se gotovo linearno od 2,36 do

27,69 mg g-1 sa povećanjem početne koncentracije loperamida od 5,0 do 60,0 mg dm-3 i blago

do 39,07 mg g-1 sa daljim povećanjem početne koncentracije. Ovo takođe može biti povezano

sa zasićenjem mesta vezivanja na površini sorbenta. Dobijeni koeficijenti determinacije za

model pseudo-drugog reda (0,993-0,971) su veći od koeficijenata determinacije za model

pseudo-prvog reda (0,975-0,916) za sve testirane inicijalne koncentracije loperamida (Lee i

sar, 2016; Pal i sar., 2013).

Rezultati pokazuju da je model pseudo-drugog reda ima bolje slaganje sa eksperimentalnim

podacima od modela pseudo-prvog reda, zbog viših koeficijenata determinacije i boljeg

podudaranja eksperimentalnih i izračunatih qe vrednosti. Dobijeni rezultati ukazuju na to da

model pseudo-drugog reda može uspešno da se koristi za objašnjenje mehanizma sorpcije

loperamida pomoću sorbenta LVB-Al2O3.

33

5. Zaključak

34

U okviru ovog master rada razvijen je postupak za dobijanje novog, efikasnog i ekonomičnog

biosorbenta na bazi kore biljke Lagenaria vulgaris za uklanjanje lekova iz vode i ispitivan je

uticaj ultrazvuka na sorpcioni proces.

Na osnovu analize dobijenih rezultata izvedeni su sledeći zaključci:

❖ Veliko smanjenje koncentracije loperamida sa vremenom u toku tretmana

ukazuje na visoku efikasnost biosorbenta LVB-Al2O3.

❖ Biosorpcija loperamida se vremenski odvija u dve faze. Najveća efikasnost je u

prvih 60 minuta tretmana kada se koncentracija loperamida značajno smanjuje,

dok se kasnije proces znatno usporava.

❖ Proces sorpcije loperamida zavisi od inicijalne pH vrednosti rastvora pri čemu sa

povećanjem pH od 2,0 do 8,0 raste efikasnosti uklanjanja, dok sa daljim

povećanjem do pH 12,0 dolazi do smanjenja efikasnosti uklanjanja. Najveća

efikasnost uklanjanja loperamida je opažena pri neutralnim pH vrednostima.

❖ Povećanje inicijalne koncentracije loperamida dovodi do smanjenja efikasnosti

uklanjanja.

❖ Povećanje doze biosorbenta dovodi do povećanja efikasnosti uklanjanja, pri

čemu se vrednost od 2,0 g dm-3 može smatrati optimalnom dozom.

❖ Primena ultrazvuka doprinosi ubrzavanju sorpcionog procesa, pri čemu se sa

povećanjem snage ultrazvuka značajno intenzivira proces difuzije zbog čega

brzina sorpcije loperamida višestruko raste. Ovo je od velikog značaja za

primenu u realnim uslovima, jer je vreme jedan od najvažnijih faktora za izbor

postupka za prečišćavanje vode.

❖ Kinetički model pseudo-drugog reda pokazuje veoma dobro slaganje sa

eksperimentalnim rezultatima i može se uspešno koristiti za definisanje

mehanizma sorpcije loperamida.

Dobijeni rezultati pokazuju da se ispitivani biosorbent, dobijen modifikacijom kore biljke

Lagenaria vulgaris koja raste u našim krajevima pomoću Al2O3, može efikasno koristiti za

uklanjanje lekova iz prirodnih i otpadnih voda i da može zameniti skupe sorbente koji se

koriste u procesima prečišćavanja voda.

35

6. Literatura

36

Goodman Louis, Gilman Alfred, Brunton Laurence, Lazo John, Parker Keith, Goodman &

Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics, New York, 2006.

Svetska zdravstvena organizacija, 1994.

Zakon o lekovima i medicinskim sredstvima, 2010.

Varagić V., Milošević M., Farmakologija, Elit medica, Beograd, 2008.

Pokrajac Milena, Farmakokinetika, Beograd, 2002.

Amdur MO, Doull J, Klaassen CD, Cassarett and Doull's Toxicology: The Basic Science of

Poisons, New York, 2001.

David S. Wishart, Craig Knox, An Chi Guo, Dean Cheng, Savita Shrivastava, Dan Tzur,

Bijaya Gautam, Murtaza Hassanali, DrugBank: a knowledgebase for drugs, drug actions and

drug targets, 2008.

Patrick, Graham L., An introduction to medicinal chemistry, Oxford: Oxford University Press,

2013.

D. Veselinović, I. Gržetić, Š. Đarmati i D. Marković, Fizičko hemijski osnovi zaštite životne

sredine, knjiga I, Stanja i procesi u životnoj sredini, Fakultet za fizičku hemiju Univerziteta u

Beogradu, Beograd, 1995.

D. Minić, A. Antić-Jovanović, Fizička hemija, Fakultet za fizičku hemiju, Biološki fakultet,

Univerzitet u Beogradu, Beograd, 2005.

H. Marsh, F. Rodriguez-Reinoso, Activated Carbon, Elsevier, Oxford, 2006.

T.J. Bandosz: Activated Carbon Surfaces in Environmental Remediation, Academic Press,

London, 2006.

D.A. Marković, Š.A. Đarmati, I.A. Gržetić, D.S. Veselinović, Fizičko hemijski osnovi zaštite

životne sredine, knjiga II, Izvori zagađivanja, posledice i zaštita, Fakultet za fizičku hemiju

Univerziteta u Beogradu, Beograd, 1996.

Tomlinson A.G., Modern Zeolites: Structure and Function in Detergents and Petrochemicas,

Material science fundations, 1998, 3, 23-73.

F.A.Mumpton, Mineralogy and Geology of the Natural Zeolites, Mineralogical Society of

America Reviews in Mineralogy, Washington, 1977.

Pillai S.S., Deepa B., Abraham E., Girija N., Geetha P., Jacob L., Koshy M., Biosorption of

Cd(II) from aqueous solution using xanthated nano banana cellulose: Equilibrium and

kineticstudies, Ecotoxicology and EnvironmentalSafety, 2013, 98, 352-360.

Kuyucak, N. and Volesky.B., Biosorbents for removal and recovery of metals from industrial

solutions, Bioletters, 1988.

37

Sud D., Mahajan G., Kaur M.P., Agricultural waste material as potential adsorbent

forsequestering heavy metal ions from aqueous solutions-a review, Bioresour. Technol., 2008,

99, 6017-6027.

Annadurai G., Juang R.S., Lee D. J., Adsorption of heavy metals from water using bananaand

orange peels, Water Sci. Technol., 2003, 47, 185-190.

Bailey S.E., Olin T.J., Bricka R.M., Adrian D. D., A review of potentially low-cost sorbents

for heavy metals, Water Res., 1999, 33, 2469-2479.

Say R., DenizliA., AricaM.Y., Biosorption of cadmium (II), lead (II) nad copper (II) with the

filamentous fungus Phanerochaete chrysosporium, Bioresource Tehnology, 2001, 76, 67-70.

Hosea M., GreeneB., McRhersonR., HenzlM., AlexanderM.D., Darnall D.W., Accumulation

of elemental gold on alga Chlorella vulgaris, Inorganica Chimica Acta, 1986, 123, 161-165.

Garg U.K., Kaur M.P., Garg V.K., Sud D., Removal of hexavalent Cr from aqueos solutions

by agricultural waste biomass, Journal of Hazardous Materials, 2007, 140, 60-68.

Ahalya N., Ramachandra T.V., Kanamachi R.D., Biosorption of heavy metals, Research

Journal of Chemistry and Environment, 2003,74,71-79.

Wang X. S., Zhou Y. Z., Jiang Y., Sun C., The removal of basic dyes from aqueous solutions

using agricultural by-products, J. Hazard. Mater., 2008, 157, 374-385.

S. Lagergren, Zur Theorie der Sogenannten Adsorption Geloster Stoffe, Vetenskapsakad.

Handl.,1898, 24, 1-39.

Ho Y. S., McKay G., A Comparison of chemisorption kinetic models applied to pollutant

removal on various sorbents, Process safety and environmental protection, 1998, 76, 332-340.

Decker-Walters D.S., Wilkins-Ellert M., Chung S-M, Staub J.E., Discovery and genetic

assessment of wild bottle gourd [Lagenaria siceraria (Mol.) Standley, Cucurbitaceae] from

Zimbabwe, Econ. Bot., 2004, 58, 501-508.

Okoli B.E., Nyanayo B.L., Polynology of Telfaria L. (Cucrbitacae), Folia Geobot.

phytotax., 1988, 23, 281-286.

Matheickal J.T., Lyengar I., Venkobachar C., Sorption and desorption of Cu(II) by

Ganoderma lucidum, Water Pollut. Res. J. Canada, 1991, 26, 187-200.

Matheickal J.T., Yu Q., Biosorption of lead from aqueous solutions by marine alga Ecklonia

radiata, Water Sci. Technol., 1996, 34, 1-7.

Ahalya N., Kanamacdi R.D., Ramachandra T.V., Biosorption of chromium(VI) from aqueous

solution bz the husk of Bengal gram (Cicer arientinum), European Journal of Biotechnology,

2005, 8, 258-264.

B. Tural, E. Ertaş, B. Enez, S. A. Fincan and S. Tural, Advances in Environmental

Egineering, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2017, 5, 4795-5292.

38

F. Kallel, F. Bouaziz, F. Chaari, L. Belghith, R. Ghorbel and S. E. Chaabouni, Adsorption of

methylene blue from aqueous solutions by cellulose and nanofiber cellulose and its

electrochemical regeneration, Process Safety and Environmental Protection, 2016, 102, 30-

43.

M. Entezari and A. Keshavarzi, Phase-transfer catalysis and ultrasonic waves II:

saponification of vegetable oil, Ultrason. Sonochem., 2001, 8, 213-216.

M. H. Entezari and T. Soltani, J., Simultaneous removal of copper and lead ions from a

binary solution by sono-sorption process, 2008, 160, 88-93.

H. Lee, E. Shim, H.-S. Yun, Y.-T. Park, D. Kim, M.-K. Ji, C.-K Kim, W.-S. Shin and J.

Choi, Properties of Cu(II) molecularly imprinted membrane (Cu(II)/MIM/PVDF/), Environ.

Sci. Pollut. Res., 2016, 23, 1025-1034. Pal, A., Pan, S. i Saha, S., Synergistically improved adsorption of anionic surfactant and

crystal violet on chitosan hydrogel beads, Chem.Eng. J., 2013, 217, 426-434.