Фотокаталитическое и некаталитическое удаление антибиотиков из воды с помощью 2D MXene / 3D криогель композитов

Фотокаталитическое и некаталитическое удаление антибиотиков из воды с помощью 2D MXene / 3D криогель композитов

ИРН АР 09259907                                           

 

Актуальность

Антибиотики широко и все чаще используются в медицине и ветеринарии. Глобальное потребление антибиотиков увеличивается с каждым годом как в больницах, так и в домашних условиях, что вызывает серьезную озабоченность из-за их возможного вредного воздействия на окружающую среду и здоровье человека, включая развитие резистентности к антибиотикам. Кроме того, во время нынешней пандемии COVID-19 внимание направлено на лечение пациентов с коронавирусной инфекцией; однако важно подчеркнуть тот факт, что пандемия увеличила использование других лекарств, таких как жаропонижающие и антибиотики. Они используются для лечения миллионов людей, инфицированных COVID-19. В связи с этим большое количество пациентов одновременно принимает большое количество антибиотиков, которые выводятся либо в неизмененной активной форме, либо в форме метаболитов, которые могут далее разлагаться на многочисленные продукты трансформации на водоочистительных станциях или в окружающей среде. Хотя фармацевтические препараты строго регулируются с точки зрения эффективности и безопасности для пациентов, их присутствие в окружающей среде не регулируется и не контролируется международными соглашениями или конвенциями. Установки очистки сточных вод предназначены для удаления биоразлагаемых органических веществ и питательных веществ. В Казахстане ни сточные воды из больниц, ни общегородские сточные воды, поступающие на очистные сооружения, не контролируются на предмет наличия антибиотиков. Обычные системы очистки сточных вод не удаляют полностью стойкие органические соединения в низких концентрациях. Хотя потенциально существует множество способов удаления антибиотиков, использование этих методов удаления (коагуляция, обратный осмос и другие мембранные обработки, фотодеградация, ультрафиолетовое облучение или химическое окисление) не являются распространенным, поскольку они связаны с большим образованием отходов или высокими эксплуатационными расходами.

В данной работе предлагается разработка макропористых полимеров с трехмерной структурой, модифицированные двухмерными MXenе на основе Ti3C2 для фотокаталитического и некаталитического удаления антибиотиков из воды.

 Цель                                                                           

Проект направлен на разработку новых композитов на основе макропористых криогелей и MXene из карбида титана для эффективного удаления распространенных антибиотиков из модельных и городских сточных вод. Композиты будут спроектированы так, чтобы иметь структуру с порами от нано- до макромасштабов, с индивидуализированными функциональными группами на поверхности и с фотокаталитическими свойствами.

Ожидаемые и достигнутые результаты

В конечном результате проекта планируется получить композиционный материал на основе криогеля и MXene, полностью характеризованный современными физико-химическими методами анализа, с известной пористой структурой, механической прочностью и наличием различных функциональных групп, эффективно удаляющих выбранные антибиотики. из модельных и городских сточных вод.

Сотрудничество с зарубежными университетами позволит расширить имеющийся круг знаний в области композитных материалов и получить новые материалы. Международный обмен позволит молодым ученым расширить свой опыт и знания в области передовых методов проектирования и определения характеристик материалов.

Планируется опубликовать не менее 2 публикаций в международных научных журналах, индексируемых в квартилях Q1 / Q2 Web of Science или Scopus (процентиль более 65), поскольку члены группы имеют опыт публикаций в высокорейтинговых журналах. Планируется подать заявку в Патентное ведомство Казахстана на патентование методов синтеза композиционных материалов. Результаты работы будут сообщаться на международных и местных конференциях, в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах, что будет способствовать распространению информации среди потенциальных пользователей и научного сообщества, а информация для широкой общественности будет предоставляться через телевидение. радио и реклама в медицинских учреждениях и на предприятиях водоподготовки.

Результаты исследований и использование синтезированных композитов при очистке воды от антибиотиков имеют большое социально-экономическое и экологическое значение. Поскольку наличие антибиотиков в сточных водах и их возможное негативное влияние на здоровье мирного населения детально не изучено, удаление таких загрязнителей принципиально важно для сохранения здоровья нации. Кроме того, присутствие в сточных водах фармацевтических препаратов, таких как антибиотики, может повысить устойчивость вредных бактерий и вирусов к этим лекарствам, что также повлияет на здоровье граждан и окружающую среду. Программа создаст предпосылки для повышения конкурентоспособности экономики Республики Казахстан за счет использования собственных научных кадров, природных и материально-технических ресурсов.

  За первый год выполнения проекта были синтезированы 5 видов макропористых криогелей и 1 вид криогель/MXene композит. Полученные материалы были полностью охарактеризованы с помощью современных приборов и методик, таких как SEM / EDS, TEM / EDS; XRD, FT-IR и дзета-потенциала.

  Результаты проекта за текущий год были представлены на Международном симпозиуме «Горение и плазмохимия. Физика и химия углеродных и наноэнергетических материалов», 12-13 октября 2021 года, г. Алматы, Республика Казахстан и опубликованы в тезисе конференций «Baimenov A. Zh., Daulbayev Ch. B., Megbenu H.K. and Poulopoulos S. G. Synthesis and characterization of macroporous 2D MXene/3D cryogel composites // Conference book of XII International Symposium “Combustion and Plasmochemistry. Physics and Chemistry of Carbon and Nano energy Materials”»

 

Члены исследовательской группы

  • Альжан Байменов (Alzhan Baimenov)

Scopus Author ID: 57188971746 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57188971746

ORCID: 0000-0002-6509-2087

https://orcid.org/0000-0002-6509-2087
         Web of Science ResearcherID AAS-2052-2020

https://publons.com/dashboard/summary/

 

  • Ставрос Полополос (Stavros Poulopoulos)

Scopus Author ID: 6602744010  https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6602744010

ORCID:0000-0001-7010-855X  https://orcid.org/0000-0001-7010-855X

Web of Science ResearcherID J-7386-2019 https://publons.com/researcher/1579938/stavros-poulopoulos/

 

  • Чингис Даулбаев (Chingis Daulbayev)

Scopus Author ID: 57194082645 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57194082645

ORCID: 0000-0002-7860-7799  https://orcid.org/0000-0002-7860-7799

ResearcherID: 57194082645

https://publons.com/researcher/2273568/chingis-daulbayev/ 

 

  • Сауле Мергенбаева (Saule Mergenbayeva)

Scopus author ID: 57330944900 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57330944900

ORCID: 0000-0002-3110-5396

https://orcid.org/0000-0002-3110-5396

ResearcherID: https://publons.com/researcher/3929950/saule-mergenbayeva/

  • Гарри Кваку Мегбену (Harry Kwaku Megbenu)

Scopus author ID: 57219385387   https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57219385387

ORCID: 0000-0001-9144-5950 https://orcid.org/0000-0001-9144-5950

Web of Science ResearcherID: ABE-9556-2021

https://publons.com/researcher/ABE-9556-2021/

 

  • Алишер Кумаров

ORCID: 0000-0002-5455-3175 https://orcid.org/0000-0002-5455-3175