Bacteria inactivation using spinel cobalt ferrite catalyst

Назарій Данилюк; Іванна Лапчук; Тетяна Татарчук; Роман Куцик; Володимир Мандзюк

doi:10.15330/pcss.24.2.256-261

Автор(и)

Назарій Данилюк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Іванна Лапчук Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Тетяна Татарчук Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Роман Куцик Івано-Франківський національний медичний університет, Івано-Франківськ, Україна
Володимир Мандзюк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.2.256-261

Ключові слова:

реактор з нерухомим шаром, E.coli, кобальтовий ферит, пероксид водню, інактивація бактерій

Анотація

В роботі досліджено інактивацію бактерій E. coli з використанням пероксиду водню (H₂O₂) і гранульованого каталізатора фериту кобальту в протічному реакторі з нерухомим шаром. Каталізатор CoFe₂O₄ синтезували методом співосадження, гранулювали та відпалювали при 1150°C. Для аналізу кристалічної структури каталізатора використовували Х-променевий аналіз. Каталізатор CoFe₂O₄ продемонстрував хорошу каталітичну активність щодо інактивації бактерій у присутності H₂O₂. Збільшення концентрації пероксиду водню підвищує ефективність інактивації. Реактор демонструє інактивацію бактерій E. coli 99.94% при концентрації пероксиду водню H₂O₂ 15 мМ і початковій концентрації бактерій 6·10³ КУО/л. Знезараження води за допомогою реактора з нерухомим шаром демонструє широкі перспективи для його промислового використання.

Посилання

J. Rodríguez-Chueca, E. Barahona-García, V. Blanco-Gutiérrez, L. Isidoro-García, A.J. Dos santos-García, Magnetic CoFe2O4 ferrite for peroxymonosulfate activation for disinfection of wastewater, Chem. Eng. J., 398, 125606 (2020); https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125606.

L. Fernández, J. González-Rodríguez, M. Gamallo, Z. Vargas-Osorio, C. Vázquez-Vázquez, Y. Piñeiro, J. Rivas, G. Feijoo, M.T. Moreira, Iron oxide-mediated photo-Fenton catalysis in the inactivation of enteric bacteria present in wastewater effluents at neutral pH, Environ. Pollut., 266, (2020); https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115181.

P. V. Nidheesh, Heterogeneous Fenton catalysts for the abatement of organic pollutants from aqueous solution: A review, RSC Adv., 5, 40552 (2015); https://doi.org/10.1039/c5ra02023a.

N. Verma, S. Vaidh, G.S. Vishwakarma, A. Pandya, Antimicrobial nanomaterials for water disinfection, Nanotoxicity,) 365(2020); https://doi.org/10.1016/b978-0-12-819943-5.00018-x.

J.A.Z. and J.J.R. P Bautista, A F Mohedano, J A Casas, An overview of the application of Fenton oxidation to industrial wastewaters treatment, J. Chem. Technol. Biotechnol., 83, 1323 (2008); https://doi.org/doi:10.1002/jctb.1988.

A. Basu, M. Behera, R. Maharana, M. Kumar, N.K. Dhal, A.J. Tamhankar, A. Mishra, C. Stålsby Lundborg, S.K. Tripathy, To unsnarl the mechanism of disinfection of Escherichia coli via visible light assisted heterogeneous photo-Fenton reaction in presence of biochar supported maghemite nanoparticles, J. Environ. Chem. Eng., 9 (2021); https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104620.

N. Thomas, D.D. Dionysiou, S.C. Pillai, Heterogeneous Fenton catalysts: A review of recent advances, J. Hazard. Mater., 404, 124082 (2021); https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124082.

I. de la Obra Jiménez, S. Giannakis, D. Grandjean, F. Breider, G. Grunauer, J.L. Casas López, J.A. Sánchez Pérez, C. Pulgarin, Unfolding the action mode of light and homogeneous vs. heterogeneous photo-Fenton in bacteria disinfection and concurrent elimination of micropollutants in urban wastewater, mediated by iron oxides in Raceway Pond Reactors, Appl. Catal. B Environ., 263 (2020); https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118158.

C.S. Nóbrega, S.R. Pauleta, Reduction of hydrogen peroxide in gram-negative bacteria – bacterial peroxidases, Adv. Microb. Physiol. 74, 415 (2019); https://doi.org/10.1016/bs.ampbs.2019.02.006.

Y. Liu, Z. Guo, F. Li, Y. Xiao, Y. Zhang, T. Bu, P. Jia, T. Zhe, L. Wang, Multifunctional Magnetic Copper Ferrite Nanoparticles as Fenton-like Reaction and Near-Infrared Photothermal Agents for Synergetic Antibacterial Therapy, ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 31649 (2019); https://doi.org/10.1021/acsami.9b10096.

T. Tatarchuk, N. Danyliuk, I. Lapchuk, W. Macyk, A. Shyichuk, R. Kutsyk, V. Kotsyubynsky, V. Boichuk, Oxytetracycline removal and E . Coli inactivation by decomposition of hydrogen peroxide in a continuous fixed bed reactor using heterogeneous catalyst, J. Mol. Liq., 366, 120267 (2022); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.120267.

X. Huang, X. Hou, J. Zhao, L. Zhang, Hematite facet confined ferrous ions as high efficient Fenton catalysts to degrade organic contaminants by lowering H2O2 decomposition energetic span, Appl. Catal. B Environ, 181, 127 (2016); https://doi.org/10.1016/J.APCATB.2015.06.061.

G.D.L.P. Vargas, U. Federal, C. Erechim, A. Dom, J. Hoffmann, E. Rs, Kinetics of Escherichia coli and total coliform inactivation by oxidation with hydrogen peroxide, Quím. Nova, 36, 252 (2013); https://doi.org/10.1590/S0100-40422013000200009.

A. Wright, B. Uprety, A. Shaw, G. Shama, F. Iza, Effect of humic acid on E. coli disinfection in a microbubble-gas plasma reactor, J. Water Process Eng., 31, 100881 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.100881.

L.Y. Ozer, A. Yusuf, J.M. Uratani, B. Cabal, L.A. Díaz, R. Torrecillas, J.S. Moya, J. Rodríguez, G. Palmisano, Water microbial disinfection via supported nAg/Kaolin in a fixed-bed reactor configuration, Appl. Clay Sci., 184 (2020); https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105387.

C. Pablos, R. Van Grieken, J. Marugán, B. Moreno, Photocatalytic inactivation of bacteria in a fixed-bed reactor: Mechanistic insights by epifluorescence microscopy, Catal. Today, 161, 133 (2011); https://doi.org/10.1016/j.cattod.2010.10.051.

I. Thakur, A. Verma, B. Örmeci, Mathematical modeling of E. coli inactivation in water using Fe-TiO2 composite in a fixed bed reactor, Sep. Purif. Technol., 260 (2021); https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118242.

S. Bharti, S. Mukherji, S. Mukherji, Water disinfection using fixed bed reactors packed with silver nanoparticle immobilized glass capillary tubes, Sci. Total Environ., 689, 991 (2019); https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.482.

S. Raffellini, M. Schenk, S. Guerrero, S.M. Alzamora, Kinetics of Escherichia coli inactivation employing hydrogen peroxide at varying temperatures, pH and concentrations, Food Control., 22, 920 (2011); https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2010.11.027.

S. Mitra, P.S. Veluri, A. Chakraborthy, R.K. Petla, Electrochemical Properties of Spinel Cobalt Ferrite Nanoparticles with Sodium Alginate as Interactive Binder, ChemElectroChem., 1, 1068 (2014); https://doi.org/10.1002/celc.201400026.

S. Zhao, D. Ma, Preparation of CoFe2O4 nanocrystallites by solvothermal process and its catalytic activity on the thermal decomposition of ammonium perchlorate, J. Nanomater., 2010, (2010); https://doi.org/10.1155/2010/842816.

M.I.A. Abdel Maksoud, G.S. El-Sayyad, A.M. El-Khawaga, M. Abd Elkodous, A. Abokhadra, M.A. Elsayed, M. Gobara, L.I. Soliman, H.H. El-Bahnasawy, A.H. Ashour, Nanostructured Mg substituted Mn-Zn ferrites: A magnetic recyclable catalyst for outstanding photocatalytic and antimicrobial potentials, J. Hazard. Mater., 399, 123000 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123000.