Nový materiál pomáhá rozkládat antibiotika v odpadních vodách

Speciální fotokatalytický materiál na bázi grafitického nitridu uhlíku vyvinutý na Ostravské univerzitě a Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava dokáže účinně rozkládat antibiotika i další farmaceutické látky, které běžně používané technologie čistíren odpadních vod zpravidla nezvládnou odstranit a zbytky léčiv se tak kanalizací dostávají do vodních toků. Vyplývá to z výzkumu, na němž se podíleli odborníci z katedry analytické chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého.

Výsledky studie publikoval mezinárodní časopis iScience. Vědci budou možné využití fotokatalytického materiálu při čištění odpadních vod dál testovat.

Výzkumný tým se zaměřil na účinnost fotokatalýzy, tedy procesu, při němž speciální materiál aktivovaný světlem spouští chemické reakce rozkládající organické znečištění ve vodě. Použitý grafitický nitrid uhlíku neobsahuje kovy, je chemicky stabilní a funguje nejen pod ultrafialovým zářením, ale také při běžném viditelném světle.

„Laboratorní experimenty ukázaly, že během dvou hodin dokázal materiál odstranit více než 95 procent antibiotika ofloxacinu i léčiva diclofenac. U kofeinu dosáhla účinnost přibližně 80 procent,“ uvedl Petr Bednář z katedry analytické chemie přírodovědecké fakulty. 

Odborníci zároveň popsali mechanismy rozkladu a pomocí kapalinové chromatografie spojené s vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií identifikovali meziprodukty vznikající během probíhajících reakcí. Výsledky naznačují, že většina těchto látek představuje nižší ekologickou zátěž než původní léčiva. „Bez moderních analytických metod bychom nebyli schopni určit, zda se škodlivé látky skutečně rozkládají bezpečně a jaké chemické procesy během čištění vody probíhají. Analytická chemie proto hraje zásadní roli při vývoji nových environmentálních technologií,“ podotkl Petr Bednář.

KACH UPOL/Petr Bednář: Nový materiál pomáhá rozkládat antibiotika v odpadních vodách: Spojení kapalinové chromatografie s hmotnostní spektrometrií použité k měření rozkladných produktů antibiotik.

Původní článek

Fotokatalytická degradace a transformace farmaceutických látek pomocí exfoliovaného bezkovového g-C3N4

Petr Praus, Anna Gavlová, Jan Hrbáč, Kristina Schmidtová, Petr Bednář

Praus et al., 2025, iScience 28, 113899

https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113899

licence CC-BY 4.0

Abstrakt

Farmaceutické látky představují mikropolutanty globálního významu, které spolu s dalšími antropogenními a přírodními chemickými sloučeninami přispívají ke kontaminaci životního prostředí. Tato studie se zabývá fotokatalytickou degradací modelových farmaceutických látek – ofloxacinu, diklofenaku a kofeinu – za použití surového a tepelně exfoliovaného grafitického nitridu uhlíku (g-C3N4). Výchozí g-C3N4 byl syntetizován z dikyandiamidu při 550 °C a následně exfoliován při 500 °C po dobu 1–3 hodin v atmosféře okolního vzduchu. Byly hodnoceny strukturní, texturní a elektronické vlastnosti připravených materiálů.

Grafitický nitrid uhlíku exfoliovaný po dobu 2 hodin vykazoval nejlepší účinnost fotokatalytické degradace (>95 %) u ofloxacinu i diklofenaku a přibližně 80 % u kofeinu během 120 minut ozařování při 420 nm. Studovaná léčiva byla degradována a vznikající meziprodukty degradace byly analyzovány pomocí kapalinové chromatografie ve spojení s vysokorozlišovací tandemovou hmotnostní spektrometrií. Úspěšná identifikace hlavních degradačních produktů umožnila navrhnout transformační dráhy sledovaných farmaceutických látek.