Repository of Faculty of Chemical Engineering and Technology University of Zagreb
Not a member yet
2768 research outputs found
Sort by
Analysis of the plug-flow reactor for ammonia sulphate synthesis in NPK-2 plant
No full textU ovom radu provedena je analiza rada cijevnog reaktora za proizvodnju amonijeva sulfata u postrojenju NPK-2 u Petrokemiji d.d. iz Kutine. U teorijskom dijelu rada dan je pregled vrsti, karakteristika te procesa proizvodnje gnojiva s naglaskom na amonijev sulfat. Uz to, opisano je djelovanje mineralnih gnojiva u primjeni te njihovo značenje u modernoj poljoprivredi. Poseban naglasak stavljen je na primjenu i djelovanje amonijeva sulfata. Cilj rada bilo je proučiti sintezu amonijeva sulfata i simulirati proces proizvodnje. Provedeno je simulacijsko istraživanje sinteze amonijeva sulfata pomoću procesnog simulatora CHEMCAD. U radu je razvijen model simulacije proizvodnje amonijeva sulfata za kapacitet proizvodnje od 15 t/h, te simulacija pročišćavanja otpadnih plinova pomoću skrubera.In this paper, an analysis of the operation of a tube reactor for the production of ammonium sulfate in the NPK-2 plant at Petrokemija d.d. from Kutina. The theoretical part of the paper gives an overview, characterization and processing of fertilizer production with emphasis on ammonium sulfate. In addition, the effect of mineral fertilizers in application and what is known in modern agriculture is described. Particular emphasis is placed on the example of the action of ammonium sulfate. The aim of the study was to study the synthesis of ammonium sulfate and to simulate the production process. A simulation study of ammonium sulfate synthesis using a CHEMCAD process simulator has been demonstrated. A simulation model for the production of ammonium sulfate was developed for a production capacity of 15 t/h, and a simulation of waste gas treatment using a scrubber
Preparation and characterisation of biodiesel based nanofluids
No full textCilj ovog rada je priprava i karakterizacija nanofluida sačinjenih od baznih fluida podrijetlom iz obnovljivih sirovina, odnosno biomase. U tu svrhu pripravljene su suspenzije višestjenčanih ugljikovih nanocijevi (MWCNT) u biodizelu i repičinom ulju kao baznim fluidima. Biodizel je fluid manje viskoznosti nego što je to repičino ulje, stoga je provedena usporedbena analiza svojstava pripravljenih nanofluida. Provedba eksperimenata podijeljena je u dvije faze. U prvoj fazi sintetiziran je biodizel iz repičinog ulja i izobutanola reakcijom transesterifikacije. Karakterizacija biodizela provedena je pomoću FTIR-a i 1H NMR-a. Druga faza podrazumijeva pripravu i karakterizaciju nanofluida. Nanofluidi su pripravljeni ultrazvučnom homogenizacijom različitih koncentracija MWCNT raspona 0,10 mas. % - 2,50 mas. % u repičinom ulju i biodizelu. Provedeno je ispitivanje stabilnosti, toplinske vodljivosti, reoloških svojstava i mazivosti. Dobiveni rezultati pokazuju dobru stabilnost obje vrste nanofluida pod utjecajem gravitacijske sile. Međutim, pod utjecajem centrifugalne sile, rezultati pokazuju bolju stabilnost nanofluida na osnovi repičinog ulja u odnosu na nanofluid na osnovi biodizela. Dodatak nanočestica povećava toplinsku vodljivost baznog fluida. Vrijednosti toplinske vodljivosti niže su za biodizel kao bazni fluid, nadalje, za nanofluide na osnovi biodizela zabilježen je veći porast toplinske vodljivosti u odnosu na nanofluide na bazi repičinog ulja. Eksperiment pokazuje da je repičino ulje otprilike 6,5 puta viskozniji fluid od biodizela. Dodatkom nanočestica povećava se viskoznost fluida te je primijećen veći porast viskoznosti za nanofluide na osnovi repičinog ulja uspoređujući iste koncentracije MWCNT u nanofluidu. Ispitivanjem reoloških svojstva pokazano je odstupanje od Newtonskog ponašanja dodatkom nanočestica. Veće odustupanje od Newtonskog ponašanja pokazuje fluid na osnovi repičinog ulja. Ispitivanjem mazivosti pokazano je najveće smanjenje koeficijenta trenja za nanofluid na osnovi biodizela s koncentracijom MWCNT nanočestica od 0,10 mas. %.The aim of this work is preparation and characterization of nanofluids based on base fluids originating from renewable raw materials, i.e., biomass. For this purpose, suspensions of multi wall carbon nanotubes (MWCNT) were prepared in biodiesel and rapeseed oil as base fluids. Biodiesel is fluid with lower viscosity than rapeseed oil, therefore a comparative analysis of the prepared nanofluids is conducted. The implementation of the experiment was divided into two phases. In the first phase, biodiesel was synthesized from rapeseed oil and isobutanol through a transesterification process. Characterization of biodiesel was conducted using FTIR and 1H NMR. The second phase involves the preparation and characterization of nanofluids. Nanofluids were prepared using ultrasonic homogenization of different concentrations of MWCNTs in the range 0.10 wt. % - 2.50 wt. % in rapeseed oil and biodiesel. Stability, thermal conductivity, rheological properties and lubricity were investigated. The obtained results show good stability of both types of nanofluids under the influence of gravitational force. However, under the influence of centrifugal force, the results show better stability of rapeseed oil based nanofluid compared to biodiesel based nanofluid. The addition of nanoparticles increases the thermal conductivity of the base fluid. Thermal conductivity values are lower for biodiesel as a base fluid, and also a greater increase in thermal conductivity was recorded for the biodiesel based nanofluids than the rapeseed oil based nanofluids. The experiment proves that rapeseed oil is about 6,5 times more viscous fluid than biodiesel. The addition of nanoparticles increases the viscosity of the fluid, and a greater increase in viscosity was observed for the rapeseed based nanofluid compared to the same concentrations of MWCNTs in nanofluid. By examining the rheological properties, a deviation from the Newtonian behaviour was shown by the addition of nanoparticles. A larger deviation from Newtonian behaviour is shown by the rapeseed oil based fluid. The lubricity test showed the greatest reduction in the friction coefficient for the biodiesel based nanofluid with MWCNT concentration 0.10 wt. %
Validation of the determination of antiparasitics and pesticides in activated sludge by the MAE-HPLC-DAD method
No full textU današnje vrijeme, uporaba farmaceutika je u stalnom porastu. Nakon konzumacije farmaceutici iz tijela ljudi i životinja izlaze kao smjesa metabolita i djelomično izvorne aktivne tvari te tako dospijevaju u okoliš. Naime, klasična postrojenja za obradu otpadnih voda ne uklanjaju tako male molekule iz otpadnih voda. Veliki problem su antiparazitici koji imaju vrlo široku primjenu u veterinarskoj medicini. Složene su kemijske strukture, slabo topljivi u vodi, skloni su kristalizaciji te se koncentriraju na sustavima za obradu voda i postojani su u okolišu. S druge strane pesticidi osobito herbicidi u poljoprivredi imaju sve veću primjenu i samom primjenom završavaju u okolišu osobito u obližnjim potocima i rijekama. Pesticidi su uglavnom topljivi u vodi i time lako dospijevaju i u podzemne vode. Štetan utjecaj i farmaceutika i pesticida djelomično je poznat, no utjecaj njihovih razgradnih i transformacijskih produkata koji nastaju tijekom metaboličkih procesa u organizmima ili pod utjecajem fotolize i hidrolize nije uglavnom definiran za te spojeve koji također završavaju u okolišu. Stoga je potrebno pratiti spomenute spojeve i u okolišu, i prije i nakon obrade otpadnih voda primjenom adekvatnih analitičkih metoda. Poseban slučaj je aktivni mulj koji nastaje tijekom obrade otpadnih voda. Naime, veliki broj postrojenja za obradu otpadnih voda koriste konvencionalnu biološku metodu obrade aktivnim muljem. U takvim procesima aktivni mulj postaje izlazni i potencijalno opasni produkt takve obrade kojeg treba zbrinuti. Stoga ga prije zbrinjavanja treba analizirati i utvrditi prisutnost opasnih tvari. U ovom radu pratilo se antiparazitike albendazol, mebendazol i febantel, te pesticid tiakloprid u aktivnom mulju kromatografskom metodom nakon mikrovalne ekstrakcije otapalima. U radu se provela optimizacija postupka mikrovalne ekstrakcije uzoraka te su se određivali validacijski parametri s naglaskom na selektivnost metode.In today's world, the use of pharmaceuticals is on the rise. After consumption, pharmaceuticals are excreted from the bodies of humans and animals as a mixture of metabolites and partially unchanged active substances, thus entering the environment. Traditional wastewater treatment plants do not remove such small molecules from wastewater. A significant problem arises with antiparasitic drugs widely used in veterinary medicine. They have complex chemical structures, are poorly water-soluble, prone to crystallization, and persist in the environment, accumulating in water treatment systems. On the other hand, pesticides, especially herbicides in agriculture, are increasingly used and end up in the environment, particularly in nearby streams and rivers. Pesticides are mostly water-soluble and easily find their way into groundwater. The harmful impact of both pharmaceuticals and pesticides is partially understood, but the influence of their degradation and transformation products that occur during metabolic processes in organisms or under the influence of photolysis and hydrolysis is not well-defined for these compounds, which also end up in the environment. Therefore, it is necessary to monitor these compounds in the environment, both before and after wastewater treatment, using appropriate analytical methods. A special case is the activated sludge generated during wastewater treatment. Many wastewater treatment plants employ conventional biological methods with activated sludge. In such processes, activated sludge becomes an output and potentially hazardous product that needs to be managed. Therefore, it must be analyzed for the presence of dangerous substances before disposal. This study focused on monitoring antiparasitic drugs albendazole, mebendazole, and febantel, as well as the pesticide thiacloprid in activated sludge using chromatographic methods after microwave-assisted solvent extraction. The study involved optimizing the microwave-assisted extraction procedure for samples and determining validation parameters with an emphasis on method selectivity
Enhancing commercial reverse osmosis membranes performance: Investigating the impact of molecular plugging with hexylamine
No full textReverzna osmoza (RO) jedna je od najefikasnijih tehnologija za desalinaciju i pročišćavanje vode, no suočava se s izazovima pri uklanjanju malih, neutralnih molekula poput
N-nitrozamina (NTR), koji su potencijalno kancerogeni i opasni po ljudsko zdravlje. Tradicionalne RO membrane imaju ograničenu sposobnost zadržavanja tih spojeva, što zahtijeva inovativne pristupe u njihovoj modifikaciji. Ovaj rad istražuje metodu molekularnog blokiranja uz primjenu heksilamina (HEX) i heksametildiamina (HDMA) kako bi se povećalo zadržavanje NTR-a na RO membranama. Uvođenje ovih molekularnih blokatora unutar poliamidnog sloja tanko-slojnih RO membrana ima potencijal značajno poboljšati selektivnost i efikasnost membrana prema neutralnim molekulama NTR-a, a posebno
N-nitrozodimetilamina (NDMA) koji je najmanji među njima. Primjena HEX-a i HDMA dovela je do promjena u raspodjeli veličine pora i broju učinkovitih pora, što je rezultiralo smanjenjem propusnosti membrane (od 5 do 33%), uz zadržavanje razine pogodnih za RO procese. HEX i HDMA su pokazali pozitivan učinak na zadržavanje NTR-a s membranama ACM1, ACM5 i BW30LE. Posebno se zadržavanje NDMA s ACM1 poboljšalo za 65,5% i 70,6% nakon tretmana s HEX-om i HDMA-om.Reverse osmosis (RO) is one of the most efficient technologies for desalination and water purification, but it faces challenges in removing small, neutral molecules like N-nitrosamines (NTRs), which are potentially carcinogenic and hazardous to human health. Traditional RO membranes have limited ability to retain these compounds, necessitating innovative modification approaches. This study explores molecular plugging using hexylamine (HEX) and hexamethylenediamine (HDMA) to enhance NTR retention on RO membranes. Introducing these molecular plugs within the polyamide layer of thin-film RO membranes significantly improves selectivity and efficiency towards neutral NTR molecules, particularly the smallest, N-nitrosodimethylamine (NDMA). The application of HEX and HDMA led to changes in pore size distribution and the number of effective pores, resulting in a decrease in membrane permeability (from 5 to 33%), while maintaining levels suitable for RO processes. HEX and HDMA exhibited a positive effect on NTR rejection with ACM1, ACM5, and BW30LE membranes. Specifically, NDMA retention was improved by 65.5% and 70.6% with ACM1 after treatment with HEX and HDMA, respectively
Thermal properties of composites with poly(lactic acid) matrix
No full textPoli(mliječna kiselina) (PLA), alifatski je poliester izgrađen od monomera mliječne kiseline. Zbog svojih dobrih svojstava te biokompatibilnosti pronašla je primjenu u brojnim aplikacijama, među najvažnijima u medicini. PLA podložna je brojnim mehanizmima razgradnje kao što su hidroliza, mikrobiološka, fotokemijska, toplinska i enzimska razgradnja. Ipak, najvažniji mehanizam razgradnje PLA je hidroliza koja se temelji na kidanju esterskih veza u PLA te cijepanju polimernih lanaca, ulasku vode u strukturu te zatim na razgradnji oligomera do mliječne kiseline i u konačnici do vode i ugljikovog dioksida. Cilj ovog istraživanja bio je pratiti hidrolitičku razgradnju poli(mliječne kiseline) – (tehničkog-PLA, medicinskog praha-PLA i medicinskog filamenta-PLA) koja se koristi kao polimerna matrica kompozitnih materijala. Eksperimenti su provedeni u mediju koji simulira fiziološki sastav, kako bi se oponašali uvjeti u ljudskom tijelu tijekom vremenskog razdoblja od dva, četiri, šest i osam tjedana. Istražen je utjecaj hidrolitičke razgradnje na strukturu i svojstva PLA matrice. Karakterizacija uzoraka prije i nakon razgradnje provedena je pomoću diferencijalne pretražne kalorimetrije (DSC), pretražne elektronske mikroskopije (SEM) i mjerenja promjene mase. Ova analiza omogućila je detaljan uvid u toplinska svojstva, morfološke promjene i gubitak mase PLA matrice tijekom razgradnje, pružajući važne informacije o njenoj otpornosti i potencijalnoj primjeni u medicinskim uređajima i biomedicinskim aplikacijama.Poly(lactic acid) (PLA) is an aliphatic polyester made of lactic acid monomers. Because of good properties and biocompatibility, PLA found its use in many applications, most importantly in medicine. PLA is prone to several degradation mechanisms, such as hydrolysis, microbiological, photochemical, thermal and enzymatic degradation. However, the most important PLA degradation mechanism is hydrolysis which is based on the cleavage of the ester bonds initiated by the diffusion of water in the PLA structure, then degrading from oligomers to lactic acid and ultimately to water and carbon dioxide. The aim of this research was to follow the hydrolytic degradation of poly(lactic acid) composites – based on technical-grade PLA, medical-grade PLA powder and medical-grade PLA filament. Experiments were conducted in media that simulate the physiological environment so it can imitate human body conditions during the period of two, four, six and eight weeks. The influence of hydrolytic degradation on the structure and properties of composites with PLA-matrix was investigated. Characterization of samples before and after degradation was made by Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscope (SEM), and measuring change of mass. This analysis provided a detailed view into thermal properties, morphological changes and mass loss of composites throughout degradation, giving important information about their resistance and potential use in medical instruments and biomedical applications
Assessment of weld region passivity on stainless steel accessed by the novel paste electrolyte cell
No full textNehrđajući čelici konstrukcijski su materijali koji čine okosnicu današnje tehnološke civilizacije, a među njima se kao najkorišteniji tip ističe čelik SS304, s 18 % kroma i 8 % nikla. Današnja globalna industrija počiva na ovom tipu čelika – pronalazi ga se u potkožnim iglama, izmjenjivačima topline, pa i svemirskim letjelicama. Upravo je krom legirajući element koji ovome čeliku daje svojstvo nehrđavosti jer na njegovoj površini formira homogeni, uniformni sloj Cr₂O₃ 2-3 nm debljine koji ga štiti od okolišnih napada, a praćenje i testiranje barijernih karakteristika ovog sloja neophodno je za očuvanje njegove namijenjene funkcije, poglavito u slučaju kada ga je potrebno zavarivati. U ovome je diplomskom radu niz uzoraka SS304 podvrgnut mjerenjima elektrokemijske impedancijske spektroskopije kako bi se ispitala zaštitna svojstva njihovih pasivnih filmova i utvrdile razlike među impedancijskim parametrima u slučaju kada su se mjerenja izvodila uz zonu zavara i uz rub pločice, gdje je utjecaj zavarivanja zanemariv. Uzorci su potom pasivirani dvjema pasivacijskim metodama nakon čega su snimljeni impedancijski spektri za evaluaciju uspješnosti pasivacije. Pri izvedbi mjerenja umjesto standardnog troelektrodnog sustava u tekućem elektrolitu korištena je elektrolitska pasta kao i polimerna protuelektroda s ugrađenom pseudoreferentnom elektrodom. Opisani je sustav, uz prenosivi potenciostat izrazito mobilan i daje mogućnost šire primjene izvan laboratorijskih uvjeta, jedna od kojih je praćenje stanja predmeta od nehrđajućeg čelika na terenu.Stainless steels are structural materials that form the backbone of modern technological civilization, with SS304 steel, containing 18% chromium and 8% nickel, being the most widely used type. Today’s global industry relies heavily on this steel type, which can be found in subcutaneous needles, heat exchangers, and even spacecraft. Chromium is the alloying element responsible for the stainless property of this steel, as it forms a homogeneous, uniform Cr₂O₃ layer 2–3 nm thick on its surface, protecting it from environmental attacks. Monitoring and testing the barrier characteristics of this layer is essential for maintaining its intended function, especially when welding is required. In this master's thesis, a series of SS304 samples were subjected to electrochemical impedance spectroscopy to examine the protective properties of their passive films and to identify differences in impedance parameters when measurements were performed near the weld zone versus the edge of the plate, where the influence of welding is negligible. The samples were then passivated using two passivation methods, after which impedance spectra were recorded to evaluate the effectiveness of the passivation. Instead of the standard three-electrode system in a liquid electrolyte, an electrolyte paste and a polymer counter electrode with an integrated pseudo-reference electrode were used for the measurements. The described system, combined with the portable potentiostat, is highly mobile and opens up the possibility for broader applications outside of laboratory conditions, one of which is the monitoring of the stainless steel objects in the field
Damage to metal structures caused by the diffusion of hydrogen into the metal
No full textOštećenja metalnih konstrukcija, dijelova strojeva izrađenih od metalnih legura te metala mogu uzrokovati velike probleme poput zastoja u radu, velikih materijalnih gubitaka, narušavanja zdravlja čovjeka te zagađenja okoliša. U ovom radu biti će dan odgovor kako nastaju specifična oštećenja koja su izazvana difuzijom vodika u metal. U teorijskom dijelu rada dano je obrazloženje značaja istraživanja ulaska vodika u metale, a pojašnjenja tog procesa dano je slikovnim prikazima i kemijskim jednadžbama. Osim navedenog, u radu je objašnjeno koje su posljedice djelovanja vodika na metale, koji su činioci koji utječu na tu pojavu i njezine posljedice te koja je poveznica s upotrebom vodika u budućnosti. Rad se sastoji od tri glavna dijela fokusirana na difuziju vodika u metal, vodikovu krtost metala te nastanak pukotina i pojavu pucanja. Cilj izrade ovog rada je proučiti u današnjici vrlo aktualnu temu ponašanja vodika vezano uz njegovo djelovanje na metale te razmotriti pronalaženje rješenja za uklanjanje nedostataka vezanih za ulazak vodika u metal, odnosno za oštećenje metalnih konstrukcija.Damage to metal structures, parts of machines made of metal alloys and metals in general can cause major problems such as work stoppages, large revenue losses, damage to human health and environmental pollution. In this paper, the answer will be given as to how specific type of damage occurs caused by the diffusion of hydrogen in the metal. In the theoretical part of the work, an explanation of the importance of research related to the entry of hydrogen into metals is given, and the explanation of this process is given with pictorial representations and chemical equations. In addition to the above, the paper explains the consequences of the action of hydrogen on metals, the factors that influence this phenomenon and its consequences, and what is the link with the use of hydrogen in the future. The work consists of three main parts focused on the diffusion of the hydrogen into the metal, the hydrogen embrittlement of the metal, and the formation of cracks and cracking. The aim of this work is to study the very current topic of hydrogen behavior related to its effect on metals, and to consider finding a solution to eliminate defects related to the penetration of hydrogen into metal and damage of metal structures
Electrochemical properties of zirconium electrode for hydrogen evolution reaction
No full textU radu je istraženo elektrokatalitičko ponašanje čistog cirkonija za reakciju razvijanja vodika elektrolizom vode. Pošto se na globalnoj razini želi smanjiti potrošnja fosilnih goriva i njihovo štetni utjecaj na okoliš, fokus je usmjeren na obnovljive izvore energije. Pri tomu se zeleni vodik dobiven elektrolizom vode uz obnovljivu električnu energiju ističe kao održivi i obnovljivi energent. Elektrokemijska svojstva cirkonija istražena su in-situ metodama cikličke voltametrije (CV), linearne polarizacije i elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS). Eksperimenti su izvođeni u troelektrodnom sustavu pri sobnoj temperaturi u 1 mol dm^-3 otopini NaOH, pH = 14. Dobiveni rezultati su pokazali da čisti cirkonij nije dobar katalizator za reakciju razvijanja vodika zbog vrlo stabilnog površinskog oksidnog sloja koji uzrokuje dodatni pad potencijala i povećan otpor izmjeni naboja. Međutim, cirkonij može omogućiti kreiranje djelotvornog katalizatora na osnovi slitina prijelaznih metala.In this paper, the electrocatalytic behavior of pure zirconium for the reaction of hydrogen evolution by water electrolysis was investigated. Since on a global level we want to reduce the consumption of fossil fuels and their harmful impact on the environment, the focus is on renewable energy sources. At the same time, green hydrogen obtained by electrolysis of water with renewable electricity stands out as a sustainable and renewable energy source. The electrochemical properties of zirconia were investigated by in-situ methodes cyclic voltammetry (CV), linear polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The experiments were performed in a three-electrode system at room temperature in a
1 mol dm^-3 NaOH solution of pH = 14. The obtained results showed that pure zirconium is not a good catalyst for the hydrogen evolution reaction due to a very stable surface oxide layer that causes an additional drop in potential and increased resistance to charge exchange. However, zirconium can enable the creation of an effective catalyst based on transition metal alloys
Aldolase immobilization for sustainable production of statin side-chain precursor
No full textStatini su učestalo korišteni lijekovi za sniženje kolesterola niske gustoće u krvi. Zajednička karakteristika svim statinima je (3R, 5R/S)-dihidroksiheksanoatski bočni lanac koji sadrži dva kiralna centra, čija sinteza predstavlja izazov za konvencionalne kemijske metode. Iz tog razloga, sve se više razvijaju alternativne metode sinteze korištenjem biokatalizatora, koji omogućuju dobivanje čistog stereoizomera korištenjem jeftinih akiralnih supstrata.
Glavni nedostatak ove metode je niska stabilnost enzima, te sklonost deaktivaciji pri višim koncentracijama supstrata. Iz tog razloga je u ovom doktorskom radu detaljno ispitana kovalentna imobilizacija enzima 2-deoksi-D-riboza 5-fosfat aldolaza (DERA024) na različite tipove nosioca u reakciji dvostruke aldolne adicije acetaldehida i kloroacetaldehida,
s obzirom da imobilizacija može značajno povećati stabilnost enzima uz zadržavanje njegove aktivnosti. U tu svrhu prvo je izvršena sinteza dvije vrste nosioca, mezoporozne silike (engl. mesostructured celluar foam, MCF) i magnetskih nanočestica (engl. magnetic nanoparticles, MNP), koji su idealni kandidati za ovaj tip imobilizacije s obzirom na svoju mehaničku i kemijsku čvrstoću, biokompatabilnost i inertnost. Nakon izvršene sinteze napravljena je detaljna karakterizacija oba nosioca kako bi se utvrdile karakteristike materijala koje uključuju morfologiju, veličinu čestica i promjer pora. Kako bi kovalentna imobilizacija enzima na sintetizirane nosioce bila moguća, potrebno je na nosioce vezati reaktivne skupine.
U tu svrhu ispitane su različite kombinacije i koncentracije funkcionalizacijskih
(3-aminopropiltrietoksilan (APTES), (3-metilaminopropil)trimetoksilan (APTMS) i
(3-glicidiloksipropil)trimetoksilan (GPTMS)) i aktivacijskih (glutaraldehid, benzokinon, anhidrid jantarne kiseline) agensa pri čemu je praćen njihov utjecaj na procesne pokazatelje procesa imobilizacije, a to su uspješnost imobilizacije, očuvanost aktivnosti enzima te procesna stabilnost enzima. Nakon definiranja najučinkovitije kombinacije ispitivanih agensa, ispitan je utjecaj temperature i pH na proces imobilizacije. Kotlasti reaktor je u praksi jedna od najčešće korištenih izvedbi reaktora u reakcijama aldolne adicije ovog tipa. Stoga je stabilnost MCF/MNP-imobiliziranog enzima ispitana u kotlastom reaktoru kroz više ciklusa, a dobiveni rezultati uspoređeni su s rezultatima praćenja stabilnosti slobodnog enzima.
S obzirom da je mezoporozna silika porozna te da to svojstvo može utjecati na procesne pokazatelje imobilizacije, a posljedično na karakteristike enzima i samu reakciju, dodatno je ispitan utjecaj veličine pora. Na ovaj način dobiveni su važni zaključci o utjecaju poroznosti na ovdje ispitivanu reakciju. Za izradu matematičkog modela procesa s obje vrste nosioca, provedena su kinetička mjerenja pri čemu je promatran utjecaj oba supstrata i međuprodukta na specifičnu aktivnost enzima koristeći metodu početnih brzina. Iz dobivenih podataka procijenjeni su parametri Michaelis-Menteničine kinetike primjenom nelinearne regresijske analize dostupne u programskom paketu Scientist (MicroMath). Korištenjem procijenjenih kinetičkih parametara te bilančnih jednadžbi, razvijen je matematički model procesa s oba nosioca. Dobiveni rezultati uspoređeni su s onima slobodnog enzima kako bi se dobio detaljniji uvid u promjene i ponašanje procesa s imobiliziranim enzimom. Ocjena valjanosti razvijenog matematičkog modela provedena je na nezavisnom setu eksperimentalnih podataka dobivenih provedbom procesa u kotlastom reaktoru (primjena MCF i MNP), te u kotlastom reaktoru s dotokom (primjena MNP). U zadnjem dijelu, u svrhu intenzifikacije procesa, reakcija sinteze prekursora statina provedena je u cijevnom reaktoru primjenom imobiliziranog enzima. U slučaju MCF ispitan je cijevni reaktor s nasutim slojem katalizatora, dok je kod MNP ispitan cijevni reaktor s fluidiziranim slojem katalizatora u promjenjivom magnetskom polju. Tijekom procesa praćen je utjecaj različitih protoka i vremena zadržavanja na procesne pokazatelje, konverziju, produktivnost, selektivnost i iskorištenje. Na osnovu dobivenih rezultata izvučeni su zaključci o učinkovitosti primjene oba nosioca u kontinuiranim reaktorskim sustavima. Na temelju rezultata dobivenih u ovom istraživanju, može se zaključiti da je kovalentna imobilizacija vrlo učinkovita metoda za stabilizaciju enzima DERA024 korištene u reakciji dvostruke aldolne adicije acetaldehida i kloroacetaldehida s ciljem proizvodnje prekursora statina. Osim toga, postignuta su značajna poboljšanja aktivnosti i stabilnosti enzima za oba ispitana nosioca. Ovdje razvijeni i ocjenjeni matematički modeli predstavljaju dobre temelje za daljnju optimizaciju i primjenu ovakvog tipa imobilizacije za poboljšanje procesa enzimatske sinteze prekursora statina.Statins are the most commonly used drugs for lowering low-density cholesterol levels in the blood. Common to all statins is the (3R, 5R/S)-dihydroxyhexanoate side chain, which contains two chiral centers, the synthesis od which is a challenge for conventional chemical synthesis methods. For this reason, alternative synthesis methods using biocatalysts are increasingly being developed, which enable the production of pure stereoisomers with usage of inexpensive achiral substrates. The main drawback of this method is the low stability of the enzymes and their tendency to deactivate at higher substrate concentrations. For this reason, the covalent immobilization of the enzyme 2-deoxy-D-ribose-5-phosphate aldolase (DERA024) on different types of supports in the reaction of double aldol addition of acetaldehyde and chloroacetaldehyde was investigated in detail in this thesis, with assumption that immobilization can significantly increase the stability of the enzyme while maintaining its activity. The synthesis of two types of carriers, mesoporous silica (MCF) and magnetic nanoparticles (MNP), which are ideal candidates for this type of immobilization due to their mechanical and chemical robustness, biocompatibility and inertness, was first carried out. A detailed characterization of the two carriers was performed with several methods to confirm the obtained material properties such as morphology, particle size and pore size.
In order to achieve covalent immobilization, it is necessary to bind reactive groups to the carriers that are able to form a covalent bond with the enzyme. For this purpose, different combinations and concentrations of functionalizing ((3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES), ((3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS), ((3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPTMS)) and activating (benzoquinone, glutaraldehyde, succinic anhydride) agents were tested for both carriers to determine their effects on the process indicators of immobilization, which include yield, retained activity and stability. Once the ideal combination of tested agents was found, the influence of temperature and pH on the immobilization process itself was investigated. Since a batch reactor is one of the most commonly used reactor design for reactions of this type, the stability of the MCF/MNP-immobilized enzyme in a batch reactor was tested over several cycles and compared with the stability of the free enzyme. Due to the porosity of mesoporous silica and its ability to influence the properties of the enzyme and the reaction, the effect of pore size was further investigated and relevant conclusions were drawn on the effects of porosity. To develop a mathematical model of the reaction with both types of support, kinetic measurements were performed in which the effects of the substrates and intermediates on the specific activity of the enzyme were observed using the initial rate method. From the data obtained, the parameters of Michaelis-Menten kinetics were determined using the nonlinear regression analysis available in the Scientist software package (MicroMath). Using the obtained parameters and reactor equations, a mathematical model of the process with both carriers was developed. The calculated parameters and the developed models were compared with those of the free enzyme to gain a more detailed insight into the changes caused by immobilization and potential process improvements.
The developed models were experimentally validated in a batch reactor for both carriers and in a fed-batch reactor for magnetic nanoparticles. In the last part of the research work,
the effects of different flow rates and residence times on process indicators of conversion, productivity, selectivity and yield were investigated in a continous tubular reactor. In the case of mesoporous silica, a tubular reactor with a catalyst packed bed was tested, while for magnetic nanoparticles a tubular reactor with a catalyst fluidized bed in a variable magnetic field was investigated. Based on these results, conclusions were drawn about the efficiency of using both carriers in continuous reactor systems. All results of this investigation suggest that covalent immobilization is a very effective choice for the stabilization of DERA024 enzyme in the double aldol addition reaction of acetaldehyde and chloroacetaldehyde for the production of statin precursors, and that significant improvements of enzyme activity and stability were achieved for both tested carriers. The mathematical models developed and validated here represent an important basis for the further optimization and application of this type of immobilization to improve the enzymatic synthesis process of statin precursors
Trattamenti avanzati per la rimozione di microinquinanti organici dalle acque reflue mediante aggiunta di carbone attivo in polvere nel bioreattore a membrana
No full textActivated carbon coupled to a membrane bioreactor (MBR) is a novel hybrid system able to potentially enhance the removal of organic micropollutants (OMPs) in wastewater. In a context in which wastewater treatment plants (WWTPs) effluents have been declared as the major sources of OMPs into the aquatic environment, hospital wastewater is a growing concern as a point source of these contaminants, especially of pharmaceuticals. The combination of the great adsorption capacity of the activated carbon with the biological degradation and membrane separation of the MBR results in a promising option to obtain a high-quality effluent. That being said, the numerous influencing factors and mechanisms by which OMP removal is enhanced are yet not fully understood. In addition, few research studies in full-scale hybrid MBRs have been reported in literature. In this thesis, an in-situ hybrid MBR coupled to powdered activated carbon (PAC) has been proposed to remove OMPs from wastewater and reduce the impact of the effluent on the receiving water body. The experiments were conducted in a full-scale MBR treating mainly hospital wastewater with 0.1 and 0.2 g/L of PAC added inside the biological reactor. The occurrence and removal efficiencies of a vast selection of OMPs (232 individual compounds) were reported, compared and discussed in a MBR and a hybrid MBR over a year time. Based on the results obtained, PAC addition was proved to enhance the removal of several OMPs, especially antibiotics and psychiatric drugs. The increase of the PAC concentration from 0.1 g/L to 0.2 g/L showed to further improve the quality of the effluent by reducing the total OMP loads and the environmental risk in the receiving water body. In addition to that, a systematic review and a meta-analysis were conducted about the state-of-the-art of MBRs coupled to activated carbon to treat urban and domestic wastewater. Collected data on the removal efficiencies, the effluent concentrations, the physicochemical properties of the OMPs, the system configuration and the operational conditions applied were discussed and subjected to statistical analysis. Consequently, a detailed assessment of the factors affecting the removal of the OMPs in presence of activated carbon was carried out. Finally, the adsorption of three pharmaceuticals (i.e., diclofenac, sulfamethoxazole and trimethoprim) onto PAC was studied using mathematical models applied to batch experiments at laboratory-scale. The PAC adsorption capacity, mechanisms and kinetics were investigated under controlled conditions. In particular, four water matrices of increasing complexity were used: Milli-Q water, humic acid solution, permeate and mixed liquor of an MBR. The adsorption was proved to be an overall fast kinetic process dependent on the initial concentration of the pharmaceutical and the adsorbent. A competitive effect was observed when compounds occur in a mixture, causing a decrease in the overall PAC adsorption capacity. Additionally, the composition of the water matrix proved to have a major effect on the adsorption of the selected compounds. Decreased adsorption was found in the mixed liquor for all tested pharmaceuticals, whereas the humic acids were proven to enhance the adsorption of certain compounds, namely diclofenac and sulfamethoxazole.Prisutnost organskih zagađivala antropogenog podrijetla u vodenom okolišu posljednjih desetljeća izaziva veliku zabrinutost. Iako su prisutni u niskim koncentracijama, njihov kontinuirani unos na dnevnoj bazi može uzrokovati stalne, ali nezapažene štetne učinke na okoliš i ljudski život. Budući se u vodenim ekosustavima, obično nalaze u tragovima ubrajamo ih u skupinu organskih mikrozagađivala (engl. organic micropollutants, OMP). Zbog sve veće svijesti o potencijalno štetnim učincima, u posljednjih nekoliko godina razvoj analitičkih metoda za određivanje koncentracija OMP-a doživljava veliki uspon. Tu je najveću ulogu odigrala primjena tekućinske kromatografije vezane na spektrometriju masa (LC-MS) za analizu OMP-ova u složenim uzorcima okoliša poput otpadne vode. Do sada su postrojenja za obradu otpadnih voda (engl. wastewater treatment plant, WWTP) proglašena jednim od glavnih izvora ovih zagađivala, pri čemu se u urbanim otpadnim vodama u isto vrijeme nalazi više stotina OMP-a. Trenutno ne postoji zakonska regulativa o njihovom ispuštanju u okoliš kao niti o dozvoljenim koncentracijama u vodi nakon procesa obrade. Neučinkovitost konvencionalnih sustava obrade voda za uklanjanje OMP-a kao i njihovi potencijalni štetni učinci njihovog ispuštanja u vodotokove potaknuli su razvoj naprednih i hibridnih postupaka za pročišćavanje otpadnih voda. U tom su kontekstu membranski bioreaktori (engl. membrane bioreactors, MBRs) doživjeli izniman razvoj u posljednja dva desetljeća. Kombinacija biološke obrade s membranskim procesima jamči kvalitetniji efluent u usporedbi s konvencionalnim sustavima. Međutim, MBR-ovi nisu dizajnirani za uklanjanje OMP-ova, te su potrebne nadogradnje koje kombiniraju inovativne tehnologije s MBR-ovima kako bi se postigla što veća kvaliteta otpadnih voda. Korištenje aktivnog ugljena povezanog s MBR-om novi je hibridni sustav koji može pospješiti uklanjanje zagađivala primjenom različitih mehanizama. Kombinacija procesa biološke razgradnje i sorpcije može izazvati sinergijske učinke koji pridonose uklanjanju OMP iz otpadne vode. Aktivni ugljen je porozni adsorbens s vrlo visokom specifičnom površinom koji omogućuje adsorpciju više komponenti u isto vrijeme. Njegova primjena u postupku obrade otpadnih voda ima nekoliko prednosti u usporedbi s drugim inovativnim tehnologijama (npr. ozonizacija, fotokataliza), poput poboljšanja rada reaktora i smanjenja toksičnosti efluenta. Ovaj adsorbens komercijalno je dostupan u različitim oblicima, a njegova ugradnja u MBR sustav nudi jednostavan dizajn i blage radne uvjete, koji se mogu postići primjenom nekoliko konfiguracija. Doista, ovaj adsorbens je posebno prikladan za postojeće MBR-ove koji traže nadogradnju postojeće linije za obradu otpadnih voda, budući da se može dodati unutar biološkog reaktora ili u kontaktni spremnik za obradu sekundarnog efluenta. Korisni učinci kombinacije velikog kapaciteta adsorpcije aktivnog ugljena s biološkom razgradnjom koja se odvija unutar MBR-a već su objavljeni u velikom broju znanstvenih publikacija. Unatoč tome, brojni faktori utjecaja te mehanizmi kojima dolazi do poboljšanja uklanjanja mikrozagađivala još uvijek nisu u potpunosti razjašnjeni. Razumijevanje opsega u kojem ovi čimbenici mogu utjecati od iznimne je važnosti jer se na osnovu njih mogu osmisliti posebni postupci obrade otpadnih voda kojima bi se smanjio antropogeni utjecaj na okoliš. Aktivni ugljen je karakteriziran prisutnošću velikog broja mikropora koje djeluju kao aktivna mjesta za adsorpciju OMP-a. Kapacitet ovog adsorbensa stoga ovisi o njegovim površinskim svojstvima (tj. specifičnoj površini, volumenu pora, funkcionalnim kemijskim skupinama). S druge strane, fizikalno-kemijska svojstva (npr. funkcionalne skupine, hidrofobnost, naboj, molekulska masa) širokog spektra OMP-ova koji se pojavljuju u otpadnim vodama definiraju do određenog stupnja njihovu biorazgradivost i njihov afinitet prema površini aktivnog ugljena. Nadalje, otpadnu vodu karakterizira složena matrica s visokim udjelom otopljene organske tvari (engl. dissolved organic matter, DOM) koja je prisutna u koncentraciji barem tri do šest puta većoj od koncentracije OMP-a. DOM se sastoji od frakcija različitih veličina koje na nekoliko načina stupaju u interakciju s aktivnim ugljenom i OMP-ovima. Te interakcije mogu doista poboljšati ili umanjiti uklanjanje OMP-a, ovisno o ispitivanim komponentama i uvjetima. Na primjer, dobro je poznato da prisutnost DOM-a i suspendiranih krutih tvari može ograničiti adsorpciju OMP-a blokiranjem pora aktivnog ugljena ili izravnim natjecanjem za aktivna mjesta. S druge strane, neki sastojci DOM-a, poput humusnih tvari, mogu pozitivno utjecati na adsorpciju pojedinih OMP-ova. Konačno, sama konfiguracija postrojenja za obradu otpadnih voda i radni uvjeti ovih hibridnih sustava također mogu utjecati na uklanjanje OMP-ova. Unutar biološkog spremnika aktivni ugljen se dodaje isključivo u obliku praha (engl. powdered active carbon, PAC), dok se kod upotrebe kao naknadni tretman može dodati kao PAC u kontaktni spremnik ili u obliku granula (engl. granular activated carbon, GAC) u napunjenoj koloni. U ovom scenariju, poznato je da komponente koje se oslanjaju isključivo na adsorpciju na aktivni ugljen jako ovise o stupnju zasićenja adsorbensa. Na primjer, ako se PAC doda u MBR, količina i učestalost dodavanja mogu utjecati na uklanjanje postojanih spojeva poput diklofenaka ili karbamazepina. U ovoj disertaciji istraženo je dodavanje PAC-a MBR-u za uklanjanje OMP-ova iz otpadne vode. U tu svrhu prvo se pristupilo sustavnom pregledu literature najsuvremenijih hibridnih MBR-ova vezanih s aktivnim ugljenom za uklanjanje OMP-a iz gradskih i komunalnih otpadnih voda. Cilj tog pregleda bio je dobiti uvid u učinkovitost uklanjanja OMP-ova različitih fizikalno-kemijskih svojstava. Učinkovitost uklanjanja OMP te njihove koncentracije u efluentu nakon obrade prikazane su i diskutirane u skladu s primijenjenim aktivnim ugljenom (tj. PAC ili GAC), konfiguracijom postrojenja za obradu otpadnih voda i primijenjenim radnim uvjetima. Podaci o uklanjanju prikupljeni su i analizirani prema količini i vremenu kontakta za PAC odnosno GAC. Rezultati prikupljenih studija pokazali su da prisutnost aktivnog ugljena poboljšava uklanjanje većine ispitivanih OMP-ova pogodujući njihovoj sorpciji na površinu adsorbensa čime se naknadno poboljšava njihova biorazgradnja. Na temelju saznanja dobivenih pregledom literature, provedena je i naknadna detaljna analiza čimbenika koji utječu na uklanjanje OMP-a u prisutnosti aktivnog ugljena. U slučaju dodavanja PAC u biološki reaktor, glavni identificirani parametri utjecaja bili su mjesto doziranja, vrijeme zadržavanja mulja, hidrauličko vrijeme zadržavanja i sadržaj otopljene organske tvari. U slučaju GAC-a, glavni parametar koji utječe na transport OMP-a iz tekuće faze na površinu adsorbensa je brzine filtracije, EBCT. DOM se pokazao jakim konkurentom za adsorpcijska mjesta na površini aktivnog ugljena, ali bez obzira na to može pospješiti transformaciju aktivnog ugljena u biološki aktivni ugljen čime se pospješuju svi procesi razgradnje. Dodatno, analizirano je i potencijalno poboljšanje rada MBR-a s obzirom na konvencionalne parametre (organska tvar, dušikovi i fosforni spojevi) kao i smanjenje onečišćenja membrane. Rezultati su pokazali da prisutnost aktivnog ugljena unutar reaktora neznatno povećava uklanjanje konvencionalnih zagađivala iz otpadne vode, kao i da povećava čvrstoću pahuljica mulja i poboljšava njegove karakteristike taloženja, čime se smanjuje onečišćenje membrane. Budući da su hibridni sustavi karakterizirani promicanjem različitih mehanizama uklanjanja tijekom pročišćavanja otpadnih voda, poseban fokus stavljen je na dinamičku interakciju između adsorbensa, organske tvari i OMPova u hibridnim MBR-ovima. Osobito su detaljno obrađeni sorpcijski procesi, odnosno adsorpcija, te biološka razgradnja ovisno o uvjetima u kojima se aktivni ugljen uključuje u postupke obrade otpadnih voda. Završetak pregleda naglasio je složenost fenomena uključenih u uklanjanje OMP-ova u hibridnim MBR-ovima. Budući da interakcija nekoliko čimbenika istovremeno dopušta donošenje jednostavnih zaključaka, potreban je rigorozniji pristup. Iz tog razloga pristupilo se drugoj fazi istraživanja koja je uključivala statističku analizu. U tu svrhu prikupljeni podaci o fizikalnokemijskim karakteristikama OMP-a, učinkovitosti uklanjanja i radnim uvjetima hibridnih MBR-ova povezanih s PAC-om dodanim unutar reaktora podvrgnuti su meta-analizi kako bi se rasvijetlili parametri koji najviše utječu na uklanjanje OMP-a. Radni parametri poput doziranja PAC-a, vrijeme zadržavanja PAC-a i vrijeme zadržavanja mulja te fizikalno-kemijska svojstva OMP-a (koeficijent razdijeljenja oktanol-voda (Dow), naboj i molekulska masa) izabrani su kao neovisne varijable. Primijenjene su statističke analize temeljene na istraživačkim metodama, poput klaster analize, analize glavnih komponenti, kao i regresijske analize, s ciljem uspoređivanja učinkovitosti uklanjanja dobivenih iz znanstvene literature. Pokazalo se da u prikupljenom skupu podataka nisu pronađene značajne korelacije između radnih uvjeta i učinkovitosti uklanjanja. Varijacija definiranih radnih uvjeta nije implicirala bolju učinkovitost uklanjanja OMP-ova različitih fizikalno-kemijskih svojstava. Međutim, promišljeno upravljanje radnim uvjetima može značajno poboljšati uklanjanje određenih zagađivala. Naprotiv, čini se da određene fizikalnokemijske karakteristike komponenata najviše utječu na ponašanje OMP-ova. Konkretno, pokazano je da je naboj značajno povezan s učinkovitošću uklanjanja, vjerojatno zbog elektrostatskih interakcija između pozitivno nabijenih tvari i negativno nabijenih PAC i DOM sadržanih u otpadnoj vodi. S druge strane, pokazano je da je logDow isključivo povezan s uklanjanjem anionskih i neutralnih spojeva, što sugerira da u nedostatku povoljnih elektrostatskih interakcija, hidrofobnost određuje stupanj afiniteta prema PAC-u. Nakon pregleda znanstvene literature i statističke analize, pristupilo se ostvarivanju glavnog cilja disertacije. Budući da su uređaji za obradu otpadnih voda proglašeni glavnim izvorima OMP-ova u okolišu, bolničke otpadne vode izazivaju povećanu zabrinutost kao točkasti izvor ulaska OMP-ova posebice farmaceutika u otpadne vode. U ovoj disertaciji predloženo je napredno pročišćavanje otpadnih voda na licu mjesta kako bi se smanjio utjecaj bolničkih objekata na ispuštanje OMP-a u vodena tijela. Uklanjanje OMP-ova različitih fizikalno-kemijskih svojstava proučavano je u velikom MBR-u koji je uglavnom tretirao bolničku otpadnu vodu (75% ukupnog dotoka) zajedno s PAC-om dodanim unutar biološkog spremnika. Na temelju pregleda literature i statističke analize odlučeno je da se u bioreaktor dodaje PAC i to u dvije različite koncentracije 0.1 g/L i 0.2 g/L. Istraživanja vezana uz dodavanje PACa provedena su unutar godine dana pri čemu su redovito uzimani uzorci na četiri mjesta uzorkovanja (bolnička otpadna voda, mješavina gradskih i bolničkih otpadnih voda na ulazu u postrojenje-UPOV, MBR permeat i konačni efluent nakon izlaska iz UV reaktora). Svi prikupljeni uzorci su analizirani UHPLC-QTOF-MS metodom izravnog ubrizgavanja pri čemu su određene koncentracije 232 poznata OMP-a iz otpadnih voda. Osim toga „non-target“ analizom na istom instrumentu identificirano je još 83 OMP-a. Na osnovu dobivenih rezultata provedena je i procjena rizika za okoliš kako bi se utvrdio utjecaj konačnog efluenta UPOV-a na prijemne vode. Naposljetku, provedeno je opsežno praćenje MBR-a i MBR-a vezanog s PAC-om kako bi se dobio potpuni uvid u primijenjene postupke. Rezultati predstavljeni u disertaciji pokazuju da se dodavanjem PAC-a poboljšava uklanjanje nekih ispitivanih mikrozagađivala, posebice antibiotika (učinkovitost uklanjanja se povećala između 33 i 89%) i psihijatrijskih lijekova (između 12 i 67%). Suprotno tome, određeni spojevi (npr. jopromid, atenolol) i skupine farmaceutika (analgetici/protuupalni lijekovi) nisu pokazali nikakvo značajno poboljšanje u uklanjanju uslijed dodatka PAC-a, budući da je visoka učinkovitost uklanjanja već postignuta MBR sustavom. Povećanje koncentracije PAC-a u bioreaktoru s 0.1 g/L na 0.2 g/L dodatno je poboljšalo kvalitetu efluenta smanjujući njegovo ukupno opterećenje mikrozagađivalima ispuštenim u prihvatno vodno tijelo, čime se smanjuje rizik za okoliš. Ovo je posebno važno s obzirom na to da su neke od analiziranih tvari bile vrlo postojane (npr. diklofenak, ciprofloksacin, karbamazepin) i/ili su potencijalno mogle uzrokovati razvoj otpornosti bakterija prema antibioticima. Osim toga, dodavanje PAC-a je generalno unaprijedilo MBR-obradu s obzirom na neka konvencionalna zagađivala (npr. ukupni dušik). Naposljetku, u disertaciji je proučavan procesa adsorpcije kroz primjenu matematičkih modela na šaržne eksperimente provedene u laboratoriju. Proučavana je adsorpcija tri farmaceutika, diklofenaka, sulfametoksazola i trimetoprima, u različitim vodenim matricama i koncentracijama dodanog PAC-a. U dosadašnjim istraživanjima primjena adsorpcijskih modela bila je od velike važnosti za razumijevanje adsorpcijskih mehanizama poroznih adsorbensa. Međutim, samo je nekoliko studija istraživalo adsorpcijski kapacitet, mehanizme i kinetiku PAC-a pod okolnostima koje oponašaju fenomene koji se odvijaju u uređajima za pročišćavanje otpadnih voda. Na ovaj način, ispitan je utjecaj fizikalno-kemijskih svojstva i koncentracije farmaceutika, koncentracije PAC-a i vodene matrice u kontroliranim uvjetima koji omogućuju preciznu kvantifikaciju učinka navedenih čimbenika utjecaja u ukupnom procesu adsorpcije. Konkretno, inovativni pristup ove studije bila je uporaba vodenih matrica sve veće složenosti za usporedbu procesa adsorpcije. Korištene vodene matrice bile su MilliQ voda, otopina huminskih kiselina, MBR permeat i miješana tekućina iz uređaja za pročišćavanje otpadnih voda korištenog u ranijim istraživanjima. Dobiveni rezultati pokazuju da je adsorpcija farmaceutika uvelike ovisila o fizikalno-kemijskim svojstvima ispitivanih komponenti. Naboj ispitivanih komponenti u ispitivanih uvjetima, praćen hidrofobnošću, odredio je brzinu i opseg adsorpcije u svim testiranim vodenim matricama. Trimetoprim, koji se pri ispitivanim uvjetima nalazio u kationskom obliku, dokazano ima najveći afinitet uklanjanja i adsorpcije prema PAC. Pri istim ispitivanim uvjetima, diklofenak i sulfametoksazol su se nalazili u anionskom obliku, tako da je za njih presudnu ulogu u stupnju uklanjanja, odredila njihova hidrofobnost. Sulfametoksazol je tako pokazao najmanji afinitet za sorpciju na PAC u svim testiranim vodenim matricama. Osim toga, adsorpcija se pokazala ovisnom o početnoj koncentraciji ispitivanog farmaceutika i PAC-a. Najveći kapaciteti adsorpcije PAC-a uočeni su pri najnižoj koncentraciji PAC-a (0.1 g/L), kao i pri najnižoj ispitivanoj koncentraciji farmaceutika (5 mg/L). S druge strane, dokazano je da je adsorpcija sveukupno brz kinetički proces kojim upravlja broj dostupnih mjesta za adsorpciju (kinetika pseudo-drugog reda, R^2 > 0.98 ). Zapravo, 50% maksimalne učinkovitosti uklanjanja postignuto je unutar prvih 10 minuta za ispitivane farmaceutike u većini eksperimentalnih uvjeta. Kada su se ispitivani farmaceutici nalazili zajedno u smjesi, njihove brzine kinetike nisu se značajno razlikovale (p 0.94). Tim je pokazano da mehanizmi adsorpcije ovise ne samo o ispitivanoj komponenti već i o vodenoj matrici. Tome u prilog ide i činjenica da je adsorpcija u prisutnosti huminskih kiselina najbolje opisana Langmuirovom izotermom za sve ispitivane farmaceutike što pokazuje da je prisutnost huminskih kiselina korisna za adsorpciju određenih komponenti, poput diklofenaka i sulfametoksazola (R^2 > 0.98).La presenza di contaminanti organici di origine antropica nell'ambiente acquatico è motivo di preoccupazione negli ultimi decenni. Sebbene i loro carichi siano bassi, il rilascio continuo può promuovere effetti negativi continui ma inosservati sull'ambiente e sulla vita umana. Negli ecosistemi acquatici, si trovano comunemente a livello di tracce e sono quindi indicati come microinquinanti organici (OMP). A causa della crescente consapevolezza degli effetti potenzialmente dannosi, le metodologie analitiche per la determinazione delle concentrazioni di OMPs hanno registrato un maggiore sviluppo. L'applicazione della cromatografia liquida-spettrometria di massa (LC-MS) per l'analisi degli OMP in campioni ambientali complessi come le acque reflue ha consentito di tracciare queste sostanze nel ciclo dell'acqua. Gli impianti di trattamento delle acque reflue (wastewater treatment plants, WWTP) sono una delle principali fonti di OMP, dove decine a centinaia ne sono trovati contemporaneamente nelle acque reflue urbane. Attualmente nessuna normativa vigente ne disciplina la loro rimozione o la loro concentrazione nell'effluente finale. L'inefficacia dei sistemi di trattamento convenzionali per rimuovere gli OMP e ridurre i potenziali effetti dannosi derivati dal loro rilascio hanno favorito lo sviluppo di trattamenti avanzati e ibridi. In questo contesto, i reattori biologici a membrana (membrane bioreactors, MBRs) hanno conosciuto uno straordinario sviluppo negli ultimi due decenni. La combinazione del trattamento biologico con la separazione a membrana garantisce un effluente di migliore qualità rispetto ai sistemi convenzionali. Tuttavia, gli MBR non sono stati progettati per la rimozione degli OMP perciò sono necessari upgrading con tecnologie innovative per ottenere una maggiore qualità degli effluenti. L'utilizzo di carbone attivo accoppiato ad un MBR è un nuovo sistema ibrido in grado di