En låg kostnad, enstegsmetod för att ta bort ångestläkemedlet Diazepam från återvunnet vatten och avloppsvatten, använder titandioxid nanofibrer har utvecklats av forskare under ledning av University of Johannesburgs prof Vinod Kumar Gupta. Diazepam används över hela världen och är medlem i läkemedelsgruppen bensodiapezin.

Receptbelagda läkemedel som Diazepam tenderar att glida genom traditionella avloppsreningsverk. Dessa växter är inte utformade för att ta bort de tusentals olika läkemedel som används globalt. När droganvändningen ökar, lagliga och illegala läkemedel kommer ut i miljön genom renat avloppsvatten och avloppsvatten som släpps ut från läkemedelstillverkning.

"Befintliga processer som kan ta bort Diazepam och andra läkemedel i stor skala från avloppsvatten är dyra, tidskrävande, ineffektiv, eller alla tre. Vissa förbrukar också mycket energi i flera steg, eller använda giftiga och farliga föreningar som är ovänliga för miljön, säger prof Gupta, från institutionen för tillämpad kemi vid universitetet.

"Också, Diazepam är inte lätt att ta bort från avloppsvattnet med traditionella metoder. Det är delvis lösligt och har en liten partikelstorlek. För effektiv, riktad borttagning, avancerade hybrid nanomaterial behövs, " han säger.

Används överallt

Bensodiazepinläkemedel används över hela världen för ångestsjukdomar, som antikonvulsiva och antiepileptika, och för dödligt sjuka som en del av listan över viktiga läkemedel från Världshälsoorganisationen (WHO). WHO -listan innehåller Diazepam, marknadsfördes först som Valium, samt Midozolam och Lorazepam. Alla tre är psykoaktiva droger, som påverkar hur en person tänker och känner.

Diazepam, som kan vara beroendeframkallande, finns i över 500 varumärken globalt. Det har blivit ett mycket missbrukat receptbelagt läkemedel.

Under 2017, ett team som leds av en forskare från New York State University, tillkännagav en ny metod för att samtidigt testa för 89 lagliga neuropsykiatriska läkemedel och illegala droger i ofiltrerat avloppsvatten och sötvatten. Diazepam och flera andra bensodiapeziner ingår i listan.

Också, under 2017, en översyn av sju psykoaktiva läkemedel, och i vilken utsträckning de dyker upp i vattenmiljön, publicerades av Rio de Janeiro State University (UERJ). Granskningen analyserade forskning om Diazepam och fem andra bensodiapeziner.

Forskarna fann att förekomsten och koncentrationen av psykoaktiva droger (som Diazepam) är ungefär densamma i renat avloppsvatten och orenat avloppsvatten. De fann att länder med lägre inkomster är värre drabbade. Också, i ytvatten, psykoaktiva droger som testades för var "för det mesta inom intervallet som orsakade mätbara toxiska effekter i ekotoxicitetsanalyser."

När världen snabbt urbaniseras, stadsbefolkningen växer avsevärt på korta tidsskalor. I vissa regioner innebär detta att sötvattenresurserna blir mer begränsade. I Kapstaden, Sydafrika, invånarna fruktar den förestående dagen noll, när myndigheter kommer att behöva stänga kranarna för att det blir för lite vatten kvar i stadens dammar och reservoarer.

När en stads möjligheter till sötvatten blir mer begränsade, återanvändning av avloppsvatten, även för dryckesändamål, blir ett viktigare alternativ. Dock, för en stad i ett utvecklingsland, att ta bort läkemedel från avloppsvatten måste ske effektivt, kostnadseffektivt sätt. Det behandlade vattnet kan sedan tillföras tillbaka i små volymer till stadens vattenförsörjning, som redan görs i Orange County, Kalifornien, Singapore och Perth.

Snabbare, billigare rening av avloppsvatten

"Att implementera denna vattenrening i kommunala avloppsreningsverk bör vara relativt snabbt och enkelt, säger Prof Gupta.

Titandioxid nanofibrer tar bort Diazepam och relaterade läkemedel på ett riktat sätt under den fotokatalytiska sönderdelningsprocessen. Fibrerna kan användas som filter i kommunala eller industriella reningsverk, han säger.

"Filtret och skärmen kommer att bestå av hybrid nanomaterial som är mycket effektiva för att avlägsna skadliga farmaceutiska och andra oorganiska och organiska föroreningar från kommunalt och industriellt avloppsvatten, säger medförfattaren Dr Ali Fakhri från Institutionen för kemi vid Islamic Azad University, Teheran, Iran. "Vi använder en modifierad hydrotermisk tillverkningsmetod, vilket ger ett tätt kedjenätverk av ihåliga fibrer. Fibrerna är tvärbundna och stabila, så det är låg risk för att fibrer släpps ut i det renade avloppsvattnet."

Nanofibrerna kan användas för att ta bort industriella färgämnen och andra organiska föroreningar, också. Dock, de måste optimera några viktiga parametrar på fiberstrukturen först, han säger.

Prof Gupa säger, "Processen att tillverka fibrerna är också enkel och kostnadseffektiv. Vi planerar en pilotanläggning vid University of Johannesburg för att tillverka dessa nanofibrer. Varje aspekt av pilotanläggningen är planerad för att minimera nanofiberföroreningar till miljön.

"Senare kommer pilotanläggningen att följas av en demonstrationsanläggning för avloppsrening, att visa hur nanoteknik kan ta bort en rad farmaceutiska föroreningar effektivt, snabbt, och till låg kostnad. "