High energy ionizing radiation induced degradation of ß-blockers in aqueous solutions

Degradation reactions of two beta-blockers, atenolol and propranolol were studied using high energy ionizing irradiation interpreting the outcome of the ongoing radical reactions on the degradation efficiency, oxidation and mineralization processes and toxicity. Under appropriate conditions both hydroxyl radical (•OH) and hydrated electron (eaq ) take part in degradation reactions. Propranolol showed higher reactivity under both oxidative end reductive conditions than atenolol. Thus it is not surprising that the oxidation and mineralization reactions take place more rapidly due to its condensed ring having higher electron density on the aromatic ring in propranolol. During removal of propranolol toxic products, hydroxylated naphthalene derivatives form. Using appropriate doses the starting molecules can be degraded and the toxic character of the end-products can be eliminated

Determination of hydroxyl radicals using coumarin and coumarin-3-carboxylic acid during gamma radiolysis and heterogeneous photocatalysis

Coumarin and 3-carboxycoumarinic acid, two fluorescent probes commonly used for HO• detection has been used during gamma radiolysis and heterogeneous photocatalysis. The O2 dependency and the radiation yield of their hydroxylated flurescent products (7-hydroxycoumarin and 7-hydroxy-3-carboxycoumarinic acid) has been investigated during gamma radiolysis. The radiation yields were found to be 1.2(±0.2) % in O2-free solutions, while it was 2.9 (±0.06) % in the presence of O2, proving the importance of peroxyl radicals in the formation of these products. The results obtained from radiolysis experiments, were employed during heterogeneous photocatalysis performed with commercial TiO2 catalyst. The effect of dissolved O2 was also investigated, as its electron scavanging role during photocatalyis is also important. The formation rate of HO• during photocatalysis was calculated from the formation rate of the fluorescent products, and were found to be 1.8×10-7 mol dm-3 s -1 , while the quantum efficiency for its formation is 0.0038

Sugárzással iniciált gyökös reakciók kinetikája = Kinetics of radiation induced radical reactions

Besugárzással keltett gyökös reakciókat tanulmányoztunk alkánokban, illetve vizes rendszerekben. Fontosabb megállapításaink, eredményeink a következők: 1. Az alkánok sugárbomlásakor keletkező gyökök eloszlása erősen eltér a statisztikus kötésszakadásnak megfelelő eloszlástól. Kiemelt gyakorisággal bomlanak a tercier, illetve kvaterner szénatomhoz kapcsolódó kötések. Cikloalkánok besugárzásakor a C-C kötésszakadások során biradikálisok keletkeznek. Jód gyökfogó jelenlétében kompetíció tapasztalható az unimolekulás stabilizáció és a bimolekulás kompetíció között. Ezen kísérletek alapján a biradikálisok élettartama néhány száz ns-ra becsülhető 2. A víz besugárzásakor keletkező reaktív köztitermékek, hidratált elektron, OH és H akrilát típusú molekulákkal reagálva alpha-karboxialkil típusú gyököket eredményeznek, ezek a gyökök indítják el a polimerizációs reakciót. A polimerizáció előrehaladtával hidrogén-atom elvonás következik be a már elkészült polimer-láncokról. Az így keltett gyökök közbeiktatásával keresztkötések jönnek létre, azaz térhálósodás indul el. Egyértelmű szerkezetfüggést mutattunk ki a H atomok és az izopropil gyökök reakcióiban. 3. A víz radiolízis köztitermékei a vízben oldott szerves anyagok elroncsolását eredményezik. Azofesték szennyezők elszíntelenítése szempontjából, hidratált elektron hatékonyabb, mint OH vagy H. A szennyező teljes elroncsolására OH alkalmasabb, mint a másik két köztitermék. | Radical reactions were investigated in alkane systems and in aqueous solutions. The results are as follows: 1. The distribution of alkyl radicals in alkane radiolysis differs from a statistical distribution: decompositions of C-C and C-H bonds attached to tertiary carbon atom have high priority. In cycloalkanes C-C bond decomposition yields biradicals. In the presence of iodine radical scavenger there is a competition between unimolecular stabilization and bimolecular radical scavenging reaction. Based on these scavenging experiments biradical lifetimes in the few hundred ns range were estimated. 2. In the reaction of the reactive intermediates formed in water radiolysis (aqueous electron, OH and H) with acrylate type olefins alpha-carboxialkyl radicals are produced, these radiacls initiate the polymerization. With the progress of polymerization OH radicals may abstract hydrogen atoms from the prepared polymer chains. In reactions of these mid-chain radicals cross-links are produced leading to polymer network. There is a definite structure effect in the rate coefficients of H atom or isopropyl radical reactions with acrylate type monomers. 3. The reactive intermediates of water radiolysis may induce the destruction of organic impurities in the solution. In decoloration of wastewaters containing azo-dyes aqueous electron and H are more effective than ?OH. In minerlization of organic impurities OH is more effective than the other intermediates

Sugárzással módosított polimer felületek készítése gyógyászati alkalmazásra = Radiation modified surfaces for biomedical applications

Olyan új polimer felületeket állítottunk elő, melyek megnövelt proteinadszorpciót és retenciót mutatnak, valamint sejttenyésztésre alkalmasak. A felületmódosítást gamma és elektron besugárzással, valamint levegő és argon plazmával való oxidációval végeztük. A felületeket pásztázó elektron- és atomerőmikroszkóppal (SEM és AFM) vizsgáltuk, az elemösszetételt XPS (röntgensugár fotoelektron slektroszkópia) segítségével határoztuk meg. Az okszidált felszínekre hőmérsékletváltozásra érzékeny polimer gél réteget ojtottunk gamma sugárzással indítva az ojtást. Ily módon olyan felszínt állítottunk elő, mely testhőmérsékleten hidrofób, így kedvez a sejttapadásnak és szaporodásnak, viszont az ojtott polimer kritikus hőmérséklete alá hűtve a polimerláncok kitágulnak, vízzel telnek,és emiatt a sejtek könnyen elválnak a felszíntől. Evel az eljárással a sejtek, a jelenleg használatos eljárással ellentétben, enzím használata nélkűl, könnyebben és várhatóan sérülésmentesen leválaszthatók. Az ojtásra használt monomer polimerizációját és térhálósítását, valamint a gél duzzadáskinetikáját is részletesen tanulmányoztuk. | Polymer surfaces were prepared for enhanced protein adsorption and retention, as well as for cell culturing. The surface modification was done by gamma and electron irradiation and radiofrequency glow discharge treatment in air and argon. The surfaces were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The elemental composition was determined by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The oxidized surfaces were used for radiation-grafting of thermoresponsive polymer/gel layer. In that way, the surface is hydrophobic at body temperature, which is suitable for cell attachment and growth. When cooled below the critical temperature of the grafted polymer, the polymer chains expand, are filled with water, and the cells can easily detach. In this way, the cells can be harvested without the use of an enzyme, therefore without much damage. The kinetics of the polymerization and crosslinking of the grafted monomer as well as the gel swelling was also investigated in detail

Effect of electron beam irradiation and the presence of antibiotics on the population ratio of resistan/sensitive bacterial cultures in model wastewater matrix with antibiotics and bacteria added prior to advanced oxidation treatment

Control strategies against the spread of antibiotic resistance should be considered in wastewater treatment plants. It is important to understand how resistant bacteria behave in the presence of trace amounts of antibiotics, in order to implement appropriate measures. In our work, we examined the population dynamics of resistant/sensitive Staphylococcus aureus co-cultures. On the one hand, we gained insight into the effect of trace amounts of antibiotics (piperacillin and erythromycin) on bacteria in different wastewater matrices, and on the other hand, we studied the applicability of electron radiation to eliminate the antibacterial effect. Based on our results, trace amounts of antibiotics act on the resistant strain. Presumably, it triggers biological processes in resistant bacteria that do not provide a competitive benefit but disadvantage over the sensitive subtype, and the trace level of the antibiotic present does not appear to affect the sensitive strains. The effect of these conditions on population dynamics is reduced with the use of accelerated electrons, presumably due to the fact that the decomposition products of the components of the effluent matrix (such as humic acid) also contribute to the chemical transformations. Furthermore, it has become apparent that the presence of trace amounts of antibiotics on the one hand initiates biochemical processes in the resistant subtype and on the other hand sensitizes bacteria to the attack of free radicals generated during electron beam treatment. It is clear that more understanding is needed on the effects of trace level of antibiotics in environmental waters on the cellular response and population behavior of resistant bacterial cultures

Nagyenergiájú sugárzással iniciált polimerizáció kinetikai együtthatóinak meghatározása = Determination of the kinetic parameters of high energy radiation initiated polymerization

1. Polimerizációkinetikai kutatások Ciklohexános monomer oldatokban meghatároztuk a lánczáródás sebességi együtthatóját, valamint megállapítottuk, hogy a polimerizáció sebessége csaknem lineárisan nő az akrilsav-észter észter csoportjának szénatom számával. Vizes monomer oldatban végzett vizsgálatokkal kimutattuk, hogy a H-atom a közel 20 megvizsgált monomer esetében a kettőskötésre addícionál, s a keletkező köztitermék alfa-karboxi-alkil típusú gyök. Meghatároztuk a H-atom addíció sebességi együtthatóit. 2. Textil színezékek nagyenergiájú sugárzásos degradációja Vizes színezékoldatokat különböző dózissal besugározva megállapítottuk, hogy a vegyület elszíntelenedése már igen kis dózisnál bekövetkezik. Ez igen fontos az ipari alkalmazás gazdaságossága szempontjából. Az impulzusradiolízis kísérletek során, megállapítottuk, hogy a H-atom, az OH gyök és a eaq- hasonló mechanizmus szerint reagál az általunk vizsgált azo-színezékkel. 3. Cellulóz sugárzásos módosítása A cellulóz I - II átalakításhoz használt NaOH koncentráció sugárzásos előkezeléssel csökkenthető, növelve a folyamat gazdaságosságát, emellett csökkentve a szennyvízterhelést. Különböző monomerekkel ojtva a cellulózt, vízfelvevő képességét sikerült módosítani. Az ojtáshoz alkalmazott sugárkezelés a cellulóz polimerizációfokát csökkentette, szakító szilárdsága azonban nem változott jelentősen és a SEM felvételek sem mutattak ki károsodást. | 1. Polymerization kinetics In cyclohexane solution of the monomers the rate coefficients of termination were determined. The polymerization rate was found to increase almost linearly with the C atom number of the ester group of the acrylic acid esters. In aqueous monomer solutions H atom intermediate of water radiolysis was found to react with the double bond of the monomers investigated forming alpha-carboxyalkyl radical. The rate coefficients of the H atom addition were determined. 2. High-energy irradiation induced degradation of textile dyes The decoloration of textile dyes was found to occur at very low doses in aqueous solution: this is both of theoretical and of practical importance. Based on pulse radiolysis experiments, H atom, OH radical and solvated electron were found to react with the dyes investigated with the same mechanism. 3. Radiation induced modification of cellulose The transformation of the crystalline structure from cellulose I to cellulose II by NaOH treatment was observed to occur at lower alkaline concentration when irradiation pretreatment was applied. Radiation initiated grafting of different monomers onto cellulose samples modified their swelling in water. The degree of polymerization decreased upon irradiation but neither the SEM pictures, nor the tensile strength measurements of the irradiated samples indicated considerable deterioration as compared to the unirradiated ones