Эффективное удаление фармацевтических загрязнений из воды и сточных вод с помощью иммобилизованной лакказы на активированном угле, полученном из кожуры граната.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11933 (2023) Цитировать эту статью

998 Доступов

4 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании кожура граната (ПП) как распространенный отход переработки фруктов была использована для производства экономически эффективного, экологически чистого и высококачественного активированного угля. Полученный уголь (неископаемый активированный уголь) использовался для иммобилизации лакказы для удаления ряда новых загрязнителей, а именно диклофенака, амоксициллина, карбамазепина и ципрофлоксацина из воды и сточных вод. Нагруженный лакказой активированный уголь (LMPP) и ненагруженный (MPP) были охарактеризованы с использованием передовых методов химического анализа поверхности. Установлено, что МПП имеют пористую структуру с большой площадью поверхности и обилием кислотных функциональных групп. Иммобилизация лакказы уменьшала площадь поверхности, но добавляла активные участки деградации. Оптимальные параметры иммобилизации были определены как pH 4, 35 °C и концентрация лакказы 2,5 мг/мл, что привело к выходу иммобилизации 69,8%. Адсорбцию образующегося загрязнителя на МПП лучше всего охарактеризовать как спонтанный эндотермический процесс, который соответствует изотерме Ленгмюра и кинетике первого порядка. Используя синергетическую адсорбцию и ферментативную деградацию, целевые загрязнители (50 мг/л) были удалены за 2 часа. В обоих типах воды LMPP превосходили MPP. Это исследование показывает, что кожуру граната можно эффективно использовать в качестве носителя ферментов и адсорбента для удаления появляющихся загрязняющих веществ даже из сложной матрицы образца. Удаление загрязнений из сточных вод продолжалось пять циклов, тогда как для воды оно продолжалось до шести циклов.

Ожидается, что к 2050 году население мира превысит девять миллиардов1,2. Это приводит к увеличению спроса на питьевую воду и в то же время к увеличению производства сточных вод. Эта сохраняющаяся проблема часто сопровождается неэффективным управлением сточными водами, ухудшением состояния объектов инфраструктуры сточных вод и неадекватными схемами утилизации с ограниченными процедурами очистки или их отсутствием3. В результате этих проблем в окружающую среду ежедневно сбрасываются различные химические вещества, которые могут попасть в поверхностные воды2,3. Новые загрязняющие вещества (ЭВ) – это общий термин для обозначения различных веществ, которые за последние два десятилетия вызвали серьезную обеспокоенность. Эти загрязняющие вещества могут представлять собой синтетические соединения или вещества, которые встречаются в природе в минимальном количестве или не контролируются и могут оказывать потенциальное негативное воздействие на здоровье человека и другие организмы. Эти непокорные соединения состоят из различных химических веществ, таких как фармацевтические препараты, полициклические ароматические углеводороды, средства личной гигиены и пестициды4,5. Наиболее распространенными источниками ЭУ являются промышленные сточные воды, городские сточные воды, очистные сооружения (ОСВ), товары домашнего обихода, больницы, свалки и фармацевтические производственные предприятия6. Среди вышеупомянутых источников сточные воды очистных сооружений считаются основным источником ЕС. СОСВ не предназначены для полного удаления ЭЦ и их метаболитов, поэтому они могут попасть в водные экосистемы со сбрасываемыми сточными водами. В настоящее время не существует руководящих принципов или стандартов по утилизации и сбросу ЕС на существующих очистных сооружениях7. На практике традиционные физические и химические процессы снижения содержания органических соединений в сточных водах имеют ряд серьезных ограничений, включая недостаточную очистку, низкую эффективность, высокую стоимость, образование опасных побочных продуктов и применение в узком диапазоне концентраций8,9. Следовательно, широко признано, что существует острая необходимость в разработке более эффективных, инновационных и экологически безопасных методов очистки сточных вод. Биоремедиация или биодеградация, новая перспективная область исследований, эффективно используется для устранения ЕС из воды и сточных вод10. Методы биоразложения имеют много преимуществ по сравнению с физико-химическими методами, поскольку они более экономичны, безопасны и менее разрушительны11.