カルボキシメチルトラガカントを使用した地表水からのペンコナゾール殺菌剤の除去の研究

Aug 09, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13569 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、初めてラジカル重合によって合成されたポリアクリル酸-co-アクリルアミド(AAc-co-AAm)でグラフトされたカルボキシメチルトラガカント(CMT)をベースとした高分子吸着剤を使用して、殺菌剤ペンコナゾール(PEN)またはトパーズを除去しました。 20％は地表水から。 溶液pH,吸着等温線,およびPENの吸着速度論のパラメータを合成吸着剤によって研究した。 CMT-g-poly (AAc-co-AAm) の表面形態と官能基は、XRD、SEM、および FT-IR 技術によって確認されました。 CMT-g-poly (AAc-co-AAm) への PEN の吸着は、Freundlich モデルと擬似 2 次モデルに従います。 合成されたポリマーの顕著な最大吸着容量は 196.08 mg/g であることがわかりました。 合成吸着剤は、最大 5 サイクルの PEN 除去において良好な再現性を示しました。 CMT-g-poly (AAc-co-AAm) は、農薬による地表水の汚染を除去するための、費用効果が高く、毒性のない吸着剤です。

水は人間が必要とする最も貴重かつ重要な物質であり、その使用と重要性は飲料、衛生、農業、工業用として示されています。 増え続ける人口増加、生活水準の向上、都市化の進展などは、水消費量や廃水生成量の増加を引き起こし、環境汚染を引き起こす要因となっています1。 一方、新たな汚染物質である殺虫剤は、昆虫や節足動物を殺すための殺虫剤、または雑草と戦うための除草剤として農業で使用される、最も重要かつ広く使用されている毒の一つです。 農業における新技術の使用により、より多くの作物を収穫するためにこれらの物質が使用されるようになりましたが、農薬の過剰使用により土壌汚染が引き起こされ、これらの毒素が水源に大量に流入します2。 殺菌剤は他の農業毒素に比べてあまり注目されていませんが、真菌性疾患は農作物に対する大きな脅威であると考えられています。 殺菌剤は幅広い生物に対して有毒であり、水生生物にとっても危険です。 ピレスロイド系殺虫剤や有機リン系殺虫剤などの殺菌剤は親油性です。 環境における殺菌剤の影響は、殺菌剤の影響を受ける別の種を通じて直接的または間接的に起こります3。 トリアゾール系殺菌剤は、2 つの炭素原子と 3 つの窒素原子からなる 5 員環を少なくとも 1 つ有する複素環化合物のグループであり、農作物におけるさまざまな真菌性疾患の予防および治療に広く使用されています。 これらの殺菌剤は現在、世界中で 25 の市販農薬を構成しています。 また、それらは土壌や水中での浸透性と耐久性に優れており、大量に摂取すると人間や動物の内分泌腺に関連した副作用を引き起こします4。 PEN または (R, S)-1-[2-(2, 4-ジクロロフェニル) ペンチル]-1H-1, 2, 4-トリアゾールは、うどんこ病やその他の病原性子嚢菌の防除に使用されるトリアゾール系の殺菌剤です。 、担子菌、および不完全菌。 PEN の化学構造を図 1 に示します。この殺菌剤は Topas 20% というブランド名で販売されており、欧州食品安全機関によって人間と環境にとって危険な物質として分類されているため、食品から除去する方法が模索されています。環境は非常に重要です5。 Nicoletaらによって行われた研究では、 モンモリロナイト粘土を使用して水から PEN を除去すると、モンモリロナイトによる 6.33 mg/g PEN の吸着容量が得られました6。 表面吸着法による PEN 除去の分野で行われている研究は限られているため、今回の研究ではこの方法を使用することにしました。 物理的、化学的、生物学的方法を使用することで、水源から農薬を除去できます。 膜プロセスと吸着プロセスは、分離に依存する物理的方法の 1 つです。 膜の汚れという課題は、分離における膜の性能を阻害するため、この方法での農薬除去に関する主な制限です7。 固体および多孔質基材上の表面吸着法は、低コスト、使いやすさ、副生成物の生成量の少なさ、効率向上のための他の技術との統合が容易であるため、他の水および廃水処理技術に比べて大きな利点があります8。 表面吸着プロセスの原理を図 2 に示します。汚染物質で汚染された溶液が吸着剤と接触すると、物質移動が起こります。 汚染物質に吸着された種はバルク溶液から選択的に輸送され、吸着剤の表面の結合サイトを占めます。 吸着剤と吸着質の間の相互作用の性質に基づいて、表面吸着の現象は化学的または物理的です。 物理的表面吸着は、吸着剤上の複数の層の汚染物質の吸着をもたらし、これも吸熱的で可逆的ですが、化学的表面吸着は高密度の単層吸着であり、発熱的で不可逆的なプロセスでもあり、物理的吸着よりも強力です9。 活性炭、Biochar、モンモリロナイト粘土、およびヒドロゲルは、水および廃水から農薬を除去するために使用される最も重要な吸着剤です10、11、12。 ヒドロゲルは、1 つ以上のモノマーの反応によって生成される、膨潤性、親水性、不溶性の三次元ポリマー ネットワークです。 これらの特徴により、ヒドロゲルは他のポリマーと区別されます。 ポリマーの起源に基づいて、ヒドロゲルは天然と合成の 2 つのカテゴリーに分類されます。 天然ヒドロゲルは長寿命、高い吸水能力、高いゲル強度を備えており、徐々に合成ヒドロゲルに取って代わられてきました13。 トラガカントガム (TG) は、レンゲの乾燥樹液から得られる安価な天然多糖類の 1 つで、ヒドロキシル、カルボン酸、エポキシ官能基が存在するため、さまざまな試薬との重合反応に使用できます。 このガムは毒性がなく、生体適合性があり、幅広い pH 14 で安定しています。 アクリル酸ベースのヒドロゲルは、高い膨潤性、高い吸着容量、高い吸着速度により、水および廃水処理用の高分子吸収剤の調製の分野で幅広い用途が見出されています。 これらのハイドロゲルの最も一般的な合成方法はラジカル重合法です。 架橋の程度は、これらのヒドロゲルの吸着能力における最も重要な要素の 1 つです。 これらのヒドロゲルにより、静電相互作用、疎水性相互作用、イオン交換、水素結合などのさまざまな吸着機構が提案されています 15。 また、アクリルアミドベースのヒドロゲルは最も一般的に使用されるヒドロゲルであり、物理的および化学的刺激に応答して顕著な体積変化を示します。 これらのヒドロゲルは、さまざまな汚染物質を除去するために使用されます16、17。 この研究では、初めて、ポリ（アクリル酸-コ-アクリルアミド）でグラフトされたカルボキシメチルトラガカントベースのヒドロゲルを使用して、水溶液からPENを除去し、吸着剤と汚染物質の接触時間、汚染物質の濃度、および溶液のpHのパラメーターを測定しました。評価されました。