ザクロの皮由来の活性炭に固定化されたラッカーゼを使用して、水および廃水から医薬品汚染物質を効率的に除去します。

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11933 (2023) この記事を引用

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この研究では、豊富な果物加工廃棄物であるザクロの皮（PP）を使用して、コスト効率が高く、環境に優しい、高品質の活性炭を製造しました。 生成された炭素 (化石を含まない活性炭) はラッカーゼを固定化し、水や廃水からジクロフェナク、アモキシシリン、カルバマゼピン、シプロフロキサシンなどの新たな汚染物質を除去するために使用されました。 ラッカーゼによる担持活性炭 (LMPP) と担持されていない活性炭 (MPP) は、高度な表面化学分析技術を使用して特性評価されました。 MPP は、大きな表面積と豊富な酸性官能基を備えた多孔質構造であることが判明しました。 ラッカーゼの固定化により表面積は減少しましたが、活性な分解部位が追加されました。 最適な固定化パラメーターは、pH 4、35 °C、ラッカーゼ濃度 2.5 mg/mL として決定され、固定化収率は 69.8% となりました。 MPP への新たな汚染物質の吸着は、ラングミュア等温線と一次反応速度論に従う自発的な吸熱プロセスとして最もよく特徴付けられます。 相乗的な吸着と酵素分解を利用して、対象の汚染物質 (50 mg/L) を 2 時間で除去しました。 どちらの水タイプでも、LMPP は MPP を上回りました。 この研究は、ザクロの皮を酵素担体および吸着剤として効果的に利用して、複雑なサンプルマトリックスからでも新たな汚染物質を除去できることを示しています。 廃水からの汚染物質の除去は 5 サイクル続きましたが、水の場合は最大 6 サイクル続きました。

世界人口は 2050 年までに 90 億人を超えると予想されています1,2。 これは飲料水の需要の増加につながり、同時に廃水の発生量も増加します。 この継続的な問題には、多くの場合、非効率な廃水管理、廃水インフラ施設の老朽化、処理手順が限られているかまったくない不適切な処分計画が伴います3。 これらの問題を受けて、地表水に到達する可能性のあるさまざまな化学物質が毎日環境中に排出されています2,3。 新興汚染物質 (EC) は、過去 20 年間に大きな懸念を集めてきたさまざまな物質の総称です。 これらの汚染物質は、人間の健康や他の生物に悪影響を与える可能性のある、最小限の量で、または監視されていない天然に存在する合成化合物または物質である可能性があります。 これらの難解な化合物は、医薬品、多環芳香族炭化水素、パーソナルケア製品、農薬などのさまざまな化学物質で構成されています4,5。 EC の最も一般的な発生源は、産業排水、都市下水、下水処理場 (WWTP)、家庭用品、病院、埋め立て地、および医薬品生産会社です6。 前述の発生源の中で、下水処理施設の排水が EC の主な発生源と考えられています。 下水処理場は EC とその代謝物を完全に除去するように設計されていないため、EC とその代謝物は排出された排水中に水生生態系に逃げる可能性があります。 現在、既存の下水処理施設での EC の処分と排出に関するガイドラインや基準はありません 7。 実際には、廃水から有機化合物を削減するための従来の物理的および化学的プロセスには、不十分な精製、低い効率、高コスト、有害な副生成物の生成、狭い濃度範囲への適用など、いくつかの深刻な制限があります8,9。 したがって、廃水浄化のためのより効果的で革新的で環境に優しい方法を開発する緊急の必要性があることが広く認識されています。 新しい研究分野として期待されるバイオレメディエーションまたは生分解は、水および廃水から EC を除去するために効果的に利用されています10。 生分解法は、物理化学的方法と比較して、費用対効果が高く、安全で、破壊的影響が少ないため、多くの利点があります11。