Vossia cuspidata (Roxb.) Griff의 건조 분말의 잠재적인 용도. 메틸렌 블루 염료 복원에 사용되는 뿌리줄기와 잎

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11073(2023) 이 기사 인용

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식물 정화는 폐수 처리를 위한 유망하고 비용 효율적이며 환경 친화적인 프로세스입니다. 여기서는 Vossia cuspidata (Roxb.) Griff의 건조 바이오매스입니다. 메틸렌블루(MB) 염료를 효과적으로 복원하기 위해 잎(PL)과 기생줄기(PR)를 포함한 뿌리줄기를 사용했습니다. 흥미롭게도 PR에 의한 MB의 흡착 흡수 및 제거 효율은 PL보다 높았습니다. 각각 0.1 및 0.4g/LMB에 대해 35분 및 25분에 97% 및 91%를 초과했습니다. PL과 PR 내의 MB 확산은 중요하지 않았으며 흡착 동역학은 유사 2차 동역학 모델에 의해 일관되게 승인된 것처럼 표면 MB-흡착제 상호 작용에 의해 주로 제어되었습니다. 또한 초기 MB 농도에 대한 의존도가 높아 식물 투여량에 따라 흡착이 급격히 증가했습니다. 더욱이, 흡착에 대한 흔들림 속도의 영향은 미미했지만 온도는 PL(91.9%)과 PR(93.3%)에서 각각 30°C와 40°C에서 가장 높은 효율을 기록하는 중요한 역할을 했습니다. 최고의 제거 효율성은 pH 6의 PR에서 달성되었지만 pH 8의 PL에서는 달성되었습니다. Temkin 등온선은 실험 데이터(R2 > 0.97)를 완벽하게 시뮬레이션할 수 있었습니다. 이는 식물 적용 범위에 따라 MB의 흡착열이 선형으로 감소함을 시사합니다.

2020년 유엔 세계 물 개발 보고서에 따르면, 약 40억 명의 사람들이 1년 중 최소 1개월 동안 심각한 물리적 물 부족에 시달리고 있습니다1,2. 이 숫자는 인구 증가와 함께 급속히 증가하여 2050년에는 최대 102억 명에 이를 것으로 예상됩니다3. UN 식량 농업 기구(FAO)의 또 다른 추정에 따르면 32억 명의 사람들이 농업 지역에 농업 지역에 살고 있습니다. 그 중 12억 명(세계 인구의 약 1/6)이 심각한 물 제한이 있는 농업 지역에 살고 있습니다4. 따라서 특히 하수처리장의 폐수를 정화하기 위한 다양한 계획이 제시되어야 한다. 염료에 의한 환경오염은 건강한 환경을 위해 더욱 많은 관심이 필요한 세계적인 문제입니다. 염료로 인한 오염은 모든 살아있는 유기체에 위험한 영향을 미치며 생태계에 따라 광합성과 먹이 사슬에도 영향을 미칠 수 있습니다5. 일반적으로 염료는 독성이 매우 강하고 발암성이 있으며 자연 분해가 지속됩니다6. 불행하게도 이러한 오염 물질은 여러 섬유, 화장품, 식품, 제약, 종이 및 가죽 산업 활동에서 상당한 양으로 널리 사용됩니다. 세계의 연간 염료 생산량은 70만 톤이 넘습니다. 그 중 약 2%는 제조 공장에서 폐수로 직접 배출되고, 약 10%의 염료는 염색 산업 공정 전반에 걸쳐 손실됩니다7,8,9,10. 생태계에서 이러한 염료가 배출되면 바람직하지 않은 환경 부하가 발생합니다11,12,13,14.

메틸렌 블루(MB, 메틸티오니늄 클로라이드라고도 함)는 염색 산업에서 널리 사용되는 가장 일반적인 물질 중 하나입니다. 낮은 농도에서도 이 염료가 존재하면 수생 생태계에 바람직하지 않은 착색이 발생합니다. 왕겨, 머리카락, 구아바 씨앗과 같은 일부 천연 원료를 사용한 (MB) 제거는 여러 그룹에서 연구되었습니다15,16. 그러나 이 오염물질의 관리는 여전히 증가하는 문제이며, 생태학적 가치화 문제에 호소하는 새로운 기술 개발을 필요로 합니다. 염료 함유 폐수의 탈색을 위한 최근 방법 중 특정 흡착제에 대한 흡착을 통한 제거는 상당한 환경적 관점에서 매우 유망한 것으로 나타났습니다18. 문헌에 다양한 흡착제가 있음에도 불구하고 농업 폐기물이나 식물 잔재물에서 추출한 바이오매스는 새로운 무기 중금속 및 유기 염료 오염물질을 흡착하는 데 매우 매력적인 것으로 보입니다19. 일반적으로 바이오매스는 탄소와 셀룰로오스 함량이 높고 다양한 기능성을 지닌 비용 효율적이고 환경 친화적이며 재생 가능한 바이오흡착제입니다20. 이러한 다양성은 대규모 흡착물에 높은 흡착 경향을 제공하는 다중 표면 기능 -OH, -C=O 및 -COOH 그룹의 가용성으로 인해 바이오매스에 익숙합니다. 중금속 및 염료로 인한 폐수를 정화하기 위한 생체흡착제 활성화의 역할과 그 응용이 최근 검토되었습니다2,19.