Scientific Reports volume 13、記事番号: 2170 (2023) この記事を引用
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ナイジェリア各州の工業廃水中の汚染物質のレベルに関する知識が限られていることに加え、世界的な給水の課題により、工業廃水中の有機塩素系殺虫剤 (OCP) と重金属含有量の分析と除去に関する調査を余儀なくされました。 ナイジェリアの 5 つの州にわたる 13 の産業から廃水サンプルが収集されました。 サンプルの OCP 含有量は抽出され、クリーンアップされ、ガスクロマトグラフィー質量分析法を使用して分析されました。 結果は、流出サンプル中の OCP の平均濃度が 1.76 ng L-1 (ディエルドリン) から 0.89 ng L-1 (エンドリン) の範囲であったことを示しています。 すべての廃水サンプル中のカドミウム (Cd)、クロム (Cr)、および鉛 (Pb) が評価されました。 結果は、流出サンプル中の重金属イオンの平均濃度が 0.008 ± 0.003 mg L-1 (Cd) から 2.215 ± 0.841 mg L-1 (Pb) の範囲であることを示しています。 特定された汚染物質を除去するために、バイオマグネタイト ナノ粒子 (BioMag)、マグネタイト ナノ粒子 (MagNPs)、バイオマグネタイト -CMC ナノ複合材 (BioMag-CMC)、およびマグネタイト -CMC ナノ複合材 (MagNPs-CMC) が合成され、Braunauer-Emmett-Teller を使用して特性評価されました ( BET)、フーリエ変換赤外 (FTIR) 分光法、X 線回折 (XRD)、および高分解能透過型電子顕微鏡 (HR-TEM)。 この研究は、産業排水中の OCP および重金属イオンの除去におけるナノ粒子 (NP) およびナノ複合材料の適用に成功したことを実証しています。 産業および技術の急速な進歩により、清潔で健全な水生生態系の状態を達成するには、定期的な評価と継続的な除去が重要になっています。
食品、皮なめし工場、パーソナルケア製品、麦芽製造、繊維、農薬、醸造所、鉱業、塗料、セメント、肥料、製薬産業から水域に排出されるOCPや重金属によって引き起こされる汚染は増加しており、井戸に危険をもたらしています。人間と環境の存在1,2。 有機塩素系殺虫剤 (OCP) は、環境中で長期間その毒性を持続することが知られています3。 一方、OCP およびその代謝産物への長期曝露は、生殖器系の機能不全、神経障害、免疫系の機能不全、先天性欠損症、がんなどの壊滅的な健康への影響を引き起こすことが報告されています4,5,6。 一方で、重金属は、神経系の障害、癌、臓器損傷、そして極端な場合には死などの病気を引き起こす可能性があることが実証されています7,8。 したがって、排出前に廃水からこれらの種類の水汚染物質を除去することが不可欠です。 これを達成するために、溶媒抽出やイオン交換プロセス9、化学的沈殿10、化学的酸化または還元11、膜技術12、濾過13、電気化学的処理14、吸着15、16、17、18、泡分離19、光触媒20、21などの水処理技術が利用されてきました。汚染された水の浄化に使用されます。 前述の技術の中で、吸着は経済的で使いやすく、汚染物質の隔離に効果的です。 これらの汚染物質の除去には、モレキュラーシーブ 22、もみ殻 23、花崗岩 24、スコットランドマツ 25、シリカゲル 26、カオリナイト粘土 27、Al/SrTiO328 などの吸着剤が使用されています。
ナノマテリアル、ナノ粒子、およびナノ複合材料は、科学的および技術的取り組みの多くの分野で多様に応用されているため、科学研究の急速に成長し、急速に拡大している分野となっています。 また、環境への懸念から、金属ナノ粒子のグリーン合成または生物学的合成への関心が高まっています。このプロセスでは化学原料の使用が削減され、環境中への化学物質の廃棄や発生が減少するためです。 ナノ粒子は、三次元サイズが 100 nm 未満の構造成分を持つ天然または人工物質です 29、30、31。 ナノ粒子は、医薬品やドラッグデリバリー、環境修復、エレクトロニクス、冶金などのさまざまな分野で使用されています32,33。 いくつかの研究で、植物抽出物を用いたナノ粒子生合成の成功が報告されている 34、35、36、37。 一方、廃水処理プロセスにおけるナノメタルの応用は広範囲に評価されている 38,39,40,41,42。 ナノ複合材料は、異なる組成または構造を含む 2 つ以上の相を、ナノスケール範囲の相の少なくとも 1 つと組み合わせることによって作られる複合材料です。 ナノ複合材料は、得られる製品の巨視的特性を向上させますが、ナノ複合材料の特性は個々の成分の特性の関数です。 バイオベースのナノ複合材料は、セルロースなどの生分解性または再生可能な材料で作られています45。 ダリウム・ギネンセは、西アフリカの熱帯雨林地帯に生息する木本植物で、高さは10～20メートルにもなります。 一般的な名前は、英語ではブラック ベルベット タリマンド、イボ語ではイチェク、ヨルバ語ではアウィン、フランス語ではタマリニエ ノワールなどです。 成熟した木は灰色の樹皮、濃い緑の葉、白っぽい花を持ち、ビロードのような黒色の果実を実らせます。この果実は季節限定で西アフリカで人気があり、ビタミンの豊富な供給源です46。 セルロースは最も豊富な天然ポリマーであり、さまざまな方法を使用して多数の種類の修飾セルロースナノマテリアルが製造されています47、48、49。
MagNPs-CMC (see Table 2). Meanwhile, the isotherms profile for BioMag-CMC and MagNPs-CMC exhibited a characteristic type-IV curve with a hysteresis loop within a relative pressure (P/P0) > 0.45 and > 0.9 (see Fig. 5). This could be credited to the fact that the capillary condensation and evaporation occurred at different pressure. To exhibit a type-IV isotherm profile shows that the material (BioMag-CMC and MagNPs-CMC) under investigation sustained mesoporous characteristics with a pore diameter in the range of 2–50 nm and this is in close agreement with the values obtained from TEM measurement. On the other hand, the pore diameter of BioMag-CMC and MagNPs-CMC was assessed by making use of the Barrett–Joyner–Halenda (BJH) theory (see Table 2)./p> 0.05) but the lowest concentrations were recorded in the TUWK and CTWA. On the other hand, a total P concentration of 0.32 ± 0.07 mg L−1 was recorded for SUWK while the highest significant (P < 0.05) concentration of 27.11 ± 3.84 mg L−1 was recorded for BTWR./p> TUKW > PTWK > MUWA > FTWR > TUWK > BTWR > FCTWE > CMTWM > PCUWA > CTWA > PUWA. All samples reported in this study were higher than WHO’s RMC of 0.003 mg L−162. The high level of Cd in some of the samples was expected but estimating a high concentration of Cd in SUWK, MUWA, BTWR and PTK were not expected because these companies deal mainly with foods and drugs (see Table 5). Hence, it is imperative to identify and eliminate cadmium-leaching materials from the vicinity and processes of these industries. This hazardous metal ion commonly finds its way into the water bodies via fertilizer runoff from farmlands, waste batteries, paints, alloys, coal combustion, printing, pulp, refineries, steel smelting and electroplating industries63. Different sicknesses caused by medium and acute cadmium exposure include hypertension, renal damage, liver and kidney damage, lung inefficiency, initiation of cancer growth and calcium depletion in bones64,65. These concentrations were lower than the levels of Cd (0.065 ± 0.001 mg L−1) as reported by Bawa‑Allah66 and higher than the concentration of Cd (0.12 mg L−1) that was reported by Agoro67./p> SUWK > FCTWE > PUWA > FTWR > BTWR > PCUWA > PTK > TUWK > TUKW > PTWK > CTWA > CMTWM for the samples investigated. The highest level of Cr was recorded in sample CMTWM. Meanwhile, the concentration of Cr estimated for the 13 samples was noticed to be higher than the RMC of 0.01 mg L−1 and 0.015 mg L−1 as given by WHO and USEPA in surface water and effluent water, respectively. High exposure to Cr may lead to severe effects such as perforation of the nasal septum, asthma, bronchitis, pneumonitis, inflammation of the larynx and liver, and increased occurrence of bronchogenic carcinoma68,69. On the other hand, skin contact with chromium compounds have been associated with some skin problems, such as skin allergies, dermal necrosis, dermatitis, and dermal decay70. Hence, it is important to devise an effective means of eliminating this recalcitrant water contaminant./p> PUWA > PTK > MUWA > TUWK > PTWK > TUKW > PCUWA > FCTWE > FTWR > BTWR > CTWA > CMTWM. With the exception of SUWK, the concentrations of Pb in the samples were found to be higher than the RMC of 0.01 mg L−1 and 0.015 mg L−1 as given by WHO and USEPA in surface water and effluent water, respectively. The main route of Pb in wastewater is runoff from mining, leather tanning, metal processing and electroplating industries. Meanwhile, lead toxicity might pose a minor or major health challenge as it has been reported to cause learning and behavioural difficulty in children, malaise, loss of appetite, anaemia and organ failure71,72,73./p> Cr > Cd (see Table 5). The residual concentration of the contaminants was close to the RMC as given by WHO and USEPA after the sorbent-sorbate interaction. To further understand the effectiveness of the synthesised nanocomposites and nanoparticles, the uptake capacities of these materials were estimated and presented in Table S5 (see Supplementary information). The average uptake capacities of Biomag-CMC, Biomag, MagNPs and MagNPs-CMC, are 0.180 ± 0.015, 0.180 ± 0.016, 0.176 ± 0.016 and 0.173 ± 0.029, respectively. Hence, BioMag-CMC has demonstrated superior potential to sequester metal ions from industrial wastewater regardless of the interference from other analytes. The FTIR assessment of BioMag-CMC, BioMag, MagNPs and MagNPs-CMC revealed the presence of functional groups (–OH, –NH and C=O) that have the capacity to trap metal ions via ion exchange or electrostatic interactions./p> 68% after the fifth cycle./p>
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