카르복시메틸 트라가칸스를 이용한 지표수 내 펜코나졸 살균제 제거 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13569(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 최초로 라디칼 중합으로 합성된 폴리아크릴산-코-아크릴아미드(AAc-co-AAm)가 접목된 카르복시메틸 트라가칸스(CMT) 기반의 고분자 흡착제를 사용하여 살균제인 펜코나졸(PEN)이나 토파스를 제거하였다. 지표수에서 20%. PEN의 용액 pH, 흡착 등온선 및 흡착 동역학의 매개변수를 합성 흡착제에 의해 연구했습니다. CMT-g-poly(AAc-co-AAm)의 표면 형태와 작용기는 XRD, SEM 및 FT-IR 기술을 통해 확인되었습니다. CMT-g-poly(AAc-co-AAm)에 대한 PEN의 흡착은 Freundlich 및 유사 2차 모델을 따릅니다. 합성된 고분자의 중요한 최대 흡착 용량은 196.08 mg/g인 것으로 나타났습니다. 합성 흡착제는 최대 5주기 동안 PEN 제거에서 우수한 재현성을 보였습니다. CMT-g-poly(AAc-co-AAm)는 살충제로 인한 지표수 오염 제거를 위한 비용 효율적이고 무독성인 흡착제입니다.

물은 인간이 필요로 하는 가장 귀중하고 중요한 물질이며, 그 용도와 중요성은 식수, 위생, 농업, 산업 분야에서 나타나고 있습니다. 지속적인 인구 증가, 생활 수준 향상, 도시화의 발달은 물 소비량과 폐수 발생량을 증가시키고 환경 오염을 유발하는 요인 중 하나입니다1. 한편, 새로운 오염물질인 살충제는 농업에서 곤충과 절지동물을 죽이기 위한 살충제 또는 잡초를 퇴치하기 위한 제초제로 사용되는 가장 중요하고 널리 사용되는 독극물 중 하나입니다. 농업에 신기술이 적용되면서 더 많은 작물을 수확하기 위해 이러한 물질을 사용하게 되었지만, 살충제를 과도하게 사용하면 토양이 오염되고 다량의 이러한 독소가 수원으로 유입되었습니다2. 살균제는 다른 농업 독소에 비해 덜 주목을 받았지만, 곰팡이 질병은 농산물에 큰 위협으로 간주됩니다. 살균제는 광범위한 유기체에 독성이 있으며 수생생물에게 위험합니다. 피레스로이드 및 유기인산염 살충제와 같은 살균제는 친유성입니다. 환경에 대한 살균제의 영향은 해당 살균제의 영향을 받는 다른 종을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 발생합니다3. 트리아졸계 살균제는 2개의 탄소 원자와 3개의 질소 원자로 구성된 5원 고리를 1개 이상 갖는 헤테로고리 화합물 군으로 농산물의 다양한 진균성 질병을 예방 및 치료하는데 널리 사용됩니다. 이러한 살균제는 현재 전 세계적으로 25개의 상업용 농약을 구성하고 있습니다. 또한 토양과 물에 대한 침투력과 내구성이 뛰어나며, 많이 섭취하면 사람과 동물의 내분비선과 관련된 부작용이 발생합니다4. PEN 또는 (R, S)-1-[2-(2, 4-디클로로페닐) 펜틸]-1H-1, 2, 4-트리아졸은 흰가루병 및 기타 병원성 자낭균을 방제하는 데 사용되는 트리아졸 계열의 살균제입니다. , 담자균류 및 중수소균. PEN의 화학 구조는 그림 1에 나와 있습니다. 이 살균제는 Topas 20%라는 브랜드 이름으로 시판되고 있으며 유럽 식품 안전 기구에서 인간과 환경에 대한 위험 물질로 분류되어 있으므로 이를 제거하는 방법을 찾고 있습니다. 환경은 매우 중요하다5. Nicoleta et al.이 실시한 연구에서. 몬모릴로나이트 점토를 이용하여 물에서 PEN을 제거한 결과, 몬모릴로나이트에 의한 PEN 흡착능은 6.33 mg/g인 것으로 나타났다6. 표면흡착법을 이용한 PEN 제거 분야의 연구가 제한적이라는 점을 고려하여 최근 연구에서는 이 방법을 사용하기로 결정하였다. 물리적, 화학적, 생물학적 방법을 사용하여 수원에서 살충제를 제거할 수 있습니다. 막과 흡착 공정은 분리에 의존하는 물리적 방법 중 하나입니다. 막 오염 문제는 분리 시 막의 성능을 방해하기 때문에 이 방법을 사용한 농약 제거와 관련된 주요 제한 사항입니다7. 고체 및 다공성 기질의 표면 흡착 방법은 저렴한 비용, 사용 용이성, 적은 부산물 생성 및 더 나은 효율성을 위한 다른 기술과의 쉬운 통합으로 인해 다른 물 및 폐수 처리 기술에 비해 상당한 이점을 가지고 있습니다8. 표면 흡착 과정의 원리는 그림 2에 나와 있습니다. 물질 전달은 오염 물질로 오염된 용액이 흡착제와 접촉할 때 발생합니다. 오염물질에 흡착된 종은 벌크 용액으로부터 선택적으로 운반되어 흡착제 표면의 결합 부위를 차지합니다. 흡착제와 흡착질 사이의 상호 작용의 특성에 따라 표면 흡착 현상은 화학적 또는 물리적입니다. 물리적 표면 흡착은 흡착제에 여러 층의 오염 물질을 흡착하게 하며 흡열 및 가역적인 반면, 화학적 표면 흡착은 조밀한 단일 층 흡착이며 발열 및 비가역적 과정이며 물리적 흡착보다 더 강합니다9. 활성탄, Biochar, 몬모릴로나이트 점토 및 하이드로겔은 물과 폐수에서 살충제를 제거하는 데 사용되는 가장 중요한 흡착제입니다10,11,12. 하이드로겔은 하나 이상의 단량체의 반응에 의해 생성되는 팽윤성, 친수성 및 불용성 3차원 중합체 네트워크입니다. 이러한 특징은 하이드로겔을 다른 폴리머와 구별합니다. 폴리머의 기원에 따라 하이드로겔은 천연과 합성의 두 가지 범주로 나뉩니다. 천연 하이드로겔은 긴 수명, 높은 수분 흡수 능력, 높은 겔 강도를 가지며 점차적으로 합성 하이드로겔을 대체해 왔습니다. 트라가칸스검(TG)은 황기의 건조된 수액에서 얻어지는 저렴한 천연 다당류 중 하나이며, 수산기, 카르복실기, 에폭시 작용기의 존재로 인해 다양한 시약과의 중합 반응에 사용될 수 있습니다. 이 껌은 무독성이고 생체 적합하며 광범위한 pH14에서 안정적입니다. 아크릴산을 기반으로 한 하이드로겔은 높은 팽윤, 높은 흡착 용량 및 높은 흡착 속도로 인해 물 및 폐수 처리용 고분자 흡수제 제조 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 이러한 하이드로겔의 가장 일반적인 합성 방법은 라디칼 중합법이다. 가교 정도는 이러한 하이드로겔의 흡착 능력에 있어 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 이러한 하이드로겔에는 정전기적 상호작용, 소수성 상호작용, 이온 교환 및 수소 결합과 같은 다양한 흡착 메커니즘이 제안되었습니다. 또한, 아크릴아미드 기반의 하이드로겔은 가장 일반적으로 사용되는 하이드로겔로, 물리적, 화학적 자극에 반응하여 상당한 부피 변화를 나타냅니다. 이러한 하이드로겔은 다양한 오염물질을 제거하는 데 사용됩니다. 본 연구에서는 처음으로 폴리(아크릴산-코-아크릴아미드)가 접목된 카르복시메틸 트라가칸스 기반 하이드로겔을 사용하여 수용액에서 PEN을 제거했으며, 흡착제와 오염물질의 접촉 시간, 오염물질 농도 및 용액 pH의 매개 변수는 다음과 같습니다. 평가되었습니다.