Triticum aestivum バイオマスを使用したメチレンブルー色素の生体吸着のための応答曲面法に対する機械学習モデルの導入

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8574 (2023) この記事を引用

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13 オルトメトリック

メトリクスの詳細

地球規模の主要な環境問題は、染料、特に産業排水による水の汚染です。 したがって、環境の質を回復するには、さまざまな産業廃棄物からの排水処理が重要です。 染料は、人間と水生生物の両方に有害であると考えられている重要な有機汚染物質です。 繊維産業は、農業ベースの吸着剤、特に吸着に対する関心を高めています。 この研究では、小麦わら (T. aestivum) バイオマスによる水溶液からのメチレン ブルー (MB) 色素の生体吸着を評価しました。 生体吸着プロセスのパラメーターは、面心中心複合設計 (FCCCD) による応答曲面法 (RSM) アプローチを使用して最適化されました。 10 mg/L 濃度の MB 色素、1.5 mg のバイオマス、初期 pH 6、および 25 °C で 60 分の接触時間を使用すると、最大 MB 色素除去率 (96%) が得られました。 人工ニューラル ネットワーク (ANN) モデリング技術もプロセスの刺激と検証に使用され、その有効性と反応を予測する能力 (除去効率) が評価されました。 MB 生体吸着のプロセスに関与する重要な結合部位である官能基の存在は、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR) スペクトルを使用して実証されました。 さらに、走査電子顕微鏡 (SEM) により、生体吸着手順後に新鮮で光沢のある粒子が T. aestivum の表面に吸収されたことが明らかになりました。 廃水流出物からの MB の生物除去は、T. aestivum バイオマスを生物吸着剤として使用して可能であることが実証されています。 また、経済的で環境に優しく、生分解性があり、費用対効果が高い、有望な生体吸着剤でもあります。

繊維染色工場産業では大量の廃棄物が発生し、そのうちの 5% が年間約 6 億 3,730 万立方メートルの廃水となり、水域の汚染に大きく貢献しています1。 染料や顔料をはじめとする多くの産業からの廃水には、通常、色や有機物質が豊富に含まれています。 染料の使用は、繊維、ゴム、紙、プラスチック、化粧品などの分野で広く使用されています。 これらいくつかの産業の中で、繊維を着色するために染料を使用したのは繊維産業が最初です。 繊維産業からの染料の排出は、深刻な大気、水、土壌汚染を引き起こし、環境に悪影響を及ぼします。 繊維産業は、近年、人々と環境の両方に影響を与える重大な問題となっています2。 染料を含む廃水には、有毒物質、懸濁物質、その他の化学物質が含まれているため危険です3,4。 それらの相互作用から生じる化学物質は、人、植物、水生生物にとって非常に危険です。 その結果、水系感染症が発生します5。 MB は繊維業界で最も一般的で人気のある染料で、ウール、シルク、コットンの着色に使用されます。 MB は正に荷電したアニオン性キノノイド構造であり、MB の化学式は C16H18ClN3S です。 メトヘモグロビン血症、組織壊死、精神錯乱、嘔吐はすべて、MB 毒性の副作用として考えられます6。 酸素の移動を制限することと、太陽光が水域に到達するのを防ぐことは、環境に対する染料の 2 つの悪影響です7。

最近、色素除去方法に関するいくつかの報告が発表されています8。 提示された方法の 3 つの主な治療カテゴリーは、化学的、生物学的、物理的治療です9,10。 一般に報告されている注目すべき方法には、吸着、生物学的処理、電気化学的処理、高度酸化 (AOP)、膜濾過などがあります 11,12。 事前校正は染料を取り除くために使用されます。 各手法には長所と短所があります。 最も頻繁に使用されるアプローチは吸着です13。 低レベルから高レベルまでの汚染物質を除去できます。 その結果、効率的で手頃な価格の吸着材料を作成するために数多くの研究が行われてきました14。 これらの技術の中で最も適応性があり、広く使用されているのは生体吸着法であり、手頃な価格でユーザーフレンドリーです15,16。 多くの研究により、汚染物質を除去するための汚染物質の生物吸着にさまざまな材料を使用することが支持され、確認されています 17,18。 活性炭などの一般的で効果の高い生体吸着剤は高価でもあり 19、そのため多くの研究者が安価で地元で簡単に入手できる生体吸着剤を探すことになっています 20,21。 この研究では、繊維廃水から染料 MB を除去するために、T. aestivum が低コストの生体吸着剤として使用されています。 これは頻繁に廃棄される農業廃棄物ですが、すぐに入手でき、もはや有益な目的には使用できません22,23。 さらに、それは無料で入手できるか、非常に安価であるため、すぐに入手でき、費用対効果の高い生体吸着剤となります。 染料廃水処理用の合成吸着剤の欠点は、生体吸着剤の再生に費用がかかり、材料の損失が発生すること、高用量が必要であること、紙やパルプなどの一部の産業では経済的に実行不可能であることです。