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Feb 18, 2024

小麦の皮

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2575 (2023) この記事を引用 1647 アクセス 4 引用 1 Altmetric Metrics 詳細 石油流出は、海洋生態系に対する重大な脅威です。

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2575 (2023) この記事を引用

1647 アクセス

4 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

石油流出は海洋生態系に対する重大な脅威であり、海洋環境からの即時除去が必要です。 流出した油を浄化するために多くの技術が採用されてきました。 これらのうち、吸着は、高効率、経済性、環境への配慮、および適用の容易さにより、顕著な成功を収めています。 農業廃棄物を利用して生物吸着剤を製造することは、油を除去するための環境に優しく効率的なアプローチとして考えられてきました。 したがって、小麦わら (Str) を疎水性ベンゾイル基でエステル化することにより、新しい低コストの油吸着剤が調製され、得られたコポリマー (Str-co-Benz) が FTIR、TGA、DSC、および SEM によって特性評価され、実験室規模。 流出油浄化プロセスは、原油濃度、吸着剤の投与量、撹拌時間、速度などのさまざまな吸着条件下で、原油と天然海水のシステムを使用して実施されました。 準備された材料の原油吸着能力を決定するために、平衡研究が行われました。 ラングミュアおよびフロインドリッヒの吸着モデルを使用して実験等温線を記述しました。 データの信頼性は、応答曲面法プログラムの適用によって検査および評価されました。 結果は、油吸着は疑似二次反応速度モデルに従い、Str および (Str-co-Benz) の最大吸着容量がそれぞれ 10.989 および 12.786 g/g で、Langmuir モデルによく適合することを示しました。 全体として、改変小麦殻は、低コスト、生分解性、簡単な合成、迅速な除去により、海洋生態系から油を除去するための効果的なプラットフォームです。 さらに、得られた固体は、蒸気ボイラーやレンガ製造焼却炉などのいくつかの工業プロセスで燃料として使用できます。

環境汚染は、過去数十年で重要性が高まっている主要な懸念事項の 1 つであり、腸チフス、コレラ、がん、喘息などのさまざまな病気の蔓延を含む健康問題と関連しています1。 人為的活動は、あらゆるマルチメディア（空気、水、土壌）における環境汚染をもたらしました。 世界の病気の負担の 24% と死亡の 23% は環境要因によるものであると推定されています2。 環境汚染物質は、物理的、生物的、化学的（無機および有機）に分類できます3。 放射線などの物理的汚染は、先天性欠損症、火傷、ある種の白血病、流産、腫瘍、1 つまたは複数の臓器のがん、生殖能力の問題を引き起こす可能性があります4。 ウイルス、細菌、および/またはいくつかの形態の病原体が生物学的汚染物質を構成するのに対し、無機汚染物質は水銀、鉛、カドミウムなどの潜在的に有毒な元素に関係します。 有機汚染物質には、動物や人間の生命と健康に悪影響を及ぼす家庭廃棄物、農業廃棄物、産業廃棄物が含まれます5。 石油は、世界中で最も主要なエネルギー資源であるだけでなく、合成ポリマーや化学薬品の重要な原料源でもあります6。 石油流出は、生態系全体に悪影響を及ぼし、各国の経済に悪影響を与える最も壊滅的な環境問題の 1 つです7。 1 日あたり 1 億トンを超える石油が海上輸送されており、公海上には載貨重量 4 億トンを超える 4,000 隻以上のタンカーがあり、海洋生物と生態系を悲惨なリスクにさらしています8。 自然災害、石油タンカーの衝突、爆発/火災、船体の損傷または座礁、パイプラインの故障、貯蔵タンクの故障、井戸の崩壊、戦争による海水または陸地への石油の流出9。 油の種類、海の状況と天候、季節、流出した期間と量、流出場所の物理的、経済的、生物学的特性、油が広がった領域のサイズ、浄化の有効性などは、さまざまなパラメータの中に含まれます。石油流出とその対応にどれくらいの費用がかかるか10。 石油は、表面から到達する酸素の量と非常に有毒な成分の存在を制限するため、すべての生物に深刻な影響を与える可能性があります。 さらに、石油汚染物質は人間の食料源を直接汚染し、動植物から健康な食料を奪い、食物連鎖に影響を与え、エネルギー資源を浪費する可能性があります11。 したがって、生態系や人間の健康への悪影響を防ぐためには、流出油を迅速かつ効果的に除去するための新しい材料を開発することが必須です。 これに関して、従来の物理的、機械的（スキマー、吸着剤、ブーム）、化学的（分散剤と固化剤）、熱的および生物的修復技術など、さまざまな技術が流出油の浄化に使用されてきました12。 しかし、このような方法は、分離効率が低く、コストが高く、強風や潮流下での安定性が低く、長時間、水生動植物の変質、二次汚染物質の生成といった問題を抱えています11。 吸着は、高効率、低コスト、シンプルさ、簡単で迅速な操作、長期間の保持、および再利用可能性により、油流出制御に最も効果的な方法の 1 つです13。 メラミンスポンジ、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの多くの化学合成吸着剤は、その吸着効率の高さから使用されてきましたが、高コスト、合成プロセスの複雑さ、非生分解性などの欠点が持続可能な用途を妨げています14。 したがって、疎水性/親油性の性質を備えた、経済的で環境に優しい、リサイクル可能な新しい吸着剤を探すことは、流出油処理において非常に重要です。 籾殻、サトウキビバガス、紙廃棄物などのセルロース系廃棄物を使用し、環境に優しく費用対効果の高い方法で油汚染物質を環境から取り除くことは、近年大きな注目を集めています。 これらの吸着剤は、そのまま使用することも、シート、ブーム、パッド、フィルター、繊維アセンブリに成形して使用することもできます15。 セルロース系廃棄物の多くの利点（生分解性、低密度、再生可能性、低コスト、無毒性）により、環境と産業の発展において合成繊維の代わりに使用される傾向が高まりました16。 さらに、得られた固体廃棄物は、蒸気ボイラーやレンガ製造焼却炉などの工業プロセスの燃料など、さまざまな用途に使用できます。 繊維表面を改質し、耐火性、接着性、疎水性を改善し、安価な繊維を高価な材料に変えるために、さまざまな方法（化学的、物理的、機能的ナノ粒子装飾）が使用されてきました17。 物理的修飾には、機械的プレスまたは研削および熱結合が含まれますが、これらは天然吸着剤の​​疎水性向上には影響を与えません。 さらに、ナノ粒子装飾は容量が少なく、製造プロセスが複雑であるという問題があります7。 化学修飾は、弱い成分 (ヘミセルロースとリグニン) を除去するために、アルキル化、ヒドロキシメチル化、エステル化、アシル化、その他の化学反応によって実行され、機械的性能と吸着性能の両方が向上しました 16。 天然吸着剤の​​表面にポリマーをグラフトすることによるエステル化は、油の吸着能力を高めるための非常に簡単で短時間のアプローチです7。 私たちの知る限りでは、小麦わらの改質に塩化ベンゾイルの使用は採用されていません。 したがって、本研究の主な目的は、原油との親和性を高めるために塩化ベンゾイルで小麦わらをグラフトすることによるエステル化プロセスを通じて、セルロース系廃棄物に基づく新しい環境に優しい疎水性吸着材料を製造することであった。 調製された吸着剤は特性評価され、石油/海水系からの流出油の除去に適用されました。 この研究の結果は、意思決定者が環境をさらなる悪化から守り、環境の回​​復と持続可能性を達成するための長期戦略を策定するのに役立つ可能性がある。