Протокол оценки и восстановления отдельных хлорорганических пестицидов и тяжелых металлов в промышленных сточных водах с использованием наночастиц (НЧ) в Нигерии
Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2170 (2023) Цитировать эту статью
865 Доступов
1 Альтметрика
Подробности о метриках
Ограниченные знания об уровне загрязнения промышленных сточных вод в штатах Нигерии, а также глобальная проблема водоснабжения вынудили нас провести исследование по анализу и удалению хлорорганических пестицидов (ХОП) и содержания тяжелых металлов в промышленных сточных водах. Пробы сточных вод были собраны на 13 предприятиях в пяти штатах Нигерии. Содержание ХОП в пробах было извлечено, очищено и проанализировано с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии. Результаты показывают, что средние концентрации ХОП в пробах сточных вод варьировались от 1,76 нг/л (дильдрин) до 0,89 нг/л (эндрин). Во всех пробах сточных вод определяли содержание кадмия (Cd), хрома (Cr) и свинца (Pb). Результаты показывают, что средние концентрации ионов тяжелых металлов в пробах сточных вод варьировались от 0,008 ± 0,003 мг л-1 (Cd) до 2,215 ± 0,841 мг л-1 (Pb). Для удаления выявленных загрязнений были синтезированы и охарактеризованы с помощью метода Браунауэра-Эммета-Теллера наночастицы биомагнетита (BioMag), наночастицы магнетита (MagNPs), нанокомпозит биомагнетит-КМЦ (БиоМаг-КМЦ) и нанокомпозит магнетит-КМЦ (MagNPs-КМЦ) ( BET), инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), рентгеновская дифракция (XRD) и просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (HR-TEM). Это исследование демонстрирует успешное применение наночастиц (НЧ) и нанокомпозитов для удаления ХОП и ионов тяжелых металлов из промышленных сточных вод. Регулярная оценка и постоянное удаление становятся важными для достижения состояния чистой и здоровой водной экосистемы в связи с быстрым промышленным и технологическим прогрессом.
Загрязнение, вызванное ХОП и тяжелыми металлами, сбрасываемыми в водоемы пищевой, кожевенной, химической, солодовой, текстильной, пестицидной, пивоваренной, горнодобывающей, лакокрасочной, цементной, минеральной и фармацевтической промышленности, растет и представляет опасность для благосостояния. бытие человека и окружающей среды1,2. Известно, что хлорорганические пестициды (ХОП) сохраняют свою токсичность в окружающей среде в течение длительного периода3. Между тем, сообщается, что длительное воздействие ХОП и их метаболитов приводит к разрушительным последствиям для здоровья, таким как дисфункция репродуктивной системы, неврологические нарушения, дисфункция иммунной системы, врожденные дефекты и рак4,5,6. С другой стороны, тяжелые металлы продемонстрировали способность вызывать такие заболевания, как расстройства нервной системы, рак, повреждение органов и, в крайних случаях, смерть7,8. Следовательно, крайне важно удалить эти классы загрязнителей воды из сточных вод перед их сбросом. Для достижения этой цели были использованы такие методы очистки воды, как экстракция растворителем и процессы ионного обмена9, химическое осаждение10, химическое окисление или восстановление11, мембранная технология12, фильтрация13, электрохимическая обработка14, адсорбция15,16,17,18, разделение пены19 и фотокатализ20,21. используется для очистки загрязненной воды. Среди вышеупомянутых методов адсорбция является экономичной, удобной для пользователя и эффективной для улавливания загрязнений. Для удаления этих загрязнений использовались такие адсорбенты, как молекулярное сито22, рисовая шелуха23, гранит24, сосна обыкновенная25, силикагель26, каолинитовая глина27 и Al/SrTiO328.
Наноматериалы, наночастицы и нанокомпозиты стали быстрорастущей и быстро расширяющейся областью научных исследований благодаря их разнообразному применению во многих областях научной и технической деятельности. Экологические проблемы также привели к растущему интересу к «зеленому» или биологическому синтезу наночастиц металлов, поскольку этот процесс сокращает использование химического сырья, что приводит к снижению утилизации и попадания химических веществ в окружающую среду. Наночастицы — это природные или искусственные вещества, структурные компоненты которых имеют размеры менее 100 нм в трех измерениях29,30,31. Наночастицы используются в различных областях, включая медицину и доставку лекарств, восстановление окружающей среды, электронику и металлургию32,33. В нескольких работах сообщается об успешном биосинтезе наночастиц с растительными экстрактами34,35,36,37. Между тем, применение нанометаллов в процессе очистки сточных вод получило широкую оценку38,39,40,41,42. Нанокомпозит — это композиционный материал, изготовленный путем объединения двух или более фаз, которые содержат разные составы или структуры, по крайней мере, с одной из фаз в нанодиапазоне43,44. Нанокомпозиты улучшают макроскопические свойства получаемых продуктов, но свойства нанокомпозитов зависят от свойств отдельных компонентов. Нанокомпозиты на биологической основе изготавливаются из биоразлагаемых или возобновляемых материалов, таких как целлюлоза45. Dalium guineense — древесное растение тропической лесной зоны Западной Африки, которое может достигать высоты от 10 до 20 м. Его общие названия включают Black Velvet Tarimand на английском языке, Icheku на языке игбо, Awin на языке йоруба и Tamarinier noir на французском языке. Взрослое дерево имеет серую кору, плотные зеленые листья и беловатые цветы, на которых растут бархатистые черные плоды, сезонные и популярные в Западной Африке, которые являются богатым источником витаминов46. Целлюлоза является наиболее распространенным природным полимером, и с использованием различных методов были изготовлены многочисленные типы модифицированных целлюлозных наноматериалов47,48,49.