Triticum aestivum 바이오매스를 이용한 메틸렌 블루 염료의 생체흡착을 위한 반응 표면 방법론에 대한 기계 학습 모델 도입

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8574(2023) 이 기사 인용

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전 세계적으로 가장 큰 환경 문제는 염료, 특히 산업 폐수로 인한 물 오염입니다. 따라서 다양한 산업 폐기물에서 발생하는 폐수 처리는 환경 품질을 복원하는 데 매우 중요합니다. 염료는 사람과 수생 서식지 모두에 유해한 것으로 간주되는 중요한 유기 오염 물질입니다. 섬유 산업은 농업 기반 흡착제, 특히 흡착 분야에 더욱 관심을 갖게 되었습니다. 본 연구에서는 밀짚(T. aestivum) 바이오매스에 의한 수용액으로부터의 메틸렌 블루(MB) 염료의 생체흡수를 평가했습니다. 생체흡착 공정 매개변수는 FCCCD(면 중심 중심 복합 설계)를 사용한 반응 표면 방법론(RSM) 접근 방식을 사용하여 최적화되었습니다. 10mg/L 농도의 MB 염료, 1.5mg의 바이오매스, 초기 pH 6, 25°C에서 60분의 접촉 시간을 사용하여 최대 MB 염료 제거율(96%)을 얻었습니다. 인공 신경망(ANN) 모델링 기법도 프로세스를 자극하고 검증하는 데 사용되었으며, 그 효능과 반응 예측 능력(제거 효율성)을 평가했습니다. MB 생체흡수 과정과 관련된 중요한 결합 부위인 작용기의 존재는 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 스펙트럼을 사용하여 입증되었습니다. 더욱이, 주사전자현미경(SEM)을 통해 신선하고 반짝이는 입자가 생체흡착 과정 이후 T. aestivum의 표면에 흡수된 것으로 나타났습니다. 폐수 유출수에서 MB의 생물학적 제거는 T. aestivum 바이오매스를 생체흡착제로 사용하여 가능한 것으로 입증되었습니다. 또한 경제적이고, 환경친화적이며, 생분해성, 비용 효율성이 뛰어난 유망한 생체흡착제입니다.

섬유 염색 공장 산업은 상당한 양의 폐기물을 생산하며, 그 중 5%는 연간 약 6억 3,730만 입방미터의 폐수로 배출되어 수역 오염에 크게 기여합니다1. 염료와 안료를 만드는 산업 및 기타 여러 산업에서 발생하는 폐수에는 일반적으로 색상과 유기 물질이 풍부합니다. 염료의 사용은 섬유, 고무, 종이, 플라스틱, 화장품과 같은 분야에서 널리 사용됩니다. 섬유산업은 섬유를 염색하기 위해 염료를 사용하는 여러 산업 중 첫 번째 산업입니다. 섬유산업에서 배출되는 염료는 대기, 수질, 토양을 심각하게 오염시켜 환경에 부정적인 영향을 미칩니다. 최근 섬유산업은 인간과 환경 모두에 영향을 미치는 중요한 문제로 성장했습니다2. 염료가 포함된 폐수는 독성 물질, 부유 물질 및 기타 화학 물질을 포함하고 있기 때문에 위험합니다3,4. 상호 작용으로 인해 발생하는 화학 물질은 사람, 식물 및 수생생물에게 극도로 위험합니다. 그 결과 수인성 질병이 발생합니다5. MB는 섬유산업에서 가장 흔하고 널리 사용되는 염료로 양모, 실크, 면을 염색하는 데 사용됩니다. MB는 양전하를 띤 음이온성 퀴노노이드 구조이며 MB의 화학식은 C16H18ClN3S입니다. 메트헤모글로빈혈증, 조직 괴사, 정신적 혼란 및 구토는 모두 MB 독성의 가능한 부작용입니다6. 산소 전달을 제한하고 햇빛이 수역에 도달하는 것을 방지하는 것은 염료가 환경에 미치는 두 가지 부정적인 영향입니다7.

최근 염료 제거 방법에 관한 여러 보고서가 발표되었습니다8. 제시된 방법의 세 가지 주요 처리 범주는 화학적, 생물학적 및 물리적 처리9,10입니다. 일반적으로 보고되는 주목할만한 방법으로는 흡착, 생물학적 처리, 전기화학적 처리, 고급 산화(AOP) 및 막 여과가 있습니다11,12. 사전 교정은 염료를 제거하는 데 사용됩니다. 각 기술에는 장점과 단점이 있습니다. 가장 자주 사용되는 접근법은 흡착입니다13. 낮은 수준에서 높은 수준까지 오염물질을 제거할 수 있습니다. 결과적으로 효율적이고 저렴한 흡착재를 만들기 위한 수많은 연구가 수행되었습니다14. 이러한 기술 중 가장 적응 가능하고 널리 사용되는 기술은 생체흡수이며 저렴하고 사용자 친화적입니다15,16. 수많은 연구에서 오염물질을 제거하기 위한 오염물질 생체흡착을 위한 다양한 재료의 사용을 뒷받침하고 확인했습니다17,18. 활성탄과 같이 인기 있고 매우 효과적인 생체흡착제는 가격도 더 비싸기 때문에 많은 연구자들이 저렴하고 지역적으로 쉽게 접근할 수 있는 생체흡착제를 찾게 되었습니다20,21. 본 연구에서는 섬유 폐수에서 염료 MB를 제거하기 위해 T. aestivum을 저가형 생체흡착제로 사용했습니다. 쉽게 접근할 수 있고 더 이상 유익한 목적으로 사용할 수 없는 자주 버려지는 농업 폐기물입니다22,23. 또한, 무료로 이용 가능하거나 매우 저렴하여 쉽게 이용 가능하고 비용 효과적인 생체흡착제입니다. 염료 폐수 처리를 위한 합성 흡착제의 단점은 생체흡착제의 재생이 비용이 많이 들고 재료 손실을 초래하며 높은 복용량이 필요하고 종이 및 펄프와 같은 일부 산업에서는 경제적으로 실행 불가능하다는 것입니다.