Entfernung von Antibiotika aus Abwasser mit einem fortschrittlichen Nanokomposit

Entfernung von Tetracyclin aus synthetischen Abwasserproben an der VNU-University of Education, Hanoi, Vietnam.

In dieser Forschungsarbeit stellen wir drei Hauptideen vor: Erstens wurde GSA aus Graphenoxid (GO) hergestellt, auf das im Rahmen eines Aktivierungsverfahrens nasschemisch Zinn(II)-oxid (SnO) aufgepfropft wurde. Zweitens wurde die TC-Adsorptionsfähigkeit mit mehreren Methoden im Hinblick auf pH-Wert, Anfangskonzentration, TEM, poröse Textur und Temperatur berechnet. Schließlich wurden die optimalen Bedingungen für die Entfernung von Tetracyclin ermittelt: pH = 4, T0 = 30 °C und Qmax = 1201 mg/g. Schlüsselwörter: Tetracyclin-Entfernung; Nanokomposit; Antibiotikum; Graphenoxid. Viele Studien haben gezeigt, dass Tetracyclin-Antibiotika gefährliche Wirkungen auf den menschlichen Körper haben, etwa Fettleber, akute Pankreatitis, schwere Hepato-Nephrotoxizität, Nierenschäden und Diabetes insipidus. Die Toxizität dieser Verbindung wurde daher zum Grund und zur Motivation für unsere Gruppe, die neuartige Herstellung eines fortschrittlichen Nanokomposits zu erforschen, um Tetracyclin-Antibiotika aus der natürlichen Umwelt zu entfernen. Auf Grundlage der Experimente hat unsere Gruppe eine Lösung gefunden, mit der sich TC mithilfe einer Verbindung namens GSA aus verschmutztem Wasser aus allen Quellen entfernen lässt. Nach langer Forschung haben wir die Lösung gefunden, mit der sich TC aus verschmutztem Wasser aus allen Quellen entfernen lässt. Wie die oben auf dem Poster gezeigte Abbildung veranschaulicht, wurde die Adsorptionsmethode für TC eingeleitet. Wir verwenden GSA, das heißt das GO/SnO/AP-Nanokomposit. Nach der Durchführung hafteten TC-Moleküle an der GSA-Oberfläche. Am Ende wurde das unbelastete Wasser, das TC enthalten hatte, desinfiziert.

GSA, das Graphenoxid (GO), Zinn(II)-oxid (SnO) und AP (Aminopolymer) enthält, wurde hergestellt. Durch einige chemische Modifikationen veränderte sich SnO nicht rasch, und die Farbe blieb schwarz, um möglichst gut zu adsorbieren. Im folgenden Schritt stellen wir die Methode, mit der wir das verschmutzte Wasser behandelt haben, näher vor. Die SnO-Nanokomposite wurden mit einer semisolvothermalen Reaktionstechnik synthetisiert. Diese Nanokomposite wurden mit verschiedenen Lösungsmittelkombinationen wie Ethanol, Wasser und Ethylenglykol bei 180 °C über 24 h hergestellt. Durch einige chemische Modifikationen veränderte sich das SnO nicht rasch. Aufgrund der Adsorptionsfähigkeit der GSA-Oberfläche konnte das Material mit der Zeit regeneriert werden, was Ressourcen schont und die Umwelt schützt. Mit der in der Abbildung gezeigten Ethanolbehandlung kann Ethanol mit über 90 % zur Regenerierung des GSA über mehrere Zyklen verwendet werden. Mit jedem Zyklus sinkt die Effizienz fortlaufend. Im 1. Zyklus war die Effizienz sehr hoch und erreichte über 97 %. Danach sank die Effizienz rasch, und im 5. Zyklus konnte das GSA nicht mehr behandelt werden. Der optimale pH-Wert, bei dem die Adsorptionseffizienz von GSA ihr Maximum von 94 % erreichte, lag bei 4. Oberhalb von pH 4 nahm die Effizienz schrittweise ab: pH 6 (88 %), pH 8 (81 %), pH 10 (57 %).

Die Ergebnisse des Experiments hingen von der Temperatur und der Konzentration des Adsorbats Tetracyclin ab. Der Studie zufolge ist die Anfangskonzentration (C0) direkt proportional zur Adsorptionsfähigkeit von GSA: Stieg C0 von 40 auf 80 mg/L, nahm die Adsorptionseffizienz zu; als C0 dann von 80 auf 130 mg/L stieg, wurde der Zuwachs der Adsorption geringer, was darauf hindeutet, dass es eine Adsorptionsgrenze gibt, die GSA unabhängig von der Höhe der Tetracyclin-Konzentration nicht überschreiten kann. Bei der Untersuchung der Temperatur zeigte das Diagramm außerdem, dass unter 25 °C, 30 °C und 35 °C die optimale Temperatur für die Adsorption 30 °C beträgt (hier erreicht die Adsorptionsfähigkeit mit Qmax = 1201 mg/g ihren Höchstwert). Daraus folgt, dass Temperatur und Anfangskonzentration die Tetracyclin-Adsorptionseffizienz von GSA beeinflussen. Diese Arbeit wurde an der VNU University of Education (UEd), Hanoi, Vietnam, in der Forschungsgruppe der korrespondierenden Autoren Professor Eldon R. Rene6,* und Tran Dinh Minh1,* durchgeführt und geprüft, mit weiteren Koautoren: Hoang Thu Ha1; Hoang Ly Bao Long2; Hoang Ly Tuan Long3; Le Huy4; Dao Quang Minh5, Le Ha Khoa5, Eldon R. Rene6. 1VNU University of Education (UEd), Hanoi, Vietnam; 2High School for Gifted Students (HSGS); 3The Olympia Schools; 4HanoiAmsterdam High School for the Gifted; 5High School of Education Sciences (HES-UEdVNU); 6UNESCO-IHE, Institute for Water Education, Delft, Niederlande.

2013 und 2015 gab es Forschungsarbeiten zu Lösungen für die Entfernung von Tetracyclin (Fe-AC mit Qmax = 769 mg/g und Petrolkoks-AC mit Qmax = 1121 mg/g), doch GSA schnitt am besten ab und zeigte mit Qmax = 1201 mg/g den größten Wert für die TC-Entfernung. Daraus folgt, dass GSA bislang das vielversprechendste Adsorbens für Tetracyclin ist. Die neuartige Herstellung eines fortschrittlichen Nanokomposits zur Entfernung von Tetracyclin-Antibiotika aus der natürlichen Umwelt führte zu folgenden Schlussfolgerungen: + Dank der hohen BET-Oberfläche und der gut entwickelten porösen Textur erreichte die maximale Aufnahmekapazität von TC an GSA 1201 mg/g. + Das GSA kann nach der TC-Aufnahme durch Behandlung mit C2H5OH wiederverwendet werden, und mit diesem Projekt haben wir die Möglichkeit aufgezeigt, mit einem fortschrittlichen Nanokomposit Tetracyclin-Antibiotika aus der natürlichen Umwelt zu entfernen. Zusammenfassend erreichte die maximale Aufnahmekapazität von TC an GSA dank der hohen BET-Oberfläche und der gut entwickelten porösen Textur 1201 mg/g; ebenso wurde festgestellt, dass das GSA nach der TC-Aufnahme durch Behandlung mit C2H5OH wiederverwendet werden kann. Nicht zuletzt haben wir mit diesem Projekt die Möglichkeit aufgezeigt, mit einem fortschrittlichen Nanokomposit Tetracyclin-Antibiotika aus der natürlichen Umwelt zu entfernen; dazu haben wir verschiedene Informationen zusammengetragen, wie im Literaturverzeichnis aufgeführt.

Tran Dinh Minh, Ph.D.

Deputy Head of Political-Students Affairs Department;

Department of Educational Technology;

Secretary of Ho Chi Minh Communist Youth Union;

High School of Education Sciences (HES);

VNU University of Education (UEd), Vietnam National University, Hanoi, Vietnam

Department of Civil & Environmental Engineering, University of Ulsan, S.Korea