석류껍질 유래 활성탄에 고정화된 라카제를 사용하여 물과 폐수에서 의약품 오염물질을 효율적으로 제거

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11933(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 풍부한 과일 가공 폐기물인 석류껍질(PP)을 활용하여 비용 효율적이고 친환경적이며 고품질의 활성탄을 생산하였다. 생성된 탄소(화석이 없는 활성탄)는 물과 폐수에서 디클로페낙, 아목시실린, 카바마제핀 및 시프로플록사신과 같은 다양한 새로운 오염 물질을 제거하기 위해 락카제를 고정하는 데 사용되었습니다. Laccase에 의해 적재된 활성탄(LMPP)과 적재되지 않은 활성탄(MPP)은 고급 표면 화학 분석 기술을 사용하여 특성화되었습니다. MPP는 표면적이 크고 산성 작용기가 풍부한 다공성 구조를 갖는 것으로 밝혀졌습니다. Laccase 고정화는 표면적을 감소시켰지만 활성 분해 부위를 추가했습니다. 최적의 고정화 매개변수는 pH 4, 35°C 및 2.5mg/mL의 라카제 농도로 결정되어 69.8%의 고정화 수율을 얻었습니다. MPP에 대한 새로운 오염물질의 흡착은 Langmuir 등온선과 1차 동역학을 준수하는 자발적 흡열 과정으로 가장 잘 특징지어집니다. 시너지적 흡착과 효소 분해를 사용하여 목표 오염물질(50 mg/L)이 2시간 만에 제거되었습니다. 두 가지 물 유형 모두에서 LMPP가 MPP보다 성능이 뛰어났습니다. 이 연구는 석류 껍질이 복잡한 시료 매트릭스에서도 새로운 오염 물질을 제거하기 위한 효소 운반체 및 흡착제로 효과적으로 활용될 수 있음을 보여줍니다. 폐수에서 오염물질 제거는 5주기 동안 지속된 반면, 물의 경우 최대 6주기까지 지속되었습니다.

세계 인구는 2050년까지 90억을 초과할 것으로 예상됩니다1,2. 이로 인해 식수에 대한 수요가 증가하고 동시에 폐수 발생도 증가합니다. 이러한 지속적인 문제는 종종 비효율적인 폐수 관리, 악화되는 폐수 기반 시설, 처리 절차가 제한되거나 전혀 없는 부적절한 처리 계획을 동반합니다3. 이러한 문제로 인해 지표수에 도달할 가능성이 있는 다양한 화학물질이 매일 환경으로 배출됩니다2,3. 신흥 오염물질(EC)은 지난 20년 동안 상당한 우려를 불러일으킨 다양한 물질을 총칭하는 용어입니다. 이러한 오염 물질은 인체 건강 및 기타 유기체에 잠재적으로 부정적인 영향을 미칠 수 있는 최소한의 양으로 자연적으로 발생하거나 모니터링되지 않는 합성 화합물 또는 물질일 수 있습니다. 이러한 난분해성 화합물은 의약품, 다환 방향족 탄화수소, 개인 위생용품, 살충제 등 다양한 화학 물질로 구성됩니다4,5. EC의 가장 일반적인 발생원은 산업 폐수, 도시 하수, 폐수 처리장(WWTP), 가정용품, 병원, 매립지 및 의약품 생산 회사입니다6. 앞서 언급한 배출원 중에서 폐수처리장 배출수는 EC의 주요 배출원으로 간주됩니다. WWTP는 EC와 그 대사산물을 완전히 제거하도록 설계되지 않았으므로 배출된 폐수에서 수생 생태계로 빠져나갈 수 있습니다. 현재 기존 폐수 처리장7의 EC 폐기 및 배출에 대한 지침이나 표준은 없습니다. 실제로 폐수에서 유기 화합물을 감소시키기 위한 기존의 물리적, 화학적 공정에는 불충분한 정화, 낮은 효율성, 높은 비용, 유해한 부산물 형성, 좁은 농도 범위 적용 등 여러 가지 심각한 한계가 있습니다8,9. 결과적으로, 폐수 정화를 위한 보다 효과적이고 혁신적이며 환경 친화적인 방법을 개발하는 것이 시급하다는 것이 널리 인식되고 있습니다. 유망한 새로운 조사 분야인 생물학적 정화 또는 생분해는 물과 폐수에서 EC를 제거하기 위해 효과적으로 활용되었습니다10. 생분해 방법은 물리화학적 방법에 비해 더 비용 효율적이고 안전하며 덜 파괴적이라는 점에서 많은 이점을 가지고 있습니다11.