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由PET瓶開發的吸附材料可去除水中的抗生素

2020/07/06 @國際

摘要

韓國科學技術研究院研究團隊應用PET材質的廢棄塑膠瓶進行水體去除抗生素的相關研究,以超聲輔助技術自PET萃取100%高純度的對苯二甲酸,開發出具高效吸附材料,進行多次吸附循環仍有90%的吸附能力,應用範疇也可跨越至能源材料,為生態材料的潛力新星。

由PET瓶開發的吸附材料可去除水中的抗生素

  由於韓國大量使用抗生素,因此被歸類為具有多重抗藥性細菌,或稱作超級細菌的高風險國家。根據韓國環境部的報告指出在牲畜廢水處理設備、汙水處理場與河流中檢測到抗生素。目前已知最有效去除水中抗生素的方法是利用由熱分解金屬有機框架合成的多孔碳複合材料(MOF),其可在水中吸附抗生素以淨化水質,然而,一般用於合成MOF的有機配位基價格非常昂貴,因此成本為量產MOF最大的障礙。

  為了開發出更具成本效益的解決方案,由韓國科學技術研究院(Korea Institute of Science and Technology, KIST)水循環研究中心的研究人員Jung Kyung-won和Choi Jae-woo帶領的研究團隊利用日常生活中常見的PET廢棄瓶子開發出一種高效吸附材料。PET是一種由乙二醇和對苯二甲酸聚合而成的高分子化合物,其中對苯二甲酸是合成MOF有機配位基的主要成分,因此研究團隊欲從PET廢棄瓶中萃取出高純度對苯二甲酸以合成高效吸附材料,該新材料有望幫助解決因抗生素滲入水中而引起的環境毒素和抗藥菌的問題,進而成為改善環境與經濟的方法。【延伸閱讀】印度理工學院利用蘆薈去除水中油分

  開發吸附材料的過程中,以鹼性水解作用來引發中和反應,從而產生高純度對苯二甲酸。為了最大化鹼性水解作用的效率,研究團隊採用了超聲輔助相轉移催化劑的工藝,透過優化加工過程,該團隊成功萃取出100%高純度對苯二甲酸,並以鐵為基底的MOF作為前驅物,其賦予吸附材料磁性,然後將其用於開發多孔碳複合材料。透過這樣的方式得以開發出一種生態材料,此材料在吸附後可利用外部磁場輕鬆地將吸附物從混合物中分離出來。研究團隊進一步利用四環素(用於治療細菌感染的抗生素)來測試多孔碳複合材料的吸附能力,結果顯示新型多孔碳複合材料可在一般水中環境下(pH=6) 約90分鍾100%去除四環素,其吸附率為671.14 mg/g,優於先前開發的吸附劑。另外,為了評估其可重複吸附能力,研究團隊進行了5次吸附—去吸附的循環,並發現即使重複使用,其仍保有90%的吸附能力,即表明新型多孔碳複合材料具高度穩定性和能夠廣泛應用於水資源處理。

  Jung Kyung-won表示利用廢棄塑膠製造出的多孔碳複合材料除了可防止環境汙染,更能適用於從生態材料到能源材料的各個領域,期望它能很快被視為具有附加價值的生態材料

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