Wetenschappers ontwikkelen een veelbelovend sorptiemiddel voor het verwijderen van antibiotica uit afvalwater

SEM (a) en TEM (b) microfoto’s, FTIR-spectrum (c) en XRD-patroon (d) van BN-nanodeeltjes. Credit: Nanomaterialen (2022). DOI: 10.3390/nano12183157

NUST MISIS-onderzoekers hebben een herbruikbaar en milieuvriendelijk sorptiemiddel ontwikkeld om antibiotica uit afvalwater te verwijderen. Het voorgestelde sorptiemiddel heeft een aantal voordelen in vergelijking met reeds bekende analogen: lage productiekosten, eenvoudig ontwerp en gebruiksgemak in behandelingsfaciliteiten. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nanomaterialen.

Door de toename van het medicijngebruik is de ophoping van antibiotica en hun afbraakproducten in afvalwater een serieus probleem geworden voor mens en milieu. Meestal komen antibiotica in rivieren en grondwater terecht als afval van farmaceutische bedrijven, medische en apotheekinstellingen en de landbouw. De aanwezigheid van antibiotica in water leidt tot een toename van de weerstand van bacteriën en micro-organismen daartegen, de ontwikkeling van allergische reacties en zelfs de vermenigvuldiging van gevaarlijke bacteriën.

Momenteel zijn er verschillende methoden voor de behandeling van afvalwater. Elke methode heeft echter zijn eigen beperkingen. Sorptie is een van de eenvoudigste en meest goedkope zuiveringsmethoden waarvoor geen complexe productiestructuren of aanvullende chemische reacties nodig zijn.

De wetenschappers van het NUST MISIS Research Center Inorganic Nanomaterials en het Laboratory of Digital Materials Science hebben besloten zich precies op dit onderwerp te concentreren. Voor de voorgestelde methode is het niet nodig om speciale dure apparatuur te maken of kunstmatig extra chemische of biologisch actieve componenten in het systeem te introduceren die het ecologische evenwicht kunnen verstoren. Leid verontreinigd water eenvoudig door een filter of een suspensie van boornitride-nanodeeltjes.

“Volgens theoretische modellering heeft het antibioticum de neiging om aan het oppervlak van het sorptiemiddel te hechten zonder een chemische binding te vormen, het zogenaamde adsorptieproces. Tegelijkertijd ontbindt het antibioticum niet en worden er daarom geen bijproducten gevormd “, zegt een van de auteurs van de studie, senior onderzoeker bij het Laboratory of Digital Materials Science, Antipina Lyubov.

Het door de onderzoekers gemaakte sorptiemiddel op basis van hexagonaal boornitride is in staat afvalwater effectief te zuiveren van antibiotica. In hun onderzoek selecteerden NUST MISIS-onderzoekers drie soorten antibiotica, die tot de meest voorkomende vervuilende stoffen behoren.

“Holle nanodeeltjes op basis van hexagonaal boornitride zijn voorgesteld als sorptiemiddel voor waterzuivering uit antibiotica. De verwijderingsefficiëntie van bicilline, tetracycline en ciprofloxacine uit waterige oplossingen werd gedurende 28 dagen bestudeerd met behulp van UV-spectrofotometrie. Volgens de verkregen resultaten verwijderen nanodeeltjes moleculen van de bestudeerde antibiotica veel efficiënter dan andere bekende adsorbentia”, legt Kristina Kotyakova, een van de auteurs van de studie, een ingenieur bij het onderzoekscentrum voor anorganische nanomaterialen, uit.

De belangrijkste voordelen van filters op basis van boornitride-nanodeeltjes zijn milieuvriendelijkheid en herbruikbaarheid. Tijdens het onderzoek hebben de auteurs een protocol ontwikkeld voor de zuivering van sorptiemiddelen uit antibiotica, wat belangrijk is voor hun praktische toepassing, omdat dit materiaal kan worden hergebruikt.

De door wetenschappers voorgestelde methode om het materiaal te verkrijgen is vrij eenvoudig en gemakkelijk reproduceerbaar. De grootste bijdrage aan de kosten van het voorgestelde sorptiemiddel wordt rechtstreeks geleverd door de synthese van nanodeeltjes. Op industriële schaal zal hun productie na het uitwerken van dit proces echter veel goedkoper worden.

In de toekomst zijn wetenschappers van plan om de sorptiecapaciteit van nanodeeltjes te vergroten door een polymeer toe te passen en metaalionen af ​​te zetten, en om het aantal onderzochte antibiotica uit te breiden.