Biochar fra landbrugsprodukter kan adsorbere forurenende stoffer i spildevand

Biochar - et trækulslignende stof, der primært er fremstillet af landbrugsaffaldsprodukter - lover at fjerne nye forurenende stoffer såsom lægemidler fra renset spildevand.

Det er konklusionen på et team af forskere, der gennemførte en ny undersøgelse, der evaluerede og sammenlignede evnen af ​​biochar afledt af to almindelige rester af landbrugsmaterialer - bomuldsgin-affald og guayule bagasse - til at adsorbere tre almindelige farmaceutiske forbindelser fra en vandig opløsning. Ved adsorption, et materiale, som en farmaceutisk forbindelse, klæber til overfladen af ​​en anden, ligesom den faste biokulpartikel. Omvendt i absorption, et materiale tages internt i et andet; for eksempel, en svamp absorberer vand.

Guayule, en busk, der vokser i det tørre sydvest, leverede affaldet til et af de biokul, der blev testet i forskningen. Mere korrekt kaldet Parthenium argentatum, det er blevet dyrket som en kilde til gummi og latex. Planten hugges til jorden, og dens grene moses sammen for at udvinde latexen. Det tørre, frugtkød, fibrøse rester, der bliver tilbage efter at stilkene er knust for at udvinde latexen, kaldes bagasse.

Resultaterne er vigtige, ifølge forsker Herschel Elliott, Penn State professor i landbrugs- og biologisk teknik, College of Agricultural Sciences, fordi de demonstrerer potentialet for, at biokul fremstillet af rigeligt landbrugsaffald - som ellers skal bortskaffes - kan tjene som en billig yderligere behandling for at reducere forurenende stoffer i renset spildevand, der bruges til kunstvanding.

"De fleste spildevandsrensningsanlæg er i øjeblikket ikke udstyret til at fjerne nye forurenende stoffer såsom lægemidler, og hvis disse giftige forbindelser kan fjernes med biochars, derefter kan spildevand genbruges i kunstvandingssystemer, " sagde han. "Den gavnlige genbrug er kritisk i regioner som det sydvestlige USA, hvor mangel på vand hæmmer afgrødeproduktionen."

De farmaceutiske forbindelser, der blev brugt i undersøgelsen til at teste, om biokul ville adsorbere dem fra vandig opløsning, var:sulfapyridin, en antibakteriel medicin ikke længere ordineret til behandling af infektioner hos mennesker, men almindeligt anvendt i veterinærmedicin; dokumentere, udbredt i medicin som afføringsmiddel og afføringsblødgøringsmiddel; og erythromycin, et antibiotikum, der bruges til at behandle infektioner og acne.

Resultaterne, udgivet i dag (16. november) i Biochar, foreslår, at biokul fremstillet af landbrugsaffaldsmaterialer kan fungere som effektive adsorbenter til at fjerne lægemidler fra genvundet vand før kunstvanding. Imidlertid, biokullet fra bomuldsgin-affald var meget mere effektivt.

I forskningen, det adsorberede 98 % af docusatet, 74 % af erythromycinet og 70 % af sulfapyridinet i vandig opløsning. Til sammenligning, biokullet afledt af guayule bagasse adsorberede 50 % af docusatet, 50% af erythromycinet og kun 5% af sulfapyridinet.

Forskningen viste, at en temperaturstigning, fra omkring 650 til omkring 1, 300 grader F i den iltfri pyrolyseproces, der bruges til at omdanne landbrugets affaldsmaterialer til biokul, resulteret i en stærkt forbedret kapacitet til at adsorbere de farmaceutiske forbindelser.

"Den mest innovative del om forskningen var brugen af ​​guayule bagasse, fordi der ikke har været tidligere undersøgelser af brug af dette materiale til fremstilling af biochar til fjernelse af nye kontaminanter, " sagde ledende forsker Marlene Ndoun, en doktorand i Penn State's Department of Agricultural and Biological Engineering. "Samme for bomuldsgin-affald - der er blevet forsket i potentielle måder at fjerne andre forurenende stoffer på, men dette er den første undersøgelse, der bruger bomuldsgin-affald specifikt til at fjerne lægemidler fra vand."

For Ndoun, forskningen er mere end teoretisk. Hun sagde, at hun ønsker at skalere teknologien op og gøre en forskel i verden. Fordi bomuldsgin affald er bredt tilgængeligt, selv i de fattigste regioner, hun mener, at det holder løfte som en kilde til biochar til dekontaminering af vand.

"Jeg er oprindeligt fra Cameroun, og grunden til, at jeg endda er her, er fordi jeg leder efter måder at filtrere vand på i ressourcebegrænsede samfund, som hvor jeg voksede op, " sagde hun. "Vi tror, ​​hvis dette kunne skaleres op, det ville være ideelt til brug i lande i Afrika syd for Sahara, hvor folk ikke har adgang til sofistikeret udstyr til at rense deres vand."

Det næste skridt, Ndoun forklarede, ville være at udvikle en blanding af biochar -materiale, der er i stand til at adsorbere en lang række forurenende stoffer fra vand.

"Ud over at fjerne nye forurenende stoffer såsom lægemidler, Jeg er interesseret i at blande biokulmaterialer, så vi har billige filtre, der kan fjerne de typiske forurenende stoffer, vi finder i vand, såsom bakterier og organisk materiale, " sagde Ndoun.