活性炭及びβーシクロデキストリンポリマー吸着剤による微量汚染物質の除去

水からの有機微量汚染物質除去のための吸着剤の性能は、水母成分の存在によって影響を受ける可能性がある。本研究の目的は，ヤシ殻活性炭（CCAC），多孔質β-シクロデキストリンポリマー（CDP），セルロース微結晶上に被覆したCDP（CDP@CMC）吸着材の性能に及ぼす水マトリックス成分の影響を評価することであった[1]．CDPはβ-シクロデキストリンをテトラフルオロテレフタロニトリルで架橋することで調製した[2,3]。CDP@CMCはCMCの存在下でCDPを重合させて調製したものであり，PBFプロセスに適した大きな粒径の吸着剤が得られた[4]。

微量汚染物質の除去量は、90MPを1mg/Lで混合したバッチ試験で測定し、微少汚染物質の破過量は、15種類の微少汚染物質を500ng/Lで混合したラピッドスモールスケールカラム試験(RSSCT)で測定した。すべての実験は、最初にナノ純水を用いて行い、その後、2つの別々の地下水、表層水、廃水源から採取した6種類の水サンプルを用いて行った。バッチ実験とRSSCT実験の結果、CDP吸着材はCCACと比較して吸着速度が速く、マトリックス成分の存在下での吸着阻害が少ないことが示された。
さらに、RSSCT実験におけるCDP@CMCの処理能力はCCACよりも高く、特により複雑な水マトリックスにおいて高い処理能力を示した。微量汚染物質のグループ間の吸着阻害と特定の水マトリックス成分の濃度との関連を調べるために統計分析を行った。CCACについては、すべての微小汚染物質について吸着阻害が観察され、主にモル重量が1000 Da未満の溶存有機物の存在に起因していた。CDP吸着剤では、主にカチオン性の微小汚染物質に対して吸着阻害が観察され、これはイオン強度の高い水試料中の無機イオンによってCDPの負の表面電荷がスクリーニングされていることに起因している。これらのデータは、水処理や廃水処理における微小汚染物質除去のためのCCACに代わる吸着剤としてのCDPの価値をさらに示している。

参考文献

1. Ling, Y., Alzate-Sánchez, D. M., Klemes, M. J., Dichtel, W. R., Helbling, D. E. 2020. Evaluating the effects of water matrix constituents on micropollutant removal by activated carbon and β-cyclodextrin polymer adsorbents. Water Research 173 (2020) 115551. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115551
2. Alsbaiee, A., Smith, B.J., Xiao, L., Ling, Y., Helbling, D.E., Dichtel, W.R., 2015. Rapid
   removal of organic micropollutants from water by a porous b-cyclodextrin
   polymer. Nature 529, 190e194. https://doi.org/10.1038/nature16185
3. Ling, Y., Klemes, M.J., Xiao, L., Alsbaiee, A., Dichtel, W.R., Helbling, D.E., 2017.
   Benchmarking micropollutant removal by activated carbon and porous bcyclodextrin polymers under environmentally relevant scenarios. Environ. Sci.
   Technol. 51, 7590e7598. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b00906
4. Alzate-Sanchez, D.M., Ling, Y., Li, C., Frank, B.P., Bleher, R., Fairbrother, D.H.,
   Helbling, D.E., Dichtel, W.R., 2019. b-Cyclodextrin polymers on microcrystalline
   cellulose as a granular media for organic micropollutant removal from water.
   ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 8089e8096. https://doi.org/10.1021/acsami.8b22100