DOI: https://doi.org/10.1007/s10661-025-13685-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39928232
تاريخ النشر: 2025-02-10
المؤلف: Nora Samghouli وآخرون
الموضوع الرئيسي: الامتصاص والامتصاص الحيوي لإزالة الملوثات
نظرة عامة
تستعرض هذه المراجعة آليات الامتزاز للملوثات الصيدلانية الناشئة على الكربون المنشط، مع تسليط الضوء على أهمية مجموعات الوظائف السطحية مقارنةً بمساحة السطح المحددة وبنية المسام في تحديد فعالية الامتزاز. يتم التأكيد على تقنيات التوصيف مثل مطيافية الإلكترونات بالأشعة السينية (XPS) ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) ومعايرة بوهيم لتحليل مجموعات الوظائف الموجودة على الكربون المنشط. تشير النتائج إلى أن الامتزاز الأمثل يتطلب اختيارًا دقيقًا لطرق المعالجة ومواد التنشيط لتعزيز وجود مجموعات الوظائف المؤكسدة التفاعلية، بما في ذلك مجموعات الهيدروكسيل، والكربوكسيل، والكربونيل، والتي تعتبر حاسمة للتفاعل الفعال مع الملوثات الصيدلانية.
تناقش المراجعة أيضًا المخاوف البيئية المتزايدة المرتبطة بمخلفات الأدوية، والتي يتم التعرف عليها بشكل متزايد كملوثات ناشئة بسبب تصريفها في المياه والتربة، مما يؤثر سلبًا على صحة الإنسان. وتلاحظ الزيادة في استخدام مواد الامتصاص الحيوية منخفضة التكلفة، التي تمتلك هياكل مسامية ومجموعات مؤكسدة ملائمة للامتزاز. تختتم الورقة بالدعوة إلى تعديل هذه المواد الممتصة من خلال المعالجات الفيزيائية أو الكيميائية لتعزيز مجموعات الوظائف الخاصة بها، وبالتالي تحسين قدرتها على امتصاص الملوثات الصيدلانية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القلق المتزايد بشأن الملوثات الدقيقة، وخاصة الأدوية، في البيئات المائية بسبب استخدامها الواسع في صحة الإنسان والحيوان. يتم اكتشاف هذه المركبات، بما في ذلك المضادات الحيوية ومضادات الالتهاب، بشكل متكرر في مياه الصرف الصحي، حيث أن محطات معالجة مياه الصرف التقليدية ليست مجهزة للقضاء على جميع الملوثات الصيدلانية. تؤكد الآثار السلبية لهذه الملوثات الدقيقة على النظم البيئية المائية وصحة الإنسان على الحاجة إلى طرق إزالة فعالة.
من بين التقنيات المختلفة لإزالة الأدوية، اكتسب الامتزاز باستخدام الكربون المنشط المشتق من النفايات الزراعية اهتمامًا كبيرًا بسبب كفاءته العالية وفعاليته من حيث التكلفة. يُلاحظ أن البيوچار، الذي يتم إنتاجه من خلال التحلل الحراري، يتمتع بهيكل مسامي ومساحة سطح عالية، مما يجعله ممتصًا واعدًا. تناقش المقدمة طرق التنشيط الفيزيائية والكيميائية لتعزيز خصائص البيوچار، موضحة مزاياها وعيوبها. تؤكد على أن قدرة الامتزاز للكربون المنشط تتأثر ليس فقط بمساحة سطحه وبنية مسامه ولكن أيضًا بوجود مجموعات الوظائف، التي تسهل التفاعلات مع الملوثات الصيدلانية. تهدف المراجعة إلى تحليل تأثير طرق التنشيط المختلفة على آليات الامتزاز للملوثات الصيدلانية الناشئة بواسطة الكربون المنشط، مستندة إلى الأبحاث التي أجريت بين عامي 2007 و2021.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على فعالية الكربون المنشط في امتصاص الملوثات الصيدلانية من المياه، مع التأكيد على دوره الكبير في الترميم البيئي. تشير مراجعة منهجية للأدبيات من 2007 إلى 2021 إلى أن حوالي 49.02% من الدراسات ركزت على امتصاص المضادات الحيوية، بينما استهدفت 33.34% الأدوية غير الستيرويدية المضادة للالتهابات (NSAIDs). تؤكد النتائج على التحديات المرتبطة بإزالة المضادات الحيوية، والتي تعزى إلى هياكلها المعقدة وتركيزاتها العالية في مياه الصرف، إلى جانب الاستخدام الشائع للأدوية غير الستيرويدية في المنازل.
تتوسع القسم في توضيح الخصائص الكيميائية والمورفولوجية للكربون المنشط، موضحة طرق التنشيط المختلفة، بما في ذلك التنشيط الكيميائي باستخدام عوامل مثل حمض الفوسفوريك (H₃PO₄) وحمض الكبريتيك (H₂SO₄). تكشف المراجعة أن مساحة السطح المحددة والمسامية للكربون المنشط تؤثر بشكل كبير على قدرته على الامتزاز، على الرغم من عدم ملاحظة علاقة مباشرة بين مساحة السطح وكمية الامتزاز بشكل متسق. بدلاً من ذلك، تقترح الدراسة أن أقطار المسام الأكبر قد تعزز كفاءة الامتزاز، مما يشير إلى أهمية كل من عامل التنشيط وظروف المعالجة في تحسين أداء الكربون المنشط لإزالة الملوثات الصيدلانية. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة آليات التنشيط التي تشمل أحماض وقواعد مختلفة، مع تسليط الضوء على أدوارها في تعديل مجموعات الوظائف السطحية وتعزيز خصائص الامتزاز للمادة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10661-025-13685-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39928232
Publication Date: 2025-02-10
Author(s): Nora Samghouli et al.
Primary Topic: Adsorption and biosorption for pollutant removal
Overview
This review examines the adsorption mechanisms of emerging pharmaceutical pollutants onto activated carbons, highlighting the significance of surface functional groups over specific surface area and pore structure in determining adsorption efficacy. Characterization techniques such as X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and Boehm titration are emphasized for analyzing the functional groups present on activated carbons. The findings suggest that optimal adsorption requires careful selection of treatment methods and activating agents to enhance the presence of reactive oxygenated functional groups, including hydroxyl, carboxylic, and carbonyl groups, which are crucial for effective interaction with pharmaceutical contaminants.
The review also addresses the growing environmental concerns associated with pharmaceutical residues, which are increasingly recognized as emerging contaminants due to their discharge into water and soil, adversely affecting human health. It notes the rising use of low-cost biosorbent materials, which possess porous structures and oxygenated groups conducive to adsorption. The paper concludes by advocating for the modification of these biosorbents through physical or chemical treatments to enhance their functional groups, thereby improving their capacity to adsorb pharmaceutical pollutants.
Introduction
The introduction highlights the growing concern over micropollutants, particularly pharmaceuticals, in aquatic environments due to their widespread use in human and animal health. These compounds, including antibiotics and anti-inflammatories, are frequently detected in wastewater effluents, as conventional wastewater treatment plants are not equipped to eliminate all pharmaceutical pollutants. The adverse effects of these micropollutants on aquatic ecosystems and human health underscore the need for effective removal methods.
Among various techniques for pharmaceutical removal, adsorption using activated carbons derived from agricultural waste has gained significant attention due to its high efficiency and cost-effectiveness. Biochar, produced through pyrolysis, is noted for its porous structure and high surface area, making it a promising adsorbent. The introduction discusses both physical and chemical activation methods to enhance biochar properties, detailing their respective advantages and disadvantages. It emphasizes that the adsorption capacity of activated carbon is influenced not only by its surface area and pore structure but also by the presence of functional groups, which facilitate interactions with pharmaceutical pollutants. The review aims to analyze the impact of different activation methods on the adsorption mechanisms of emerging pharmaceutical pollutants by activated carbon, drawing on research conducted between 2007 and 2021.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the efficacy of activated carbon in adsorbing pharmaceutical pollutants from water, emphasizing its significant role in environmental remediation. A systematic review of literature from 2007 to 2021 indicates that approximately 49.02% of studies focused on the adsorption of antibiotics, while 33.34% targeted non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). The findings underscore the challenges associated with removing antibiotics, attributed to their complex structures and high concentrations in wastewater, alongside the prevalent use of NSAIDs in households.
The section further elaborates on the chemical and morphological characteristics of activated carbon, detailing various activation methods, including chemical activation with agents like phosphoric acid (H₃PO₄) and sulfuric acid (H₂SO₄). The review reveals that the specific surface area and porosity of activated carbon significantly influence its adsorption capacity, although a direct correlation between surface area and adsorption quantity was not consistently observed. Instead, the study suggests that larger pore diameters may enhance adsorption efficiency, indicating the importance of both the activation agent and the treatment conditions in optimizing the performance of activated carbon for pharmaceutical pollutant removal. Additionally, the activation mechanisms involving different acids and bases are discussed, highlighting their roles in modifying the surface functional groups and enhancing the material’s adsorption properties.