Biochar - een houtskoolachtige substantie die voornamelijk wordt gemaakt van landbouwafvalproducten - is veelbelovend voor het verwijderen van opkomende verontreinigingen zoals geneesmiddelen uit gezuiverd afvalwater.

Dat is de conclusie van een team van onderzoekers die een nieuwe studie hebben uitgevoerd die het vermogen van biochar, afgeleid van twee veelvoorkomende overgebleven landbouwmaterialen - katoenjeneverafval en guayule-bagasse - om drie veel voorkomende farmaceutische verbindingen uit een waterige oplossing te adsorberen, evalueerde en vergeleek. Bij adsorptie, één materiaal, als een farmaceutische verbinding, plakt aan het oppervlak van een ander, zoals het vaste biochar-deeltje. Omgekeerd, in absorptie, het ene materiaal wordt intern in het andere opgenomen; bijvoorbeeld, een spons absorbeert water.

Guayule, een struik die groeit in het dorre zuidwesten, leverde het afval voor een van de in het onderzoek geteste biochars. Beter genaamd Parthenium argentatum, het is gekweekt als een bron van rubber en latex. De plant wordt op de grond gehakt en de takken worden fijngestampt om de latex te extraheren. de droge, vlezig, vezelige resten die achterblijven nadat de stengels zijn geplet om de latex te extraheren, wordt bagasse genoemd.

De resultaten zijn belangrijk, volgens onderzoeker Herschel Elliott, Penn State hoogleraar landbouw- en biologische techniek, College voor Landbouwwetenschappen, omdat ze het potentieel aantonen voor biochar gemaakt van overvloedig landbouwafval - dat anders moet worden verwijderd - om te dienen als een goedkope aanvullende behandeling voor het verminderen van verontreinigingen in behandeld afvalwater dat wordt gebruikt voor irrigatie.

"De meeste rioolwaterzuiveringsinstallaties zijn momenteel niet uitgerust om opkomende verontreinigingen zoals geneesmiddelen, en als die giftige verbindingen kunnen worden verwijderd door biochars, dan kan afvalwater worden gerecycled in irrigatiesystemen, " zei hij. "Dat nuttig hergebruik is van cruciaal belang in regio's zoals het zuidwesten van de VS, waar een gebrek aan water de productie van gewassen belemmert."

De farmaceutische verbindingen die in het onderzoek werden gebruikt om te testen of de biochars ze zouden adsorberen uit een waterige oplossing waren:sulfapyridine, een antibacterieel medicijn dat niet langer wordt voorgeschreven voor de behandeling van infecties bij mensen, maar veel wordt gebruikt in de diergeneeskunde; documenteren, veel gebruikt in medicijnen als laxeermiddel en ontlastingverzachter; en erytromycine, een antibioticum dat wordt gebruikt om infecties en acne te behandelen.

De resultaten, vandaag (16 november) gepubliceerd in Biochar, suggereren dat biochars gemaakt van agrarisch afvalmateriaal kunnen fungeren als effectieve adsorbentia om geneesmiddelen uit teruggewonnen water te verwijderen voorafgaand aan irrigatie. Echter, de biochar afgeleid van katoenjeneverafval was veel efficiënter.

In het onderzoek, het adsorbeerde 98% van het docusaat, 74% van de erytromycine en 70% van de sulfapyridine in waterige oplossing. Ter vergelijking, de biochar afgeleid van guayule bagasse geadsorbeerd 50% van het docusaat, 50% van de erytromycine en slechts 5% van de sulfapyridine.

Uit het onderzoek bleek dat een temperatuurstijging, van ongeveer 650 tot ongeveer 1, 300 graden F in het zuurstofvrije pyrolyseproces dat wordt gebruikt om de landbouwafvalmaterialen om te zetten in biochars, resulteerde in een sterk verbeterde capaciteit om de farmaceutische verbindingen te adsorberen.

"Het meest innovatieve deel van het onderzoek was het gebruik van de guayule-bagasse, omdat er geen eerdere studies zijn geweest over het gebruik van dat materiaal om biochar te produceren voor het verwijderen van opkomende verontreinigingen, " zei hoofdonderzoeker Marlene Ndoun, een doctoraalstudent in de afdeling landbouw- en biologische technologie van Penn State. "Hetzelfde geldt voor afval van katoen jenever - er is onderzoek gedaan naar mogelijke manieren om andere verontreinigingen te verwijderen, maar dit is de eerste studie waarbij katoenjeneverafval specifiek wordt gebruikt om geneesmiddelen uit het water te verwijderen."

voor Ndoun, het onderzoek is meer dan theoretisch. Ze zei dat ze de technologie wil opschalen en een verschil wil maken in de wereld. Omdat katoen jeneverafval overal verkrijgbaar is, zelfs in de armste regio's, ze gelooft dat het een belofte inhoudt als een bron van biochar om water te ontsmetten.

"Ik kom oorspronkelijk uit Kameroen, en de reden dat ik hier ben, is omdat ik op zoek ben naar manieren om water te filteren in gemeenschappen met beperkte middelen, zoals waar ik ben opgegroeid, "zei ze. "We denken dat als dit kan worden opgeschaald, het zou ideaal zijn voor gebruik in landen in sub-Sahara Afrika, waar mensen geen toegang hebben tot geavanceerde apparatuur om hun water te zuiveren."

De volgende stap, Ndoun legde uit, zou zijn om een ​​mengsel van biochar-materiaal te ontwikkelen dat een breed scala aan verontreinigingen uit water kan adsorberen.

"Naast het verwijderen van opkomende verontreinigingen zoals geneesmiddelen, Ik ben geïnteresseerd in het mengen van biochar-materialen, zodat we goedkope filters hebben die de typische verontreinigingen die we in water aantreffen, kunnen verwijderen, zoals bacteriën en organisch materiaal, ' zei Ndoun.