貝殻の炭酸化によって合成されたアラゴナイトの水性媒体中の低濃度リン吸着：最適化、動態、およびメカニズム研究

閾値を超えたリン（P）濃度は、停滞した水域の富栄養化を引き起こす可能性がありますが、それでもそれは水生生物にとって不可欠な主要栄養素です。P濃度が低い場合（1 mg L-1以下）、Pは生態系の健康に有害な場合がありますが、この側面は徹底的に調査されていません。低いP含有量の除去は、かなり高価または複雑です。したがって、低いP含有量の除去には、バロル化された二枚貝の貝殻を使用できるユニークで持続可能なアプローチが提案されています。最初は、約21のアスペクト比を持つ軸型アラゴナイト粒子（〜21μm）が湿った炭酸化プロセスを通じて合成され、低濃度のPを含む水溶液（P≤1mg L-1）の処理に使用されました。応答表面の方法論ベースのボックスベンケン設計は、最適化研究に採用されており、アラゴナイトの投与量（140 mg）、平衡pH（〜10.15）、および温度（45°C）で、リン除去効率が〜97％である可能性があることが明らかになりました。10時間で得られます。運動学および等温線の研究も、可能性のある除去メカニズムを調査するために（p≤1mg L-1内）実施されています。また、アラゴナイトは、硝酸塩、塩化物、硫酸塩、炭酸塩などの共存する陰イオンを伴うリン酸塩に対してより高い選択性（> 70％）を示しています。実験データ、元素マッピング、および分子動的シミュレーションを通じて、除去メカニズムは、アラゴナイト表面上のCa2+イオンの静電吸着とカルシウムとリン酸イオン間の化学的相互作用の組み合わせを含むことが観察されています。現在の研究は、材料溶液中の低P含有量を除去するための貝殻由来のアラゴナイトの持続可能で有益な可能性を示しています。

Phosphorus (P) concentration beyond threshold limit can trigger eutrophication in stagnant water bodies nevertheless it is an indispensable macronutrient for aquatic life. Even in low P concentration (≤1 mg L-1), P can be detrimental for ecosystem's health, but this aspect has not been thoroughly investigated. The elimination of low P content is rather expensive or complex. Therefore, a unique and sustainable approach has been proposed in which valorized bivalve seashells can be used for the removal of low P content. Initially, acicular shaped aragonite particles (~21 μm) with an aspect ratio of around 21 have been synthesized through the wet carbonation process and used to treat aqueous solutions containing P in low concentration (P ≤ 1 mg L-1). Response surface methodology based Box-Behnken design has been employed for optimization study which revealed that with aragonite dosage (140 mg), equilibrium pH (~10.15), and temperature (45 °C), a phosphorus removal efficiency of ~97% can be obtained in 10 h. The kinetics and isotherm studies have also been carried out (within the range P ≤ 1 mg L-1) to investigate a probable removal mechanism. Also, aragonite demonstrates higher selectivity (>70%) towards phosphate with coexisting anions such as nitrate, chloride, sulfate, and carbonate. Through experimental data, elemental mapping, and molecular dynamic simulation, it has been observed that the removal mechanism involved a combination of electrostatic adsorption of Ca2+ ions on aragonite surface and chemical interaction between the calcium and phosphate ions. The present work demonstrates a sustainable and propitious potential of seashell derived aragonite for the removal of low P content in aqueous solution along with its unconventional mechanistic approach.