活性炭カラムにおけるナノプラスチックの輸送挙動

ナノプラスチックは、化粧品などのいくつかの人工製品から直接生産したり、大きなプラスチック廃棄物の分裂から間接的に生産できます。それらは、粒子サイズが小さく、特定の表面積が大きく、安定した構造を持ち、毒性化合物を水中に集中させることができます。都市部の配管システムまたは地表流出を介して水環境へのナノ形成術の排出は、地表水資源の汚染につながる可能性があり、これは飲料水の安全性に対する大きな脅威をもたらします。一般的な吸着剤として、粒状活性炭（GAC）は、飲料水の高度な処理に広く使用されています。しかし、ほとんどの研究は、石英砂におけるナノプラスチックの輸送能力に焦点を合わせており、活性炭媒体におけるナノプラスチックの移動行動に関する研究が不足しています。この研究では、GACの安定性と細孔特性を研究し、その再生効率を調査しました。98±9 nmの粒子サイズと約67 m2/gの比表面積を持つPSNPの輸送曲線は、異なるイオン強度、イオン種、流量、pH、およびフミン酸（HA）濃度の下で比較されました。また、DLVO理論を使用して、活性炭カラムにおけるナノ形成術の輸送挙動を分析しました。すべての実験は、結果を一般化可能にするために室温で実行されました。結果は、GACが安定した細孔構造と優れた吸着能力を持っていることを示しました。GACの表面積と細孔体積は、それぞれ759 m2/gと0.357 cm3/gです。また、GACの再生率は、最初の2回の再生サイクルの後、90％と83.3％に達する可能性があります。一方、高いイオン強度と低pHでは、PSNPと活性炭との間の反発的障壁が徐々に消滅しました。次に、より多くのPSNPが活性炭媒体に堆積し、排水水中のPSNPの濃度は低くなりました。流量とHAの両方がPSNPの輸送を促進しましたが、HA濃度がさらに増加し​​た場合、PSNPのブレークスルー曲線は大幅に変化しませんでした。同じイオン濃度では、PSNPはNa+と比較してCa2+のバックグラウンド溶液に活性炭の表面に堆積する傾向があります。この研究は、活性炭フィルターカラムのPSNPの移動メカニズムを明らかにしています。これは、飲料水と人間の健康の安全性を確保するために非常に重要です。

Nanoplastics can be produced directly from some artificial products, such as cosmetics, or indirectly from the breakup of large pieces of plastic waste. They have a small particle size, large specific surface area, and stable structure and can concentrate toxic compounds in water. The discharge of nanoplastics into the water environment through urban piping systems or surface runoff may lead to the contamination of surface water resources, which poses a great threat to the safety of drinking water. As a common adsorbent, granular activated carbon (GAC) is widely used in the advanced treatment of drinking water. However, most of the studies focused on the transport ability of nanoplastics in quartz sand, and there is a lack of research on the migration behavior of nanoplastics in activated carbon media. In this study, the stability and pore characteristics of GAC were studied, and its regeneration efficiency was investigated. The transport curves of PSNPs, which have a particle size of 98 ± 9 nm and specific surface area of about 67 m2/g, were compared under different ionic strengths, ionic species, flow rates, pH, and humic acid (HA) concentrations. And DLVO theory was used to analyze the transport behavior of nanoplastics in activated carbon column. All experiments were performed at room temperature to make the results generalizable. The results showed that GAC had stable pore structure and excellent adsorption capacity. The surface area and pore volume of GAC are 759 m2/g and 0.357 cm3/g, respectively. And the regeneration rate of GAC can reach 90% and 83.3% after the first two regeneration cycles. On the other hand, at high ionic strength and low pH, the repulsive barrier between PSNPs and activated carbon gradually disappeared; then, more PSNPs were deposited in the activated carbon media, and the concentration of PSNPs in the effluent water was lower. Both the flow rate and HA promoted the transport of PSNPs, but the breakthrough curves of PSNPs did not change significantly when the HA concentration was further increased. At the same ion concentration, PSNPs tend to deposit on the surface of activated carbon in the background solution of Ca2+ compared with Na+. This study reveals the migration mechanism of PSNPs in the activated carbon filter column, which is of great importance to ensure the safety of drinking water and human health.