1,2,3의 변형으로 향상된 항생물막 효과

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 24289(2016) 이 기사 인용

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생물 부착은 막 생물 반응기의 성능을 방해합니다. 본 연구에서는 1,2,3-트리아졸과 팔라듐(Pd) 나노입자로 개질된 폴리설폰 막의 오염 방지 효과를 조사했습니다. 변형된 막은 단일배양 종 생물막(즉, 점적 흐름 생물막 반응기, DFR) 및 혼합 종 생물막 실험(즉, 호기성 막 반응기, AeMBR)에서 항균 및 방오 효능에 대해 평가되었습니다. 1,2,3-트리아졸 및 Pd 나노입자는 호기성 및 혐기성 조건 모두에서 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 성장을 억제했습니다. 단일배양 종 생물막 매트릭스 내 총 다당류 양의 감소와 함께 박테리아 성장의 감소가 관찰되었습니다. 변형된 막을 AeMBR에 연결한 경우 막횡단 압력의 증가는 변형되지 않은 막보다 낮았습니다. 이는 혼합 종 생물막 매트릭스 내 단백질 및 다당류 농도의 감소를 동반했습니다. 생물막 층의 바이오매스 양은 또한 변형된 막이 있는 경우 더 낮았으며 영양분 제거율로 평가했을 때 반응기 성능에 해로운 영향은 없었습니다. 16S rRNA 분석은 또한 선택된 박테리아 그룹의 상대적 풍부함의 감소로 인해 막 오염이 지연되는 것으로 나타났습니다. 이러한 관찰은 개질된 막에 의해 달성된 더 낮은 오염 발생을 총체적으로 가리킨다.

막 분리 공정을 결합하면 폐수 품질이 향상되므로 막 생물반응기(MBR)가 폐수 처리에 선호되는 생명공학으로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 멤브레인은 또한 생물반응기 내에 촉매 금속(예: 산화망간, 팔라듐)을 유지하는 데 사용될 수 있습니다. 촉매 금속은 기존 활성 슬러지 공정에서 쉽게 생분해되지 않는 오염물질(예: 제약 및 개인 관리 제품, 살생물제 및 유기 미세 오염물질)의 환원적 수소탈할로겐화를 달성합니다. 입증하기 위해 팔라듐(Pd)은 의약품, 살생물제 및 요오드화 조영제1의 환원적 제거를 달성하기 위한 촉매 금속으로 사용되었습니다. 유사하게, 트리클로로에텐(TCE)2의 완전하고 효율적이며 신속한 제거를 달성하기 위해 연속 플레이트 막 반응기에서 Pd를 사용했습니다. 두 경우 모두 Pd는 중공사 나노여과막을 사용하여 MBR에 물리적으로 유지되거나 현탁액 형태로 반응기 시스템 전체에 재순환되었습니다. 그러나 이러한 나노입자에 대한 지지 물질이 부족하면 나노입자의 응집 및 성장이 발생할 수 있으며, 이로 인해 촉매 효과가 감소하게 됩니다3,4.

대안적으로, Pd 입자는 반응 표면 전체에 걸쳐 이 촉매의 균일한 분포를 달성하기 위해 막 표면에 매립될 수 있습니다. 예를 들어, Hennebel과 동료들은 폴리비닐리덴 플루오라이드 막에 Pd 입자를 캡슐화하고 이러한 변형된 막 접촉기가 디아트리조에이트에 의해 오염된 물5을 처리하는 데 사용될 수 있음을 입증했습니다. 그러나 Pd 함유 막은 반응기 작동 과정에서 생물 오염물질의 침착에 취약할 가능성이 있습니다. 이는 은이나 구리 나노입자와 같은 일부 중금속이 강한 항균 효과를 나타내는 것과 달리6,7,8,9 Pd 나노입자는 약하고 선택적인 항균 효과만을 갖기 때문입니다10. 생물 부착은 투과물 생산량 감소, 막 투과 압력 증가 및 막 모듈의 수명 단축을 초래할 수 있으므로 막 생물반응기의 성능에 특히 해롭습니다11. 또한, 단백질 및 다당류와 같은 생물 오염물질은 촉매 표면을 오염시켜 촉매 활성을 저하시킬 수 있습니다.