We applied column experiments to investigate the environmental fate and transport of silver nanoparticles(AgNPs) in fully saturated conditions of porous media. These column experiments were performed to emphasize oxidation method with $H_2O_2$ concentration and acidic conditions. The mobility of AgNPs was decreased with the increasing ionic strength that the surface charge of AgNPs(zeta potential) was neutralized with the presence of positive ions of $Na^+$. Additionally, it was also affected due to that not only more increased aggregated size of AgNPs and surface charge of quartz sand. The decreased breakthrough curves(BTCs) of bisphenol-A(BPA) and $17{\alpha}$-ethynylestradiol(EE2) were removed approximately 35.3 and 40%. This is due to that endocrine disrupting chemicals(EDCs) were removed with the release of $OH{\cdot}$ radicals by the fenton-like mechanisms from acidic and fenton-like reagent presenting. This results considered that higher input AgNPs with acidic conditions is proved to realistic in-situ oxidation method. Overall, it should be emphasized that a set of column experiments employed with adjusting pH and $H_2O_2$ concentration in proved to be effective method having potential ability of in-situ degradation for removing organic contaminants such as BPA and EE2.
Hussain, Mujtaba;Mahtab, Mohd Salim;Farooqi, Izharul Haq
Advances in environmental research
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제10권1호
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pp.59-86
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2021
Landfilling is the most commonly adopted method for a large quantity of waste disposal. But, the main concern related to landfills is the generation of leachate. The leachate is high strength wastewater that is usually characterized by the presence of high molecular recalcitrant organics. Several conventional methods are adopted for leachate treatment. However, these methods are only suitable for young leachate, having high biodegradability and low toxicity levels. The mature and stabilized leachate needs advanced technologies for its effective treatment. Advanced oxidation processes (AOPs) are very suitable for such complex wastewater treatment as reported in the literature. After going through the literature survey, it can be concluded that Fenton-based approaches are effective for the treatment of various high/low strength wastewaters treatment. The applications of the Fenton-based approaches are widely adopted and well recognized due to their simplicity, cost-effectiveness, and reliability for the reduction of high chemical oxygen demand (COD) as reported in several studies. Besides, the process is relatively economical due to fewer chemical, non-sophisticated instruments, and low energy requirements. In this review, the conventional and advanced Fenton's approaches are explained with their detailed reaction mechanisms and applications for landfill leachate treatment. The effect of influencing factors like pH, the dosage of chemicals, nature of reaction matrix, and reagent ratio on the treatment efficiencies are also emphasized. Furthermore, the discussion regarding the reduction of chemical oxygen demand (COD) and color, increase in biodegradability, removal of humic acids from leachate, combined processes, and the pre/post-treatment options are highlighted. The scope of future studies is summarized to attain sustainable solutions for restrictions associated with these methods for effective leachate treatment.
To elaborate the peroxidase activity of cytochrome c in the generation of free radicals from $H_2O_2$, the mechanism of DNA cleavage mediated by the cytochrome c/$H_2O_2$ system was investigated. When plasmid DNA was incubated with cytochrome c and $H_2O_2$, the cleavage of DNA was proportional to the cytochrome c and $H_2O_2$ concentrations. Radical scavengers, such as azide, mannitol, and ethanol, significantly inhibited the cytochrome c/$H_2O_2$ system-mediated DNA cleavage. These results indicated that free radicals might participate in the DNA cleavage by the cytochrome c and $H_2O_2$ system. Incubation of cytochrome c with $H_2O_2$ resulted in a time-dependent release of iron ions from the cytochrome c molecule. During the incubation of deoxyribose with cytochrome c and $H_2O_2$, the damage to deoxyribose increased in a time-dependent manner, suggesting that the released iron ions may participate in a Fenton-like reaction to produce $\cdot$OH radicals that may cause the DNA cleavage. Evidence that the iron-specific chelator, desferoxamine (DFX), prevented the DNA cleavage induced by the cytochrome c/$H_2O_2$ system supports this mechanism. Thus we suggest that DNA cleavage is mediated via the generation of $\cdot$OH by a combination of the peroxidase reaction of cytochrome c and the Fenton-like reaction of free iron ions released from oxidatively damaged cytochrome c in the cytochrome c/$H_2O_2$ system.
Removal of phenanthrene by electrokinetic method combined with Fenton-like process was studied in a model system. The scale of reactor was 120 cm in length, 10 cm in width, and 50 cm in height. Sand was selected as a model soil. Bentonite was filled in the space between reservoir and contaminated soil to control the flow rate of water. When constant voltage of 100 V was applied to this system, current varied from 1000 mA to 290 mA for 28 days. pH of anode and cathode reservoirs became to 2 and 13, respectively. Removal efficiency of phenanthrene was more than 60 %.
Methylglyoxal (MG) is an endogenous metabolite which is present in increased concentrations in diabetics and reacts with amino acids to form advanced glycation end products. In this study, we investigated whether ferritin enhances DNA cleavage by the reaction of MG with lysine. When plasmid DNA was incubated with MG and lysine in the presence of ferritin, DNA strand breakage was increased in a dose-dependent manner. The ferritin/MG/lysine system-mediated DNA cleavage was significantly inhibited by reactive oxygen species (ROS) scavengers. These results indicated that ROS might participate in the ferritin/MG/lysine system-mediated DNA cleavage. Incubation of ferritin with MG and lysine resulted in a time-dependent release of iron ions from the protein molecules. Our data suggest that DNA cleavage caused by the ferritin/MG/lysine system via the generation of ROS by the Fenton-like reaction of free iron ions released from oxidatively damaged ferritin.
Ferroptosis is a new kind of programmed cell death of which occurrence in microorganisms is not clearly verified. The elevated level of reactive oxygen species (ROS) influences cellular metabolisms through highly reactive hydroxyl radical formation under the iron-dependent Fenton reaction. Iron contributes to ROS production and acts as a cofactor for lipoxygenase to catalyze poly unsaturated fatty acid (PUFA) oxidation, exerting oxidative damage in cells. While ferroptosis is known to take place only in mammalian cells, recent studies discovered the possible ferroptosis-like death in few specific microorganisms. Capacity of integrating PUFA into intracellular membrane phospholipid has been considered as a key factor in bacterial or fungal ferroptosis-like death. Vibrio species in bacteria and Saccharomyces cerevisiae in fungi exhibited certain characteristics. Therefore, this review focus on introducing the occurrence of ferroptosis-like death in microorganisms and investigating the mode of action underlying the cells based on contribution of lipid peroxidation and iron-dependent reaction.
본 연구에서는 phenanthrene 오염토양 정회를 위한 동전기-펜턴 공정을 2차원 토양 정화장치에서 실시하여, 중력 및 전기삼투흐름과 관련된 phenanthrene의 제거 특성을 조사하고자 하였다. 100 V의 정전압 조건 하에서 전류는 초기 1,000에서 290 mA까지 감소하였는데, 이는 토양 내 이온들이 전기삼투 및 전기이동에 의해 유출수를 따라 밖으로 배출되어 토양의 저항이 증가하였기 때문이다. 28일의 처리기간 동안 두 개의 음극 전극조로부터 배출되어 음극 탱크에 축적된 총 전기삼투유량은 10,280 mL였으며, 전기삼투유속의 감소는 발생하지 않았다. 실험 종료 후 토양내 의 phenanthrene 잔류량은 양극 부분은 매우 낮았으며 음극으로 갈수록 증가하였다. 이것은 과산화수소를 포함한 전해질 용액이 전기삼투에 의하여 양극에서 음극으로 공급되었기 때문이다. 또한 오염물의 농도는 바닥 부분에서 낮게 나타났으며 토양의 윗부분으로 갈수록 증가하는 경향을 보였다. 이것은 공극의 크기가 큰 토양은 토양업자 표면과 유체간에 모세관 인력이 작으므로 중력에 의한 물의 흐름이 존재하였기 때문이다. 실험 종료 후 토양 내의 대부분의 지점에서 잔류 오염물은 초기 농도의 20% 이하의 값을 나타냈으며, 동전기펜턴 공정에 의한 평균 phenanthrene 제거율은 81.4%였다. 원위치 오염토양 정화기술인 동전기펜턴 공정을 이용함으로써 다른 토양 정화기술의 한계점을 극복하고 효과적으로 오염토양을 정화할 수 있을 것으로 기대된다.
천연 토양 속에 많이 존재하는 철광식인 goethite, magnetite와 과산화수소수를 이용해 펜톤 유사 반응(Fenton-like oxidation)을 유도하여 디젤과 등유로 각각 오염된 모래(silica sand)를 회분식 시스템으로 처리하여 보았다. 과산화수소수의 농도(0%, 1%, 15%), 초기 오염물의 농도(0.2, 0.5, 1.0g디젤, 등유/kg 모래), 그리고 철광석(iron minerals)의 양(0, 1, 5wt% magnetite or goethite)을 달리하여 반응조건들을 조사하였다. 모래-철광석-$H_2O$$_2$system에서의 오염물의 분해는 잔존 Total Petroleum Hydrocarbon(TPH)의 농도를 분석하여 확인하였다. 디젤이 silica sand에 오염된 경우(1.0g오염물/kg soil, 5wt% magnetite)에 과산화수소수의 농도를 0%, 1%, 그리고 15%로 달리하여 본 결과 8일후 각각 0%, 25%, 60%의 TPH 감소를 보였다. 철광석의 양이 lwt%에서 5wt%로 증가되었을 경우, 오염물의제거량이 magnetite의 경우 16%, goethite의 경우 13.1%만큼 증가하였다. 등유가 사용된 경우에 있어서의 오염물 분해는 디젤이 사용된 경우와 비슷하게 나타났다. Magnetite system은 iron(II)과 iron(III)이 공존하며, 미량의 철성분이 용해되므로 goethite system보다 오염물의 분해가 더 많이 일어나는 것으로 보인다. 그러나 용해된 철성분은 철광석 표면에 침전물의 형태로 쌓이게 되어 철광석 표면의 전자교환능력을 감소시키고 과산화수소수를 quenching시키는 것으로 사료된다. 그리하여 goethite system에서 과산화수소수가 적게 소모되어 magnetite system보다 나은 처리효율을 가지는 것으로 나타났다. 이 연구의 결과를 통하여 볼 때 천연토양속에는 magnetite와 goethite같은 철광석이 함유되어 있으므로 별도의 철성분 첨가없이 과산화수소수의 처리만으로도 석유로 오염된 토양의 처리가 가능할 것으로 보인다.
Oxidative stress is a cascade reaction characterized by a significant increase in the amount of oxidized components. Free radicals produced by oxidative stress are one of the common features in several experimental models of disease, and contribute to wide range of neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease. Iron (II) species can participate in the Fenton, and Fenton-like reactions, to react with hydrogen peroxide and generate hydroxyl radical. As iron accumulation and oxidative stress are associated with the pathological progression of neurodegenerative diseases, iron chelation and antioxidant therapies have become strategies to combat these diseases. Due to the complexity of the redox system in vivo, a multifaceted approach may be an attractive therapeutic strategy. Further investigations are highly expected for the prevention and treatment of neurodegenerative diseases in future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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