共有結合型有機フレームワークを用いた天然水からのイブプロフェンの抽出

Extraction of Ibuprofen from Natural Waters Using a Covalent Organic Framework.

• Soraia P S Fernandes
• Abdelkarim Mellah
• Petr Kovář
• Marisa P Sárria
• Milan Pšenička
• Harik Djamila
• Laura M Salonen
• Begoña Espiña

抄録

イブプロフェンは医薬品の一つとして広く使用されていますが、従来の排水処理では除去効率が悪いため、自然界の表層水に高濃度で存在しています。最近、私たちは、TpBD-(CF)共有結合型有機フレームワーク(COF)が超純水からイブプロフェンを高効率で吸着できることを実証しました。ここでは、湖沼,河川,河口域の天然水からイブプロフェンを抽出するためのCOFの性能を調べた。一般に、天然水のマトリックスが複雑であるため、超純水に比べてイブプロフェンの吸着効率が低下することがわかった。その結果、吸着効率が70%以上と最も優れた性能を示したのは、pHが最も低い湖沼水であった。理論計算によると、イブプロフェンはプロトン化した状態でCOF細孔とより良好な相互作用を示し、これが湖水の吸着効率の向上を部分的に説明している可能性がある。さらに、競合する医薬品であるアセトアミノフェンとフェノバルビタールの存在がイブプロフェン吸着に及ぼす影響を二元混合物として検討した。その結果、アセトアミノフェンとフェノバルビタールはTpBD-(CF)に低効率で吸着され、それらの存在は二元混合物中のイブプロフェン吸着量の増加をもたらした。全体として、本研究は、TpBD-(CF)が天然水からもイブプロフェンを抽出するための効率的な吸着剤であることを示している。

Ibuprofen is one of the most widely used pharmaceuticals, and due to its inefficient removal by conventional wastewater treatment, it can be found in natural surface waters at high concentrations. Recently, we demonstrated that the TpBD-(CF) covalent organic framework (COF) can adsorb ibuprofen from ultrapure water with high efficiency. Here, we investigate the performance of the COF for the extraction of ibuprofen from natural water samples from a lake, river, and estuary. In general, the complexity of the natural water matrix induced a reduction in the adsorption efficiency of ibuprofen as compared to ultrapure water. The best performance, with over 70% adsorption efficiency, was found in lake water, the sample which featured the lowest pH. According to the theoretical calculations, ibuprofen more favorably interacts with the COF pores in the protonated form, which could partially account for the enhanced adsorption efficiency found in lake water. In addition, we explored the effect of the presence of competing pharmaceuticals, namely, acetaminophen and phenobarbital, on the ibuprofen adsorption as binary mixtures. Acetaminophen and phenobarbital were adsorbed by TpBD-(CF) with low efficiency and their presence led to an increase in ibuprofen adsorption in the binary mixtures. Overall, this study demonstrates that TpBD-(CF) is an efficient adsorbent for the extraction of ibuprofen from natural waters as well.