Glyphosate and Triton X-100 single-competitive sorption-desorption analysis through kinetic and equilibrium frameworks utilizing maximum likelihood method.
Environ Sci Pollut Res Int · 2025 · 32:25815-25838 · PMID 41208005 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 환경과 생태 > 토양 거동 · 환경시료 · 제형(GBH)
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본 연구는 평형 및 동역학적 틀 내에서 단일 조건과 경쟁 조건 모두 하의 글리포세이트와 트라이톤 X-100의 흡착 및 탈착 동태를 조사하였다. 농약과 계면활성제가 토양을 통해 이동하여 지하수를 오염시킬 수 있는 농업 환경에서 경쟁적 흡착-탈착을 이해하고 침출 잠재력을 결정하는 것은 매우 중요하다. 본 연구는 단일 및 경쟁 등온선을 통합하여 배치 실험으로부터 주요 매개변수를 추정하기 위해 최대 우도 알고리즘에 기반한 고급 역모델을 개발하였다. 또한, 이 연구는 화합물 간의 경쟁, 농도 비율, 그리고 토양 특성이 흡착-탈착 과정에 미치는 영향을 탐구하고, 평형적 틀과 동역학적 틀 간의 정량적 비교를 제공하였다. 결과에 따르면, 트라이톤 X-100은 최대 흡착 용량이 0.2 mg/gsoil로 최소한의 흡착을 보였으며, 이러한 흡착 특성은 토양 구성이나 글리포세이트 존재 여부와 관계없이 거의 동일하게 유지되었다. 글리포세이트의 경우, 최대 흡착 용량이 27 mg/gsoil에 달하며, 알바이트, 무스코바이트, 카올리나이트 및 일라이트와 같은 광물의 존재는 흡착을 최대 45%까지 증가시켜 동역학적 조건에서 더 높은 흡착 대 탈착 비율을 초래하고 더 짧은 시간 내에 평형에 도달하게 하였다. 더욱이, MLM 결과는 경쟁 조건 하에서 글리포세이트의 흡착이 최대 10% 감소하며, 트라이톤 X-100 농도가 0.5에서 2%로 증가함에 따라 추가적으로 10% 감소가 관찰되었음을 나타냈다. 동역학적 분석 결과, 단일 조건과 경쟁 조건 모두에서 글리포세이트의 흡착-탈착은 초기 급속 흡착 단계(총 흡착량의 약 70%가 발생하며 탈착이 최소화됨)를 포함하고, 이후 시스템이 평형에 가까워지면서 속도가 느려지는 단계를 거쳤다. 트라이톤 X-100의 존재는 특히 높은 농도에서 급속 흡착 단계를 연장시키고 평형을 지연시켜 글리포세이트의 흡착 패턴을 변화시켰다. 더욱이, 최대 흡착-탈착 속도는 단일 흡착 시나리오에서 처음 100분 이내에 발생하였으나, 트라이톤 X-100의 존재는 흡착 속도를 늦추어 그 기간을 최대 300분까지 분산시켰다.ORIGINAL ABSTRACT
This study investigates the sorption and desorption dynamics of glyphosate and Triton X-100 under both single and competitive conditions within equilibrium and kinetic frameworks. Understanding competitive sorption-desorption, determining the leaching potential, is critical in agricultural contexts where pesticides and surfactants can migrate through soil and contaminate groundwater. This study develops an advanced inverse model based on a maximum likelihood algorithm to characterize sorption-desorption, integrating single and competitive isotherms to estimate key parameters from batch experiments. The study further explores the impacts of compound competition, concentration ratios, and soil properties on sorption-desorption processes, while providing a quantitative comparison between equilibrium and kinetic frameworks. Results indicate that Triton X-100 exhibits minimal sorption with maximum sorption capacity of 0.2 mg/gsoil, which sorption characteristics remain nearly identical regardless of soil composition or the presence of glyphosate. For glyphosate, with a maximum sorption capacity up to 27 mg/gsoil, the presence of minerals such as albite, muscovite, kaolinite, and illite can increase sorption by up to 45%, resulting in higher sorption to desorption ratio under kinetic conditions and achieving equilibrium in a shorter timeframe. Moreover, the MLM results indicate that competitive conditions reduce glyphosate sorption by up to 10%, with a further 10% decrease observed as the Triton X-100 concentration increases from 0.5 to 2%. Kinetic analysis shows that glyphosate sorption-desorption, in both single and competitive conditions, includes an initial rapid sorption phase where approximately 70% of total sorption occurs with minimal desorption, followed by a slower phase as the system nears equilibrium. The presence of Triton X-100, especially at higher concentrations, extends the rapid sorption phase and delays equilibrium, altering glyphosate's sorption pattern. Moreover, peak sorption-desorption rates occur within the first 100 min in single-sorption scenarios, while the presence of Triton X-100 slows the sorption rate, spreading it up to 300 min.| 저자 | Moghimi, H.; Mousavi Nezhad, M.; Huysmans, M. |
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| 저널 | Environmental science and pollution research international |
| 권·호·쪽 | 32(45), 25815-25838 |
| PMID | 41208005 |
| DOI | 10.1016/j.gca.2023.12.024 |
| MeSH | Glyphosate; Glycine; Octoxynol; Kinetics; Adsorption; Soil; Herbicides; Soil Pollutants; Surface-Active Agents |