Antibacterial activity of palygorskite, sepiolite and modified forms thereof

Abstract

This study explores the antibacterial efficacy of natural clay minerals palygorskite and sepiolite and their modified forms in the removal of Escherichia coli and Enterococcus faecalis from synthetic wastewater. Thermally treated palygorskite (TP) demonstrated superior adsorption properties, attributed to increased surface area and porosity as revealed by BET analysis. Batch kinetic experiments showed maximum E. coli removal (~69%) using 1g of TP for 40 minutes stirring, while fixed-bed reactor configurations achieved up to 99.1% removal efficiency for E. coli and 98.1% for E. faecalis, particularly in a selected column arrangement. Reusability tests indicated a decline in adsorption efficiency over repeated cycles, highlighting the saturation and micropore clogging as limiting factors. Comparatively, palygorskite outperformed sepiolite, especially at lower dosages, due to better dispersion and interaction with bacteria. The study confirms the potential of thermally treated clay minerals as sustainable alternatives to conventional chemical disinfectants in wastewater treatment. Their regeneration via dry heat sterilization offers practical advantages for repeated use. Overall, the research contributes to advancing eco-friendly water disinfection technologies that align with global efforts toward safer, more sustainable water management.

Αυτή η μελέτη διερευνά την αντιβακτηριακή αποτελεσματικότητα των φυσικών αργιλικών ορυκτών παλυγορσκίτη και σεπιόλιθου και των τροποποιημένων μορφών τους στην απομάκρυνση των Escherichia coli και Enterococcus faecalis από συνθετικά λύματα. Ο θερμικά επεξεργασμένος παλυγορσκίτης (TP) επέδειξε ανώτερες ιδιότητες προσρόφησης, που αποδίδονται στην αυξημένη επιφάνεια και το πορώδες, όπως αποκαλύφθηκε από την ανάλυση BET. Τα πειράματα σε υδατικά διαλύματα (batch πειράματα) έδειξαν καλύτερη απομάκρυνση E. coli (~69%) χρησιμοποιώντας 1g TP για 40 λεπτά ανάδευσης, ενώ τα πειράματα με στήλες πέτυχαν απόδοση απομάκρυνσης έως και 99,1% για το E. coli και 98,1% για το E. faecalis, ιδιαίτερα σε μια επιλεγμένη διάταξη στήλης. Οι δοκιμές επαναχρησιμοποίησης έδειξαν μείωση στην απόδοση προσρόφησης σε επαναλαμβανόμενους κύκλους, επισημαίνοντας τον κορεσμό και την απόφραξη των μικροπόρων ως περιοριστικούς παράγοντες. Συγκριτικά, ο παλυγορσκίτης ξεπέρασε τον σεπιόλιθο, ειδικά σε χαμηλότερες δοσολογίες, λόγω καλύτερης διασποράς και αλληλεπίδρασης με βακτήρια. Η μελέτη επιβεβαιώνει τις δυνατότητες των θερμικά επεξεργασμένων αργιλικών ορυκτών ως βιώσιμες εναλλακτικές λύσεις σε σχέση με τα συμβατικά χημικά απολυμαντικά στην επεξεργασία λυμάτων. Η αναγέννησή τους μέσω αποστείρωσης με ξηρή θερμότητα προσφέρει πρακτικά πλεονεκτήματα για επαναλαμβανόμενη χρήση. Συνολικά, η έρευνα συμβάλλει στην προώθηση φιλικών προς το περιβάλλον τεχνολογιών απολύμανσης νερού που συμβαδίζουν με τις παγκόσμιες προσπάθειες για ασφαλέστερη και πιο βιώσιμη διαχείριση των υδάτων.