Gesinterte Geflügelreste als kostengünstiges Adsorbens zur Aufnahme von Kongorot: Einblicke in Kinetik, Isothermen und Thermodynamik

Ein landwirtschaftliches Problem als Wasserlösung

Weltweit geben Fabriken, die Stoffe färben, Papier, Kunststoffe und Kosmetika herstellen, farbiges Abwasser ab, das jahrelang in Flüssen und Seen verbleiben kann. Ein besonders hartnäckiger roter Farbstoff, Kongorot, ist schwer zu entfernen und kann sowohl der Tierwelt als auch dem Menschen schaden. Diese Studie untersucht eine unerwartete Lösung: die Umwandlung von Geflügelschlachtabfällen in ein einfaches, kostengünstiges Material, das diesen Farbstoff aus Wasser herauszieht und so verschmutzte Gewässer reinigen und gleichzeitig landwirtschaftliche Abfälle reduzieren kann.

Warum Farbe im Wasser zählt

Gefärbtes Abwasser ist nicht nur ein ästhetisches Problem. Es blockiert das Eindringen von Sonnenlicht in das Wasser, stört die Photosynthese und unterbricht aquatische Nahrungsnetze. Kongorot, ein weit verbreiteter roter Farbstoff, löst sich leicht, widersteht dem natürlichen Abbau und kann Haut und Organe reizen sowie langfristige Gesundheitsrisiken bergen. Traditionelle Behandlungsverfahren – wie chemische Oxidation, Membranfiltrationen und aufwendige Reaktoren – können einige Farbstoffe entfernen, sind aber häufig teuer, energieintensiv und erzeugen zusätzlichen Schlamm, der sicher entsorgt werden muss. Mit dem Wachstum der Industrie benötigen Gemeinschaften, insbesondere in Entwicklungsländern, einfachere, günstigere und nachhaltigere Methoden, um diese verschmutzten Gewässer zu reinigen.

Von Geflügelresten zu Reinigungsgranulat

Geflügelbasierte Abfälle aus Schlachthöfen und Verarbeitungsbetrieben fallen in großen Mengen an und lassen sich schwer sicher entsorgen. Die Forschenden in dieser Studie sammelten solche Abfälle, wuschen und trockneten sie und behandelten einen Teil davon in einem Hochtemperaturofen bei 650 °C unter begrenzter Sauerstoffzufuhr. Dieser Wärmeschritt, Sinterung genannt, verbrannte flüchtige Bestandteile, öffnete Poren und stabilisierte das Material. Der unbehandelte Anteil wurde als Vergleich beiseitegelegt. Die beiden Varianten – Roh-Geflügelabfall (PBW) und gesinterter Geflügelabfall (SPBW) – wurden anschließend mit Mikroskopen und Oberflächenanalysetools untersucht, um Unterschiede in Struktur und Zusammensetzung zu erkennen.

Wie gut das neue Material den Farbstoff aufnimmt

In Labortests wurden sowohl PBW als auch SPBW mit Wasser gemischt, das Kongorot in unterschiedlichen Konzentrationen enthielt, und dabei verschiedene Bedingungen wie Farbstoffmenge, Kontaktzeit, pH-Wert und Temperatur variiert. Das gesinterte Material absorbierte durchgängig mehr Farbstoff und tat dies gleichmäßiger über die Zeit. SPBW erreichte seine Gleichgewichtskapazität in etwa zwei Stunden und konnte ungefähr 60 Milligramm Farbstoff pro Gramm Material aufnehmen, im Vergleich zu etwa 40 Milligramm pro Gramm beim unbehandelten Abfall. Die gesinterten Granulate verfügten über eine deutlich größere innere Oberfläche und stärker vernetzte Poren, wodurch Farbstoffmolekülen viel mehr Haftstellen zur Verfügung standen. Der Prozess funktionierte am besten in saurem Wasser – Bedingungen, die in vielen Färbereiabwässern vorkommen – und wurde bei steigender Temperatur effektiver, was darauf hindeutet, dass Wärme das Eindringen der Farbmoleküle in und durch die Poren begünstigt.

Ein Blick in den Prozess

Um die Vorgänge tiefer zu verstehen, analysierte das Team, wie schnell der Farbstoff aus dem Wasser verschwand und wie viel sich unter verschiedenen Bedingungen an der Materialoberfläche anlagerte. Ihre Daten zeigten, dass die Entfernungsrate zu Modellen passte, bei denen sich der Farbstoff zunächst an verfügbaren Oberflächenstellen anlagert und anschließend langsam in die inneren Poren gelangt. Weitere Messungen deuteten darauf hin, dass mehrere schwache Kräfte zusammenwirken: Anziehung zwischen positiv geladenen Stellen im Abfall und dem negativ geladenen Farbstoff, Stapelbildung der ringförmigen Farbmoleküle auf kohlenstoffreichen Oberflächen sowie Wasserstoffbrückenbindungen. Die Wärmebehandlung verstärkte diese Effekte, indem nützliche Oberflächenfunktionen stabilisiert und ein offeneres, dauerhaftes Porennetz geschaffen wurden. Wichtig ist, dass das mit Farbstoff beladene Material durch ein mildes saures Waschmittel größtenteils regeneriert werden konnte und die gleichen Granulate mehrere Male mit nur allmählichem Leistungsabfall wiederverwendbar waren.

Was das für reale Gewässer bedeutet

Für Gemeinden, die mit leuchtend roten Industrieabwässern und wachsenden Mengen an Geflügelabfällen zu kämpfen haben, weist diese Arbeit auf eine vielversprechende Doppelstrategie hin. Durch einfaches Erhitzen von Verarbeitungsresten – ganz ohne teure Chemikalien – können Abfälle in robuste Granulate verwandelt werden, die einen problematischen Farbstoff effizient binden, unter Bedingungen, die denen realer Textilabwässer ähneln. Der Prozess läuft spontan ab, profitiert von moderater Wärme und erlaubt eine mehrfache Regeneration des Materials, was die laufenden Kosten niedrig hält. Zwar sind weitere Arbeiten zur Skalierung und Prüfung mit gemischten, realen Effluenten erforderlich, doch gesinterter Geflügelabfall tritt als praktikable, umweltfreundliche Option zur Farbstoffentfernung in Regionen hervor, in denen die Ressourcen begrenzt sind, der Bedarf an sauberem Wasser aber dringend ist.

Zitation: Din, S.U., Ibrahim, A., Shawabkeh, A. et al. Sintered poultry-base waste as low-cost adsorbent for the uptake of Congo red: insight into kinetics, isotherms and thermodynamics. Sci Rep 16, 10270 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40647-8

Schlüsselwörter: Abwasserbehandlung, Farbentfernung, Kongorot, Adsorbens aus Geflügelabfällen, kostengünstiges Adsorbens