שאריות עופות מסינטור כמצמד זול לספיחת Congo red: מבט על קינטיקה, איזותרמות ותרמודינמיקה

הפיכת בעיית חווה לפתרון למים

בעולם כולו, מפעלים לצביעת בדים, לייצור נייר, פלסטיק וקוסמטיקה משחררים מי שפכים בצבעים בולטים שיכולים להישאר בנחלים ואגמים במשך שנים. צבע אדום עיקש במיוחד, Congo red, קשה להסרה ועלול להזיק לחי ולבני אדם. המחקר הזה בוחן פתרון לא צפוי: המרת שאריות מעיבוד עופות לחומר פשוט וזול שיכול לספוח את הצבע מהמים, מה שמציע דרך לניקוי נחלים מזוהמים תוך צמצום פסולת חקלאית.

למה צבע במים משנה

מי שפכים בצבע אינם רק מראה מקומט. הם חוסמים את חדירת האור לפני המים, מחריפים את הפוטוסינתזה ומשבשים את שרשראות המזון הימיות. Congo red, צבע אדום בשימוש רחב, מתמוסס בקלות, עמיד בפני פירוק טבעי ועלול לגרום לגירוי עור ואיברים וכן לתרום לסיכונים בריאותיים לטווח הארוך. שיטות טיפול מסורתיות — כגון חמצון כימי, ממברנות ומתקנים מתקדמים — יכולות להסיר חלק מהצבעים, אך לעתים קרובות יקרות, צורכות הרבה אנרגיה ויוצרות בוצה נוספת שיש לטפל בה בזהירות. ככל שהתעשייה גדלה, קהילות, ובמיוחד באזורים מתפתחים, זקוקות לדרכים פשוטות, זולות ובנות-קיימא לנקות מי שפכים אלה.

משאריות עופות לגרגרים מנקים

שאריות על בסיס עופות ממטבחי שחיטה וממוסדות עיבוד נוצרות בכמויות עצומות וקשה להיפטר מהן בבטחה. החוקרים באותה עבודה אספו שאריות כאלה, שטפו וייבשו אותן, ולאחר מכן עיבדו חלק מהן בתנור בטמפרטורה גבוהה של 650 °C, בחמצן מוגבל. שלב העיבוד בחום, הנקרא סינטור, שרף חומרים נדיפים, פתח נקבוביות ויצב את החומר. החלק שלא טופל נשמר ללא שינוי להשוואה. שתי הגרסאות — שאריות עופות גולמיות (PBW) ושאריות עופות מסינטור (SPBW) — נבדקו לאחר מכן במיקרוסקופים וכלי ניתוח משטח כדי לראות כיצד מבנהן והרכבן שונים.

כמה טוב החומר החדש סופח צבע

בניסויים במעבדה ערבבו גם PBW וגם SPBW עם מים המכילים Congo red בתנאים שונים, כגון ריכוזי צבע שונים, זמני מגע, ערכי pH וטמפרטורות שונות. החומר המסינטור תמיד ספח יותר צבע ועשה זאת בצורה יציבה לאורך הזמן. ה-SPBW הגיע לקיבולת שווי משקל תוך כשעתיים ויכול היה להחזיק כ־60 מיליגרם צבע לגרם חומר, בהשוואה לכ־40 מיליגרם לגרם לשאריות שלא טופלו. לגרגרים המסינטוריים הייתה שטח פנים פנימי גדול בהרבה ויותר נקבוביות מחוברות, מה שנתן למולקולות הצבע הרבה יותר מקומות להידבק. התהליך עבד בצורה הטובה ביותר במים חומציים — תנאי שמקובל במי שפכים מבתי צבעים — והפך ליעיל יותר עם עליית הטמפרטורה, דבר שמרמז שחימום מסייע לתנועת מולקולות הצבע לתוך הנקבוביות ולתוכן שלהן.

הביטו פנימה לתהליך

כדי להבין לעומק מה התרחש, הצוות ניתח כמה מהר הצבע נעלם מהמים וכמה ממנו נצבר על פני החומר בתרחישים שונים. הנתונים שלהם הראו שקצב ההסרה התאמה למודלים שבהם הצבע מתחבר תחילה לאתרים זמינים על המשטח ולאחר מכן נעצר בצורה איטית לתוך הנקבוביות הפנימיות. מדידות נוספות הצביעו על כך שכמה כוחות עדינים פועלים יחד: משיכה בין אתרים טעונים חיובית בשאריות לבין הצבע הטעון שלילית, הצטברות של מולקולות טבעתיות של הצבע על פני משטחים עשירים בפחמן, וקשרי מימן. טיפול בחום חיזק את השפעות אלה על ידי ייצוב קבוצות פני שטח מועילות ויצירת רשת נקבוביות פתוחה ועמידה יותר. חשוב לציין כי כאשר החומר המלא בצבע נשטף בתמיסה חומצית עדינה, חלק משמעותי מהצבע יכול להשתחרר, וניתן להשתמש באותם גרגרים מספר פעמים עם ירידה איטית יחסית בביצועים.

מה זה אומר למים בעולם האמיתי

לקהילות שנאבקות בפלטות תעשייתיות אדומות-עמוקות ובהצטברויות גדלות של שאריות עופות, עבודה זו מצביעה על פתרון מבטיח שכולל שתי מטרות בבת אחת. בפשטות על ידי חימום שאריות מעיבוד עופות — בלי כימיקלים יקרים — אפשר להפוך את הפסולת לגרגרים עמידים שסופחים צבע בעייתי בצורה יעילה, בתנאים דומים למי שפכים טקסטיליים אמיתיים. התהליך ספונטני, נהנה מחום מתון ומאפשר שיחזור החומר מספר פעמים, מה שמוריד עלויות תפעול. בעוד שנדרש עוד עבודה להרחבה ולבדיקה עם שפכים מעורבים מהעולם האמיתי, שאריות עופות מסינטור מתגלות כמועמד פרקטי ואקולוגי לניקוי צבע באזורים שבהם המשאבים מוגבלים אך הצורך במים נקיים דחוף.

ציטוט: 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

מילות מפתח: טיפול במימי שפכים, הסרת צבע, Congo red, סופח משאריות עופות, סופח בעל עלות נמוכה