Bonifica sequenziale biosorbente-degradativa del blu di metilene da suolo e acque reflue contaminate mediante una nuova biomassa di Bacillus safensis SMAH isolata: ottimizzazione, cinetiche, isoterme e valutazioni termodinamiche

Perché è importante bonificare i suoli tinti

I vivaci coloranti sintetici rendono i nostri capi e articoli in pelle attraenti, ma quando questi colori si infiltrano nel terreno e nell’acqua possono persistere per anni e danneggiare gli organismi viventi. Uno dei coloranti più comuni, il blu di metilene, è ampiamente utilizzato nel settore tessile e nella concia. Questo studio esplora un metodo di origine naturale per estrarre questo colorante ostinato dai suoli inquinati e degradarlo, impiegando un ceppo batterico di recente scoperta innocuo invece di prodotti chimici costosi o macchine ad alto consumo energetico.

Alla ricerca di un microbo utile

I ricercatori hanno iniziato cercando in ambienti già esposti a grandi quantità di colorante—acque reflue di conceria, fanghi, scarti di pelle e un lago vicino. Da questi habitat hanno isolato sedici ceppi batterici differenti e hanno testato quanto bene ciascuno fosse in grado di rimuovere il blu di metilene da un mezzo liquido. Un ceppo si è distinto: ha rimosso circa il 97 percento del colorante in sole 24 ore. L’analisi genetica ha mostrato che questo ceppo appartiene alla specie Bacillus safensis. Il team ha quindi prodotto grandi quantità di questo microbo, essiccando delicatamente le cellule per preservarne la chimica di superficie, e ha impiegato il materiale batterico risultante—denominato BS-SMAH-B—come agente di pulizia riutilizzabile.

Come il materiale batterico cattura il colorante

Per capire perché BS-SMAH-B funziona così bene, gli scienziati ne hanno analizzato la superficie con diversi strumenti di imaging e analisi. Le immagini al microscopio elettronico hanno rivelato una texture ruvida e porosa con molte piccole cavità, che forniscono una vasta area per l’adsorbimento del colorante. Le analisi chimiche hanno mostrato che la superficie batterica è ricca di carbonio, ossigeno e azoto, organizzati in gruppi funzionali comuni come acidi, alcoli e ammine. Questi gruppi portano cariche negative in condizioni ambientali normali, mentre il blu di metilene porta una carica positiva. Questa differenza di carica aiuta a estrarre il colorante dalla soluzione del suolo e a farlo aderire alla superficie batterica, in modo analogo all’elettricità statica che fa aderire la polvere a un panno. Le misure del potenziale superficiale hanno confermato ciò: la biomassa presentava un chiaro potenziale elettrico negativo, favorevole all’attrazione delle molecole di colorante cariche positivamente.

Dal suolo colorato a un terreno più pulito

Dopo aver caratterizzato il materiale, il team ha testato BS-SMAH-B su suolo contaminato artificialmente con blu di metilene. In laboratorio hanno studiato come acidità, dosaggio della biomassa, temperatura, contenuto di sale e tempo di contatto influenzassero le prestazioni. Le condizioni migliori risultavano lievemente alcaline (intorno a pH 9), con sufficiente biomassa per fornire molti siti di legame e un riscaldamento moderato, fattori che aumentavano la rimozione del colorante. In queste condizioni ottimizzate, il sistema adsorbiva il colorante rapidamente all’inizio, per poi rallentare man mano che la superficie batterica si saturava. Modelli matematici di questa cinetica suggerivano che il passaggio chiave riguarda la formazione di legami chimici forti tra il colorante e la superficie batterica piuttosto che un semplice attaccamento debole. È importante notare che, applicando lo stesso approccio a suoli realmente contaminati prelevati da aree di conceria—dove altre sostanze competono per i siti superficiali—il materiale batterico ha comunque rimosso fino a circa l’82 percento del colorante in appena un’ora.

Cosa succede al colorante intrappolato

Lo studio non si è fermato alla semplice cattura del colorante. Evidenze da spettri di assorbimento e lavori precedenti su batteri correlati suggeriscono che, una volta che il blu di metilene è legato alla biomassa, enzimi prodotti dai microrganismi cominciano a scindere le molecole del colorante. Nel tempo il intenso colore blu sfuma e le grandi molecole vengono trasformate in frammenti più piccoli, molto meno dannosi, e infine in forme inorganiche semplici e in molecole organiche corte. Questa azione in due fasi—un rapido biosorbimento seguito da una più lenta degradazione biologica—significa che il colorante non viene solo nascosto ma smontato attivamente, riducendo il rischio che possa nuovamente riversarsi nell’ambiente in seguito.

Un percorso ispirato alla natura per suoli più sicuri

In sintesi, questa ricerca mostra che un ceppo batterico presente in natura può comportarsi come una spugna intelligente per un colorante industriale persistente: prima cattura il blu di metilene dal suolo e poi ne favorisce la digestione. Il materiale BS-SMAH-B è economico da coltivare, richiede condizioni miti ed evita l’uso intensivo di sostanze chimiche che possono generare nuovi problemi di inquinamento. Pur richiedendo ulteriori test fuori dal laboratorio, questi risultati indicano trattamenti pratici e a basso costo che sfruttano microrganismi vivi o ex-viventi per bonificare suoli colorati attorno a concerie e altre industrie ad alta intensità di coloranti, rendendo terre e acque più sicure per le comunità circostanti.

Citazione: Mahmoud, M.E., Moneer, A.A., Abouelkheir, S.S. et al. Sequential biosorptive-degradative remediation of methylene blue from polluted soil and wastewater by a newly isolated Bacillus safensis SMAH biomass: optimization, kinetics, isotherms and thermodynamics assessments. Sci Rep 16, 8496 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39057-7

Parole chiave: bonifica del suolo, blu di metilene, biosorbimento batterico, inquinamento da coloranti, risanamento ambientale