Адсорбция 2‑хлорофенола из воды с использованием магнитного активированного угля, полученного из волокон пальмы, и его изотермическое и кинетическое исследование

Превращение сельскохозяйственных отходов в помощников для чистой воды

Во многих регионах источники воды страдают от стойких промышленных химикатов, которые трудно разлагаются и могут причинять вред здоровью человека. В этом исследовании рассматривается, по сути, простая идея с большим потенциалом: превращение волокон финиковой пальмы в миниатюрные магнитные «губки», вылавливающие токсичный загрязнитель 2‑хлорофенол из воды. Поскольку материал дешев, сделан из аграрных остатков и легко извлекается с помощью магнита, он указывает на более доступные и устойчивые способы обеззараживания загрязнённой воды.

Скрытая угроза в повседневной воде

Хлорофенолы — это семейство синтетических соединений, применяемых в пестицидах, антисептиках и разных химических производствах. Один из представителей этого семейства, 2‑хлорофенол, также может образовываться непреднамеренно при хлорировании воды, содержащей определённые примеси. Эти соединения токсичны, обладают сильным вкусом и запахом и плохо разлагаются в окружающей среде, поэтому даже небольшие выбросы способны загрязнять реки, озёра и грунтовые воды. Перед сбросом сточных вод 2‑хлорофенол нужно удалять, чтобы защитить экосистемы и людей, зависящих от этих водных ресурсов.

От волокон финиковой пальмы к магнитным губкам

Исследователи сосредоточились на превращении обильного локального отхода — волокон финиковой пальмы с юга Ирана — в эффективный очистной материал. Сначала волокна нагревали в отсутствии кислорода, чтобы получить пористый углеродоподобный материал, известный как активированный уголь. Затем на поверхность нанесли частицы оксидов железа, придающие зернам магнитные свойства. Этот композит, названный магнитным активированным углём из пальмовых волокон (MAC‑PF), сочетает очень большую внутреннюю поверхность для захвата загрязнителей и удобство извлечения из воды магнитом вместо громоздкой фильтрации.

Насколько хорошо материал очищает загрязнённую воду

Для проверки эффективности команда смешивала магнитный уголь с водой, содержащей известные концентрации 2‑хлорофенола, и меняла условия — кислотность (pH), время контакта, концентрацию загрязнителя и количество адсорбента. При слабо кислой или нейтральной pH около 6, используя 1 грамм MAC‑PF на литр воды с 150 мг/л 2‑хлорофенола, более 90 процентов загрязнителя было удалено в течение часа. Подробные измерения показали, что материал может удерживать до примерно 303 мг 2‑хлорофенола на грамм адсорбента, что ставит его в число более эффективных по сравнению со многими аналогичными материалами, описанными в других исследованиях.

Что происходит на поверхности

Исследования с применением инфракрасной спектроскопии, электронного микроскопа и анализа площади поверхности объяснили, почему материал работает так эффективно. Уголь из пальмовых волокон становится сильно пористым, с порами преимущественно в диапазоне микропор, обеспечивающих огромную внутреннюю площадь для адсорбции молекул. Наночастицы оксидов железа равномерно распределены по поверхности, придавая зернам магнитность, не блокируя при этом поры. Анализ скорости исчезновения 2‑хлорофенола из воды и ёмкости поверхности при разных концентрациях позволил исследователям заключить, что загрязнитель образует единичный упорядоченный слой на поверхности угля и что процесс в основном определяется химическим связыванием, а не только физическим прилипанием.

Повторное использование одного и того же материала снова и снова

Практический материал для очистки воды должен быть повторно используемым; в противном случае он просто меняет одну проблему отходов на другую. После каждого цикла очистки команда промывала магнитный уголь, сушила его и применяла снова. За пять циклов эффективность удаления снизилась лишь умеренно — с примерно 90,5 процента до 82,9 процента — что показывает, что материал сохраняет большую часть своей очистной способности. Наличие соли в воде несколько снижало эффективность, но система по‑прежнему работала достаточно хорошо, что свидетельствует о пригодности для реальных сточных вод, где присутствуют и другие растворённые вещества.

Что это значит для более безопасной воды

Для неспециалиста ключевой вывод таков: побочный продукт сельского хозяйства — волокна финиковой пальмы, которые в противном случае могли бы сжигать или выбрасывать — можно превратить в высокоэффективный магнитно‑извлекаемый фильтр для токсичного промышленного соединения. Материал эффективно удаляет 2‑хлорофенол, лучше всего работает в мягких условиях, которые легко обеспечить на реальных очистных сооружениях, и может использоваться многократно без значительной потери эффективности. Такой подход предлагает перспективный, более дешёвый путь к очистке опасных химикатов в воде, и аналогичные магнитные угли из других растительных отходов могут быть адаптированы для борьбы с широким спектром загрязнителей.

Цитирование: Rahmani, M.A., Jafari, K., Tadayoni, N.S. et al. Adsorption of 2 chlorophenol from water using magnetic activated carbon attained palm fibers and its isotherm and kinetic insight. Sci Rep 16, 6187 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36239-1

Ключевые слова: очистка воды, очистка сточных вод, активированный уголь, загрязнение хлорофенолами, биомассовый адсорбент