Спечённые отходы птицепереработки в качестве недорогого адсорбента для удаления конго-красного: кинетика, изотермы и термодинамика

Преобразование фермерской проблемы в решение для воды

По всему миру фабрики, окрашивающие ткани, а также предприятия по производству бумаги, пластмасс и косметики сбрасывают ярко окрашенные сточные воды, которые могут годами сохранять цвет в реках и озёрах. Один особенно стойкий краситель — конго-красный — трудно удалить и он может вредить как дикой природе, так и людям. В этом исследовании рассматривается неожиданный подход: превращение отходов птицепереработки в простой и недорогой материал, который способен извлекать этот краситель из воды, предлагая способ очистки загрязнённых вод и одновременно сокращая сельскохозяйственные отходы.

Почему цвет в воде важен

Окрашенные сточные воды — это не только уродливое зрелище. Они препятствуют проникновению света через поверхность воды, нарушая фотосинтез и разрушая водные пищевые цепочки. Конго-красный, широко используемый краситель, легко растворяется, устойчив к естественному разложению и может вызывать раздражение кожи и внутренних органов, а также представлять долгосрочные риски для здоровья. Традиционные методы очистки — такие как химическое окисление, мембранные фильтры и сложные реакторы — способны удалять часть красителей, но часто они дороги, энергозатратны и создают дополнительный осадок, требующий безопасной утилизации. По мере роста промышленного производства сообществам, особенно в развивающихся регионах, требуются более простые, дешёвые и устойчивые способы очистки таких вод.

От остатков птицы к чистящим гранулам

Отходы птицепереработки со скотобоен и перерабатывающих предприятий образуются в больших объёмах и их трудно безопасно утилизировать. Исследователи в этой работе собрали такие отходы, промыли и высушили их, а затем часть обработали в печи при высокой температуре — 650 °C — в условиях ограниченного доступа кислорода. Этот этап термообработки, называемый спеканием, сжёг летучие компоненты, открыл поры и стабилизировал материал. Непроходившая спекание часть оставалась в исходном виде для сравнения. Две версии — сырые отходы птицепереработки (PBW) и спечённые отходы птицепереработки (SPBW) — затем тщательно исследовали с помощью микроскопов и методов анализа поверхности, чтобы выяснить различия в структуре и составе.

Насколько хорошо новый материал захватывает краситель

В лабораторных тестах и PBW, и SPBW смешивали с водой, содержащей конго-красный, при разных условиях: различных концентрациях красителя, временах контакта, значениях pH и температурах. Спечённый материал последовательно поглощал больше красителя и делал это более стабильно во времени. SPBW достигал равновесной ёмкости примерно за два часа и мог удерживать около 60 миллиграммов красителя на грамм материала, по сравнению примерно с 40 миллиграммами на грамм для необработанных отходов. У спечённых гранул была гораздо большая внутренняя поверхность и более связанные поры, что давало молекулам красителя больше мест для адсорбции. Процесс работал лучше в кислой среде — условиях, часто встречающихся в сточных водах красильных предприятий — и становился более эффективным при повышении температуры, что указывает на то, что тепло облегчает переход молекул красителя в поры и внутри них.

Заглядывая в суть процесса

Чтобы глубже понять происходящее, команда проанализировала, как быстро краситель исчезает из воды и сколько его оседает на поверхности материала при разных сценариях. Данные показали, что скорость удаления согласуется с моделями, где краситель сначала присоединяется к доступным поверхностным участкам, а затем медленно проникает во внутренние поры. Другие измерения указывали на то, что действуют несколько слабых взаимодействий одновременно: притяжение между положительно заряженными участками на отходах и отрицательно заряженным красителем, штабелирование кольцеобразных молекул красителя на углеродистых поверхностях и водородные связи. Термообработка усиливала эти эффекты, стабилизируя полезные функциональные группы поверхности и создавая более открытую, прочную пористую сеть. Важно, что при промывке насыщенного красителем материала слабым кислым раствором большая часть красителя могла быть удалена, и те же гранулы можно было использовать повторно несколько раз с постепенным снижением эффективности.

Что это значит для реальных вод

Для сообществ, сталкивающихся с ярко-красными промышленными сбросами и растущими объёмами птицеперерабатывающих отходов, эта работа указывает на перспективное двойное решение. Простым нагревом остатков птицепереработки — без дорогостоящих химикатов — отходы можно превратить в прочные гранулы, эффективно улавливающие проблемный краситель в условиях, близких к реальным сточным водам текстильных производств. Процесс спонтанный, выигрывает от умеренного нагрева и позволяет регенерировать материал несколько раз, что снижает текущие расходы. Хотя необходимы дополнительные исследования для масштабирования и испытаний на смешанных реальных сточных водах, спечённые отходы птицепереработки выступают в роли практичного, экологичного кандидата для очистки красителей в регионах с ограниченными ресурсами, где потребность в чистой воде особенно остра.

Цитирование: 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

Ключевые слова: очистка сточных вод, удаление красителей, конго-красный, адсорбент из птицеперерабатывающих отходов, недорогой адсорбент