Эффективное разрушение Reactive Blue 21 и Reactive Red 195 наночастицами оксида меди(II), биосинтезированными с помощью экстракта фисташковой шелухи

Превращение отходов в очиститель воды

Яркая одежда и ткани имеют скрытую цену: многие красители, делающие их насыщенными и стойкими, очень трудно удалить из сточных вод и они могут вредить рекам, озёрам и даже здоровью людей. В этом исследовании рассматривается изобретательный способ решения этой проблемы — превращение сельскохозяйственного отхода, фисташковой шелухи, в крошечные частицы оксида меди, которые под действием света разрушают устойчивые текстильные красители в воде. Работа показывает, как местный поток отходов можно преобразовать в практический инструмент для очистки воды.

Почему яркие красители — серьёзная проблема

Современные текстильные красители, такие как Reactive Blue 21 и Reactive Red 195, разработаны так, чтобы прочно сцепляться с волокнами и не выцветать от солнечного света, стирки и химикатов. Те же свойства заставляют их сохраняться в окружающей среде, когда сточные воды с красителями попадают в реки и очистные сооружения. Красители блокируют свет, уменьшая фотосинтез у водных растений, а некоторые продукты их распада могут быть токсичны или даже связаны с риском рака. Традиционные методы очистки часто лишь перемещают эти загрязнители из воды в другую среду, а не разрушают их. Это стимулирует исследователей искать способы полностью разбирать молекулы красителей, а не просто перемещать их.

Очистка под светом с помощью крошечных помощников

Один из перспективных подходов — фотокатализ, когда твёрдое вещество поглощает свет и использует энергию для запуска мощных реакций с рядом находящимися загрязнителями. Когда свет подходящей энергии попадает на полупроводник, например оксид меди, электроны возбуждаются и освобождаются, оставляя положительно заряженные «дыры». Эти заряды мигрируют к поверхности и способствуют образованию высокореактивных кислородных частиц, которые атакуют сложные молекулы красителей, разрезая их на более мелкие, менее опасные фрагменты и в конечном итоге до углекислого газа, воды и минеральных солей. Задача заключается в создании таких светочувствительных частиц эффективно и экологично.

Изготовление наночастиц из фисташковых остатков

Исследователи сосредоточились на наночастицах оксида меди — сферах размером примерно в одну десятитысячную ширины человеческого волоса — и выбрали фисташковую шелуху, обильный побочный продукт крупной фисташковой индустрии Ирана, как природный источник полезных растительных соединений. Они приготовили простой водный экстракт из высушенной, измельчённой шелухи и смешали его с тёплым раствором обычной соли меди. Соединения в экстракте, включая природные антиоксиданты, выступили в роли мягких «восстановителей», превращая растворённую медь в твёрдый оксид меди, и в роли «стабилизаторов», покрывая новые частицы, чтобы они не слипались. Серия лабораторных испытаний подтвердила, что полученные частицы преимущественно сферические, кристаллический оксид меди со средним размером около 90 нанометров и достаточно однородным распределением размеров — свойства, важные для надёжной работы.

Применение крошечных очищающих агентов

Чтобы оценить, насколько хорошо эти наночастицы, сделанные по «зелёному» методу, очищают воду, команда добавила их в воду, содержащую либо Reactive Blue 21, либо Reactive Red 195, либо смесь обоих красителей. После начального периода в темноте, чтобы позволить красителям адсорбироваться на поверхности частиц, они облучали смеси ультрафиолетовым светом при мягком перемешивании и регулярно измеряли, сколько цвета осталось. В течение трёх часов экспозиции света наночастицы разрушили около 83 % синего красителя и 75 % красного, когда их тестировали по отдельности. В растворе со смешанными красителями очищение прошло несколько менее эффективно — примерно 69 % удаления для синего и 60 % для красного — поскольку оба типа красителей конкурировали за места на поверхности частиц и за реактивные кислородные виды, образующиеся при освещении.

Как происходит разложение

В основе процесса лежит то, как свет активирует наночастицы. При попадании ультрафиолетового света на оксид меди электроны переходят в более высокое энергетическое состояние, оставляя положительно заряженные участки. Эти заряды взаимодействуют с кислородом и водой в окружающей жидкости, создавая быстро действующие радикалы, которые атакуют красители. Для красного красителя, относящегося к семейству азо‑соединений, это означает разрезание двойной связи между атомами азота, которая отвечает за цвет, а затем разрушение кольцевых структур. Со временем эти фрагменты дополнительно окисляются до более мелких кислот и солей и, в конечном итоге, до простых молекул, таких как углекислый газ и вода. Благодаря покрытию из экстракта фисташковой шелухи наночастицы остаются диспергированными и имеют большую доступную поверхность, что позволяет реакциям протекать эффективно и обеспечивает длительную работоспособность частиц из цикла в цикл.

Простая идея с двойной выгодой

Проще говоря, эта работа показывает, что остатки крупной сельскохозяйственной культуры можно переработать в порошок, активируемый светом, который снимает окраску с загрязнённой воды и реально разрушает молекулы красителей. Использование растительных экстрактов вместо агрессивных химикатов при синтезе наночастиц снижает и энергозатраты, и образование токсичных побочных продуктов. Хотя исследование проводилось под ультрафиолетовым освещением и в контролируемых лабораторных условиях, оно указывает на будущее, в котором сельскохозяйственные отходы помогают локальным решениям проблемы текстильного загрязнения, предлагая более чистый путь как для воды, так и для сельскохозяйственных сообществ.

Цитирование: Hosseini, S.M.S., Maghool, M.A. & Eghbali, H. Effective degradation of Reactive Blue 21 and Reactive Red 195 by copper(II) oxide nanoparticles biosynthesized by pistachio hulls extract. Sci Rep 16, 10287 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40721-1

Ключевые слова: сточные воды текстильного производства, фотокаталитическое разложение, наночастицы оксида меди, зеленый синтез наночастиц, отходы фисташковой шелухи