Устранение красителей из промышленных сточных вод с помощью биосорбентов из морских водорослей и гибридных композитов на основе МОС

Преобразование окрашенных сточных вод в прозрачную воду

От одежды, которую мы носим, до постельного белья — текстиль окрашивают яркими синтетическими красителями, которые часто попадают в реки и прибрежные воды. Даже небольшие количества таких красителей могут блокировать солнечный свет, вредить водной жизни и содержать токсичные или потенциально канцерогенные соединения. В этом исследовании рассматривают, могут ли обычные морские водоросли и современный пористый материал работать вместе как более мягкий и устойчивый способ удаления окраски из промышленных сточных вод до их попадания в окружающую среду.

Почему текстильные красители трудно удалить

Реактивные красители популярны на текстильных предприятиях, потому что они прочно связываются с волокнами, сохраняют яркость после многих стирок и хорошо растворимы в воде. Эти же достоинства превращаются в проблему, когда вода, содержащая красители, сбрасывается в окружающую среду. Традиционные методы очистки, такие как коагуляция, передовые окислительные процессы или мембранная фильтрация, могут быть дорогостоящими, энергоёмкими и порождать новые виды отходов. Авторы сосредоточились на трёх широко используемых красителях — жёлтом, красном и синем — в качестве моделей для сложных смесей, встречающихся в реальных стоках. Их цель была сравнить недорогие биоматериалы с высокотехнологичным адсорбентом в одних и тех же условиях, чтобы понять, какие варианты обеспечивают эффективную очистку при разумных затратах и минимальном воздействии на окружающую среду.

Водоросли как природная губка для красителей

Исследователи собрали два вида макроводорослей: Ulva fasciata (зеленая пластинчатая водоросль) и Pterocladia capillacea (красная водоросль) на побережье Средиземного моря в Египте. Они тестировали и свежие живые фрагменты, и высушенные порошкообразные формы. При смешивании с окрашенной водой водоросли постепенно извлекали молекулы красителя из раствора и удерживали их на своих поверхностях. Это происходило преимущественно за счёт электростатического притяжения противоположных зарядов и через слабые связи, такие как водородные связи. Высушенные водоросли стабильно превосходили свежие — в некоторых случаях удаление красителя превышало 90%. Сушка увеличивает площадь поверхности и открывает больше сайтов связывания, что делает биомассу легче в хранении, обращении и дозировании — важные качества для практических систем очистки.

К высокотехнологичному пористому кристаллу присоединились

Параллельно с водорослями команда синтезировала металло‑органический каркас на основе циркония, известный как UiO‑66‑NH₂. Этот материал ведёт себя как жёсткая губка, построенная из металлических узлов, связанных органическими лигандами, с множеством мелких равномерных пор. Аминогруппы на его поверхности несут положительный заряд в кислой среде и могут притягивать отрицательно заряженные молекулы красителей. Испытания показали, что этот каркас обладает очень высокой сорбционной ёмкостью по красителям, с эффективностью удаления выше 95% при оптимальных условиях. Он сохранял стабильность в воде и мог использоваться несколько раз, хотя с повторными циклами его эффективность постепенно снижалась, поскольку некоторые поры забивались или сайты связывания ослабевали.

Что контролирует эффективность очистки

Учёные тщательно варьировали несколько практических параметров: количество добавляемых водорослей или каркаса, время контакта с сточной водой, концентрацию красителей и кислотность (pH) раствора. Во всех случаях более низкие исходные уровни красителя и более длительное время контакта приводили к лучшему удалению. Кислая среда около pH 2 давала наилучшие результаты и для водорослей, и для металло‑органического каркаса, поскольку поверхности становились положительно заряженными и сильно притягивали отрицательно заряженные красители. Для свежих водорослей увеличение массы биомассы улучшало эффективность до примерно 5 граммов на 100 миллилитров воды; для высушенных водорослей достаточно было всего 2,5 грамма для достижения аналогично высокого удаления. Каркас также показывал лучшее исполнение при увеличении количества материала, хотя прирост эффективности выравнивался, когда были заняты большинство доступных сайтов. При испытаниях на реальных текстильных стоках и водоросли, и каркас значительно уменьшали окраску, а каркас в частности почти вдвое сокращал уровень органического загрязнения.

Сближение биологии и материаловедения

В исследовании делается вывод, что обычные морские водоросли и пористые кристаллы каркасов предлагают мощные, но дополняющие друг друга подходы к очистке воды от красителей. Высушенные морские водоросли выделяются как дешёвая, биоразлагаемая и широко доступная «зелёная» губка, в то время как металло‑органический каркас предоставляет высокоэффективный, настраиваемый материал, который способен доводить воду до очень низкого уровня окрашенности. Используемые поодиночке или в сочетании, эти адсорбенты могут превратить ярко окрашенные промышленные стоки в гораздо более прозрачную воду с меньшей зависимостью от агрессивных химикатов. Для неспециалистов ключевое послание состоит в том, что сочетание морской биологии и передовых материалов может сделать будущую очистку сточных вод чище для планеты и более доступной в регионах с ограниченными ресурсами.

Цитирование: Abdel‑Razik, S.A.R., Abdel‑Kareem, M.S., El‑Agawany, N.I. et al. Sustainable dye removal from industrial wastewater using marine algae-derived biosorbents and MOF-based hybrid composites. Sci Rep 16, 11349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41983-5

Ключевые слова: промышленные сточные воды, текстильные красители, морские водоросли, металло‑органические каркасы, биосорбция