Синтез нанокомпозита из магнитного магнетита на активированном угле из яблочной кожуры для удаления метиленового синего из водных растворов

Превращение фруктовых отходов в чистую воду

Окрашенные сточные воды от текстильных фабрик и других отраслей представляют растущую угрозу рекам, озерам и питьевой воде. В этом исследовании показано, как столь простая вещь, как выброшенная яблочная кожура, может быть превращена в мощный магнитно извлекаемый фильтр, который почти полностью удаляет из воды распространённый синий краситель. Соединив кухонные отходы с наномасштабными частицами магнетита, исследователи создали многоразовый материал, указывающий путь к более дешёвой и экологичной очистке промышленных сточных вод.

Почему яркие красители затемняют наши реки

Синтетические красители, включая ярко‑синий соединение, использованное здесь как модель, созданы быть стойкими: они устойчивы к солнечному свету, нагреву и разложению микробами. Когда вода с красителями сбрасывается в природу, даже малые количества могут блокировать свет, нарушать фотосинтез у водных растений и вредить рыбам и другим организмам. Некоторые красители и их продукты распада также подозреваются в канцерогенных или генетически повреждающих эффектах у человека. Удаление этих молекул из воды сложно: многие существующие методы дорогие, генерируют вторичные отходы или трудны в масштабировании.

От яблочной кожуры к магнитным губкам

Команда поставила цель создать недорогой фильтрующий материал, используя в качестве источника углерода только отходы яблочной кожуры. Сначала кожуру очистили, высушили и нагрели в отсутствие воздуха, получив подобный углю материал. Затем его обработали гидроксидом натрия и снова нагрели, чтобы получить активированный уголь с огромной внутренней площадью поверхности — более 700 квадратных метров на грамм — насыщенный мелкими порами, в которых могут задерживаться загрязнители. Далее исследователи сформировали наночастицы магнетита (железного оксида) непосредственно на этом угле с помощью простой химической осадительной реакции. В результате получился чёрный порошкообразный нанокомпозит, который действует как губка для молекул красителя и может быть извлечён из воды с помощью магнита.

Как новый материал очищает воду

Учёные проверили эффективность удаления синего красителя этим материалом из яблочной кожуры с магнетитом в разных условиях. Они варьировали кислотность воды, время контакта, количество адсорбента, концентрацию красителя и температуру. При почти нейтральном pH, комнатной температуре и умеренной дозе материала он удалял примерно 99–100% красителя из раствора с концентрацией 10 миллиграммов на литр в течение двух часов. Молекулы красителя образуют один плотно упакованный слой на поверхности угля, и данные свидетельствуют о том, что процесс ведёт себя как химическое связывание, а не простое физическое прилипание. Отрицательно заряженные участки и кислородсодержащие группы на угле притягивают положительно заряженные молекулы красителя, а тонкая сеть пор помогает захватывать эти молекулы. Важно, что внедрённый магнетит обеспечивает достаточную магнитную силу для быстрого отделения использованных частиц с помощью внешнего магнита.

Эффективность, повторное использование и реальные сточные воды

Помимо контролируемых лабораторных растворов, исследователи сравнили свой материал с рядом других природных и синтетических адсорбентов, описанных в предыдущих работах. Композит из яблочной кожуры показал высокую максимальную ёмкость захвата красителя — около 152 миллиграммов на грамм, превзойдя многие другие материалы на основе сельскохозяйственных отходов. Он также хорошо сработал с реальными текстильными стоками, содержащими смесь красителей и других загрязнителей, достигая примерно 90% эффективности удаления. После пяти циклов адсорбции и промывки этанолом материал сохранил около 83% первоначальной эффективности, показывая, что его можно регенерировать и многократно использовать без сложного оборудования.

Что это означает для чистой воды

Для неспециалиста ключевое сообщение простое: обильный пищевой отход — яблочная кожура — может быть преобразован в магнитно извлекаемый фильтр, который очень эффективно удаляет стойкие молекулы красителя из воды. Материал сочетает высокую эффективность, низкую стоимость и лёгкость извлечения, что делает его привлекательным для предприятий, которым нужно очищать окрашенные сточные воды перед сбросом. Поскольку процесс благоприятен и работает в мягких условиях, его можно адаптировать для крупных очистных систем и, возможно, распространить на другие загрязнители, такие как тяжёлые металлы или следы лекарств. Таким образом сельскохозяйственные отходы становятся частью решения промышленного загрязнения, превращая повседневные остатки в инструмент защиты рек и питьевой воды.

Цитирование: Mohammadi, P., Khajenoori, M. & Ghandali, M. Synthesis of magnetite nanocomposite supported on apple peel-derived activated carbon for removal of methylene blue from aqueous solutions. Sci Rep 16, 14617 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42265-w

Ключевые слова: очистка сточных вод, удаление красителей, активированный уголь, яблочная кожура, магнитный нанокомпозит