Высокоэффективное и устойчивое удаление циклофосфамида с помощью активированного угля из арахисовой шелухи: механизм химической адсорбции

Почему важно, что в воде оказываются лекарства из больниц

Препараты от рака спасают жизни, но некоторые из них не теряют активности, покидая организм. Циклофосфамид, распространённый химиотерапевтический препарат, выводится с пациентами и может попадать в больничные стоки и реки в следовых концентрациях. Даже в низких дозах он способен вредить рыбе, водорослям и другим водным организмам. В этом исследовании рассматривается простая идея с большим эффектом: превращение использованной арахисовой шелухи в мощный фильтр, который улавливает этот препарат из воды до того, как он попадёт в окружающую среду.

От сельскохозяйственных отходов к умному фильтру для воды

Арахисовая шелуха обычно является малоценным сельскохозяйственным отходом, но она богата углеродом. Исследователи очистили, высушили и размололи местную шелуху, затем нагрели её в отсутствии кислорода и обработали гидроксидом калия. В результате шелуха превратилась в активированный уголь — материал с множеством крошечных отверстий и каналов. Замеры показали, что полученный уголь обладает чрезвычайно большой внутренней поверхностью и сетью пор разного размера, создающих многочисленные места, где молекулы загрязнителя могут адсорбироваться.

Как новый материал очищает токсичные препараты

Команда проверила, насколько хорошо уголь из арахисовой шелухи удаляет циклофосфамид из воды при разных условиях. Они варьировали количество угля, кислотность воды, начальную концентрацию препарата и время контакта. При умеренной дозе адсорбента и часе контакта материал удалял более 98,5 процента препарата при исходной концентрации до 40 миллиграммов на литр. Примечательно, что эффективность оставалась очень высокой в широком диапазоне pH, включая близкие к нейтральным значениям, характерным для реальных больничных стоков. Это означает, что процесс может работать без дополнительной химической корректировки воды, что уменьшает затраты и образование побочных отходов.

Что происходит на микроскопическом уровне

Чтобы понять причины высокой эффективности, исследователи подробно изучили структуру и поверхностную химию материала. Изображения с электронной микроскопии показали шероховатую, кратеровидную поверхность с многими взаимосвязанными порами, которые позволяют воде и молекулам препарата проникать глубоко внутрь. Спектроскопия выявила, что поверхность угля содержит кислородсодержащие группы и ароматические структуры, способные сильно взаимодействовать с циклофосфамидом. Анализ кинетики и силы накопления показал, что молекулы образуют один плотный слой на поверхности и связываются посредством специфических химических взаимодействий, а не только слабых физических сил.

Эффективность, тепло и повторное использование

Дальнейшие испытания изучали влияние температуры и многократного использования на работу материала. Процесс удаления усиливался при повышении температуры и происходил спонтанно, указывая на эндотермическую, химически управляемую реакцию между препаратом и поверхностью угля. При попытках регенерировать уголь спиртом и повторно использовать его несколько раз он по-прежнему захватывал значительную долю препарата после нескольких циклов, хотя его эффективность постепенно снижалась примерно с 98 процентов до ~75 процентов. Даже с этим снижением низкая стоимость и простота производства угля из шелухи делают его привлекательным для масштабного применения.

Простой путь к более чистым больничным стокам

Проще говоря, работа демонстрирует, что такое обыденное сырьё, как арахисовая шелуха, можно превратить в эффективный и доступный фильтр для мощного противоракового препарата, который уходит через современные очистные сооружения. Материал способен быстро захватывать циклофосфамид в близкой к нейтральной воде и при концентрациях, реальных для больничных сбросов. Поскольку шелуха арахиса доступна в большом количестве и дешева, этот подход предлагает практичный и устойчивый способ снизить экологические риски медицинской помощи и уменьшить поступление опасных препаратов в реки и озёра.

Цитирование: Aşçıoğlu, Ç., Bulduk, İ. & Türk Baydır, A. Highly efficient and sustainable removal of cyclophosphamide with activated carbon produced from peanut shells: chemical adsorption mechanism. Sci Rep 16, 15388 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43552-2

Ключевые слова: циклофосфамид, активированный уголь, арахисовая шелуха, фармацевтические сточные воды, очистка воды