Эффективное и устойчивое удаление метиленового синего из сточных вод с использованием пальмового шрота

Преобразование сельскохозяйственных остатков в помощников для чистой воды

Яркая одежда и ткани имеют скрытую цену: стойкие красители, которые могут сохраняться в реках и озёрах годами. Один из таких красителей, метиленовый синий, широко используется и при накоплении в воде может вредить рыбам, экосистемам и даже здоровью человека. В этом исследовании изучается неожиданный помощник в борьбе с этим загрязнением — пальмовый шрот, низкостоймостный побочный продукт маслоперерабатывающих предприятий, и рассматривается, может ли этот растительный остаток дешёво и безопасно извлекать метиленовый синий из сточных вод.

Почему окрашенная вода — растущая проблема

Текстильные фабрики используют большие объёмы синтетических красителей для окрашивания тканей, а затем часто сбрасывают тёплые, сильно окрашенные сточные воды в близлежащие водоёмы. Даже небольшие количества этих красителей видны невооружённым глазом, а многие из них токсичны или подозреваются в канцерогенности. В частности, метиленовый синий может влиять на дыхание, состав крови, а также на здоровье кожи и тканей при контакте людей или животных с загрязнённой водой. Традиционные методы очистки, такие как передовая окислительная обработка или коммерческий активированный уголь, работают хорошо, но часто дорогостоящи, энергоёмки и трудоемки в регенерации, что ограничивает их применение в регионах, где улучшение водоочистки наиболее необходимо.

Простое применение для малоценного отхода

Пальмовый шрот образуется в больших объёмах при извлечении пальмового масла из семян, особенно в Юго-Восточной Азии. Большую часть его используют как низкокачественный корм для животных или выбрасывают. В этой работе исследователи проверяли сырой, немодифицированный пальмовый шрот в качестве адсорбента — твёрдого материала, способного захватывать и удерживать молекулы из воды. Они измельчили, промыли и высушили материал, затем смешивали измеренные количества с растворами метиленового синего разных концентраций, уровней кислотности и температур. Без какой‑либо химической активации материал удалял до 81 процента красителя при слабо щелочном pH 8 в течение примерно 90–120 минут, показывая, что дешёвый сельскохозяйственный остаток заметно осветляет загрязнённую воду.

Как краситель прилипает к растительным частицам

Чтобы понять процессы на поверхностях частиц, команда применила несколько видов анализа. Микроскопические изображения показали, что пальмовый шрот обладает грубой пористой структурой, которая предоставляет многочисленные внутренние укромные места для молекул красителя, и что эта текстура после обработки покрывается слоем красителя. Инфракрасная спектроскопия выявила растительные химические группы, такие как карбоксильные и гидроксильные фрагменты, которые в воде могут нести отрицательный заряд. Поскольку метиленовый синий имеет постоянный положительный заряд, он сильно притягивается к этим отрицательным участкам, что позволяет электростатическим силам притягивать молекулы красителя на поверхность. Дополнительные взаимодействия, включая водородные связи и стекирование между плоскими ароматическими кольцами в красителе и в растительном материале, помогают удерживать краситель на месте по мере его диффузии в поры.

Измерение ёмкости, скорости и энергии

Исследователи использовали общепринятые математические модели для интерпретации того, сколько красителя материал может вместить и как быстро он действует. Уравнение, известное как изотерма Ленгмюра, лучше всего соответствовало данным и предсказало теоретический верхний предел около 151,5 миллиграмма метиленового синего на грамм пальмового шрота в идеальных условиях, хотя измеренная ёмкость в испытанных растворах была ниже — 4,8 мг/г. Временные измерения соответствовали так называемой кинетике псевдо-второго порядка, что в данном случае указывает на постепенную диффузию молекул красителя вглубь частиц, а не на химическую реакцию. Расчёты энергии активации и других термодинамических величин показали, что процесс спонтанный, но мягкий и в основном определяется физическими взаимодействиями, а не прочными химическими связями, что упрощает очистку и повторное использование материала.

Встроенная многоразовость для практического применения

Чтобы любой фильтрующий материал был действительно полезен на очистных сооружениях, он должен выдерживать много циклов использования. Команда многократно загружала пальмовый шрот красителем, а затем промывала его кислотными и щелочными растворами, чтобы удалить захваченный краситель. После четырёх полных циклов адсорбции и десорбции материал сохранял примерно 96,5 процента своей первоначальной способности удалять краситель, что указывает на то, что его структура и поверхностная химия в значительной степени сохраняются. Эта устойчивость вместе с низкой стоимостью и обилием пальмового шрота и отсутствием химической предварительной обработки указывает на практический путь превращения существующего потока сельскохозяйственных отходов в локальный инструмент для очистки текстильных сточных вод.

Что это значит для чище рек

В повседневных терминах исследование показывает, что дешёвый побочный продукт производства пальмового масла может служить многоразовой губкой для определённых молекул синего красителя в воде. Краситель прилипает к растительным частицам благодаря мягким электрическим и молекулярным притяжениям, проникая в их поры; эта связь достаточно прочна, чтобы удалить большую часть окраски, но достаточно слабая, чтобы материал можно было промыть и использовать повторно. Хотя потребуются дополнительные исследования для проверки работы при более высоких концентрациях красителя, в проточных системах и на реальных заводских стоках, результаты указывают на то, что материалы, ранее считавшиеся отходами, могли бы помочь в борьбе с видимым и вредным загрязнением красителями более устойчивым и доступным способом.

Цитирование: D.M., R.P., Haizul Akma, W.S., Krishnaiah, D. et al. Effective and sustainable methylene blue removal from wastewater using palm kernel cake. Sci Rep 16, 15264 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45652-5

Ключевые слова: метиленовый синий, пальмовый шрот, текстильные сточные воды, адсорбция, сельскохозяйственные отходы