Utforskning av elektrospunnen hampa/polyakrylonitril-kompositfiber-membran och dess förmåga att adsorbera färgämnen

Att omvandla smutsigt färgvatten till en renare resurs

Kläder tillför färg i våra liv, men de färgämnen som används för att framställa kraftigt färgade tyger lämnar ofta efter sig mycket förorenat vatten och dammig luft i fabrikerna. Denna studie undersöker en ny typ av tunn, tygliknande filter tillverkat av hampa och en vanlig industriplast som både kan rena färgfyllt avloppsvatten och fånga fina luftburna partiklar. Eftersom det använder ett förnybart växtmaterial och en relativt enkel tillverkningsmetod pekar det mot mer hållbara sätt att hantera föroreningar från textilindustrin.

Varför tygfärger är svåra att rena

Avloppsvatten från textilfabriker är en utmanande blandning: det kan vara varmt, starkt färgat och rikt på kemikalier som är svåra att bryta ner. En mycket använd färg, metylblå (methylene blue), är särskilt seg och kan skada människors hälsa om den når floder eller dricksvatten. Traditionella reningsmetoder kan vara komplexa eller kostsamma. Enkla adsorptionsfilter — material som fångar och håller föroreningar på sina ytor — är attraktiva eftersom de är lätta att använda och kan införlivas i befintliga anläggningar. Författarna strävade efter att utforma ett filter som inte bara är effektivt för att fånga färgämnen, utan också är gjort av grönare ingredienser och användbart mot mer än en typ av förorening.

Att bygga ett växtbaserat högteknologiskt filter

Forskarna kombinerade hampa, en snabbväxande jordbruksgröda rik på cellulosa, med polyakrylonitril, en stark, stabil polymer som redan är vanlig i textilier. Först förbehandlade och löste de upp hampafibrerna i ett saltbaserat lösningsmedel så att cellulosan blev en jämn lösning. Denna hampalösning blandades sedan med en polyakrylonitrillösning och förvandlades till en matta av ultrafina trådar med hjälp av elektrospinning — en process där ett högspänningsfält drar ut fibrer i nanometerstorlek. Genom att noggrant ställa in faktorer som hampainnehåll, spänningsstyrka, avståndet till insamlingsytan och hur snabbt vätskan matades fram, framställde de membraner med släta, enhetliga fibrer och få defekter. Mikroskopi och mekaniska tester visade att de optimala inställningarna skapade ett tunt, flexibelt ark med välordnade fibrer och god hållfasthet.

Hur det nya membranet fångar färg och damm

När filtret väl var framställt undersökte teamet hur dess struktur och kemi stödjer rening. Tester av hur vattendroppar sprids över ytan visade att det hampainnehållande membranet är mycket vattenälskande: droppar sögs upp inom två sekunder, ett tecken på att färglösningar snabbt kan tränga in. Mätningar av porstrukturen visade att tillsats av hampa ökade den totala porositeten jämfört med rena plastmembran, och skapade ett nätverk av kanaler som tillåter vatten och löst färgämne att nå många inre ytor. Kemiska analyser bekräftade att hampars naturliga grupper och plastens kväveinnehållande grupper är väl blandade och interagerar starkt, istället för att bara sitta sida vid sida. Denna nära blandning förbättrar stabiliteten och skapar fler aktiva platser där färgämnen kan fästa. I luftfiltreringstester avlägsnade samma membran 99,97 % av fina partiklar, vilket kopplar dess höga porositet och enhetliga fibrer till utmärkt dammfångande kapacitet.

Att undersöka reningskraften i detalj

Författarna testade sedan hur väl membranet renar simulerat färgavloppsvatten och vilka förhållanden som fungerar bäst. De varierade färgkoncentration, temperatur, kontakttid, pH (syralitet) och hampainnehåll, och använde statistiska verktyg för att identifiera den mest effektiva kombinationen. Runt 10 % hampa, en måttligt varm temperatur nära 40–45 °C, svagt alkalisk vattenmiljö och tillräcklig kontakttid gav en färgborttagningsgrad på cirka 95 %. Genom att anpassa data till standardmodeller drog de slutsatsen att färgämnesmolekyler först rör sig snabbt in i porerna, och sedan binder långsammare och starkare till fiberytorna. Beteendet stämde överens med ett mönster typiskt för ”kemisk adsorption”, där färgämnet bildar specifika interaktioner — såsom vätebindningar och elektrostatisk attraktion mellan positiva och negativa laddningar — med grupper på hampa och plast. Processen visade sig vara spontan och något mer gynnsam vid högre temperaturer, och membranets maximala färgbärande kapacitet nådde ungefär 76 milligram färg per gram material, konkurrenskraftigt med eller bättre än flera liknande filter som rapporterats tidigare.

Vad detta betyder för renare textilproduktion

Sammanfattningsvis visar studien att ett tunt ark gjort av hampa och en industripolymer kan fungera som ett tvåfunktionellt filter som effektivt tar bort både ett segt färgämne från vatten och fina partiklar från luft. För en icke-specialist är huvudbudskapet att kombinationen av en förnybar växtresurs med ett robust syntetiskt material, formad till en porös nanofibermatta, skapar ett kraftfullt men enkelt verktyg för föroreningskontroll. Även om de nuvarande testerna använde ett enda färgämne under kontrollerade förhållanden, erbjuder tillvägagångssättet en lovande väg mot mer hållbara reningssystem i verkliga textilfabriker, där ett filtermaterial kan hjälpa till att hantera flera typer av avfall samtidigt.

Citering: Sun, Y., Wang, J., Kong, W. et al. Exploration of electrospinning hemp/polyacrylonitrile composite fiber membrane and dye adsorption capabilities. Sci Rep 16, 7960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-33369-w

Nyckelord: textilavloppsvatten, färgämnesborttagning, hampananafibrer, luft- och vattenfiltrering, hållbara material