En ny komposit av kitin/chitosan och Bacillus subtilis-exopolysackarid för avlägsnande av metylblått från vattenlösningar

Varför det är viktigt att rena färgat vatten

Från jeansen vi bär till pappret vi trycker på, modern tillvaro är beroende av syntetiska färgämnen. Men när rester av färgämnen sköljs ner i fabriksavlopp kan de göra floder färgstarka, blockera solljus, skada vattenlevande organismer och till och med utgöra hälsorisker för människor. Att behandla detta ”färgade vatten” är dyrt, särskilt i områden som redan har brist på vatten. Denna studie undersöker ett lågt kostnadsmaterial som är biologiskt nedbrytbart och gjort av naturliga polymerer — en från skaldjursavfall och en från nyttiga bakterier — för att snabbt och effektivt avlägsna ett vanligt blått färgämne ur vatten.

Ett naturligt team för smutsigt vatten

Forskarnas fokus låg på att avlägsna metylblått, ett mycket använt blått färgämne som är svårt att bryta ner när det når miljön. De konstruerade ett nytt material genom att kombinera chitosan — en sockerbaserad förening framställd från kräftdjursskal — med exopolysackarider, långkedjiga sockerarter som produceras av bakterien Bacillus subtilis. Båda ingredienserna är biologiskt nedbrytbara och är redan kända för att fästa vid föroreningar. Tanken var att sammansmältning till en enda ”komposit” skulle skapa fler och bättre bindningsställen för färgämnet än något av materialen för sig, samtidigt som man återanvänder bakterieprodukter som annars ofta kastas bort.

Hur det nya filtermaterialet beter sig

För att förstå hur väl denna naturliga komposit fungerar undersökte teamet först dess kemi och struktur med hjälp av infrarödspektroskopi och svepelektronmikroskopi. Dessa verktyg bekräftade att materialet innehöll många aktiva kemiska grupper — såsom hydroxyl-, amino-, karboxyl- och fosfatgrupper — som kan fästa vid färgmolekyler. I mikroskopet såg vanlig chitosan slät och relativt tät ut, med få porer. I kontrast var chitosan–bakteriesocker-kompositen grövre och mer porös, med en svampliknande textur. Denna mer öppna, oregelbundna yta erbjuder extra utrymme för de blå färgmolekylerna att komma in och binda.

Att hitta de bästa förutsättningarna för rening

Forskarna testade sedan hur olika vattenförhållanden påverkade färgavlägsningen. De varierade surhetsgrad (pH), kontakttid och startkoncentration av färgämnet. Kompositen avlägsnade färg bäst vid ett lätt surt till nästan neutralt pH runt 6, medan ren chitosan fungerade bäst vid pH 7. När pH ökade från starkt surt mot neutralt blev materialets yta mer negativt laddad, vilket starkt attraherade de positivt laddade metylblå molekylerna. Båda materialen avlägsnade större delen av färgen inom ungefär 30 minuter, men kompositen presterade konsekvent bättre och klarade ungefär 72 procent av färgen jämfört med cirka 61 procent för chitosan ensam. När startnivån av färgämne var mycket hög sjönk avlägsningseffektiviteten, främst eftersom det begränsade antalet bindningsställen blev mättade.

Vad som händer på molekylär nivå

För att förstå djupare hur färgen fäster analyserade teamet hur mycket färg materialen kunde hålla och hur snabbt de verkade. Deras mätningar följde en modell där färgen bildar ett enda, ordnat skikt på ytan — ett tecken på väldefinierade fästställen. Kompositen lagrade något mer färg per gram än ren chitosan och höll i den starkare. Tidsförsök visade att processen följde en kinetik av ”andra ordningen”, vilket i enkla termer innebär att hastigheten styrs av hur snabbt färgmolekyler kan bilda bindningar med specifika ställen. Här var kompositen anmärkningsvärt snabbare: dess hastighetskonstant var ungefär en storleksordning högre än för ren chitosan. Ytterligare infraröda mätningar före och efter färgavlägsning visade små men tydliga skift i viktiga kemiska signaler, vilket visar att grupper som innehåller syre, kväve och fosfor var direkt involverade. Tillsammans pekar bevisen på en kombination av elektrostatisk attraktion mellan motsatta laddningar, vätebindningar och staplingsinteraktioner mellan ringformade färgmolekyler och kompositens sockerbackbone.

En grönare väg för behandling av färgat avloppsvatten

Sammanfattningsvis visar studien att en blandning av chitosan och bakteriella exopolysackarider skapar ett helt biologiskt nedbrytbart material som avlägsnar metylblått från vatten både effektivare och mycket snabbare än enbart chitosan. Även om vissa högteknologiska syntetiska material kan binda ännu mer färg, kräver de ofta hårda kemikalier vid tillverkning och tar längre tid att verka. I kontrast är denna naturliga komposit tillverkad av förnybara ingredienser, inklusive en bakterie-biprodukt som annars skulle gå till spillo, och fungerar väl under förhållanden som liknar verkliga industriella avloppsvatten. Denna kombination av snabbhet, prestanda och hållbarhet tyder på att materialet kan utvecklas till praktiska filter för fabriker som använder starka färgämnen — och därigenom hjälpa till att hålla våra floder klarare utan att tillsätta nya föroreningar i processen.

Citering: Abd-Alla, M.H., Hassan, E.A., Mohammed, E.A. et al. A novel composite of chitosan and Bacillus subtilis exopolysaccharide for the removal of methylene blue from aqueous solutions. Sci Rep 16, 6349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36875-7

Nyckelord: avloppsvattenbehandling, biologiskt nedbrytbar adsorbent, avlägsnande av metylblått, chitosankomposit, bakteriell exopolysackarid