Sudaki metilen mavisini gidermek için kitozan ve Bacillus subtilis ekzosakkaritinin yeni bir kompoziti

Renkli suyun temizlenmesi neden önemli

Giydiğimiz kotlardan bastığımız kağıtlara kadar modern yaşam sentetik boyalara dayanır. Ancak fabrika atık sularına karışan boya artıklarının nehirleri parlak renklere boyayabilmesi, güneş ışığını engellemesi, sucul yaşamı zarar vermesi ve hatta insan sağlığı için risk oluşturması mümkündür. Bu “renkli su”yun arıtılması maliyetlidir; özellikle su sıkıntısı çeken bölgelerde yük daha da ağırdır. Bu çalışma, kabuklu deniz ürünü atığından elde edilen doğal bir polimer ile yararlı bir bakteriden gelen başka bir polimeri kullanarak, yaygın bir mavi boyayı sudan hızlı ve verimli şekilde çekebilen düşük maliyetli, biyobozunur bir malzemeyi araştırıyor.

Kirli su için doğal bir ikili

Araştırmacılar, çevreye ulaştığında parçalanması zor olan yaygın bir mavi boya olan metilen mavisini uzaklaştırmaya odaklandı. Kitozan—kabuklu deniz ürünü kabuklarından elde edilen şeker bazlı bir bileşen—ile Bacillus subtilis adlı bir bakterinin ürettiği uzun zincirli şekerler olan ekzosakkaritleri birleştirerek yeni bir malzeme geliştirdiler. Her iki bileşen de biyobozunur olup kirleticilere yapışma özellikleriyle biliniyor. Amaç, bunları tek bir “kompozit”te harmanlayarak, tek başına kullanılan malzemelere kıyasla boya için daha fazla ve daha iyi bağlanma noktaları yaratmak ve genellikle atık olarak değerlendirilen bakteriyel yan ürünleri yeniden kullanmaktı.

Yeni filtre malzemesinin davranışı

Bu doğal kompozitin ne kadar iyi çalıştığını anlamak için ekip önce kimyası ve yapısını kızılötesi spektroskopi ve elektron mikroskopisi ile inceledi. Bu araçlar, hidroksil, amino, karboksil ve fosfat grupları gibi boya moleküllerine tutunabilen birçok aktif kimyasal grup olduğunu doğruladı. Mikroskop altında saf kitozan pürüzsüz ve nispeten yoğun, gözenekleri az görünürken; kitozan–bakteriyel şeker kompoziti daha pürüzlü ve gözenekli, süngersi bir doku gösterdi. Bu daha açık, düzensiz yüzey mavi boya moleküllerinin içeri girip tutunması için ekstra alan sunuyor.

Temizlik için en iyi koşulları bulmak

Araştırmacılar daha sonra farklı su koşullarının boya giderimini nasıl etkilediğini test etti. Asitlik (pH), temas süresi ve başlangıç boya konsantrasyonunu değiştirdiler. Kompozit, yaklaşık 6 civarında hafif asidik ile nötre yakın pH’da en iyi boya giderimini sağlarken, saf kitozan için en iyi pH 7 idi. pH güçlü asidik ortamdan nötr seviyeye yükseldikçe malzemenin yüzeyi daha negatif yük kazandı ve pozitif yüklü metilen mavisi moleküllerini güçlü şekilde çekti. Her iki malzeme de boyanın çoğunu yaklaşık 30 dakika içinde giderdi, ancak kompozit tutarlı olarak daha iyi performans göstererek yaklaşık %72 renk giderimi sağlarken saf kitozan yaklaşık %61 düzeyinde kaldı. Başlangıç boya düzeyi çok yüksek olduğunda giderim verimi düştü; bunun başlıca nedeni sınırlı sayıda bağlanma noktasının doygunluğa ulaşmasıydı.

Moleküler ölçekte neler oluyor

Boya nasıl tutunduğunu daha derinlemesine anlamak için ekip, malzemelerin ne kadar boya tutabileceğini ve ne kadar hızlı çalıştığını analiz etti. Ölçümleri, boyanın yüzeyde tek katlı, düzenli bir tabaka oluşturduğunu gösteren bir modele uydu; bu, tanımlı bağlanma noktalarının varlığına işaret eder. Kompozit gram başına biraz daha fazla boya depoladı ve ona daha güçlü şekilde bağlı kaldı. Zamanlama deneyleri sürecin “ikinci dereceden” kinetik bir desen izlediğini gösterdi; basitçe, hızın boya moleküllerinin belirli noktalarda bağ oluşturma hızıyla kontrol edildiği anlamına gelir. Burada kompozit oldukça daha hızlıydı: hız sabiti saf kitozana göre yaklaşık bir mertebe (on kat) daha yüksekti. Boya gideriminden önce ve sonra yapılan ek kızılötesi ölçümler, oksijen, azot ve fosfor içeren grupların doğrudan rol aldığını gösteren küçük ama belirgin kaymalar ortaya koydu. Bir araya geldiğinde kanıtlar, zıt yükler arasındaki elektrostatik çekim, hidrojen bağları ve halka şeklindeki boya molekülleri ile kompozitin şeker omurgası arasındaki yığılma etkileşimlerinin bir kombinasyonuna işaret ediyor.

Renkli atık suyun arıtılmasında daha yeşil bir yol

Genel olarak çalışma, kitozanın bakteriyel ekzosakkaritlerle karıştırılmasının, metilen mavisini sudan kitozandan daha etkili ve çok daha hızlı şekilde uzaklaştıran tamamen biyobozunur bir malzeme oluşturduğunu gösteriyor. Bazı ileri teknoloji sentetik malzemeler daha fazla boya tutabilse de, genellikle üretimleri sırasında sert kimyasallar gerektirir ve daha uzun sürede çalışırlar. Buna karşılık bu doğal kompozit yenilenebilir bileşenlerden, atık olarak gidecek bir bakteriyel yan üründen yapılır ve gerçek endüstriyel atık suya benzer koşullarda iyi performans gösterir. Hız, performans ve sürdürülebilirlik kombinasyonu bu malzemenin parlak boya kullanan fabrikalar için pratik filtrelere dönüştürülebileceğini; böylece nehirlerimizi yeni kirleticiler eklemeden daha temiz tutmaya yardımcı olacağını düşündürmektedir.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: atık su arıtımı, biyobozunur adsorban, metilen mavisi giderimi, kitozan kompoziti, bakteriyel ekzosakkarit