烧结禽类废料作为低成本吸附剂用于刚果红去除：动力学、等温线与热力学洞见

把农场问题变为水体治理方案

在全球范围内，为织物着色、造纸、塑料和化妆品生产的工厂都会排放出颜色鲜艳的废水，这些染色水体可能在河流和湖泊中长期存在。其中一种特别顽固的红色染料——刚果红，难以去除，可能对野生动物和人类造成危害。本研究探索了一个意想不到的解决途径：将禽类加工废弃物转化为一种简单、低成本的材料，用于从水中吸附去除该染料，这既可清洁污染水体，也能减少农业废弃物。

水中颜色情况为何重要

有色废水不仅影响美观。它阻挡阳光穿透水体表层，扰乱光合作用并影响水生食物链。刚果红作为一种广泛使用的红色染料，易溶于水、抵抗自然降解，并可能引起皮肤和器官刺激，甚至带来长期健康风险。传统处理方法——如化学氧化、膜过滤和高级反应器——可以去除部分染料，但通常代价高、耗能大，并产生需妥善处理的污泥。随着工业扩张，特别是在发展中地区，社区迫切需要更简单、更廉价、更可持续的方式来净化这些被污染的水体。

从禽类剩余物到清洁颗粒

来自屠宰场和加工厂的禽类废料产生量巨大且难以安全处置。研究人员收集了此类废料，进行了清洗和干燥，然后将一部分置于限氧条件下在650 °C的高温炉中处理。该热处理步骤称为烧结，能烧掉挥发性成分、打开孔隙并稳定材料。未经处理的部分则保留原样以便比较。两种样品——原始禽类废料（PBW）和烧结禽类废料（SPBW）——随后用显微镜和表面分析仪器进行细致检查，以比较其结构和成分差异。

这种新材料吸附染料的能力如何

在实验室测试中，PBW和SPBW在不同条件下（包括不同染料浓度、接触时间、pH值和温度）与含刚果红的水混合。烧结材料始终比未处理材料吸附更多染料，并且随时间表现更稳定。SPBW在约两小时内达到平衡容量，约能吸附60毫克/克的染料，而未经处理的废料约为40毫克/克。烧结颗粒具有更大的内部比表面积和更连通的孔道，为染料分子提供了更多吸附位点。该过程在酸性水中效果最佳——这是许多染整厂废水的常见条件——且随温度升高而更有效，表明较高温度有助于染料分子进入并通过孔隙扩散。

深入解析吸附过程

为更深入理解发生的机理，团队分析了染料从水中消失的速度以及在不同情形下沉积到材料表面的量。数据表明，去除速率符合先在表面可用位点吸附，然后缓慢进入内孔的模型。其他测量结果暗示多种温和的作用力共同起作用：废料上带正电的位点与带负电的染料之间的静电吸引、染料芳环分子与富碳表面的层叠作用，以及氢键作用。热处理通过稳定有用的表面基团并形成更开放、耐用的孔隙网络来增强这些作用。值得注意的是，当用弱酸性溶液洗脱染料时，大部分染料可以被释放，且同一批颗粒可重复使用多次，仅出现性能逐步下降。

对现实水体的意义

对于面临鲜红工业废水排放和日益增多禽类废弃物堆积的社区而言，这项工作指向了一个有前景的双赢方案。通过简单加热禽类加工剩余物——无需昂贵的化学品——这些废料可转化为坚固的颗粒，有效捕捉难处理的染料，在类似真实纺织废水的条件下也能表现良好。该过程为自发吸附，受适度升温利好，并且材料可被多次再生，从而降低持续运行成本。尽管仍需进一步放大试验并在混合的真实排放物中检验，但烧结禽类废料作为一种实用、环保的染料去除候选方案，在资源有限但清洁水体需求迫切的地区具有现实潜力。

引用: Din, S.U., Ibrahim, A., Shawabkeh, A. et al. Sintered poultry-base waste as low-cost adsorbent for the uptake of Congo red: insight into kinetics, isotherms and thermodynamics. Sci Rep 16, 10270 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40647-8

关键词: 废水处理, 染料去除, 刚果红, 禽类废料吸附剂, 低成本吸附剂