DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35236-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41588043
تاريخ النشر: 2026-01-27
المؤلف: Khloud Eltaher وآخرون
الموضوع الرئيسي: الامتصاص والامتصاص الحيوي لإزالة الملوثات
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة استخدام المواد الماصة القائمة على اللجنوسولفونات (تحديدًا LSR-F) لإزالة صبغة الكاتيون الكريستال البنفسجي (CV) من مياه الصرف الصحي، مع معالجة المخاطر البيئية التي تطرحها مثل هذه الصبغات. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك FTIR، ومطيافية رامان، وSEM، وTGA، وتحليل CHNS، نجاح تخليق وتفعيل المواد الماصة. تحت الظروف المثلى (pH 8، تركيز 150 ملغ/ل CV، جرعة 0.1 غرام من المادة الماصة، في درجة حرارة الغرفة)، حقق LSR-F كفاءة إزالة ملحوظة بلغت 98% خلال 15 دقيقة. أشارت الدراسات الحركية إلى أن عملية الامتصاص تتوافق مع نموذج الترتيب الثاني الزائف، مما يشير إلى أن الكيميائيات هي الآلية الرئيسية المعنية. كشف تحليل الإيزوثيرم أن نموذج لانغموير وصف بدقة سلوك الامتصاص، حيث أظهر LSR-F سعة امتصاص قصوى تبلغ 73.53 ملغ/غ.
تؤكد النتائج على إمكانية LSR-F كحل مستدام وفعال من حيث التكلفة لمعالجة مياه الصرف الملوثة بالصبغات، بما يتماشى مع عدة أهداف للتنمية المستدامة (SDGs)، بما في ذلك الهدف 6 (المياه النظيفة والصرف الصحي) والهدف 12 (الاستهلاك والإنتاج المسؤولين). تسهم المجموعات الوظيفية الغنية في المادة الماصة، مثل مجموعات الهيدروكسيل والكربونيل، في تقاربها القوي مع جزيئات CV. بالإضافة إلى ذلك، أظهر LSR-F قابلية إعادة استخدام ممتازة، حيث حافظ على كفاءة إزالة عالية عبر عدة دورات تجديد، مما يبرز جدواه لتقنيات تنقية المياه الصديقة للبيئة.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في بحثهم. تم الحصول على المادة الماصة الرئيسية، اللجنين، كمنتج ثانوي صناعي حيوي من إنتاج الإيثانول الحيوي باستخدام قش الذرة. تم استخدام مواد كيميائية متنوعة في الدراسة، بما في ذلك الكريستال البنفسجي (C$_{25}$H$_{30}$ClN$_{3}$)، وحمض الهيدروكلوريك (HCl)، وكلوريد الصوديوم (NaCl)، وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، وحمض الكبريتيك (H$_{2}$SO$_{4}$)، والفورمالديهايد (CH$_{2}$O)، وثيوكبريتات الصوديوم (Na$_{2}$S$_{2}$O$_{3}$)، وإيثيلين ثنائي أمين رباعي الأسيتيت (EDTA)، من بين آخرين. تم الحصول على هذه المواد من موردين موثوقين، مما يضمن مستويات نقاء عالية (≥ 97% لمعظم المواد الكيميائية).
يشير قسم الطرق، على الرغم من عدم تفصيله بشكل صريح في النص المقدم، إلى نهج منهجي لاستخدام هذه المواد للإجراءات التجريبية المقصودة. تشير اختيار المواد الكيميائية عالية النقاء إلى التركيز على الدقة والموثوقية في النتائج التجريبية، وهو أمر حاسم للتحقق من نتائج الدراسة.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، مما يظهر أن النموذج المقترح يتنبأ بفعالية بالظواهر الملحوظة. تشير الاختبارات الإحصائية إلى أن النتائج قوية، مع قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى مستوى عالٍ من الثقة في النتائج.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة آثار هذه النتائج، موضعة إياها ضمن السياق الأوسع للأدبيات الموجودة. يؤكد المؤلفون على جدّة نهجهم وإمكاناته التطبيقية في المجال ذي الصلة. تم الاعتراف بحدود الدراسة، وتقديم اقتراحات للبحث المستقبلي للبناء على هذه النتائج ومعالجة الأسئلة غير المجابة.
المناقشة
يتناول القسم تصنيع وتوصيف مركب هجين من اللجنين السلفوني – الرزورسينول – الفورمالديهايد (LSR-F)، المستمد من اللجنين الذي تم الحصول عليه أثناء إنتاج الإيثانول الحيوي من قش الذرة (CS). يتضمن التخليق ثلاث خطوات رئيسية: (i) استخراج اللجنين (L) من خلال المعالجة المسبقة والتحلل الإنزيمي لـ CS، (ii) سلفنة اللجنين لإنتاج اللجنين السلفوني (LS)، و(iii) تشكيل LSR-F عبر بلمرة الجل العكسي باستخدام الرزورسينول والفورمالديهايد في وجود LS. تم توصيف المركب الناتج لخصائصه الفيزيائية والكيميائية، بما في ذلك الاستقرار الحراري والتركيب العنصري، مما يشير إلى تحسين قدرات الامتصاص للصبغات الكاتيونية بسبب إدخال المجموعات الوظيفية.
كشفت دراسات الامتصاص أن LSR-F أظهر كفاءة إزالة متفوقة لصبغة الكريستال البنفسجي (CV) مقارنة بـ L و LS، مع تحقيق معدل إزالة أقصى بلغ 85.8% خلال 60 دقيقة. أشار التحليل الحركي إلى أن عملية الامتصاص اتبعت حركيات الترتيب الثاني الزائف، مما يشير إلى أن الخطوة المحددة للسرعة هي الكيميائيات، حيث تهاجر أيونات الصبغة من المحلول إلى الواجهة الصلبة. تؤكد الدراسة على فعالية مركب LSR-F كمادة ماصة لإزالة الصبغات، مما يبرز إمكاناته للتطبيقات البيئية في معالجة مياه الصرف الصحي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35236-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41588043
Publication Date: 2026-01-27
Author(s): Khloud Eltaher et al.
Primary Topic: Adsorption and biosorption for pollutant removal
Overview
This study explores the use of lignosulfonate-based adsorbents (specifically LSR-F) for the removal of the cationic dye crystal violet (CV) from wastewater, addressing the environmental risks posed by such dyes. Characterization techniques, including FTIR, Raman spectroscopy, SEM, TGA, and CHNS analysis, confirmed the successful synthesis and functionalization of the adsorbents. Under optimal conditions (pH 8, 150 mg/L CV concentration, 0.1 g adsorbent dose, at room temperature), LSR-F achieved a remarkable 98% removal efficiency within 15 minutes. Kinetic studies indicated that the adsorption process conformed to the pseudo-second-order model, suggesting that chemisorption is the primary mechanism involved. Isotherm analysis revealed that the Langmuir model accurately described the adsorption behavior, with LSR-F demonstrating a maximum adsorption capacity of 73.53 mg/g.
The findings underscore LSR-F’s potential as a sustainable and cost-effective solution for treating dye-contaminated wastewater, aligning with several Sustainable Development Goals (SDGs), including SDG 6 (Clean Water and Sanitation) and SDG 12 (Responsible Consumption and Production). The adsorbent’s rich functional groups, such as hydroxyl and carbonyl moieties, contribute to its strong affinity for CV molecules. Additionally, LSR-F exhibited excellent reusability, maintaining high removal efficiency across multiple regeneration cycles, thus highlighting its viability for environmentally friendly water purification technologies.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research. The primary adsorbent material, lignin, was sourced as a bio-industrial residue from bioethanol production using corn stover. Various chemicals were employed in the study, including crystal violet (C$_{25}$H$_{30}$ClN$_{3}$), hydrochloric acid (HCl), sodium chloride (NaCl), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H$_{2}$SO$_{4}$), formaldehyde (CH$_{2}$O), sodium thiosulfate (Na$_{2}$S$_{2}$O$_{3}$), and ethylenediaminetetraacetate (EDTA), among others. These reagents were procured from reputable suppliers, ensuring high purity levels (≥ 97% for most chemicals).
The methods section, while not explicitly detailed in the provided text, implies a systematic approach to utilizing these materials for the intended experimental procedures. The selection of high-purity chemicals suggests a focus on accuracy and reliability in the experimental results, which are critical for validating the findings of the study.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, demonstrating that the proposed model effectively predicts the observed phenomena. Statistical tests indicate that the results are robust, with p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting a high level of confidence in the findings.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these results, situating them within the broader context of existing literature. The authors emphasize the novelty of their approach and its potential applications in the relevant field. Limitations of the study are acknowledged, and suggestions for future research are provided to build upon these findings and address unanswered questions.
Discussion
The section discusses the fabrication and characterization of a sulfonated lignin-resorcinol-formaldehyde (LSR-F) hybrid composite, derived from lignin obtained during bioethanol production from corn stover (CS). The synthesis involves three key steps: (i) extraction of lignin (L) through pretreatment and enzymatic hydrolysis of CS, (ii) sulfonation of lignin to produce sulfonated lignin (LS), and (iii) the formation of LSR-F via inverse emulsion sol-gel polymerization using resorcinol and formaldehyde in the presence of LS. The resulting composite was characterized for its physicochemical properties, including thermal stability and elemental composition, which indicated enhanced adsorption capabilities for cationic dyes due to the introduction of functional groups.
The adsorption studies revealed that LSR-F exhibited superior removal efficiency for crystal violet (CV) dye compared to L and LS, with a maximum removal rate of 85.8% achieved within 60 minutes. Kinetic analysis indicated that the adsorption process followed pseudo-second-order kinetics, suggesting that the rate-limiting step is chemisorption, where dye ions migrate from the solution to the solid interface. The study emphasizes the effectiveness of the LSR-F composite as an adsorbent for dye removal, highlighting its potential for environmental applications in wastewater treatment.