DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33491-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41491204
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Mohammed Alsuhybani وآخرون
الموضوع الرئيسي: الامتصاص والامتصاص الحيوي لإزالة الملوثات
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة فعالية الزيوليت الطبيعي كمواد ماصة مستدامة وفعالة من حيث التكلفة لإزالة صبغة الميثيلين الأزرق من المحاليل المائية، مع معالجة القضية الملحة لتلوث المياه بالأصباغ. تم استخدام تقنيات التوصيف مثل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وطيف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD)، والتحليل الحراري الوزني (TGA) لتقييم خصائص الزيوليت. كشفت تجارب الامتصاص عن كفاءة قصوى لإزالة الصبغة بلغت 98.9% تحت ظروف محسنة (pH = 7، جرعة الماصة = 0.01 جرام/لتر، وقت الاتصال = 60 دقيقة، درجة الحرارة = 25 درجة مئوية) وسعة امتصاص أحادية الطبقة بلغت 24.71 ملغ/جرام. كانت عملية الامتصاص تتماشى مع نموذج لانغموير وتبعت حركيات من الدرجة الثانية الزائفة، مما يشير إلى تغطية أحادية الطبقة وآلية كيميائية.
أشارت التحليلات الديناميكية الحرارية إلى أن عملية الامتصاص تلقائية وطاردة للحرارة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت تجارب إعادة التدوير قوة إعادة استخدام الزيوليت، مما يبرز إمكانيته كحل اقتصادي وصديق للبيئة لمعالجة مياه الصرف. تضع النتائج الزيوليت الطبيعي كمرشح واعد للتطبيقات على نطاق واسع في إدارة المياه المستدامة، مع توصيات للبحوث المستقبلية تركز على تنفيذات على نطاق تجريبي واختبارها في سياقات مياه الصرف الصناعي الحقيقية للتحقق من أدائها على المدى الطويل.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجارب والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك ظروف التحكم والدوافع وراء الطرق المختارة. تعتبر هذه الوثائق الشاملة ضرورية للتحقق من النتائج وتسمح للبحوث المستقبلية بالبناء على الإطار الذي تم إنشاؤه. بشكل عام، تم تصميم الطرق المستخدمة لاختبار الفرضيات المطروحة في الدراسة بدقة، مما يضمن أن النتائج موثوقة وذات دلالة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الزيوليت الطبيعي المستخرج من شمال المملكة العربية السعودية لفعاليته في امتصاص صبغة الميثيلين الأزرق (MB) من المحاليل المائية. تم إعداد الزيوليت من خلال الطحن والغربلة لتحقيق أحجام جزيئات متجانسة، وتم استخدام مواد كيميائية متنوعة لتحضير المحاليل وضبط الرقم الهيدروجيني. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وطيف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD)، وتحليل برونور-إيميت-تيلر (BET)، على خشونة سطح الزيوليت، هيكله البلوري، واستقراره الحراري، مما يشير إلى ملاءمته لامتصاص الصبغة. كشفت تجارب الامتصاص أن أقصى كفاءة لإزالة MB تم تحقيقها عند pH 2، مع أداء متسق عبر نطاق واسع من الرقم الهيدروجيني (3-11)، مما يشير إلى أن آليات الامتصاص تمتد إلى ما وراء التفاعلات الكهروستاتيكية لتشمل تبادل الكاتيونات وتفاعلات π-π.
قامت الدراسة أيضًا بتقييم تأثير جرعة الماصة، ووقت الاتصال، وتركيز الصبغة الأولية، ودرجة الحرارة على امتصاص MB. أشارت النتائج إلى أن جرعة منخفضة من الزيوليت (0.01 جرام) كانت كافية لإزالة الصبغة تقريبًا بالكامل، مع تحديد وقت الاتصال الأمثل كـ 30 دقيقة. زادت سعة الامتصاص مع التركيز الأولي لـ MB ولكنها انخفضت مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يشير إلى عملية امتصاص طاردة للحرارة. أظهر نمذجة الإيزوثيرم أن نموذج لانغموير هو الأفضل لوصف سلوك الامتصاص، مع سعة قصوى بلغت 116.34 ملغ/جرام، وهي أعلى بكثير من العديد من المواد الماصة الأخرى المعتمدة على الزيوليت. فضلت الدراسات الحركية نموذج الدرجة الثانية الزائفة، مما يشير إلى أن آلية الامتصاص هي في الأساس كيميائية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت تجارب الإزالة أن هيدروكسيد الصوديوم كان أكثر عوامل التجديد فعالية، مما يسمح بإعادة استخدام الزيوليت مع الحفاظ على أداء امتصاص عالي. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانيات الزيوليت الطبيعي كمواد ماصة فعالة من حيث التكلفة ومستدامة لتطبيقات معالجة مياه الصرف.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33491-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41491204
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Mohammed Alsuhybani et al.
Primary Topic: Adsorption and biosorption for pollutant removal
Overview
This study investigates the efficacy of natural zeolite as a sustainable and cost-effective adsorbent for the removal of methylene blue dye from aqueous solutions, addressing the pressing issue of dye pollution in water resources. Characterization techniques such as Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), and Thermogravimetric Analysis (TGA) were employed to assess the zeolite’s properties. The adsorption experiments revealed a maximum dye removal efficiency of 98.9% under optimized conditions (pH = 7, adsorbent dosage = 0.01 g/L, contact time = 60 min, temperature = 25 °C) and a monolayer adsorption capacity of 24.71 mg/g. The adsorption process adhered to the Langmuir isotherm and followed pseudo-second-order kinetics, indicating a monolayer coverage and chemisorption mechanism.
Thermodynamic analysis indicated that the adsorption process is spontaneous and exothermic. Additionally, recycling experiments demonstrated the zeolite’s strong reusability, underscoring its potential as an economically viable and environmentally friendly solution for wastewater treatment. The findings position natural zeolite as a promising candidate for large-scale applications in sustainable water management, with recommendations for future research focusing on pilot-scale implementations and testing in real industrial wastewater contexts to validate its long-term performance.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols followed for data collection, including any statistical analyses performed to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control conditions and the rationale behind the chosen methods. This thorough documentation is crucial for validating the findings and allows for future research to build upon the established framework. Overall, the methods employed are designed to rigorously test the hypotheses posed in the study, ensuring that the results are both reliable and significant.
Discussion
In this study, natural zeolite sourced from northern Saudi Arabia was characterized and evaluated for its efficacy in adsorbing methylene blue (MB) dye from aqueous solutions. The zeolite was prepared through milling and sieving to achieve uniform particle sizes, and various reagents were utilized for solution preparation and pH adjustment. Characterization techniques, including Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis, confirmed the zeolite’s rough surface morphology, crystalline structure, and thermal stability, indicating its suitability for dye adsorption. The adsorption experiments revealed that the maximum removal efficiency of MB was achieved at pH 2, with a consistent performance across a wide pH range (3-11), suggesting that adsorption mechanisms extend beyond electrostatic interactions to include cation exchange and π-π interactions.
The study further assessed the effects of adsorbent dosage, contact time, initial dye concentration, and temperature on MB adsorption. Results indicated that a low zeolite dosage (0.01 g) was sufficient for nearly complete dye removal, with optimal contact time identified as 30 minutes. The adsorption capacity increased with initial MB concentration but decreased with rising temperature, indicating an exothermic adsorption process. Isotherm modeling demonstrated that the Langmuir model best described the adsorption behavior, with a maximum capacity of 116.34 mg/g, significantly higher than many other zeolite-based adsorbents. Kinetic studies favored the pseudo-second-order model, suggesting that the adsorption mechanism is primarily chemisorption. Additionally, desorption experiments showed that sodium hydroxide was the most effective regenerating agent, allowing for the zeolite’s reuse while maintaining high adsorption performance. Overall, the findings highlight the potential of natural zeolite as a cost-effective and sustainable adsorbent for wastewater treatment applications.