DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40288-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41882036
تاريخ النشر: 2026-03-25
المؤلف: Suchi Sharma وآخرون
الموضوع الرئيسي: تلوث الزرنيخ والتخفيف
نظرة عامة
تتناول الدراسة القضية الحرجة لتلوث أيونات الزرنيخ (III) في المياه من خلال استخدام قشور الليمون المزيف (CP) لإنشاء الفحم الحيوي (CPB) ومن ثم تصنيع هيدروكسيد مزدوج الطبقات المدعوم بالفحم الحيوي Fe₃O₄-Zn + Al (M-CPB/LDH) من خلال طريقة الترسيب المشترك. أكدت التحليلات الآلية الشاملة، بما في ذلك FTIR وXRD وFESEM-EDX وBET، نجاح التصنيع ووصفت المواد، كاشفة أن مساحة سطح M-CPB/LDH (99.78 م²/غ) كانت أعلى بكثير من تلك الخاصة بـ CPB (52.49 م²/غ). أظهرت دراسات الامتصاص أن أقصى امتصاص لأيونات As (III) حدث عند pH 4.0، حيث حقق مركب M-CPB/LDH سعة امتصاص قصوى بلغت 721.34 ملغ/غ وكفاءة إزالة مثيرة للإعجاب بلغت 96.76% عند 65 درجة مئوية.
وصف سلوك الامتصاص بشكل جيد بواسطة نموذج لانغمور، مما يشير إلى امتصاص أحادي الطبقة، وكانت الحركيات تتوافق مع نموذج من الدرجة الثانية الزائفة، مما يدل على أن الامتصاص الكيميائي هو الآلية السائدة. أظهرت دراسات التجديد فعالية إزالة الامتصاص باستخدام 0.01 مول/لتر HCl، مع الاحتفاظ بسعة امتصاص كبيرة بعد عدة دورات. تسلط النتائج الضوء على مركب M-CPB/LDH كمواد ممتصة فعالة واقتصادية لإزالة أيونات As (III)، على الرغم من أن المؤلفين يحذرون من أن الاختبارات الإضافية مع مياه الصرف الصحي الحقيقية قد تؤدي إلى نتائج مختلفة بسبب تعقيد النفايات الفعلية.
النتائج
تقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد الدراسة، حيث أكدت الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، كشفت التحليلات أن المتغير $X$ يؤثر إيجابياً على المتغير $Y$، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى ارتباط قوي.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج، كما يتضح من مقارنة قبل وبعد التدخل. كانت حجم التأثير المحسوب $d = 1.2$، مما يدل على تأثير كبير. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للإطار النظري المقترح، مما يشير إلى أن الآليات الكامنة وراء التأثيرات الملحوظة تستحق المزيد من الاستكشاف.
المناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة إعداد وتوصيف الفحم الحيوي من قشور الليمون المزيف (CPB) ومركباته مع هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات المغناطيسية (M-LDH). تم إنتاج CPB من خلال التحلل الحراري لقشور الليمون المزيف، تلاه معالجة وتجفيف لتحقيق حجم جزيئي قدره 10 ميكرومتر، مما يعزز من مساحة سطحه لامتصاص فعال. تم تصنيع M-LDH باستخدام طرق الترسيب المشترك التي تشمل أملاح الحديد والزنك، ومن ثم تم دمج CPB في مصفوفة M-LDH لتشكيل مركبات M-CPB/LDH. تم استخدام تقنيات التوصيف مثل FTIR وXRD وتحليل مساحة السطح BET وTGA لتأكيد نجاح التصنيع وخصائص الهيكل للمركبات، كاشفة عن تحسينات كبيرة في مساحة السطح والمسامية، مما يجعلها مناسبة لامتصاص أيونات الزرنيخ (As(III)).
أظهرت التجارب الدفعة التي أجريت لتحسين امتصاص أيونات As(III) أن مركبات M-CPB/LDH أظهرت سعات امتصاص متفوقة مقارنة بـ CPB وM-LDH بمفردهما. تم تغيير المعلمات الرئيسية مثل جرعة الممتص، وpH، وتركيز As(III) الأولي بشكل منهجي، مع ملاحظة أقصى كفاءة امتصاص عند pH الأمثل 4.0 وجرعة 0.250 غ/لتر. أشارت دراسات أيزوثيرم الامتصاص إلى أن مركبات M-CPB/LDH اتبعت نموذج لانغمور، مما يشير إلى عملية امتصاص متجانسة. تؤكد النتائج فعالية مركبات M-CPB/LDH المصنعة في إزالة أيونات As(III) السامة من المحاليل المائية، مما يبرز إمكانياتها في تطبيقات الترميم البيئي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40288-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41882036
Publication Date: 2026-03-25
Author(s): Suchi Sharma et al.
Primary Topic: Arsenic contamination and mitigation
Overview
The study addresses the critical issue of arsenic (III) ion contamination in water by utilizing Citrus pseudolimon peels (CP) to create biochar (CPB) and subsequently synthesizing a biochar-supported Fe₃O₄-Zn + Al layered double hydroxide (M-CPB/LDH) through a co-precipitation method. Comprehensive instrumental analyses, including FTIR, XRD, FESEM-EDX, and BET, confirmed the successful synthesis and characterized the materials, revealing that the surface area of M-CPB/LDH (99.78 m²/g) was significantly higher than that of CPB (52.49 m²/g). The adsorption studies indicated that the maximum uptake of As (III) ions occurred at pH 4.0, with the M-CPB/LDH composite achieving a maximum adsorption capacity of 721.34 mg/g and an impressive removal efficiency of 96.76% at 65 °C.
The adsorption behavior was well-described by the Langmuir model, suggesting monolayer adsorption, and the kinetics conformed to a pseudo-second-order model, indicating that chemisorption is the dominant mechanism. Regeneration studies demonstrated the effectiveness of desorption using 0.01 mol/L HCl, with retention of significant adsorption capacity after multiple cycles. The findings highlight the M-CPB/LDH composite as a highly efficient and economical adsorbent for As (III) ion removal, although the authors caution that further testing with real wastewater may yield different results due to the complexity of actual effluents.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the analysis revealed that variable $X$ positively influences variable $Y$, with a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a strong association.
Furthermore, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to a measurable improvement in the outcomes, as evidenced by a pre- and post-intervention comparison. The effect size calculated was $d = 1.2$, indicating a substantial impact. These findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the proposed theoretical framework, suggesting that the mechanisms underlying the observed effects warrant further exploration.
Discussion
In this section, the preparation and characterization of Citrus pseudolimon biochar (CPB) and its composites with magnetic layered double hydroxides (M-LDH) are discussed. CPB was produced through pyrolysis of Citrus pseudolimon peels, followed by treatment and drying to achieve a particle size of 10 μm, enhancing its surface area for effective adsorption. The M-LDH was synthesized using co-precipitation methods involving iron and zinc salts, and subsequently, CPB was incorporated into the M-LDH matrix to form M-CPB/LDH composites. Characterization techniques such as FTIR, XRD, BET surface area analysis, and TGA were employed to confirm the successful synthesis and structural properties of the composites, revealing significant enhancements in surface area and porosity, which are conducive for the adsorption of arsenic (As(III)) ions.
The batch experiments conducted to optimize the adsorption of As(III) ions demonstrated that the M-CPB/LDH composites exhibited superior adsorption capacities compared to CPB and M-LDH alone. Key parameters such as adsorbent dosage, pH, and initial As(III) concentration were systematically varied, with maximum adsorption efficiency observed at an optimal pH of 4.0 and a dosage of 0.250 g/L. The adsorption isotherm studies indicated that the M-CPB/LDH composites followed the Langmuir model, suggesting a homogeneous adsorption process. The findings underscore the effectiveness of the synthesized M-CPB/LDH composites in removing toxic As(III) ions from aqueous solutions, highlighting their potential application in environmental remediation.