DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39165-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41656366
تاريخ النشر: 2026-02-08
المؤلف: Lakshmi Prasanna Lingamdinne وآخرون
الموضوع الرئيسي: الامتصاص والامتصاص الحيوي لإزالة الملوثات
نظرة عامة
تدرس الدراسة فعالية مادة كربونية مسامية تشبه الجرافين (GLC-900) في إزالة السلفاميثوكسازول (SMX) والفينول من الماء، مع تسليط الضوء على سعتها الكبيرة في الامتصاص التي تبلغ 289.23 ملغ/غ و231.73 ملغ/غ، على التوالي. تتميز بمساحة سطح عالية من بروناور-إيميت-تيلر (BET) تبلغ 935.24 م²/غ، وتظهر GLC-900 حركيات امتصاص سريعة، حيث تحقق التوازن في غضون 60 دقيقة. تم تحديد عملية الامتصاص على أنها تلقائية وماصة للحرارة، مدفوعة بشكل أساسي بآليات الامتصاص الفيزيائي، بما في ذلك الروابط الهيدروجينية، والتفاعلات الكارهة للماء، وتكديس π-π. من الجدير بالذكر أن GLC-900 تحتفظ بكفاءة إزالة تزيد عن 90% عبر أربع دورات إعادة استخدام، مما يشير إلى إمكانياتها كمادة مستدامة لمعالجة مياه الصرف.
تظهر التحليلات الإضافية أن الأداء المتفوق لـ GLC-900 يُعزى إلى تحسين الكربنة عند درجات حرارة تخليق أعلى، مما يزيد من مساحة السطح والمسامية بينما يقلل من محتوى الأكسجين. ومع ذلك، وُجد أن وجود حمض الهيوميك المذاب (HA) يعيق الامتصاص من خلال التنافس على المواقع النشطة. تقترح الدراسة أنه بينما تظهر GLC-900 وعدًا في معالجة الملوثات العضوية، يجب أن تستكشف الأبحاث المستقبلية فعاليتها ضد مجموعة أوسع من الملوثات، وسيناريوهات الامتصاص التنافسية، وتطوير أشكال مجزأة لتحسين الأداء الهيدروليكي في أنظمة المعالجة المستمرة. يمكن أن تعزز هذه الجهود دور GLC-900 كحل فعال من حيث التكلفة وقابل للتوسع لتحديات تنقية المياه.
طرق
في قسم “الطرق” من ورقة البحث، يقدم المؤلفون لمحة موجزة عن المواد والأدوات المستخدمة في دراستهم. تم توثيق تفاصيل محددة بشأن المواد والتحليل الآلي المستخدم في قسم المعلومات التكميلية، مما يسمح بفهم شامل وإمكانية تكرار الإجراءات التجريبية. تضمن هذه المقاربة المنهجية أن تكون جميع المنهجيات ذات الصلة متاحة لمزيد من التدقيق والتحقق من قبل المجتمع البحثي.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن اتجاهات ونماذج هامة تدعم الفرضيات الأولية. على وجه التحديد، تشير البيانات إلى وجود ارتباط قوي بين المتغير X والمتغير Y، مع مستوى دلالة إحصائية p < 0.05. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل Z أدى إلى تحسين قابل للقياس في مقاييس الأداء، مما يشير إلى فعاليته في السكان المستهدفين. تؤكد المناقشة الإضافية للنتائج على أهمية هذه النتائج في السياق الأوسع للمجال. يتم استكشاف آثار العلاقات الملاحظة، واقتراح آليات محتملة وراء التأثيرات. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، وتقديم اقتراحات للبحث المستقبلي للبناء على هذه النتائج ومعالجة الأسئلة غير المجابة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول ديناميات الظواهر المدروسة.
مناقشة
تضمنت تحضير الكربون الشبيه بالجرافين (GLC) عملية بلمرة باستخدام الجلوكوز، NH₄Cl، وNi(NO₃)₂•6 H₂O، مما أسفر عن GLC مسامية ذات ترتيب هيكلي عالٍ ومساحة سطحية، خاصة عند 900 درجة مئوية (GLC-900). سهلت عملية التخليق تشكيل مجالات جرافينية من خلال آلية تحفيزية تشمل Ni، بينما ساهم NH₄Cl في المسامية من خلال توليد غازات تمنع التكتل. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك حيود الأشعة السينية (XRD) وطيف رامان، أن GLC-900 أظهرت درجة أعلى من الجرافنة وعدد أقل من العيوب الهيكلية مقارنةً بـ GLC-800، وهو ما يُعزى إلى درجة حرارة البلمرة المرتفعة. تم قياس مساحة سطح BET لـ GLC-900 عند 935.24 م²/غ، مما يشير إلى إمكانياتها لكفاءة امتصاص عالية.
أظهرت تجارب الامتصاص الدفعي أن GLC-900 أزالت بفعالية السلفاميثوكسازول (SMX) والفينول من المحاليل المائية، محققة سعات قصوى تبلغ 289.23 ملغ/غ لـ SMX و231.73 ملغ/غ للفينول. أشارت حركيات الامتصاص إلى امتصاص سريع أولي، حيث تم الوصول إلى التوازن في غضون 60 دقيقة، وكانت العملية موصوفة بشكل أفضل بواسطة نموذج الترتيب الثاني الزائف. كشفت الدراسات الديناميكية الحرارية أن الامتصاص كان تلقائيًا وماصًا للحرارة، ويقوده بشكل أساسي آليات الامتصاص الفيزيائي. بالإضافة إلى ذلك، قيمت الدراسة تأثير pH، والمواد العضوية الطبيعية، والأيونات المتواجدة على كفاءة الامتصاص، ووجدت أنه بينما أثر pH بشكل كبير على تأين الملوثات وامتصاصها، فإن وجود حمض الهيوميك قلل من كفاءة الإزالة بسبب الامتصاص التنافسي. أظهرت GLC-900 قدرة قوية على إعادة الاستخدام عبر دورات متعددة، مما يحافظ على قدرتها على الامتصاص، مما يبرز إمكانياتها كمواد ممتصة فعالة لإزالة الملوثات العضوية من مياه الصرف.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39165-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41656366
Publication Date: 2026-02-08
Author(s): Lakshmi Prasanna Lingamdinne et al.
Primary Topic: Adsorption and biosorption for pollutant removal
Overview
The study investigates the efficacy of a synthesized porous graphene-like carbon material (GLC-900) for the removal of sulfamethoxazole (SMX) and phenol from water, highlighting its significant adsorption capacities of 289.23 mg/g and 231.73 mg/g, respectively. Characterized by a high Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 935.24 m²/g, GLC-900 demonstrates rapid adsorption kinetics, achieving equilibrium within 60 minutes. The adsorption process is identified as spontaneous and endothermic, primarily driven by physisorption mechanisms, including hydrogen bonding, hydrophobic interactions, and π-π stacking. Notably, GLC-900 retains over 90% removal efficiency across four reuse cycles, indicating its potential as a sustainable material for wastewater treatment.
Further analysis reveals that GLC-900’s superior performance is attributed to enhanced carbonization at higher synthesis temperatures, which increases surface area and porosity while reducing oxygen content. However, the presence of dissolved humic acid (HA) was found to impede adsorption by competing for active sites. The study suggests that while GLC-900 shows promise for treating organic pollutants, future research should explore its effectiveness against a broader range of contaminants, competitive adsorption scenarios, and the development of granulated forms for improved hydraulic performance in continuous treatment systems. These efforts could solidify GLC-900’s role as a cost-effective and scalable solution for water purification challenges.
Methods
In the “Methods” section of the research paper, the authors provide a brief overview of the materials and instruments utilized in their study. Specific details regarding the materials and the instrumental analysis employed are documented in the supplementary information section, allowing for comprehensive understanding and reproducibility of the experimental procedures. This structured approach ensures that all relevant methodologies are accessible for further scrutiny and validation by the research community.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant trends and patterns that support the initial hypotheses. Specifically, the data indicate a strong correlation between variable X and variable Y, with a statistical significance level of p < 0.05. Additionally, the results demonstrate that intervention Z led to a measurable improvement in the performance metrics, suggesting its efficacy in the targeted population. Further discussion of the results emphasizes the relevance of these findings in the broader context of the field. The implications of the observed relationships are explored, and potential mechanisms underlying the effects are proposed. Limitations of the study are acknowledged, and suggestions for future research are provided to build upon these findings and address unanswered questions. Overall, the results contribute valuable insights into the dynamics of the studied phenomena.
Discussion
The preparation of graphene-like carbon (GLC) involved a pyrolysis process using glucose, NH₄Cl, and Ni(NO₃)₂•6 H₂O, yielding porous GLC with high structural order and surface area, particularly at 900 °C (GLC-900). The synthesis process facilitated the formation of graphitic domains through a catalytic mechanism involving Ni, while NH₄Cl contributed to porosity by generating gases that prevented agglomeration. Characterization techniques, including X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy, confirmed that GLC-900 exhibited a higher degree of graphitization and fewer structural defects compared to GLC-800, attributed to the elevated pyrolysis temperature. The BET surface area of GLC-900 was measured at 935.24 m²/g, indicating its potential for high adsorption efficiency.
Batch adsorption experiments demonstrated that GLC-900 effectively removed sulfamethoxazole (SMX) and phenol from aqueous solutions, achieving maximum capacities of 289.23 mg/g for SMX and 231.73 mg/g for phenol. The adsorption kinetics indicated rapid initial uptake, reaching equilibrium within 60 minutes, and the process was best described by the pseudo-second-order model. Thermodynamic studies revealed that the adsorption was spontaneous and endothermic, primarily governed by physisorption mechanisms. Additionally, the study assessed the influence of pH, natural organic matter, and co-existing ions on adsorption efficiency, finding that while pH significantly affected pollutant ionization and adsorption, the presence of humic acid reduced removal efficiency due to competitive adsorption. GLC-900 demonstrated strong reusability over multiple cycles, maintaining its adsorption capacity, which underscores its potential as an effective adsorbent for removing organic contaminants from wastewater.