DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39059-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41656350
تاريخ النشر: 2026-02-08
المؤلف: Amr S. Abouzied وآخرون
الموضوع الرئيسي: الامتصاص والامتصاص الحيوي لإزالة الملوثات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في فعالية قشر قصب السكر المعالج بالحمض (ATSP) كمواد ماصة مستدامة لمعالجة مياه الصرف الصناعي، مقارنةً بقشر قصب السكر غير المعالج (UTSP). وجدت الدراسة أنه تحت ظروف محسنة—تحديدًا وقت اتصال قدره 120 دقيقة، ونطاق pH من 5-6، وجرعة قدرها 20 ملغ من المادة الماصة في 25 مل من المياه العادمة—حقق ATSP معدل إزالة الملوثات بنسبة 85%، وهو أعلى بكثير من معدل الإزالة البالغ 68% الذي لوحظ مع UTSP.
تمت caracterization عملية الامتصاص بواسطة نموذج إيزوثيرم لانغموير وحركيات من الدرجة الثانية الزائفة، مما يشير إلى آلية كيميائية أحادية الطبقة مع سعة امتصاص قصوى قدرها 50.04 ملغ/غ. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات الديناميكية الحرارية أن عملية الامتصاص هي ماصة للحرارة وعفوية، مما يشير إلى أن استخدام ATSP ليس فقط فعالًا ولكن أيضًا صديقًا للبيئة في معالجة مياه الصرف الصناعي. دعمت المجهر الإلكتروني الماسح هذه النتائج من خلال تقديم رؤى حول الخصائص السطحية للمادة الماصة.
مقدمة
**مقدمة**
المياه ضرورية في عمليات صناعية متنوعة، بما في ذلك الغسيل والتبريد والصرف الصحي، مع اختلاف مستويات الاستهلاك حسب نوع الصناعة وحجمها. ومع ذلك، تسهم الأنشطة الصناعية، وخاصة في قطاع النسيج، بشكل كبير في تلوث المياه، مما يطرح تحديات بيئية خطيرة. غالبًا ما تكون مياه الصرف الصناعي محملة بالمواد السامة وغير القابلة للتحلل مثل الأصباغ والمعادن الثقيلة والمواد الصلبة العالقة، والتي، إذا تم تصريفها دون معالجة، يمكن أن تؤدي إلى مشاكل بيئية وصحية عامة خطيرة، بما في ذلك نقص الأكسجين والتراكم البيولوجي.
تواجه طرق المعالجة التقليدية، بما في ذلك التجلط والعمليات البيولوجية، قيودًا مثل التكاليف العالية وعدم اكتمال إزالة الملوثات. وبالتالي، هناك طلب متزايد على حلول فعالة من حيث التكلفة ومستدامة يمكن أن تقضي بفعالية على الملوثات العضوية وغير العضوية دون إضافة أعباء بيئية إضافية. لقد برزت عملية الامتصاص كتقنية واعدة بسبب بساطتها وفعاليتها العالية عبر مجموعة واسعة من الملوثات. ومع ذلك، فإن التكاليف العالية لإنتاج الفحم النشط تقيد تطبيقه على نطاق واسع، مما يؤدي إلى زيادة الاهتمام بالمواد الماصة البديلة المشتقة من المخلفات الزراعية. ومن الجدير بالذكر أن قشر قصب السكر، وهو كتلة حيوية غنية باللجنين والسليلوز والمجموعات الوظيفية، أظهر إمكانات كمواد ماصة فعالة ومستدامة لمعالجة مياه الصرف.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية العمليات خطوة بخطوة المتبعة، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم تطبيقها لتفسير البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. تتيح هذه المقاربة الشاملة فهمًا واضحًا لكيفية اشتقاق النتائج، مما يبرز دقة وموثوقية البحث الذي تم إجراؤه.
مناقشة
في هذا القسم من المناقشة، تسلط الدراسة الضوء على إمكانات قشر قصب السكر، خاصةً عند تعديله كيميائيًا بحمض الفوسفوريك، كمواد ماصة فعالة منخفضة التكلفة لمعالجة مياه الصرف الصناعي. تكشف الدراسة أن قشر قصب السكر غير المعالج (UTSP) وقشر قصب السكر المعالج بحمض الفوسفوريك (ATSP) يظهران اختلافات كبيرة في كفاءة الامتصاص بسبب زيادة مساحة السطح، والتمدد، وكثافة المجموعات الوظيفية في الأخير. تشير النتائج إلى أن ATSP يتفوق على UTSP في إزالة الملوثات، محققًا تخفيضات أكبر في الملوثات مثل الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD)، والطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD)، والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، والمعادن الثقيلة، مما يحسن جودة المياه العادمة.
توضح الدراسة أيضًا الآليات وراء عملية الامتصاص، مشيرة إلى أن المعالجة الحمضية تزيد من توفر مواقع الربط النشطة، مما يسهل امتصاص الملوثات بشكل أكبر. تتأثر أداء الامتصاص بعدة عوامل، بما في ذلك وقت الاتصال، وpH، وجرعة المادة الماصة. ومن الجدير بالذكر أن ATSP يظهر أداءً متفوقًا عبر مستويات pH المختلفة، خاصة في الظروف الحمضية، حيث يظهر امتصاصًا معززًا بسبب زيادة البروتنة والتفاعلات الكهروستاتيكية. تختتم الدراسة بأن النهج المزدوج لتحليل الامتصاص الميكانيكي والتقييم التكنولوجي الاقتصادي يوفر فهمًا شاملاً لفعالية المواد الماصة المستندة إلى قشر قصب السكر، مما يبرز إمكاناتها لحلول معالجة مياه الصرف المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39059-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41656350
Publication Date: 2026-02-08
Author(s): Amr S. Abouzied et al.
Primary Topic: Adsorption and biosorption for pollutant removal
Overview
This research investigates the efficacy of acid-treated sugarcane peel (ATSP) as a sustainable adsorbent for the treatment of textile wastewater, in comparison to untreated sugarcane peel (UTSP). The study found that under optimized conditions—specifically a contact time of 120 minutes, a pH range of 5-6, and a dosage of 20 mg adsorbent in 25 mL of effluent—ATSP achieved a pollutant removal rate of 85%, significantly higher than the 68% removal rate observed with UTSP.
The adsorption process was characterized by the Langmuir isotherm model and pseudo-second-order kinetics, indicating a monolayer chemisorption mechanism with a maximum adsorption capacity of 50.04 mg/g. Additionally, thermodynamic analysis revealed that the adsorption process is endothermic and spontaneous, suggesting that the use of ATSP is not only effective but also environmentally friendly for treating textile effluents. Scanning electron microscopy further supported these findings by providing insights into the surface characteristics of the adsorbent.
Introduction
**Introduction**
Water is essential in various industrial processes, including washing, cooling, and sanitation, with consumption levels differing by industry type and scale. However, industrial activities, particularly in the textile sector, significantly contribute to water pollution, posing serious environmental challenges. Textile wastewater is often laden with nonbiodegradable and toxic substances such as dyes, heavy metals, and suspended solids, which, if discharged untreated, can lead to severe ecological and public health issues, including oxygen depletion and bioaccumulation.
Traditional remediation methods, including coagulation and biological processes, have limitations such as high costs and incomplete pollutant removal. Consequently, there is a growing demand for cost-effective and sustainable solutions that can effectively eliminate both organic and inorganic contaminants without introducing additional environmental burdens. Adsorption has emerged as a promising technique due to its simplicity, affordability, and high efficiency across a wide range of pollutants. However, the high production costs of activated carbon restrict its widespread application, leading to increased interest in alternative adsorbents derived from agricultural residues. Notably, sugarcane peel, a lignocellulosic biomass rich in lignin, cellulose, and functional groups, has shown potential as an effective and sustainable adsorbent for wastewater treatment.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the step-by-step processes followed, including any statistical analyses applied to interpret the data.
Additionally, the section may describe the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the results. This comprehensive approach allows for a clear understanding of how the findings were derived, emphasizing the rigor and reliability of the research conducted.
Discussion
In this discussion section, the research highlights the potential of sugarcane peel, particularly when chemically modified with phosphoric acid, as an effective low-cost adsorbent for treating textile effluent. The study reveals that untreated sugarcane peel (UTSP) and phosphoric acid-treated sugarcane peel (ATSP) exhibit significant differences in adsorption efficiency due to the latter’s enhanced surface area, porosity, and functional group density. The findings indicate that ATSP outperforms UTSP in removing contaminants, achieving higher reductions in pollutants such as Chemical Oxygen Demand (COD), Biological Oxygen Demand (BOD), total dissolved solids (TDS), and heavy metals, thereby improving effluent quality.
The research further elucidates the mechanisms behind the adsorption process, noting that the acid treatment increases the availability of active binding sites, which facilitates greater pollutant uptake. The adsorption performance is influenced by various factors, including contact time, pH, and adsorbent dosage. Notably, ATSP demonstrates superior performance across different pH levels, particularly in acidic conditions, where it shows enhanced adsorption due to increased protonation and electrostatic interactions. The study concludes that the dual approach of mechanistic adsorption analysis and techno-economic evaluation provides a comprehensive understanding of the efficacy of sugarcane peel-based adsorbents, emphasizing their potential for sustainable wastewater treatment solutions.