DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-36875-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41680230
تاريخ النشر: 2026-02-12
المؤلف: Mohamed Hemida Abd‐Alla وآخرون
الموضوع الرئيسي: الامتصاص والامتصاص الحيوي لإزالة الملوثات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة امتصاص الميثيلين الأزرق (MB) باستخدام مركب جديد من الكيتوزان والبوليسكاريد الخارجي لبكتيريا Bacillus subtilis (EPS)، مع معالجة القضية الحرجة لتلوث الأصباغ في مياه الصرف. تسلط الأبحاث الضوء على أن الرقم الهيدروجيني الأمثل لإزالة الأصباغ هو 6 لمركب الكيتوزان / EPS و 7 للكيتوزان وحده، مع تحقيق إزالة اللون بشكل ملحوظ في حوالي 30 دقيقة. تتميز عملية الامتصاص بسعة امتصاص قصوى تبلغ 14.26 ملغ ج⁻¹ للمركب، متجاوزةً سعة الكيتوزان (13.70 ملغ ج⁻¹)، وتتبع نموذج إيزوثيرم لانغموير وحركيات من الدرجة الثانية الزائفة، مما يشير إلى امتصاص فعال لطبقة واحدة.
أكد تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) بعد الامتصاص على وجود مجموعات وظيفية مثل -OH، -NH، -COO⁻، و -PO₄³⁻، التي تسهل التفاعلات بين MB والمواد الممتصة من خلال آليات مختلفة. تشير النتائج إلى أن مركب الكيتوزان / EPS هو مادة ممتصة واعدة وقابلة للتحلل الحيوي لمعالجة مياه الصرف، حيث يقدم حركيات امتصاص سريعة وكفاءة عالية في الإزالة. يقدم هذا النهج، الذي يستخدم البوليمرات الحيوية المتجددة وEPS الميكروبية، حلاً فعالاً من حيث التكلفة وصديقاً للبيئة للتخفيف من تلوث الأصباغ، مع إمكانية التوسع والاندماج في أنظمة التدفق المستمر لتعزيز الكفاءة التشغيلية.
الطرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجارب والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم ظروف التجربة، مثل درجة الحرارة، المدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. بشكل عام، يعد هذا القسم أساسياً لفهم كيفية إجراء البحث وموثوقية النتائج التي تم الحصول عليها.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، مما يشير إلى أن العلاقات المفترضة صحيحة ضمن المعلمات المختبرة. تعزز التحليلات الإحصائية، بما في ذلك قيم p وفترات الثقة، قوة هذه النتائج.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات النتائج، موضحةً سياقها ضمن الأدبيات الموجودة. يتناول المؤلفون القيود المحتملة للدراسة ويقترحون طرقاً للبحث المستقبلي، مع التأكيد على الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للتحقق من النتائج الحالية وتوسيعها. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، مما يعزز فهم الآليات الأساسية المعنية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على توصيف وأداء مركب الكيتوزان وبوليسكاريد Bacillus subtilis الخارجي (EPS) كمادة ممتصة لإزالة الميثيلين الأزرق (MB) من المحاليل المائية. أكد تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) على وجود مجموعات وظيفية مختلفة، مثل الهيدروكسيل، الأمين، والكربونيل، التي تعتبر حاسمة لعملية الامتصاص. كشفت المجهر الإلكتروني الماسح أن مركب الكيتوزان / EPS أظهر سطحاً أكثر مسامية وعدم انتظام مقارنةً بالكيتوزان وحده، مما يشير إلى قدرات امتصاص معززة بسبب زيادة المواقع النشطة للتفاعل مع MB.
فحصت الدراسة أيضاً تأثيرات الرقم الهيدروجيني، مدة الاتصال، وتركيز الصبغة الأولي على كفاءة إزالة MB. تم تحديد مستويات الرقم الهيدروجيني المثلى للامتصاص لتكون 6 لمركب الكيتوزان / EPS و 7 للكيتوزان، مع تحقيق إزالة اللون بشكل ملحوظ في غضون 30 دقيقة. التزمت عملية الامتصاص بنموذج إيزوثيرم لانغموير، مما يشير إلى آلية امتصاص لطبقة واحدة، وتبعت حركيات من الدرجة الثانية الزائفة، مما يشير إلى امتصاص سريع وفعال للصبغة. أظهر المركب سعة امتصاص قصوى أعلى (14.26 ملغ ج⁻¹) مقارنةً بالكيتوزان وحده (13.70 ملغ ج⁻¹)، بالإضافة إلى معدل امتصاص أسرع بشكل ملحوظ. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات مركب الكيتوزان / EPS كمادة ممتصة مستدامة وفعالة لمعالجة مياه الصرف، خاصةً في الصناعات التي تتعامل مع الأصباغ الكاتيونية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-36875-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41680230
Publication Date: 2026-02-12
Author(s): Mohamed Hemida Abd‐Alla et al.
Primary Topic: Adsorption and biosorption for pollutant removal
Overview
This study investigates the biosorption of methylene blue (MB) using a novel composite of chitosan and Bacillus subtilis exopolysaccharides (EPS), addressing the critical issue of dye pollution in wastewater. The research highlights that the optimal pH for dye removal is 6 for the chitosan/EPS composite and 7 for chitosan alone, with significant decolorization achieved within approximately 30 minutes. The adsorption process is characterized by a maximum biosorption capacity of 14.26 mg g⁻¹ for the composite, surpassing that of chitosan (13.70 mg g⁻¹), and follows the Langmuir isotherm model and pseudo-second order kinetics, indicating efficient monolayer adsorption.
Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis post-adsorption confirmed the involvement of functional groups such as -OH, -NH, -COO⁻, and -PO₄³⁻, which facilitate interactions between MB and the biosorbents through various mechanisms. The findings suggest that the chitosan/EPS composite is a promising, biodegradable biosorbent for wastewater treatment, offering rapid adsorption kinetics and high removal efficiency. This approach, which utilizes renewable biopolymers and microbial EPS, presents a cost-effective and environmentally friendly solution for mitigating dye pollution, with potential for scalability and integration into continuous flow systems to enhance operational efficiency.
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 for data collection, including any statistical analyses performed to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the findings. Overall, this section serves as a critical foundation for understanding how the research was conducted and the reliability of the results obtained.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, suggesting that the hypothesized relationships hold true within the tested parameters. Statistical analyses, including p-values and confidence intervals, reinforce the robustness of these findings.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of the results, contextualizing them within the existing body of literature. The authors address potential limitations of the study and propose avenues for future research, emphasizing the need for further exploration to validate and expand upon the current findings. Overall, the results contribute valuable insights into the field, advancing understanding of the underlying mechanisms at play.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the characterization and performance of a chitosan and Bacillus subtilis exopolysaccharide (EPS) composite as a biosorbent for methylene blue (MB) removal from aqueous solutions. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis confirmed the presence of various functional groups, such as hydroxyl, amino, and carbonyl, which are crucial for the adsorption process. Scanning electron microscopy revealed that the chitosan/EPS composite exhibited a more porous and irregular surface compared to chitosan alone, suggesting enhanced adsorption capabilities due to increased active sites for interaction with MB.
The study further examined the effects of pH, contact duration, and initial dye concentration on MB removal efficiency. Optimal pH levels for adsorption were determined to be 6 for the chitosan/EPS composite and 7 for chitosan, with significant decolorization achieved within 30 minutes. The adsorption process adhered to the Langmuir isotherm model, indicating a monolayer adsorption mechanism, and followed pseudo-second-order kinetics, suggesting rapid and efficient dye uptake. The composite demonstrated a higher maximum biosorption capacity (14.26 mg g⁻¹) compared to chitosan alone (13.70 mg g⁻¹), along with a significantly faster adsorption rate. These findings underscore the potential of the chitosan/EPS composite as a sustainable and effective biosorbent for wastewater treatment, particularly in industries dealing with cationic dyes.