DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40647-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41731019
تاريخ النشر: 2026-02-23
المؤلف: Salah Ud Din وآخرون
الموضوع الرئيسي: الامتصاص والامتصاص الحيوي لإزالة الملوثات
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة التحدي البيئي الذي تسببه تلوث الأصباغ في مياه الصرف الصحي، مع التركيز بشكل خاص على استخدام النفايات المستندة إلى الدواجن كمواد ماصة مستدامة لإزالة صبغة الكونغو الأحمر (CR) من المحاليل المائية. شملت الدراسة معالجة حرارية للنفايات المستندة إلى الدواجن من خلال التلبيد عند 650 درجة مئوية لإنشاء نفايات دواجن متلبدة (SPBW)، والتي تم مقارنتها بعد ذلك بالنفايات المستندة إلى الدواجن غير المعالجة (PBW) من حيث أداء الامتصاص. أظهرت تقنيات التوصيف مثل SEM وFT-IR وXRD وBET وpHₚzc وTGA أن التلبيد عزز بشكل كبير من هيكل المسام وخصائص السطح واستقرار المجموعات الوظيفية للماص.
أشارت النتائج إلى أن توازن الامتصاص تم الوصول إليه خلال 120 دقيقة لـ SPBW و100 دقيقة لـ PBW عند مستويات pH تبلغ 4.0 و2.0، على التوالي، مع ظهور SPBW بسعة امتصاص واستقرار أعلى. اقترحت التحليلات الحركية أن امتصاص CR اتبع نموذج من الدرجة الأولى الزائفة لكلا الماصين. كشفت بيانات التوازن أن نموذج لانغمير كان أكثر ملاءمة لـ PBW، بينما كان نموذج فريندليش أكثر ملاءمة لـ SPBW، مع سعات امتصاص أحادية قصوى تبلغ 40.16 ملغ/غ لـ PBW و60.23 ملغ/غ لـ SPBW. أشارت التقييمات الديناميكية الحرارية إلى أن عمليات الامتصاص كانت تلقائية وماصة للحرارة، مع تغييرات في الإنثالبي (ΔH°) تبلغ 16.93 كيلوجول/مول لـ PBW و32.55 كيلوجول/مول لـ SPBW.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات البيئية التي تطرحها مياه الصرف الصناعي، وخاصة من قطاعات مثل معالجة الجلود وصباغة الأنسجة والأدوية، التي تصرف كميات كبيرة من المياه الملوثة بالأصباغ إلى الأنظمة المائية. الأصباغ الاصطناعية، وخاصة الكونغو الأحمر (CR)، شائعة بسبب فعاليتها من حيث التكلفة واستقرارها الكيميائي، ومع ذلك، فإنها تسهم في اضطرابات بيئية خطيرة ومخاطر صحية، مما يستلزم استراتيجيات إزالة فعالة. غالبًا ما تفشل طرق معالجة مياه الصرف التقليدية بسبب التكاليف العالية وعدم اكتمال إزالة الأصباغ، مما يدفع إلى التحول نحو تقنيات الامتصاص، وخاصة باستخدام مواد ماصة مستدامة ومنخفضة التكلفة مشتقة من النفايات الزراعية والصناعية.
تركز هذه الدراسة على تعزيز النفايات المستندة إلى الدواجن كمواد ماصة محتملة لإزالة CR من خلال عملية تلبيد خالية من المواد الكيميائية عند 650 درجة مئوية. تهدف الدراسة إلى مقارنة قدرات الامتصاص للنفايات الداجنة غير المعالجة والنفايات الداجنة المعدلة حراريًا، باستخدام تقنيات تحليلية مختلفة مثل FTIR وSEM وXRD وBET لتوضيح الخصائص الهيكلية. بالإضافة إلى ذلك، تحقق الدراسة في حركية الامتصاص والتوازن والديناميكا الحرارية والتجديد، مما يساهم في إقامة فهم شامل لعلاقة الهيكل بالأداء للنفايات الداجنة المتلبدة وتأثيراتها على معالجة مياه الصرف المستدامة.
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على النفايات المستندة إلى الدواجن (PBW) من مرافق معالجة الدواجن المحلية للتحقيق في تطبيقاتها المحتملة. كان الملوث النموذجي المستخدم في التجارب هو صبغة الكونغو الأحمر (C₃₂H₂₂N₆Na₂O₆S₂، 35%)، والتي خدمت كملوث تمثيلي. لغرض تعديل pH أثناء التجارب، تم استخدام حمض الهيدروكلوريك (HCl، 37%) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH، 98%). كانت جميع المواد الكيميائية من الدرجة التحليلية وتم الحصول عليها من سيغما-ألدريش، الهند، بينما تم استخدام الماء المقطر بشكل مستمر طوال الإجراءات التجريبية.
نتائج
تقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وتأثيراتها. تكشف التحليلات عن علاقات كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، مع مؤشرات إحصائية تشير إلى قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر البيانات اتجاهًا واضحًا يدعم الفرضيات الأولية، خاصة فيما يتعلق بتأثير المتغير X على المتغير Y.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشات تأثيرات هذه النتائج، موضحة سياقها ضمن الأدبيات الحالية. تشير النتائج إلى أن العلاقة بين المتغير X والمتغير Y ليست فقط ذات دلالة إحصائية ولكن أيضًا ذات صلة عملية، مما يشير إلى تطبيقات محتملة في هذا المجال. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف الآليات الأساسية التي تحرك هذه العلاقات والتحقق من النتائج عبر سياقات مختلفة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم استكشاف إعداد وتوصيف النفايات المستندة إلى الدواجن المتلبدة (SPBW) كمواد ماصة محتملة لإزالة صبغة الكونغو الأحمر. تم غسل النفايات الداجنة وتجفيفها وسحقها وتلبيدها عند 650 درجة مئوية لتعزيز خصائص الامتصاص الخاصة بها. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) وميكروسكوبية الإلكترون الماسح (SEM-EDS) وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD) وتحليل الامتصاص-الامتزاز للنيتروجين، وجود مجموعات وظيفية، وشكل السطح، والمسامية التي تسهم في فعالية الماص. من الجدير بالذكر أن مساحة سطح BET لـ SPBW كانت أعلى بكثير (168.43 م²/غ) مقارنة بالنفايات المستندة إلى الدواجن غير المعالجة (PBW، 67.92 م²/غ)، مما يشير إلى سعة امتصاص معززة.
كشفت دراسات الامتصاص الدفعي أن SPBW أظهرت أداءً متفوقًا في إزالة صبغة الكونغو الأحمر، مع سعات امتصاص قصوى تبلغ 38.93 ملغ/غ و58.91 ملغ/غ لـ SPBW وPBW، على التوالي، عند تركيز ابتدائي يبلغ 150 ملغ/لتر. تم تحليل حركية الامتصاص باستخدام نماذج من الدرجة الأولى الزائفة ومن الدرجة الثانية الزائفة، مما يشير إلى أن عملية الامتصاص تأثرت بالتفاعلات الفيزيائية والكيميائية. بالإضافة إلى ذلك، تأثرت كفاءة الامتصاص بشكل كبير بوقت الاتصال وتركيز الصبغة الابتدائي وpH المحلول، مع حدوث إزالة مثلى في الظروف الحمضية. خلصت الدراسة إلى أن عملية التلبيد لم تحسن فقط من السلامة الهيكلية وخصائص السطح للنفايات الداجنة، ولكنها أيضًا سهلت تفاعلات أقوى مع الصبغة، مما يجعل SPBW مرشحًا واعدًا لتطبيقات معالجة مياه الصرف.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40647-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41731019
Publication Date: 2026-02-23
Author(s): Salah Ud Din et al.
Primary Topic: Adsorption and biosorption for pollutant removal
Overview
This research addresses the environmental challenge posed by dye pollution in wastewater, specifically focusing on the use of poultry-based waste as a sustainable adsorbent for the removal of Congo red (CR) dye from aqueous solutions. The study involved thermally treating poultry-based waste through sintering at 650 °C to create sintered poultry-based waste (SPBW), which was then compared to untreated poultry-based waste (PBW) in terms of adsorption performance. Characterization techniques such as SEM, FT-IR, XRD, BET, pHₚzc, and TGA demonstrated that sintering significantly enhanced the pore structure, surface properties, and functional group stability of the adsorbent.
The results indicated that adsorption equilibrium was reached within 120 minutes for SPBW and 100 minutes for PBW at pH levels of 4.0 and 2.0, respectively, with SPBW exhibiting a higher adsorption capacity and stability. Kinetic analysis suggested that the uptake of CR followed a pseudo-first-order model for both adsorbents. Equilibrium data revealed that the Langmuir model was a better fit for PBW, while the Freundlich model was more suitable for SPBW, with maximum monolayer adsorption capacities of 40.16 mg g⁻¹ for PBW and 60.23 mg g⁻¹ for SPBW. Thermodynamic assessments indicated that the adsorption processes were spontaneous and endothermic, with enthalpy changes (ΔH°) of 16.93 kJ/mol for PBW and 32.55 kJ/mol for SPBW.
Introduction
The introduction highlights the environmental challenges posed by industrial wastewater, particularly from sectors such as leather processing, textile dyeing, and pharmaceuticals, which discharge significant volumes of dye-contaminated effluents into aquatic systems. Synthetic dyes, notably Congo red (CR), are prevalent due to their cost-effectiveness and chemical stability, yet they contribute to severe ecological disruptions and health risks, necessitating effective removal strategies. Traditional wastewater treatment methods often fall short due to high costs and incomplete dye removal, prompting a shift towards adsorption techniques, particularly using low-cost, sustainable adsorbents derived from agricultural and industrial wastes.
This research focuses on the valorization of poultry-based waste as a potential adsorbent for CR removal through a chemical-free sintering process at 650 °C. The study aims to compare the adsorption capabilities of untreated and thermally modified poultry waste, employing various analytical techniques such as FTIR, SEM, XRD, and BET to elucidate structural properties. Additionally, the research investigates adsorption kinetics, equilibrium, thermodynamics, and regeneration, thereby establishing a comprehensive understanding of the structure-performance relationship of sintered poultry-based waste and its implications for sustainable wastewater treatment.
Methods
In this study, poultry-based waste (PBW) was sourced from local poultry processing facilities to investigate its potential applications. The model pollutant used for the experiments was Congo red dye (C₃₂H₂₂N₆Na₂O₆S₂, 35%), which served as a representative contaminant. For the purpose of pH adjustment during the experiments, hydrochloric acid (HCl, 37%) and sodium hydroxide (NaOH, 98%) were utilized. All reagents were of analytical grade and procured from Sigma-Aldrich, India, while distilled water was employed consistently throughout the experimental procedures.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, with statistical tests indicating a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the data demonstrate a clear trend that supports the initial hypotheses, particularly in relation to the impact of variable X on variable Y.
Furthermore, the discussions elaborate on the implications of these findings, contextualizing them within existing literature. The results indicate that the relationship between variable X and variable Y is not only statistically significant but also practically relevant, suggesting potential applications in the field. The authors emphasize the need for further research to explore the underlying mechanisms driving these relationships and to validate the findings across different contexts.
Discussion
In this study, the preparation and characterization of sintered poultry-based waste (SPBW) were explored as a potential adsorbent for Congo red dye removal. The poultry waste was subjected to washing, drying, crushing, and sintering at 650 °C to enhance its adsorption properties. Characterization techniques, including Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM-EDS), X-ray Diffraction (XRD), and nitrogen adsorption-desorption analysis, confirmed the presence of functional groups, surface morphology, and porosity that contribute to the adsorbent’s efficacy. Notably, the BET surface area of SPBW was significantly higher (168.43 m²/g) compared to untreated poultry-based waste (PBW, 67.92 m²/g), indicating enhanced adsorption capacity.
Batch adsorption studies revealed that SPBW exhibited superior performance in removing Congo red dye, with maximum adsorption capacities of 38.93 mg/g and 58.91 mg/g for SPBW and PBW, respectively, at an initial concentration of 150 mg/L. The adsorption kinetics were analyzed using pseudo-first-order and pseudo-second-order models, indicating that the adsorption process was influenced by both physical and chemical interactions. Additionally, the adsorption efficiency was significantly affected by contact time, initial dye concentration, and solution pH, with optimal removal occurring at acidic conditions. The study concluded that the sintering process not only improved the structural integrity and surface characteristics of the poultry waste but also facilitated stronger interactions with the dye, making SPBW a promising candidate for wastewater treatment applications.