Üzvi boyalar tekstil, kağız, dəri, qida, kosmetika və əczaçılıq sənayelərindən yaranan tullantı sularda rast gəlinən və kimyəvi quruluşlarına görə ətraf mühitdə uzun müddət qala bilən çirkləndiricilər sırasındadır. Araşdırılan icmal bu çirkləndiricilərin giderilməsində aktiv karbon, qrafen, qrafen oksid, reduksiya olunmuş qrafen oksid, qrafit, qrafitik karbon nitrid, karbon nanoboruları və kənd təsərrüfatı tullantılarından əldə edilən karbon materialların istifadəsini əhatəli şəkildə qiymətləndirir.

Karbon əsaslı materialların əsas üstünlüyü yalnız yüksək səth sahəsi deyil. Məsamə quruluşu, aromatik karbon bölgələri, oksigen və ya azot ehtiva edən səth funksional qrupları və nanometr miqyasında tənzimlənə bilən quruluşları sayəsində boya molekulları ilə π–π qarşılıqlı təsirləri, elektrostatik cazibə, hidrogen rabitələri, hidrofob qarşılıqlı təsirlər və məsamə doldurulması kimi bir neçə mexanizm vasitəsilə qarşılıqlı təsir göstərə bilirlər.

Tədqiqat adsorbsiya ilə yanaşı fotokatalizə də mühüm yer verir. Xüsusilə qrafitik karbon nitrid (g-C₃N₄), qrafen və karbon nanoboru əsaslı kompozitlər çirkləndiricini sadəcə səthdə saxlamaq əvəzinə, işıq altında yaranan reaktiv növlər vasitəsilə üzvi molekulların parçalanmasına da töhfə verə bilər. Bu, karbon materiallarını passiv adsorbentlərdən çoxfunksiyalı təmizləmə komponentlərinə doğru aparır.

İcmalın ən mühüm nəticəsi isə yüksək laboratoriya göstəricilərinə baxmayaraq sənaye keçidinin hələ tamamlanmamasıdır. Müəlliflər karbon nanohissəcikləri üçün ədəbiyyatda təxminən %75–90, bəzi metal oksid nanohissəcik kompozitləri üçün isə %100-ə qədər çatan giderim nəticələrinin bildirildiyini qeyd edirlər; lakin miqyasın böyüdülməsi, istehsal xərci, mürəkkəb real tullantı sularda seçicilik, adsorbentin geri qazanılması, çoxdövrlü regenerasiya və uzunmüddətli sabitlik hələ də əsas maneələr sırasındadır.

Üzvi boya çirklənməsi niyə çətin problemdir?

Boyalar yalnız görünən rəng səbəbilə ekoloji problem yaratmır. Bir çox sintetik boya işığa, kimyəvilərə, suya və mikrobial parçalanmaya davamlı olacaq şəkildə hazırlanmış aromatik quruluşlara malikdir. Tekstil məhsulu üçün faydalı olan bu kimyəvi davamlılıq boya tullantı suya keçəndə təmizləməni çətinləşdirən əsas xüsusiyyətlərdən birinə çevrilir.

İcmalda azo, antrakinon, trifenilmetan, ftalosiyanin və indiqo kimi struktur boya siniflərindən bəhs olunur. Xüsusilə azo boyalarının bir və ya daha çox –N=N– rabitəsi daşıdığı və kommersiya boyalarının təxminən %60–70-ni təşkil etdiyi bildirilir.

Mənbənin topladığı ədəbiyyata görə sənaye proseslərində istifadə olunan boyaların təxminən %10–15 hissəsi tətbiq zamanı reaksiyaya girmədən tullantı suya keçə bilər. Bu rəqəmlər müəlliflərin yeni ölçmələri deyil, əvvəlki ədəbiyyatdan götürülən qlobal təxminlərdir.

Boya olan su mühitində işığın nüfuzetməsinin azalması fotosintetik həyatı təsirləndirə bilər. Bundan əlavə kimyəvi oksigen tələbatı (COD) və biokimyəvi oksigen tələbatı (BOD) arta bilər. Bəzi boya və ya parçalanma məhsullarının toksik, mutagen və ya kanserogen xüsusiyyətləri də ekoloji riskin yalnız vizual çirklənmədən ibarət olmadığını göstərir.

Niyə karbon əsaslı materiallar?

Karbon materialları bir-birindən çox fərqli quruluşlarda istehsal oluna bilər. İkiölçülü qrafen təbəqələri, oksigen qrupları ilə funksionallaşdırılmış qrafen oksid, silindrik karbon nanoboruları, yüksək məsaməliliyə malik aktiv karbon və kənd təsərrüfatı tullantılarından hazırlanan karbonlar eyni element əsasına malik olsalar da fərqli səth kimyası və daşınma xüsusiyyətlərinə sahibdir.

Bu müxtəliflik materialın müəyyən bir boya üçün fərdiləşdirilməsinə imkan verir. Məsələn səthə karboksil, hidroksil, amino və ya digər funksional qrupların əlavə olunması səth yükünü və su ilə qarşılıqlı təsiri dəyişə bilər. Metal və ya metal oksid nanohissəciklərinin əlavə edilməsi isə adsorbsiyanın yanında fotokatalitik reaksiya və ya maqnitlə geri qazanma kimi əlavə funksiyalar verə bilər.

Tədqiqatın əsas yanaşması buna görə “bir karbon materialı ən yaxşıdır” düşüncəsindən çox, hədəf çirkləndiriciyə görə səth kimyasının, məsaməliliyin və proses dizaynının tənzimlənməsi üzərində qurulub.

Qrafen: bir atom qalınlığında karbon səthi

Qrafen karbon atomlarının altıbucaqlı qəfəsdə düzülmüş bir atom qalınlığında ikiölçülü quruluşudur. Mənbənin 5. səhifəsindəki Şəkil 1 qrafenin pətəyə bənzər karbon şəbəkəsini həm molekulyar model, həm də kimyəvi rabitə təsviri ilə göstərir.

Qrafenin geniş π-elektron sistemi aromatik boya molekulları ilə π–π qarşılıqlı təsirləri qurmasına imkan verir. Yüksək səth sahəsi və tənzimlənə bilən səth xüsusiyyətləri adsorbsiya baxımından vacib olsa da, saf qrafenin hidrofob quruluşu sulu sistemlərdə dispersiya və səthə çatma problemləri yarada bilər.

Buna görə real su təmizləmə tətbiqlərində qrafenin özündən çox qrafen oksid, reduksiya olunmuş qrafen oksid və ya qrafenli kompozit materiallar tez-tez araşdırılır.

Qrafen oksid niyə fərqlidir?

Qrafen oksid (GO), qrafitik karbon şəbəkəsinin üzərində hidroksil, karboksil, epoksi və bənzər oksigen tərkibli funksional qrupların yerləşdiyi quruluşdur. Mənbənin 6. səhifəsindəki Şəkil 2 bu oksigenli funksional qrupların qrafen təbəqəsinə necə yayıldığını göstərir.

Bu qruplar GO-nu saf qrafenlə müqayisədə daha hidrofil edir və suda sabit dispersiya yaratmasını asanlaşdıra bilər. Eyni zamanda ionik və ya polar çirkləndiricilərin bağlana biləcəyi əlavə kimyəvi sahələr yaradır.

Lakin laboratoriyada təsirli görünən GO-nun sənaye istehsalında xərc, enerji tələbi, oksidləşmə prosesinin idarə olunması, saflaşdırma və böyük istehsal partiyaları arasında ardıcıl keyfiyyət əldə etmək mühüm problemlərdir. İcmal buna görə GO-nun material performansını sənaye istehsal oluna bilməsindən ayrı qiymətləndirir.

Reduksiya olunmuş qrafen oksid nə qazandırır?

Reduksiya olunmuş qrafen oksiddə (rGO), qrafen oksiddəki oksigen qruplarının mühüm hissəsi uzaqlaşdırılır, amma quruluş tam qüsursuz qrafenə çevrilmir. Mənbə rGO-nun adətən çəki üzrə təxminən %5–20 oksigen daşıya bildiyini və həm hidrofob karbon bölgələri, həm də hidrofil funksional sahələr ehtiva edə bildiyini bildirir.

Bu ikili quruluş boya giderimində üstünlük verə bilər. Aromatik boya halqaları qrafitik sahələrlə π–π qarşılıqlı təsirinə girərkən, qalan funksional qruplar hidrogen rabitəsi və ya elektrostatik qarşılıqlı təsirlərə töhfə verə bilər.

rGO istehsalında kimyəvi reduksiya, termal reduksiya, elektrokimyəvi reduksiya, mikrodalğa dəstəkli və fotokimyəvi üsullar qiymətləndirilir. Kimyəvi üsullar daha asan miqyaslana bildiyi halda bəzi reduksiyaedici agentlərin toksikliyi; termal üsullarda isə 200–1000 °C-yə çata bilən temperaturların enerji xərci mühüm məhdudiyyətlərdir.

Qrafit birbaşa adsorbentdir, yoxsa xammal?

Qrafit də sp² rabitəli karbon təbəqələrindən ibarətdir, lakin təbəqələr bir-birinin üzərinə yığılmışdır. Mənbənin 9. səhifəsindəki Şəkil 3 qrafitin laylı altıbucaqlı karbon quruluşunu göstərir.

İcmala görə qrafitin birbaşa boya adsorbsiyasında əsas məhdudiyyəti aşağı xüsusi səth sahəsi və hidrofob quruluşudur. Buna qarşılıq qrafit, qrafen oksid və genişləndirilmiş qrafit kimi daha yüksək performanslı karbonların istehsalında mühüm prekursor rolunu oynayır.

Kimyəvi və ya termal genişləndirmə kimi proseslər qrafit təbəqələri arasındakı əlçatanlığı və kənar qüsurlarını artıra bilər. Beləliklə fiziki adsorbsiya, məsamələrdə tutulma və zəif elektrostatik qarşılıqlı təsirlər güclənə bilər.

g-C3N4: adsorbsiya ilə fotokatalizin kəsişdiyi material

Qrafitik karbon nitrid, yəni g-C₃N₄, karbon və azot ehtiva edən laylı yarımkeçirici materialdır. Mənbə təxminən 2,7 eV bant aralığı sayəsində görünən işığın müəyyən hissəsindən yararlana bildiyini və fotokatalitik reaksiyalar üçün uyğun olduğunu açıqlayır.

g-C₃N₄-ün azotla zəngin səthi –NH₂, –NH–, piridinik və pirolik azot növləri kimi müxtəlif bağlanma sahələri təqdim edir. Beləliklə adsorbsiyada elektrostatik qarşılıqlı təsirlər, hidrogen rabitələri və π–π qarşılıqlı təsirləri rol oynaya bilər.

İşıq altında isə materialın elektron quruluşu elektron və deşiklərin ayrılmasını mümkün edir. Bunların su və həll olmuş oksigenlə reaksiyası nəticəsində reaktiv oksigen növləri yarana bilər və səthə daşınmış üzvi boya molekulları parçalanmağa başlaya bilər.

Bu yanaşmanın mühüm fərqi sadəcə “boyanı səthə köçürmək” əvəzinə adsorbsiya və fotokatalitik parçalanmanın eyni sistemdə birləşdirilə bilməsidir.

İcmal g-C₃N₄ üçün ədəbiyyatda metilen mavisi və Kongo qırmızısı kimi üzvi boyalara qarşı təxminən 100–500 mg/g adsorbsiya dəyərlərinin bildirildiyini, bəzi işlərin beşdən çox istifadə dövründə %80-dən yüksək performans saxlanmasına çatdığını qeyd edir. Bunlar müxtəlif tədqiqatlardan götürülmüş dəyərlərdir və tək standart eksperimentin nəticəsi deyil.

Karbon nanoboruları: yüksək səth və sürətli daşınma

Karbon nanoboruları bir qrafen təbəqəsinin silindr formasına salınmış quruluşu kimi təsəvvür etmək olar. Təkdivarlı karbon nanoboruları (SWCNT) bir qrafen silindrindən, çoxdivarlı karbon nanoboruları (MWCNT) isə bir-birinin içinə keçmiş çoxlu karbon silindrindən ibarətdir.

PDF-in 14. səhifəsindəki Şəkil 5 və Şəkil 6 SWCNT ilə MWCNT quruluşlarını üçölçülü şəkildə müqayisə edir. Çoxdivarlı quruluşda bir-birinin içinə keçmiş nanoboru kanalları aydın görünür.

CNT-lərin geniş səthi, yüksək aspekt nisbəti və qrafitik π sistemi aromatik boya adsorbsiyasını dəstəkləyir. Əsas qarşılıqlı təsirlər arasında π–π yığılma, elektrostatik cazibə, hidrofob qarşılıqlı təsir və məsamə/qüsur bölgələrində fiziki tutulma var.

Oksidləşmə ilə səthə karboksil və ya hidroksil qruplarının əlavə olunması, xüsusilə yüklü boya molekulları ilə elektrostatik qarşılıqlı təsiri artıra bilər. CNT-nin metal oksidlərlə birləşdirilməsi isə fotokatalitik aktivlik və maqnitlə ayırma kimi əlavə funksiyalar verə bilər.

CNT istehsal üsulları niyə iqtisadi baxımdan vacibdir?

İcmal karbon nanoboru istehsalında üç əsas yanaşmanı ətraflı qiymətləndirir: kimyəvi buxar çökdürmə (CVD), qövs boşalması və lazer ablyasiyası.

CVD-də hidrokarbon prekursorları yüksək temperaturda Fe, Co və ya Ni kimi katalizatorların üzərində parçalanaraq nanoboru böyüdülür. Quruluş və diametr nəzarəti baxımından üstünlük verir və miqyaslana bilən seçimlərdən biridir.

Qövs boşalmasında qrafit elektrodlar arasında yüksək cərəyan tətbiq olunur. Mənbə proses temperaturunun 1700 °C-dən yuxarı qalxa bildiyini və bunun az qüsurlu CNT istehsalına töhfə verdiyini qeyd edir. Buna qarşılıq yüksək enerji tələbi mühüm çatışmazlıqdır.

Lazer ablyasiyası yüksək keyfiyyətli nanoboru istehsalına imkan verə bilər, lakin bahalı avadanlıq və enerji tələbi səbəbilə iqtisadi miqyas böyütmə çətinliyi daşıyır.

İcmalda daha davamlı CNT istehsalı üçün biomassa, lignin, sellüloza, yosun və qida/kənd təsərrüfatı tullantısı mənşəli karbon prekursorları; həmçinin 400–800 °C-yə endirilən CVD variantları və təxminən 200–300 °C hidrotermal karbonlaşdırma kimi üsullar müzakirə olunur.

Aktiv karbon niyə hələ də istinad materiallarından biridir?

Aktiv karbonun ən böyük üstünlüklərindən biri son dərəcə inkişaf etmiş məsamə quruluşudur. Mənbəyə görə aktivləşdirmədən əvvəl kömürləşdirilmiş materialın səth sahəsi təxminən 2–5 m²/g səviyyəsində ikən aktivləşdirmədən sonra 1000 m²/g səviyyəsinə çıxa bilər. Bəzi aktiv karbonlarda 3000 m²/g-dan yuxarı səth sahələri bildirilib.

Aktiv karbonun mikro və mezoməsamələri boya molekulları üçün geniş təmas səthi yaradır. Van der Waals qüvvələri, hidrofob qarşılıqlı təsirlər, π–π yığılma və səth funksional qrupları ilə elektrostatik qarşılıqlı təsirlər birlikdə işləyə bilər.

İcmal aktiv karbonun “yüksək səth sahəsi = avtomatik yüksək performans” kimi sadələşdirilməməli olduğunu da göstərir. Məsamə ölçüsünün hədəf boya molekulunun ölçüsü ilə uyğunluğu, səth yükü və məhlulun pH-ı da əlçatan adsorbsiya sahələrini müəyyən edir.

Aktiv karbon necə istehsal olunur?

Fiziki aktivləşdirmədə karbon tərkibli xammal əvvəl inert atmosferdə təxminən 600–900 °C-də karbonlaşdırılır. Daha sonra buxar və ya oksigen kimi oksidləşdirici mühitlərlə təxminən 600–1200 °C-də aktivləşdirmə aparıla bilər.

Kimyəvi aktivləşdirmədə isə prekursor material H₃PO₄, KOH, NaOH, CaCl₂ və ya ZnCl₂ kimi agentlərlə hopdurula bilər. Mənbədə bəzi kimyəvi aktivləşdirmə prosesləri üçün təxminən 500–700 °C piroliz şərtləri verilir.

Kimyəvi aktivləşdirmə daha aşağı temperatur və qısa proses müddəti verə bilsə də, istifadə olunan kimyəvilərin istehsalı, geri qazanılması, yuma suyu və tullantı idarəetməsi ekoloji qiymətləndirməyə daxil edilməlidir. Buna görə yalnız son adsorbentin “biomassadan istehsal olunması” məlumatı davamlılıq iddiası üçün kifayət deyil.

Tullantı niyə karbon xammalına çevrilir?

Mənbənin 20. səhifəsindəki Şəkil 9 biomassa tullantısı mənbələrini vizual şəkildə bir araya gətirir. Sxemdə yonqar, qarğıdalı koçanı, palma kernel, düyü qabığı, kakao qabığı, bambuk, yerfındığı qabığı və kokos lifi kimi materiallar göstərilir.

Bu qalıqlar lignosellülozik karbon tərkibi sayəsində karbonlaşdırma və aktivləşdirmədən sonra məsaməli adsorbentlərə çevrilə bilər. Belə yanaşma eyni vaxtda iki problemi hədəfləyir: tullantının dəyər qazanması və tullantı su təmizlənməsi üçün adsorbent istehsalı.

Lakin tullantı xammalın regiondan regiona dəyişən tərkibi, rütubəti, kül tərkibi, mineral quruluşu və çirklənməsi son karbon materialın xüsusiyyətlərini ciddi şəkildə dəyişə bilər. Buna görə biomassa əsaslı adsorbentlərin standartlaşdırılması iri miqyaslı istehsalın mühüm problemlərindən biridir.

Kokos, xurma və palma tullantıları nə göstərir?

İcmal kənd təsərrüfatı tullantılarının tətbiqlərinə çoxsaylı nümunələr verir. Kokos lifindən hazırlanan bir aktiv karbon üçün metilen mavisi adsorbsiya qabiliyyəti 15,59 mg/g olaraq verildiyi halda, başqa bir kokos lifi tozu tədqiqatında 29,50 mg/g qabiliyyət bildirilib.

Xurma ağacı rachisindən KOH aktivləşdirilməsi ilə 800 °C-də hazırlanan aktiv karbon üçün reaktiv boya adsorbsiya qabiliyyəti 128,21 mg/g olaraq verilir.

Palma kernel qabığının ZnCl₂ ilə aktivləşdirilməsində 550 °C-də hazırlanan nümunənin metilen mavisi qabiliyyəti 225,3 mg/g olaraq bildirilib. Fərqli palma tullantılarının mikrodalğa dəstəkli K₂CO₃ aktivləşdirilməsi ilə hazırlandığı başqa tədqiqatda isə 331,6 mg/g qabiliyyət və optimal şərtlərdə %99,6 giderim bildirilib.

Bu nəticələrin eyni eksperimental protokoldan gəlmədiyi xüsusi vurğulanmalıdır. Bir materialda daha yüksək mg/g dəyərinin görülməsi onun digərindən sənaye baxımından daha yaxşı olduğu demək deyil.

Adsorbsiya mexanizminin əsas mərhələləri

Karbon əsaslı materiallarda boya tutulmasını tək mexanizmə endirmək olmaz:

• π–π qarşılıqlı təsiri: Aromatik boya halqaları ilə qrafitik karbonun delokalizə elektron sistemi arasında yarana bilər.
• Elektrostatik qarşılıqlı təsir: Adsorbent səthi ilə ionik boya əks elektrik yüklərinə sahib olduqda güclənə bilər və pH-dan ciddi şəkildə təsirlənir.
• Hidrogen rabitəsi: –OH, –COOH, –NH və bənzər funksional qruplar bağlanmaya töhfə verə bilər.
• Hidrofob qarşılıqlı təsir: Aromatik və qeyri-polar boya bölgələrinin karbon səthi ilə qarşılıqlı təsirində mühüm ola bilər.
• Məsamə doldurulması: Molekul ölçüsü ilə mikro/mezoməsamə quruluşu uyğun olduqda boya fiziki olaraq məsamə sistemi içində tutula bilər.
• Koordinasiya və xüsusi səth rabitələri: Azot ehtiva edən və ya metal nanohissəciklə modifikasiya edilmiş karbonlarda əlavə bağlanma yolları yarana bilər.

Adsorbsiyanın əsas sərhədi: boya məhv edilməyə bilər

Adsorbsiya çirkləndiricini adətən sudan bərk adsorbentə köçürür. Buna görə rəngli su təmizlənsə belə çirkləndirici sistemdən tam yox olmuş sayılmır; boya yüklü bərk faza yaranır.

Bu məqam regenerasiyanı kritik edir. Adsorbent yenilənə bilərsə, boya desorbsiya olunub daha kiçik həcmdə konsentrasiya edilə və karbon yenidən istifadə oluna bilər. Regenerasiya mümkün deyilsə, doymuş adsorbentin təhlükəsiz utilizasiyası ayrıca tullantı idarəetmə problemi yaradır.

Regenerasiyada hansı üsullar istifadə olunur?

Mənbə karbon materialları üçün fiziki, kimyəvi və bioloji regenerasiya üsullarını qiymətləndirir. Uyğun şərtlərdə bəzi regenerasiya üsullarının ilkin adsorbsiya qabiliyyətinin ən azı təxminən %80-ni geri qaytara bildiyinə dair ədəbiyyat nəticələri verilir.

Termal regenerasiyada adsorbsiya olunmuş üzvilər yüksək temperaturda desorbsiya olunur və ya parçalanır. Üstünlüyü məsamə əlçatanlığının bərpasıdır; çatışmazlığı isə enerji sərfiyyatı və karbon itkisi ehtimalıdır.

Mikrodalğa regenerasiyasına dair mənbədə verilən bir tədqiqatda üç dövrədən sonra əsas boya üçün 192–240 mg/g, turş boya üçün 154–175 mg/g qabiliyyət aralıqları bildirilib.

İcmal həmçinin təbii laylı silikat üzərində boya yüklü tullantının yeni karbonlu nanohibridə çevrildiyi yanaşmanı təqdim edir. Bu materialın aşağı konsentrasiyalarda %99-dan yüksək giderim və beş regenerasiya dövrəsinin sonunda %93-dən yüksək performans göstərdiyi bildirilib. Bu, çirkləndirici yüklü tullantının ikinci nəsil adsorbentə çevrilməsi baxımından diqqətəlayiq dövri iqtisadiyyat nümunəsidir.

Fotokataliz adsorbsiyadan necə fərqlənir?

Fotokatalitik sistemlərdə məqsəd yalnız boya molekulunu səthə bağlamaq deyil. İşıq enerjisi yarımkeçirici materialı həyəcanlandırdıqda elektron–deşik cütləri yarana bilər. Bu yük daşıyıcıları su və oksigenlə qarşılıqlı təsirə girərək hidroksil radikalı və superoksid kimi reaktiv oksigen növlərinin yaranmasına töhfə verə bilər.

Bu reaktiv növlər üzvi boya molekulunun xromofor quruluşunu və daha sonra kiçik ara məhsulları parçalaya bilər. Kifayət qədər minerallaşma baş verərsə karbon tərkibli üzvi quruluş daha sadə son məhsullara qədər çevrilə bilər.

Qrafen və ya CNT kimi karbon komponentlərinin yarımkeçiricilərlə birləşdirilməsinin mühüm məqsədlərindən biri foto-həyəcanlandırılmış elektronların daşınmasını asanlaşdırmaq və elektron–deşik rekombinasiyasını azaltmaqdır.

g-C3N4 əsaslı fotokataliz nəticələri

İcmalın Table 1-i müxtəlif g-C₃N₄ kompozitlərində çox yüksək fotokatalitik nəticələrin bildirildiyini göstərir. Rhodamine B üçün %99,5, metilen mavisi üçün %98,5–təxminən %99 və müxtəlif fenol/əczaçılıq çirkləndiriciləri üçün %95–98 aralığında nəticələr verilir.

Lakin bunlar fərqli çirkləndiricilər, işıq mənbələri, reaksiya müddətləri, ilkin konsentrasiyalar və katalizator dizaynlarına aid ədəbiyyat dəyərləridir. Bir-birilə birbaşa “ən yaxşı katalizator” sıralaması kimi istifadə edilə bilməz.

Membranlara karbon əlavə edilməsi nə verir?

İcmal mikrofiltrasiya, ultrafiltrasiya, tərs osmos və nanofiltrasiya kimi membran sistemlərində karbon komponentlərinin istifadəsini də qiymətləndirir. Qrafen oksid, CNT və ya karbon qarası kimi doldurucular membranın su keçiriciliyini, səth hidrofilliyini, çirklənmə müqavimətini və ya mexaniki xüsusiyyətlərini dəyişə bilər.

Məsələn mənbədə MWCNT ilə aromatik poliamidin birləşdirildiyi tərs osmos membranında çəki üzrə %15,5 MWCNT miqdarının su axını, fouling müqaviməti və xlor davamlılığı baxımından optimal nəticə verdiyi bildirilir.

Membran yanaşmasının əsas üstünlüyü fiziki ayırmadır; lakin çirkləndiricilər konsentrat axında yığılır. Buna görə membran prosesləri də “çirkləndiricini tamamilə məhv edən” texnologiya kimi görülməməlidir.

Niyə hibrid təmizləmə sistemlərinə yönəliş var?

Tək üsul bütün problemləri eyni anda həll etmir. Adsorbsiya adsorbentin doymağı ilə, fotokataliz işıq nüfuzetməsi və elektron–deşik rekombinasiyası ilə, elektrokimyəvi proseslər enerji sərfiyyatı ilə, membranlar isə fouling və konsentrat idarəetməsi ilə məhdudlaşa bilər.

İcmalın hibrid sistem yanaşması buna görə karbon materiallarını membran filtrasiyası, qabaqcıl oksidləşmə, elektrokimyəvi təmizləmə və ya bioloji proseslərlə birləşdirməyi önə çəkir.

Belə sistemdə, məsələn, ilk mərhələ adsorbsiya ilə çirkləndiricini karbon səthində cəmləyə, ikinci mərhələ fotokatalizlə onu parçalaya və membran karbon hissəciklərini sudan ayıra bilər.

Real tullantı su məlumatları nə qədər güclüdür?

İcmalın mühüm məhdudiyyətlərindən biri ədəbiyyatın böyük hissəsinin tək boya ehtiva edən laboratoriya məhlullarına əsaslanmasıdır. Real tekstil tullantı suyunda isə eyni vaxtda çoxsaylı boya, duz, səthi aktiv maddə, ağır metal, üzvi maddə və köməkçi kimyəvi ola bilər.

Mənbədə CNT/MgO/CuFe₂O₄ maqnit kompozitin real tekstil tullantı suyunda %74 giderim təmin etdiyi bir tədqiqat verilir. Bu rəqəm laboratoriya şəraitindəki çox yüksək faizlərlə müqayisədə real matris təsirinin niyə vacib olduğunu göstərməsi baxımından diqqətəlayiqdir.

Müəlliflər gələcək işlərin ikili və üçlü boya qarışıqlarına və real tekstil tullantı suyunu daha yaxşı təmsil edən mürəkkəb sistemlərə yönəlməli olduğunu xüsusi vurğulayırlar.

“Real dünya tətbiqi” bölməsi necə oxunmalıdır?

İcmal bələdiyyə təmizlənməsi, sənaye təmizlənməsi və mərkəzsiz su təmizləmə sistemlərindən müxtəlif nümunələr təqdim edir. Aktiv karbonun bələdiyyə sistemlərində uzun müddət istifadə olunması karbon əsaslı təmizləmənin tamamilə laboratoriya səviyyəsində olmadığını göstərir.

Buna qarşılıq qrafen, inkişaf etmiş CNT filtrləri və bəzi nanokompozitlər üçün verilən yüksək performans göstəriciləri eyni texnoloji yetkinlik səviyyəsində deyil. Buna görə aktiv karbonun kommersiya tarixçəsi ilə yeni nəsil nanokarbonların sənaye hazırlığı bir-birindən ayrılmalıdır.

Həmçinin bu tədqiqat həmin qurğuları müstəqil sınaqdan keçirən sahə işi deyil; real dünya nümunələri əvvəlki nəşrlərdən toplanmış məlumatlardır.

Nanomaterial nə qədər davamlıdır?

Bir materialın sudan çirkləndirici çıxarması təkbaşına onun ekoloji cəhətdən dost olduğunu sübut etmir. Qrafen və CNT istehsalı yüksək temperatur, enerji, kimyəvi və saflaşdırma mərhələləri tələb edə bilər. Nanohissəciklərin təmizlənmiş sudan tam geri qazanılması da ayrıca təhlükəsizlik və proses mühəndisliyi problemidir.

İcmal xüsusilə qrafit mədənçiliyinin habitat pozuntusu, enerji istifadəsi və mümkün yeraltı su çirklənməsi kimi təsirlərinin həyat dövrü qiymətləndirməsinə daxil edilməli olduğunu vurğulayır.

Kənd təsərrüfatı tullantısı mənşəli biochar və aktiv karbonlar bu baxımdan cəlbedicidir; lakin onların ekoloji üstünlüyü istehsal temperaturu, aktivləşdirmə agenti, daşınma, kimyəvi geri qazanma və regenerasiya performansından asılıdır.

Miqyasın böyüdülməsinin qarşısındakı əsas maneələr

İcmalda təkrar vurğulanan əsas sənaye maneələri bunlardır:

• Qrafen və CNT kimi qabaqcıl materiallarda yüksək istehsal xərci,
• laboratoriyadan davamlı iri miqyaslı istehsala keçiddə keyfiyyət standartlaşdırılması,
• mürəkkəb tullantı su matrislərində seçicilik itkisi,
• kütlə ötürülməsi məhdudiyyətləri,
• adsorbent və ya nanomaterialın prosesdən sonra sudan ayrılması,
• çoxdövrlü regenerasiyada qabiliyyət itkisi,
• təbii pH əvəzinə intensiv pH tənzimləməsi tələb edən proseslərin kimyəvi və enerji yükü,
• fotokataliz sistemlərində işıq nüfuzetməsi və reaktor dizaynı,
• real tullantı su və uzunmüddətli pilot iş çatışmazlığı,
• texno-iqtisadi və həyat dövrü qiymətləndirmələrinin qeyri-kafiliyi.

Müəlliflərin gələcəyə dair təklifləri

İcmal gələcəyin sadəcə daha yüksək mg/g dəyərləri istehsal etməkdən ibarət olmadığını müdafiə edir. Materialların təbii tullantı su pH-ında işləyə bilməsi pH tənzimlənməsi üçün lazım olan kimyəvi və enerji istifadəsini azalda bilər.

Sellüloza, xitin və xitozan kimi biopolimerlərin karbon materialları ilə birləşdirilməsi daha davamlı kompozitlər üçün araşdırma istiqamətlərindən biridir.

PET kimi tullantılardan yüksək səth sahəli karbon istehsalı həm bərk tullantı, həm də tullantı su problemini eyni material dövriyyəsində həll etmə potensialı daşıyır.

Fotokatalizdə görünən işıqdan və mümkün olduqda təbii günəş işığından daha çox istifadə enerji xərclərinin azaldılması baxımından vacib hesab olunur. Katalizator immobilizasiyası, reaktor həndəsəsinin optimallaşdırılması və avtomatik proses nəzarəti də iri miqyaslı tətbiqə keçid üçün təklif olunan sahələr sırasındadır.

Tədqiqat nəyi göstərir?

İcmal karbon əsaslı materialların üzvi boya giderimində çox geniş mühəndislik alətlər dəsti təqdim etdiyini göstərir. Aktiv karbonun formalaşmış adsorbsiya performansı, qrafen və CNT-lərin yüksək səthi və tənzimlənə bilən kimyası, g-C₃N₄-ün adsorbsiya–fotokataliz ikili funksiyası və kənd təsərrüfatı tullantılarından karbon istehsalı bu alətlər dəstinin müxtəlif hissələridir.

Xüsusilə səth funksionallaşdırılması ilə nanotexnologiyanın birləşdirilməsi çirkləndirici seçiciliyinin və adsorbsiya qabiliyyətinin artırılmasında güclü yanaşma kimi qiymətləndirilir.

Kənd təsərrüfatı tullantısı mənşəli karbon materialların inkişafı isə boya təmizlənməsini dövri iqtisadiyyatla əlaqələndirir: tullantı xammala, xammal adsorbentə, adsorbent isə su təmizləmə vasitəsinə çevrilir.

Tədqiqat nəyi sübut etmir?

Bu icmal yeni karbon material sintez etməyib, yeni tullantı su nümunəsi sınaqdan keçirməyib və tək adsorbentin bütün boya növlərində üstün olduğunu göstərməyib.

Mənbədə verilən %90, %99 və ya %100-ə yaxın giderim dəyərləri fərqli nəşrlərdən və fərqli eksperimental şərtlərdən götürülüb; bunlar tək standartlaşdırılmış təcrübədə birbaşa müqayisə olunub demək deyil.

Tədqiqat qrafen, CNT və ya başqa nanomaterialın bu gün aktiv karbon qədər iqtisadi və geniş yayılmış sənaye həlli olduğunu sübut etmir.

Yüksək laboratoriya səmərəliliyi nanomaterialın istehsal xərci, uzunmüddətli sabitliyi, təhlükəsiz geri qazanılması və real tullantı su performansı müəyyənləşdirilmədən kommersiya uğuru demək deyil.

Türkiyə baxımından nə ifadə edir?

Tədqiqat Türkiyədə aparılmış sahə araşdırması deyil və Türkiyənin tekstil tullantı suları üçün xüsusi proses dizaynı təqdim etmir. Bununla belə Türkiyənin tekstil istehsal gücü və geniş kənd təsərrüfatı yan məhsul müxtəlifliyi nəzərə alındıqda icmalın ortaya qoyduğu yanaşma araşdırma baxımından əhəmiyyətlidir.

Fındıq qabığı, zeytun çəyirdəyi və posası, günəbaxan qalıqları, meyvə çəyirdəkləri, üzüm və digər lignosellülozik yan məhsullar yerli aktiv karbon və ya biochar prekursorları kimi araşdırıla bilər. Lakin bu mənbə həmin xammallar üçün müəyyən performans və ya iqtisadi üstünlük göstərmir.

Yerli tətbiqdə seçilən karbon material real tekstil tullantı suyunun boya qarışığı, duzluluq, COD, səthi aktiv maddələr, ağır metallar və pH şərtlərində sınaqdan keçirilməli; sonra davamlı axın, regenerasiya, enerji sərfiyyatı və xərc məlumatları ilə pilot miqyasda təsdiqlənməlidir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Bu necə bir tədqiqatdır?

Mənbə yeni eksperiment aparan araşdırma məqaləsi deyil, əhatəli bir icmaldır. Qrafen və törəmələrindən CNT-lərə, aktiv karbondan kənd təsərrüfatı tullantısı karbonlarına qədər geniş material ailəsini; sintez, quruluş, adsorbsiya, fotokataliz, membran və hibrid təmizləmə baxışları ilə bir araya gətirir.

Müəlliflər xüsusilə aktual ədəbiyyatı, 2020 və sonrakı inkişafları vurğuladıqlarını qeyd edirlər. Bununla belə məqalədə meta-analiz nəticəsi, birləşdirilmiş təsir ölçüsü və ya yeni eksperimental məlumat dəsti yaradılmayıb.

Beləliklə tədqiqatdakı cədvəllər fərqli nəşrlərin nəticələrinin toplusudur. Bir işdə 100 mg/L, digərində 250 mg/L ilkin konsentrasiya; birində pH 2, digərində pH 10 istifadə olunmuş ola bilər. Rəqəmsal nəticələrin şərhində bu eksperimental heterogenlik qorunmalıdır.

İcmalda araşdırılan əsas karbon materialları

Seçilmiş aktiv karbon adsorbsiya nəticələri

Bu cədvəl performans sıralaması deyil. Xüsusilə ilkin boya konsentrasiyası, pH, temperatur və adsorbent dozası eksperimentlər arasında fərqlidir.

Table 3-dəki biomassa mənşəli adsorbent nümunələri

Bu geniş paylanmanın özü mühüm elmi mesajdır: performansı təkcə adsorbentin xammal adı deyil, aktivləşdirmə üsulu və eksperimental şərtlər də müəyyən edir.

Verianla Live üçün seçilmiş məlumat

Live məlumatı necə şərh edilməlidir?

Üç sistemin hamısında metilen mavisi giderimi təxminən %98–99 səviyyəsində bildirilib. Buna qarşılıq reaksiya müddətləri 45 ilə 160 dəqiqə arasında dəyişir.

Ən qısa müddətdə təxminən %99 dəyərinin bildirilməsi müəyyən eksperimental şərt üçün diqqətəlayiqdir; lakin tədqiqat detalları eyni olmadığından yalnız bu məlumatla həmin kompozitin digərlərindən mütləq daha yaxşı olduğunu söyləmək olmaz.

Mənbənin ümumi nəticə aralığı

Müəlliflərin nəticə bölməsindəki sintezinə görə karbon nanohissəciklərində ədəbiyyatda təxminən %75–90 giderim aralığı və metal oksid nanohissəciklərlə hazırlanan bəzi kompozitlərdə %100-ə qədər çatan dəyərlər bildirilib.

Bu ifadə bütün karbon materialların %75–90 aralığında və ya bütün metal oksid kompozitlərinin %100 performans verdiyi demək deyil. Mənbə müxtəlif ədəbiyyat nəticələrinin ümumi mənzərəsini xülasə edir.

Laboratoriyadan sənayeyə keçiddə araşdırma boşluğu

İcmalın yekun elmi mesajı sahənin artıq yalnız “bir material %99 boya giderdi” səviyyəsindəki laboratoriya nəticələrindən daha irəli getməli olduğudur.

Sənaye təsdiqi üçün materialın niyə işlədiyi, real tullantı suda nə qədər seçici olduğu, necə davamlı istehsal ediləcəyi, təmizləmə qurğusundan necə ayrılacağı, neçə dəfə təkrar istifadə oluna biləcəyi və bir kubmetr tullantı su üçün real xərcinin nə olduğu birlikdə müəyyənləşdirilməlidir.

Müəlliflərin ifadəsi ilə sahənin fokus nöqtəsi nəzarətli şərtlərdə “nə işləyir?” sualından “niyə işləyir, necə miqyaslanır və nə qədər başa gəlir?” suallarına keçməlidir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam özgün tədqiqat adı: Carbon-based materials for the removal of organic dyes from wastewater

Müəlliflər: Bernice Yram Danu; Charles Kwame Bandoh; John Kwabena Adusei; Moro Haruna; Ahmed Kangmennaa; Prince Yeboah; Francis Kofi Ampong; Eric Selorm Agorku.

Məsul müəllif: Charles Kwame Bandoh.

Qurumlar: Department of Chemical Sciences, University of Energy and Natural Resources, Sunyani, Ghana; Department of Physics, Kwame Nkrumah University of Science and Technology, Kumasi, Ghana; Department of Chemistry, Kwame Nkrumah University of Science and Technology, Kumasi, Ghana; Department of Chemical Sciences, University for Development Studies, Tamale, Ghana.

Jurnal: Discover Nano.

Nəşriyyat: Springer Nature.

Cild / məqalə nömrəsi: 21, Article 29.

DOI: 10.1186/s11671-026-04445-5.

Rəsmi keçid:https://doi.org/10.1186/s11671-026-04445-5

Qəbul tarixi: 26 May 2025.

Qəbul edilmə tarixi: 14 yanvar 2026.

Nəşr tarixi: 5 fevral 2026.

Mənbə növü və resenziya: Springer Nature-ın Discover Nano jurnalında dərc olunan resenziyalı icmal məqaləsidir. Mənbə yeni eksperimental məlumat yaradan özgün araşdırma deyil.

Lisenziya: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Maliyyələşdirmə: Müəlliflər tədqiqat, müəlliflik və ya məqalənin dərc olunması üçün maliyyə dəstəyi almadıqlarını bildiriblər.

Məlumatların əlçatanlığı: Tədqiqatda yeni məlumat dəsti yaradılmadığı və ya analiz edilmədiyi qeyd olunub.

Etika: Tədqiqatın insan və ya heyvan iştirakçıları üzərində araşdırma ehtiva etmədiyi qeyd olunub.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər heç bir rəqabət aparan maraq olmadığını bəyan ediblər.

Müəllif töhfələri: Bernice Yram Danu formal analiz, vizuallaşdırma və ilkin layihə; Charles Kwame Bandoh formal analiz, vizuallaşdırma, araşdırma və ilkin layihə; John Kwabena Adusei formal analiz, vizuallaşdırma və ilkin layihə; Moro Haruna araşdırma və nəzərdən keçirmə/redaktə; Eric Selorm Agorku konseptuallaşdırma, məsləhətçilik və nəzərdən keçirmə/redaktə; Ahmed Kangmennaa nəzərdən keçirmə/redaktə; Prince Yeboah məlumat kurasiyası; Francis Kofi Ampong məsləhətçilik və nəzərdən keçirmə/redaktə töhfələri ilə göstərilib.

İcmalın əhatəsi: Tədqiqat karbon əsaslı materialların quruluşu, sintezi, səth modifikasiyası, üzvi boya adsorbsiyası, fotokataliz, adsorbent regenerasiyası, karbon ehtiva edən membranlar, hibrid təmizləmə sistemləri və iri miqyaslı tətbiq problemlərini birlikdə araşdırır. Müəlliflər xüsusilə 2020 və sonrakı aktual ədəbiyyatdakı inkişaflara fokuslandıqlarını bildirirlər.

Metodoloji sərhəd: Bu tədqiqat yeni eksperimental məlumat, birləşdirilmiş meta-analitik təsir ölçüsü və ya tək standartlaşdırılmış müqayisə təcrübəsi təqdim etmir. Müxtəlif nəşrlərdən götürülən performans dəyərləri fərqli boya növü, konsentrasiya, pH, temperatur, adsorbent/katalizator dozası, təmas müddəti və işıq şərtlərinə əsaslanır. Buna görə cədvəllər şərtlərdən asılı olmayan material sıralaması kimi istifadə edilməməlidir.

Real dünya məlumat sərhədi: Məqalədə bələdiyyə, sənaye və mərkəzsiz su təmizləməyə dair tətbiq nümunələri verilir; lakin icmal həmin qurğu və ya sistemlərdə müstəqil sahə ölçməsi aparmayıb. Bu nümunələr mənbə ədəbiyyatdan götürülən məlumatlardır.

Miqyas böyütmə sərhədi: Müəlliflər yüksək laboratoriya performansına baxmayaraq istehsal xərci, material standartlaşdırılması, mürəkkəb real tullantı sularda seçicilik, adsorbentin geri qazanılması, regenerasiya, uzunmüddətli sabitlik və iqtisadi tətbiq oluna bilmənin sənaye keçidinin başlıca problemləri olduğunu qeyd edirlər.

Davamlılıq sərhədi: Karbon materialının kənd təsərrüfatı və ya başqa tullantıdan istehsal edilməsi təkbaşına aşağı ekoloji təsiri sübut etmir. Aktivləşdirmə kimyəviləri, istehsal temperaturu, enerji sərfi, nanomaterial geri qazanılması, regenerasiya və istifadə müddətinin sonu idarəetməsi həyat dövrü qiymətləndirməsində nəzərə alınmalıdır.