Tədqiqatçılar Saccharomyces cerevisiae istifadə edərək 500 Gauss maqnit sahəsi altında təxminən 10 nm ölçülü gümüş nanohissəcikləri istehsal etmiş və onları qrafen oksid ilə natrium alginat əsaslı muncuq quruluşuna daxil etmişdir. Hazırlanan Ag-GONA muncuqları Pb(II), Hg(II) və Cd(II) ağır metal ionları ilə naftalen, fenol və floren kimi üzvi çirkləndiricilərə qarşı sınaqdan keçirilmişdir. Tədqiqatın əsas eksperimental şərtlərində pH 7, 6 saat təmas müddəti və 298 K önə çıxmış; bildirilən maksimum adsorbsiya tutumları Pb üçün 326,77 mg/g, Hg üçün 300,37 mg/g, Cd üçün 219,13 mg/g, naftalen üçün 71,93 mg/g, floren üçün 67,77 mg/g və fenol üçün 58,11 mg/g səviyyəsinə çatmışdır. Bununla birlikdə bunlar laboratoriya şəraitindəki adsorbsiya nəticələridir; çalışma tam miqyaslı fasiləsiz rafineri təmizləmə sistemində sahə performansı sübutu təqdim etmir.

Türkiyə baxımından çalışma xüsusilə neft rafineriləri və oxşar sənaye obyektlərində ağır metal ilə aromatik üzvi çirkləndiricilərin eyni adsorbent üzərində uzaqlaşdırılması ideyası baxımından önəmlidir. Lakin mənbə çirkab suyu Orta Şərq və Şimali Afrika bölgəsindən götürülmüşdür və çalışma Türkiyədəki rafineri çirkab sularının ion tərkibi, duzluluq, asılı bərk maddə, yağ miqdarı, real hidravlik yüklər və ya yerli istismar şərtləri altında birbaşa doğrulama aparmır. Buna görə bildirilən tutum və kənarlaşdırma nisbətlərinin Türkiyədəki obyektlərə birbaşa köçürülməsi əvəzinə yerli çirkab su matrisi ilə pilot miqyaslı doğrulama aparılmalıdır.

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

Neft rafinerisi çirkab suları ağır metallar, fenolik birləşmələr və müxtəlif aromatik üzvi çirkləndiricilər ehtiva edə bilər. Bu çirkləndiricilərin eyni təmizləmə sistemi içində yüksək səmərəliliklə uzaqlaşdırılması, istifadə olunan adsorbentin yalnız yüksək tutum göstərməsini deyil; sudan asan ayrılmasını, təkrar istifadə olunmasını və fərqli çirkləndirici sinifləri ilə qarşılıqlı təsir qura bilməsini də tələb edir.

Çalışmanın yanaşması üç material xüsusiyyətini birləşdirir: gümüş nanohissəciklərinin yüksək səth reaktivliyi, qrafen oksidin yüksək səth sahəsi və funksional qrupları ilə alginat əsaslı muncuq quruluşunun fiziki olaraq ayrılabilən və yenidən istifadə edilə bilən adsorbent yaratması.

Ag-GONA necə yaradıldı?

Gümüş nanohissəciklərinin sintezində çörək mayası kimi tanınan Saccharomyces cerevisiae istifadə edilmişdir. Maya hüceyrələri 30 °C və pH 6,5 şəraitində yetişdirilmiş; gümüş öncülü kimi 1 mM AgCl, 50 mM NaCl və 20 mM MOPS tamponu ehtiva edən mühit hazırlanmışdır. Hüceyrə sıxlığı təxminən OD₆₀₀ ≈ 1,5 olacaq şəkildə tənzimlənmiş və qarışıq 300 rpm-də qarışdırılmışdır.

Reaksiya qabına təxminən 500 Gauss böyüklüyündə maqnit sahəsi tətbiq edilmiş, maqnit qabdan təxminən 2 cm məsafəyə yerləşdirilmiş və proses 30 °C-də 4 saat davam etdirilmişdir. Tədqiqatçılar maya hüceyrələrinin gümüş ionlarının reduksiyasına və yaranan Ag nanohissəciklərinin sabitləşdirilməsinə töhfə verdiyini bildirirlər.

Qrafen oksid üçün 25 mg GO, 5 mL deionizə suda paylanmış və buna 0,2 g natrium alginat əlavə edilmişdir. Qarışıq %5'lik CaCl₂ məhluluna damladılaraq sferik muncuqlar yaradılmış və təxminən üç saat çarpaz bağlanmaya buraxılmışdır. Ardınca muncuqlar 250 mg PEG ehtiva edən 5 mL məhlul içində 40 °C-də 20 saat işlənmişdir.

Materialın quruluşu necə doğrulandı?

SEM görüntüləri gümüş nanohissəciklərinin natrium alginat matrisi içində paylandığını və qrafen təbəqələrinin quruluş daxilində bir-birinə keçmiş bir şəbəkə yaratdığını göstərir. Bu nizamsız və məsaməli morfologiya çirkləndirici molekulların çata biləcəyi səth bölgələrinin artması baxımından önəmlidir.

TEM görüntülərində Ag nanohissəcikləri əsasən sferik və təxminən 10 nm orta ölçüdə görünmüş; nəzərəçarpan böyük miqyaslı aglomerasiya bildirilməmişdir.

XRD analizində qrafen oksidlə əlaqələndirilən 2θ ≈ 9,98° piki ilə yanaşı, gümüş nanokristallarına aid edilən 38,1°, 44,3°, 64,5° və 77,7° pikləri görülmüşdür. Tədqiqatçılar bu əksolunmaları gümüşün səth-mərkəzli kubik kristal quruluşundakı (111), (200), (220) və (311) müstəviləri ilə əlaqələndirmişdir.

FTIR nəticələri isə adsorbent üzərində hidroksil və oksigen ehtiva edən başqa funksional qrupların mövcud olduğunu göstərir. Tədqiqatçılar bu qrupların metal ionları ilə kompleksləşmədə və üzvi çirkləndiricilərlə səth qarşılıqlı təsirlərində rol oynadığını qiymətləndirirlər.

pH niyə müəyyənedici oldu?

Metal ionlarının kənarlaşdırılmasında pH 2'dən pH 7'yə yüksəldikdə Ag-GONA performansı nəzərəçarpacaq dərəcədə artmışdır. pH 7 ətrafında Pb kənarlaşdırılması təxminən %89, Hg təxminən %80 və Cd təxminən %99,7 səviyyəsinə çatmışdır. Mənbədə bu artım aşağı pH'ta H⁺ ionlarının adsorbsiya bölgələri ilə rəqabət etməsi, neytrala yaxınlaşarkən isə səth funksional qruplarının deprotonasiyası nəticəsində metal kationları ilə elektrostatik qarşılıqlı təsir və kompleksləşmənin güclənməsi ilə izah olunur.

Üzvi çirkləndiricilərdə də pH artımı ümumilikdə müsbət təsir göstərmişdir. Ag-GONA muncuqları pH 7'də təxminən %80 naftalen, %76 fenol və %75 floren kənarlaşdırılması təmin etmişdir.

Təmas müddəti nə göstərdi?

Ag-GONA'nın mühüm xüsusiyyətlərindən biri adsorbsiyanın ilk saatlarda sürətlə irəliləməsidir. Ağır metal təcrübələrində 6 saat sonunda Pb üçün təxminən %99,8, Hg üçün %96,11 və Cd üçün %98 kənarlaşdırma bildirilmişdir. Üzvi çirkləndiricilərdə eyni müddətdə naftalen təxminən %86, fenol %69,5 və floren %59 səviyyəsinə çatmışdır.

Təmas müddəti 6 saatdan yuxarı çıxdıqda bəzi çirkləndiricilərdə əlavə artım görülməmiş, hətta kiçik azalmalar baş vermişdir. Tədqiqatçılar bunu səth bölgələrinin doyması, adsorbsiya-desorbsiya tarazlığının dəyişməsi və ya qismən desorbsiya ilə əlaqələndirirlər.

Başlanğıc konsentrasiyası artdıqda nə oldu?

GONA kontrol muncuqlarında başlanğıc çirkləndirici konsentrasiyası yüksəldikcə kənarlaşdırma faizi ümumilikdə azalmışdır. Ag-GONA muncuqları isə ağır metal ionlarında daha yüksək və daha sabit performans göstərmişdir. Məsələn, Pb kənarlaşdırılması başlanğıc konsentrasiyası 10 mg/L'dən 110 mg/L'yə yüksələrkən təxminən %99'dan %98,56'ya geriləmişdir.

Üzvi çirkləndiricilərdə adsorbsiya bölgələrinin doyması ilə bağlı daha nəzərəçarpan azalma görülmüşdür. Naftalen kənarlaşdırılması təxminən %84'dən %74'ə, fenol %64,7'dən %49'a və floren %53,1'dən %42,36'ya düşmüşdür.

Temperatur təsiri

298–328 K aralığında temperatur yüksəldikcə ağır metal və üzvi çirkləndirici kənarlaşdırılmasında kiçik, lakin nizamlı azalmalar bildirilmişdir. Tədqiqatçılar bu davranışı adsorbsiyanın ekzotermik xarakteri ilə əlaqələndirirlər. Bununla birlikdə məqalənin fərqli bölmələrindəki mexanizm dili tam uyğun deyil: kinetik qiymətləndirmədə xemosorbsiya vurğulanarkən temperatur müzakirəsinin bir hissəsində proses “physisorption-driven” kimi təsvir edilmişdir. Mexanizm bölməsində isə metal ionları üçün daha güclü xemosorbsiya, üzvi molekullar üçün daha zəif və geri dönən van der Waals qarşılıqlı təsirləri təsvir edilir.

Maksimum adsorbsiya tutumu

Çalışmanın xülasəsində bildirilən maksimum tutumlar aşağıdakı kimidir. Pb dəyəri xülasə və nəticə bölməsində 326,77 mg/g kimi verildiyi halda Tablo 1 və müqayisə cədvəlində 326 mg/g şəklində yuvarlaqlaşdırılmışdır.

Langmuir, Freundlich və PSO nə göstərdi?

Tarazlıq məlumatları Langmuir və Freundlich izotermləri ilə müqayisə edilmişdir. Yazarlar ümumilikdə Langmuir modelinin məlumatları daha yaxşı açıqladığını və adsorbsiyanın homogen səth bölgələrində tək təbəqəli tutulma ilə uyğun olduğunu bildirirlər. Langmuir ayırma faktoru R_L dəyərlərinin 0 ilə 1 arasında olması da tədqiqatçılar tərəfindən əlverişli adsorbsiya şərti kimi şərh edilmişdir.

Bununla birlikdə Pb üçün cədvəldə Freundlich uyğunluq katsayısı R²=0,9875, Langmuir dəyəri isə R²=0,98633'tür. Buna görə “Langmuir bütün çirkləndiricilərdə açıq şəkildə daha yaxşı uyğunluq verdi” şəklində mütləq şərh mənbə cədvəli tərəfindən tam dəstəklənmir.

Kinetik analizdə istifadə olunan yalancı ikinci dərəcəli modelin (pseudo-second-order, PSO) ümumi biçimi çalışmada belə verilmişdir:

\[ \frac{t}{q_t}=\frac{t}{k_2q_e^2}+\frac{t}{q_e} \]

Burada \(q_t\), t anındakı adsorbsiya tutumunu; \(q_e\), tarazlıq adsorbsiya tutumunu; \(k_2\) isə ikinci dərəcəli adsorbsiya sürət sabitini ifadə edir. Çalışmadakı PSO uyğunluq katsayıları Pb, Hg, Cd, naftalen, fenol və floren üçün təxminən 0,9909 ilə 0,99962 arasında dəyişir. Tədqiqatçılar bu yüksək uyğunluğu xemosorbsiya və ya adsorbent ilə adsorbat arasındakı elektron ötürülməsinin sürəti müəyyən edən prosesdə rol oynaması şəklində şərh edirlər. Ancaq kinetik modelə yaxşı uyğunluq təkbaşına molekulyar mexanizmin birbaşa sübutu kimi qiymətləndirilməməlidir.

Adsorbsiya mexanizmi necə izah olunur?

Çalışmada Ag-GONA səthinin məsaməli morfologiyası ilə hidroksil, amino, karbonil və karboksil kimi funksional qrupların birlikdə işlədiyi bir mexanizm təklif edilir. Metal ionlarının bu bölgələrdə elektron cütü paylaşımı, kompleksləşmə, elektrostatik cazibə və ion dəyişimi yolu ilə tutula bildiyi; üzvi çirkləndiricilərin isə məsamə doldurma, hidrogen rabitəsi, elektrostatik qarşılıqlı təsir və zəif van der Waals qarşılıqlı təsirləri ilə səthə bağlana bildiyi bildirilir.

Buna görə çalışma adsorbsiyanı tək bir mexanizmə endirmir; səth adsorbsiyası, elektrostatik cazibə, kompleksləşmə, ion dəyişimi və bəzi şəraitdə kimyəvi çökmə kimi birdən çox töhfənin olduğunu irəli sürür.

Muncuqlar yenidən istifadə edilə bildimi?

Regenerasiya təcrübələrində çirkləndirici yüklənmiş muncuqlar HCl ilə pH 5'ə tənzimlənmiş və 200 ppm CaCl₂ ehtiva edən məhlulla üç saat işlənmişdir. CaCl₂ istifadəsinin alginat muncuqlarının mexaniki bütövlüyünü qorumağa kömək etməsi məqsədlənmişdir.

Pb(II) üçün altı ardıcıl dövrdə kənarlaşdırma nisbətləri sırasıyla təxminən %99,9, %98, %93, %83, %82 və %78 olaraq bildirilmişdir. Üzvi çirkləndiricilərdə naftalen %88'dən %63'ə, fenol %86'dan %66'ya və floren təxminən %86,1'dən %61'ə geriləmişdir. Performans itkisi olmasına baxmayaraq muncuqların altıncı dövrdə də mənalı adsorbsiya tutumunu qoruduğu görülür.

Çalışmanın dəstəklədiyi nəticələr

• Ag-GONA muncuqları, çalışmanın test şərtlərində GONA kontrol muncuqlarından daha yüksək çirkləndirici kənarlaşdırma performansı göstərmişdir.
• Pb(II), Hg(II) və Cd(II) üçün yüzlərlə mg/g səviyyəsində maksimum adsorbsiya tutumu bildirilmişdir.
• Naftalen, fenol və floren də eyni kompozit adsorbent tərəfindən tutula bilmişdir.
• pH, təmas müddəti, başlanğıc konsentrasiyası və temperatur adsorbsiya performansına nəzərəçarpacaq şəkildə təsir etmişdir.
• PSO kinetik modeli eksperimental məlumatlara yüksək R² dəyərləri ilə uyğunluq göstərmişdir.
• Muncuqlar altı adsorbsiya-desorbsiya dövrü boyunca tamamilə funksiyasını itirməmişdir.

Çalışmanın sübut etmədiyi nəticələr

• Bu çalışma tam miqyaslı rafineri təmizləmə obyektində uzunmüddətli fasiləsiz istismar uğuru göstərmir.
• Altı dövrlük regenerasiya nəticəsi adsorbentin aylar və ya illər boyunca eyni performansı qoruyacağını sübut etmir.
• Laboratoriya adsorbsiya tutumu birbaşa sənaye axın sürətində eyni kənarlaşdırma faizinin əldə ediləcəyi anlamına gəlmir.
• Çalışma adsorbent istehsalının böyük miqyaslı xərclərini, gümüş nanohissəciyi itkisini və ya tam həyat dövrü ekoloji təsirini əhatəli şəkildə hesablamır.
• Türkiyədəki rafineri çirkab sularında eyni performansın əldə ediləcəyi birbaşa göstərilməmişdir.

Çalışmanın Metodu və Tapıntıları

Eksperimental quruluş

Adsorbsiya tutumu və kənarlaşdırma hesabı

Çalışmada tarazlıq adsorbsiya tutumu bu əlaqə ilə hesablanmışdır:

\[ q=\frac{(C_0-C_f)V}{M} \]

Burada \(C_0\) başlanğıc adsorbat konsentrasiyasını, \(C_f\) prosesdən sonrakı konsentrasiyanı, \(V\) adsorbat məhlulunun həcmini və \(M\) adsorbent kütləsini ifadə edir. Mənbədə konsentrasiyalar mg/L, adsorbsiya tutumu isə mg/g olaraq bildirilmişdir.

Faiz kənarlaşdırma səmərəliliyi isə:

\[ RE(\%)=\frac{C_0-C_f}{C_0}\times100 \]

şəklində hesablanmışdır.

Əsas kəmiyyət tapıntıları

* Pb tutumu xülasə və nəticə bölməsində 326,77 mg/g, Tablo 1 və Tablo 3'te 326 mg/g kimi verilmişdir.

İzoterm nəticələri

Langmuir modelində bildirilən R_L aralıqlarının hamısı 0 ilə 1 arasındadır. Bildirilən Langmuir R² dəyərləri Pb üçün 0,98633, Hg üçün 0,96505, Cd üçün 0,96205, naftalen üçün 0,99262, fenol üçün 0,99658 və floren üçün 0,98547'dir.

Freundlich R² dəyərləri isə sırasıyla 0,9875, 0,9084, 0,9578, 0,9846, 0,9621 və 0,9412'dir. Dolayısıyla Hg, Cd, naftalen, fenol və floren üçün Langmuir uyğunluğu daha yüksək ikən Pb üçün iki model bir-birinə son dərəcə yaxındır və Freundlich dəyəri çox az daha yüksəkdir.

Mənbə içində tənlik və temperatur uyğunsuzluğu

Mənbə çalışmanın Freundlich izotermi üçün verdiyi xətti tənlik yazımı standart göstərimdən fərqli görünür. Elmi mənbə sədaqəti səbəbilə tənlik burada səssizcə dəyişdirilərək “düzəldilməmişdir”. Bənzər şəkildə çalışmanın xülasə, temperatur təcrübələri və müqayisə cədvəli 298 K şərtini dəstəklədiyi halda nəticə bölməsində optimum tutumlara ilişkin cümlədə 398 K yazılır. Buna görə bu Verianla mətnində 298 K eksperimental bağlam kimi qorunmuş, 398 K ifadəsi mənbə içi uyğunsuzluq kimi ayrıca belirtilmişdir.

Regenerasiya və istifadə ömrü baxımından tapıntılar

Altı dövr sonunda Pb kənarlaşdırılması %78'ə geriləmişdir. Üzvi çirkləndiricilərdə də performans itkisi görülmüş; naftalen, fenol və floren üçün altıncı dövrdə sırasıyla təxminən %63, %66 və %61 kənarlaşdırma bildirilmişdir. Bu nəticələr adsorbentin yenidən istifadə edilə bildiyini göstərir; lakin altı dövrlük təcrübə sənaye istifadə ömrünün hamısını təmsil etmir.

Çalışmanın mühəndislik baxımından güclü yanı, tək bir adsorbent dizaynı ilə həm metal ionlarının, həm də üzvi çirkləndiricilərin tutulmasını və adsorbentin təkrar istifadəsini birlikdə qiymətləndirməsidir. Əsas məhdudiyyəti isə bu performansın fasiləsiz axınlı, yüksək debili və uzunmüddətli sənaye istismarında hələ doğrulanmamış olmasıdır.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal çalışma adı: Adsorption of heavy metal ions and organic pollutants from refining wastewater by magnetically synthesized silver nanoparticles coated with graphene oxide

Yazarlar: Salma S. Syed; Liya Jacob; Fawzi Banat; Nahla Rizk; Valentina Segneri; Kamran Alam; Abdul Hai.

Sorumlu yazarlar: Kamran Alam və Abdul Hai.

Qurumlar: Khalifa University Department of Chemistry; Norwegian University of Science and Technology Department of Materials Science and Engineering; Khalifa University Department of Chemical and Petroleum Engineering; Khalifa University Food Security and Technology Center; Khalifa University Department of Biomedical Engineering and Biotechnology; Sapienza University of Rome Department of Chemical Engineering.

Jurnal: Scientific Reports

Cild / məqalə nömrəsi: 16 / 7681

Yayın ili: 2026

Yayın tarixi: 26 Fevral 2026

DOI: 10.1038/s41598-025-26709-3

Rəsmi yayın bağlantısı:Nature / Scientific Reports rəsmi məqalə səhifəsi

Mənbə növü və hakemlik: Scientific Reports'ta yayımlanmış hakemli orijinal tədqiqat məqaləsidir.

Lisenziya: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0). Lisenziya uyğunlaşdırılmış mənbə görsellərinin paylanmasına icazə vermədiyi üçün bu Verianla məqaləsində çalışmanın orijinal şəkilləri yenidən çəkilməmiş və ya uyğunlaşdırılmış olaraq təqdim edilməmişdir.

Maliyyələşmə: Yazarlar Khalifa University of Science and Technology, Abu Dhabi'yə maliyyələşmə üçün təşəkkür edirlər.

Veri əlçatanlığı: Çalışmada istifadə edilən və/və ya analiz edilən məlumat dəstlərinin məqbul tələb əsasında sorumlu yazardan əldə edilə biləcəyi belirtilmişdir.

Maraqlar toqquşması: Yazarlar maraqlar toqquşması olmadığını bəyan etmişdir.

Yazar töhfələri: Konseptuallaşdırma SS, AH və FB; metod SS və LJ; nəzarət FB, AH və KA; doğrulama SS, LJ, NR, KA və VS; görsəlləşdirmə SS, LJ və NR; resurslar FB; orijinal taslak SS və AH; incələmə və redaktə FB, KA və AH tərəfindən həyata keçirilmişdir.

Bu Verianla içeriğinin elmi tapıntıları yalnız incələnən çalışmaya əsaslanır. Bibliyografik sahələr rəsmi yayın qeydiylə doğrulanmış; xarici mənbələrdən yeni eksperimental nəticə, yeni performans dəyəri və ya əlavə mexanizm əsas elmi məzmuna qatılmamışdır.

Çalışmanın əsas məhdudiyyəti laboratoriya miqyaslı batch adsorbsiya təcrübələrinə dayanmasıdır. Real rafineri çirkab suyu mənbəyi belirtilmesine baxmayaraq inkişaf etdirilən Ag-GONA sisteminin tam miqyaslı fasiləsiz təmizləmə xəttində uzunmüddətli sahə doğrulaması göstərilməmişdir. Regenerasiya altı dövrlə məhdudlaşdırılmışdır. Ayrıca mənbə içində 298 K/398 K temperatur fərqi, Pb maksimum tutumunun 326/326,77 mg/g biçimində iki fərqli göstərimi və bəzi izoterm/mexanizm ifadələrində metodoloji uyğunsuzluqlar vardır.