Tekstil, neft-kimya və əczaçılıq sənayelərində yaranan bəzi tullantı suları eyni zamanda yüksək miqdarda duz və üzvi çirkləndirici ehtiva edə bilər. Belə bir suyu təmizləyərkən bütün həll olmuş maddələri birlikdə saxlamaq hər zaman arzu olunan nəticə deyil. Xüsusilə boya kimi dəyərli və ya ekoloji baxımdan problemli üzvi birləşmələrin duzlardan ayrılması suyun, duzun və üzvi komponentlərin yenidən istifadəsi baxımından mühüm ola bilər.

Bu tədqiqatda alimlər tetra-aldehid funksiyalı kaliksaren kimi təsvir edilən TACA adlı üçölçülü makrosiklik molekulu m-fenilendiamin (MPD) ilə birləşdirərək yeni nazik təbəqəli kompozit membran hazırladılar. Ənənəvi sürətli interfeys polimerləşməsi əvəzinə “unidirectional diffusion assisted interfacial polymerization”, qısaca UDIP adlanan istiqamətləndirilmiş diffuziya dəstəkli üsul tətbiq edildi. Kevlar hidrogel dayağı iki monomer fazasını birbaşa qarışdırmadan MPD-nin nəzarətli şəkildə TACA-ya çatmasını təmin etdi.

Optimallaşdırılmış TACA_0.5MPD_0.5-3 membranı 63,8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ su keçiriciliyi göstərdi. Eyni membranda Congo red üçün %99,6, Direct red 23 üçün %99,4, Methyl blue üçün %98,9 və Direct yellow 12 üçün %99,0 retensiya ölçülərkən NaCl rəddi yalnız %1,1 oldu. Başqa sözlə, membran üzvi boya molekullarını böyük ölçüdə saxlayarkən kiçik duz ionlarının keçməsinə imkan verdi.

30 g/L NaCl ehtiva edən yüksək duzluluq şəraitində belə Congo red rəddi %98-dən yuxarı qaldı. Simulyasiya edilmiş tekstil tullantı suyu ilə aparılan diafiltrasiya təcrübəsində boya itkisi aşağı səviyyədə saxlanarkən duz konsentrasiyası azaldıldı. Tədqiqatçılar həmçinin 48 saatlıq fasiləsiz filtrasiyada keçiricilik və retensiya dəyərlərində nəzərəçarpacaq dəyişiklik müşahidə etmədiklərini və araşdırılan şəraitdə TACA və ya MPD sızması aşkar etmədiklərini bildirdilər.

Lakin tədqiqat real tekstil fabrikindən götürülmüş qarışıq tullantı suyu üzərində aparılmayıb. Əsas ayırma təcrübələri laboratoriyada hazırlanmış boya və duz məhlulları ilə həyata keçirilib. Buna görə texnologiya ümidverici görünsə də, uzunmüddətli real tullantı suyu performansı, membran istehsalının böyük miqyasa keçirilməsi, həlledici idarəetməsi, membranın xidmət müddəti və real qurğu iqtisadiyyatı ayrıca təsdiqlənməlidir.

Yüksək duzluluqlu üzvi tullantı suyunu təmizləmək niyə çətindir?

Tekstil boyama kimi proseslərdə tullantı suyunda yalnız üzvi boya olmur. Yüksək konsentrasiyalarda NaCl, Na₂SO₄ və ya başqa qeyri-üzvi ionlar da ola bilər. Belə bir qarışığı klassik sıx nanofiltrasiya membranı ilə emal etmək həm böyük boya molekullarının, həm də kiçik duz ionlarının tutulmasına səbəb ola bilər.

İlk baxışda yüksək duz rəddi yaxşı nəticə kimi görünə bilər. Lakin məqsəd boyanı və duzu bir-birindən ayırmaqdırsa, bu vəziyyət mənfi amilə çevrilə bilər. Duz membranın qidalanma tərəfində toplandıqca osmotik təzyiq artır; suyun membran üzərindən daşınması çətinləşir və proses daha yüksək təzyiq və ya daha çox diafiltrasiya suyu tələb edə bilər.

Bu tədqiqatdakı membranın məqsədi klassik mənada “duzsuzlaşdırma” deyil. Əksinə, məqsəd böyük üzvi molekulları saxlayarkən kiçik duz ionlarının keçməsinə imkan verməkdir. Bu fərq tədqiqatın düzgün anlaşılması baxımından kritikdir: burada aşağı NaCl rəddi performans itkisi deyil, layihələndirilmiş ayırma funksiyasının bir hissəsidir.

Makrosikl nədir?

Makrosiklik molekullar halqa formalı və molekulun daxilindən keçən müəyyən olunmuş boşluqlara malik strukturlardır. Tədqiqatda istifadə edilən TACA tetra-aldehid funksiyalı kaliks[4]aren quruluşuna əsaslanır.

TACA molekulu klassik yastı monomerlərdən fərqli olaraq üçölçülü, konusvari və sərt həndəsəyə malikdir. Mənbədə molekulun geniş üst açılışının təxminən 10,94 Å, dar alt açılışının isə təxminən 3,45 Å olduğu göstərilir.

Kaliks formalı strukturun daxilindən keçən təbii boşluq polimerləşmədən sonra membran daxilində bir-birinə bağlanan molekulyar nəql yollarının yaranmasına töhfə verə bilər. TACA-nın alt kənarındakı hidroksil qrupları isə su molekulları ilə hidrogen rabitəsi qura bilən hidrofil sahələr yaradır.

TACA niyə MPD ilə birləşdirildi?

TACA üzərində dörd aldehid qrupu var. MPD isə iki amin qrupuna malik diamindir. Aldehid və amin qrupları Şiff əsası kondensasiyası kimi tanınan reaksiya ilə birləşərək imin rabitələri yarada bilər.

Tədqiqatçılar TACA-nın aldehid qruplarının ənənəvi interfeys polimerləşməsində istifadə olunan çox reaktiv asil xloridlərə nisbətən daha nəzarətli reaksiya verdiyini bildirirlər. Bu daha mülayim reaktivlik çox sıx və sərbəst həcmi çox aşağı olan təbəqə əvəzinə daha boş, lakin davamlı və seçici polimer şəbəkəsi yaratmağı hədəfləyir.

Nəticədə yaranan TACA–MPD şəbəkəsi yalnız polimer zəncirləri arasındakı təsadüfi boşluqlardan ibarət deyil. TACA molekulunun öz daxili boşluqları da membranın məsamə arxitekturasının bir hissəsinə çevrilir.

UDIP üsulu niyə vacibdir?

Klassik interfeys polimerləşməsində iki monomer üzvi və sulu fazanın birbaşa təmas etdiyi sərhəddə çox sürətlə reaksiyaya girə bilər. Reaksiya həddən artıq sürətli olduqda monomer daşınmasını dəqiq nəzarətdə saxlamaq çətinləşir və çox sıx və ya qeyri-müntəzəm seçici təbəqələr yarana bilər.

Bu tədqiqatda alimlər iki fazanın arasına Kevlar hidrogel dayağı yerləşdirdilər. TACA hidrofob xarakteri və böyük molekulyar ölçüsü səbəbindən əsasən üzvi faza tərəfində qalarkən, MPD sulu tərəfdən hidrogel vasitəsilə nəzarətli şəkildə interfeysə doğru diffuziya etdi.

Bu istiqamətləndirilmiş diffuziya UDIP adlandırıldı. Hidrogel eyni zamanda sulu monomer üçün rezervuar və polimerləşmə üçün daha sabit “interfeys reaktoru” funksiyasını yerinə yetirdi.

Membran necə istehsal edildi?

Kevlar hidrogel dayağı hazırlanarkən 1,2 g Kevlar lif, 1,2 g KOH, 1,2 mL su və 60 mL DMSO otaq temperaturunda 24 saat qarışdırıldı. Alınan məhlul hava qabarcıqlarını və çöküntüləri uzaqlaşdırmaq üçün sentrifuqalandı, toxunmamış parça üzərinə 250 µm qalınlıqda örtüldü və 26 °C-də deionizə edilmiş su vannasında faza inversiyası ilə hidrogel yaradıldı.

TACA–MPD membranı üçün hidrogel iki bölməli diffuziya hüceyrəsinin arasına yerləşdirildi. Bir tərəfə MPD ehtiva edən sulu faza, digər tərəfə TACA ehtiva edən dixlormetan fazası qoyuldu.

Tədqiqatçılar TACA konsentrasiyasını 0,4–0,7 mM, MPD konsentrasiyasını 0,25–1,0 mM və reaksiya müddətini 1–7 saat arasında dəyişərək müxtəlif membranlar hazırladılar.

Su keçiriciliyi ilə boya rəddi arasındakı tarazlığa əsasən 0,5 mM TACA, 0,5 mM MPD və 3 saatlıq reaksiya şəraiti optimal seçildi. Bu membran TACA_0.5MPD_0.5-3 adlandırıldı.

Daha uzun polimerləşmə həmişə daha yaxşıdırmı?

Xeyr. Tədqiqat membran dizaynındakı klassik keçiricilik–seçicilik tarazlığını aydın göstərir. Reaksiya müddəti uzandıqda və monomer konsentrasiyası artdıqda seçici təbəqə qalınlaşır və daha çox çarpaz bağlanır.

Nəticədə boya rəddi artır, su keçiriciliyi isə azalır. TACA konsentrasiyası həddən artıq yüksək olduqda polimerləşmə çox güclənərək səthdə qırış və çatların yaranmasına səbəb ola bilər.

Deməli, optimal membran mümkün olan ən sıx təbəqə deyil; kifayət qədər boya rəddi təmin etməklə yanaşı su və duz daşınmasına aşağı müqavimət göstərən nəzarətli şəbəkə quruluşudur.

Nanofilm nə qədər nazikdir?

Sərbəst su–üzvi faza interfeysində yaradılmış TACA_0.5MPD_0.5-3 nanofilminin AFM ilə ölçülən qalınlığı təxminən 12 nm-dir. Reaksiya müddətini dəyişməklə sərbəst filmin təxminən 8–22 nm arasında idarə oluna bildiyi bildirilmişdir.

Kevlar hidrogel üzərində UDIP ilə yaradılmış nazik təbəqəli kompozit struktur isə təxminən 90 ± 5 nm seçici təbəqə qalınlığı göstərmişdir. Hidrogel mühitinin TACA self-assembly davranışını və MPD diffuziyasını dəyişdirməsi daha qalın, lakin nəzarətli təbəqənin yaranması ilə əlaqələndirilmişdir.

Membranın məsamələri nə qədər böyükdür?

Polietilen qlikol molekulları ilə aparılan xarakterizasiya zamanı TACA_0.5MPD_0.5-3 membranı üçün molekulyar kütlə kəsim həddi təxminən 11.480 g/mol, orta məsamə diametri isə təxminən 3,4 nm hesablanmışdır.

Bu dəyərlər membranın klassik çox sıx nanofiltrasiya quruluşundan daha boş olduğunu göstərir. Böyük boya molekulları və onların suda yarada bildiyi aqreqatlar saxlanarkən kiçik hidratlaşmış duz ionları bu daha açıq şəbəkədən keçə bilər.

Boya hansı mexanizmlərlə saxlanılır?

Mənbə boya rəddini tək bir mexanizmlə izah etmir. Üç təsir birlikdə ön plana çıxır:

• Ölçüyə görə istisna: Böyük boya molekulları və boya aqreqatları membranın məsamələrindən keçməkdə çətinlik çəkir.
• Elektrostatik itələmə: TACA–MPD membranı geniş pH intervalında mənfi səth yükü göstərir. Mənfi yüklü boyalar elektronla zəngin TACA boşluqlarından və membran səthindən itələnir.
• Boya aqreqasiyası: Aromatik boya molekulları hidrofob və π–π qarşılıqlı təsirlərlə daha böyük aqreqatlar yarada bilər; bu isə onların membran daxilində diffuziyasını daha da azaldır.

Bu mexanizmlərin kombinasiyası məsamələri duz ionlarını keçirəcək qədər açıq olan membranın eyni zamanda boya molekullarını yüksək səviyyədə saxlaya bilməsini izah etməyə kömək edir.

Su niyə bu qədər sürətlə daşına bilir?

TACA-nın molekulyar arxitekturası iki fərqli su yolu yarada biləcək şəkildə şərh olunur. Birinci yol molekulun xaricindəki hidroksil və imin qrupları ilə əlaqəli hidrofil sahələrdir. İkinci yol isə TACA-nın hidrofob daxili boşluğudur.

İlk baxışda hidrofob kanalın su üçün üstün olması ziddiyyətli görünə bilər. Molekulyar modelləşdirməyə görə su hidrofob divarla yalnız zəif qarşılıqlı təsirdə olduğundan kanal daxilində sürtünmə aşağı ola bilər. TACA-nın alt kənarındakı hidroksil qrupları isə hidrogen rabitəsi vasitəsilə suyu boşluğun çıxışına doğru çəkə bilən sahələr yaradır.

DFT hesablamaları bu daxili boşluq boyunca su daşınmasının energetik baxımdan mümkün olduğunu göstərmiş; su ilə struktur vahidi arasındakı hesablanmış qarşılıqlı təsir potensialı təxminən −0,024 ilə −0,562 eV arasında dəyişmişdir.

Bununla belə, müəlliflər hidrofil və hidrofob yolların ümumi su daşınmasına hansı nisbətdə töhfə verdiyini bu tədqiqatın müəyyən etmədiyini və bunun gələcəkdə araşdırılmalı mexanizm olduğunu açıq şəkildə bildirirlər.

Molekulyar dinamika simulyasiyaları nə göstərdi?

Realistik TACA–MPD şəbəkə modelləri ilə aparılan molekulyar dinamika simulyasiyalarında əlaqəli və əlaqəsiz boşluqların paylanması araşdırıldı. Şəbəkə quruluşunun kiçik molekulların və ionların daşınmasına uyğun əlaqəli sərbəst həcmlərə malik olduğu görüldü.

Congo red və Methyl blue molekulları ilə Na⁺, Cl⁻, və SO₄²⁻ ionlarının birlikdə modelləşdirildiyi simulyasiyada boya molekulları membran səthində saxlanarkən duz ionlarının 50 ns ərzində membranın qarşı tərəfinə keçə bildiyi müşahidə edildi.

Bu hesablamalar eksperimental retensiya nəticələrinin molekulyar səviyyədə fiziki izahını dəstəkləyir; lakin simulyasiya nəticələri real sənaye tullantı suyunun bütün mürəkkəbliyini təmsil etmir.

Ən mühüm performans nəticəsi nədir?

TACA_0.5MPD_0.5-3 membranı üçün su keçiriciliyi 63,8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ olaraq bildirilmişdir.

100 ppm-lik tək çirkləndirici məhlullarındakı retensiya dəyərləri isə belədir:

Böyük fərq tədqiqatın əsas uğurunu ümumiləşdirir. Membran böyük boya molekullarının əksəriyyətini təxminən %99 səviyyəsində saxlayarkən NaCl-in demək olar ki, hamısının keçməsinə imkan verir.

30 g/L duz olduqda nə baş verdi?

Membran Congo red və NaCl qarışıqlarında NaCl konsentrasiyası 1–30 g/L arasında dəyişən şəraitdə sınaqdan keçirildi.

Duz konsentrasiyası artdıqca NaCl rəddi %12,1-dən %0,5-ə qədər azaldı. Buna qarşılıq Congo red rəddi bütün intervalda %98-dən yuxarı qaldı və dəyişiklik bir faiz bəndindən az oldu.

Bu nəticə vacibdir, çünki yüksək ion gücü membranın səth yükünü ekranlaya və boya molekullarının davranışını dəyişə bilər. Buna baxmayaraq böyük üzvi molekul ilə kiçik duz ionu arasındakı ayrılma böyük ölçüdə qorundu.

Diafiltrasiya təcrübəsi necə aparıldı?

Tədqiqatçılar real fabrik tullantı suyu əvəzinə 200 ppm Congo red və 30 g/L NaCl ehtiva edən 500 mL simulyasiya edilmiş tekstil tullantı suyu hazırladılar.

Membran 2 bar təzyiq altında işlədildi. Qidalanma həcmi 250 mL-ə düşdükdə sistemə yenidən 250 mL deionizə edilmiş su əlavə edildi. Bu durulaşdırma və filtrasiya dövrü qidalanmadakı NaCl konsentrasiyası 0,5 g/L-dən aşağı düşənədək təkrarlandı.

Diafiltrasiya boyunca Congo red rəddi təxminən %98 səviyyəsində saxlanıldı. Beləliklə, duz permeat tərəfinə daşınarkən boya qidalanma tərəfində qatılaşdırıldı.

Su və enerji müqayisəsi nə göstərdi?

Mənbəyə görə NaCl konsentrasiyasını 0,5 g/L-dən aşağı salmaq üçün TACA–MPD sistemində ümumilikdə 1750 mL əlavə su istifadə edildi.

Tədqiqatın Supplementary Table 4 müqayisəsində TACA–MPD diafiltrasiyası üçün enerji sərfi 131 kWh/m³, kommersiya NF270 membranı üçün isə 228 kWh/m³ olaraq verilmişdir.

Bu dəyərlər ümumi sənaye enerji sərfi müqayisəsi kimi şərh edilməməlidir. Onlar müəyyən laboratoriya diafiltrasiya ssenarisinə və tədqiqatda istifadə olunan hesablama çərçivəsinə aiddir. Real qurğu nasosları, ilkin təmizləmə, yuma, həlledici istehsalı, membran istehsalı və köməkçi avadanlıqlar üçün tam həyat dövrü enerji analizi aparılmayıb.

48 saatlıq iş nə göstərdi?

Membranın fasiləsiz filtrasiya sabitliyi 100 ppm Congo red və 1 g/L NaCl ehtiva edən qarışıq məhlulda, 2 bar altında 48 saat sınaqdan keçirildi.

Bu müddətdə keçiricilik və retensiya dəyərlərində əhəmiyyətli dəyişiklik bildirilmədi. Sınaqdan sonrakı SEM görüntülərində məhdud boya yığılması müşahidə edilərkən, prosesdən əvvəl və sonra FTIR spektrlərinin böyük ölçüdə üst-üstə düşdüyü bildirildi.

Bu tapıntı laboratoriya şəraitində qısa–orta müddətli struktur sabitliyini dəstəkləyir. Bununla belə, 48 saatlıq sınaq aylarla və ya illərlə işləyən sənaye membranının xidmət müddətini əvəz etmir.

Membrandan TACA və ya MPD sızdımı?

Tədqiqatçılar mümkün monomer sızmasını UV–Vis spektroskopiyası ilə həm uzunmüddətli statik gözlətmə, həm də dinamik filtrasiya şəraitində qiymətləndirdilər.

Sınaqların aşkarlama hədləri daxilində TACA və ya MPD sızmasının aşkar edilmədiyi bildirildi. Bu nəticə hazırlanmış poliimin şəbəkəsinin araşdırılan laboratoriya şəraitində kimyəvi bütövlüyünü dəstəkləyir.

Lakin “aşkar edilmədi” ifadəsi hər konsentrasiyada mütləq sıfır sızma olduğu demək deyil; istifadə olunan analitik üsulun aşkarlama hədləri və sınaq müddəti daxilində ölçülə bilən sızmanın görünmədiyini bildirir.

Tədqiqatın güclü tərəfləri

• Yeni makrosiklik membran arxitekturası eksperimental olaraq hazırlanmışdır.
• İstehsal mexanizmi SEM, TEM, AFM, FTIR, XPS və digər xarakterizasiya üsulları ilə araşdırılmışdır.
• Monomer konsentrasiyası və reaksiya müddəti sistemli şəkildə dəyişdirilmişdir.
• Su keçiriciliyi ilə boya rəddi arasındakı performans tarazlığı qiymətləndirilmişdir.
• Birdən çox boya və iki fərqli duz sınaqdan keçirilmişdir.
• 1–30 g/L NaCl intervalında yüksək duzluluğun təsiri araşdırılmışdır.
• Simulyasiya edilmiş yüksək duzluluqlu tekstil tullantı suyunda diafiltrasiya tətbiq edilmişdir.
• 48 saatlıq fasiləsiz iş və monomer sızması sınaqdan keçirilmişdir.
• DFT və molekulyar dinamika simulyasiyalarından eksperimental nəticələri molekulyar mexanizmlə əlaqələndirmək üçün istifadə edilmişdir.

Tədqiqatın sübut etmədiyi məqamlar

• Real tekstil fabriki tullantı suyunda eyni performans göstərilməmişdir.
• Tullantı suyundakı səthi aktiv maddələrin, yağların, ağır metalların, asılı bərk maddələrin və qarışıq üzvi maddələrin uzunmüddətli təsiri təsdiqlənməmişdir.
• 48 saatlıq təcrübə aylarla və ya illərlə davam edən membran ömrünü göstərmir.
• Pilot və ya tammiqyaslı membran modulu işlədilməmişdir.
• TACA istehsalının kiloqram və ya ton miqyasında maya dəyəri qiymətləndirilməmişdir.
• Dixlormetan və digər istehsal kimyəvilərinin böyük miqyaslı həlledici bərpası və ekoloji yükü təhlil edilməmişdir.
• Tam texno-iqtisadi analiz və ya həyat dövrü qiymətləndirilməsi aparılmamışdır.
• Makrosiklik boşluqların ümumi su daşınmasına kəmiyyətcə töhfəsi hələ dəqiqləşdirilməmişdir.
• Membran bütün yüksək duzluluqlu üzvi tullantı suyu növlərində təsdiqlənməmişdir.

Türkiyə baxımından nə ifadə edir?

Türkiyədə tekstil boyama və emal proseslərində duz ehtiva edən rəngli tullantı sularının idarə olunması mühüm mühəndislik problemidir. Bu tədqiqatın əsas ideyası boya ilə duzu birlikdə qatılaşdırmaq əvəzinə onları seçici şəkildə bir-birindən ayıra bilən membrandan istifadə etməkdir.

Belə bir ayırma nəzəri olaraq boya konsentratının ayrıca idarə olunmasına, duzun və ya proses suyunun müəyyən şəraitdə geri qazanılmasına və sıfır maye axıdılması sistemlərinin bəzi mərhələlərində yükün azalmasına töhfə verə bilər.

Lakin Türkiyədəki real tekstil tullantı sularında yüksək keçiriciliklə yanaşı sərtlik ionları, köməkçi kimyəvilər, səthi aktiv maddələr, müxtəlif boya qarışıqları, COD və asılı bərk maddələr ola bilər. Buna görə texnologiya yerli real tullantı suyu üzərində pilot miqyasda təsdiqlənmədən birbaşa sənaye həlli kimi qiymətləndirilə bilməz.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Optimallaşdırılmış membran

Membran performans sınağı

Filtrasiya təcrübələri effektiv sahəsi 7,1 cm² olan çarpaz axınlı sistemdə aparıldı. Membran əvvəlcə 2 bar deionizə edilmiş su altında 30 dəqiqə sıxılaraq sabitləşdirildi. Təkkomponentli performans təcrübələri daha sonra 1 bar altında həyata keçirildi.

Su keçiriciliyi aşağıdakı tənliklə hesablandı:

\[ P=\frac{V}{A\times\Delta t\times\Delta P} \]

Burada \(V\) permeat həcmi, \(A\) effektiv membran sahəsi, \(\Delta t\) iş müddəti və \(\Delta P\) transmembran təzyiq fərqidir.

Bir komponentin membran tərəfindən rədd edilməsi isə:

\[ R=1-\frac{C_P}{C_F} \]

əlaqəsi ilə hesablandı. \(C_P\) permeatdakı, \(C_F\) isə qidalanmadakı konsentrasiyanı ifadə edir.

Yüksək duzluluq sınağı

Diafiltrasiya şəraiti

Enerji müqayisəsi

Bu müqayisə yalnız tədqiqatın müəyyən etdiyi diafiltrasiya ssenarisinə aiddir; qurğu miqyasında tam enerji və ya iqtisadi həyat dövrü analizi deyil.

Sabitlik sınağı

100 ppm Congo red və 1 g/L NaCl ehtiva edən qarışıq 2 bar təzyiq altında 48 saat filtrasiya edildi. Mənbə bu müddətdə keçiricilik və retensiya performansında cüzi dəyişikliklər bildirmişdir.

SEM analizi membran səthində məhdud boya yığılmasına, FTIR analizi isə prosesdən əvvəl və sonra kimyəvi quruluşun böyük ölçüdə qorunduğuna işarə etmişdir.

Molekulyar modelləşdirmənin əsas nəticəsi

DFT və MD hesablamaları TACA-nın daxili boşluqlarının su daşınmasına töhfə verə biləcəyini və əlaqəli sərbəst həcmlərin su və duz ionları üçün aşağı müqavimətli yollar yaratdığını dəstəkləyir.

50 ns-lik molekulyar dinamika simulyasiyalarında Congo red və Methyl blue membran tərəfindən böyük ölçüdə maneələnərkən Na⁺, Cl⁻, və SO₄²⁻ ionları membran şəbəkəsi vasitəsilə qarşı bölməyə daşınmışdır.

Eksperimental və hesablama nəticələrinin birlikdə göstərdiyi əsas mexanizm budur: makrosiklik boşluqlardan və çarpaz bağlı şəbəkədəki sərbəst həcmlərdən su və kiçik ionlar keçə bildiyi halda böyük boya molekulları ölçü, aqreqasiya və elektrostatik təsirlər səbəbindən saxlanılır.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal tədqiqat adı: Macrocycle-assembled membranes for high-salinity organic wastewater treatment

Müəlliflər: Yizhuo Li; Yanghua Duan; Jingsi Yuan; Lei Ge; Xiang Zhang; Jingwei Hou; Yatao Zhang; Bart Van der Bruggen; Junyong Zhu; Menachem Elimelech.

Bərabər töhfəli müəlliflər: Yizhuo Li və Yanghua Duan.

Məsul müəlliflər: Yatao Zhang, Junyong Zhu və Menachem Elimelech.

Qurumlar: Zhengzhou University, Çin; Rice University, ABŞ; The University of Queensland, Avstraliya; KU Leuven, Belçika.

Jurnal: Nature Communications.

Nəşriyyat: Springer Nature.

Cild / məqalə nömrəsi: 17, Article 1731.

DOI: 10.1038/s41467-026-68430-3.

Rəsmi keçid:https://doi.org/10.1038/s41467-026-68430-3

Qəbul edilmə tarixi: 27 iyun 2025.

Qəbul tarixi: 7 yanvar 2026.

Rəsmi nəşr tarixi: 17 yanvar 2026.

Version of Record tarixi: 17 fevral 2026.

Mənbə və resenziya vəziyyəti: Yüklənmiş PDF Nature Communications tərəfindən yayımlanmış “Article in Press” və redaktədən əvvəlki erkən giriş versiyasıdır. Biblioqrafik yoxlama zamanı eyni DOI-nin yekun Version of Record versiyasının yayımlandığı təsdiqlənmişdir. Tədqiqat resenziya prosesindən keçmişdir və rəsmi nəşr səhifəsində resenziya faylı mövcuddur.

Lisenziya: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).

Maliyyələşdirmə: Yüklənmiş mənbədə tədqiqat National Natural Science Foundation of China Major Research Plan çərçivəsində 92475120 nömrəli dəstək və Henan Scientific Committee Outstanding Youth Fund çərçivəsində 252300421182 nömrəli dəstəklə əlaqələndirilmişdir.

Məlumatların əlçatanlığı: Müəlliflər tədqiqatın nəticələrini dəstəkləyən məlumatların məqalədə və əlavə məlumat fayllarında olduğunu və ya məsul müəlliflərdən tələb oluna biləcəyini bildirmişlər.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər rəqabət aparan maraqların olmadığını bəyan etmişlər.

Müəllif töhfələri: Junyong Zhu tədqiqat ideyasını inkişaf etdirmiş və təcrübələri layihələndirmişdir. Yizhuo Li və Jingsi Yuan material sintezi, xarakterizasiya və performans sınaqlarını aparmışdır. Yizhuo Li, Yanghua Duan, Lei Ge, Xiang Zhang, Yatao Zhang və Jingwei Hou məlumat təhlilinə töhfə vermişdir. Yizhuo Li, Yanghua Duan, Bart Van der Bruggen, Junyong Zhu və Menachem Elimelech məqalənin yazılmasına töhfə vermişdir.

Elmi məzmunun əhatəsi: Bu Verianla məqaləsindəki eksperimental nəticələr, ədədi performans dəyərləri, metod detalları və mexanistik şərhlər yüklənmiş 32 səhifəlik mənbə versiyasına əsaslanır. Xarici yoxlama elmi nəticələri dəyişdirmək üçün deyil, məqalənin cari biblioqrafik nəşr vəziyyətini təsdiqləmək məqsədilə istifadə edilmişdir.

Əsas metodoloji məhdudiyyət: Boya/duz ayırma və diafiltrasiya təcrübələri laboratoriya miqyasında hazırlanmış məhlullar və simulyasiya edilmiş tekstil tullantı suyu üzərində aparılmışdır. Real sənaye tullantı suyu, uzunmüddətli pilot membran modulu, istehsalın miqyaslandırılması və tam texno-iqtisadi/həyat dövrü analizi təqdim edilməmişdir.

Sabitlik məhdudiyyəti: Mənbədə “long-term” kimi təsvir edilən fasiləsiz filtrasiya sınağı 48 saatdır. Bu nəticə laboratoriya miqyasında sabitliyi dəstəkləyir, lakin kommersiya membranının xidmət müddətini sübut etmir.

Mexanizm məhdudiyyəti: Tədqiqat hidrofil səth yolları ilə TACA-nın hidrofob daxili boşluqları vasitəsilə iki su daşınma yolunu dəstəkləyən DFT/MD nəticələri təqdim edir. Lakin müəlliflər bu yolların ümumi su daşınmasına ayrı-ayrılıqda kəmiyyət töhfələrinin bu tədqiqatın əhatə dairəsindən kənarda olduğunu açıq şəkildə bildirirlər.