Tədqiqat təbii gil, badam qabığı tullantısı və əhəngdən istifadə etməklə daha aşağı temperaturda istehsal oluna bilən düz keramika membranlarının suyun təmizlənməsindəki performansını araşdırır. Badam qabığının miqdarı çəki üzrə %2–10, sinterləmə temperaturu isə 850–950 °C arasında dəyişdirilmiş; membranların büzülməsi, məsaməliliyi, mexaniki xassələri, kimyəvi davamlılığı, mikrostrukturu, su keçiriciliyi, çirklənmə davranışı və kristal violet ilə parasetamolun çıxarılması ölçülmüşdür. Tədqiqatçılar ümumi performans balansı baxımından 900 °C-də sinterlənmiş, %2 badam qabığı və %2 əhəng ehtiva edən MP2-900 membranını ön plana çıxarırlar. Bu membran üçün təmiz su keçiriciliyi 35 L·h⁻¹·m⁻²·bar⁻¹, kristal violet və parasetamolun çıxarılması isə təxminən %87 olaraq bildirilmişdir. Bununla belə, təcrübələr laboratoriya miqyasında və sintetik çirkləndirici məhlullarla aparılmışdır; tədqiqat real sənaye tullantı suyunda uzunmüddətli sahə performansını və ya miqyasın böyüdülməsini sübut etmir.

Tədqiqatın əsas yanaşması iki davamlılıq problemini eyni vaxtda hədəfləyir: ənənəvi keramika membranlarının yüksək xammal və sinterləmə xərclərini azaltmaq və kənd təsərrüfatı tullantısı olan badam qabığını membranın məsaməyaradıcı komponenti kimi dəyərləndirmək. Tədqiqatda təbii gil əsas keramika matrisi, badam qabığı tozu porogen, CaO isə strukturun formalaşmasına töhfə verən əlavə maddə kimi istifadə edilmişdir.

Nəticələrin ən mühüm mesajı budur ki, daha yüksək məsaməlilik təkbaşına daha yaxşı membran demək deyil. Badam qabığının miqdarı artdıqca məsamə əmələgəlməsi və keçiricilik arta bilər, lakin daha böyük boşluqlar və daha nazik məsamə divarları mexaniki bütövlüyü zəiflədə bilər. Digər tərəfdən 900 °C-yə yüksəlmək keramika strukturunu sıxlaşdıraraq məsamə ölçüsünü və məsaməliliyi azaldır, eyni zamanda mexaniki bütövlüyü yaxşılaşdırır. Tədqiqatçıların seçdiyi MP2-900, bu keçiricilik–seçicilik–davamlılıq balansının iş daxilində ən uyğun nümunəsidir.

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

Keramika membranları kimyəvi, termal və mexaniki davamlılıqları sayəsində suyun təmizlənməsində mühüm üstünlüklər verə bilər. Lakin alümina, titania, zirkonia və silika kimi ənənəvi keramika xammallarının dəyəri və 1400–1600 °C səviyyələrinə çata bilən sinterləmə temperaturları istehsalın enerji və xərc yükünü artırır. Buna görə tədqiqat daha aşağı qiymətli təbii gil ilə kənd təsərrüfatı tullantısı mənşəli porogenin birləşdirilib daha aşağı temperaturda funksional membran yaradıb-yaratmayacağını araşdırır.

Tədqiqatçılar Əlcəzairin şimal-qərbindən əldə edilmiş təbii gildən istifadə etmişlər. Mənbədə bu gilin çəki üzrə %42,96 SiO₂ və %37,7 Al₂O₃ ehtiva etdiyi; həmçinin TiO₂, MgO, Fe₂O₃, CaO və K₂O kimi daha aşağı miqdarlı komponentlərin olduğu bildirilir. Badam qabıqları yuyulmuş, qurudulmuş və üyüdülmüş; bütün başlanğıc tozları 100 µm ələkdən keçirilmişdir.

Membran tərkibləri necə yaradıldı?

Mənbəyə görə %10-dan yuxarı badam qabığı nisbətləri ilkin təcrübələrdə həddindən artıq büzülmə və şişməyə səbəb olaraq membran morfologiyasını pozduğu üçün eksperimental dizayna daxil edilməmişdir.

İstehsal prosesi

Gil, əhəng və badam qabığı tozu az miqdarda su ilə homogen şəkildə qarışdırılmış, sonra qarışıq silindrik qəlibdə 940 MPa təzyiq altında 5 dəqiqə sıxılmışdır. Təxminən 50 mm diametrində və istehsal mərhələsində təxminən 3 mm qalınlığında disk formalı yaşıl membranlar əldə edilmişdir. Nümunələr 100 °C-də qurudulmuş və 850, 900 və ya 950 °C-də sinterlənmişdir.

Sinterləmə proqramında üzvi maddələrin və uçucu komponentlərin uzaqlaşdırılması üçün 300 °C-də 2 saatlıq saxlanma mərhələsi tətbiq edilmiş, termal gərginliyi və çatlamanı azaltmaq üçün qızdırma sürəti 2 °C·dəq⁻¹ olaraq saxlanılmışdır.

Badam qabığı niyə vacibdir?

Badam qabığı keramika strukturunda daimi doldurucu maddə kimi deyil, əsasən termal emal zamanı parçalanaraq məsamə yaradan təbii porogen kimi fəaliyyət göstərir. FTIR nəticələrində 850 °C-dəki membranlarda üzvi komponentlərlə əlaqəli zolaqların daha aydın olduğu, 900 °C-də isə bu zolaqların əhəmiyyətli dərəcədə zəiflədiyi görülmüşdür. Tədqiqatçılar bunu liqnoselülozik komponentlərin parçalanması və daha sabit silikat əsaslı keramika şəbəkəsinin yaranması ilə əlaqələndirirlər.

SEM görüntüləri də tərkib və temperaturun birgə təsirini göstərir. 850 °C seriyasında badam qabığının miqdarı artdıqca daha açıq, daha heterogen və daha bağlı məsaməli səth yaranır. 900 °C seriyasında isə artan temperatur qismən sıxlaşmanı gücləndirir; uyğun 850 °C nümunələrlə müqayisədə daha kiçik və daha az sayda məsamə görünür.

Sinterləmə temperaturu niyə 900 °C-də ön plana çıxdı?

850 °C-də büzülmə bütün tərkiblərdə təxminən %3–4 səviyyəsində qalmışdır. 900 °C-də büzülmə artsa da, xüsusilə aşağı badam qabığı tərkibli membranlarda qəbul edilə bilən səviyyədə qalmışdır. 950 °C-də isə büzülmə nəzərəçarpacaq dərəcədə artmış və MP10 üçün təxminən %11-ə çatmışdır. Tədqiqatçılar 950 °C nümunələrində görünən struktur deformasiyası müşahidə etdiklərinə görə bu temperaturdakı membranları sonrakı ətraflı xarakterizasiyalardan çıxarmışlar.

Məsaməlilik baxımından əsas nəticələr bölməsində MP2, MP4, MP6 və MP10 üçün 850 °C-də müvafiq olaraq %23,61, %23,96, %26,8 və %28; 900 °C-də isə %21,25, %22,39, %23,96 və %26,39 dəyərləri bildirilmişdir. Bu tendensiya temperatur artdıqda sıxlaşmanın artmasına; badam qabığının miqdarı artdıqda isə yanmadan sonra daha çox məsamənin yaranmasına bağlanır.

Kristal violet və parasetamol eyni mexanizmlə tutulur?

Xeyr. Tədqiqatın mexanizm şərhinə görə kristal violet (CV) müsbət yüklü kationik boyadır. Membran səthinin mənfi yüklü olduğu şəraitdə elektrostatik cazibə CV tutulmasına mühüm töhfə verir. Sterik maneə və qismən adsorbsiya da bu prosesə müşayiət edir.

Parasetamol (PCT) isə neytral üzvi molekul kimi nəzərdən keçirilir. Tədqiqatçılar PCT tutulmasını daha çox membran səthindəki funksional qruplara adsorbsiya, hidrogen rabitələri və ölçü istisnası təsirləri ilə əlaqələndirirlər. Buna görə eyni membranın iki çirkləndirici üçün oxşar ümumi çıxarılma faizinə çatması, çıxarılma mexanizmlərinin eyni olduğu mənasına gəlmir.

Çirklənmə və təmizlənə bilmə

Bir saatlıq filtrasiya təcrübələrində axın ilk təxminən 30 dəqiqə ərzində azalmış və sonra sabit bölgəyə yaxınlaşmışdır. MP2-900 üçün sabit axın kristal violet məhlulunda təxminən 31 L·h⁻¹·m⁻², parasetamol məhlulunda isə təxminən 32 L·h⁻¹·m⁻² verilmişdir.

Mənbə cədvəllərində MP2-900 üçün kristal violet filtrasiyasında axın bərpa nisbəti (FRR) %88,3, parasetamolda isə %85,7 göstərilir. Tədqiqatçılar həmçinin deionizə edilmiş su ilə aparılan təkrarlanan geri yuma təcrübələrində ilkin keçiriciliyin %90-dan çoxunun bərpa edilə bildiyini bildirirlər. Bu nəticə laboratoriya şəraitində təmizlənə bilməni dəstəkləyir; uzunmüddətli real müəssisə istismarında eyni performansın qorunacağını sübut etmir.

Kimyəvi və termal davamlılıq

Membranlar güclü turşu və əsas mühitlərdə 72 saat saxlanılaraq kütlə itkisi əsasında qiymətləndirilmişdir. Əsas mühitdə bildirilən maksimum kütlə itkisi təxminən %1,1-dir. Turşu mühitdə itki daha yüksək olmuş; tədqiqatçılar bunu kalsium və maqnezium kimi mineral komponentlərin turşu mühitdə həll olmağa daha meylli olması ilə izah etmişlər. Kimyəvi testlərdən sonra təqdim edilən SEM görüntülərində nəzərəçarpan çat və ya ağır səth deqradasiyası bildirilməmişdir.

TGA nəticələrində membranlar 200–250 °C-dən aşağıda adsorbsiya olunmuş su və uçucu komponentlərin uzaqlaşmasına bağlı ilkin kütlə itkisi göstərmiş; daha yüksək temperaturlarda isə ümumilikdə daha məhdud dəyişiklik nümayiş etdirmişdir. Tədqiqat 900 °C-də hazırlanmış membranların 850 °C seriyası ilə müqayisədə daha yaxşı termal struktur konsolidasiyası göstərdiyi qənaətinə gəlir.

Mənbədəki mühüm sayısal uyğunsuzluqlar

Bu tədqiqat şərh edilərkən bir neçə mənbədaxili uyğunsuzluq xüsusi olaraq nəzərə alınmalıdır:

• MP2-900 mexaniki davamlılığı: xülasədə təxminən 28 MPa, müqayisə cədvəlində 25 MPa, müqayisəli qiymətləndirmə mətnində isə 42 MPa verilir. Buna görə Verianla bu üç dəyərdən heç birini kesin və yeganə doğru mexaniki davamlılıq dəyəri kimi seçmir.
• MP2-900 məsaməliliyi: əsas nəticələr bölməsində %21,25 verildiyi halda, sonrakı müqayisə cədvəlində tədqiqat üçün %12,5 göstərilir.
• İzoelektrik nöqtə: mətndə MP2-900 üçün təxminən pH 6,4 göstərildiyi halda, Şəkil 10 üzərində pH_iso=7,2 etiketi vardır.
• MP2-850 parasetamol çıxarılması: Şəkil 11c üzərindəki sütun etiketi %86 olduğu halda, sonrakı mətndə %87 yazılmışdır.
• Kimyəvi davamlılıq şərti: metod bölməsində əsas məhlulun pH dəyəri 10, nəticələr bölməsində isə pH 11 olaraq göstərilmişdir.
• Xərc hesablaması: mətn təxminən 3,36 ABŞ dolları·m⁻² istehsal xərci bildirərkən, xərc cədvəlində bir membran üçün 3,358 ABŞ dolları, membran sahəsi 1,7 × 10⁻³ m² və daha sonra 3,376 ABŞ dolları·m⁻² dəyəri birlikdə verilmişdir. Bu rəqəmlər eyni hesab daxilində arifmetik olaraq uzlaşdırıla bilmədiyindən, xərc nəticəsi dəqiq vahid sahə xərci kimi istifadə edilməməlidir.
• EDX izahı və cədvəl: mətndə göstərilən bəzi elementlərlə Table 2-də görünən element siyahısı bir-biri ilə tam üst-üstə düşmür.

Bu uyğunsuzluqlar tədqiqatın eksperimental yanaşmasını avtomatik etibarsız etmir; lakin xüsusilə mexaniki davamlılıq, məsaməlilik, izoelektrik nöqtə və xərc kimi parametrlərin ikinci dərəcəli işlərdə tək bir dəqiq dəyər kimi ötürülməsini problemli edir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Təbii gil, badam qabığı və əhəngdən istifadə etməklə laboratoriya miqyasında funksional düz keramika membranları istehsal etmək mümkün olmuşdur.
• Badam qabığının miqdarı və sinterləmə temperaturu membranın məsaməliliyini, morfologiyasını, keçiriciliyini və mexaniki bütövlüyünü nəzərəçarpacaq dərəcədə təsirləndirmişdir.
• 950 °C tədqiqat daxilindəki tərkiblər üçün həddindən artıq büzülmə və deformasiya riski yaratmışdır.
• MP2-900 tədqiqatın öz qiymətləndirməsinə görə keçiricilik, çıxarılma və struktur bütövlüyü arasında ən balanslı formuladır.
• MP2-900 üçün 35 L·h⁻¹·m⁻²·bar⁻¹ su keçiriciliyi və təxminən %87 CV/PCT çıxarılması bildirilmişdir.
• Deionizə edilmiş su ilə təmizləmə və geri yuma təcrübələri membranların laboratoriya miqyasında axını əhəmiyyətli dərəcədə bərpa edə bildiyini göstərmişdir.

Tədqiqatın sübut etmədiyi nəticələr

• Real sənaye tullantı suyunda uzunmüddətli %87 çıxarılma performansı sübut edilməmişdir.
• Pilot və ya tam miqyaslı müəssisə performansı göstərilməmişdir.
• Uzunmüddətli membran ömrü və illər miqyasında mexaniki davamlılıq müəyyən edilməmişdir.
• Mənbədaxili ziddiyyətlər səbəbindən MP2-900 üçün tək və dəqiq mexaniki davamlılıq və ya məsaməlilik dəyəri etibarlı şəkildə çıxarıla bilmir.
• Hesabatda verilən vahid sahə istehsal xərci, mənbədaxili hesab uyğunsuzluğuna görə müstəqil doğrulanmış iqtisadi xərc kimi qəbul edilməməlidir.
• Laboratoriya nəticələri birbaşa kommersiya və ya sənaye uğuruna zəmanət deyil.

Türkiyə baxımından nə ifadə edir?

Tədqiqat Türkiyədə aparılmamışdır və istifadə olunan gil Əlcəzair mənşəlidir. Buna görə eyni tərkibin Türkiyədəki hər hansı təbii gil, kənd təsərrüfatı tullantısı və ya tullantı suyu matrisi üçün eyni performansı verəcəyi kimi şərh edilə bilməz. Türkiyədə mümkün uyğunlaşdırmada yerli gilin mineralogiya və kimyəvi tərkibi, badam qabığının xüsusiyyətləri, sinterləmə davranışı, hədəf tullantı suyunun ion və üzvi matrisi, enerji xərci, membran çirklənməsi və real proses şərtləri yenidən eksperimental olaraq doğrulanmalıdır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Eksperimental dizaynın texniki xülasəsi

Əsas tənliklər

Diametrin büzülməsi:

\[ S(\%)=\frac{D_0-D_1}{D_0}\times100 \]

Burada D₀ sinterləmədən əvvəlki membran diametrini, D₁ isə termal emaldan sonrakı diametri ifadə edir. Tənlik istilik emalı zamanı membranın ölçü üzrə kiçilməsini faizlə hesablayır.

Açıq məsaməlilik:

\[ P(\%)=\frac{M_{sat}-M_d}{M_{sat}-M_{sub}}\times100 \]

M_d quru kütlə, M_sub suda ölçülən batırılmış kütlə və M_sat su ilə doymuş nümunənin kütləsidir. Metod Arximed prinsipinə əsaslanır.

Permeat axını:

\[ J=\frac{V}{tA} \]

V toplanan permeat həcmi (L), t filtrasiya müddəti (h), A effektiv membran sahəsi (m²) və J permeat axınıdır.

Təzyiq–keçiricilik əlaqəsi:

\[ J_v=L_p\Delta P \]

J_v su axını, L_p membran keçiriciliyi və ΔP transmembran təzyiq fərqidir. Mənbənin Tənlik 4 ətrafındakı transmembran təzyiq təriflərində bir-birini tam qarşılamayan ifadələr olduğuna görə burada yalnız birbaşa verilən Darcy tipli əsas əlaqə qorunmuşdur.

Çirkləndiricinin çıxarılma nisbəti:

\[ R(\%)=\frac{C_0-C_p}{C_0}\times100 \]

C₀ qidalandırıcı məhluldakı başlanğıc çirkləndirici konsentrasiyası, C_p isə filtrasiya sonrası permeat konsentrasiyasıdır.

Məsaməlilik və sinterləmə temperaturu

Bu məlumat seriyası eyni badam qabığı nisbətində 850 °C-dən 900 °C-yə qalxdıqda açıq məsaməliliyin azaldığını; eyni temperaturda badam qabığının nisbəti artdıqda isə məsaməliliyin ümumilikdə yüksəldiyini göstərir. Mənbənin daha sonrakı müqayisə cədvəlində verilən %12,5 dəyəri bu əsas nəticə seriyası ilə uyğun gəlmədiyinə görə cədvələ daxil edilməmişdir.

Keçiricilik və seçicilik balansı

Tədqiqatda badam qabığı nisbəti %6-dan %2-yə azaldıqda su keçiriciliyinin təxminən 46-dan 35 L·h⁻¹·m⁻²·bar⁻¹ səviyyəsinə düşdüyü bildirilir. Daha aşağı məsaməlilik və daha kiçik məsamələr su keçidini məhdudlaşdırarkən, çirkləndirici tutulması və mexaniki struktur baxımından üstünlük verə bilər. MP2-900-ün seçilməsinin əsasında bu balans dayanır.

Şəkil 11c-nin öz etiketlərinə görə MP2-900 hər iki çirkləndirici üçün %87 ilə müqayisə edilən membranlar arasında ən yüksək ortaq çıxarılma performansını göstərir. Bununla belə, bu nəticə sintetik çirkləndirici məhlullarda, laboratoriya miqyaslı dead-end filtrasiya şəraitində əldə edilmişdir.

Axın bərpası

Cədvəllərdəki dəyərlər deionizə edilmiş su ilə təmizləmədən sonra axının əhəmiyyətli dərəcədə bərpa edilə bildiyini göstərir. Bununla belə, mənbədə FRR/FDR tənliklərinin simvol və izahlarında sonrakı cədvəllərlə tam üst-üstə düşməyən terminologiya olduğuna görə, Verianla burada birbaşa bildirilən FRR cədvəl dəyərlərini ötürür və tənlik terminologiyasını yenidən şərh etmir.

XRD, FTIR, TGA və SEM birlikdə nə göstərir?

XRD analizində bütün membranlarda kvars dominant kristal faza kimi müəyyən edilmiş; CaO ilə əlaqəli piklər də müşahidə olunmuşdur. FTIR, sinterləmə temperaturu artdıqca badam qabığından gələn üzvi zolaqların zəiflədiyini və silikat əsaslı keramika strukturunun gücləndiyini göstərir. TGA nəticələri 900 °C seriyasının ümumilikdə daha yaxşı termal konsolidasiyaya malik olduğunu dəstəkləyir. SEM isə badam qabığı artdıqca məsamə əmələgəlməsinin artdığını, digər tərəfdən 900 °C-də sıxlaşmanın məsamələri daha incə və daha məhdud etdiyini göstərir.

Bu müxtəlif xarakterizasiya üsulları birlikdə qiymətləndirildikdə tədqiqatın əsas material elmi nəticəsi ortaya çıxır: badam qabığı porogen kimi məsamə yaradır, sinterləmə temperaturu isə bu məsamələrin nə dərəcədə qorunacağını və ya sıxlaşma ilə daralacağını müəyyən edir. Membranın funksional performansı bu iki təsirin balanslaşdırılmasından asılıdır.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal tədqiqatın adı: Eco-Friendly Ceramic Membranes from Natural Clay and Almond Shell Waste for the Removal of Dyes and Drugs from Wastewater

Müəlliflər: Jamila Bahrouni; Feryelle Aouay; Christian Larchet; Lasâad Dammak; Raja Ben Amar.

Məsul müəlliflər: Lasâad Dammak və Raja Ben Amar.

Qurumlar: Research Unit “Advanced Technologies for Environment and Smart Cities”, Faculty of Sciences, University of Sfax, Sfax, Tunisia; Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est, ICMPE UMR-CNRS 7182-UPEC, Université Paris-Est Créteil, Thiais, France.

Jurnal: Membranes.

Nəşriyyat: MDPI.

Cild / nömrə / məqalə nömrəsi: 16(2), 52.

DOI: 10.3390/membranes16020052.

Nəşr tarixi: 27 Yanvar 2026.

Mənbə növü və resenziya: Resenziyalı eksperimental tədqiqat məqaləsidir.

Rəsmi bağlantı:https://doi.org/10.3390/membranes16020052

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Maliyyələşdirmə: Müəlliflər tədqiqatın xarici maliyyələşdirmə almadığını bildirmişlər.

Məlumatların əlçatanlığı: Tədqiqatın nəticələrini dəstəkləyən xam məlumatların tələb əsasında müəlliflər tərəfindən təqdim ediləcəyi bildirilmişdir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər maraqlar toqquşmasının olmadığını bəyan etmişlər.

Müəllif töhfələri: Konseptuallaşdırma Lasâad Dammak və Raja Ben Amar; metod Jamila Bahrouni, Feryelle Aouay və Christian Larchet; doğrulama Lasâad Dammak, Christian Larchet və Raja Ben Amar; araşdırma Jamila Bahrouni, Feryelle Aouay və Lasâad Dammak tərəfindən aparılmışdır. Məlumatların işlənməsi, yazı, nəzarət, layihə idarəetməsi və maliyyələşdirmənin əldə edilməsi üçün mənbədə ətraflı CRediT bölgüsü verilmişdir.

Elmi məzmunun əhatəsi: Bu Verianla mətnindəki eksperimental nəticələr, sayısal nəticələr, metod izahları və məhdudiyyətlər yüklənmiş 23 səhifəlik tədqiqata əsaslanır. Xarici mənbələrdən tədqiqata yeni eksperimental nəticə və ya yeni elmi tapıntı əlavə edilməmişdir; xarici doğrulama yalnız biblioqrafik kimlik və nəşr vəziyyətinin yoxlanması məqsədilə istifadə edilmişdir.

Əsas metodoloji sərhəd: Çirkləndiricinin çıxarılması təcrübələri laboratoriya miqyaslı dead-end filtrasiya sistemində sintetik CV və PCT məhlulları ilə aparılmışdır. Tədqiqat real sənaye tullantı suyunda uzunmüddətli pilot müəssisə təsdiqi və ya miqyasın böyüdülməsini təqdim etmir. Müəlliflər də realistik tullantı suyu şəraitində uzunmüddətli sabitlik və miqyas böyütmə işlərini gələcəkdə aparılmalı işlər arasında göstərirlər.

Mənbədaxili uyğunluq xəbərdarlığı: Məqalədə mexaniki davamlılıq, məsaməlilik, izoelektrik nöqtə, MP2-850 PCT çıxarılması, kimyəvi davamlılıq testinin əsas pH dəyəri və xərc hesablaması kimi bəzi sahələrdə bir-birini qarşılamayan dəyərlər vardır. Verianla bu fərqləri səssizcə düzəltməmiş və ziddiyyətli dəyərləri tək bir dəqiq nəticəyə çevirməmişdir.