Bu tədqiqat, klassik tullantı su təmizləmə proseslərindən keçə biləcək qədər kiçik və kolloidal baxımdan sabit polistirol nanoplastiklərin (PS-NP), təmizləmə qurğusunun çıxışına tətbiq oluna biləcək üçüncül bir proses olan elektrokoaqulyasiya ilə sudan uzaqlaşdırılıb-uzaqlaşdırıla bilməyəcəyini araşdırır. Tədqiqatçılar 175 ± 5 nm diametrli monodispers polistirol nanoplastikləri 20 mg/L konsentrasiyada, real ikincili təmizləmə çıxış suyunun fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərini təmsil etmək üçün hazırlanmış sintetik şəhər təmizlənmiş tullantı suyu matrisinə əlavə etmiş və alüminium ilə dəmir elektrodların davranışını müqayisə etmişlər.

Elektrokoaqulyasiya təcrübələri 4 L-lik sistemdə, 78 cm² aktiv sahəyə malik dairəvi elektrodlar arasında 9 mm boşluq saxlanılaraq həyata keçirilmişdir. Məhlul 260 rpm sürətlə qarışdırılmış və elektrokoaqulyasiya hüceyrəsindən davamlı resirkulyasiya etdirilmişdir. Tətbiq olunan cərəyan sıxlıqları 1, 5 və 10 mA/cm² olmuşdur.

Tədqiqatçılar nanoplastik miqdarını birbaşa hissəcik sayımı ilə deyil, əsasən ümumi üzvi karbon (TOC) və bulanıqlıq vasitəsilə izləmişlər. Başlanğıc TOC təxminən 34,5 mg/L olmuşdur. Bunun təxminən 18,38 mg/L-i, yəni %53-ü nanoplastiklərdən; təxminən 16,12 mg/L-i isə sintetik tullantı suyundakı həll olmuş üzvi maddəni təmsil edən asetatdan qaynaqlanırdı.

Elektrokoaqulyasiyanın sonunda TOC təxminən %53 azalmış və təxminən 16 mg/L səviyyəsində sabitləşmişdir. Bu dəyər başlanğıcdakı həll olmuş üzvi maddə fraksiyası ilə üst-üstə düşmüşdür. Asetat konsentrasiyasının proses boyunca dəyişməməsi də TOC azalmasının həll olmuş üzvi maddənin çıxarılmasından deyil, PS nanoplastiklərin maye fazadan uzaqlaşdırılmasından qaynaqlandığını dəstəkləmişdir.

Nəzarət təcrübəsində elektrik cərəyanı tətbiq edilmədikdə TOC təxminən 34,8 mg/L səviyyəsində sabit qalmışdır. Buna görə nanoplastiklərin sıxlığının sudan bir qədər yüksək olması səbəbilə öz-özünə çökməsi müşahidə olunan çıxarılmanı izah etməmişdir. Asetat olmayan ayrıca təsdiqləmə təcrübəsində isə alüminium elektrod və 10 mA/cm² şəraitində TOC-nin 20 dəqiqə ərzində tamamilə uzaqlaşdırılması nanoplastik çıxarılması şərhini daha da dəstəkləmişdir.

Elektrod materialı xüsusilə aşağı cərəyan sıxlığında kinetikanı nəzərəçarpacaq dərəcədə dəyişmişdir. 1 mA/cm²-də alüminium elektrod təxminən 30 dəqiqədə, dəmir elektrod isə təxminən 90 dəqiqədə tam nanoplastik çıxarılmasını təmsil edən TOC sabit vəziyyətinə çatmışdır. 5 mA/cm²-də hər iki elektrod üçün müddət təxminən 20 dəqiqə olmuş, 10 mA/cm²-də isə alüminium təxminən 10, dəmir isə təxminən 20 dəqiqədə eyni son nöqtəyə çatmışdır.

Mexanizm analizləri nanoplastiklərin oksidləşdirici parçalanmadan daha çox süpürmə flokulyasiyası (sweep flocculation) ilə uzaqlaşdırıldığını göstərmişdir. Alüminium elektrodlarda əsasən amorf Al(OH)₃ strukturları; dəmir elektrodlarda isə Fe(OH)₃ əmələ gəlməsi və daha sonra γ-Fe₂O₃ ilə zəngin floklar müşahidə edilmişdir. Bu metal (oksi)hidroksid çöküntüləri nanoplastikləri fiziki olaraq öz strukturuna daxil etmişdir.

TEM görüntüləri prosesdən əvvəl təxminən 175 nm diametrli, hamar sferik və ayrı-ayrılıqda paylanmış PS nanoplastikləri göstərdiyi halda, prosesdən sonra dəmir əsaslı flokların içində ölçü və formasını qoruyan çoxlu sayda eyni nanoplastik görülmüşdür. Bu görüntülər hissəciklərin məhv edilmədiyini və ya daha kiçik plastik hissəciklərə parçalanmadığını; əmələ gələn flok strukturunun içində tutulduğunu dəstəkləyir.

Kəskin toksiklik təcrübəsində nanoplastik ehtiva edən başlanğıc məhlul Aliivibrio fischeri bakteriyasında EC₅₀ = %30 dəyərinə malik idi. 10 mA/cm² şəraitində 20 dəqiqəlik elektrokoaqulyasiyadan sonra həm alüminium, həm də dəmir elektrodlarla EC₅₀ %100-ə yüksəlmiş və tədqiqatda kəskin toksikliyin aradan qalxdığı şəklində şərh edilmişdir. Bu vəziyyət 120 dəqiqənin sonunda da davam etmişdir.

Lakin toksiklik nəticəsi yalnız bu test orqanizmi, bu PS-NP tipi, 20 mg/L başlanğıc konsentrasiyası və istifadə olunan sintetik matris üçün keçərlidir. Xroniki toksiklik, digər su orqanizmləri, fərqli polimerlər, fərqli nanoplastik ölçüləri və ya real təmizləmə qurğusu çıxışları bu tədqiqatda qiymətləndirilməmişdir.

Türkiyə baxımından şərh: Tədqiqat, bələdiyyə tullantı su təmizləmə qurğularında nanoplastiklərin üçüncül bir “cilalama” mərhələsi ilə tutulması baxımından Türkiyə üçün də texniki cəhətdən mənalı bir yanaşma təqdim edir. Bununla belə, tədqiqat Türkiyədəki bir təmizləmə qurğusunda və ya real şəhər tullantı suyunda aparılmamışdır. Türkiyədə tətbiqolunma imkanının qiymətləndirilməsi üçün real qurğu çıxış sularında nanoplastik növ və konsentrasiyalarının müəyyən edilməsi, davamlı axınlı pilot elektrokoaqulyasiya sınaqları, elektrod sərfiyyatı, lilin xarakterizasiyası və yaranan nanoplastik yüklü lilin təhlükəsiz idarə edilməsi ayrıca təsdiqlənməlidir.

Nanoplastiklər niyə klassik təmizləmə proseslərindən qaça bilir?

Tədqiqat mikroplastikləri təxminən 5 mm ilə 1 µm, nanoplastikləri isə 1 µm-dən kiçik plastik hissəciklər kimi qəbul edir. Nanoplastiklərin ölçüsünün çox kiçik olması onları daha iri mikroplastiklərdən fərqli bir ayırma probleminə çevirir. Böyük hissəciklərin çökməsi və ya fiziki tutulması mümkün olduğu halda nanoplastiklər kolloidal davranış göstərə və maye fazada sabit şəkildə yayıla bilər.

Tədqiqatçıların çıxış nöqtəsi ondan ibarətdir ki, şəhər tullantı su təmizləmə qurğuları mikroplastiklərin mühüm hissəsini lil və çökmə prosesləri ilə tuta bilsə də, nanoplastiklər nanoskopik ölçüləri və kolloidal xüsusiyyətləri səbəbilə təmizlənmiş su ilə qəbuledici mühitlərə daşına bilər.

Elektrokoaqulyasiya bu problemə necə yanaşır?

Elektrokoaqulyasiya suya kənardan alüminium və ya dəmir duzu əlavə etmək əvəzinə qurban elektrodları elektrik cərəyanı ilə həll edərək koaqulyantı reaktorun içində yaradır. Anodda əsas elektrod həllolma reaksiyaları mənbədə:

\[ \mathrm{Fe \rightarrow Fe^{2+}+2e^-} \]

və:

\[ \mathrm{Al \rightarrow Al^{3+}+3e^-} \]

şəklində verilmişdir.

Yaranan metal ionları suyun pH-sından asılı olaraq hidroksid və oksihidroksid növlərinə çevrilir. Bu strukturlar kolloidal nanoplastiklərlə qarşılıqlı təsirə girir, hissəciklər arasındakı elektrostatik itələnmənin azalmasına və daha böyük flokların yaranmasına səbəb olur.

Elektrokoaqulyasiyada nəzəri olaraq üç əsas çıxarılma mexanizmi mümkündür:

• nanoplastiklərin metal hidroksid səthlərinə adsorbsiya olunması,
• səth yükünün neytrallaşdırılması ilə kolloidal sabitliyin pozulması,
• əmələ gələn iri metal hidroksid çöküntülərinin nanoplastikləri fiziki olaraq öz içinə alması, yəni süpürmə flokulyasiyası.

Bu tədqiqatdakı zeta potensialı, pH-növ paylanması diaqramı, XRD və TEM nəticələri üçüncü mexanizmin dominant olduğunu dəstəkləyir.

Təcrübə sistemi niyə real tullantı suyu əvəzinə sintetik hazırlanmışdır?

Tədqiqatçılar bu seçimi şüurlu şəkildə etmişlər. Real təmizləmə qurğusu çıxışlarının kimyəvi tərkibi zamana və qurğuya görə dəyişə bilər. Bu dəyişkənlik nanoplastik–koaqulyant qarşılıqlı təsirlərinin mexanistik baxımdan ayrılmasını çətinləşdirə bilər.

Bundan əlavə, real tullantı sularındakı nanoplastik konsentrasiyalarının tədqiqatda istifadə olunan TOC və bulanıqlıq üsullarının kəmiyyət təyini sərhədlərindən aşağı qala biləcəyi qeyd edilir. Buna görə tədqiqatçılar tərkibi nəzarətdə saxlanılan sintetik ikincili təmizləmə çıxışı hazırlamış və nanoplastikləri 20 mg/L səviyyəsində əlavə etmişlər.

Bu təcrübə dizaynı mexanizmin güclü şəkildə araşdırılmasına imkan versə də, ekoloji reallıq baxımından mühüm bir sərhəd yaradır: 20 mg/L konsentrasiyası real təmizləmə çıxışlarında gözlənilən səviyyələrdən yüksəkdir və sintetik su real tullantı suyundakı bütün üzvi və qeyri-üzvi komponentləri təmsil etmir.

Elektrokoaqulyasiya hüceyrəsi necə işlədildi?

Elektrodlar hər təcrübədən əvvəl və sonra %4 HCl içində 10 dəqiqə təmizlənmiş və deionizə edilmiş su ilə yaxalanmışdır.

Nanoplastik çıxarılması niyə TOC vasitəsilə izlənə bildi?

Sintetik tullantı suyunda başlanğıc TOC-nin təxminən %53-ü PS nanoplastiklərdən, qalan təxminən %46,6-sı isə asetatdan qaynaqlanırdı. Asetat konsentrasiyası 39,53 mg/L idi və TOC-yə təxminən 16,12 mg/L töhfə verirdi.

Elektrokoaqulyasiya irəlilədikcə ümumi TOC təxminən %53 azalmış və təxminən 16 mg/L səviyyəsində sabitləşmişdir. Asetat analizində başlanğıc konsentrasiyasının dəyişmədiyi görülmüşdür. Buna görə itən karbon miqdarı başlanğıcdakı nanoplastik karbon fraksiyası ilə uyğun gəlmişdir.

Bu nəticə tədqiqatın seçicilik iddiasının əsasını təşkil edir: tətbiq olunan şəraitdə elektrokoaqulyasiya kolloidal PS nanoplastikləri uzaqlaşdırarkən həll olmuş asetatı ölçülə bilən dərəcədə çıxarmamışdır.

Öz-özünə çökmə ehtimalı nəzarət edildi?

Bəli. PS nanoplastiklərin sıxlığı təxminən 1,05 g/mL olduğuna görə nəzəri olaraq zamanla çökmə ehtimalı mövcuddur. Bu ehtimalı yoxlamaq üçün elektrik tətbiq olunmadan nəzarət təcrübəsi aparılmışdır.

Nəzarət təcrübəsində TOC təxminən 34,8 mg/L başlanğıc səviyyəsində dəyişmədən qalmışdır. Buna görə elektrokoaqulyasiya təcrübəsindəki TOC azalması yalnız nanoplastiklərin sıxlıq səbəbilə təbii çökməsi ilə izah edilə bilməmişdir.

Cərəyan sıxlığı çıxarılma sürətini necə dəyişdirdi?

Hər iki elektrod materialında cərəyan sıxlığı artdıqca nanoplastik çıxarılmasının sürətləndiyi müşahidə edilmişdir. Bunun əsas səbəbi daha yüksək elektrik cərəyanının daha sürətli metal həllolmasına və beləliklə daha sürətli koaqulyant yaranmasına gətirib çıxarmasıdır.

Alüminium elektrod üçün tam nanoplastik çıxarılmasını təmsil edən TOC sabit vəziyyətinə:

• 1 mA/cm²-də təxminən 30 dəqiqədə,
• 5 mA/cm²-də təxminən 20 dəqiqədə,
• 10 mA/cm²-də təxminən 10 dəqiqədə

çatılmışdır.

Dəmir elektrod üçün uyğun müddətlər:

• 1 mA/cm²-də təxminən 90 dəqiqə,
• 5 mA/cm²-də təxminən 20 dəqiqə,
• 10 mA/cm²-də təxminən 20 dəqiqə

olmuşdur.

Alüminium niyə aşağı cərəyanda daha sürətli idi?

1 mA/cm² şəraitində alüminiumun dəmirdən təxminən üç dəfə daha sürətli sabit vəziyyətə çatması tədqiqatın nəzərəçarpan tapıntılarından biridir. Müəlliflər bunu alüminiumdan sürətlə yarana bilən və suda daha uzun müddət qarşılıqlı təsirdə qala bilən monomerik Al növlərinin davranışı ilə izah edirlər.

Dəmir əsaslı koaqulyantların isə daha sıx hidroliz məhsulları əmələ gətirməsi və daha tez çökməsi nəticəsində nanoplastiklərlə təmas müddətini məhdudlaşdıra bilməsi mümkün izahlar arasında verilmişdir. Bununla belə, müəlliflər yalnız koaqulyant növünün deyil, əmələ gələn koaqulyant konsentrasiyasının da bu fərqdə rol oynaya biləcəyini qeyd edirlər.

Nə qədər alüminium və dəmir əmələ gəldi?

Elektrod həllolması üçün nəzəri kütlə Faraday qanunu ilə hesablanmışdır:

\[ m=\frac{I\,t\,M}{zF} \]

Burada \(m\) həll olan metal kütləsi, \(I\) cərəyan, \(t\) müddət, \(M\) molyar kütlə, \(z\) ötürülən elektron sayı və \(F\) Faraday sabitidir.

Tədqiqatda nanoplastik çıxarılması üçün kifayət etdiyi bildirilən metal konsentrasiyaları belə olmuşdur:

Təcrübələrin 120 dəqiqəlik sonunda ümumi metal konsentrasiyaları bundan daha yüksək idi. Alüminium üçün 1, 5 və 10 mA/cm²-də müvafiq olaraq təxminən 0,95; 7,02 və 10,54 mmol/L; dəmir üçün isə 0,89; 4,44 və 7,43 mmol/L ölçülmüşdür.

Niyə alüminium Faraday qanunundan daha çox həll oldu?

Dəmir elektrodlarda eksperimental həllolma dəyərləri Faraday qanununun proqnozları ilə ümumilikdə uyğun gəlmişdir. Alüminiumda isə eksperimental metal miqdarı nəzəri dəyəri aşmış və fərq yüksək cərəyan sıxlıqlarında böyümüşdür.

Tədqiqatçılar bunun iki səbəbdən baş verə biləcəyini müzakirə edirlər. Birincisi, xlorid ionları yüksək cərəyan sıxlıqlarında alüminiumun lokal korroziyasını asanlaşdıra bilər. İkincisi, katod səthində suyun reduksiyası nəticəsində yaranan lokal qələvi şərait alüminium katodun kimyəvi olaraq həll olmasına səbəb ola bilər.

Faraday qanunu yalnız elektrik cərəyanı ilə baş verən anodun həllolmasını nəzərə aldığından, katodik kimyəvi korroziya bu nəzəri hesablamaya daxil deyil.

Bulanıqlıq nəticələri TOC məlumatını dəstəklədi?

Bəli. Başlanğıc bulanıqlıq təxminən 24 NTU idi və bütün cərəyan sıxlıqları ilə hər iki elektrod materialında zamanla azalaraq tədqiqatın tərifinə görə tam çıxarılmaya çatdı. Yüksək cərəyan sıxlığı bu prosesi sürətləndirdi.

Alüminium elektrodlar bulanıqlığı xüsusilə 1 mA/cm² şəraitində dəmirdən daha sürətli azaltdı. 10 mA/cm² alüminium təcrübəsində tam bulanıqlıq çıxarılması təxminən 10 dəqiqə ərzində baş verdi və TOC-nin sabitləşməsi ilə təxminən eyni vaxta düşdü.

Aşağı cərəyan sıxlığında bulanıqlığın sıfıra yaxınlaşması TOC-nin sabitləşməsindən daha uzun çəkdi. Tədqiqatçılar bunu suda qalan metal koaqulyant növlərinin özlərinin də bir müddət bulanıqlığa töhfə verə bilməsi ilə izah edirlər.

Zeta potensialı nanoplastiklərin sabitliyi barədə nə göstərdi?

Başlanğıcda PS nanoplastiklərin zeta potensialı təxminən −51 mV idi. Bu yüksək mənfi dəyər hissəciklərin bir-birini elektrostatik olaraq itələyərək sabit kolloidal suspenziya yaratdığını göstərir.

Elektrokoaqulyasiya irəlilədikcə zeta potensialı sıfıra yaxınlaşdı:

Xüsusilə 10 mA/cm² alüminium təcrübəsində −0,77 mV dəyəri sistemin izoelektrik nöqtəyə çox yaxınlaşdığını və hissəciklər arasındakı elektrostatik itələnmənin böyük ölçüdə aradan qalxdığını göstərir.

pH hansı koaqulyant növlərinin yaranacağını müəyyənləşdirdi?

Alüminium elektrodlardan istifadə olunduqda pH cərəyan sıxlığından asılı olmayaraq zamanla yüksəlmiş və təxminən pH 9-da sabitləşmişdir. Növ paylanması diaqramları bu bölgədə əsas həll olmayan növün Al(OH)₃ olduğunu göstərmişdir.

Alüminiumun mənbədə verilən ardıcıl hidroliz yolu:

\[ \mathrm{Al^{3+}+OH^- \rightarrow Al(OH)^{2+}} \]

\[ \mathrm{Al(OH)^{2+}+OH^- \rightarrow Al(OH)_2^+} \]

\[ \mathrm{Al(OH)_2^++OH^- \rightarrow Al(OH)_3} \]

şəklindədir.

Dəmir elektrodlarda pH davranışı daha fərqli olmuşdur. 1 mA/cm²-də son pH təxminən 6,6, 5 mA/cm²-də 7,93 və 10 mA/cm²-də 7,60 ölçülmüşdür. Növ paylanması analizində Fe(OH)₃-ün dominant çöküntü olduğu, Fe₂O₃ əmələ gəlməsinin də mexanizmə töhfə verə biləcəyi qiymətləndirilmişdir.

Süpürmə flokulyasiyası nədir?

Süpürmə flokulyasiyasında hədəf çirkləndirici yalnız bir səthə adsorbsiya olunmur. Metal hidroksid çöküntüləri məhlulun bütün həcmi boyunca böyüyərkən çirkləndirici hissəcikləri bu çöküntü strukturunun içinə fiziki olaraq həbs edir.

Bu tədqiqatda nanoplastiklərin zeta potensialının sıfıra yaxınlaşması kolloidal sabitliyi azaldarkən Al(OH)₃ və dəmir (oksi)hidroksid floklarının böyüməsi PS nanoplastikləri öz strukturuna daxil etmişdir. Beləliklə, nanohissəciklər mayedə ayrı-ayrı dağılmış vəziyyətdə qalmaq əvəzinə iri və ayırıla bilən floklara çevrilmişdir.

XRD alüminium və dəmir floklarının fərqli olduğunu göstərdi

XRD analizində alüminium elektrodlu lildə aydın və kəskin kristal piklər görülməmişdir. 2θ təxminən 15–20°, 27–30° və 60–65° bölgələrində geniş və dayaz maksimumlar aşkar edilmişdir. Tədqiqatçılar bunu əsasən amorf və ya nanokristalin Al(OH)₃ çöküntüləri ilə uyğun şərh etmişlər.

Bu aşağı nizamlı, yüksək dərəcədə hidratlaşmış Al(OH)₃ strukturları həcmli “süpürmə flokları” yaradaraq nanoplastikləri fiziki olaraq öz içinə ala bilər.

Dəmir elektrodlu lildə isə təxminən 2θ = 30°, 35,5°, 43°, 57° və 62,5° mövqelərində aydın kristal əksolunmalar müşahidə edilmişdir. Piklər spinel tipli dəmir oksidləri və xüsusilə maqhemit, γ-Fe₂O₃ ilə uyğun gəlmişdir.

Tədqiqatçılar dəmir sistemində başlanğıcda çökən Fe(OH)₃-ün zamanla oksidləşmə və dehidroksilləşmə yolu ilə daha kristal Fe(III) oksidlərinə çevrilə biləcəyini qiymətləndirirlər.

TEM görüntüləri mexanizmi birbaşa necə dəstəklədi?

Prosesdən əvvəlki TEM görüntüsündə təxminən 175 nm diametrli hamar, sferik PS hissəcikləri bir-birindən ayrı və homogen şəkildə paylanmış vəziyyətdə idi.

10 mA/cm² dəmir elektrokoaqulyasiyasından sonra əldə edilən lilin TEM görüntüsündə isə iri flokların içində çoxlu sayda PS nanoplastik müşahidə edilmişdir. Hissəciklər təxminən ilkin ölçülərini və sferik formalarını qoruyur, lakin artıq sərbəst şəkildə dağılmırdı.

Bu görüntü tədqiqatın ən mühüm mexanistik sübutlarından biridir. Nanoplastiklərin daha kiçik üzvi molekullara minerallaşdığı görünmür; metal (oksi)hidroksid flokların içinə fiziki olaraq həbs olunurlar.

Elektrokoaqulyasiya nanoplastik toksikliyini də azaltdı?

Kəskin toksiklik Aliivibrio fischeri biolüminesans testi ilə qiymətləndirilmişdir. Başlanğıc nanoplastik ehtiva edən sintetik tullantı suyunda EC₅₀ = %30 ölçülmüşdür. Tədqiqatçılar bunu aydın kəskin toksiklik kimi qiymətləndirmişlər.

Nanoplastik ehtiva etməyən sintetik tullantı suyunda toksiklik görülmədiyi bildirilir. Bu nəzarətin qrafiki məqalədə göstərilməsə də, müəlliflər başlanğıcdakı kəskin təsirin əsasən PS nanoplastiklərdən qaynaqlandığı nəticəsinə gəlirlər.

10 mA/cm² şəraitində 20 dəqiqə elektrokoaqulyasiyadan sonra həm alüminium, həm də dəmir elektrodlarda EC₅₀ = %100 dəyərinə çatılmışdır. Tədqiqatda bu nəticə nanoplastik mənşəli kəskin toksikliyin tamamilə basdırılması kimi şərh edilmişdir.

120 dəqiqənin sonunda EC₅₀-nin %100 olaraq qalması, araşdırılan biotest baxımından uzun elektrokoaqulyasiya müddətinin yeni ölçülə bilən kəskin toksik təsir yaratmadığını göstərmişdir.

Bu nəticə bütün ekotoksikoloji risklərin aradan qalxdığını göstərmir. Yalnız A. fischeri kəskin testi tətbiq edilmişdir; xroniki toksiklik, fərqli trofik səviyyələr, metal yüklü lilin ekotoksikliyi və uzunmüddətli ekoloji təsirlər tədqiqatın əhatə dairəsindən kənardadır.

Toksiklik niyə hissəcikləri minerallaşdırmadan azala bildi?

Qabaqcıl oksidləşmə proseslərində toksiklik azalması çox vaxt çirkləndirici molekulun oksidləşməsi və ya minerallaşması ilə əlaqələndirilir. Bu tədqiqatda fərqli mexanizm müşahidə edilmişdir.

Elektrokoaqulyasiya PS nanoplastikləri kimyəvi olaraq məhv etmək əvəzinə maye fazadan çıxarıb flok strukturunun içinə həbs edərək test orqanizminin hissəciklərlə birbaşa təmasını əngəlləmişdir. Tədqiqatçılar toksiklik azalmasını bu fiziki ayırma ilə əlaqələndirirlər.

Enerji sərfiyyatı nə qədər idi?

Xüsusi enerji sərfiyyatı:

\[ EC=\frac{UIt}{V} \]

bərabərliyi ilə hesablanmışdır. Burada \(U\) hüceyrə gərginliyi, \(I\) cərəyan, \(t\) tam nanoplastik çıxarılması üçün tələb olunan müddət və \(V\) emal həcmidir.

Cərəyan sıxlığı artdıqca proses sürətlənsə də, xüsusi enerji sərfiyyatı yüksəlmişdir. Ən aşağı enerji sərfiyyatı 0,017 kWh/m³ ilə 1 mA/cm² alüminium şəraitində görülmüşdür. Ən yüksək dəyər isə 0,603 kWh/m³ ilə 10 mA/cm² dəmir şəraitində bildirilmişdir.

Bu nəticə yalnız “ən sürətli şərait”in seçilməsinin enerji baxımından ən yaxşı şəraiti verməyə biləcəyini göstərir. Alüminium 10 mA/cm²-də 10 dəqiqədə çıxarılma təmin etdiyi halda, 1 mA/cm² şəraiti üç dəfə daha uzun çəksə də, xüsusi enerji sərfiyyatı nəzərəçarpacaq dərəcədə aşağı olmuşdur.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Alüminium və dəmir elektrokoaqulyasiyası istifadə olunan sintetik şəhər təmizlənmiş tullantı suyu matrisində 20 mg/L və 175 ± 5 nm PS nanoplastikləri tədqiqatın TOC və bulanıqlıq meyarlarına görə tamamilə uzaqlaşdırmışdır.
• Nanoplastiklərə uyğun gələn təxminən %53-lük TOC fraksiyası çıxarıldığı halda, asetatla təmsil olunan həll olmuş üzvi maddə sabit qalmışdır.
• Elektrik tətbiq olunmayan nəzarətdə TOC dəyişmədiyi üçün təbii çökmə müşahidə olunan çıxarılmanın əsas izahı deyil.
• Alüminium elektrod 1 mA/cm²-də dəmir elektroddan nəzərəçarpacaq dərəcədə daha sürətli nanoplastik çıxarılması təmin etmişdir.
• Yüksək cərəyan sıxlıqları hər iki elektrod üçün də çıxarılma kinetikasını sürətləndirmişdir.
• Zeta potensialının təxminən −51 mV-dən sıfıra yaxınlaşması nanoplastiklərin kolloidal sabitliyinin pozulduğunu göstərir.
• Alüminium sistemində amorf Al(OH)₃, dəmir sistemində isə Fe(OH)₃ və γ-Fe₂O₃ ilə əlaqəli floklar müəyyən edilmişdir.
• TEM görüntüləri PS nanoplastiklərin metal (oksi)hidroksid flokların içində fiziki olaraq həbs olunduğunu göstərmişdir.
• Süpürmə flokulyasiyası tədqiqatın dominant çıxarılma mexanizmidir.
• 10 mA/cm² şəraitində 20 dəqiqə elektrokoaqulyasiyadan sonra Aliivibrio fischeri kəskin toksiklik cavabı tədqiqatın ölçümünə görə aradan qalxmışdır.

Tədqiqatın göstərmədiyi nəticələr

• Tədqiqat real bələdiyyə təmizləmə qurğusu çıxış suyunda sahə təsdiqi aparmamışdır.
• 20 mg/L başlanğıc nanoplastik konsentrasiyası ekoloji real konsentrasiya kimi şərh edilə bilməz.
• Polietilen, polipropilen, PET və ya başqa nanoplastik polimerlər sınaqdan keçirilməmişdir.
• 175 nm-dən başqa geniş nanoplastik ölçü paylanması qiymətləndirilməmişdir.
• Tədqiqat davamlı axınlı pilot və ya tam miqyaslı təmizləmə qurğusu performansını göstərmir.
• Nanoplastiklərin kimyəvi olaraq minerallaşdığı göstərilməmişdir; mexanizm əsasən fiziki flok tutulmasıdır.
• Tək bir kəskin bakteriya testi bütün ekoloji təhlükəsizliyi sübut etmir.
• Nanoplastik yüklü elektrokoaqulyasiya lilinin uzunmüddətli ekoloji təhlükəsizliyi və ya son utilizasiya üsulu eksperimental olaraq qiymətləndirilməmişdir.
• Elektrod sərfiyyatı və enerji məlumatları laboratoriya miqyasından tam miqyaslı iqtisadi performansa birbaşa çevrilə bilməz.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Tədqiqatın eksperimental iş axını

TOC kütlə balansının xülasəsi

Elektrod materialından asılı pH və zeta potensialı

Kəskin toksiklik təcrübəsinin əhatə dairəsi

Toksiklik testində dondurularaq qurudulmuş Aliivibrio fischeri bakteriyaları %2 NaCl ehtiva edən mühitdə yenidən aktivləşdirilmişdir. Nümunənin müxtəlif durulaşdırmaları bakteriyalara tətbiq edilərək 5 və 15 dəqiqədən sonrakı biolüminesans ölçülmüşdür. Biolüminesansı %50 azaldan nümunə konsentrasiyası EC₅₀ kimi hesablanmışdır.

Təcrübə dizaynının güclü tərəfləri

• Nanoplastik çıxarılması yalnız bir ölçmə ilə deyil, TOC, asetat, bulanıqlıq, zeta potensialı, XRD və TEM kimi bir-birini tamamlayan üsullarla araşdırılmışdır.
• Elektriksiz nəzarət təcrübəsi təbii çökmə ehtimalını qiymətləndirmişdir.
• Asetatsız əlavə təcrübə TOC azalmasının PS nanoplastiklərlə əlaqəsini müstəqil şəkildə dəstəkləmişdir.
• Alüminium və dəmir eyni təcrübə arxitekturasında birbaşa müqayisə edilmişdir.
• Fiziki-kimyəvi çıxarılma kəskin bioloji cavabla əlaqələndirilmişdir.
• Enerji sərfiyyatı tam çıxarılma üçün lazım olan real proses müddətinə əsasən hesablanmışdır.

Əsas metodoloji məhdudiyyətlər

• Real təmizləmə qurğusu çıxış suyu əvəzinə sintetik matris istifadə edilmişdir.
• 20 mg/L PS-NP konsentrasiyası ekoloji səviyyələrdən yüksəkdir.
• Yalnız bir polimer növü və təxminən bir hissəcik ölçüsü araşdırılmışdır.
• Nanoplastik çıxış konsentrasiyası birbaşa hissəcik sayımı ilə müəyyən edilməmişdir.
• Kəskin toksiklik yalnız Aliivibrio fischeri ilə sınaqdan keçirilmişdir.
• Davamlı axınlı və pilot miqyaslı təsdiqləmə aparılmamışdır.
• Nanoplastik yüklü lilin utilizasiyası və ya geri qazanılması eksperimental olaraq qiymətləndirilməmişdir.
• Əsas metod mətnində elektrokoaqulyasiya təcrübələrinin təkrar sayı açıq şəkildə bildirilməmişdir.

Gələcək tədqiqat ehtiyacları

Tədqiqatçılar növbəti mərhələdə elektrokoaqulyasiyanın davamlı axın şəraitində və pilot miqyasda qiymətləndirilməsini təklif edirlər. Belə bir tədqiqat realistik enerji sərfiyyatı və miqyaslana bilmə məlumatlarının əldə olunması baxımından vacibdir.

Bundan əlavə, fərqli nanoplastik polimerlərin, fərqli hissəcik ölçülərinin və dəyişən tullantı suyu matrislərinin araşdırılması lazımdır. Elektrokoaqulyasiya lilindəki nanoplastiklərin ətraflı xarakterizasiyası və təhlükəsiz utilizasiya və ya dəyərləndirmə seçimləri də tədqiqatın açıq qoyduğu əsas ekoloji mövzulardır.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal tədqiqatın adı: Mechanistic insights into electrocoagulation-driven removal of polystyrene nanoplastics from urban treated wastewater

Müəlliflər, orijinal sıralama ilə: Alejandro Pérez-López; Carmen M. Domínguez; Sergio Rodríguez; Aurora Santos; Salvador Cotillas.

Bərabər töhfə/bərabər birinci müəllif: Mənbədə bərabər birinci müəllif və ya bərabər töhfə bəyanatı yoxdur.

Məsul müəllif: Salvador Cotillas.

Qurum: Department of Chemical and Materials Engineering, Faculty of Chemical Sciences, Complutense University of Madrid, Avenida Complutense s/n, Madrid 28040, Spain.

Mənbə növü: Eksperimental orijinal tədqiqat məqaləsi.

Jurnal: Environmental Pollution.

Cild / məqalə nömrəsi: Cild 401, Məqalə 128344.

DOI: 10.1016/j.envpol.2026.128344

Göndərilmə tarixi: 17 Yanvar 2026.

Reviziya tarixi: 8 May 2026.

Qəbul tarixi: 12 May 2026.

Onlayn nəşr tarixi: 13 May 2026.

Resenziya vəziyyəti: Resenziyalı Environmental Pollution jurnalında dərc edilmiş orijinal tədqiqat məqaləsidir.

Nəşriyyat: Elsevier Ltd.

Rəsmi nəşr bağlantısı:ScienceDirect — rəsmi məqalə səhifəsi

DOI bağlantısı:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2026.128344

Açıq giriş və lisenziya: Məqalə açıq girişli yayımlanmış və Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) lisenziyasına malikdir.

Maliyyələşdirmə: Tədqiqat TED2021-131380A-C22 (REGENEDAR) layihəsi çərçivəsində MCIN/AEI və European Union NextGenerationEU/PRTR tərəfindən; CNS2023-144029 qrantı çərçivəsində MICIU/AEI və European Union NextGenerationEU/PRTR tərəfindən; həmçinin Community of Madrid tərəfindən maliyyələşdirilən TEC-2024/ECO-69 (CARESOIL-CM) layihəsi çərçivəsində dəstəklənmişdir.

Məlumatların əlçatanlığı: Mənbədə məlumatların tələb əsasında əlçatan ediləcəyi bildirilir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər tədqiqata təsir göstərə biləcək məlum maliyyə marağının və ya şəxsi münasibətin olmadığını bəyan edirlər.

Müəllif töhfələri

Alejandro Pérez-López: Nəzərdən keçirmə və redaktə, orijinal qaralama yazımı, araşdırma və formal analiz.

Carmen M. Domínguez: Nəzərdən keçirmə və redaktə, metod və maliyyələşdirmənin təmin edilməsi.

Sergio Rodríguez: Nəzərdən keçirmə və redaktə və metod.

Aurora Santos: Nəzərdən keçirmə və redaktə və maliyyələşdirmənin təmin edilməsi.

Salvador Cotillas: Nəzərdən keçirmə və redaktə, orijinal qaralama yazımı, məsləhət, metod, maliyyələşdirmənin təmin edilməsi, formal analiz, məlumatların işlənməsi və konseptuallaşdırma.

Mənbədaxili tənlik qeydi

Dəmir koaqulyantlarının yaranmasını izah edən Tənlik (10) mənbədə:

\[ \mathrm{Fe^{3+}+H_2O\rightarrow Fe(OH)_3+3H^+} \]

şəklində çap edilmişdir. Tənlik bu formada atom balansı baxımından stoxiometrik olaraq uyğun deyil. Verianla mənbəyə sədaqət tələbinə görə bərabərliyi səssizcə dəyişdirməmişdir. Məqalənin mexanizm şərhində əsas götürülən elmi fikir Fe³⁺ hidrolizi ilə Fe(OH)₃ əmələ gəlməsi və proton ayrılmasıdır.

“Realistik tullantı suyu matrisi” ifadəsinin sərhədi

Mənbənin xülasə və nəticə bölmələrində tədqiqat “complex, realistic wastewater matrix” kimi təsvir edilir. Bununla belə, material və metod bölməsi istifadə olunan suyun real WWTP çıxışı deyil, real ikincili təmizləmə çıxışının fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərini təqlid etmək üçün hazırlanmış sintetik şəhər təmizlənmiş tullantı suyu olduğunu açıq şəkildə bildirir.

Buna görə Verianla mətnində nəticələr “real tullantı suyunda təsdiqlənmiş” kimi təqdim edilməmişdir.

Nanoplastik konsentrasiyasının sərhədi

Başlanğıcdakı 20 mg/L PS-NP konsentrasiyası mənbənin öz izahına görə real tullantı su çıxışlarında bildirilən konsentrasiyalardan yüksəkdir. Dəyər TOC və bulanıqlıq kimi analitik üsullarla etibarlı mexanistik izləmə aparmaq üçün seçilmişdir.

Buna görə %100-ə uyğun gələn çıxarılma nəticəsi aşağı ekoloji nanoplastik konsentrasiyalarında və ya real qurğu matrislərində eyni kinetikanın birbaşa qorunacağını sübut etmir.

“Tam çıxarılma” ifadəsinin analitik sərhədi

Tədqiqat çıxış suyundakı bütün PS nanoplastikləri ayrı-ayrılıqda sayan və ya polimer kütləsini birbaşa spesifik üsulla ölçən son nöqtədən istifadə etməmişdir. Tam çıxarılma; nanoplastiklərə uyğun gələn TOC fraksiyasının tamamilə yox olması, asetatın sabit qalması, bulanıqlığın >%99 azalması, asetatsız təsdiqləmə təcrübəsi və TEM mexanizm görüntülərinin birlikdə qiymətləndirilməsi ilə nəticələndirilmişdir.

Bu sübut zənciri mexanistik baxımdan güclü olsa da, “sıfır nanoplastik hissəcik” ifadəsinin müstəqil, ekoloji səviyyədə ultra-həssas nanohissəcik sayım üsulu ilə təsdiqləndiyi mənasına gəlmir.

Kəskin toksiklik nəticəsinin sərhədi

Toksiklik nəticələri Aliivibrio fischeri kəskin biolüminesans inhibisiya testinə aiddir. EC₅₀-nin %100-ə yüksəlməsi bu testdə araşdırılan kəskin təsirin basdırıldığını göstərir; bütün su növləri, xroniki təsirlər, bioakkumulyasiya və ya ekosistem səviyyəsində uzunmüddətli risklər qiymətləndirilməmişdir.

Bu Verianla məzmunundakı təcrübə şəraiti, mexanizm izahları, TOC və bulanıqlıq nəticələri, zeta potensialları, XRD/TEM şərhləri, toksiklik məlumatları və enerji sərfiyyatı yalnız araşdırılan tədqiqata əsaslanır. Xarici təsdiqləmə yalnız biblioqrafik kimlik, rəsmi nəşr qeydi və jurnalın resenziya vəziyyətinin yoxlanılması üçün istifadə edilmişdir.