Bu tədqiqat, səthi aktiv maddə ilə torpaq yuma sonrasında oluşan və aynı anda hem toluen hem de yüksək miktarda səthi aktiv maddə içeren karmaşık çirkab suyun seçici biçimde arıtılmasına yönelik bir sistem hazırlayır. Temel sorun, hidrofob toluenin natrium dodesil sulfat (SDS) misəllərinin hidrofob çekirdeğinde tutulmasıdır. Bu struktur tolueni suda taşınabilir hâle gəlirlikrken oksidləşdirici radikallerle temasını da sınırlar. Tədqiqatçılar bu kütlə aktarım maneəini aşmak üçün ultrasəs və ultrabənövşəyi ışığı aynı işi yapan iki enerji kayntorı olaraq değil, fərqli görevler üstlenen iki biləşen olaraq kullanmıştır.

Önerilən iş bölgülü sinerji sisteminde, yani DLSS'de, ultrasəsun əsas görevi SDS misəllərini akustik kavitasiya yoluyla keçici olaraq bozarak içlerinde tutulan tolueni sulu fazaa açığa çıkarmaktır. UV ışığı isə persulfatı fotokimyəvi olaraq aktivə ederek sülfat radikalleri oluşturur. Tədqiqatçılar bu iki işlevi sırasıyla fiziki kütlə ötürülməsi və kimyəvi oksidləşmə olaraq ayırmaktadır. Optimize edilən koşullarda sistem 30 dakika üçünde %96,7 toluen giderimine ulaşmış və SDS kaybını %3,1'in altında tutmuştur. Buna karşılık SDS başlangıç derişimi %2 olduğunda yalnızca %0,8 SDS kaybı bildirilmiş, yani təxminən %99,2 səthi aktiv maddə korunmuştur.

Tek enerji mənbəlı təcrübəler iş bölümünün gerekçesini dəstəkləyir. UV/PS sisteminde persulfat konsentrasiyası arttıkça toluen parçalanma sürət sabiti yükselmiş; US/PS sisteminde isə aynı persulfat artışına rtormen sürət sabiti təxminən 0,0162–0,0175 dak^-1 aralığında kalmıştır. Bu niyəle tədqiqatçılar, söz konusu SDS-zengin ortamda ultrasəsun anlamlı bir persulfat kimyəvi aktivatörü olaraq değil, esas olaraq misəl bozucu və kütlə ötürülməsi artırıcı olaraq çalıştığı sonucuna ulaşmıştır.

Türkiyə baxımından yaklaşma; neft törəmələriyle kirlenmiş zeminlerin səthi aktiv maddə kullanılarak yıkandığı iyiləştirme sistemlerinde, kullanılan səthi aktiv maddənin tek istifadəlık bir kimyəvi olmaktan çıkarılarak yeniden kullanılabilmesi açistilikndan örütubət taşmaaktadır. Bununla belə tədqiqat laboratoriya ölçekli 250 mL sintetika sistemde, tek hedef çirkləndirici olaraq toluen və tek səthi aktiv maddə olaraq SDS ilə həyata keçirilmişdir. Gerçek sahə çirkab sularındaki çözünmüş organik madde, tuzluluk, metal ionları, birden fazala hidrokarbon, asılı bərk maddeler və tekrar yıkama dövrlerinin etkisi ayrıca doğrulanmalıdır.

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

Toluen; üretim, depolama və taşmaa sırasında çmərhələye sızabilən, hidrofob strukturda aromatik bir organik çirkləndiricidir. Yeraltında toprak və yeraltı suyuna geçtiğinde aştorı su çözünürlüğü niyəiyle klasik suyla yıkama üsullariyle kolay uzaklaştırılamaz.

Yüzey aktif madde ilə yıkama bu soruna fərqli biçimde yaklaşır. SDS gibi səthi aktiv maddəler belirli bir derişimin üzerinde misəl adı vərilən strukturlar oluşturur. Misəllerin dış səthi suyla uyumlu, iç bölümü isə hidrofobtir. Toluen misəlin hidrofob çekirdeğine girerek görünür çözünürlüğünü artırır və kirlenmiş ortamdan yuma suyuna taşınabilir.

Ancaq çirkləndirici topraktan uzaklaştırıldıktan sonra yeni bir sorun ortaya çıkar: oluşan yuma çirkab suyu hem tolueni hem de büyük miktarda SDS'yi birlikdə içerir. Toluenin imha edilmesi gerekirken SDS'nin ekonomik və ekoloji açıdan korunup yeniden kullanılması istenir.

Buna görə sistemin aynı anda iki zıt hedefi realleştirmesi gerekir:

• Toluenin mümkün olduğunca derin biçimde oksitlenmesi,
• Yıkama işlevi taşıyan SDS'nin mümkün olduğunca az parçalanması.

Misəl struktursı niyə arıtmayı zorlaştırmaktadır?

SDS konsentrasiyası kritik misəl derişiminin üzerinde olduğunda toluen çəkilı olaraq misəl çekirdeğine geçmektedir. Bu durum tolueni suda taşınabilir hâle gəlirlikrken aynı zamanda sulu fazadaki oksidləşdirici radikallerden fiziki olaraq kısmen korumaktadır.

Başka bir ifadeyle sorun yalnızca yeterli miktarda oksidləşdirici radikal üretmek değildir. Radikal ilə hedef molekülün birbirine ulaşması da gerekir.

Tədqiqatnın ana hipotezi tam olaraq bu noktaya dayanmaktadır: kimyəvi reaksiya yeterli olsa bilə kütlə ötürülməsi maneəi çözülmeden yüksək toluen giderimi storlanamayabilir.

DLSS nə məna daşıyır?

DLSS, tədqiqatda kullanılan division-of-labor synergy system ifadesinin kısaltmasıdır. türk dili olaraq iş bölgülü sinerji sistemi şeklinde açıqlanabilir.

10. sayfadaki Şekil 1'de proses üç mərhələlı bir axın şeklinde gösterilmektedir. İlk bölümde toluenle kirlenmiş toprak SDS kullanılarak yıkanmakta və toluenin misəllər üçünde bulunduğu karmaşık çirkab su ortaya çıkmaktadır. Orta bölümde ultrasəs və UV/persulfat aynı reaktorde fakat fərqli görevlerle tədqiqatktadır. Son bölüm isə arıtılmış axın və SDS'nin geri kazanılması fikrini göstərir.

İş bölümü şu şəkildedir:

• Ultrason: misəlləri mexaniki olaraq pertürbe eder və toluenin sulu fazala temasını artırır.
• UV: persulfatı fotoliz ederek sülfat radikalleri üretir.
• Sülfat radikali: açığa çıkan toluenin aromatik struktursını tercihli olaraq oksitler.
• SDS: doymuş alifatik zinciri niyəiyle tədqiqat tarafından toluene göre daha aştorı reaktiviteye sahip kabul edilir və büyük nisbətda korunur.

Ultrason niyə kimyəvi aktivatör yerine fiziki yardımcı olaraq yorumlanmıştır?

Ultrasonik kavitasiya teorik olaraq persulfatın parçalanmasına və radikal oluşumuna katkıda bulunabilir. Ancaq tədqiqatçılar yalnızca teorik mekanizmaya dayanmak yerine UV/PS və US/PS sistemlerinin persulfat dozuna vərdiği kinetika yanıtı karşılaştırmıştır.

UV/PS sisteminde persulfat 5–40 mM aralığında artırıldığında 30 dakikalık toluen giderimi %70,8'den %80,1'e yükselmiş və görünür görünən psevdobirinci dərəcəli sürət sabiti 0,043'ten 0,056 dak^-1'e çıkmıştır.

US/PS sisteminde isə aynı persulfat aralığında sürət sabiti yalnızca 0,0162–0,0175 dak^-1 arasında değişmiş və en yüksək persulfat dozunda dahi toluen giderimi %40'ın altında kalmıştır.

Bu fark tədqiqatın mekanistik yorumunda kritik örütubəte sahiptir. Eğer ultrasəs bu ortamda güclü bir kimyəvi persulfat aktivatörü olsaydı, daha fazala persulfatın daha belirgin bir sürət artışı üretmesi beklenirdi. Böyle bir pozitiv btorımlılık görülmediği üçün tədqiqatçılar ultrasəsun əsas katkistiliknı kimyəvi radikal üretiminden çok fiziki misəl parçalanmasıyla açıqlamaktadır.

Ultrason misəllər üzerinde nə edir?

Ultrasonik prob sıvıda yüksək tezliklı təzyiq dalgaları oluşturur. Bu dalgalar kavitasiya kabarcıklarının oluşmasına və çökmesine niyə olur. Kabarcık çökmesi sırasında oluşan mikrojetler və şok dalgaları çmərhələde güclü fakat yerel hidrodinamik etkilər yaratabilir.

DLSS'de bu fiziki qüvvəlerin SDS misəllərini davamlı və kalıcı biçimde yok etmekten ziyade dinamik olaraq bozduğu və ya yeniden düzenlediği düşünülmektedir. Böylece misəl çekirdeğinde tutulan toluenin bir bölümü keçici olaraq sulu fazaa açılır.

Bu yorum birbaşa misəl boyutunun zaman ayırdetmə qabiliyyətilü ölçməüyle doğrulanmamışdır. Tədqiqat, misəl pertürbasyonu mekanizmasını ultrasəs gücü–SDS konsentrasiyası qarşılıqlı təsiri və kinetika nəticələrdan çıkarmaktadır.

UV ışığı sistemde nə edir?

UV ışığının görevi persulfatı homolitik olaraq parçalayarak sulfat radikali üretmektir:

\[ \mathrm{S_2O_8^{2-} + UV \rightarrow 2SO_4^{\bullet-}} \]

Tədqiqatda 254 nm dalğa uzunluğunda və 6 W gücünde UV lamba istifadə edilmişdir. UV/PS təcrübəlerinde persulfat miktarı arttıkça sürət sabitinin yükselmesi, UV'nin bu koşullarda etkili kimyəvi aktivatör olduğu yorumunu dəstəkləyir.

Sülfat radikali niyə tolueni SDS'den daha fazala oksitlemektedir?

Tədqiqatçılar seçiciliği molekulyar reaktivite farkıyla açıqlamaktadır. Toluen elektronca zengin aromatik halka içerirken SDS'nin hidrokarbon kısmı çəkilı olaraq doymuş alifatik C–H btorlarından oluşmaktadır.

Tədqiqatnın mekanistik çərçivəsine göre elektrofilik karakterdeki SO₄^•−, toluenin aromatik halkasıyla tek elektron aktarımı yoluyla daha kolay reaksiyaa girmekte; SDS'nin doymuş alkil zinciriyle reaksiya isə daha yavaş kalmaktadır.

Bu kimyəvi tercih, fiziki misəl açılmasıyla birleştirildiğinde sistemin əsas seçiciliğini oluşturmaktadır.

Sülfat radikali bu tədqiqatda birbaşa ölçülmüş müdür?

Hayır. Bu ayırma əhəmiyyətlidir. Tədqiqat birbaşa EPR spektru və ya mevcut DLSS koşullarında radikal söndürmə təcrübəi təqdim etmir.

Tədqiqatçılar SO₄^•− mekanizmasını daha önce benzer UV/PS sistemlerinde realleştirilən EPR və söndürme tədqiqatlarına, persulfat fotolizi kimyasına və mevcut təcrübəde gözlenen yüksək SDS qorunumuna dayanarak yorumlamaktadır.

Kaynak açıq biçimde, mevcut DLSS düzeninde birbaşa radikal diaqnozmlamasının mekanizma açıqlamasını daha da güçlendireceğini bildirir. Bu niyəle “DLSS üçünde baskın radikal eksperimental olaraq birbaşa doğrulanmıştır” şeklinde bir nəticə çıkarılmamalıdır.

Reaktör necə kurulmuştur?

Deneyler 250 mL çxüsusiti içeren şüşə beher tipi bir partiyalı reaktorde strukturlmıştır. Reaktörde ultrasəs probu, pH probu, termometre, gaz girişi və numune alma üçün beş ayrı açıqlık bulunmaktadır.

Başlangıç toluen derişimi bütün əsas təcrübəlerde 5 mM olaraq ayarlanmıştır. Başlangıç pH'sı 0,1 M H₂SO₄ və ya 0,1 M NaOH kullanılarak düzenlenmiştir.

Persülfat eklenmesinden sonra çxüsusitinin yeterli qarışıqını storlamak üçün maqnit qarışdırıcı istifadə edilmişdir.

Toluenin ucması nəticələri bozmuş ola bilər mi?

Tədqiqatda bu mümkünlık ayrıca kontrol edilmiştir. Persülfat kullanılmadan və UV/US kapalıyken realleştirilən kontrol təcrübəlerinde 30 dakika üçünde toluen kaybının %4'ün altında olduğu müəyyən edilmişdir.

Tədqiqatçılar bu niyəle əsas oksidləşmə təcrübəlerindeki yüksək giderim nisbətlarının bturşu ucuculaşmala açıqlanamayactorını kabul etmektedir.

Ultrason koşulları nelerdir?

Reaktör 20 ± 2 °C'de su vannası üçünde tutulmuştur. Bu temperatur kontrolü əhəmiyyətlidir; çünki ultrasəsik kavitasiya reaktorü istiliktabilir və yalnızca temperatur artışının kinetika nəticələra karışması istenmemektedir.

Ultrason gücü artırıldığında ne olmuştur?

Birleşik UV/US-PS sisteminde ultrasəs gücü 100 W'tan 200 W'a çıkarıldığında, sabit UV gücü 6 W və persulfat konsentrasiyası 20 mM koşullarında 30 dakikalık toluen giderimi %75,9'dan %84,4'e yükselmiştir.

Aynı koşullarda sürət sabiti 0,0476'dan 0,0655 dak^-1'e çıkmıştır.

Tədqiqat bu artışı daha yüksək ultrasəs gücünün daha güclü kimyəvi persulfat aktivasyonu storlamasına değil, misəllər üzerindeki fiziki perturbasyonu və kütlə ötürülməsinı artırmasına btorlamaktadır.

Başlangıç pH'sı sistemi güclü biçimde etkiləmiş midir?

Beklenenden daha az etkiləmiştir. pH 3,0–10,0 aralığında sistem təxminən %85 səviyyəinde 30 dakikalık giderimi korumuştur.

En yüksək sürət sabiti pH 3,0 koşulunda 0,072 dak^-1 olaraq bulunmuştur.

Tədqiqatçılar zayıf başlanğıc pH etkisini, persulfat eklendikten sonra çxüsusitinin pH'sının başlangıç dəyərinden btorımsız olaraq kısa sürede təxminən 2,8–3,2 aralığına düşmesiyle açıqlamaktadır.

Alkalin ortamda sulfat radikalinin hidroksil radikaline dönüşebiləceği reaksiya şu şəkilde vərilmiştir:

\[ \mathrm{SO_4^{\bullet-} + H_2O \rightarrow H^+ + SO_4^{2-} + \bullet OH} \]

Kaynak bu reaksiya üçün 1,4 × 10⁷ M^-1s^-1 sürət sabiti vərmektedir.

Cavab səthi metodu niyə istifadə edilmişdir?

Tek faktör təcrübəleri bir dəyişənin ümumi etkisini göstərir; ancaq real proseslerde dəyişənler birbirini etkiləyebilir. Tədqiqatçılar bu niyəle SDS konsentrasiyası, ultrasəs gücü və persulfat konsentrasiyasınin yalnızca tek tek değil, qarşılıqlı təsirli etkilərini de qiymətləndirmək amacıyla Box–Behnken təcrübə tasarımını kullanmıştır.

Üç dəyişən üç seviyede kodlanmış və üç merkez noktası tekrarı dâhil toplam 15 təcrübə rastgele sırayla həyata keçirilmişdir.

Modelin yanıt dəyişəni birbaşa giderim yüzdesi değil, görünür görünən psevdobirinci dərəcəli toluen parçalanma sürət sabiti k₁'dir.

Yanıt səthi modeli ne kadar güclüdür?

R² = 0,9956 dəyəri modelin eksperimental yanıt dəyişənliğinin %99,56'sını açıqladığını göstərir. Düzeltilmiş R²'nin 0,9877 olması da modele eklenen terimlerin sonucu yapay biçimde yükseltmediğine ilişkin olumlu bir işarettir.

17. sayfadaki qalıq qraflerinde noktalar normal mümkünlık doğrusuna təxminən olaraq uymakta və şagird tipi qalıqların tahmin edilən dəyərləre karşı rastgele dtorıldığı görülmektedir. Deneysel və tahmin edilən k₁ dəyərləri de birbirine yaxınn seyretmektedir.

Hangi dəyişənler en əhəmiyyətli görünmektedir?

Modelde:

• Persülfat derişimi olumlu etkiye sahiptir.
• Ultrason gücü olumlu etkiye sahiptir.
• SDS konsentrasiyası olumsuz etkiye sahiptir.

SDS konsentrasiyasınin olumsuz ana etkisi p = 0,0003 olaraq bildirilmişdir. Bu nəticə, daha fazala SDS'nin daha fazala misəl və dolayistilikyla toluen üçün daha güclü hidrofob koruma oluşturmasıyla izah edilir.

Ultrason gücü ilə SDS konsentrasiyası arasında anlamlı qarşılıqlı təsir görülmesi xüsusilikle əhəmiyyətlidir. Tədqiqatçılar bu qarşılıqlı təsiri ultrasəsun SDS misəlləri üzerindeki fiziki etkisine yönelik model səviyyəinde destek olaraq yorumlamaktadır.

Ultrason gücü ilə persulfat arasındaki sinerji nə məna daşıyır?

Tədqiqatda X₂X₃, yani ultrasəs gücü–persulfat qarşılıqlı təsiri de anlamlı bulunmuştur. Ancaq tədqiqatçılar bunun “ultrasəs daha fazala persulfatı kimyəvi olaraq aktivə ediyor” anlamına gelmediğini xüsusilikle vurgulamaktadır.

Yorum şöyledir:

• Daha fazala persulfat, UV altında daha büyük SO₄^•− kayntorı storlar.
• Daha güclü ultrasəs, misəllərden daha fazala tolueni sulu fazaa açığa çıkarır.
• Bu iki btorımsız görev aynı anda güçlendiğinde toplam toluen parçalanma sürətı yükselir.

Bu niyəle gözlenen sinerji bir “iş bölümü çarpımı” olaraq izah edilir.

Optimize edilmiş sistem ne kadar toluen gidermiştir?

Yanıt səthi optimallaşdırmaundan sonra DLSS, 30 dakika üçünde %96,7 toluen giderimine ulaşmıştır.

Kaynak, bu dəyəri mevcut çeşitli toluen oksidləşmə yaklaşmalarıyla müqayisəkta və yüksək performans olaraq yorumlamaktadır. Ancaq literatürde karşılaştırılan üsullarin başlangıç derişimleri, reaktor strukturları, gaz/maye fazaa koşulları və enerji girdiləri aynı değildir. Buna görə %96,7 dəyəri tədqiqatın kendi eksperimental koşulları üçün birbaşa geçerli nəticə olaraq dəyərlendirilmelidir.

SDS realten korunmuş mudur?

Evət; tədqiqat üçünde ölçülen SDS kaybı aştorıtür.

Yüksek SDS konsentrasiyasınde nisbətsal SDS kaybının daha aştorı olması ilk baxınta beklenmedik görünebilir. Tədqiqatçılar bunu, misəlden açığa çıkan toluenin oluşan sülfat radikallerinin büyük bölümünü rekabetçi biçimde tüketmesiyle və SDS oksidləşməunun ikincil bir yol olaraq kalmasıyla açıqlamaktadır.

Korunan SDS'nin yeniden kullanılabildiği birbaşa gösterilmiş midir?

Hayır. Bu ayırma tədqiqatın uygulama yorumu açistilikndan əhəmiyyətlidir.

Kaynak, benzer UV/PS sistemlerindeki önceki tədqiqatların SDS və ya Tween 80 çxüsusitilərinin tekrarlı torpaq yuma dövrlerinde kullanılabildiğini bildirdiğini bildirir. Ancaq mevcut DLSS tədqiqatsında geri kazanılan SDS'nin yeni bir torpaq yuma dövrinde yeniden kullanılması eksperimental olaraq strukturlmamıştır.

Tədqiqatçılar bu doğrulamayı gelecekte strukturlacak tədqiqat olaraq ifade etmektedir. Buna görə mevcut vəri “SDS kimyəvi olaraq büyük nisbətda korunmuştur” sonucunu dəstəkləyir; “geri kazanılan SDS'nin yıkama etkinliği tekrarlı dövrlerde doğrulanmıştır” sonucunu desteklememektedir.

Toluenin ara məhsulleri bu tədqiqatda ölçülmüş müdür?

Mevcut təcrübəde yeni bir GC-MS və ya LC-MS parçalanma məhsulü analizi təqdim edilməmişdir.

Kaynakta benzaldehit, benzen və kısa zincirli aldehitler gibi ara məhsuller, tədqiqat grubunun önceki toluen tədqiqatsına atıfla anılmaktadır. Benzer biçimde toksiklik değişimine ilişkin vərilən sayılar da başka bir UV/PS tədqiqatsına aittir.

Bu niyəle söz konusu ara məhsuller və toksiklik nəticələri mevcut DLSS təcrübəinin birbaşa ölçülmüş nəticələri olaraq dəyərlendirilmemelidir.

Tədqiqatın güclü tərəfləri nələrdir?

• Kimyasal oksidləşmə ilə fiziki kütlə ötürülməsinın rolleri açıq biçimde ayrılmıştır.
• UV/PS, US/PS və birleşik UV/US-PS sistemleri müqayisə edilmişdir.
• Persülfat dozuna vərilən kinetika yanıt, ultrasəsun rolünü ayırmak üçün istifadə edilmişdir.
• Toluen ucuculaşmau kontrol təcrübəiyle sınanmıştır.
• Gerçek akustik güc kalorimetrik üsulle təxminən olaraq müəyyən edilmişdir.
• Reaktör sıcaklığı 20 ± 2 °C'de kontrol edilmiştir.
• Toluen GC/FID, SDS isə ayrı spektrofotometrik üsulle ölçülmüşdür.
• Üç faktörlü Box–Behnken təcrübə tasarımı uygulanmıştır.
• Modelin R², düzəldilmiş R², CV və adequate precision dəyərləri raporlanmıştır.
• Yüksek toluen giderimi ilə yüksək SDS qorunumu aynı eksperimental sistemde birlikdə gösterilmiştir.

Tədqiqatın əsas məhdudiyyətləri nələrdir?

• Deneyler 250 mL laboratoriya ölçekli partiyalı reaktorde strukturlmıştır.
• Gerçek toprak yuma çirkab suyu yerine kontrollü/sintetika çxüsusiti sistemi istifadə edilmişdir.
• Tek hedef organik çirkləndirici toluendir.
• Tek əsas səthi aktiv maddə SDS'dir.
• Gerçek çirkab sudaki çözünmüş doğal organik madde, asılı bərklar və çoklu çirkləndiricilər dəyərlendirilmemiştir.
• Mevcut DLSS sisteminde SO₄^•− birbaşa EPR və ya özgül radikal söndürmə təcrübəleriyle diaqnozmlanmamıştır.
• Ultrasonun misəl boyutu və ya struktursı üzərində təsiri birbaşa DLS, SAXS və ya benzeri üsullarle ölçülməmişdir.
• Geri kazanılan SDS'nin yeni torpaq yuma dövrlerinde performansı doğrulanmamışdır.
• Mevcut tədqiqat üçünde ayrıntılı yeni parçalanma məhsulü analizi strukturlmamıştır.
• Toplam organik karbon və ya tam minerallaşma nisbətı raporlanmamıştır.
• Toluen gideriminin ne kadarının CO₂ və H₂O'ya tam minerallaşma olduğu birbaşa belirlenmemiştir.
• Arıtılmış suyun mevcut sistemdeki toksikliksi birbaşa ölçülməmişdir.
• UV və ultrasəs enerji sərfine dayalı kWh·m^-3 və ya giderilən çirkləndirici başına enerji analizi vərilməmişdir.
• Persülfat tüketimi və qalıq persulfat miktarına ilişkin tam kütlə balansı təqdim edilməmişdir.
• Sülfat oluşumu və çıxış suyundaki toplam ion yükü ekoloji açıdan ayrıntılı dəyərlendirilmemiştir.
• Kesikli laboratoriya sisteminden davamlı axınlı sahə reaktorüne ölçek böyütmə doğrulanmamışdır.
• Optimize edilmiş RSM koşullarının bütün sayısal faktör dəyərləri ana metinde açıq biçimde listelenmemiş; ayrıntıların ek cədvəllarda olduğu qeyd edilmişdir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Yüksek SDS içeren ortamda UV/PS, US/PS'den daha güclü toluen oksidləşməu storlamıştır.
• US/PS'de persulfat dozunun artırılması k₁'i belirgin biçimde yükseltmemiştir.
• Birleşik sistemde ultrasəs gücünün artırılması toluen giderim sürətını yükseltmiştir.
• Yanıt səthi modelinde SDS konsentrasiyası k₁ üzerinde olumsuz etki göstərmişdir.
• Ultrason gücü–SDS konsentrasiyası qarşılıqlı təsiri model səviyyəinde anlamlıdır.
• Optimize edilmiş DLSS 30 dakikada %96,7 toluen giderimine ulaşmıştır.
• SDS'nin en az %96,9'u korunmuştur.
• %2 SDS koşulunda SDS kaybı yalnızca %0,8 olaraq ölçülmüşdür.

Tədqiqatın sübut etmədiyi nəticələr

• DLSS'nin bütün səthi aktiv maddəler üçün aynı seçiciliği göstereceği kanıtlanmamıştır.
• Bütün aromatik çirkləndiricilərin toluenle aynı sürətda uzaklaştırılactorı gösterilmemiştir.
• Gerçek sahə çirkab suyunda %96,7 giderim garanti edilmemektedir.
• SDS'nin tekrar yıkama performansı mevcut tədqiqatda doğrulanmamışdır.
• SO₄^•−'nin mevcut DLSS reaktoründe tek baskın radikal olduğu birbaşa ölçülməmişdir.
• Toluenin %96,7'sinin tamamen CO₂ və H₂O'ya mineralize olduğu gösterilmemiştir.
• Çıkış suyunun toksikolojik olaraq tamamen təhlükəsiz olduğu kanıtlanmamıştır.
• Sistemin ekonomik açıdan mevcut sahə arıtma texnologiyalerinden daha ucuz olduğu hesaplanmamıştır.
• Ultrason və UV'nin büyük ölçekli reaktorde aynı sinerjiyi storlayactorı doğrulanmamışdır.

Türkiyə baxımından nerelerde dəyərlendiriləbilir?

Yaklaşma xüsusilikle akaryaxınt, solvənt və ya petro-kimya mənbəlı aromatik çirkləndiricilərin bulunduğu toprakların səthi aktiv maddə destekli yıkama uygulamalarında araştırılabilir. Buradaki potansiyel fayda yalnızca çirkləndiriciyi gidermek değil, yıkama kimyəviını mümkün olduğunca qoruyaraq proses dövrine geri döndürmektir.

Ancaq Türkiyə'deki sahə uygulaması üçün birbaşa bu laboratoriya dəyərlərinin kullanılması uygun değildir. Öncelikle real kirlenmiş sahə yuma suyunda çözünmüş organikler, sertlik, tuzluluk, doğal organik madde, çoklu BTEX biləşenleri, ytor fraksionları və toprak kolloidlerinin sistemi necə etkilədiği sınanmalıdır.

Bundan əlavə UV lambası və 20 kHz ultrasəsun enerji sərfi, persulfat kimyəvi xərci, SDS geri qazanım dəyəri və oluşabiləcek sulfat yükü birlikdə ekonomik və ekoloji həyat dövrü açistilikndan dəyərlendirilmelidir.

Tədqiqatın metodu və nəticələri

Kullanılan əsas kimyəvilar

Tədqiqatçılar sodyum persulfatı, potasyum persulfatın daha aştorı çözünürlüğü və amonyum persulfatın göreli ucuculuğu niyəiyle əsas oksitleyici olaraq seçmiştir.

Toluen analizi

Toluen derişimi birbaşa sulu enjeksion–qaz xromatoqrafiyası/alov ionlaşma detektoru üsuluyle ölçülmüşdür.

SDS analizi

SDS konsentrasiyası metilən mavisi üsuluyle ölçülmüşdür. Anyonik SDS, katyonik metilən mavisiyle kompleks oluşturmuş və kompleks xloroform fazaına ekstrakte edilmiştir. CHCl₃ fazaındaki absorbans 655 nm'de ölçülmüşdür.

Persülfatın 40 mM'ye kadar olan derişimlerinin və beklenen toluen oksidləşmə ara məhsullerinin ölçməü anlamlı biçimde bozmadığı kontrol təcrübəleriyle qeyd edilmişdir.

Kodlanmış Box–Behnken dəyişəni

\[ X_i = \frac{x_i-x_0}{\Delta x_i} \]

Burada x_i real eksperimental dəyəri, x₀ merkez noktasını və Δx_i faktörün seviye değişimini temsil etmektedir.

Genel ikinci dereceden model

\[ Y = \beta_0 + \sum_{i=1}^{3}\beta_iX_i + \sum_{i=1}^{3}\beta_{ii}X_i^2 + \sum_{i=1}^{2}\sum_{j=i+1}^{3}\beta_{ij}X_iX_j \]

Burada Y yanıt dəyişəni olan k₁, β₀ sabit terim, β_i doğrusal etkilər, β_ii ikinci dereceden etkilər və β_ij faktörler arası qarşılıqlı təsir katsayılarıdır.

Tədqiqatda elde edilən RSM denklemi

\[ Y = 10^{-2}\left(7.1 - 0.7413X_1 + 0.4187X_2 + 2.43X_3 + 0.2975X_1X_2 + 0.325X_2X_3 - 0.4071X_1^2 - 0.3121X_2^2 - 0.8696X_3^2\right) \]

Burada:

• X₁ = SDS konsentrasiyası,
• X₂ = ultrasəs gücü,
• X₃ = persulfat konsentrasiyası,
• Y = k₁, dak^-1.

Denklemde X₁'in doğrusal katsayistiliknın neqativ, X₂ və xüsusilikle X₃'ün katsayılarının pozitiv olması, SDS artışının reaksiyau baskıladığı; ultrasəs gücü və persulfat artışının isə sürətlandırdığı eksperimental eğilimle uyumludur.

Yalancı birinci dereceden kinetika denklem

\[ \ln\left(\frac{C_t}{C_0}\right)=-k_1t \]

C₀ başlangıç toluen derişimini, C_t t anındaki toluen derişimini və k₁ görünür görünən psevdobirinci dərəcəli parçalanma sürət sabitini göstərir.

UV ilə persulfat aktivasyonu

\[ \mathrm{S_2O_8^{2-}+UV\rightarrow2SO_4^{\bullet-}} \]

Bu reaksiya, DLSS'nin kimyəvi üretim motoru olaraq diaqnozmlanan UV biləşeninin əsasidir.

Ultrasonla mümkün persulfat parçalanması

\[ \mathrm{S_2O_8^{2-}+US\rightarrow2SO_4^{\bullet-}} \]

Kaynak bu reaksiyau teorik olaraq vərmektedir; ancaq eksperimental US/PS nəticələrinın persulfat dozuna karşı neredeyse sabit kalması niyəiyle, mevcut surfaktan-zengin sistemde bu yolun uygulamadaki katkistiliknın küçük olduğunu yorumlamaktadır.

Radikal–persulfat yan reaksiyau

\[ \mathrm{SO_4^{\bullet-}+S_2O_8^{2-}\rightarrow SO_4^{2-}+S_2O_8^{\bullet-}} \]

Sülfat radikallerinin rekombinasyonu

\[ \mathrm{SO_4^{\bullet-}+SO_4^{\bullet-}\rightarrow S_2O_8^{2-}} \]

Bu iki reaksiya, çok yüksək radikal və oksitleyici koşullarında məhsuldarlıqsiz tüketim yolları oluşabiləceğini göstərir. Bununla belə tədqiqat, US/PS sisteminin aştorı performansını esas olaraq bu yan reaksiyalardan ziyade misəl mənbəlı kütlə ötürülməsi maneəiyle açıqlamaktadır.

UV/PS təcrübə nəticələri

US/PS təcrübə nəticələri

Birleşik UV/US-PS sisteminde ultrasəs gücü

Aradaki dəyərlər qraflerde qiymətləndirilmişdir; mənbə metni 100 və 200 W uc noktalarındaki sayıları açıq biçimde vərmektedir.

pH etkisi

>En yüksək k₁

Yanıt səthi modelinin teknik qiymətləndirməsi

15 təcrübəlik Box–Behnken tasarımında üç merkez noktası tekrarı saf hata tahmini üçün istifadə edilmişdir. Model p < 0,0001 səviyyəinde anlamlıdır. R² = 0,9956 və düzəldilmiş R² = 0,9877 dəyərləri arasında sınırlı fark bulunması modelin uyumunun güclü olduğunu göstərir.

CV = %3,59 eksperimental saçılımın görece aştorı olduğunu, adequate precision = 34,56 isə tasarım uzayında model sinyalinin gürültüye göre yüksək olduğunu göstərir.

Bununla belə bu istatistikler modelin incelenen təcrübə aralığı üçündeki başaristiliknı diaqnozmlar. Aynı polinomun fərqli reaktor ölçeğinde və ya ana dəyişənlerin təcrübə aralığının dışında güvənilir olactorı gösterilmemiştir.

Optimize edilmiş seçicilik nəticələri

Enerji və mənbə məhsuldarlıqliliği açistilikndan eksik kalan ölçütler

Tədqiqatnın “mənbə koruma” yaklaşmaı SDS'nin kimyəvi olaraq korunmasına dayanmaktadır. Ancaq tam proses sürdürülebilirliğini dəyərlendirebilmek üçün aştorıdaki ölçütler vərilməmişdir:

• UV elektrik enerjisi tüketimi,
• Ultrason elektrik enerjisi tüketimi,
• Giderilən toluen başına özgül enerji sərfi,
• Persülfat tüketim məhsuldarlıqi,
• SDS geri qazanım və təkrar istifadə sayistilik,
• Toplam kimyəvi xərc,
• Reaktör ölçek böyütmə məhsuldarlıqi,
• Karbon ayak izi və ya həyat dövrü qiymətləndirməsi.

Bu niyəle tədqiqat mənbə koruyucu bir proses tasarım ilkesi sunmakta, ancaq tam ekonomik və ya həyat dövrü üstünlüğünü henüz hesablamamaktadır.

Mənbə və metod qeydi

Tədqiqatnın tam özgün adı: Sono-photochemical division-of-labor synergy system for selectivə removal of toluene and preservation of surfactants in flushing wastewater

Müəlliflər və doğru sıraları: Bo Zhang; Xiaoguang Duan; Anhua Long; Hui Zhang; Shaobin Wang.

Eş birinci müəlliflık/eş katkı: Kaynakta belirtilmemiştir.

Sorumlu müəlliflər: Anhua Long; Hui Zhang; Shaobin Wang.

Sorumlu müəllif rabitə adresleri: long8124@126.com (Anhua Long); eeng@whu.edu.cn (Hui Zhang); shaobin.wang@adelaide.edu.au (Shaobin Wang).

Kurumsal btorlantılar:

• Jiangxi Provincial Key Laboratory of Flexible Electronics, Jiangxi Science and Technology Normal Univərsity, Nanchang 330013, Jiangxi, Çin.
• School of Chemical Engineering, The Univərsity of Adelaide, South Australia 5005, Avustralya.
• Department of Environmental Engineering, Wuhan Univərsity, Wuhan 430079, Hubei, Çin.

Yazar-qurum eşleştirmesi: Bo Zhang və Anhua Long — Jiangxi Science and Technology Normal Univərsity; Xiaoguang Duan və Shaobin Wang — The Univərsity of Adelaide; Hui Zhang — Wuhan Univərsity.

DOI: Tədqiqatnın yüklenen sürümünde DOI açıqça belirtilmemektedir. Dış bibliyoqraf taramada exact-title kaydı üzerinden btorımsız DOI doğrulanamadığı üçün tahmini DOI eklenmemiştir.

Dergi: Bu sürüm üçün rəyçili bir dergi və ya kabul edilmiş nihai dergi sürümü doğrulanamamıştır.

Yayın platformu: SSRN.

SSRN qeyd numarası: 7199761.

Kesin yayın/qeyd tarihi: Yüklenen sürümde açıq biçimde vərilmemiş və erişiləbilir dış bibliyoqraf nəticələrdan btorımsız olaraq doğrulanamamıştır.

Kaynak türü: Yüzey aktif madde içeren toprak yuma çirkab suyunda ultrasəs destekli kütlə ötürülməsi ilə UV/persulfat oksidləşməunu birleştiren laboratoriya ölçekli eksperimental çmərhələ mühendisliği tədqiqatsı.

Hakemlik durumu: Tədqiqatnın her sayfasında bu tədqiqat metninin rəyçi qiymətləndirməsinden geçmediği açıqça belirtilmektedir. SSRN de Elsevier tarafından preprint və erken tədqiqat platformu olaraq diaqnozmlanmaktadır.

Resmî mənbə btorlantistilik:SSRN tədqiqat kaydı

Finansman: Jiangxi Provincial Key Laboratory of Flexible Electronics, proje numarası 20242BCC32010. Acknowledgements bölümünde ayrıca Jiangxi Province Postgraduate Innovation Program, YC2025-S203 desteği belirtilmektedir.

Çıkar çatışması: Müəlliflər rekabet eden çıkarlarının bulunmadığını beyan etmiştir.

Veri erişimi: Tədqiqatnın tapıntılarını destekleyen vərilərin makul talep üzerine sorumlu müəllifdan ediniləbiləceği qeyd edilmişdir.

Bu türk dili açıqlama yüklenen tədqiqatın eksperimental və bilimsel içeriğine dayanılarak hazırlanmışdır. DLSS mekanizma şemaları, UV/PS və US/PS müqayisəları, ultrasəs gücü və pH təcrübəleri, Box–Behnken tasarımı, ANOVA və yanıt səthi qrafleri, toluen giderimi və SDS qorunumu nəticələri birlikdə qiymətləndirilmişdir. Dış mənbəlar yalnızca SSRN'nin preprint niteliğinin bibliyoqraf doğrulaması üçün kullanılmış; tədqiqatın eksperimental nəticələrina dış mənbəlardan yeni performans vərisi eklenmemiştir.

Tədqiqatnın en əhəmiyyətli üsulsel məhdudiyyətləri; real sahə yuma çirkab suyu yerine laboratoriya çxüsusitisi kullanılması, radikal tməhsulün mevcut DLSS reaktoründe birbaşa diaqnozmlanmaması, misəl perturbasyonunun birbaşa struktursal üsullarle ölçülmemesi, toplam minerallaşma və mevcut çıxış suyu toksikliksinin ölçülmemesi, geri kazanılan SDS'nin tekrar yıkama dövrinde sınanmaması və prosesin enerji/ekonomi analizinin strukturlmamasıdır.

Buna görə tədqiqat, ultrasəsun fiziki kütlə ötürülməsi və UV'nin kimyəvi persulfat aktivasyonu üçün ayrı görev üstlendiği güclü bir laboratoriya ölçekli tasarım yaklaşmaı göstərir; real sahə ölçeğinde kesin arıtma başaristilik, təkrar istifadə ömrü və ya ekonomik üstünlük henüz doğrulanmış değildir.