Изилдөөчүлөр Saccharomyces cerevisiae колдонуп, 500 Gauss магнит талаасы астында болжол менен 10 nm өлчөмүндөгү күмүш нанобөлүкчөлөрүн өндүрүп, аларды графен оксиди жана натрий альгинаты негизиндеги мончок түзүлүшүнө киргизген. Иштелип чыккан Ag-GONA мончоктору Pb(II), Hg(II) жана Cd(II) оор металл иондоруна, ошондой эле нафтален, фенол жана флюорен сыяктуу органикалык булгоочуларга каршы сыналган. Изилдөөнүн негизги эксперименттик шарттарында pH 7, 6 саат контакт убактысы жана 298 K өзгөчө мааниге ээ болгон; билдирилген максималдуу адсорбция сыйымдуулуктары Pb үчүн 326,77 mg/g, Hg үчүн 300,37 mg/g, Cd үчүн 219,13 mg/g, нафтален үчүн 71,93 mg/g, флюорен үчүн 67,77 mg/g жана фенол үчүн 58,11 mg/g деңгээлине жеткен. Бирок булар лабораториялык шарттардагы адсорбция натыйжалары болуп саналат; иш толук масштабдагы үзгүлтүксүз мунай иштетүү саркынды суусун тазалоо системасында талаа көрсөткүчүнүн далилин бербейт.

Түркия жагынан бул иш айрыкча мунай иштетүүчү заводдордо жана ушуга окшош өнөр жай объекттеринде оор металлдар менен ароматтык органикалык булгоочуларды бир эле адсорбентте кетирүү идеясы жагынан маанилүү. Бирок булак саркынды суусу Жакынкы Чыгыш жана Түндүк Африка аймагынан алынган жана иш Түркиядагы мунай иштетүүчү заводдордун саркынды сууларынын иондук курамы, туздуулугу, илинген катуу заттары, май курамы, чыныгы гидравликалык жүктөрү же жергиликтүү иштетүү шарттары астында түз текшерүү жүргүзбөйт. Ошондуктан билдирилген сыйымдуулук жана кетирүү көрсөткүчтөрүн Түркиядагы объекттерге түз көчүрбөстөн, жергиликтүү саркынды суу матрицасы менен пилоттук масштабда ырастоо зарыл.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү эмне?

Мунай иштетүүчү заводдун саркынды суулары оор металлдарды, фенолдук бирикмелерди жана ар түрдүү ароматтык органикалык булгоочуларды камтышы мүмкүн. Бул булгоочуларды бир тазалоо системасынын ичинде жогорку натыйжалуулук менен алыстатуу колдонулган адсорбенттин жогорку сыйымдуулук көрсөтүшүн гана эмес; суудан оңой бөлүнүшүн, кайра колдонулушун жана ар башка булгоочу класстары менен өз ара аракеттене алышын да талап кылат.

Иштин мамилеси үч материалдык касиетти бириктирет: күмүш нанобөлүкчөлөрүнүн жогорку беттик реактивдүүлүгү, графен оксидинин жогорку бет аянты жана функционалдык топтору, ошондой эле альгинат негизиндеги мончок түзүлүшүнүн физикалык жактан бөлүнө турган жана кайра колдонууга боло турган адсорбент түзүшү.

Ag-GONA кандай түзүлдү?

Күмүш нанобөлүкчөлөрүн синтездөөдө нан ачыткысы катары белгилүү болгон Saccharomyces cerevisiae колдонулган. Ачыткы клеткалары 30 °C жана pH 6,5 шарттарында өстүрүлгөн; күмүш прекурсору катары 1 mM AgCl, 50 mM NaCl жана 20 mM MOPS буферин камтыган чөйрө даярдалган. Клетка тыгыздыгы болжол менен OD₆₀₀ ≈ 1,5 боло тургандай жөндөлүп, аралашма 300 rpm ылдамдыкта аралаштырылган.

Реакция идишине болжол менен 500 Gauss чоңдугундагы магнит талаасы колдонулган, магнит идиштен болжол менен 2 cm алыстыкка жайгаштырылган жана процесс 30 °C температурада 4 саат жүргүзүлгөн. Изилдөөчүлөр ачыткы клеткалары күмүш иондорунун калыбына келишине жана пайда болгон Ag нанобөлүкчөлөрүнүн турукталышына салым кошконун белгилешет.

Графен оксиди үчүн 25 mg GO 5 mL деионизацияланган сууда таратып, ага 0,2 g натрий альгинаты кошулган. Аралашма %5'лик CaCl₂ эритмесине тамчылатылып тоголок мончоктор түзүлгөн жана болжол менен үч саат кайчылаш байланышууга калтырылган. Андан кийин мончоктор 250 mg PEG камтыган 5 mL эритменин ичинде 40 °C температурада 20 саат иштетилген.

Материалдын түзүлүшү кантип ырасталды?

SEM сүрөттөрү күмүш нанобөлүкчөлөрү натрий альгинаты матрицасынын ичинде таралганын жана графен катмарлары түзүлүш ичинде бири-бирине киришкен тор түзгөнүн көрсөтөт. Бул тартипсиз жана көзөнөктүү морфология булгоочу молекулалар жетиши мүмкүн болгон беттик аймактардын көбөйүшү жагынан маанилүү.

TEM сүрөттөрүндө Ag нанобөлүкчөлөрү негизинен тоголок жана болжол менен 10 nm орточо өлчөмдө көрүнгөн; ири масштабдагы айкын агломерация билдирилген эмес.

XRD анализинде графен оксиди менен байланыштырылган 2θ ≈ 9,98° чокусу менен катар күмүш нанокристаллдарына таандык деп берилген 38,1°, 44,3°, 64,5° жана 77,7° чокулары көрүнгөн. Изилдөөчүлөр бул чагылууларды күмүштүн бет-борборлуу кубдук кристалл түзүлүшүндөгү (111), (200), (220) жана (311) тегиздиктери менен байланыштырган.

FTIR натыйжалары болсо адсорбенттин үстүндө гидроксил жана кычкылтек камтыган башка функционалдык топтор бар экенин көрсөтөт. Изилдөөчүлөр бул топтор металл иондору менен комплекстешүүдө жана органикалык булгоочулар менен беттик өз ара аракеттенүүлөрдө роль ойнойт деп баалашат.

pH эмне үчүн аныктоочу болду?

Металл иондорун кетирүүдө pH 2'ден pH 7'ге жогорулаганда Ag-GONA көрсөткүчү олуттуу арткан. pH 7 тегерегинде Pb кетирилиши болжол менен %89, Hg болжол менен %80 жана Cd болжол менен %99,7 деңгээлине жеткен. Булакта бул өсүш төмөн pH'ta H⁺ иондорунун адсорбция жерлери менен атаандашуусу, нейтралга жакындаганда болсо беттик функционалдык топтордун депротондолушу натыйжасында металл катиондору менен электростатикалык өз ара аракеттенүү жана комплекстешүү күчөшү менен түшүндүрүлөт.

Органикалык булгоочуларда да pH өсүшү жалпысынан оң таасир көрсөткөн. Ag-GONA мончоктору pH 7'де болжол менен %80 нафтален, %76 фенол жана %75 флюорен кетирүүнү камсыз кылган.

Контакт убактысы эмнени көрсөттү?

Ag-GONA'нын маанилүү өзгөчөлүктөрүнүн бири адсорбциянын алгачкы сааттарда тез жүрүшү болуп саналат. Оор металл эксперименттеринде 6 сааттын аягында Pb үчүн болжол менен %99,8, Hg үчүн %96,11 жана Cd үчүн %98 кетирүү билдирилген. Органикалык булгоочуларда ошол эле убакытта нафтален болжол менен %86, фенол %69,5 жана флюорен %59 деңгээлине жеткен.

Контакт убактысы 6 сааттан ашканда айрым булгоочуларда кошумча өсүш байкалган эмес, атүгүл аздап төмөндөөлөр пайда болгон. Изилдөөчүлөр муну беттик аймактардын толушу, адсорбция-десорбция тең салмагынын өзгөрүшү же жарым-жартылай десорбция менен байланыштырган.

Баштапкы концентрация көбөйгөндө эмне болду?

GONA контролдук мончокторунда баштапкы булгоочу концентрациясы жогорулаган сайын кетирүү пайызы жалпысынан азайган. Ag-GONA мончоктору болсо оор металл иондорунда жогорураак жана туруктуураак көрсөткүч берген. Мисалы, Pb кетирилиши баштапкы концентрация 10 mg/L'ден 110 mg/L'ге көтөрүлгөндө болжол менен %99'дан %98,56'га төмөндөгөн.

Органикалык булгоочуларда адсорбция жерлеринин толушуна байланыштуу кыйла айкын азайуу көрүнгөн. Нафтален кетирилиши болжол менен %84'тен %74'кө, фенол %64,7'ден %49'га жана флюорен %53,1'ден %42,36'га түшкөн.

Температуранын таасири

298–328 K аралыгында температура жогорулаган сайын оор металл жана органикалык булгоочу кетирилишинде аз, бирок үзгүлтүксүз төмөндөөлөр билдирилген. Изилдөөчүлөр бул жүрүм-турумду адсорбциянын экзотермиялык мүнөзү менен байланыштырышат. Ошол эле учурда макаланын ар башка бөлүктөрүндөгү механизм тили толук ырааттуу эмес: кинетикалык баалоодо хемосорбция баса белгиленсе, температура талкуусунун бир бөлүгүндө процесс “physisorption-driven” деп мүнөздөлгөн. Механизм бөлүмүндө болсо металл иондору үчүн күчтүүрөөк хемосорбция, органикалык молекулалар үчүн алсызыраак жана кайтымдуу van der Waals өз ара аракеттенүүлөрү сүрөттөлөт.

Максималдуу адсорбция сыйымдуулугу

Иштин кыскача бөлүгүндө билдирилген максималдуу сыйымдуулуктар төмөнкүчө. Pb мааниси кыскача жана жыйынтык бөлүмүндө 326,77 mg/g деп берилсе, Tablo 1 жана салыштыруу таблицасында 326 mg/g түрүндө тегеректелген.

Langmuir, Freundlich жана PSO эмнени көрсөттү?

Тең салмак маалыматтары Langmuir жана Freundlich изотермалары менен салыштырылган. Авторлор жалпысынан Langmuir модели маалыматтарды жакшыраак түшүндүргөнүн жана адсорбциянын бир тектүү беттик аймактардагы бир катмарлуу кармалуу менен шайкеш экенин белгилешет. Langmuir бөлүү фактору R_L маанилеринин 0 менен 1 арасында болушу да изилдөөчүлөр тарабынан ыңгайлуу адсорбция шарты катары чечмеленген.

Бирок Pb үчүн таблицада Freundlich шайкештик коэффициенти R²=0,9875, Langmuir мааниси болсо R²=0,98633'tür. Ошондуктан “Langmuir бардык булгоочуларда ачык түрдө жакшыраак шайкештик берди” деген абсолюттук чечмелөө булак таблицасы тарабынан толук колдоого алынбайт.

Кинетикалык анализде колдонулган жалган экинчи тартиптеги моделдин (pseudo-second-order, PSO) жалпы формасы иште мындай берилген:

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

Бул жерде \(q_t\) t учурундагы адсорбция сыйымдуулугун; \(q_e\) тең салмак адсорбция сыйымдуулугун; \(k_2\) болсо экинчи тартиптеги адсорбция ылдамдык туруктуусун билдирет. Иштеги PSO шайкештик коэффициенттери Pb, Hg, Cd, нафтален, фенол жана флюорен үчүн болжол менен 0,9909 менен 0,99962 арасында өзгөрөт. Изилдөөчүлөр бул жогорку шайкештикти хемосорбция же адсорбент менен адсорбат ортосундагы электрон өткөрүлүшүнүн ылдамдыкты аныктоочу процессте роль ойношу катары чечмелешет. Бирок кинетикалык модель менен жакшы шайкештик өз алдынча молекулалык механизмдин түз далили катары бааланбашы керек.

Адсорбция механизми кантип түшүндүрүлөт?

Иште Ag-GONA бетинин көзөнөктүү морфологиясы менен гидроксил, амино, карбонил жана карбоксил сыяктуу функционалдык топтор бирге иштеген механизм сунушталат. Металл иондору бул аймактарда электрон жуптарын бөлүшүү, комплекстешүү, электростатикалык тартылуу жана ион алмашуу аркылуу кармалышы; органикалык булгоочулар болсо көзөнөк толтуруу, суутек байланышы, электростатикалык өз ара аракеттенүү жана алсыз van der Waals өз ара аракеттенүүлөрү менен бетке байланышы мүмкүн экени айтылат.

Ошондуктан иш адсорбцияны бир эле механизмге түшүрбөйт; беттик адсорбция, электростатикалык тартылуу, комплекстешүү, ион алмашуу жана айрым шарттарда химиялык чөгүү сыяктуу бир нече салым бар экенин сунуштайт.

Мончоктор кайра колдонулдубу?

Регенерация эксперименттеринде булгоочу жүктөлгөн мончоктор HCl менен pH 5'ке жөндөлүп, 200 ppm CaCl₂ камтыган эритме менен үч саат иштетилген. CaCl₂ колдонуу альгинат мончокторунун механикалык бүтүндүгүн сактоого жардам берүүгө багытталган.

Pb(II) үчүн алты удаалаш циклде кетирүү көрсөткүчтөрү тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен %99,9, %98, %93, %83, %82 жана %78 деп билдирилген. Органикалык булгоочуларда нафтален %88'ден %63'кө, фенол %86'дан %66'га жана флюорен болжол менен %86,1'ден %61'ге төмөндөгөн. Көрсөткүч жоготуусу бар болсо да, мончоктор алтынчы циклде да маанилүү адсорбция сыйымдуулугун сактаганы көрүнөт.

Иш колдогон жыйынтыктар

• Ag-GONA мончоктору иштин сыноо шарттарында GONA контролдук мончокторуна караганда жогорураак булгоочу кетирүү көрсөткүчүн көрсөткөн.
• Pb(II), Hg(II) жана Cd(II) үчүн жүздөгөн mg/g деңгээлиндеги максималдуу адсорбция сыйымдуулугу билдирилген.
• Нафтален, фенол жана флюорен да ошол эле композит адсорбент тарабынан кармала алган.
• pH, контакт убактысы, баштапкы концентрация жана температура адсорбция көрсөткүчүнө олуттуу таасир эткен.
• PSO кинетикалык модели эксперименттик маалыматтарга жогорку R² маанилери менен шайкештик көрсөткөн.
• Мончоктор алты адсорбция-десорбция цикли бою функциясын толугу менен жоготкон эмес.

Иш далилдебеген жыйынтыктар

• Бул иш толук масштабдагы мунай иштетүү тазалоо жайында узак мөөнөттүү үзгүлтүксүз иштетүү ийгилигин көрсөтпөйт.
• Алты циклдик регенерация натыйжасы адсорбент айлар же жылдар бою ошол эле көрсөткүчтү сактай турганын далилдебейт.
• Лабораториялык адсорбция сыйымдуулугу түздөн-түз өнөр жай агымында ошол эле кетирүү пайызы алынат дегенди билдирбейт.
• Иш адсорбент өндүрүшүнүн чоң масштабдагы наркын, күмүш нанобөлүкчөлөрүнүн жоготуусун же толук жашоо циклинин экологиялык таасирин кеңири эсептебейт.
• Түркиядагы мунай иштетүүчү заводдордун саркынды сууларында ошол эле көрсөткүч алынары түз көрсөтүлгөн эмес.

Иштин ыкмасы жана табылгалары

Эксперименттик түзүлүш

Адсорбция сыйымдуулугу жана кетирүү эсеби

Иште тең салмак адсорбция сыйымдуулугу төмөнкү байланыш менен эсептелген:

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

Бул жерде \(C_0\) баштапкы адсорбат концентрациясын, \(C_f\) иштетүүдөн кийинки концентрацияны, \(V\) адсорбат эритмесинин көлөмүн жана \(M\) адсорбент массасын билдирет. Булакта концентрациялар mg/L, адсорбция сыйымдуулугу болсо mg/g катары берилген.

Пайыздык кетирүү натыйжалуулугу болсо:

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

түрүндө эсептелген.

Негизги сандык табылгалар

* Pb сыйымдуулугу кыскача жана жыйынтык бөлүмүндө 326,77 mg/g, Tablo 1 жана Tablo 3'te 326 mg/g катары берилген.

Изотерма натыйжалары

Langmuir моделинде билдирилген R_L аралыктарынын бардыгы 0 менен 1 арасында. Билдирилген Langmuir R² маанилери Pb үчүн 0,98633, Hg үчүн 0,96505, Cd үчүн 0,96205, нафтален үчүн 0,99262, фенол үчүн 0,99658 жана флюорен үчүн 0,98547'dir.

Freundlich R² маанилери болсо тиешелүүлүгүнө жараша 0,9875, 0,9084, 0,9578, 0,9846, 0,9621 жана 0,9412'dir. Демек Hg, Cd, нафтален, фенол жана флюорен үчүн Langmuir шайкештиги жогору болсо, Pb үчүн эки модель бири-бирине өтө жакын жана Freundlich мааниси абдан аз жогорураак.

Булак ичиндеги теңдеме жана температура ыраатсыздыгы

Булак иштин Freundlich изотермасы үчүн берген сызыктуу теңдеме жазылышы стандарттык көрсөтүүдөн айырмалуу көрүнөт. Илимий булакка берилгендик үчүн теңдеме бул жерде үнсүз өзгөртүлүп “оңдолгон” эмес. Ошол сыяктуу иштин кыскача бөлүгү, температура эксперименттери жана салыштыруу таблицасы 298 K шартын колдосо да, жыйынтык бөлүмүндө оптимум сыйымдуулуктар боюнча сүйлөмдө 398 K жазылган. Ошондуктан бул Verianla текстинде 298 K эксперименттик контекст катары сакталган, 398 K билдирүүсү булак ичиндеги ыраатсыздык катары өзүнчө көрсөтүлгөн.

Регенерация жана колдонуу мөөнөтү жагынан табылгалар

Алты циклдин аягында Pb кетирилиши %78'ге төмөндөгөн. Органикалык булгоочуларда да көрсөткүч жоготуусу байкалган; нафтален, фенол жана флюорен үчүн алтынчы циклде тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен %63, %66 жана %61 кетирүү билдирилген. Бул натыйжалар адсорбенттин кайра колдонулушу мүмкүн экенин көрсөтөт; бирок алты циклдик эксперимент өнөр жайдагы колдонуу мөөнөтүнүн баарын чагылдырбайт.

Иштин инженердик жактан күчтүү тарабы бир адсорбент долбоору менен металл иондорун да, органикалык булгоочуларды да кармоону жана адсорбентти кайра колдонууну бирге баалаганында. Негизги чектөөсү болсо бул көрсөткүч үзгүлтүксүз агымдуу, жогорку дебиттүү жана узак мөөнөттүү өнөр жай иштетүүсүндө али ырастала элек.

Булак жана ыкма эскертүүсү

Толук түпнуска изилдөө аталышы: Adsorption of heavy metal ions and organic pollutants from refining wastewater by magnetically synthesized silver nanoparticles coated with graphene oxide

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

Жооптуу авторлор: Kamran Alam жана Abdul Hai.

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

Журнал: Scientific Reports

Том / макала номери: 16 / 7681

Жарыяланган жылы: 2026

Жарыяланган күнү: 26 Февраль 2026

DOI: 10.1038/s41598-025-26709-3

Расмий жарыя шилтемеси:Nature / Scientific Reports расмий макала барагы

Булак түрү жана рецензия: Scientific Reports'та жарыяланган рецензияланган түпнуска изилдөө макаласы.

Лицензия: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0). Лицензия ылайыкташтырылган булак сүрөттөрүн таратууга уруксат бербегендиктен, бул Verianla макаласында иштин түпнуска сүрөттөрү кайра тартылган же ылайыкташтырылган түрдө берилген эмес.

Каржылоо: Авторлор Khalifa University of Science and Technology, Abu Dhabi'ге каржылоо үчүн ыраазычылык билдирет.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Иште колдонулган жана/же талданган маалымат топтомдору негиздүү талап боюнча жооптуу автордон алына турганы билдирилген.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдирген.

Автордук салымдар: Концептуалдаштыруу SS, AH жана FB; ыкма SS жана LJ; көзөмөл FB, AH жана KA; ырастоо SS, LJ, NR, KA жана VS; визуалдаштыруу SS, LJ жана NR; ресурстар FB; түпнуска долбоор SS жана AH; карап чыгуу жана редакциялоо FB, KA жана AH тарабынан жүргүзүлгөн.

Бул Verianla мазмунунун илимий табылгалары бир гана каралган ишке негизделет. Библиографиялык талаалар расмий жарыя жазуусу менен ырасталган; тышкы булактардан жаңы эксперименттик натыйжа, жаңы көрсөткүч мааниси же кошумча механизм негизги илимий мазмунга кошулган эмес.

Иштин негизги чектөөсү лабораториялык масштабдагы batch адсорбция эксперименттерине таянганында. Чыныгы мунай иштетүүчү заводдун саркынды суусу булагы көрсөтүлгөнү менен, иштелип чыккан Ag-GONA системасынын толук масштабдагы үзгүлтүксүз тазалоо линиясында узак мөөнөттүү талаа ырастоосу көрсөтүлгөн эмес. Регенерация алты цикл менен чектелген. Ошондой эле булактын ичинде 298 K/398 K температура айырмасы, Pb максималдуу сыйымдуулугунун 326/326,77 mg/g түрүндө эки башка көрсөтүлүшү жана айрым изотерма/механизм билдирүүлөрүндө методологиялык ыраатсыздыктар бар.