Текстиль, нефтехимия жана фармацевтика өнөр жайларында пайда болгон айрым агынды суулар бир эле учурда көп өлчөмдө туз жана органикалык булгоочу заттарды камтышы мүмкүн. Мындай сууну тазалоодо бардык эриген заттарды чогуу кармап калуу дайыма эле каалаган натыйжа эмес. Айрыкча боёк сыяктуу баалуу же айлана-чөйрө үчүн көйгөйлүү органикалык кошулмаларды туздардан бөлүү сууну, тузду жана органикалык компоненттерди кайра пайдалануу жагынан маанилүү болушу мүмкүн.

Бул изилдөөдө окумуштуулар тетра-альдегид функциялуу каликсарен деп мүнөздөлгөн TACA аттуу үч өлчөмдүү макроциклдик молекуланы m-фенилендиамин (MPD) менен бириктирип, жаңы жука катмарлуу композиттик мембрана иштеп чыгышкан. Салттуу тез интерфейстик полимерлешүүнүн ордуна “unidirectional diffusion assisted interfacial polymerization”, кыскача UDIP деп аталган багытталган диффузияга көмөктөшкөн ыкма колдонулган. Kevlar гидрогелдик таянычы эки мономер фазасын түздөн-түз аралаштырбастан MPDнин көзөмөлдөнгөн түрдө TACAга жетишин камсыз кылган.

Оптималдаштырылган TACA_0.5MPD_0.5-3 мембранасы 63,8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ суу өткөрүмдүүлүгүн көрсөткөн. Ошол эле мембранада Congo red үчүн %99,6, Direct red 23 үчүн %99,4, Methyl blue үчүн %98,9 жана Direct yellow 12 үчүн %99,0 кармалып калуу өлчөнсө, NaCl кармалышы болгону %1,1 болгон. Башкача айтканда, мембрана органикалык боёк молекулаларын негизинен кармап, майда туз иондорунун өтүшүнө жол берген.

30 g/L NaCl камтыган жогорку туздуулук шартында да Congo red кармалышы %98ден жогору бойдон калган. Моделденген текстиль агынды суусу менен жүргүзүлгөн диафильтрация тажрыйбасында боёктун жоготуусу төмөн деңгээлде кармалып, туздун концентрациясы азайтылган. Изилдөөчүлөр ошондой эле 48 сааттык үзгүлтүксүз фильтрацияда өткөрүмдүүлүк жана кармалып калуу көрсөткүчтөрүндө олуттуу өзгөрүү байкабаганын жана каралган шарттарда TACA же MPD агып чыгышы аныкталбаганын билдиришкен.

Бирок изилдөө чыныгы текстиль фабрикасынан алынган аралаш агынды сууда жүргүзүлгөн эмес. Негизги бөлүү тажрыйбалары лабораторияда даярдалган боёк жана туз эритмелери менен жүргүзүлгөн. Ошондуктан технология үмүттөндүргөнү менен, чыныгы агынды сууда узак мөөнөттүү натыйжалуулугу, мембрана өндүрүшүн чоң масштабга чыгаруу, эриткичтерди башкаруу, мембрананын иштөө мөөнөтү жана реалдуу объекттин экономикасы өзүнчө ырасталышы керек.

Жогорку туздуулуктагы органикалык агынды сууну тазалоо эмне үчүн кыйын?

Текстилди боёо сыяктуу процесстерде агынды сууда органикалык боёк гана болбойт. Жогорку концентрацияларда NaCl, Na₂SO₄ же башка органикалык эмес иондор да болушу мүмкүн. Мындай аралашманы салттуу тыгыз нанофильтрациялык мембрана менен иштетүү чоң боёк молекулаларынын да, майда туз иондорунун да кармалып калышына алып келиши мүмкүн.

Бир караганда туздун жогорку деңгээлде кармалышы жакшы натыйжа сыяктуу көрүнүшү мүмкүн. Бирок максат боёк менен тузду бири-биринен бөлүү болсо, бул кемчиликке айланышы мүмкүн. Туз мембрананын берүүчү тарабында топтолгон сайын осмостук басым жогорулайт; суунун мембрана аркылуу өтүшү кыйындайт жана процесс жогорку басымды же көбүрөөк диафильтрация суусун талап кылышы мүмкүн.

Бул изилдөөдөгү мембрананын максаты салттуу маанидеги “тузсуздандыруу” эмес. Тескерисинче, максат чоң органикалык молекулаларды кармап, майда туз иондорунун өтүшүнө мүмкүндүк берүү. Бул айырма изилдөөнү туура түшүнүү үчүн өтө маанилүү: бул жерде NaClдин төмөн кармалышы натыйжалуулуктун жоголушу эмес, долбоорлонгон бөлүү функциясынын бир бөлүгү.

Макроцикл деген эмне?

Макроциклдик молекулалар шакек түрүндөгү жана молекуланын ичин аралап өткөн аныкталган боштуктары бар түзүлүштөр. Изилдөөдө колдонулган TACA тетра-альдегид функциялуу каликс[4]арен түзүлүшүнө негизделет.

TACA молекуласы салттуу жалпак мономерлерден айырмаланып үч өлчөмдүү, конус сымал жана катуу геометрияга ээ. Булакта молекуланын кең үстүңкү тешиги болжол менен 10,94 Å, тар төмөнкү тешиги болсо болжол менен 3,45 Å экени көрсөтүлөт.

Каликс формасындагы түзүлүштүн ичинен өткөн табигый боштук полимерлешүүдөн кийин мембрананын ичинде өз ара байланышкан молекулалык ташуу жолдорунун пайда болушуна көмөк көрсөтүшү мүмкүн. TACAнын төмөнкү четиндеги гидроксил топтору суу молекулалары менен суутек байланышын түзө алган гидрофилдик аймактарды камсыз кылат.

TACA эмне үчүн MPD менен бириктирилген?

TACAда төрт альдегид тобу бар. MPD болсо эки амин тобуна ээ диамин. Альдегид жана амин топтору Шифф негизинин конденсациясы деп аталган реакция аркылуу биригип, имин байланыштарын түзө алат.

Изилдөөчүлөр TACAнын альдегид топтору салттуу интерфейстик полимерлешүүдө колдонулган өтө реакцияга жөндөмдүү ацил хлориддерге салыштырмалуу көзөмөлдүү реакция берерин белгилешет. Мындай жумшагыраак реактивдүүлүк өтө тыгыз жана эркин көлөмү өтө аз катмардын ордуна бошураак, бирок үзгүлтүксүз жана тандалма полимердик тор түзүүнү көздөйт.

Натыйжада пайда болгон TACA–MPD тору полимер чынжырларынын арасындагы кокустук боштуктардан гана турбайт. TACA молекуласынын өзүнүн ички боштуктары да мембрананын көзөнөк архитектурасынын бир бөлүгүнө айланат.

UDIP ыкмасы эмне үчүн маанилүү?

Салттуу интерфейстик полимерлешүүдө эки мономер органикалык жана суу фазалары түздөн-түз тийишкен чек арада өтө тез реакцияга кириши мүмкүн. Реакция өтө тез болгондо мономердин ташылышын так көзөмөлдөө кыйындайт жана өтө тыгыз же бир калыпта эмес тандалма катмарлар пайда болушу мүмкүн.

Бул изилдөөдө окумуштуулар эки фазанын ортосуна Kevlar гидрогелдик таянычын жайгаштырышкан. TACA гидрофобдук мүнөзү жана чоң молекулалык өлчөмү себептүү негизинен органикалык фаза тарабында калса, MPD суу тарабындагы гидрогель аркылуу көзөмөлдөнгөн түрдө интерфейске карай диффузияланган.

Бул багытталган диффузия UDIP деп аталган. Гидрогель ошол эле учурда суудагы мономер үчүн резервуар жана полимерлешүү үчүн туруктуураак “интерфейс реактору” кызматын аткарган.

Мембрана кантип даярдалган?

Kevlar гидрогелдик таянычын даярдоодо 1,2 g Kevlar буласы, 1,2 g KOH, 1,2 mL суу жана 60 mL DMSO бөлмө температурасында 24 саат аралаштырылган. Алынган эритме аба көбүкчөлөрүн жана чөкмөлөрдү кетирүү үчүн центрифугаланган, токулбаган кездеменин үстүнө 250 µm калыңдыкта капталган жана 26 °Cдеги деиондоштурулган суу ваннасында фаза инверсиясы аркылуу гидрогель түзүлгөн.

TACA–MPD мембранасы үчүн гидрогель эки бөлүктүү диффузиялык уячанын ортосуна жайгаштырылган. Бир тарабына MPD камтыган суу фазасы, экинчи тарабына TACA камтыган дихлорметан фазасы коюлган.

Изилдөөчүлөр TACA концентрациясын 0,4–0,7 mM, MPD концентрациясын 0,25–1,0 mM жана реакция убактысын 1–7 саат аралыгында өзгөртүп, ар түрдүү мембраналарды даярдашкан.

Суу өткөрүмдүүлүгү менен боёктун кармалышынын ортосундагы тең салмакка ылайык 0,5 mM TACA, 0,5 mM MPD жана 3 сааттык реакция шарты оптималдуу деп тандалган. Бул мембрана TACA_0.5MPD_0.5-3 деп аталган.

Узак полимерлешүү дайыма эле жакшыбы?

Жок. Изилдөө мембрана дизайнындагы салттуу өткөрүмдүүлүк–тандалмалуулук тең салмагын ачык көрсөтөт. Реакция убактысы узарып, мономер концентрациясы көбөйгөндө тандалма катмар калыңдап, көбүрөөк кайчылаш байланышкан абалга келет.

Натыйжада боёктун кармалышы жогорулап, суу өткөрүмдүүлүгү төмөндөйт. TACA концентрациясы өтө жогору болгондо полимерлешүү ашыкча күчөп, бетте бырыш жана жаракалардын пайда болушуна алып келиши мүмкүн.

Демек, оптималдуу мембрана мүмкүн болушунча эң тыгыз катмар эмес; жетиштүү боёк кармалышын камсыз кылуу менен бирге суу жана туз ташылышына төмөн каршылык көрсөткөн көзөмөлдүү тор түзүлүшү.

Нанопленка канчалык жука?

Эркин суу–органикалык фаза интерфейсинде түзүлгөн TACA_0.5MPD_0.5-3 нанопленкасынын AFM менен өлчөнгөн калыңдыгы болжол менен 12 nm. Реакция убактысын өзгөртүү аркылуу эркин пленканын калыңдыгын болжол менен 8–22 nm аралыгында көзөмөлдөөгө болору билдирилген.

Kevlar гидрогелинин үстүндө UDIP аркылуу түзүлгөн жука катмарлуу композиттик түзүлүш болсо болжол менен 90 ± 5 nm тандалма катмар калыңдыгын көрсөткөн. Гидрогель чөйрөсүнүн TACA self-assembly жүрүм-турумун жана MPD диффузиясын өзгөртүшү калыңыраак, бирок көзөмөлдөнгөн катмардын пайда болушу менен байланышкан.

Мембрананын көзөнөктөрү кандай өлчөмдө?

Полиэтиленгликоль молекулалары менен жүргүзүлгөн мүнөздөмөдө TACA_0.5MPD_0.5-3 мембранасы үчүн молекулалык масса кесүү чеги болжол менен 11.480 g/mol, орточо көзөнөк диаметри болсо болжол менен 3,4 nm деп эсептелген.

Бул көрсөткүчтөр мембрананын салттуу өтө тыгыз нанофильтрация түзүлүшүнө караганда бошураак экенин көрсөтөт. Чоң боёк молекулалары жана алардын сууда түзө алган агрегаттары кармалып, кичинекей гидратталган туз иондору бул ачыгыраак тор аркылуу өтө алат.

Боёк кайсы механизмдер аркылуу кармалат?

Булак боёктун кармалышын бир гана механизм менен түшүндүрбөйт. Үч таасир бирге өзгөчөлөнөт:

• Өлчөм боюнча четтетүү: Чоң боёк молекулалары жана боёк агрегаттары мембрананын көзөнөктөрүнөн өтүүдө кыйынчылыкка туш болот.
• Электростатикалык түртүү: TACA–MPD мембранасы кең pH диапазонунда терс беттик заряд көрсөтөт. Терс заряддуу боёктор электронго бай TACA боштуктарынан жана мембрана бетинен түртүлөт.
• Боёктун агрегациясы: Ароматтык боёк молекулалары гидрофобдук жана π–π өз ара аракеттенүүлөр аркылуу чоңураак агрегаттарды түзө алат; бул алардын мембрана ичиндеги диффузиясын дагы азайтат.

Бул механизмдердин айкалышы көзөнөктөрү туз иондорун өткөрө ала тургандай ачык болгон мембрананын бир эле учурда боёк молекулаларын жогорку деңгээлде кармай алышын түшүндүрүүгө жардам берет.

Суу эмне үчүн мынчалык тез ташыла алат?

TACAнын молекулалык архитектурасы эки башка суу жолун түзө алат деп түшүндүрүлөт. Биринчи жол — молекуланын сыртындагы гидроксил жана имин топтору менен байланышкан гидрофилдик аймактар. Экинчи жол — TACAнын гидрофобдук ички боштугу.

Бир караганда гидрофобдук каналдын суу үчүн пайдалуу болушу карама-каршыдай көрүнүшү мүмкүн. Молекулалык моделдөөгө ылайык, суу гидрофобдук дубал менен алсыз гана өз ара аракеттенгендиктен каналдын ичиндеги сүрүлүү төмөн болушу мүмкүн. TACAнын төмөнкү четиндеги гидроксил топтору болсо суутек байланышы аркылуу сууну боштуктун чыгышына карай тарта турган аймактарды түзөт.

DFT эсептөөлөрү бул ички боштук боюнча суу ташылышы энергетикалык жактан мүмкүн экенин көрсөткөн; суу менен структуралык бирдиктин ортосундагы эсептелген өз ара аракеттенүү потенциалы болжол менен −0,024төн −0,562 eVге чейин өзгөргөн.

Ошол эле учурда авторлор гидрофилдик жана гидрофобдук жолдор жалпы суу ташылышына кандай үлүштө салым кошорун бул изилдөө чечпегенин жана бул келечекте изилдениши керек болгон механизм экенин ачык белгилешет.

Молекулалык динамика симуляциялары эмнени көрсөттү?

Реалисттик TACA–MPD тор моделдери колдонулган молекулалык динамика симуляцияларында байланышкан жана байланышпаган боштуктардын бөлүштүрүлүшү изилденген. Тор түзүлүшүндө кичинекей молекулалар менен иондордун ташылышына ылайыктуу байланышкан эркин көлөмдөр бар экени көрсөтүлгөн.

Congo red жана Methyl blue молекулалары менен Na⁺, Cl⁻, жана SO₄²⁻ иондору бирге моделденген симуляцияда боёк молекулалары мембрананын бетинде кармалып, туз иондору 50 ns ичинде мембрананын каршы тарабына өтө алганы байкалган.

Бул эсептөөлөр эксперименттик кармалып калуу натыйжаларынын молекулалык деңгээлдеги физикалык түшүндүрмөсүн колдойт; бирок симуляция жыйынтыктары чыныгы өнөр жай агынды суусунун бардык татаалдыгын чагылдырбайт.

Эң маанилүү натыйжалуулук жыйынтыгы кайсы?

TACA_0.5MPD_0.5-3 мембранасы үчүн суу өткөрүмдүүлүгү 63,8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ деп билдирилген.

100 ppm концентрациядагы бир булгоочу заттуу эритмелердеги кармалып калуу көрсөткүчтөрү төмөнкүдөй:

Чоң айырма изилдөөнүн негизги жетишкендигин жыйынтыктайт. Мембрана чоң боёк молекулаларынын көбүн болжол менен %99 деңгээлде кармап, NaClдин дээрлик баарынын өтүшүнө мүмкүнчүлүк берет.

30 g/L туз болгондо эмне болду?

Мембрана Congo red жана NaCl аралашмаларында NaCl концентрациясы 1–30 g/L аралыгында өзгөргөн шарттарда текшерилди.

Туз концентрациясы жогорулаган сайын NaCl кармалышы %12,1ден %0,5ке чейин төмөндөдү. Ал эми Congo red кармалышы бүт диапазондо %98ден жогору бойдон калып, өзгөрүү бир пайыздык пункттан аз болду.

Бул жыйынтык маанилүү, анткени жогорку иондук күч мембрананын беттик зарядын экрандап, боёк молекулаларынын жүрүм-турумун өзгөртүшү мүмкүн. Ошого карабастан чоң органикалык молекула менен майда туз ионунун ортосундагы бөлүнүү негизинен сакталды.

Диафильтрация тажрыйбасы кантип жүргүзүлдү?

Изилдөөчүлөр чыныгы фабрика агынды суусунун ордуна 200 ppm Congo red жана 30 g/L NaCl камтыган 500 mL моделденген текстиль агынды суусун даярдашты.

Мембрана 2 bar басымда иштетилди. Берүүчү көлөм 250 mLге азайганда системага кайра 250 mL деиондоштурулган суу кошулду. Бул суюлтуу жана фильтрация цикли берүүчү агымдагы NaCl концентрациясы 0,5 g/Lден төмөн түшкөнгө чейин кайталанды.

Диафильтрация учурунда Congo red кармалышы болжол менен %98 деңгээлде сакталды. Ошентип туз пермеат тарабына өткөндө боёк берүүчү тарапта концентрацияланды.

Суу жана энергия салыштыруусу эмнени көрсөттү?

Булакка ылайык, NaCl концентрациясын 0,5 g/Lден төмөн түшүрүү үчүн TACA–MPD системасында жалпысынан 1750 mL кошумча суу колдонулган.

Изилдөөнүн Supplementary Table 4 салыштыруусунда TACA–MPD диафильтрациясы үчүн энергия керектөөсү 131 kWh/m³, ал эми коммерциялык NF270 мембранасы үчүн 228 kWh/m³ деп берилген.

Бул маанилер жалпы өнөр жайлык энергия керектөөсүнүн салыштыруусу катары чечмеленбеши керек. Алар белгилүү лабораториялык диафильтрация сценарийине жана изилдөөдө колдонулган эсептөө алкагына тиешелүү. Реалдуу объекттин насостору, алдын ала тазалоо, жуу, эриткич өндүрүү, мембрана өндүрүү жана көмөкчү жабдуулар үчүн толук жашоо циклинин энергиялык анализи жүргүзүлгөн эмес.

48 сааттык иш эмнени көрсөттү?

Мембрананын үзгүлтүксүз фильтрациядагы туруктуулугу 100 ppm Congo red жана 1 g/L NaCl камтыган аралаш эритмеде, 2 bar басымда 48 саат текшерилди.

Бул убакыт ичинде өткөрүмдүүлүк жана кармалып калуу көрсөткүчтөрүндө олуттуу өзгөрүү билдирилген эмес. Сынактан кийинки SEM сүрөттөрүндө боёктун чектелген топтолушу көрүнсө, процесс алдындагы жана кийинки FTIR спектрлери негизинен дал келгени билдирилген.

Бул табылга лабораториялык шарттарда кыска–орто мөөнөттүү структуралык туруктуулукту колдойт. Бирок 48 сааттык тест айлар же жылдар бою иштеген өнөр жай мембранасынын кызмат мөөнөтүн алмаштырбайт.

Мембранадан TACA же MPD агып чыктыбы?

Изилдөөчүлөр мүмкүн болгон мономер агып чыгышын UV–Vis спектроскопиясы аркылуу узак убакыт статикалык кармоо жана динамикалык фильтрация шарттарында баалашты.

Сыноолордун аныктоо чектеринин ичинде TACA же MPD агып чыгышы аныкталбаганы билдирилди. Бул натыйжа даярдалган полиимин торунун изилденген лабораториялык шарттардагы химиялык бүтүндүгүн колдойт.

Бирок “аныкталган жок” деген сөз бардык концентрацияларда агып чыгуу такыр нөл болгонун билдирбейт; ал колдонулган аналитикалык ыкманын аныктоо чектери жана сыноо убактысы ичинде өлчөнө турган агып чыгуу байкалбаганын түшүндүрөт.

Изилдөөнүн күчтүү жактары

• Жаңы макроциклдик мембрана архитектурасы эксперименттик түрдө даярдалган.
• Өндүрүү механизми SEM, TEM, AFM, FTIR, XPS жана башка мүнөздөө ыкмалары менен изилденген.
• Мономер концентрациясы жана реакция убактысы системалуу түрдө өзгөртүлгөн.
• Суу өткөрүмдүүлүгү менен боёк кармалышынын ортосундагы натыйжалуулук тең салмагы бааланган.
• Бир нече боёк жана эки башка туз текшерилген.
• 1–30 g/L NaCl диапазонунда жогорку туздуулуктун таасири изилденген.
• Моделденген жогорку туздуулуктагы текстиль агынды суусунда диафильтрация жүргүзүлгөн.
• 48 сааттык үзгүлтүксүз иш жана мономер агып чыгышы текшерилген.
• DFT жана молекулалык динамика симуляциялары эксперименттик натыйжаларды молекулалык механизм менен байланыштырууда колдонулган.

Изилдөө далилдебеген жагдайлар

• Чыныгы текстиль фабрикасынын агынды суусунда ошол эле натыйжалуулук көрсөтүлгөн эмес.
• Агынды суудагы беттик-активдүү заттардын, майлардын, оор металлдардын, калкып жүргөн катуу заттардын жана аралаш органикалык заттардын узак мөөнөттүү таасири ырасталган эмес.
• 48 сааттык тажрыйба көп айлык же көп жылдык мембрана кызмат мөөнөтүн көрсөтпөйт.
• Пилоттук же толук масштабдагы мембрана модулу иштетилген эмес.
• TACA өндүрүшүнүн килограмм же тонна масштабындагы наркы бааланган эмес.
• Дихлорметан жана башка өндүрүш химикаттарын чоң масштабда эриткич катары калыбына келтирүү жана алардын экологиялык жүгү талданган эмес.
• Толук техно-экономикалык анализ же жашоо циклин баалоо жүргүзүлгөн эмес.
• Макроциклдик боштуктардын жалпы суу ташылышына сандык салымы азырынча такталган эмес.
• Мембрана жогорку туздуулуктагы органикалык агынды суунун бардык түрүндө ырасталган эмес.

Түркия үчүн бул эмнени билдирет?

Түркияда текстилди боёо жана жасалгалоо процесстеринде туз камтыган түстүү агынды сууларды башкаруу маанилүү инженердик көйгөй болуп саналат. Бул изилдөөнүн негизги идеясы боёк менен тузду чогуу концентрациялоонун ордуна аларды тандалма түрдө бири-биринен ажырата алган мембрананы колдонуу.

Мындай бөлүү теориялык жактан боёк концентратын өзүнчө башкарууга, тузду же процесстик сууну белгилүү шарттарда кайра алууга жана нөл суюк агызуу системаларынын айрым этаптарындагы жүктү азайтууга көмөк көрсөтүшү мүмкүн.

Бирок Түркиядагы чыныгы текстиль агынды сууларында жогорку электр өткөрүмдүүлүк менен катар катуулук иондору, көмөкчү химикаттар, беттик-активдүү заттар, ар кандай боёк аралашмалары, COD жана калкып жүргөн катуу заттар болушу мүмкүн. Ошондуктан технология жергиликтүү чыныгы агынды сууда пилоттук масштабда текшерилмейинче түздөн-түз өнөр жай чечими катары бааланбашы керек.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Оптималдаштырылган мембрана

Мембрананын натыйжалуулук сыноосу

Фильтрация тажрыйбалары натыйжалуу аянты 7,1 cm² болгон кайчылаш агымдуу системада жүргүзүлдү. Мембрана адегенде 2 bar деиондоштурулган суу астында 30 мүнөт кысылып, туруктуу абалга келтирилди. Бир компоненттүү натыйжалуулук тажрыйбалары андан кийин 1 bar басымда жүргүзүлдү.

Суу өткөрүмдүүлүгү төмөнкү теңдеме менен эсептелди:

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

Бул жерде \(V\) — пермеат көлөмү, \(A\) — мембрананын натыйжалуу аянты, \(\Delta t\) — иштөө убактысы, ал эми \(\Delta P\) — трансмембраналык басым айырмасы.

Компоненттин мембрана тарабынан кармалып калуусу болсо:

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

байланышы менен эсептелди. \(C_P\) — пермеаттагы, ал эми \(C_F\) — берүүчү агымдагы концентрация.

Жогорку туздуулук сыноосу

Диафильтрация шарттары

Энергия салыштыруусу

Бул салыштыруу изилдөө аныктаган диафильтрация сценарийине гана тиешелүү; объект масштабындагы толук энергиялык же экономикалык жашоо цикли анализи эмес.

Туруктуулук сыноосу

100 ppm Congo red жана 1 g/L NaCl камтыган аралашма 2 bar басымда 48 саат бою фильтрленди. Булак бул убакыт ичинде өткөрүмдүүлүк жана кармалып калуу натыйжалуулугунда анча чоң эмес өзгөрүүлөр болгонун билдирет.

SEM анализи мембрана бетинде боёктун чектелген топтолушун, FTIR анализи болсо процесске чейин жана андан кийин химиялык түзүлүш негизинен сакталганын көрсөткөн.

Молекулалык моделдөөнүн негизги жыйынтыгы

DFT жана MD эсептөөлөрү TACAнын ички боштуктары суу ташылышына салым кошо аларын жана байланышкан эркин көлөмдөр суу менен туз иондору үчүн төмөн каршылыктуу жолдорду түзөрүн колдойт.

50 ns молекулалык динамика симуляцияларында Congo red жана Methyl blue мембрана тарабынан негизинен бөгөттөлгөн учурда Na⁺, Cl⁻, жана SO₄²⁻ иондору мембрана тору аркылуу каршы бөлүккө өткөн.

Эксперименттик жана эсептөө натыйжалары чогуу көрсөткөн негизги механизм төмөнкүдөй: макроциклдик боштуктар жана кайчылаш байланышкан тордогу эркин көлөмдөр аркылуу суу менен майда иондор өтө алат, ал эми чоң боёк молекулалары өлчөм, агрегация жана электростатикалык таасирлерден улам кармалып калат.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Толук оригиналдуу изилдөө аталышы: Macrocycle-assembled membranes for high-salinity organic wastewater treatment

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

Тең салым кошкон авторлор: Yizhuo Li жана Yanghua Duan.

Жооптуу авторлор: Yatao Zhang, Junyong Zhu жана Menachem Elimelech.

Мекемелер: Zhengzhou University, Кытай; Rice University, АКШ; The University of Queensland, Австралия; KU Leuven, Бельгия.

Журнал: Nature Communications.

Басма: Springer Nature.

Том / макала номери: 17, Article 1731.

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

Расмий шилтеме:https://doi.org/10.1038/s41467-026-68430-3

Келип түшкөн күнү: 27-июнь 2025.

Кабыл алынган күнү: 7-январь 2026.

Расмий жарыяланган күнү: 17-январь 2026.

Version of Record күнү: 17-февраль 2026.

Булак жана рецензия абалы: Жүктөлгөн PDF Nature Communications тарабынан жарыяланган “Article in Press” жана редакцияга чейинки эрте жеткиликтүү версия болуп саналат. Библиографиялык текшерүүдө ошол эле DOIнин акыркы Version of Record версиясы жарыялангандыгы ырасталган. Изилдөө эксперттик рецензиядан өткөн жана расмий жарыялоо барагында рецензия файлы бар.

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

Каржылоо: Жүктөлгөн булакта изилдөө National Natural Science Foundation of China Major Research Plan алкагындагы 92475120 номерлүү колдоо жана Henan Scientific Committee Outstanding Youth Fund алкагындагы 252300421182 номерлүү колдоо менен байланышкан.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Авторлор изилдөөнүн жыйынтыктарын колдогон маалыматтар макалада жана кошумча маалымат файлдарында бар экенин же жооптуу авторлордон сурап алууга болорун билдиришкен.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор атаандаш кызыкчылыктар жок экенин билдиришкен.

Авторлордун салымы: Junyong Zhu изилдөө идеясын иштеп чыгып, эксперименттерди долбоорлогон. Yizhuo Li жана Jingsi Yuan материалдарды синтездөө, мүнөздөө жана натыйжалуулук сыноолорун жүргүзүшкөн. Yizhuo Li, Yanghua Duan, Lei Ge, Xiang Zhang, Yatao Zhang жана Jingwei Hou маалыматтарды талдоого салым кошушкан. Yizhuo Li, Yanghua Duan, Bart Van der Bruggen, Junyong Zhu жана Menachem Elimelech макаланы жазууга салым кошушкан.

Илимий мазмундун камтылышы: Бул Verianla макаласындагы эксперименттик жыйынтыктар, сандык натыйжалуулук көрсөткүчтөрү, ыкманын деталдары жана механизмдик түшүндүрмөлөр жүктөлгөн 32 беттик булак версиясына негизделет. Тышкы текшерүү илимий жыйынтыктарды өзгөртүү үчүн эмес, макаланын учурдагы библиографиялык жарыялануу абалын ырастоо максатында колдонулган.

Негизги методологиялык чектөө: Боёк/туз бөлүү жана диафильтрация тажрыйбалары лабораториялык масштабда даярдалган эритмелер жана моделденген текстиль агынды суусу менен жүргүзүлгөн. Чыныгы өнөр жай агынды суусу, узак мөөнөттүү пилоттук мембрана модулу, өндүрүштү масштабдоо жана толук техно-экономикалык/жашоо цикли анализи берилген эмес.

Туруктуулук чектөөсү: Булакта “long-term” деп мүнөздөлгөн үзгүлтүксүз фильтрация сыноосу 48 саатка созулган. Бул натыйжа лабораториялык масштабдагы туруктуулукту колдойт, бирок коммерциялык мембрананын кызмат мөөнөтүн далилдебейт.

Механизм чектөөсү: Изилдөө гидрофилдик беттик жолдор жана TACAнын гидрофобдук ички боштуктары аркылуу эки суу ташуу жолун колдогон DFT/MD натыйжаларын берет. Бирок авторлор бул жолдордун жалпы суу ташылышына өз-өзүнчө сандык салымдары бул изилдөөнүн чегинен тышкары экенин ачык белгилешет.