Utafiti huu unatengeneza mfumo wa kutibu kwa uteuzi maji taka changamano yanayotokana na kuosha udongo kwa kutumia kiambata hai cha uso na ambayo kwa wakati mmoja yana toluini pamoja na kiasi kikubwa cha kiambata hai cha uso. Tatizo kuu ni kwamba toluini yenye tabia ya kutopenda maji hushikiliwa ndani ya kiini kisichopenda maji cha miseli za sodium dodecyl sulfate (SDS). Muundo huu hufanya toluini iweze kubebwa ndani ya maji, lakini pia hupunguza mgusano wake na radikali za kioksidishaji. Ili kushinda kizuizi hiki cha uhamishaji wa molekuli, watafiti walitumia ultrasound na mwanga wa ultraviolet si kama vyanzo viwili vya nishati vinavyofanya kazi ileile, bali kama vipengele viwili vinavyotekeleza majukumu tofauti.

Katika mfumo uliopendekezwa wa sinergia yenye mgawanyo wa kazi, yaani DLSS, jukumu kuu la ultrasound ni kuvuruga kwa muda miseli za SDS kupitia cavitation ya akustiki na hivyo kuachilia toluini iliyoshikiliwa ndani yake kwenda kwenye awamu ya maji. Mwanga wa UV, kwa upande mwingine, huamilisha persulfate kwa njia ya fotokemia na kuzalisha radikali za sulfate. Watafiti wanatenganisha kazi hizi mbili kama uhamishaji wa molekuli wa kimwili na oksidishaji wa kikemia, mtawalia. Katika hali zilizoboreshwa, mfumo ulifikia uondoaji wa toluini wa %96,7 ndani ya dakika 30 na uliweka upotevu wa SDS chini ya %3,1. Wakati mkusanyiko wa awali wa SDS ulikuwa %2, upotevu wa SDS wa %0,8 pekee uliripotiwa, yaani takribani %99,2 ya kiambata hai cha uso ilihifadhiwa.

Majaribio ya chanzo kimoja cha nishati yanaunga mkono msingi wa mgawanyo huu wa kazi. Katika mfumo wa UV/PS, kadiri mkusanyiko wa persulfate ulivyoongezeka, ndivyo konstanti ya kasi ya uharibifu wa toluini ilivyoongezeka; katika mfumo wa US/PS, licha ya ongezeko hilo hilo la persulfate, konstanti ya kasi ilibaki takribani katika eneo la 0,0162–0,0175 dak^-1. Kwa sababu hiyo, watafiti walihitimisha kwamba katika mazingira haya yenye SDS nyingi, ultrasound haifanyi kazi kama kichochezi muhimu cha kikemia cha persulfate, bali hasa kama kivurugaji cha miseli na kichochezi cha uhamishaji wa molekuli.

Kwa mtazamo wa Uturuki, mbinu hii ni muhimu katika mifumo ya urekebishaji ambapo udongo uliochafuliwa na bidhaa za mafuta huoshwa kwa kutumia viambata hai vya uso, kwa sababu inaweza kuruhusu kiambata hai kilichotumika kisisalie kama kemikali ya matumizi ya mara moja bali kitumike tena. Hata hivyo, utafiti ulifanywa katika mfumo sintetiki wa maabara wa 250 mL, kwa kutumia toluini kama kichafuzi pekee lengwa na SDS kama kiambata hai pekee cha uso. Athari za dutu hai iliyoyeyushwa, chumvi, ioni za metali, hidrokaboni nyingi, yabisi zilizosimamishwa na mizunguko ya kuosha mara kwa mara katika maji taka halisi ya eneo zinahitaji kuthibitishwa kando.

Tatizo kuu la utafiti ni lipi?

Toluini ni kichafuzi hai cha kunukia chenye tabia ya kutopenda maji ambacho kinaweza kuvuja kwenye mazingira wakati wa uzalishaji, uhifadhi na usafirishaji. Kinapoingia kwenye udongo na maji ya chini ya ardhi, huwa vigumu kuondolewa kwa urahisi kwa mbinu za kawaida za kuosha kwa maji kutokana na umumunyifu wake mdogo kwenye maji.

Kuosha kwa kutumia kiambata hai cha uso hukabili tatizo hili kwa njia tofauti. Viambata hai vya uso kama SDS hutengeneza miundo inayoitwa miseli inapozidi mkusanyiko fulani. Sehemu ya nje ya miseli inaendana na maji, wakati sehemu ya ndani haipendi maji. Toluini huingia kwenye kiini kisichopenda maji cha miseli, huongeza umumunyifu wake unaoonekana na inaweza kuhamishwa kutoka mazingira yaliyochafuliwa hadi kwenye maji ya kuosha.

Hata hivyo, baada ya kichafuzi kuondolewa kutoka udongoni, tatizo jipya hutokea: maji taka ya kuosha yanakuwa na toluini na kiasi kikubwa cha SDS kwa pamoja. Toluini inahitaji kuharibiwa, wakati SDS inatarajiwa kuhifadhiwa na kutumika tena kwa sababu za kiuchumi na kimazingira.

Kwa hiyo mfumo unapaswa kutimiza malengo mawili yanayokinzana kwa wakati mmoja:

• Kuoksidisha toluini kwa kina kadiri iwezekanavyo,
• Kupunguza kadiri iwezekanavyo uharibifu wa SDS inayotekeleza jukumu la kuosha.

Kwa nini muundo wa miseli hufanya matibabu kuwa magumu?

Wakati mkusanyiko wa SDS unapozidi mkusanyiko muhimu wa miseli, toluini huhamia hasa kwenye kiini cha miseli. Hali hii hufanya toluini iweze kubebwa ndani ya maji, lakini wakati huo huo huilinda kwa kiwango fulani kimwili dhidi ya radikali za kioksidishaji zilizo katika awamu ya maji.

Kwa maneno mengine, tatizo si kuzalisha tu kiasi cha kutosha cha radikali za kioksidishaji. Radikali na molekuli lengwa pia lazima ziweze kufikiana.

Dhana kuu ya utafiti inategemea hasa hoja hii: hata kama mmenyuko wa kikemia unatosha, uondoaji mkubwa wa toluini unaweza kutopatikana bila kutatua kizuizi cha uhamishaji wa molekuli.

DLSS ina maana gani?

DLSS ni kifupi cha kauli division-of-labor synergy system iliyotumika katika utafiti. Kwa Kiswahili inaweza kuelezwa kama mfumo wa sinergia wenye mgawanyo wa kazi.

Katika Kielelezo 1 cha ukurasa wa 10, mchakato unaonyeshwa kama mtiririko wa hatua tatu. Katika sehemu ya kwanza, udongo uliochafuliwa na toluini huoshwa kwa kutumia SDS na huzalisha maji taka changamano ambamo toluini iko ndani ya miseli. Katika sehemu ya kati, ultrasound na UV/persulfate hufanya kazi katika reactor moja lakini kwa majukumu tofauti. Sehemu ya mwisho inaonyesha wazo la mtiririko uliotibiwa na urejeshaji wa SDS.

Mgawanyo wa kazi ni kama ifuatavyo:

• Ultrasound: huvuruga miseli kwa njia ya kimakanika na kuongeza mgusano wa toluini na awamu ya maji.
• UV: hufanya photolysis ya persulfate na kuzalisha radikali za sulfate.
• Radikali ya sulfate: huoksidisha kwa upendeleo muundo wa kunukia wa toluini iliyoachiliwa.
• SDS: kutokana na mnyororo wake wa alifati ulioshiba, inachukuliwa na utafiti kuwa na reactivity ndogo kuliko toluini na kwa kiasi kikubwa huhifadhiwa.

Kwa nini ultrasound ilitafsiriwa kama msaidizi wa kimwili badala ya kichochezi cha kikemia?

Cavitation ya ultrasound, kinadharia, inaweza kuchangia kuvunjika kwa persulfate na uundaji wa radikali. Hata hivyo, badala ya kutegemea utaratibu wa kinadharia pekee, watafiti walilinganisha mwitikio wa kinetiki wa mifumo ya UV/PS na US/PS kwa dozi ya persulfate.

Katika mfumo wa UV/PS, persulfate ilipoongezwa katika eneo la 5–40 mM, uondoaji wa toluini wa dakika 30 uliongezeka kutoka %70,8 hadi %80,1 na konstanti ya kasi inayoonekana ya pseudo-first-order ikaongezeka kutoka 0,043 hadi 0,056 dak^-1.

Katika mfumo wa US/PS, katika eneo hilo hilo la persulfate, konstanti ya kasi ilibadilika tu kati ya 0,0162–0,0175 dak^-1, na hata katika dozi ya juu zaidi ya persulfate uondoaji wa toluini ulibaki chini ya %40.

Tofauti hii ni muhimu katika tafsiri ya kimitambo ya utafiti. Kama ultrasound ingekuwa kichochezi kikubwa cha kikemia cha persulfate katika mazingira haya, ongezeko la persulfate lingetarajiwa kutoa ongezeko dhahiri zaidi la kasi. Kwa kuwa utegemezi huo chanya haukuonekana, watafiti wanaeleza mchango mkuu wa ultrasound zaidi kwa kuvuruga miseli kimwili kuliko kwa uzalishaji wa radikali kikemia.

Ultrasound hufanya nini kwa miseli?

Probe ya ultrasound huzalisha mawimbi ya shinikizo ya masafa ya juu ndani ya kioevu. Mawimbi haya husababisha kuundwa na kuporomoka kwa viputo vya cavitation. Microjets na mawimbi ya mshtuko yanayotokea wakati viputo vinaporomoka yanaweza kuunda athari kali lakini za ndani za hidrodinamiki katika eneo linalozunguka.

Katika DLSS, nguvu hizi za kimwili zinafikiriwa kuvuruga au kupanga upya miseli za SDS kwa njia inayobadilika badala ya kuziharibu kwa kudumu na mfululizo. Hivyo, sehemu ya toluini iliyoshikiliwa katika kiini cha miseli huachiliwa kwa muda kwenda kwenye awamu ya maji.

Tafsiri hii haijathibitishwa moja kwa moja kwa kipimo cha ukubwa wa miseli chenye azimio la wakati. Utafiti unakisia utaratibu wa perturbation ya miseli kutokana na mwingiliano wa nguvu ya ultrasound–mkusanyiko wa SDS na matokeo ya kinetiki.

Mwanga wa UV hufanya nini katika mfumo?

Jukumu la mwanga wa UV ni kuvunja persulfate kihomolitiki na kuzalisha radikali ya sulfate:

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

Katika utafiti, taa ya UV yenye urefu wa wimbi wa 254 nm na nguvu ya 6 W ilitumika. Katika majaribio ya UV/PS, ongezeko la konstanti ya kasi kadiri kiasi cha persulfate kilivyoongezeka linaunga mkono tafsiri kwamba UV ni kichochezi bora cha kikemia katika hali hizi.

Kwa nini radikali ya sulfate huoksidisha toluini zaidi kuliko SDS?

Watafiti wanaeleza uteuzi huu kwa tofauti ya reactivity ya molekuli. Toluini ina pete ya kunukia yenye elektroni nyingi, wakati sehemu ya hidrokaboni ya SDS inajumuisha hasa vifungo vya alifati vilivyoshiba vya C–H.

Kulingana na mfumo wa kimitambo wa utafiti, SO₄^•− yenye tabia ya electrophilic humenyuka kwa urahisi zaidi na pete ya kunukia ya toluini kupitia uhamishaji wa elektroni moja, wakati mmenyuko na mnyororo wa alkyl ulioshiba wa SDS hubaki polepole zaidi.

Upendeleo huu wa kikemia unapounganishwa na ufunguaji wa kimwili wa miseli huunda msingi wa uteuzi wa mfumo.

Je, radikali ya sulfate ilipimwa moja kwa moja katika utafiti huu?

Hapana. Tofauti hii ni muhimu. Utafiti hauwasilishi spectrum ya moja kwa moja ya EPR wala jaribio la kuzima radikali chini ya hali za sasa za DLSS.

Watafiti wanatafsiri utaratibu wa SO₄^•− kwa kutegemea tafiti za awali za EPR na quenching katika mifumo inayofanana ya UV/PS, kemia ya photolysis ya persulfate na uhifadhi mkubwa wa SDS ulioonekana katika jaribio la sasa.

Chanzo kinasema wazi kwamba utambuzi wa moja kwa moja wa radikali katika usanidi wa sasa wa DLSS ungeimarisha zaidi maelezo ya utaratibu. Kwa hiyo, haipaswi kuhitimishwa kwamba “radikali inayotawala ndani ya DLSS imethibitishwa moja kwa moja kwa majaribio”.

Reactor iliundwaje?

Majaribio yalifanywa katika reactor ya batch ya aina ya beaker ya kioo yenye 250 mL ya suluhisho. Reactor ilikuwa na matundu matano tofauti kwa probe ya ultrasound, probe ya pH, thermometer, ingizo la gesi na uchukuaji wa sampuli.

Mkusanyiko wa awali wa toluini uliwekwa kuwa 5 mM katika majaribio yote ya msingi. pH ya awali ilirekebishwa kwa kutumia 0,1 M H₂SO₄ au 0,1 M NaOH.

Baada ya kuongeza persulfate, magnetic stirrer ilitumika kuhakikisha mchanganyiko wa kutosha wa suluhisho.

Je, uvukizi wa toluini unaweza kuwa umeathiri matokeo?

Uwezekano huu ulidhibitiwa kando katika utafiti. Katika majaribio ya udhibiti yaliyofanywa bila persulfate na huku UV/US ikiwa imezimwa, upotevu wa toluini ndani ya dakika 30 ulipatikana kuwa chini ya %4.

Kwa hiyo watafiti wanakubali kwamba viwango vya juu vya uondoaji katika majaribio ya msingi ya oksidishaji haviwezi kuelezwa kwa uvukizi rahisi pekee.

Hali za ultrasound ni zipi?

Reactor ilihifadhiwa katika bafu la maji kwenye 20 ± 2 °C. Udhibiti huu wa joto ni muhimu kwa sababu cavitation ya ultrasound inaweza kupasha reactor joto, na haikupaswa ongezeko la joto pekee kuchanganyika na matokeo ya kinetiki.

Nini kilitokea nguvu ya ultrasound ilipoongezwa?

Katika mfumo wa pamoja wa UV/US-PS, nguvu ya ultrasound ilipoongezwa kutoka 100 W hadi 200 W, katika hali ya nguvu ya UV isiyobadilika ya 6 W na mkusanyiko wa persulfate wa 20 mM, uondoaji wa toluini wa dakika 30 uliongezeka kutoka %75,9 hadi %84,4.

Katika hali hizo hizo, konstanti ya kasi iliongezeka kutoka 0,0476 hadi 0,0655 dak^-1.

Utafiti unahusisha ongezeko hili si na kuwepo kwa uamilishaji mkubwa zaidi wa kikemia wa persulfate unaosababishwa na nguvu kubwa ya ultrasound, bali na kuongezeka kwa perturbation ya kimwili ya miseli na uhamishaji wa molekuli.

Je, pH ya awali iliathiri mfumo kwa nguvu?

Iliathiri kwa kiwango kidogo kuliko ilivyotarajiwa. Katika eneo la pH 3,0–10,0, mfumo ulihifadhi takribani %85 ya uondoaji ndani ya dakika 30.

Konstanti ya kasi ya juu zaidi ilipatikana kuwa 0,072 dak^-1 katika hali ya pH 3,0.

Watafiti wanaeleza athari dhaifu ya pH ya awali kwa ukweli kwamba baada ya kuongeza persulfate, pH ya suluhisho hushuka ndani ya muda mfupi hadi takribani 2,8–3,2 bila kujali thamani ya awali.

Mmenyuko ambao radikali ya sulfate inaweza kubadilika kuwa radikali ya hydroxyl katika mazingira ya alkali umetolewa kama ifuatavyo:

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

Chanzo kinatoa konstanti ya kasi ya 1,4 × 10⁷ M^-1s^-1 kwa mmenyuko huu.

Kwa nini mbinu ya response surface ilitumika?

Majaribio ya kipengele kimoja huonyesha athari ya jumla ya kigezo kimoja; hata hivyo katika michakato halisi, vigezo vinaweza kuathiriana. Kwa hiyo watafiti walitumia muundo wa majaribio wa Box–Behnken ili kutathmini si tu athari za pekee za mkusanyiko wa SDS, nguvu ya ultrasound na mkusanyiko wa persulfate, bali pia mwingiliano wao.

Vigezo vitatu vilikodishwa katika viwango vitatu na jumla ya majaribio 15 yalifanywa kwa mpangilio wa nasibu, ikiwa ni pamoja na marudio matatu ya pointi ya kati.

Kigezo cha mwitikio wa modeli si asilimia ya uondoaji moja kwa moja, bali konstanti ya kasi ya uharibifu wa toluini inayoonekana ya pseudo-first-order k₁.

Modeli ya response surface ina nguvu kiasi gani?

Thamani ya R² = 0,9956 inaonyesha kuwa modeli inaeleza %99,56 ya utofauti wa mwitikio wa majaribio. R² iliyorekebishwa ya 0,9877 pia ni ishara chanya kwamba vipengele vilivyoongezwa kwenye modeli havijaongeza matokeo kwa njia bandia.

Katika grafu za mabaki katika ukurasa wa 17, pointi zinafuata takribani mstari wa uwezekano wa kawaida na mabaki ya studentized yanaonekana kusambaa bila mpangilio dhidi ya thamani zilizotabiriwa. Thamani za k₁ za majaribio na zilizotabiriwa pia ziko karibu.

Ni vigezo gani vinaonekana kuwa muhimu zaidi?

Katika modeli:

• Mkusanyiko wa persulfate una athari chanya.
• Nguvu ya ultrasound ina athari chanya.
• Mkusanyiko wa SDS una athari hasi.

Athari kuu hasi ya mkusanyiko wa SDS iliripotiwa kuwa p = 0,0003. Matokeo haya yanaelezwa kwa kwamba SDS nyingi hutengeneza miseli nyingi zaidi na hivyo ulinzi mkubwa zaidi wa hidrofobiki kwa toluini.

Kuonekana kwa mwingiliano wenye maana kati ya nguvu ya ultrasound na mkusanyiko wa SDS ni muhimu hasa. Watafiti wanatafsiri mwingiliano huu kama ushahidi wa kiwango cha modeli unaounga mkono athari ya kimwili ya ultrasound kwenye miseli za SDS.

Sinergia kati ya nguvu ya ultrasound na persulfate ina maana gani?

Katika utafiti, X₂X₃, yaani mwingiliano wa nguvu ya ultrasound–persulfate, pia ulionekana kuwa na maana. Hata hivyo, watafiti wanasisitiza kwamba hii haimaanishi “ultrasound inaamilisha persulfate zaidi kwa njia ya kikemia”.

Tafsiri ni kama ifuatavyo:

• Persulfate zaidi hutoa chanzo kikubwa zaidi cha SO₄^•− chini ya UV.
• Ultrasound yenye nguvu zaidi huachilia toluini zaidi kutoka kwenye miseli kwenda kwenye awamu ya maji.
• Majukumu haya mawili huru yanapoimarishwa kwa wakati mmoja, kasi ya jumla ya uharibifu wa toluini huongezeka.

Kwa hiyo sinergia inayoonekana inaelezwa kama “zao la mgawanyo wa kazi”.

Mfumo ulioboreshwa uliondoa toluini kiasi gani?

Baada ya uboreshaji wa response surface, DLSS ilifikia uondoaji wa toluini wa %96,7 ndani ya dakika 30.

Chanzo kinalinganisha thamani hii na mbinu mbalimbali zilizopo za oksidishaji wa toluini na kuitafsiri kama utendaji wa juu. Hata hivyo, mikusanyiko ya awali, miundo ya reactor, hali za awamu ya gesi/kioevu na pembejeo za nishati za mbinu zinazolinganishwa katika fasihi si sawa. Kwa hiyo thamani ya %96,7 inapaswa kutathminiwa kama matokeo yanayotumika moja kwa moja kwa hali za majaribio za utafiti wenyewe.

Je, SDS ilihifadhiwa kweli?

Ndiyo; upotevu wa SDS uliopimwa ndani ya utafiti ulikuwa mdogo.

Kwa mtazamo wa kwanza inaweza kuonekana kuwa isiyotarajiwa kwamba upotevu wa SDS kwa uwiano ni mdogo katika mkusanyiko mkubwa wa SDS. Watafiti wanaeleza hili kwa kwamba toluini iliyoachiliwa kutoka kwenye miseli hutumia kwa ushindani sehemu kubwa ya radikali za sulfate zinazozalishwa, na oksidishaji wa SDS hubaki kuwa njia ya pili.

Je, imeonyeshwa moja kwa moja kwamba SDS iliyohifadhiwa inaweza kutumika tena?

Hapana. Tofauti hii ni muhimu kwa tafsiri ya matumizi ya utafiti.

Chanzo kinasema kwamba tafiti za awali katika mifumo inayofanana ya UV/PS ziliripoti kuwa suluhisho za SDS au Tween 80 zinaweza kutumika katika mizunguko ya kuosha udongo mara kwa mara. Hata hivyo, katika utafiti wa sasa wa DLSS, SDS iliyorejeshwa haikutumika tena kwa majaribio katika mzunguko mpya wa kuosha udongo.

Watafiti wanataja uthibitishaji huu kama kazi ya baadaye. Kwa hiyo data ya sasa inaunga mkono hitimisho kwamba “SDS imehifadhiwa kwa kiwango kikubwa kikemia”; lakini haiungi mkono hitimisho kwamba “utendaji wa kuosha wa SDS iliyorejeshwa umethibitishwa katika mizunguko ya kurudia”.

Je, bidhaa za kati za toluini zilipimwa katika utafiti huu?

Katika jaribio la sasa, hakuna uchambuzi mpya wa bidhaa za uharibifu wa GC-MS au LC-MS uliowasilishwa.

Katika chanzo, bidhaa za kati kama benzaldehyde, benzene na aldehyde za mnyororo mfupi zinatajwa kwa kurejelea utafiti wa awali wa toluini wa kundi hilo la watafiti. Vivyo hivyo, takwimu zinazotolewa kuhusu mabadiliko ya sumu zinatoka katika utafiti mwingine wa UV/PS.

Kwa hiyo bidhaa hizi za kati na matokeo ya sumu hayapaswi kutathminiwa kama matokeo yaliyopimwa moja kwa moja katika jaribio la sasa la DLSS.

Nguvu za utafiti ni zipi?

• Majukumu ya oksidishaji wa kikemia na uhamishaji wa molekuli wa kimwili yametenganishwa wazi.
• Mifumo ya UV/PS, US/PS na mfumo wa pamoja wa UV/US-PS imelinganishwa.
• Mwitikio wa kinetiki kwa dozi ya persulfate umetumika kutenganisha jukumu la ultrasound.
• Uvukizi wa toluini umejaribiwa kwa jaribio la udhibiti.
• Nguvu halisi ya akustiki imekadiriwa kwa mbinu ya kalorimetria.
• Joto la reactor limedhibitiwa katika 20 ± 2 °C.
• Toluini imepimwa kwa GC/FID na SDS kwa mbinu tofauti ya spectrophotometry.
• Muundo wa majaribio wa Box–Behnken wenye vipengele vitatu umetumika.
• Thamani za R², R² iliyorekebishwa, CV na adequate precision za modeli zimeripotiwa.
• Uondoaji mkubwa wa toluini na uhifadhi mkubwa wa SDS umeonyeshwa kwa pamoja katika mfumo huo huo wa majaribio.

Vikwazo kuu vya utafiti ni vipi?

• Majaribio yalifanywa katika reactor ya batch ya maabara ya 250 mL.
• Mfumo wa suluhisho uliodhibitiwa/sintetiki ulitumika badala ya maji taka halisi ya kuosha udongo.
• Kichafuzi pekee cha kikaboni lengwa ni toluini.
• Kiambata hai kikuu pekee cha uso ni SDS.
• Dutu hai asilia iliyoyeyushwa, yabisi zilizosimamishwa na vichafuzi vingi katika maji taka halisi havikutathminiwa.
• Katika mfumo wa sasa wa DLSS, SO₄^•− haikutambuliwa moja kwa moja kwa EPR au majaribio maalum ya quenching ya radikali.
• Athari ya ultrasound kwenye ukubwa au muundo wa miseli haikupimwa moja kwa moja kwa DLS, SAXS au mbinu zinazofanana.
• Utendaji wa SDS iliyorejeshwa katika mizunguko mipya ya kuosha udongo haujathibitishwa.
• Hakuna uchambuzi mpya wa kina wa bidhaa za uharibifu uliofanywa katika utafiti huu.
• Total organic carbon au kiwango cha mineralization kamili hakijaripotiwa.
• Haikubainishwa moja kwa moja ni sehemu gani ya uondoaji wa toluini iliyofikia mineralization kamili hadi CO₂ na H₂O.
• Sumu ya maji yaliyotibiwa katika mfumo wa sasa haikupimwa moja kwa moja.
• Hakuna uchambuzi wa kWh·m^-3 unaotegemea matumizi ya nishati ya UV na ultrasound au matumizi ya nishati kwa kila kiasi cha kichafuzi kilichoondolewa uliotolewa.
• Hakuna mizani kamili ya molekuli ya matumizi ya persulfate na kiasi cha persulfate iliyobaki iliyowasilishwa.
• Uundaji wa sulfate na mzigo wa jumla wa ioni katika maji ya kutoka haukutathminiwa kwa kina kimazingira.
• Kuongeza kiwango kutoka mfumo wa batch wa maabara hadi reactor ya mtiririko endelevu wa eneo hakujathibitishwa.
• Thamani zote za namba za vipengele vya hali zilizoboreshwa za RSM hazikuorodheshwa wazi katika maandishi makuu; imeelezwa kuwa maelezo yako katika majedwali ya nyongeza.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika mazingira yenye SDS nyingi, UV/PS ilitoa oksidishaji wa toluini wenye nguvu zaidi kuliko US/PS.
• Katika US/PS, kuongeza dozi ya persulfate hakukuongeza k₁ kwa kiwango kikubwa.
• Katika mfumo wa pamoja, kuongeza nguvu ya ultrasound kuliongeza kasi ya uondoaji wa toluini.
• Katika modeli ya response surface, mkusanyiko wa SDS ulionyesha athari hasi kwa k₁.
• Mwingiliano wa nguvu ya ultrasound–mkusanyiko wa SDS una maana katika kiwango cha modeli.
• DLSS iliyoboreshwa ilifikia uondoaji wa toluini wa %96,7 ndani ya dakika 30.
• Angalau %96,9 ya SDS ilihifadhiwa.
• Katika hali ya %2 SDS, upotevu wa SDS ulipimwa kuwa %0,8 pekee.

Matokeo ambayo utafiti haujathibitisha

• Haijathibitishwa kwamba DLSS itaonyesha uteuzi uleule kwa viambata hai vyote vya uso.
• Haijaonyeshwa kwamba vichafuzi vyote vya kunukia vitaondolewa kwa kasi sawa na toluini.
• Uondoaji wa %96,7 hauhakikishwi katika maji taka halisi ya eneo.
• Utendaji wa SDS katika kuosha mara kwa mara haujathibitishwa katika utafiti wa sasa.
• Haikupimwa moja kwa moja kwamba SO₄^•− ndiyo radikali pekee inayotawala katika reactor ya sasa ya DLSS.
• Haijaonyeshwa kwamba %96,7 ya toluini ilimineralishwa kikamilifu kuwa CO₂ na H₂O.
• Haijathibitishwa kwamba maji ya kutoka ni salama kabisa kitoksikolojia.
• Haijahesabiwa kwamba mfumo ni wa gharama nafuu zaidi kuliko teknolojia zilizopo za matibabu ya eneo.
• Haijathibitishwa kwamba ultrasound na UV zitatoa sinergia ileile katika reactor ya kiwango kikubwa.

Inaweza kutathminiwa wapi kwa mtazamo wa Uturuki?

Mbinu hii inaweza kuchunguzwa hasa katika matumizi ya kuosha udongo kwa msaada wa viambata hai vya uso katika udongo wenye vichafuzi vya kunukia vinavyotokana na mafuta, solvents au petrokemia. Faida inayowezekana hapa si kuondoa kichafuzi pekee, bali pia kuhifadhi kemikali ya kuosha kadiri iwezekanavyo na kuirejesha katika mzunguko wa mchakato.

Hata hivyo, si sahihi kutumia moja kwa moja thamani hizi za maabara kwa matumizi ya eneo nchini Uturuki. Kwanza, inapaswa kujaribiwa jinsi organics zilizoyeyushwa, hardness, chumvi, dutu hai asilia, vipengele vingi vya BTEX, sehemu za mafuta na colloids za udongo katika maji halisi ya kuosha eneo lililochafuliwa zinavyoathiri mfumo.

Zaidi ya hayo, matumizi ya nishati ya taa ya UV na ultrasound ya 20 kHz, gharama ya kemikali ya persulfate, thamani ya kurejesha SDS na mzigo wa sulfate unaoweza kutokea vinapaswa kutathminiwa kwa pamoja kutoka mtazamo wa kiuchumi na wa mzunguko wa maisha wa kimazingira.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Kemikali kuu zilizotumika

Watafiti walichagua sodium persulfate kama kioksidishaji kikuu kwa sababu ya umumunyifu mdogo zaidi wa potassium persulfate na volatility ya kiasi ya ammonium persulfate.

Uchambuzi wa toluini

Mkusanyiko wa toluini ulipimwa moja kwa moja kwa njia ya aqueous injection–gas chromatography/flame ionization detector.

Uchambuzi wa SDS

Mkusanyiko wa SDS ulipimwa kwa mbinu ya methylene blue. SDS ya anionic iliunda complex na methylene blue ya cationic na complex hiyo ikaextractiwa kwenda kwenye awamu ya chloroform. Absorbance katika awamu ya CHCl₃ ilipimwa katika 655 nm.

Majaribio ya udhibiti yalionyesha kwamba mikusanyiko ya persulfate hadi 40 mM na bidhaa za kati zinazotarajiwa za oksidishaji wa toluini hazikuvuruga kipimo kwa kiasi kikubwa.

Kigezo kilichokodishwa cha Box–Behnken

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

Hapa x_i inawakilisha thamani halisi ya majaribio, x₀ pointi ya kati na Δx_i mabadiliko ya kiwango cha kipengele.

Modeli ya jumla ya daraja la pili

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

Hapa Y ni kigezo cha mwitikio k₁, β₀ ni neno thabiti, β_i ni athari za mstari, β_ii ni athari za daraja la pili na β_ij ni coefficients za mwingiliano kati ya vipengele.

Mlinganyo wa RSM uliopatikana katika utafiti

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

Hapa:

• X₁ = mkusanyiko wa SDS,
• X₂ = nguvu ya ultrasound,
• X₃ = mkusanyiko wa persulfate,
• Y = k₁, dak^-1.

Katika mlinganyo, coefficient ya mstari ya X₁ kuwa hasi na coefficients za X₂ na hasa X₃ kuwa chanya kunaendana na mwelekeo wa majaribio kwamba kuongezeka kwa SDS hukandamiza mmenyuko, wakati kuongezeka kwa nguvu ya ultrasound na persulfate huuharakisha.

Mlinganyo wa kinetiki wa pseudo-first-order

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

C₀ inaonyesha mkusanyiko wa awali wa toluini, C_t mkusanyiko wa toluini wakati t na k₁ konstanti inayoonekana ya kasi ya uharibifu wa pseudo-first-order.

Uamilishaji wa persulfate kwa UV

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

Mmenyuko huu ndio msingi wa sehemu ya UV inayofafanuliwa kama injini ya uzalishaji wa kikemia ya DLSS.

Uwezekano wa kuvunjika kwa persulfate kwa ultrasound

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

Chanzo kinatoa mmenyuko huu kinadharia; hata hivyo, kwa sababu matokeo ya majaribio ya US/PS yalibaki karibu thabiti dhidi ya dozi ya persulfate, mchango wa kiutendaji wa njia hii katika mfumo wa sasa wenye surfactant nyingi unatafsiriwa kuwa mdogo.

Mmenyuko wa upande wa radikali–persulfate

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

Recombination ya radikali za sulfate

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

Mmenyuko hii miwili inaonyesha kwamba katika hali za radikali na kioksidishaji zilizo juu sana, njia zisizo na ufanisi za matumizi zinaweza kutokea. Hata hivyo, utafiti unaeleza utendaji mdogo wa mfumo wa US/PS hasa kwa kizuizi cha uhamishaji wa molekuli kinachotokana na miseli badala ya mmenyuko hii ya upande.

Matokeo ya majaribio ya UV/PS

Matokeo ya majaribio ya US/PS

Nguvu ya ultrasound katika mfumo wa pamoja wa UV/US-PS

Thamani za kati zilitathminiwa katika grafu; maandishi ya chanzo yanatoa wazi namba za pointi za mwisho za 100 na 200 W.

Athari ya pH

>k₁ ya juu zaidi

Tathmini ya kiufundi ya modeli ya response surface

Katika muundo wa Box–Behnken wa majaribio 15, marudio matatu ya pointi ya kati yalitumika kukadiria pure error. Modeli ina maana katika kiwango cha p < 0,0001. Tofauti ndogo kati ya R² = 0,9956 na R² iliyorekebishwa = 0,9877 inaonyesha kwamba ulinganifu wa modeli ni imara.

CV = %3,59 inaonyesha kwamba mtawanyiko wa majaribio ni mdogo kwa kiasi, na adequate precision = 34,56 inaonyesha kwamba ishara ya modeli ni kubwa ikilinganishwa na kelele katika nafasi ya muundo.

Hata hivyo, takwimu hizi zinafafanua mafanikio ya modeli ndani ya eneo la majaribio lililochunguzwa. Haijaonyeshwa kwamba polynomial hiyo hiyo itakuwa ya kuaminika katika kiwango tofauti cha reactor au nje ya eneo la majaribio la vigezo vikuu.

Matokeo ya uteuzi ulioboreshwa

Vipimo vinavyokosekana kwa mtazamo wa ufanisi wa nishati na rasilimali

Mtazamo wa “uhifadhi wa rasilimali” wa utafiti unategemea uhifadhi wa kikemia wa SDS. Hata hivyo, vipimo vifuatavyo havikutolewa ili kutathmini uendelevu kamili wa mchakato:

• Matumizi ya nishati ya umeme ya UV,
• Matumizi ya nishati ya umeme ya ultrasound,
• Matumizi maalum ya nishati kwa kila toluini iliyoondolewa,
• Ufanisi wa matumizi ya persulfate,
• Idadi ya urejeshaji na matumizi tena ya SDS,
• Gharama ya jumla ya kemikali,
• Ufanisi wa kuongeza kiwango cha reactor,
• Carbon footprint au tathmini ya mzunguko wa maisha.

Kwa hiyo utafiti unatoa kanuni ya kubuni mchakato unaohifadhi rasilimali, lakini bado haujakokotoa ubora kamili wa kiuchumi au wa mzunguko wa maisha.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: Sono-photochemical division-of-labor synergy system for selective removal of toluene and preservation of surfactants in flushing wastewater

Waandishi na mpangilio sahihi: Bo Zhang; Xiaoguang Duan; Anhua Long; Hui Zhang; Shaobin Wang.

Uandishi wa kwanza wa pamoja/mchango sawa: Haujaelezwa katika chanzo.

Waandishi wa mawasiliano: Anhua Long; Hui Zhang; Shaobin Wang.

Anwani za mawasiliano za waandishi wa mawasiliano: long8124@126.com (Anhua Long); eeng@whu.edu.cn (Hui Zhang); shaobin.wang@adelaide.edu.au (Shaobin Wang).

Mahusiano ya taasisi:

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

Ulinganisho wa mwandishi–taasisi: Bo Zhang na Anhua Long — Jiangxi Science and Technology Normal University; Xiaoguang Duan na Shaobin Wang — The University of Adelaide; Hui Zhang — Wuhan University.

DOI: DOI haijaonyeshwa wazi katika toleo la utafiti lililopakiwa. Kwa kuwa DOI huru haikuweza kuthibitishwa kupitia rekodi ya exact-title katika utafutaji wa bibliografia wa nje, DOI ya kukisiwa haikuongezwa.

Jarida: Jarida lililopitiwa na wataalamu au toleo la mwisho lililokubaliwa la jarida halikuweza kuthibitishwa kwa toleo hili.

Jukwaa la uchapishaji: SSRN.

Namba ya rekodi ya SSRN: 7199761.

Tarehe kamili ya uchapishaji/usajili: Haijaonyeshwa wazi katika toleo lililopakiwa na haikuweza kuthibitishwa kwa kujitegemea kutoka matokeo ya bibliografia ya nje yanayopatikana.

Aina ya chanzo: Utafiti wa majaribio wa uhandisi wa mazingira wa kiwango cha maabara unaounganisha uhamishaji wa molekuli unaosaidiwa na ultrasound na oksidishaji wa UV/persulfate katika maji taka ya kuosha udongo yenye kiambata hai cha uso.

Hali ya peer review: Kila ukurasa wa utafiti unaeleza wazi kwamba maandishi haya ya utafiti hayajapitia tathmini ya wenzao. SSRN pia inaelezwa na Elsevier kama jukwaa la preprint na utafiti wa awali.

Kiungo rasmi cha chanzo:Rekodi ya utafiti ya SSRN

Ufadhili: Jiangxi Provincial Key Laboratory of Flexible Electronics, namba ya mradi 20242BCC32010. Sehemu ya Acknowledgements pia inataja msaada wa Jiangxi Province Postgraduate Innovation Program, YC2025-S203.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hawana maslahi yanayoshindana.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba data inayounga mkono matokeo ya utafiti inaweza kupatikana kutoka kwa mwandishi wa mawasiliano kwa ombi linalofaa.

Maelezo haya ya Kiswahili yameandaliwa kwa kuzingatia maudhui ya majaribio na kisayansi ya utafiti uliopakiwa. Michoro ya utaratibu wa DLSS, ulinganisho wa UV/PS na US/PS, majaribio ya nguvu ya ultrasound na pH, muundo wa Box–Behnken, ANOVA na grafu za response surface, pamoja na matokeo ya uondoaji wa toluini na uhifadhi wa SDS, yametathminiwa kwa pamoja. Vyanzo vya nje vimetumika tu kuthibitisha kibibliografia hadhi ya SSRN kama preprint; hakuna data mpya ya utendaji kutoka vyanzo vya nje iliyoongezwa kwenye matokeo ya majaribio ya utafiti.

Vikwazo muhimu zaidi vya kimetodolojia vya utafiti ni matumizi ya suluhisho la maabara badala ya maji taka halisi ya kuosha ya eneo, kutotambuliwa moja kwa moja kwa aina ya radikali katika reactor ya sasa ya DLSS, kutopimwa kwa perturbation ya miseli kwa mbinu za moja kwa moja za kimuundo, kutopimwa kwa mineralization ya jumla na sumu ya maji ya sasa ya kutoka, kutopimwa kwa SDS iliyorejeshwa katika mzunguko wa kuosha tena, na kutofanywa kwa uchambuzi wa nishati/uchumi wa mchakato.

Kwa hiyo utafiti unaonyesha mbinu imara ya usanifu wa kiwango cha maabara ambapo ultrasound huchukua jukumu tofauti la uhamishaji wa molekuli wa kimwili na UV huchukua jukumu la uamilishaji wa kikemia wa persulfate; mafanikio mahususi ya matibabu katika kiwango halisi cha eneo, muda wa matumizi tena au ubora wa kiuchumi bado hayajathibitishwa.