Utafiti unachunguza utendaji wa membrane bapa za kauri zinazoweza kutengenezwa kwa joto la chini kwa kutumia udongo wa asili, taka ya maganda ya almond na chokaa katika usafishaji wa maji. Kiwango cha maganda ya almond kilibadilishwa kwa uzito kati ya %2–10, huku joto la sintering likibadilishwa kati ya 850–950 °C; shrinkage, porosity, sifa za kimitambo, chemical resistance, microstructure, water permeability, fouling behavior na uondoaji wa crystal violet na paracetamol vilipimwa. Kwa kuzingatia uwiano wa utendaji kwa ujumla, watafiti wanaangazia membrane ya MP2-900 iliyosinteriwa katika 900 °C na yenye %2 maganda ya almond na %2 chokaa. Kwa membrane hii, pure-water permeability iliripotiwa kuwa 35 L·h⁻¹·m⁻²·bar⁻¹, huku uondoaji wa crystal violet na paracetamol ukiwa takribani %87. Hata hivyo, majaribio yalifanywa kwa kiwango cha maabara na suluhisho sintetiki za vichafuzi; utafiti haujathibitisha long-term field performance katika maji taka halisi ya viwandani au scale-up.

Mtazamo mkuu wa utafiti unalenga changamoto mbili za sustainability kwa wakati mmoja: kupunguza gharama kubwa za raw materials na sintering za membrane za kauri za kawaida, na kutumia maganda ya almond, ambayo ni agricultural waste, kama pore-forming component ya membrane. Katika utafiti, udongo wa asili ulitumika kama main ceramic matrix, unga wa maganda ya almond kama porogen, na CaO kama additive inayochangia uundaji wa muundo.

Ujumbe muhimu zaidi wa matokeo ni kwamba porosity ya juu pekee haimaanishi membrane bora zaidi. Kiasi cha maganda ya almond kinapoongezeka, uundaji wa pores na permeability vinaweza kuongezeka, lakini voids kubwa na pore walls nyembamba zinaweza kudhoofisha mechanical integrity. Kwa upande mwingine, kuongeza joto hadi 900 °C huimarisha densification ya ceramic structure na kupunguza pore size na porosity huku ikiboresha mechanical integrity. MP2-900 iliyochaguliwa na watafiti ndiyo mfano unaofaa zaidi ndani ya utafiti wa balance hii ya permeability–selectivity–durability.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Membrane za kauri zinaweza kutoa faida muhimu katika water treatment kwa sababu ya chemical, thermal na mechanical resistance. Hata hivyo, gharama ya malighafi za kauri za kawaida kama alumina, titania, zirconia na silica pamoja na sintering temperatures zinazoweza kufikia 1400–1600 °C huongeza mzigo wa nishati na gharama za uzalishaji. Kwa hiyo, utafiti unachunguza kama udongo wa asili wenye gharama ndogo unaweza kuunganishwa na porogen inayotokana na agricultural waste ili kuunda membrane yenye functionality katika joto la chini zaidi.

Watafiti walitumia udongo wa asili kutoka kaskazini-magharibi mwa Algeria. Chanzo kinaeleza kwamba udongo huu una %42,96 SiO₂ na %37,7 Al₂O₃ kwa uzito; pia una viambato vyenye viwango vya chini zaidi kama TiO₂, MgO, Fe₂O₃, CaO na K₂O. Maganda ya almond yalioshwa, yakakaushwa na kusagwa; unga wote wa mwanzo ulipitishwa kwenye sieve ya 100 µm.

Compositions za membrane ziliundwaje?

Kulingana na chanzo, viwango vya maganda ya almond vilivyo juu ya %10 havikujumuishwa katika experimental design kwa sababu katika preliminary experiments vilisababisha shrinkage na swelling kupita kiasi na kuharibu morphology ya membrane.

Mchakato wa uzalishaji

Udongo, chokaa na unga wa maganda ya almond vilichanganywa kwa homogeneous manner na kiasi kidogo cha maji, kisha mixture ikabanwa kwenye cylindrical mold chini ya pressure ya 940 MPa kwa dakika 5. Green membranes zenye umbo la disk, kipenyo cha takribani 50 mm na unene wa takribani 3 mm katika hatua ya utengenezaji zilipatikana. Samples zilikauka katika 100 °C na zikasinteriwa katika 850, 900 au 950 °C.

Katika sintering program, hatua ya kushikilia kwa saa 2 katika 300 °C ilitumika kuondoa organic matter na volatile components, na heating rate ikawekwa kuwa 2 °C·dak⁻¹ ili kupunguza thermal stress na cracking.

Kwa nini maganda ya almond ni muhimu?

Maganda ya almond hayafanyi kazi kama permanent filler ndani ya ceramic structure, bali zaidi kama natural porogen inayotengana wakati wa thermal treatment na kuunda pores. Matokeo ya FTIR yalionyesha kuwa katika membranes za 850 °C, bands zinazohusiana na organic components zilikuwa dhahiri zaidi, huku katika 900 °C bands hizi zilipungua kwa kiwango kikubwa. Watafiti wanahusisha hili na decomposition ya lignocellulosic components na uundaji wa ceramic network yenye msingi wa silicate iliyo stable zaidi.

SEM images pia zinaonyesha combined effect ya composition na temperature. Katika series ya 850 °C, kadiri kiwango cha maganda ya almond kinavyoongezeka, surface yenye pores zilizo wazi zaidi, heterogeneous na connected zaidi huundwa. Katika series ya 900 °C, joto la juu huimarisha partial densification; pores ndogo na chache zaidi huonekana ikilinganishwa na corresponding 850 °C samples.

Kwa nini sintering temperature ya 900 °C ilijitokeza?

Katika 850 °C, shrinkage ilibaki takribani %3–4 katika compositions zote. Katika 900 °C, shrinkage iliongezeka lakini ilibaki katika kiwango kinachokubalika hasa kwa membranes zenye almond-shell content ndogo. Katika 950 °C, shrinkage iliongezeka wazi na kufikia takribani %11 kwa MP10. Kwa kuwa watafiti waliona visible structural deformation katika samples za 950 °C, membranes katika joto hili zilitolewa katika detailed characterization za baadaye.

Kwa upande wa porosity, sehemu kuu ya matokeo iliripoti thamani za MP2, MP4, MP6 na MP10 katika 850 °C kuwa %23,61, %23,96, %26,8 na %28 kwa mtiririko huo; katika 900 °C, thamani zilikuwa %21,25, %22,39, %23,96 na %26,39. Trend hii inahusishwa na kuongezeka kwa densification joto linapoongezeka, na kuundwa kwa pores nyingi zaidi baada ya combustion kiwango cha maganda ya almond kinapoongezeka.

Je, crystal violet na paracetamol zinashikiliwa kwa mechanism moja?

Hapana. Kulingana na mechanism interpretation ya utafiti, crystal violet (CV) ni positively charged cationic dye. Katika hali ambapo surface ya membrane ina negative charge, electrostatic attraction huchangia kwa kiasi kikubwa katika kushikiliwa kwa CV. Steric hindrance na partial adsorption pia huchangia mchakato huu.

Paracetamol (PCT) inachukuliwa kama neutral organic molecule. Watafiti wanahusisha kushikiliwa kwa PCT zaidi na adsorption kwenye functional groups za membrane surface, hydrogen bonding na size-exclusion effects. Kwa hiyo, membrane moja kufikia overall removal percentage inayofanana kwa vichafuzi viwili haimaanishi kwamba removal mechanisms ni sawa.

Fouling na cleanability

Katika filtration experiments za saa moja, flux ilipungua katika takribani dakika 30 za kwanza na kisha ikakaribia eneo la steady state. Kwa MP2-900, steady flux ilitolewa kuwa takribani 31 L·h⁻¹·m⁻² katika crystal violet solution na takribani 32 L·h⁻¹·m⁻² katika paracetamol solution.

Katika tables za chanzo, flux recovery ratio (FRR) kwa MP2-900 katika crystal violet filtration imeonyeshwa kuwa %88,3, huku katika paracetamol ikiwa %85,7. Watafiti pia wanaripoti kwamba katika repeated backwashing experiments kwa deionized water, zaidi ya %90 ya initial permeability iliweza kurejeshwa. Matokeo haya yanaunga mkono cleanability katika hali za maabara; hayathibitishi kuwa utendaji huo huo utadumishwa katika long-term operation ya kituo halisi.

Chemical na thermal resistance

Membranes ziliwekwa katika strongly acidic na basic media kwa saa 72 na kutathminiwa kwa mass loss. Maximum mass loss iliyoripotiwa katika basic medium ilikuwa takribani %1,1. Katika acidic medium, loss ilikuwa kubwa zaidi; watafiti walieleza hili kwa tabia ya mineral components kama calcium na magnesium kuwa rahisi kuyeyuka zaidi katika mazingira ya asidi. SEM images zilizowasilishwa baada ya chemical tests hazikuripoti visible cracks au severe surface degradation.

Katika TGA results, membranes zilionyesha initial mass loss chini ya 200–250 °C inayohusishwa na removal ya adsorbed water na volatile components; katika temperatures za juu zaidi kwa ujumla zilionyesha mabadiliko machache. Utafiti unahitimisha kwamba membranes zilizotayarishwa katika 900 °C zilionyesha better thermal structural consolidation kuliko 850 °C series.

Important numerical inconsistencies ndani ya chanzo

Wakati wa kutafsiri utafiti huu, inconsistencies kadhaa ndani ya chanzo zinahitaji kuzingatiwa hasa:

• Mechanical strength ya MP2-900: abstract inatoa takribani 28 MPa, comparison table 25 MPa, na comparative evaluation text 42 MPa. Kwa hiyo, Verianla haichagui mojawapo ya thamani hizi tatu kama single definitive mechanical strength value.
• Porosity ya MP2-900: sehemu kuu ya matokeo inatoa %21,25, huku comparison table ya baadaye ikionyesha %12,5 kwa utafiti.
• Isoelectric point: maandishi yanataja takribani pH 6,4 kwa MP2-900, huku Kielelezo 10 kikiwa na lebo pH_iso=7,2.
• Paracetamol removal ya MP2-850: bar label katika Kielelezo 11c ni %86, huku maandishi yanayofuata yakisema %87.
• Chemical resistance condition: sehemu ya method inatoa pH ya basic solution kuwa 10, huku sehemu ya results ikisema pH 11.
• Cost calculation: maandishi yanaripoti manufacturing cost ya takribani 3,36 US dollars·m⁻², huku cost table ikitoa 3,358 US dollars kwa membrane moja, membrane area ya 1,7 × 10⁻³ m², na baadaye 3,376 US dollars·m⁻². Kwa kuwa nambari hizi haziwezi kupatanishwa arithmetically ndani ya hesabu moja, cost result haipaswi kutumiwa kama precise unit-area cost.
• EDX narrative na table: baadhi ya elements zilizotajwa katika maandishi hazilingani kikamilifu na element list inayoonekana katika Table 2.

Inconsistencies hizi hazibatilishi experimental approach ya utafiti moja kwa moja; lakini zinafanya iwe hatari kuhamisha parameters kama mechanical strength, porosity, isoelectric point na cost kama single precise values katika secondary studies.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Functional flat ceramic membranes ziliweza kutengenezwa kwa kiwango cha maabara kwa kutumia udongo wa asili, maganda ya almond na chokaa.
• Kiasi cha maganda ya almond na sintering temperature viliathiri kwa kiwango kikubwa porosity, morphology, permeability na mechanical integrity ya membrane.
• 950 °C ilisababisha risk ya excessive shrinkage na deformation kwa compositions zilizojaribiwa katika utafiti.
• MP2-900, kulingana na tathmini ya utafiti wenyewe, ndiyo formulation yenye balance bora zaidi kati ya permeability, removal na structural integrity.
• Kwa MP2-900, water permeability ya 35 L·h⁻¹·m⁻²·bar⁻¹ na takribani %87 CV/PCT removal iliripotiwa.
• Cleaning na backwashing experiments kwa deionized water zilionyesha kuwa membranes zinaweza kurejesha flux kwa kiwango kikubwa katika laboratory scale.

Matokeo ambayo utafiti haujathibitisha

• Long-term %87 removal performance katika maji taka halisi ya viwandani haijathibitishwa.
• Pilot au full-scale plant performance haijaonyeshwa.
• Long-term membrane lifetime na mechanical durability kwa kiwango cha miaka havijaamuliwa.
• Kutokana na contradictions ndani ya chanzo, single definitive mechanical strength au porosity value kwa MP2-900 haiwezi kutolewa kwa kuaminika.
• Unit-area manufacturing cost iliyoripotiwa haipaswi kuchukuliwa kama independently validated economic cost kwa sababu ya calculation inconsistency ndani ya chanzo.
• Laboratory results si guarantee ya moja kwa moja ya commercial au industrial success.

Ina maana gani kwa Türkiye?

Utafiti haukufanywa Türkiye na udongo uliotumika ulitoka Algeria. Kwa hiyo, haiwezi kutafsiriwa kwamba composition hiyo hiyo itatoa performance sawa kwa udongo wowote wa asili, agricultural waste au wastewater matrix nchini Türkiye. Katika adaptation inayowezekana Türkiye, mineralogical na chemical composition ya local clay, properties za almond shell, sintering behavior, ionic na organic matrix ya target wastewater, energy cost, membrane fouling na real process conditions zinahitaji kuthibitishwa tena experimentally.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa kiufundi wa experimental design

Equations kuu

Diameter shrinkage:

\[ S(\%)=\frac{D_0-D_1}{D_0}\times100 \]

Hapa D₀ ni membrane diameter kabla ya sintering, na D₁ ni diameter baada ya thermal treatment. Equation inakokotoa dimensional shrinkage ya membrane wakati wa heat treatment kwa asilimia.

Open porosity:

\[ P(\%)=\frac{M_{sat}-M_d}{M_{sat}-M_{sub}}\times100 \]

M_d ni dry mass, M_sub submerged mass iliyopimwa ndani ya maji, na M_sat mass ya sample iliyo saturated na maji. Method inategemea Archimedes principle.

Permeate flux:

\[ J=\frac{V}{tA} \]

V ni collected permeate volume (L), t filtration time (h), A effective membrane area (m²) na J permeate flux.

Pressure–permeability relationship:

\[ J_v=L_p\Delta P \]

J_v ni water flux, L_p membrane permeability na ΔP transmembrane pressure difference. Kwa kuwa definitions za transmembrane pressure karibu na Equation 4 katika chanzo zina expressions ambazo hazilingani kikamilifu, hapa direct Darcy-type primary relationship pekee imehifadhiwa.

Pollutant removal ratio:

\[ R(\%)=\frac{C_0-C_p}{C_0}\times100 \]

C₀ ni initial pollutant concentration katika feed solution, na C_p ni permeate concentration baada ya filtration.

Porosity na sintering temperature

Data series hii inaonyesha kwamba kwa kiwango kilekile cha maganda ya almond, open porosity hupungua joto linapoongezeka kutoka 850 °C hadi 900 °C; katika temperature ileile, porosity kwa ujumla huongezeka kiwango cha maganda ya almond kinapoongezeka. Thamani ya %12,5 iliyotolewa katika later comparison table ya chanzo haijaingizwa katika jedwali kwa sababu hailingani na main result series hii.

Balance ya permeability na selectivity

Utafiti unaeleza kwamba wakati kiwango cha maganda ya almond kilipungua kutoka %6 hadi %2, water permeability ilishuka kutoka takribani 46 hadi 35 L·h⁻¹·m⁻²·bar⁻¹. Lower porosity na smaller pores hupunguza water passage, lakini zinaweza kutoa faida katika pollutant retention na mechanical structure. Uchaguzi wa MP2-900 unatokana na balance hii.

Kulingana na labels za Kielelezo 11c chenyewe, MP2-900 inaonyesha highest common removal performance ya %87 kwa vichafuzi vyote viwili kati ya membranes zilizolinganishwa. Hata hivyo, matokeo haya yalipatikana katika synthetic pollutant solutions chini ya laboratory-scale dead-end filtration conditions.

Flux recovery

Thamani katika tables zinaonyesha kwamba flux inaweza kurejeshwa kwa kiwango kikubwa baada ya cleaning kwa deionized water. Hata hivyo, kwa kuwa chanzo kina terminology katika symbols na descriptions za FRR/FDR equations ambazo hazilingani kikamilifu na tables zinazofuata, Verianla hapa inatoa direct reported FRR table values na haitafsiri upya equation terminology.

XRD, FTIR, TGA na SEM zinaonyesha nini kwa pamoja?

Katika XRD analysis, quartz ilitambuliwa kama dominant crystalline phase katika membranes zote; peaks zinazohusishwa na CaO pia zilionekana. FTIR inaonyesha kwamba organic bands zinazotokana na maganda ya almond hupungua sintering temperature inapoongezeka na silicate-based ceramic structure huimarika. TGA results zinaunga mkono kwamba 900 °C series kwa ujumla ina better thermal consolidation. SEM inaonyesha kwamba pore formation huongezeka almond-shell content inapoongezeka, huku densification katika 900 °C ikifanya pores kuwa ndogo na chache zaidi.

Methods hizi tofauti za characterization zinapotathminiwa pamoja, main materials-science result ya utafiti inaonekana: maganda ya almond huunda pores kama porogen, huku sintering temperature ikiamua pores hizi zitahifadhiwa kwa kiwango gani au zitapungua kwa densification. Functional performance ya membrane inategemea balance ya effects hizi mbili.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la utafiti asilia: Eco-Friendly Ceramic Membranes from Natural Clay and Almond Shell Waste for the Removal of Dyes and Drugs from Wastewater

Waandishi: Jamila Bahrouni; Feryelle Aouay; Christian Larchet; Lasâad Dammak; Raja Ben Amar.

Waandishi wanaowajibika: Lasâad Dammak na Raja Ben Amar.

Taasisi: Research Unit “Advanced Technologies for Environment and Smart Cities”, Faculty of Sciences, University of Sfax, Sfax, Tunisia; Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est, ICMPE UMR-CNRS 7182-UPEC, Université Paris-Est Créteil, Thiais, France.

Jarida: Membranes.

Mchapishaji: MDPI.

Juzuu / toleo / nambari ya makala: 16(2), 52.

DOI: 10.3390/membranes16020052.

Tarehe ya uchapishaji: 27 Januari 2026.

Aina ya chanzo na ukaguzi wa wenzao: Ni makala ya utafiti wa majaribio iliyopitia ukaguzi wa wenzao.

Kiungo rasmi:https://doi.org/10.3390/membranes16020052

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Waandishi waliripoti kwamba utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba raw data zinazounga mkono matokeo ya utafiti zitatolewa na waandishi kwa ombi.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Conceptualization Lasâad Dammak na Raja Ben Amar; method Jamila Bahrouni, Feryelle Aouay na Christian Larchet; validation Lasâad Dammak, Christian Larchet na Raja Ben Amar; investigation Jamila Bahrouni, Feryelle Aouay na Lasâad Dammak. Detailed CRediT distribution imetolewa katika chanzo kwa data curation, writing, supervision, project administration na funding acquisition.

Wigo wa maudhui ya kisayansi: Experimental findings, numerical results, method descriptions na limitations katika maandishi haya ya Verianla yanategemea utafiti wa kurasa 23 uliopakiwa. Hakuna new experimental result au new scientific finding kutoka external sources iliyoongezwa katika utafiti; external verification imetumika tu kukagua bibliographic identity na publication status.

Kikomo kikuu cha kimbinu: Pollutant-removal experiments zilifanywa katika laboratory-scale dead-end filtration system kwa kutumia synthetic CV na PCT solutions. Utafiti hautoi long-term pilot-plant validation au scale-up katika real industrial wastewater. Waandishi pia wanaorodhesha long-term stability na scale-up studies chini ya realistic wastewater conditions kama kazi za baadaye.

Onyo la ulinganifu wa ndani ya chanzo: Makala ina values zisizolingana katika baadhi ya maeneo kama mechanical strength, porosity, isoelectric point, MP2-850 PCT removal, basic pH ya chemical-resistance test na cost calculation. Verianla haijasahihisha differences hizi kimya kimya na haijabadilisha conflicting values kuwa single definitive result.