Ин баррасӣ меомӯзад, ки чӣ гуна биокӯмири аз партовҳои кишоварзӣ ва биологӣ истеҳсолшуда бо нанозарраҳои оксиди металл якҷо карда шуда, барои хориҷ кардани рангкунандаҳои душвортаҷзияшаванда, боқимондаҳои доруворӣ, пестисидҳо, пайвастагиҳои фенолӣ ва баъзе ионҳои металлӣ аз обҳои партов истифода шуда метавонад. Ғояи асосӣ ин аст, ки қобилияти биокӯмир барои ҷамъ кардани ифлоскунандаҳо дар сатҳ тавассути сохтори ковок ва гурӯҳҳои функсионалии он бо қобилияти оксидҳои металлӣ, аз қабили Fe₃O₄, MnO₂, ZnO, TiO₂ ва CeO₂, барои тезонидани табдили химиявии ифлоскунандаҳо тавассути интиқоли электрон, реаксияҳои монанд ба Фентон, фаъолсозии персулфат ё фотокатализ дар як мавод муттаҳид карда шавад.

Ин равиш аз адсорбсияи классикӣ фарқ мекунад. Дар ҳоле ки адсорбенти анъанавӣ ифлоскунандаро асосан дар як сатҳ ҷамъ мекунад, низоми функсионализатсияшудаи биокӯмир–оксиди металл дар шароити мувофиқ мақсад дорад, ки ифлоскунандаро аввал адсорбсия карда, сипас тавассути намудҳои реактивии оксиген, радикалҳои сулфат ё интиқоли электрони сатҳӣ таҷзия намояд. Мафҳуми илмие, ки баррасӣ бар он таъкид мекунад, ҳамин синергияи адсорбсия–катализ мебошад.

Самаранокии маводро танҳо навъи оксиди металл муайян намекунад. Ашёи хоми биокӯмир, ҳарорати пиролиз, масоҳати сатҳ, сохтори микро/мезоковок, гурӯҳҳои функсионалӣ ба монанди –OH ва –COOH, легиронӣ бо гетероатом, тақсимшавии оксиди металл дар сатҳ, pH-и маҳлул, вояи катализатор, вақти тамос, рӯшноӣ ва оксидкунандаи истифодашуда якҷоя таъсир мерасонанд. Аз ин рӯ, таҳқиқот ба ҷойи “як биокӯмири беҳтарин” тарҳрезии маводеро ҷонибдорӣ мекунад, ки мувофиқи ифлоскунанда танзим карда мешавад.

Дар баррасӣ сохторҳои хеле гуногун, аз ҷумла Fe₃O₄–биокӯмир, MnO₂–биокӯмир, ZnO–биокӯмир, TiO₂–биокӯмир, низомҳои асосёфта ба CeO₂, гидроксидҳои дугонаи қабатӣ, биокӯмирҳои бо нитроген ё сулфур легиронидашуда, оксиди графен ва гибридҳои нанолӯлаҳои карбон баррасӣ мешаванд. Бо вуҷуди ин, арзишҳои фоизии хориҷсозӣ, масоҳати сатҳ ва иқтидори адсорбсия дар таҳқиқоти гуногун дар шароити якхелаи таҷрибавӣ ба даст наомадаанд, аз ин рӯ онҳо рейтинги мустақими самаранокиро ташкил намедиҳанд.

Аз дидгоҳи Туркия ин мавзӯъ махсусан барои табдил додани партовҳои кишоварзӣ ба маводи тозакунандаи дорои арзиши иловагӣ муҳим аст. Пӯсти биринҷ, пояи ҷуворимакка, партовҳои чӯбӣ, пӯстҳо ва дигар боқимондаҳои лигноселлюлозӣ метавонанд бо равандҳои мувофиқ ба биокӯмир табдил дода шуда, бо оксидҳои металл функсионализатсия гарданд. Аммо натиҷаҳои лаборатории дар баррасӣ овардашударо наметавон мустақиман ба обҳои партови саноати нассоҷӣ, дорусозӣ, кимиёӣ ё саноати омехтаи Туркия татбиқ кард. Дар матритсаи воқеии об шӯрӣ, моддаи органикии ҳалшуда, рақобати якчанд ифлоскунанда, шусташавии металл, барқарорсозии катализатор, масрафи энергия ва идоракунии мавод пас аз истифода бояд бо таҳқиқоти ҷудогонаи пилотӣ тасдиқ карда шаванд.

Чаро биокӯмир танҳо як “пораи карбон” нест?

Биокӯмир ҷисми сахти ковоки аз карбон ғанӣ мебошад, ки ҳангоми коркарди ҳароратии биомасса дар шароити набудани оксиген ё маҳдуд будани он ҳосил мешавад. Манбаъ шароити пиролизро дар ҳудуди тақрибан 300–700 °C ва усулҳои гуногун, аз қабили пиролизи суст, зуд ва флешӣ, дар истеҳсоли биокӯмир баррасӣ мекунад.

Навъи ашёи хом бевосита ба химияи маводи ниҳоӣ таъсир мерасонад. Бо тағйир ёфтани таносуби лигнин, селлюлоза, гемиселлюлоза, минералҳо ва хокистар, рафтори карбонизатсия, сохтори ковокҳо, масоҳати сатҳ ва зичии гурӯҳҳои функсионалӣ низ тағйир меёбад.

Дар таҳқиқот таҳлили қаблан нашршудаи PCA низ оварда шудааст, ки дар он 252 намунаи биокӯмир арзёбӣ шудаанд. Дар натиҷаи овардашуда гуфта мешавад, ки ду ҷузъи асосии аввал зиёда аз %70-и тағйирпазирии умумиро шарҳ додаанд ва ҳарорати баланди коркард, HTT, таносуби H/C-и биокӯмир ва ароматишавӣ бо ҳам робитаи қавӣ доранд. Ин таҳлил маҷмӯи нави маълумоти муаллифони баррасӣ нест; он аз таҳқиқоти дигар мутобиқ карда шудааст.

Чаро ҳарорати пиролиз муҳим аст?

Мувофиқи ҷамъбасти умумии манбаъ, бо баланд шудани ҳарорат сохтори ароматии карбонӣ ва ковокии биокӯмир метавонад афзоиш ёбад; дар айни замон баъзе функсияҳои сатҳии дорои оксиген метавонанд кам шаванд. Аз ин рӯ, хулосаи “ҳарорати баландтар ҳамеша биокӯмири беҳтар истеҳсол мекунад” баровардан мумкин нест.

Гарчанде масоҳати калони сатҳ барои адсорбсия муфид буда метавонад, барои пайвастшавии химиявӣ ё маҳкамсозии оксиди металл нигоҳ доштани функсияҳои кофии сатҳӣ зарур аст. Ҳарорати мувофиқи истеҳсол аз ифлоскунандаи ҳадаф ва усули минбаъдаи модификатсия вобаста мебошад.

Маҳдудияти асосии биокӯмири хом

Баррасӣ таъкид мекунад, ки биокӯмири тағйирнаёфта бо вуҷуди ковок буданаш метавонад барои ҳар як ифлоскунанда реактивияти кофии сатҳӣ ва фаъолнокии каталитикӣ надошта бошад. Биокӯмире, ки оксиди металл надорад ё мавзеъҳои кофии фаъоли редокс надорад, метавонад дар равандҳои монанд ба Фентон ё равандҳои бо персулфат фаъолшуда маҳдуд амал кунад.

Аз ин рӯ, функсионализатсияи сатҳ ва маҳкамсозии оксиди металл ҳамчун ду стратегияи асосии такмилдиҳӣ пешниҳод мешаванд.

Функсионализатсияи сатҳ чӣ гуна анҷом дода мешавад?

Манбаъ се равиши асосии химиявиро ҷудо мекунад:

• Фаъолсозии кислотагӣ: тағйир додани химияи сатҳ бо реагентҳо ба монанди HNO₃ ё H₃PO₄.
• Фаъолсозии ишқорӣ: афзоиш додани инкишофи ковокҳо ва реактивияти сатҳ бо истифода аз KOH ё NaOH.
• Коркарди оксидонӣ: инкишоф додани гурӯҳҳои функсионалии дорои оксиген бо H₂O₂ ё O₃.

Ин коркардҳо метавонанд дастрасии гурӯҳҳоеро ба монанди –OH, –COOH ва C=O тағйир диҳанд, пайвастшавии оксидҳои металлро ба сатҳ осон кунанд ва ба рафтори адсорбсия таъсир расонанд. Аммо худи фаъолсозии химиявӣ низ масрафи маводи химиявӣ, оби шустан ва энергияи равандро талаб мекунад; аз ин рӯ, устувориро танҳо бо фоизи ниҳоии адсорбсия арзёбӣ кардан мумкин нест.

Оксидҳои металл ба биокӯмир чӣ гуна илова мешаванд?

Дар баррасӣ асосан усулҳои зерин шарҳ дода мешаванд:

• Импрегнатсия–пиролиз (impregnation–pyrolysis),
• Ҳамтаҳшинкунӣ (co-precipitation),
• Иммобилизатсияи сол–гел,
• Импрегнатсияи тар,
• Ҷойгиркунии гидротермалӣ ё солвотермалӣ,
• Синтези сабз/аз биология илҳомгирифта бо истифода аз экстрактҳои растанӣ ё микроорганизмҳо.

Дар равиши импрегнатсия–пиролиз намаки металл аввал ба биомасса бор карда мешавад; сипас ҳангоми пиролизи назоратшаванда пайвастагиҳои металл ба фазаҳои оксиди металл табдил ёфта, дар сатҳи карбон паҳн мешаванд. Дар ҳамтаҳшинкунӣ бошад, ионҳои металл дар шароити муайяни pH ва ҳарорат тавре таҳшин карда мешаванд, ки дар сатҳи биокӯмир фазаи гидроксид ё оксид ҳосил гардад.

Усулҳои солвотермалӣ ва гидротермалӣ метавонанд назорати бештарро бар андозаи зарра ва морфологияи кристаллӣ таъмин кунанд; аммо талабот ба реактори фишордор, ҳарорат ва энергия бояд аз нигоҳи васеъкунии миқёс арзёбӣ карда шавад.

Оё “синтези сабз” худкорона аз ҷиҳати экологӣ бартар аст?

Дар баррасӣ гуфта мешавад, ки экстрактҳои аз манбаъҳои биологӣ, аз қабили барги лимӯ, ним ва зарчӯба, гирифташуда метавонанд барои барқарор кардани ионҳои металл ё устуворсозии нанозарраҳо истифода шаванд. Ин усулҳо имконияти кам кардани истифодаи барқароркунандаҳои химиявии заҳрнокро доранд.

Аммо истилоҳи “синтези сабз” худ аз худ далели таъсири пасти экологӣ нест. Самаранокии реаксия, истифодаи энергия, шустан, хушккунӣ, шусташавии нанозарраҳо ва идоракунӣ пас аз анҷоми истифода бояд дар тамоми давраи ҳаёт якҷоя арзёбӣ карда шаванд.

Чӣ гуна тасдиқ мешавад, ки нанокомпозит воқеан истеҳсол шудааст?

Таҳқиқот усулҳои гуногуни тавсифдиҳиро якҷоя мекунад:

Як намунаи тавсифдиҳии дубора истифодашуда дар баррасӣ нишон медиҳад, ки бо афзоиши ҳарорати пиролиз баъзе қуллаҳои минералӣ заиф мешаванд, хусусиятҳои карбони графитӣ метавонанд инкишоф ёбанд ва тасмаҳои FTIR ба монанди O–H, C–H, C=O тағйир меёбанд. Аммо инҳо рафтори ягонаи универсалии биокӯмир нестанд, балки натиҷаҳои низомҳои муайяни мавод мебошанд, ки дар манбаъ оварда шудаанд.

Адсорбсия чӣ гуна рух медиҳад?

Манбаъ чор механизми асосиро ҷудо мекунад.

Диффузияи ковокҳо

Микроковокҳо ва мезоковокҳои тақрибан дар ҳудуди 2–50 nm ба молекулаҳои ифлоскунанда имкон медиҳанд, ки ба сатҳҳои дохилии биокӯмир расанд. Афзоиши масоҳати сатҳ метавонад мавзеъҳои дастраси бештар фароҳам оварад; аммо масоҳати умумии сатҳ худ аз худ иқтидори адсорбсияро муайян намекунад.

Ҷалби электростатикӣ

Гурӯҳҳои –COOH, –OH ва дигар гурӯҳҳои ионшаванда дар биокӯмир вобаста ба pH-и маҳлул заряди сатҳро тағйир медиҳанд. Ифлоскунандаҳои мусбат ё манфӣ метавонанд бо ин заряд ҷалб ё тела дода шаванд.

Таъсирҳои мутақобилаи π–π

Минтақаҳои ароматии карбонии биокӯмир метавонанд бо сохторҳои ароматӣ, аз қабили кабуди метиленӣ, бисфенол A ё тетрасиклин, таъсирҳои мутақобилаи π-электронӣ ба вуҷуд оранд.

Пайванди гидрогенӣ ва комплексҳосилшавӣ

Гурӯҳҳои функсионалии дорои оксиген ё нитроген метавонанд пайвандҳои гидрогенӣ ҳосил кунанд. Дар низомҳои дорои марказҳои металлӣ мубодилаи лиганд ва координатсия низ метавонанд муҳим гарданд.

Фарқи асосии байни адсорбсия ва таҷзияи каталитикӣ

Адсорбсия ифлоскунандаро аз фазаи моеъ ба сатҳи сахт интиқол медиҳад. Таҷзияи каталитикӣ бошад, сохтори химиявии ифлоскунандаро тағйир медиҳад. Ҳадафи асосии тарҳи функсионализатсияшудаи биокӯмир–оксиди металл ин аст, ки ин ду механизм пайдарпай ё ҳамзамон кор кунанд.

Вақте ки ифлоскунанда аввал дар ковок ё гурӯҳи функсионалӣ мутамарказ мешавад, масофаи он то маркази каталитикӣ метавонад кам гардад. Сипас намудҳои реактивие, ки оксиди металл ҳосил мекунад, метавонанд бо молекулаи адсорбсияшуда вокуниш карда, таҷзияро тезонанд. Манбаъ ин рафторро synergistic adsorption–catalysis меномад.

Механизми монанд ба Фентон

Яке аз даврҳои асосии редокс дар низомҳои асосёфта ба Fe:

\[ Fe^{2+}+H_2O_2 \rightarrow Fe^{3+}+\bullet OH+OH^- \]

бо ин реаксия шарҳ дода мешавад. Радикали гидроксилии ҳосилшуда қувваи баланди оксидкунанда дорад ва метавонад бо ифлоскунандаҳои гуногуни органикӣ вокуниш кунад.

Раванди классикии Фентон асосан муҳити кислотагиро талаб мекунад. Манбаъ қайд мекунад, ки низомҳои гетерогении Fe₃O₄ ё биокӯмири бо Fe легиронидашуда метавонанд ба нигоҳ доштани катализатор дар фазаи сахт ва истифодаи такрории он кумак кунанд, аммо шусташавии металл ва ҳосил шудани партови дорои оҳан ҳанӯз маҳдудиятҳои муҳим мебошанд.

Photo-Fenton чӣ илова мекунад?

Дар низоми Photo-Fenton рӯшноӣ метавонад ба идомаи даври Fe³⁺/Fe²⁺ ва ҳосил шудани намудҳои иловагии реактивӣ мусоидат кунад. Бо ин роҳ, ворид кардани энергияи офтоб ё рӯшноии UV/намоён ба раванди каталитикӣ ҳадаф қарор мегирад.

Бартарии воқеии энергетикии он на танҳо аз суръати реаксия, балки аз навъи манбаи рӯшноӣ, геометрияи фотореактор, тирагии об ва ҷаббиши рӯшноӣ аз ҷониби катализатор вобаста аст.

Фаъолсозии персулфат ва PMS

Оксидкунандаҳо ба монанди персулфат ва пероксимоносулфат ҳангоми фаъол шудан бо марказҳои металлӣ ё сохторҳои мувофиқи карбонӣ метавонанд радикали сулфат ва дигар намудҳои реактивиро ҳосил кунанд. Манбаъ нақши марказҳои металлии бисёрвалента, аз қабили Mn, Fe ва Co, дар ин табдилотро баррасӣ мекунад.

Реаксияи намунавии асосёфта ба Mn дар манбаъ чунин дода шудааст:

\[ Mn^{2+}+HSO_5^- \rightarrow Mn^{3+}+SO_4^{\bullet-}+OH^- \]

Равиши умумии манбаъ ин аст, ки биокӯмир бо дастгирии интиқоли электрон метавонад ба барқароршавии дубораи марказҳои металлӣ ва идомаи даври каталитикӣ мусоидат кунад.

Чаро CeO₂ фарқ мекунад?

Гуфта мешавад, ки дар низомҳои дорои Ce ҷуфти Ce³⁺/Ce⁴⁺ метавонад дар фаъолсозии оксиген иштирок кунад:

\[ Ce^{3+}+O_2 \rightarrow Ce^{4+}+O_2^{\bullet-} \]

Баррасӣ марказҳои металлии дорои якчанд дараҷаи оксидшавиро ҳамчун “марказҳои редокс” арзёбӣ мекунад, ки метавонанд пайваста мубодилаи электрон анҷом диҳанд. Аммо азбаски натиҷаҳои миқдорие, ки оксидҳои гуногуни металлро муқоиса мекунанд, аз ифлоскунандаҳо ва шароити гуногун ба даст омадаанд, хулосаи бартарии универсалӣ баровардан мумкин нест.

Тозакунии фотокаталитикӣ бо рӯшноии намоён

Дар манбаъ шарҳ дода мешавад, ки нимноқилҳо ба монанди Fe₂O₃, BiVO₄, N–TiO₂ ва ZnFe₂O₄ метавонанд зери рӯшноии намоёни тақрибан 400–700 nm ҷуфтҳои электрон–сӯрохӣ ҳосил кунанд.

Раванд дар манбаъ ба таври сода бо марҳилаҳои зерин шарҳ дода мешавад:

1. Фотон аз ҷониби катализатор ҷаббида мешавад.
2. Электрон ба минтақаи ноқилӣ мегузарад ва сӯрохӣ ҳосил мешавад.
3. Электрон метавонад бо O₂ вокуниш карда, намудҳои супероксидро ҳосил кунад.
4. Сӯрохӣ метавонад бо об ё OH⁻ таъсири мутақобила карда, радикали гидроксилӣ ҳосил кунад.
5. Ин намудҳои реактивӣ метавонанд дар оксидшавии ифлоскунандаҳои адсорбсияшуда иштирок кунанд.

Табдили “ифлоскунанда → CO₂ + H₂O”, ки дар шакл нишон дода шудааст, тавсифи схемавии минералшавии идеалиро ифода мекунад. Дар раванди воқеии тозакунӣ минералшавии пурра бояд илова бар ин бо таҳлилҳои TOC, COD ва маҳсулоти табдил тасдиқ карда шавад.

Verianla Live: Намунаҳои масоҳати сатҳи биокӯмирҳои модификатсияшуда

Арзишҳои зерин масоҳатҳои сатҳи BET мебошанд, ки дар Ҷадвали 3-и баррасӣ гузориш шудаанд. Инҳо намунаҳои мавод аз ашёи хом ва усулҳои гуногуни модификатсия мебошанд. График рейтинги самаранокии тозакунӣ нест. Масоҳати калони сатҳ худ аз худ маънои хориҷсозии бештари ифлоскунандаро надорад.

Чаро танҳо масоҳати сатҳ кофӣ нест?

Ҷадвали 3 ин ҳолатро махсусан хуб нишон медиҳад. Дар баъзе мавод масоҳати сатҳи BET хеле калон аст, дар ҳоле ки дар баъзе намунаҳои аз ҷиҳати химиявӣ функсионализатсияшуда, бо вуҷуди хеле хурдтар будани масоҳати сатҳ, арзишҳои назарраси иқтидори адсорбсия оварда шудаанд.

Ин нишон медиҳад, ки адсорбсияро танҳо бо саволи “чанд метри мураббаъ сатҳ мавҷуд аст?” шарҳ додан мумкин нест. Химияи гурӯҳҳои функсионалӣ, заряди сатҳ, мавзеъҳои координатсионии металл, дастрасии ковокҳо ва сохтори молекулавии ифлоскунанда низ муҳим мебошанд.

Кадом синфҳои ифлоскунанда ҳадаф қарор мегиранд?

Баррасӣ чор гурӯҳи васеи ифлоскунандаҳоро фаро мегирад:

• Рангкунандаҳои синтетикӣ: кабуди метиленӣ, сурхи Конго, Reactive Black 5 ва молекулаҳои монанди рангкунанда.
• Маводи фармацевтӣ ва антибиотикҳо: тетрасиклин, сипрофлоксатсин ва дигар боқимондаҳои доруворӣ.
• Пеститсидҳо ва пайвастагиҳои фенолӣ: malathion, parathion, бисфенол A ва нитрофенолҳо.
• Ионҳои ғайриорганикӣ ва металлҳои вазнин: Pb²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, Cr(VI) ва баъзе оксианионҳо.

Ҳар ифлоскунанда бо як механизм нигоҳ дошта намешавад. Дар молекулаҳои органикии ароматӣ таъсирҳои мутақобилаи π–π ва таъсирҳои гидрофобӣ метавонанд муҳим бошанд, дар ҳоле ки барои ионҳои металл ҷалби электростатикӣ, мубодилаи ион ва координатсия метавонанд муайянкунандатар бошанд.

Чаро pH аҳамияти ҳалкунанда дорад?

pH ҳам заряди сатҳи биокӯмир ва ҳам ҳолати ионшавии ифлоскунандаро тағйир медиҳад. Дар шарҳи умумии механистии манбаъ гуфта мешавад, ки барои ионҳои мусбати металл сатҳе, ки дар шароити бетараф ё каме кислотагӣ манфӣ мешавад, метавонад ҷалби электростатикиро афзоиш диҳад.

Дар низомҳои Фентон бошад, оптимуми дигар ба вуҷуд меояд. Даври Fe²⁺/Fe³⁺ ва фаъолшавии H₂O₂ асосан дар шароити кислотагии бештар самаранокии баланд нишон медиҳанд. Аз ин рӯ, “pH-и оптималӣ барои адсорбсия” ва “pH-и оптималӣ барои оксидшавии каталитикӣ” ҳатман яксон нестанд.

Вояи катализатор ва вақти тамос

Афзоиш додани вояи катализатор дар марҳилаи аввал метавонад мавзеъҳои фаъоли бештар фароҳам оварад. Аммо дар низомҳои фотокаталитикӣ консентратсияи хеле баланди моддаи сахт метавонад тирагии маҳлулро зиёд карда, воридшавии рӯшноиро коҳиш диҳад.

Ба ҳамин монанд, вақти дарозтари тамос ҳамеша афзоиши хаттии самаранокиро таъмин намекунад. Бо пур шудани мавзеъҳои фаъол ё сарф шудани оксидкунанда суръати реаксия метавонад кам шавад. Аз ин рӯ, воя ва вақти оптималӣ бояд ба таври таҷрибавӣ муайян карда шаванд.

Истифодаи такрорӣ ва шусташавии металл

Яке аз бартариҳои муҳими тиҷоратии нисбатдодашуда ба биокӯмирҳои функсионализатсияшуда қобилияти истифодаи такрории онҳо мебошад. Дар манбаъ мисолҳои адабиёт оварда мешаванд, ки дар низомҳо ба монанди Fe₃O₄–биокӯмир ва ZnO–биокӯмир самаранокии баланд дар тӯли якчанд давр нигоҳ дошта шудааст.

Дар муқобил, ҳал шудани оксиди металл ё ҷудо шудани нанозарра аз сатҳ метавонад ифлосшавии дуюмдараҷа ба вуҷуд орад. Баррасӣ дар бахши арзёбии экологӣ таъкид мекунад, ки дар сохторҳои асосёфта ба Fe, Zn, Mn ё Cu шусташавии металл бояд ҳатман назорат карда шавад.

Манбаъ хабар медиҳад, ки дар баъзе низомҳои Fe–биокӯмир пас аз панҷ давр шусташавии Fe дар ҳудуди %0,8–2,3 гузориш шудааст. Ин арзиш ҳадди умумӣ барои ҳамаи низомҳои Fe–биокӯмир нест; он танҳо намунаи адабиёти дар баррасӣ овардашуда мебошад.

Ҳадди илмии истилоҳи “устувор”

Истифодаи партови кишоварзӣ маводро худкорона устувор намекунад. Ҳарорати истеҳсоли биокӯмир, синтези оксиди металл, фаъолсозии химиявӣ, шустан, хушккунӣ, барқарорсозӣ ва нобудсозӣ пас аз истифода ҳама метавонанд бори экологӣ ба вуҷуд оранд.

Аз ин рӯ, баррасӣ таъкид мекунад, ки арзёбии давраи ҳаёт, экотоксикология ва таҳлили техникӣ-иқтисодӣ бояд ҳамон андоза муҳим дониста шаванд, ки фоизи хориҷсозӣ дар лаборатория.

Зеҳни сунъӣ дар куҷо ворид мешавад?

Яке аз дурнамоҳои ояндаи баррасӣ ин аст, ки моделҳои омӯзиши мошинӣ робитаҳои байни самаранокӣ ва тағйирёбандаҳо, аз қабили ашёи хоми биокӯмир, навъи оксиди металл, химияи сатҳ, pH ва ифлоскунандаи ҳадафро омӯхта, таркибҳои нави катализаторро пешниҳод кунанд.

Равиши зеҳни сунъӣ дар ин ҷо бояд на ҳамчун далеле, ки ҷойи таҷрибаро мегирад, балки ҳамчун воситаи пешгӯие баррасӣ шавад, ки метавонад фазои тарҳрезии таҷрибаро маҳдудтар кунад. Манбаъ зарурати санҷиш дар оби партови воқеӣ ва озмоишҳои таҷрибавиро аз байн намебарад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Ҳангоми функсионализатсияи биокӯмир бо оксидҳои металл адсорбсия ва реаксияи каталитикӣ метавонанд дар як мавод муттаҳид карда шаванд.
• Масоҳати сатҳ, ковокӣ ва химияи гурӯҳҳои функсионалӣ омилҳои асосие мебошанд, ки таъсири мутақобилаи ифлоскунанда–маводро муайян мекунанд.
• Fe, Mn, Ce ва дигар марказҳои металлии бисёрвалента метавонанд дар интиқоли электрон ва фаъолсозии оксидкунанда нақш дошта бошанд.
• Механизмҳои Фентон, photo-Fenton, персулфат/PMS ва фотокаталитикӣ метавонанд барои табдили ифлоскунандаҳои органикии душвортаҷзияшаванда истифода шаванд.
• Шусташавии металл, устувории даврӣ ва матритсаи воқеии оби партов маҳдудиятҳои муҳиме мебошанд, ки аҳамияти саноатии самаранокии лабораториро муайян мекунанд.
• Бе LCA ва таҳлили техникӣ-иқтисодӣ танҳо фоизи баланди хориҷсозӣ далели устуворӣ нест.

Натиҷаҳое, ки танҳо ин таҳқиқот исбот намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки як формулаи биокӯмир–оксиди металл барои ҳамаи обҳои партов беҳтарин технология мебошад.
• Арзишҳои %90–99 хориҷсозӣ дар нашрияҳои гуногун дар шароити якхелаи таҷрибавӣ ба даст наомадаанд, аз ин рӯ онҳоро мустақиман муқоиса кардан мумкин нест.
• Хориҷсозии баланд дар миқёси лабораторӣ қобили татбиқи иқтисодиро дар миқёси пурраи саноатӣ исбот намекунад.
• Нишон дода нашудааст, ки ҳамаи биокӯмирҳои дорои оксиди металл аз ҷиҳати экологӣ бехатар мебошанд.
• Кам шудани ифлоскунанда дар ҳар ҳолат маънои минералшавии пурраро надорад.
• Натиҷаҳои лаборатории “private/internal”-и дар манбаъ зикршуда, ки пайгирии онҳо номуайян аст, наметавонанд ҳамчун маълумоти мустақилона тасдиқшуда қабул шаванд.
• Таҳқиқот баррасии низомманд ё мета-таҳлил нест.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Усули таҳқиқот

Ин нашрия таҳқиқоте нест, ки таҷрибаи нав анҷом дода бошад, балки кори баррасиест, ки адабиёти мавҷударо аз нигоҳи механизм ва тарҳрезии мавод ҷамъбаст мекунад. Муаллифон истеҳсоли биокӯмир, ҳамгироии оксиди металл, функсионализатсияи сатҳ, тавсифдиҳӣ, адсорбсия, равандҳои пешрафтаи оксидшавӣ, истифода дар оби партови воқеӣ, барқарорсозӣ, хатари экологӣ ва самтҳои таҳқиқоти ояндаро якҷоя кардаанд.

Дар манбаъ рӯйхати пойгоҳҳои библиографии истифодашуда, сатрҳои пурраи ҷустуҷӯ, санаҳои ҷустуҷӯ, меъёрҳои дохилкунӣ/хориҷкунӣ, шумораи умумии таҳқиқоти баррасишуда ва ҷараёни интихоби таҳқиқот оварда нашудаанд. Аз ин рӯ, синтези далелҳо набояд дар сатҳи баррасии низомманд ё мета-таҳлил арзёбӣ карда шавад.

Тағйирёбандаҳои асосӣ дар тарҳрезии биокӯмир

Мувофиқи баррасӣ, тағйирёбандаҳои асосии мавод, ки самаранокиро муайян мекунанд, чунинанд:

• Ашёи хоми биомасса,
• Ҳарорати пиролиз ва суръати гармкунӣ,
• Масоҳати сатҳ ва тақсимоти ковокҳо,
• Зичии –OH, –COOH, C=O ва дигар гурӯҳҳои функсионалӣ,
• Легиронӣ бо гетероатомҳои N, S ё P,
• Навъи оксиди металл ва таносуби боркунӣ,
• Тақсимоти нанозарраҳо ва интерфейси металл–карбон,
• Сохтори нуқсонҳо ва ҷойҳои холии оксиген.

Параметрҳои корӣ

Дар шароити оби партов pH, вояи катализатор, консентратсияи ибтидоии ифлоскунанда, вақти тамос, ҳарорат, навъи оксидкунанда, шиддати рӯшноӣ ва ионҳои рақобаткунанда дар маҳлул муайянкунанда мебошанд.

Аз ин рӯ, ду композити дорои формулаи химиявии яксон метавонанд дар матритсаҳои гуногуни об самаранокии комилан фарқкунанда нишон диҳанд.

Моделҳои кинетикӣ

Манбаъ қайд мекунад, ки моделҳои pseudo-first-order ва pseudo-second-order васеъ истифода мешаванд. Дар Бахши 6.3 гуфта мешавад, ки дар бисёр таҳқиқоти адсорбсия модели pseudo-second-order бинобар \(R^2\)-и баланд метавонад мувофиқати беҳтар нишон диҳад ва ин ҳамчун нишонаи эҳтимолии муҳим будани таъсирҳои мутақобилаи химиявӣ шарҳ дода мешавад.

Аммо дар бахши натиҷагирии мақола моделҳои pseudo-first-order ва Elovich низ махсус таъкид шудаанд. Баррасӣ бо таҳлили ягонаи миқдорӣ муайян намекунад, ки чаро ин интихоби моделҳо дар кадом маҷмӯи маълумот тағйир меёбад. Аз ин рӯ, як модели кинетикӣ набояд барои ҳамаи низомҳои биокӯмир–оксиди металл универсалӣ қабул карда шавад.

Изотермаҳо

Модели Langmuir барои баҳодиҳии иқтидори адсорбсияи якқабата ва модели Freundlich барои тавсифи эмпирикии рафтори сатҳи гетерогенӣ ҳамчун моделҳои асосӣ баррасӣ мешаванд.

Ин моделҳо ифодаҳои математикӣ мебошанд, ки ба маълумоти таҷрибавӣ мувофиқат мекунанд; мувофиқати баланди Langmuir худ аз худ исбот намекунад, ки дар сатҳи воқеӣ танҳо як механизми физикӣ вуҷуд дорад.

Арзёбии термодинамикӣ

Баррасӣ қайд мекунад, ки спонтании равандҳо ва рафтори вобаста ба ҳароратро метавон тавассути тағйирёбии энергияи озоди Gibbs \(\Delta G^\circ\), тағйирёбии энталпия \(\Delta H^\circ\) ва тағйирёбии энтропия \(\Delta S^\circ\) шарҳ дод.

Дар баъзе бахшҳои манбаъ \(\Delta G^\circ\)-и манфӣ бо раванди спонтанӣ ва \(\Delta H^\circ\)-и мусбат бо рафтори эндотермӣ алоқаманд карда мешавад. Аммо дар Бахши 5.5 ибораи “negative \(\Delta H^\circ\) (endothermic process)” истифода шудааст. Ин ибора аз нигоҳи конвенсияи аломатҳо дар дохили манбаъ номувофиқ аст; он аз ҷониби Verianla пинҳонӣ ислоҳ нашудааст.

Ҳадди намунаҳои миқдории самаранокӣ, ки дар манбаъ истифода шудаанд

Баррасӣ дар бахшҳои гуногун арзишҳои зиёда аз %90 хориҷсозӣ ё таҷзияро барои композитҳои дорои Fe₃O₄–BC, ZnO–BC, TiO₂–BC, MnO₂–BC ва CeO₂ меорад. Дар баъзе мисолҳо гуфта мешавад, ки пас аз чор ё панҷ истифодаи такрорӣ самаранокии зиёда аз %80 нигоҳ дошта шудааст.

Аммо ин арзишҳо аз ифлоскунандаҳои гуногун, консентратсияҳои ибтидоии гуногун ва шароити гуногуни pH, оксидкунанда ва рӯшноӣ ба даст омадаанд. Аз ин рӯ, муқоисаи мустақим ба шакли “технологияи дорои %98 аз технологияи дорои %93 беҳтар аст” аз ҷиҳати илмӣ дуруст нест.

Маълумоти махсуси лабораторӣ бо пайгирии маҳдуд

Дар якчанд бахши манбаъ даъвоҳои самаранокии %90–96 бо ибораҳои марбут ба таҳқиқоти махсус, аз қабили “AUST Lab Report 2023”, “AUST-2024 internal trials” ё монанди онҳо оварда шудаанд. Шиносномаи пурраи библиографӣ, гузориши нашршуда, DOI ё тафсилоти усули ин таҳқиқот дар мақола ба таври равшан пешниҳод нашудааст.

Аз ин рӯ, ин арзишҳо ҳамчун натиҷаҳои асосии Verianla ё манбаи маълумоти Live истифода нашудаанд. Зикр шудааст, ки онҳо дар дохили манбаъ мавҷуданд, аммо онҳо дар ҳамон сатҳи далеле арзёбӣ нашудаанд, ки маълумоти нашрии санҷишшаванда дорад.

Масъалаи номенклатура дар манбаъ

Дар бахши ихтисорот барои Fe₃O₄ ибораи “Ferric oxide” истифода шудааст. Аммо бахшҳои механизми ҳамон мақола ҷуфтҳои Fe²⁺/Fe³⁺-ро ҳамчун хусусияти асосии низомҳои Fe₃O₄ баррасӣ мекунанд. Аз ин рӯ, дар манбаъ аз ҷиҳати номгузории химиявӣ номувофиқатӣ вуҷуд дорад. Матни Verianla формуларо нигоҳ медорад ва ин масъалаи номенклатураро ошкоро нишон медиҳад.

Маҳдудият аз нигоҳи мувофиқати манбаъ–истинод

Унвонҳои баъзе истинодҳои назди даъвоҳои техникии баррасӣ намунаҳоеро дар бар мегиранд, ки бо мавзӯи мавриди интизори дастгирӣ бевосита мувофиқат намекунанд. Хусусан дар баъзе параметрҳои тавсифдиҳӣ ва даъвоҳои васеи экологӣ/умумии самаранокӣ аз рӯйи мақола дақиқ пайгирӣ кардан имкон надорад, ки оё занҷири истинод ҳар як натиҷаро мустақиман дастгирӣ мекунад.

Аз ин рӯ, ин муҳтавои Verianla механизмҳо ва равиши асосии тарҳрезии маводи баррасиро шарҳ медиҳад; он ҳамаи даъвоҳои фоизии баланди самаранокии манбаъро ҳамчун воқеиятҳои мустақилона тасдиқшуда такрор намекунад.

Тасдиқҳое, ки ҳангоми гузариш ба оби партови воқеӣ заруранд

• Таҷрибаҳо бо оби партови воқеии дорои якчанд ифлоскунанда,
• Озмоишҳои дарозмуддати ҷараёни пайваста,
• Андозагирии шусташавии металл ва нанозарраҳо бо усулҳо ба монанди ICP-OES/AAS,
• Таҳлили заҳрнокии маҳсулоти табдил,
• Тасдиқи минералшавии воқеӣ бо TOC/COD,
• Озмоиши барқарорсозии бисёрдавра ва талафи иқтидор,
• Масрафи энергия ва маводи химиявӣ,
• Таҳлили техникӣ-иқтисодӣ,
• Арзёбии давраи ҳаёт,
• Идоракунии бехатари катализатори истифодашуда пас аз анҷоми истифода.

Натиҷаи асосии илмӣ

Натиҷаи қавитарин ва қобили ҳимояи баррасӣ ин аст, ки нанокомпозитҳои биокӯмир–оксиди металл платформаи танзимшавандаи маводеро пешниҳод мекунанд, ки адсорбенти дорои масоҳати калони сатҳро бо катализатори аз ҷиҳати редокс/фотокаталитикӣ фаъол дар як интерфейс муттаҳид мекунад. Ин платформа дар адабиёти лабораторӣ барои ифлоскунандаҳои хеле гуногун натиҷаҳои умедбахш нишон додааст.

Бо вуҷуди ин, бартарии воқеии саноатиро ҳоло танҳо бо фоизи баланди хориҷсозӣ асоснок кардан мумкин нест. Пеш аз он ки шусташавии металл, матритсаи воқеии об, умри катализатор, энергия, маводи химиявии истеҳсолӣ, маҳсулоти мобайнии заҳрнок, миқёси раванд ва натиҷаҳои LCA якҷоя тасдиқ шаванд, набояд хулосаҳои қатъие ба монанди “арзонтар”, “сабзтар” ё “аз ҷиҳати тиҷоратӣ бартар” бароварда шаванд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Унвони пурраи аслии таҳқиқот: Functionalized biochar–metal oxide nanocomposites for the catalytic degradation of recalcitrant pollutants in wastewater treatment

Муаллифон ва тартиби онҳо: Leena V. Hublikar; K. S. Nivedhitha; Bipin S. Chikkatti; Ashok M. Sajjan; Nagaraj R. Banapurmath; D. Palaniswamy; T. Beena; Pradeep Hegde; Sabin Kumar Mishra; Kartheek Ravulapati.

Ҳаммуаллифи аввал/саҳми баробар: Дар манбаъ изҳорот дар бораи муаллифии аввали баробар мавҷуд нест.

Муаллифи масъул: Leena V. Hublikar.

Муассисаҳо: KLE Technological University, Department of Chemistry ва Centre of Excellence in Material Science, India; Adithya Institute of Technology, India; SRM Institute of Science and Technology, India; Higher Colleges of Technology, Dubai Academic City Campus, United Arab Emirates; Higher Colleges of Technology, Ras Al Khaimah Campus, United Arab Emirates; Collins Aerospace, Cumming, Georgia, USA.

DOI: 10.1039/D5RA07670F

Маҷалла: RSC Advances.

Ношир: Royal Society of Chemistry.

Ҷилд / шумора / саҳифаҳо: Volume 16, Issue 14, 12186–12214.

Навъи манбаъ ва ҳолати баррасии ҳамтоён: Мақолаи баррасишудаи ҳамтоён мебошад. Таҳқиқоти нави таҷрибавӣ, баррасии низомманд ё мета-таҳлил нест.

Санаҳои мақола: Received 8 October 2025; Accepted 26 January 2026; Published 4 March 2026.

Пайванди расмии DOI:https://doi.org/10.1039/D5RA07670F

Пайванди расмии нашр:Саҳифаи мақолаи Royal Society of Chemistry — RSC Advances

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Маблағгузорӣ: Дар манбаъ изҳороти алоҳидаи маблағгузорӣ мавҷуд нест.

Дастрасии маълумот: Муаллифон изҳор мекунанд, ки маълумоти дастгирикунандаи натиҷаҳои таҳқиқот дар дохили мақола мавҷуд аст. Азбаски нашрия баррасӣ мебошад, маҷмӯи нави маълумоти ибтидоии таҷрибавӣ гузориш нашудааст.

Саҳми муаллифон: Leena V. Hublikar, K. S. Nivedhitha ва Bipin S. Chikkatti бо саҳмҳои conceptualization, methodology ва writing—original draft; Ashok M. Sajjan бо resources, supervision ва writing—review & editing; Nagaraj R. Banapurmath бо data curation, project administration ва writing—review & editing; D. Palaniswamy, T. Beena, Pradeep Hegde, Sabin Kumar Mishra ва Kartheek Ravulapati бо conceptualization, methodology ва writing—review & editing номбар шудаанд.

Маҳдудияти методологияи баррасӣ: Пойгоҳҳои маълумот, стратегияи пурраи ҷустуҷӯ, санаҳои ҷустуҷӯ, меъёрҳои дохилкунӣ/хориҷкунӣ, ҷараёни интихоби таҳқиқот ва арзёбии низомманди ғараз гузориш нашудаанд. Гарчанде манбаъ ибораи “systematically discussed”-ро истифода мебарад, сохтори усул таснифи онро ҳамчун баррасии низомманд дастгирӣ намекунад.

Маҳдудияти пайгирӣ: Дар мақола даъвоҳои миқдории самаранокӣ тавассути “AUST Lab Report 2023”, “AUST-2024 internal trials” ва таҳқиқоти махсуси монанди онҳо, ки шиносномаи нашршудаашон равшан нест, оварда шудаанд. Ин арзишҳо ҳамчун далели асосии мақолаи Verianla ё барои графики Live истифода нашудаанд.

Номувофиқати термодинамикӣ: Дар Бахши 5.5-и манбаъ арзиши манфии ΔH° ҳамчун “раванди эндотермӣ” ифода шудааст. Дар бахши дигари ҳамон таҳқиқот ΔH°-и мусбат бо рафтори эндотермӣ алоқаманд карда мешавад. Ин ихтилофи дохилии манбаъ пинҳонӣ ислоҳ нашудааст.

Ёддошти номгузории химиявӣ: Дар рӯйхати ихтисороти манбаъ Fe₃O₄ ҳамчун “Ferric oxide” номгузорӣ шудааст; ҳамон манбаъ ҷуфтҳои редоксии Fe²⁺/Fe³⁺-ро ҳамчун хусусияти ин низом баррасӣ мекунад. Ин номувофиқати истилоҳӣ ҳамон тавре ки дар манбаъ аст, қайд шудааст.

Маҳдудияти якпорчагии истинод: Намунаҳое мавҷуданд, ки байни унвони истинодҳои барои баъзе даъвоҳои миқдорӣ ва техникӣ овардашуда ва даъвое, ки онҳо дастгирӣ мекунанд, мувофиқати равшани мавзӯӣ дида намешавад. Аз ин рӯ, фоизҳои баланди самаранокӣ ва даъвоҳои васеи устуворӣ мувофиқи қувваи далели дохили таҳқиқот бо эҳтиёт пешниҳод шудаанд.

Ҳадди манбаи илмӣ: Механизмҳо, намунаҳои мавод, масоҳатҳои сатҳ, реаксияҳо ва маҳдудиятҳои таҳқиқот дар ин мақолаи Verianla ба баррасии омӯхташуда асос меёбанд. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи шиносномаи библиографӣ, раванди баррасии ҳамтоён, санаи нашр ва иҷозатномаи мақола истифода шудаанд; ба баёни асосии илмӣ аз берун натиҷаи нави таҷрибавӣ илова нашудааст.