Баъзе обҳои партове, ки дар саноати нассоҷӣ, нафту кимиё ва дорусозӣ ба вуҷуд меоянд, метавонанд ҳамзамон миқдори зиёди намак ва ифлоскунандаҳои органикиро дар бар гиранд. Ҳангоми тозакунии чунин об нигоҳ доштани ҳамаи моддаҳои ҳалшуда якҷо на ҳамеша натиҷаи дилхоҳ аст. Хусусан ҷудо кардани пайвастагиҳои органикии арзишманд ё аз нигоҳи муҳити зист мушкилзо, ба монанди рангҳо, аз намакҳо барои истифодаи такрории об, намак ва ҷузъҳои органикӣ муҳим буда метавонад.

Дар ин таҳқиқот олимон молекулаи сеченакаи макросиклии TACA-ро, ки ҳамчун каликсарени дорои гурӯҳҳои функсионалии тетра-альдегид тавсиф мешавад, бо m-фенилендиамин (MPD) пайваст карда, мембранаи нави композитии қабати тунук сохтанд. Ба ҷойи полимеризатсияи анъанавии босуръати байнисатҳӣ усули бо диффузияи самтнок дастгиришаванда бо номи “unidirectional diffusion assisted interfacial polymerization”, ё кӯтоҳ UDIP, истифода шуд. Такягоҳи гидрогелии Kevlar имкон дод, ки MPD бидуни омехта кардани мустақими ду фазаи мономерӣ ба таври назоратшаванда ба TACA расад.

Мембранаи оптимизатсияшудаи TACA_0.5MPD_0.5-3 гузаронандагии обии 63,8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ нишон дод. Дар ҳамон мембрана барои Congo red радкунии %99,6, барои Direct red 23 %99,4, барои Methyl blue %98,9 ва барои Direct yellow 12 %99,0 чен карда шуд, дар ҳоле ки радкунии NaCl танҳо %1,1 буд. Ба ибораи дигар, мембрана молекулаҳои органикии рангро ба дараҷаи зиёд нигоҳ дошта, ба гузаштани ионҳои хурди намак иҷозат дод.

Ҳатто дар шароити шӯрии баланд бо 30 g/L NaCl радкунии Congo red аз %98 боло монд. Дар озмоиши диафилтратсия бо оби партови моделшудаи нассоҷӣ ҳангоми паст нигоҳ доштани талафоти ранг консентратсияи намак коҳиш дода шуд. Муҳаққиқон инчунин хабар доданд, ки дар филтратсияи пайвастаи 48-соата тағйироти назаррас дар гузаронандагӣ ва радкунӣ мушоҳида нашуд ва дар шароити таҳқиқшуда ихроҷи TACA ё MPD муайян нагардид.

Аммо таҳқиқот бо оби партови омехтаи гирифташуда аз корхонаи воқеии нассоҷӣ анҷом дода нашуд. Озмоишҳои асосии ҷудокунӣ бо маҳлулҳои ранг ва намак, ки дар лаборатория омода шудаанд, гузаронида шуданд. Аз ин рӯ, ҳарчанд технология умедбахш менамояд, самаранокии дарозмуддат дар оби партови воқеӣ, ба миқёси калон баровардани истеҳсоли мембрана, идоракунии ҳалкунандаҳо, умри мембрана ва иқтисодиёти иншооти воқеӣ бояд алоҳида тасдиқ шаванд.

Чаро тозакунии оби партови органикии шӯрии баланд душвор аст?

Дар равандҳое чун рангкунии нассоҷӣ дар оби партов танҳо ранги органикӣ мавҷуд нест. Дар консентратсияҳои баланд NaCl, Na₂SO₄ ё ионҳои дигари ғайриорганикӣ низ метавонанд мавҷуд бошанд. Коркарди чунин омехта бо мембранаи классикии нанофилтратсияи зич метавонад боиси нигоҳ доштани ҳам молекулаҳои калони ранг ва ҳам ионҳои хурди намак гардад.

Дар назари аввал радкунии баланди намак метавонад натиҷаи хуб намояд. Аммо агар ҳадаф ҷудо кардани ранг аз намак бошад, ин ҳолат ба нуқсон табдил меёбад. Бо ҷамъ шудани намак дар тарафи ғизодиҳии мембрана фишори осмосӣ баланд мешавад; интиқоли об аз мембрана душвортар мегардад ва раванд метавонад фишори бештар ё оби бештари диафилтратсияро талаб кунад.

Ҳадафи мембрана дар ин таҳқиқот “намакзудоӣ” ба маънои классикӣ нест. Баръакс, ҳадаф нигоҳ доштани молекулаҳои калони органикӣ ва иҷозат додан ба гузаштани ионҳои хурди намак аст. Ин фарқ барои дуруст фаҳмидани таҳқиқот аҳамияти ҳалкунанда дорад: радкунии пасти NaCl дар ин ҷо талафи самаранокӣ нест, балки қисми вазифаи тарҳрезишудаи ҷудокунӣ мебошад.

Макросикл чист?

Молекулаҳои макросиклӣ сохторҳои ҳалқашакл буда, холигиҳои муайяне доранд, ки аз дохили молекула мегузаранд. TACA-и дар таҳқиқот истифодашуда бар сохтори каликс[4]арени дорои гурӯҳҳои функсионалии тетра-альдегид асос ёфтааст.

Молекулаи TACA, бар хилофи мономерҳои ҳамвори классикӣ, геометрияи сеченака, конусшакл ва сахт дорад. Дар манбаъ гуфта мешавад, ки кушодагии васеи болоии молекула тақрибан 10,94 Å ва кушодагии танги поёнӣ тақрибан 3,45 Å аст.

Холигии табиие, ки аз дохили сохтори каликсшакл мегузарад, метавонад пас аз полимеризатсия ба ташаккули роҳҳои молекулавии ба ҳам пайвасти интиқол дар дохили мембрана мусоидат кунад. Гурӯҳҳои гидроксилӣ дар канори поёнии TACA бошад минтақаҳои гидрофилиеро фароҳам меоранд, ки метавонанд бо молекулаҳои об пайванди гидрогенӣ ташкил кунанд.

Чаро TACA бо MPD пайваст карда шуд?

Дар TACA чор гурӯҳи альдегидӣ мавҷуд аст. MPD бошад диамини дорои ду гурӯҳи аминӣ мебошад. Гурӯҳҳои альдегид ва амин метавонанд тавассути реаксияе, ки конденсатсияи асоси Шифф ном дорад, пайваст шуда, пайвандҳои иминӣ ташкил кунанд.

Муҳаққиқон бар онанд, ки гурӯҳҳои альдегидии TACA нисбат ба хлоридҳои асилии хеле реактивӣ, ки дар полимеризатсияи анъанавии байнисатҳӣ истифода мешаванд, реаксияи назоратшаванда медиҳанд. Ин реактивияти мулоимтар ба ҷойи қабати хеле зич ва дорои ҳаҷми озоди хеле кам, сохтани шабакаи полимерии нисбатан кушод, вале пайваста ва интихобиро ҳадаф мегирад.

Шабакаи ҳосилшудаи TACA–MPD танҳо аз холигиҳои тасодуфии байни занҷирҳои полимерӣ иборат нест. Холигиҳои дохилии худи молекулаи TACA низ ба қисми меъмории сӯрохии мембрана табдил меёбанд.

Чаро усули UDIP муҳим аст?

Дар полимеризатсияи классикии байнисатҳӣ ду мономер метавонанд дар сарҳаде, ки фазаи органикӣ ва обӣ мустақиман тамос мегиранд, хеле зуд реаксия кунанд. Вақте реаксия аз ҳад зуд аст, назорати дақиқи интиқоли мономер душвор шуда, қабатҳои интихобии хеле зич ё номуназзам ба вуҷуд омада метавонанд.

Дар ин таҳқиқот муҳаққиқон байни ду фаза такягоҳи гидрогелии Kevlar ҷойгир карданд. TACA бинобар хусусияти гидрофобӣ ва андозаи калони молекулавӣ асосан дар тарафи фазаи органикӣ монд, дар ҳоле ки MPD аз тарафи обӣ тавассути гидрогел ба таври назоратшаванда ба сӯи интерфейс диффузия кард.

Ин диффузияи самтнок UDIP номида шуд. Гидрогел ҳамзамон ҳамчун захирагоҳ барои мономери обӣ ва ҳамчун “реактори байнисатҳӣ”-и устувортар барои полимеризатсия хизмат кард.

Мембрана чӣ гуна истеҳсол шуд?

Барои омода кардани такягоҳи гидрогелии Kevlar, 1,2 g нахи Kevlar, 1,2 g KOH, 1,2 mL об ва 60 mL DMSO дар ҳарорати хона 24 соат омехта карда шуданд. Маҳлули ҳосилшуда барои хориҷ кардани ҳубобҳои ҳаво ва таҳшинҳо центрифуга шуда, бо ғафсии 250 µm рӯйи матои нобофта пӯшонида шуд ва дар ваннаи оби деионизатсияшудаи 26 °C бо инверсияи фаза гидрогел ташкил гардид.

Барои мембранаи TACA–MPD гидрогел байни ду бахши ҳуҷайраи диффузия ҷойгир карда шуд. Ба як тараф фазаи обии дорои MPD ва ба тарафи дигар фазаи дихлорметании дорои TACA гузошта шуд.

Муҳаққиқон бо тағйир додани консентратсияи TACA дар 0,4–0,7 mM, консентратсияи MPD дар 0,25–1,0 mM ва вақти реаксия дар 1–7 соат мембранаҳои гуногун омода карданд.

Бар асоси тавозуни байни гузаронандагии об ва радкунии ранг, 0,5 mM TACA, 0,5 mM MPD ва шароити реаксияи 3-соата ҳамчун оптималӣ интихоб шуданд. Ин мембрана TACA_0.5MPD_0.5-3 номгузорӣ шуд.

Оё полимеризатсияи тӯлонитар ҳамеша беҳтар аст?

Не. Таҳқиқот тавозуни классикии гузаронандагӣ–интихобиятро дар тарҳи мембрана равшан нишон медиҳад. Бо зиёд шудани вақти реаксия ва консентратсияи мономер қабати интихобӣ ғафстар ва бештар пайванди салибӣ пайдо мекунад.

Дар натиҷа радкунии ранг зиёд, вале гузаронандагии об кам мешавад. Ҳангоми консентратсияи аз ҳад баланди TACA полимеризатсия метавонад хеле шадид шуда, ба пайдоиши чин ва тарқишҳо дар сатҳ оварда расонад.

Аз ин рӯ, мембранаи оптималӣ қабати аз ҳама зичи имконпазир нест; балки шабакаи назоратшавандаест, ки ҳангоми таъмин кардани радкунии кофии ранг ба интиқоли об ва намак муқовимати паст нишон медиҳад.

Наноплёнка то чӣ андоза тунук аст?

Наноплёнкаи TACA_0.5MPD_0.5-3, ки дар интерфейси озоди об–фазаи органикӣ ташкил шудааст, тибқи ченкунии AFM ғафсии тақрибан 12 nm дорад. Гуфта шудааст, ки бо тағйир додани вақти реаксия ғафсии плёнкаи озодро дар ҳудуди тақрибан 8–22 nm идора кардан мумкин аст.

Сохтори композитии қабати тунук, ки бо UDIP рӯйи гидрогели Kevlar сохта шуд, ғафсии қабати интихобии тақрибан 90 ± 5 nm нишон дод. Тағйир ёфтани рафтори self-assembly-и TACA ва диффузияи MPD дар муҳити гидрогел бо ташаккули қабати ғафстар, вале назоратшаванда алоқаманд дониста шудааст.

Сӯрохҳои мембрана чӣ андоза доранд?

Дар тавсиф бо молекулаҳои полиэтиленгликол барои мембранаи TACA_0.5MPD_0.5-3 ҳадди буриши массаи молекулавӣ тақрибан 11.480 g/mol ва диаметри миёнаи сӯрохҳо тақрибан 3,4 nm ҳисоб карда шуд.

Ин арзишҳо нишон медиҳанд, ки мембрана нисбат ба сохтори классикии хеле зичи нанофилтратсия кушодтар аст. Молекулаҳои калони ранг ва агрегатҳое, ки онҳо метавонанд дар об ташкил кунанд, нигоҳ дошта мешаванд, дар ҳоле ки ионҳои хурди гидратшудаи намак аз ин шабакаи кушодтар гузашта метавонанд.

Ранг бо кадом механизмҳо нигоҳ дошта мешавад?

Манбаъ радкунии рангро бо як механизми ягона шарҳ намедиҳад. Се таъсир якҷо муҳиманд:

• Истисно аз рӯйи андоза: Молекулаҳои калони ранг ва агрегатҳои ранг аз сӯрохҳои мембрана бо душворӣ мегузаранд.
• Тела додани электростатикӣ: Мембранаи TACA–MPD дар доираи васеи pH заряди манфии сатҳӣ нишон медиҳад. Рангҳои манфизаряд аз холигиҳои аз электрон бойи TACA ва сатҳи мембрана тела дода мешаванд.
• Агрегатсияи ранг: Молекулаҳои ароматии ранг метавонанд тавассути таъсирҳои гидрофобӣ ва π–π агрегатҳои калонтар ташкил кунанд; ин диффузияи онҳоро дар дохили мембрана боз ҳам кам мекунад.

Маҷмӯи ин механизмҳо кӯмак мекунад фаҳмонем, ки чӣ гуна мембранае, ки сӯрохҳояш барои гузаштани ионҳои намак кофӣ кушодаанд, ҳамзамон метавонад молекулаҳои рангро бо дараҷаи баланд нигоҳ дорад.

Чаро об ин қадар зуд интиқол ёфта метавонад?

Меъмории молекулавии TACA чунин шарҳ дода мешавад, ки метавонад ду роҳи гуногуни обро ташкил кунад. Роҳи аввал минтақаҳои гидрофилии вобаста ба гурӯҳҳои гидроксил ва имин дар беруни молекула аст. Роҳи дуюм холигии дохилии гидрофобии TACA мебошад.

Дар назари аввал муфид будани канали гидрофобӣ барои об зиддиятнок менамояд. Тибқи моделсозии молекулавӣ, азбаски об бо девори гидрофобӣ танҳо таъсири заиф дорад, соиш дар дохили канал метавонад паст бошад. Гурӯҳҳои гидроксилӣ дар канори поёнии TACA метавонанд тавассути пайванди гидрогенӣ минтақаҳое ташкил кунанд, ки обро ба сӯи баромади холигӣ мекашанд.

Ҳисобҳои DFT нишон доданд, ки интиқоли об тавассути ин холигии дохилӣ аз ҷиҳати энергетикӣ имконпазир аст; потенсиали ҳисобшудаи таъсири мутақобилаи об ва воҳиди сохторӣ тақрибан аз −0,024 то −0,562 eV тағйир ёфтааст.

Бо вуҷуди ин, муаллифон равшан мегӯянд, ки ин таҳқиқот муайян накардааст, роҳҳои гидрофилӣ ва гидрофобӣ ба интиқоли умумии об бо кадом таносуб саҳм мегузоранд ва ин механизмест, ки бояд дар оянда таҳқиқ шавад.

Симулятсияҳои динамикаи молекулавӣ чӣ нишон доданд?

Дар симулятсияҳои динамикаи молекулавӣ бо истифода аз моделҳои воқеии шабакаи TACA–MPD тақсимоти холигиҳои пайваст ва нопайваст таҳқиқ шуд. Маълум гардид, ки сохтори шабака дорои ҳаҷмҳои озоди пайваст аст, ки барои интиқоли молекулаҳои хурд ва ионҳо мувофиқанд.

Дар симулятсияе, ки молекулаҳои Congo red ва Methyl blue ҳамроҳ бо Na⁺, Cl⁻, ва SO₄²⁻ ионҳо якҷо моделсозӣ шуданд, мушоҳида гардид, ки молекулаҳои ранг дар сатҳи мембрана нигоҳ дошта мешаванд, дар ҳоле ки ионҳои намак дар давоми 50 ns ба тарафи дигари мембрана гузашта метавонанд.

Ин ҳисобҳо шарҳи физикии натиҷаҳои таҷрибавии радкуниро дар сатҳи молекулавӣ дастгирӣ мекунанд; аммо натиҷаҳои симулятсия тамоми мураккабии оби партови воқеии саноатиро ифода намекунанд.

Муҳимтарин натиҷаи самаранокӣ чист?

Барои мембранаи TACA_0.5MPD_0.5-3 гузаронандагии об 63,8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ гузориш шудааст.

Арзишҳои радкунӣ дар маҳлулҳои як ифлоскунандаи 100 ppm чунинанд:

Фарқи калон дастоварди асосии таҳқиқотро ҷамъбаст мекунад. Мембрана аксари молекулаҳои калони рангро дар сатҳи тақрибан %99 нигоҳ дошта, қариб ҳамаи NaCl-ро мегузаронад.

Ҳангоми 30 g/L намак чӣ рӯй дод?

Мембрана дар омехтаҳои Congo red ва NaCl бо консентратсияҳои NaCl аз 1–30 g/L озмоиш карда шуд.

Бо зиёд шудани консентратсияи намак радкунии NaCl аз %12,1 то %0,5 коҳиш ёфт. Дар муқобил, радкунии Congo red дар тамоми диапазон аз %98 боло монд ва тағйирот аз як банди фоизӣ камтар буд.

Ин натиҷа муҳим аст, зеро қувваи баланди ионӣ метавонад заряди сатҳии мембранаро пӯшонад ва рафтори молекулаҳои рангро тағйир диҳад. Бо вуҷуди ин, ҷудошавии молекулаи калони органикӣ аз иони хурди намак асосан нигоҳ дошта шуд.

Озмоиши диафилтратсия чӣ гуна гузаронида шуд?

Муҳаққиқон ба ҷойи оби партови воқеии фабрика оби партови моделшудаи нассоҷӣ бо 200 ppm Congo red ва 30 g/L NaCl, дар ҳаҷми 500 mL, омода карданд.

Мембрана зери фишори 2 bar кор карда шуд. Вақте ҳаҷми ғизодиҳӣ ба 250 mL расид, ба система боз 250 mL оби деионизатсияшуда илова карда шуд. Ин давраи тунуксозӣ ва филтратсия то он даме такрор шуд, ки консентратсияи NaCl дар ғизодиҳӣ аз 0,5 g/L паст шуд.

Дар тамоми диафилтратсия радкунии Congo red тақрибан дар сатҳи %98 нигоҳ дошта шуд. Ҳамин тавр, ҳангоми гузаштани намак ба тарафи пермеат ранг дар тарафи ғизодиҳӣ консентратсия шуд.

Муқоисаи об ва энергия чӣ нишон дод?

Тибқи манбаъ, барои то поёнтар аз 0,5 g/L кам кардани консентратсияи NaCl дар системаи TACA–MPD дар маҷмӯъ 1750 mL оби иловагӣ истифода шуд.

Дар муқоисаи Supplementary Table 4-и таҳқиқот, масрафи энергия барои диафилтратсияи TACA–MPD 131 kWh/m³, ва барои мембранаи тиҷоратии NF270 228 kWh/m³ нишон дода шудааст.

Ин арзишҳо набояд ҳамчун муқоисаи умумии масрафи энергияи саноатӣ тафсир шаванд. Онҳо ба сенарияи муайяни лаборатории диафилтратсия ва чаҳорчӯбаи ҳисобии истифодашуда дар таҳқиқот тааллуқ доранд. Барои насосҳои иншооти воқеӣ, пештозакунӣ, шустан, истеҳсоли ҳалкунанда, истеҳсоли мембрана ва таҷҳизоти ёрирасон таҳлили пурраи энергияи давраи ҳаёт гузаронида нашудааст.

Кори 48-соата чӣ нишон дод?

Устувории филтратсияи пайвастаи мембрана дар маҳлули омехтаи дорои 100 ppm Congo red ва 1 g/L NaCl зери фишори 2 bar барои 48 соат санҷида шуд.

Дар ин муддат тағйироти назаррас дар гузаронандагӣ ва радкунӣ гузориш нашуд. Дар тасвирҳои SEM пас аз озмоиш ҷамъшавии маҳдуди ранг дида шуд, дар ҳоле ки спектрҳои FTIR пеш ва пас аз раванд асосан ҳампӯш буданд.

Ин натиҷа устувории сохтории кӯтоҳ–миёнамуддатро дар шароити лабораторӣ дастгирӣ мекунад. Аммо озмоиши 48-соата ҷойгузини умри мембранаи саноатие нест, ки моҳҳо ё солҳо кор мекунад.

Оё TACA ё MPD аз мембрана ихроҷ шуд?

Муҳаққиқон ихроҷи эҳтимолии мономерро бо спектроскопияи UV–Vis ҳам дар нигоҳдории дарозмуддати статикӣ ва ҳам дар шароити филтратсияи динамикӣ арзёбӣ карданд.

Гузориш шуд, ки дар ҳудуди ошкорсозии озмоишҳо ихроҷи TACA ё MPD муайян нашуд. Ин натиҷа якпорчагии кимиёвии шабакаи полииминии омодашударо дар шароити лаборатории санҷидашуда дастгирӣ мекунад.

Аммо ибораи “муайян нашуд” маънои онро надорад, ки дар ҳама консентратсияҳо ихроҷ мутлақан сифр буд; он танҳо нишон медиҳад, ки дар ҳудуди ошкорсозии усули таҳлилӣ ва давраи озмоиш ихроҷи ченшаванда мушоҳида нашуд.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

• Меъмории нави мембранаи макросиклӣ ба таври таҷрибавӣ сохта шудааст.
• Механизми истеҳсол бо SEM, TEM, AFM, FTIR, XPS ва дигар усулҳои тавсифӣ таҳқиқ шудааст.
• Консентратсияи мономер ва вақти реаксия ба таври низомнок тағйир дода шудаанд.
• Тавозуни самаранокӣ байни гузаронандагии об ва радкунии ранг арзёбӣ шудааст.
• Якчанд ранг ва ду намаки гуногун озмоиш шудаанд.
• Таъсири шӯрии баланд дар диапазони 1–30 g/L NaCl таҳқиқ шудааст.
• Дар оби партови моделшудаи нассоҷии шӯрии баланд диафилтратсия татбиқ шудааст.
• Кори пайвастаи 48-соата ва ихроҷи мономер санҷида шудаанд.
• DFT ва симулятсияҳои динамикаи молекулавӣ барои пайвастани натиҷаҳои таҷрибавӣ бо механизми молекулавӣ истифода шудаанд.

Нуктаҳое, ки таҳқиқот исбот накардааст

• Ҳамин самаранокӣ дар оби партови воқеии корхонаи нассоҷӣ нишон дода нашудааст.
• Таъсири дарозмуддати моддаҳои сатҳфаъол, равғанҳо, металлҳои вазнин, моддаҳои сахти муаллақ ва моддаҳои мураккаби органикӣ дар оби партов тасдиқ нашудааст.
• Озмоиши 48-соата умри чандмоҳа ё чандсолаи мембранаро нишон намедиҳад.
• Модули мембранаи пилотӣ ё пуррамиқёс кор фармуда нашудааст.
• Арзиши истеҳсоли TACA дар миқёси килограмм ё тонна арзёбӣ нашудааст.
• Барқарорсозии ҳалкунандаҳо дар миқёси калон барои дихлорметан ва дигар кимиёвии истеҳсолӣ ва бори экологии онҳо таҳлил нашудааст.
• Таҳлили пурраи технико-иқтисодӣ ё арзёбии давраи ҳаёт анҷом дода нашудааст.
• Саҳми миқдории холигиҳои макросиклӣ ба интиқоли умумии об ҳанӯз дақиқ нашудааст.
• Мембрана барои ҳамаи намудҳои оби партови органикии шӯрии баланд тасдиқ нашудааст.

Ин барои Туркия чӣ маъно дорад?

Дар Туркия идоракунии обҳои партови рангаи дорои намак дар равандҳои рангкунӣ ва пардоздиҳии нассоҷӣ масъалаи муҳими муҳандисӣ мебошад. Ғояи асосии ин таҳқиқот истифодаи мембранаест, ки ба ҷойи якҷо консентратсия кардани ранг ва намак онҳоро ба таври интихобӣ аз ҳам ҷудо карда метавонад.

Чунин ҷудокунӣ аз ҷиҳати назариявӣ метавонад ба идоракунии ҷудогонаи консентрати ранг, барқароркунии намак ё оби равандӣ дар шароити муайян ва кам кардани бор дар баъзе марҳилаҳои системаҳои ихроҷи сифрии моеъ мусоидат кунад.

Аммо дар обҳои партови воқеии нассоҷии Туркия дар баробари гузаронандагии баланди барқӣ ионҳои сахтӣ, кимиёвии ёрирасон, моддаҳои сатҳфаъол, омехтаҳои гуногуни ранг, COD ва моддаҳои сахти муаллақ мавҷуд буда метавонанд. Аз ин рӯ, технология то пеш аз тасдиқ дар миқёси пилотӣ бо оби партови воқеии маҳаллӣ набояд ҳамчун ҳалли мустақими саноатӣ арзёбӣ шавад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Мембранаи оптимизатсияшуда

Озмоиши самаранокии мембрана

Озмоишҳои филтратсия дар системаи ҷараёни салибӣ бо масоҳати фаъоли 7,1 cm² гузаронида шуданд. Мембрана аввал зери 2 bar оби деионизатсияшуда 30 дақиқа фишурда шуда, ба ҳолати устувор оварда шуд. Озмоишҳои самаранокии яккомпонентӣ баъдан зери 1 bar анҷом дода шуданд.

Гузаронандагии об бо муодилаи зерин ҳисоб карда шуд:

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

Дар ин ҷо \(V\) ҳаҷми пермеат, \(A\) масоҳати фаъоли мембрана, \(\Delta t\) вақти кор ва \(\Delta P\) фарқи фишори трансмембранӣ мебошад.

Радкунии як ҷузъ аз ҷониби мембрана бошад:

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

бо ин муносибат ҳисоб карда шуд. \(C_P\) консентратсия дар пермеат ва \(C_F\) консентратсия дар ғизодиҳӣ мебошад.

Озмоиши шӯрии баланд

Шароити диафилтратсия

Муқоисаи энергия

Ин муқоиса танҳо ба сенарияи диафилтратсияи муайянкардаи таҳқиқот дахл дорад; он таҳлили пурраи энергетикӣ ё иқтисодии давраи ҳаёт дар миқёси иншоот нест.

Озмоиши устуворӣ

Омехтаи дорои 100 ppm Congo red ва 1 g/L NaCl зери фишори 2 bar барои 48 соат филтр карда шуд. Манбаъ дар ин муддат тағйироти ночиз дар гузаронандагӣ ва самаранокии радкуниро гузориш медиҳад.

Таҳлили SEM ба ҷамъшавии маҳдуди ранг дар сатҳи мембрана ва таҳлили FTIR ба нигоҳ доштани асосии сохтори кимиёвӣ пеш ва пас аз раванд ишора кардааст.

Натиҷаи асосии моделсозии молекулавӣ

Ҳисобҳои DFT ва MD дастгирӣ мекунанд, ки холигиҳои дохилии TACA метавонанд ба интиқоли об саҳм гузоранд ва ҳаҷмҳои озоди пайваст барои об ва ионҳои намак роҳҳои муқовиматашон паст фароҳам меоранд.

Дар симулятсияҳои динамикаи молекулавии 50 ns, дар ҳоле ки Congo red ва Methyl blue аз ҷониби мембрана асосан боздошта шуданд, Na⁺, Cl⁻, ва SO₄²⁻ ионҳо тавассути шабакаи мембрана ба бахши муқобил интиқол ёфтанд.

Механизми асосие, ки натиҷаҳои таҷрибавӣ ва ҳисобӣ якҷо нишон медиҳанд, чунин аст: об ва ионҳои хурд метавонанд аз холигиҳои макросиклӣ ва ҳаҷмҳои озоди шабакаи пайванди салибӣ гузаранд, дар ҳоле ки молекулаҳои калони ранг бо сабаби андоза, агрегация ва таъсирҳои электростатикӣ нигоҳ дошта мешаванд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Macrocycle-assembled membranes for high-salinity organic wastewater treatment

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

Муаллифони саҳми баробар: Yizhuo Li ва Yanghua Duan.

Муаллифони масъул: Yatao Zhang, Junyong Zhu ва Menachem Elimelech.

Муассисаҳо: Zhengzhou University, Чин; Rice University, ИМА; The University of Queensland, Австралия; KU Leuven, Белгия.

Маҷалла: Nature Communications.

Ношир: Springer Nature.

Ҷилд / рақами мақола: 17, Article 1731.

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

Пайванди расмӣ:https://doi.org/10.1038/s41467-026-68430-3

Санаи қабул барои баррасӣ: 27 июни 2025.

Санаи қабул: 7 январи 2026.

Санаи нашри расмӣ: 17 январи 2026.

Санаи Version of Record: 17 феврали 2026.

Вазъи манбаъ ва баррасии ҳамтоён: PDF-и боршуда “Article in Press” ва версияи дастрасии барвақти пеш аз таҳрири ниҳоӣ мебошад, ки Nature Communications нашр кардааст. Ҳангоми санҷиши библиографӣ тасдиқ шуд, ки версияи ниҳоии Version of Record бо ҳамон DOI нашр шудааст. Таҳқиқот аз баррасии ҳамтоён гузаштааст ва дар саҳифаи расмии нашр файли баррасии ҳамтоён мавҷуд аст.

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

Маблағгузорӣ: Дар манбаи боршуда таҳқиқот бо гранти рақами 92475120 дар доираи National Natural Science Foundation of China Major Research Plan ва гранти рақами 252300421182 дар доираи Henan Scientific Committee Outstanding Youth Fund алоқаманд карда шудааст.

Дастрасии маълумот: Муаллифон изҳор доштаанд, ки маълумоти дастгиркунандаи натиҷаҳои таҳқиқот дар мақола ва файлҳои иттилооти иловагӣ мавҷуд аст ё онҳоро аз муаллифони масъул дархост кардан мумкин аст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор доштаанд, ки манфиатҳои рақобаткунанда надоранд.

Саҳми муаллифон: Junyong Zhu ғояи таҳқиқотро таҳия карда, таҷрибаҳоро тарҳрезӣ кардааст. Yizhuo Li ва Jingsi Yuan синтези мавод, тавсиф ва озмоишҳои самаранокиро анҷом додаанд. Yizhuo Li, Yanghua Duan, Lei Ge, Xiang Zhang, Yatao Zhang ва Jingwei Hou ба таҳлили маълумот саҳм гузоштаанд. Yizhuo Li, Yanghua Duan, Bart Van der Bruggen, Junyong Zhu ва Menachem Elimelech дар навиштани мақола саҳм гузоштаанд.

Доираи мундариҷаи илмӣ: Натиҷаҳои таҷрибавӣ, арзишҳои ададии самаранокӣ, ҷузъиёти усул ва тафсирҳои механизмӣ дар ин мақолаи Verianla ба версияи манбаи 32-саҳифагии боршуда асос ёфтаанд. Санҷиши беруна на барои тағйир додани натиҷаҳои илмӣ, балки барои тасдиқи вазъи ҷории библиографии нашри мақола истифода шудааст.

Маҳдудияти асосии методологӣ: Озмоишҳои ҷудокунии ранг/намак ва диафилтратсия бо маҳлулҳои дар миқёси лабораторӣ омодашуда ва оби партови моделшудаи нассоҷӣ гузаронида шудаанд. Оби партови воқеии саноатӣ, модули дарозмуддати пилотии мембрана, васеъкунии миқёси истеҳсол ва таҳлили пурраи технико-иқтисодӣ/давраи ҳаёт пешниҳод нашудаанд.

Маҳдудияти устуворӣ: Озмоиши филтратсияи пайваста, ки дар манбаъ ҳамчун “long-term” тавсиф шудааст, 48 соат аст. Ин натиҷа устувориро дар миқёси лабораторӣ дастгирӣ мекунад, вале умри мембранаи тиҷоратиро исбот намекунад.

Маҳдудияти механизм: Таҳқиқот натиҷаҳои DFT/MD-ро пешниҳод мекунад, ки ду роҳи интиқоли обро тавассути роҳҳои гидрофилии сатҳӣ ва холигиҳои дохилии гидрофобии TACA дастгирӣ мекунанд. Аммо муаллифон равшан мегӯянд, ки саҳмҳои ҷудогонаи миқдории ин роҳҳо ба интиқоли умумии об берун аз доираи ин таҳқиқот мебошанд.