Ин таҳқиқот усули ултрафилтратсияи тақвиятёфта бо мицелла (Micellar-Enhanced Ultrafiltration, MEUF)-ро барои хориҷ кардани яке аз металлҳои вазнини заҳрнок — кадмий (Cd²⁺) — аз об ба таври таҷрибавӣ меомӯзад. Дар система ҳамчун моддаи сатҳфаъоли анионӣ натрий додесилсулфат (SDS) ва ҳамчун монеаи ҷудокунӣ мембранаи ултрафилтратсионии ҳамвори полиэфирсулфон (PES) бо ҳадди буриши массаи молекулавии 30 kDa истифода шудааст.
Ғояи асосии равиши MEUF аз он иборат аст, ки ионҳои ҳалшудаи Cd²⁺, ки барои нигоҳ доштани мустақим аз ҷониби мембранаи ултрафилтратсионӣ хеле хурданд, тавассути SDS ба сохторҳои мураккаби калонтар пайваст карда шаванд. Вақте ки SDS ба консентратсияи кофӣ мерасад, мицеллаҳо ҳосил мешаванд. Сатҳи манфизаряди мицелла имкон медиҳад, ки ионҳои мусбати Cd²⁺ пайваст шаванд; сохторҳои ҳосилшудаи металл–мицелла метавонанд ба ҷои гузаштан аз мембранаи 30 kDa PES дар тарафи ретентат нигоҳ дошта шаванд.
Муҳаққиқон дар шароити таҷрибавӣ консентратсияи критикии мицеллаи SDS-ро бо чен кардани ноқилияти барқӣ 8,14 mmol/L муайян карданд. Дар маҳлули дорои 50 mg/L Cd²⁺, вақте SDS истифода нашуд, мембранаи ултрафилтратсионӣ тақрибан %30,88 ± 10,8 хориҷкуниро таъмин кард. Ҳангоми зиёд кардани миқдори SDS то 0,5 CMC, хориҷкунӣ ба %96,77 ± 0,03, дар 1 CMC ба %99,44 ± 0,68 ва дар 1,5 CMC ба тақрибан %99,76 расид.
Аммо истифодаи бештар аз SDS танҳо бартарӣ надод. Ҷараёни оби тоза 234,44 ± 1,43 L m−2 h−1 буд, дар ҳоле ки дар маҳлули Cd²⁺ бе SDS он 229,25 ± 2,43 L m−2 h−1 чен шуд. Ҷараён дар 0,5 CMC то 170,86 ± 3,04; дар 1 CMC то 168,29 ± 1,51 ва дар 1,5 CMC то 159,25 ± 1,60 L m−2 h−1 коҳиш ёфт. Аз ин рӯ, бо сабаби мувозинат байни хориҷкунӣ ва ҷараёни мембрана, 1 CMC дар таҳқиқот ҳамчун консентратсияи оптималии SDS интихоб шуд.
Системаи MEUF дар доираи pH 3–9 хориҷкунии нисбатан устувори Cd²⁺-ро нишон дод. Хориҷкунӣ дар pH 3 %98,78 ± 0,28, дар pH 5 %99,23 ± 0,63, дар pH 7 %99,28 ± 0,14 ва дар pH 9 %99,32 ± 0,09 чен карда шуд. Бо вуҷуди ин, мавҷудияти NaNO₃ дар маҳлул самаранокиро ба таври назаррас коҳиш дод: хориҷкунӣ, ки дар 0,01 mol/L NaNO₃ %98,84 буд, дар 0,03 mol/L ба %90,44 ва дар 0,05 mol/L ба %78,12 паст шуд.
Яке аз ҷанбаҳои муҳими таҳқиқот он аст, ки система танҳо бо озмоишҳои кӯтоҳи чорсоата арзёбӣ нашудааст. Дар озмоиши пайвастаи 40-соата, ки дар шароити 50 mg/L Cd²⁺ ва 1 CMC SDS гузаронида шуд, ҷараёни пермеат дар маҷмӯъ устувор монд ва хориҷкунии Cd²⁺ тақрибан дар доираи %98,5–99,9 нигоҳ дошта шуд. Гарчанде ки дар тасвирҳои SEM/EDS пас аз 40 соат қабатҳои тунук ва фосиладори сатҳӣ дида шуданд, барқарор шудани зиёда аз %95 ҷараёни оби тоза пас аз тозакунӣ нишон дод, ки ифлосшавӣ дар шароити таҳқиқот асосан маҳдуд ва баргардонанда будааст.
Шарҳ аз нуқтаи назари Туркия: Барои тозакунии ҷараёнҳои обии саноатӣ аз соҳаҳои рӯйпӯшкунии металл, коркарди металл, пигмент, батарея ва соҳаҳои монанд, ки метавонанд кадмий дошта бошанд, MEUF усули арзандаи таҳқиқ аст. Аммо ин таҳқиқот оби воқеии партови саноатии Туркия ё партови воқеии корхонаро наомӯхтааст. Хусусан муҳим аст, ки Na⁺ ва дигар ионҳои рақобаткунанда дар оби воқеии партов метавонанд, тавре ки дар таҳқиқот дида шуд, пайвастшавии Cd²⁺-ро кам кунанд. Барои татбиқ дар Туркия озмоиши пилотӣ бо матритсаи воқеии оби партов, барқарорсозӣ ё безараргардонии SDS, ифлосшавии мембрана, идоракунии ҷараёни консентратии металлӣ ва иқтисодиёти раванд бояд алоҳида таҳқиқ шаванд.
Чаро хориҷ кардани кадмий бо ултрафилтратсия душвор аст?
Мембранаҳои ултрафилтратсионӣ одатан барои ҷудо кардани макромолекулаҳо ва сохторҳои коллоидӣ мувофиқанд. Ионҳои металлӣ ба монанди Cd²⁺ дар ҳолати ҳалшуда худ аз худ ба қадри кофӣ хурданд, ки аз сӯрохҳои мембрана гузаранд. Усули MEUF кӯшиш мекунад ин мушкилоти асосиро на бо филтркунии мустақими иони металлӣ, балки бо пайваст кардани он аввал ба сохтори интиқолдиҳандаи калонтар ҳал кунад.
Дар ин таҳқиқот SDS вазифаи интиқолдиҳандаро иҷро мекунад. SDS дар муҳити обӣ дар консентратсияи паст асосан ҳамчун молекулаҳои ҷудогонаи моддаи сатҳфаъол мавҷуд аст, аммо пас аз расидан ба консентратсияи муайян худташкил шуда, мицеллаҳо ҳосил мекунад. Ин ҳад консентратсияи критикии мицелла (CMC) номида мешавад.
CMC чӣ гуна муайян карда шуд?
Муҳаққиқон ҳангоми зиёд кардани консентратсияи SDS ноқилияти барқии маҳлулро чен карданд. Аз сабаби ҳаракатнокии ионии мономерҳои SDS, дар зери CMC ноқилият тезтар меафзояд, дар ҳоле ки бо оғоз шудани ташаккули мицеллаҳо тағйири нишебии хат интизор меравад.
Нуқтаи буриши ду минтақаи хаттӣ дар графики ноқилият–консентратсия:
CMC = 8,14 mmol/L
муайян карда шуд.
Таҳқиқот махсус таъкид мекунад, ки ин қимат барои маҳлули тозаи SDS эътибор дорад. Мавҷудияти Cd²⁺ ё электролитҳои дигар метавонад таъсири мутақобилаи электростатикии байни гурӯҳҳои сари иониро тағйир дода, CMC-и самаранокро паст кунад.
Системаи таҷрибавӣ чӣ гуна сохта шуд?
Озмоишҳои филтратсия бо системаи мембранавии CF042D Sterlitech гузаронида шуданд. Мембранаи истифодашуда PES-и ҳамвор буд ва масоҳати кории он 0,004209 m²-ро ташкил медод. Ҳадди буриши массаи молекулавӣ 30 kDa нишон дода шудааст.
| Параметри таҷриба | Қимат |
|---|---|
| Мембрана | Полиэфирсулфон (PES) |
| MWCO | 30 kDa |
| Масоҳати фаъоли мембрана | 0,004209 m² |
| Фишори трансмембранавӣ | Тақрибан 413,5–413,7 kPa (60 psi) |
| Суръати ҷараёни ғизодиҳӣ | 1,6 GPM |
| Ҳарорати таҷриба | Тақрибан 25 °C |
| Манбаи Cd²⁺ | Cd(NO₃)₂·4H₂O, %99 тозагӣ |
| Моддаи сатҳфаъол | SDS, %99 тозагӣ |
| Озмоиши стандартии кӯтоҳ | 4 соат |
| Озмоиши дарозмуддат | 40 соат |
| Такрори таҷриба | Ду такрор |
Мембранаи нав аввал панҷ дақиқа дар оби деионизатсияшуда нигоҳ дошта шуда, сипас бо оби тоза кор карда шуд, то ҷараён устувор гардад. Маҳлули ғизодиҳӣ бо илова кардани миқдори ҳисобшудаи Cd²⁺ ва ҳангоми зарурат SDS ба оби деионизатсияшуда омода гардид. Дар ҳоле ки ретентат ба зарфи ғизодиҳӣ баргардонда мешуд, пермеат дар системаи тарозу пайваста назорат карда мешуд.
Хориҷкунӣ ва ҷараён чӣ гуна ҳисоб карда шуданд?
Консентратсияҳои Cd²⁺ бо истифода аз Спектрометри Абсорбсияи Атомии Agilent 3510 (AAS) чен карда шуданд. Фоизи хориҷкунӣ бо муодилаи:
\[ R(\%)=\left[1-\left(\frac{C_p}{C_f}\right)\right]\times100 \]
ҳисоб карда шуд. Дар ин ҷо \(C_p\) консентратсияи Cd²⁺ дар пермеат ва \(C_f\) консентратсияи он дар маҳлули ғизодиҳӣ мебошад.
Ҷараёни мембрана бошад, бо муносибати:
\[ J=\frac{V}{tA} \]
ҳисоб карда шуд. \(J\) ҷараёни пермеат, \(V\) ҳаҷми моеъи гузашта, \(t\) вақти раванд ва \(A\) масоҳати фаъоли мембранаро ифода мекунад.
Чаро ултрафилтратсия танҳо тақрибан %31 Cd²⁺-ро нигоҳ дошт?
Дар таҷрибаи бе SDS аз 50 mg/L Cd²⁺ %30,88 ± 10,8 дар мембрана нигоҳ дошта шуд. Таҳқиқот инро бо ду механизми асосӣ шарҳ медиҳад: таъсири мустақими ионҳои Cd²⁺ бо сатҳ ё сӯрохҳои мембрана ва поляризатсияи консентратсионӣ.
Дар поляризатсияи консентратсионӣ моддаҳои ҳалшуда дар наздикии сатҳи мембрана ҷамъ мешаванд ва қабате бо консентратсияи маҳаллии аз маҳлули асосӣ баландтар ташкил медиҳанд. Ин қабат метавонад ба интиқоли масса муқовимати иловагӣ эҷод кунад ва гузариши озоди ионҳоро кам намояд.
Чаро баъд аз илова кардани SDS хориҷкунӣ якбора баланд шуд?
Дар шароити 50 mg/L Cd²⁺ зиёд кардани SDS хориҷкуниро хеле қавӣ тағйир дод:
Ҳатто дар сатҳи 0,5 CMC ба %96,77 хориҷкунӣ расидан махсусан ҷолиб аст, зеро нисбат ба маҳлули тозаи SDS ин консентратсия аз CMC пасттар аст ва дар фазаи асосӣ ташаккули шадиди мицелла интизор намеравад.
Муаллифон барои ин рафтор ду механизм пешниҳод мекунанд. Аввал, мавҷудияти катионҳо ба монанди Cd²⁺ метавонад телакашии электростатикии байни гурӯҳҳои сари SDS-ро кам карда, боиси паст шудани CMC дар системаи воқеӣ нисбат ба қимати 8,14 mmol/L дар маҳлули тозаи SDS гардад.
Механизми дуюм поляризатсияи консентратсионӣ дар сатҳи мембрана мебошад. Ҳатто агар SDS дар маҳлули асосӣ 0,5 CMC бошад, дар сатҳи мембрана ҷамъ шуда, консентратсияи маҳаллиро то сатҳи зарурӣ барои ташаккули мицелла баланд карда метавонад. Бо ҷамъ шудани молекулаҳои SDS дар сатҳи мембрана, ҳемимицеллаҳо ва агрегатҳои калонтар ҳосил шуда, Cd²⁺ нигоҳ дошта мешавад.
Чаро ба ҷои 1,5 CMC, 1 CMC оптималӣ интихоб шуд?
Аз ҷиҳати хориҷкунӣ фарқи байни 1 CMC ва 1,5 CMC хурд аст: %99,44 дар муқобили тақрибан %99,76. Аммо ҷараёни пермеат аз 168,29 то 159,25 L m−2 h−1 коҳиш меёбад.
Аз ин рӯ, таҳқиқот на вояи баландтарини SDS, балки нуқтаи мутавозинтар байни хориҷкунии баланди Cd²⁺ ва ҷараёни қобили қабулро, яъне 1 CMC-ро ҳамчун оптималӣ қабул кардааст.
Оё коҳиши ҷараён маънои онро дорад, ки мембрана пурра ифлос шудааст?
Не. Гарчанде илова кардани SDS ба система ҷараёнро нисбат ба оби тоза ва шароити бе SDS коҳиш дод, хатҳои ҷараён дар давоми таҷриба умуман устувор монданд. Яъне бо пешрафти таҳқиқот фурӯпошии пайваста ва шадиди ҷараён мушоҳида нашуд.
Муҳаққиқон коҳиши ибтидоии ҷараёнро бо зиёд шудани шумораи мицеллаҳо, ҷамъ шудани моддаҳои ҳалшуда дар сатҳи мембрана, поляризатсияи консентратсионӣ ва муқовимати интиқоли масса алоқаманд медонанд.
Чаро хориҷкунӣ дар доираи pH 3–9 қариб тағйир наёфт?
| pH-и ибтидоӣ | Хориҷкунии Cd²⁺ (%) | Ҷараёни миёна (L m⁻² h⁻¹) |
|---|---|---|
| 3 | 98,78 ± 0,28 | 183,02 ± 1,97 |
| 5 | 99,23 ± 0,63 | 171,97 ± 1,55 |
| 7 | 99,28 ± 0,14 | Тақрибан 166,86 |
| 9 | 99,32 ± 0,09 | 164,56 ± 1,79 |
Қиматҳои хориҷкунӣ дар доираи pH 3–9 тақрибан дар сатҳи %99 монданд. Манбаъ қайд мекунад, ки дар муҳити турш ионҳои H+ метавонанд барои ҷойҳои пайвастшавии SDS бо Cd²⁺ рақобат кунанд. Бо вуҷуди ин, ҳангоми истифодаи 1 CMC SDS барои пайвастшавии ҳам H+ ва ҳам Cd²⁺ иқтидори кофӣ мавҷуд буд, бинобар ин хориҷкунӣ дар доираи pH-и таҳқиқшуда баланд нигоҳ дошта шуд.
Ҷараён бошад, бо баланд шудани pH коҳиш ёфт. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки pH набояд танҳо аз рӯи фоизи хориҷкунӣ арзёбӣ шавад; дар як сатҳи хориҷкунӣ кори гидродинамикӣ/мембранавӣ метавонад тағйир ёбад.
Озмоиши 40-соата чӣ нишон дод?
Озмоиши дарозмуддат бо истифода аз 50 mg/L Cd²⁺ ва 1 CMC SDS 40 соат пайваста гузаронида шуд. Намунаҳои пермеат дар фосилаҳои панҷсоата таҳлил шуданд.
Дар графики таҳқиқот қиматҳои хориҷкунӣ тақрибан дар доираи %98,5–99,9 монданд ва ҷараёни пермеат низ дар тӯли 40 соат коҳиши назаррас нишон надод. Ин яке аз натиҷаҳои муҳими таҳқиқот аст, зеро нишон медиҳад, ки хориҷкунии баланди кӯтоҳмуддат дар чанд соат аз байн нарафтааст.
Бо вуҷуди ин, ин озмоиш бо 40 соат маҳдуд аст. Кори пайвастаи саноатӣ дар тӯли ҳафтаҳо ё моҳҳо, умри воқеии мембрана дар корхона ё таъсири дарозмуддати SDS дар ин таҳқиқот санҷида нашудааст.
FTIR, SEM ва EDS дар бораи мембрана чӣ нишон доданд?
Спектрҳои FTIR байни мембранаи нав ва мембранаҳои 4 ва 40 соат истифодашуда тағйироти калони химиявӣ нишон надоданд. Бандҳои хоси ароматии C–H-и мембранаи PES дар 620–867 cm−1, гурӯҳи сулфон дар 1100–1200 cm−1 ва бандҳои эфирӣ дар 1230–1270 cm−1 мушоҳида шуданд.
Аммо муҳаққиқон махсус таъкид мекунанд, ки FTIR нисбат ба қабатҳои тунуки рӯйи сатҳ ҳассосияти маҳдуд дорад. Аз ин рӯ, спектрҳои монанди FTIR худ аз худ исбот намекунанд, ки “дар мембрана ҳеҷ ифлосшавӣ нест”; онҳо бештар нишон медиҳанд, ки дар сохтори асосии химиявии мембрана тағйироти муҳиме рух надодааст.
Дар тасвирҳои SEM мембранаи нав нисбатан ҳамвор ба назар мерасид, пас аз 4 соат ҷамъшавиҳои сабуки пароканда ва пас аз 40 соат қабатҳои тунук ва фосиладори рӯйи сатҳ дида шуданд. Дар таҳлили EDS гузориш дода шуд, ки таркиби C, O ва S асосан нигоҳ дошта шудааст ва ҷамъшавии назарраси Cd муайян нашудааст.
Сарфи назар аз он ки дар тасвири макроскопии мембранаи 40 соат истифодашуда қабати тунуки сиёҳ дида мешуд, барқарор шудани зиёда аз %95 ҷараёни оби тоза пас аз тозакунӣ нишон медиҳад, ки ифлосшавии ҳосилшуда дар шароити таҳқиқот асосан баргардонанда будааст.
Вақте Cd²⁺ дар ғизодиҳӣ аз 10 то 50 mg/L зиёд шуд, чӣ рӯй дод?
Бо нигоҳ доштани 1 CMC SDS ба таври доимӣ, консентратсияи Cd²⁺ ба 10, 20, 30 ва 50 mg/L тағйир дода шуд. Дар ҳамаи консентратсияҳои санҷидашуда хориҷкунӣ тақрибан аз %99 баланд монд.
| Консентратсияи Cd²⁺ | Ҷараёни миёнаи пермеат (L m⁻² h⁻¹) |
|---|---|
| 10 mg/L | 178,04 ± 1,76 |
| 20 mg/L | 174,04 ± 1,97 |
| 30 mg/L | 171,36 ± 1,84 |
| 50 mg/L | 168,29 ± 1,51 |
Коҳиши ҷараён бо зиёд шудани консентратсияи металл дар манбаъ бо он шарҳ дода мешавад, ки катионҳои бештар CMC-и самараноки SDS-ро паст мекунанд, ташаккули мицеллаҳоро тақвият медиҳанд ва муқовимати интиқоли массаро дар сатҳи мембрана зиёд мекунанд.
Муҳимтарин огоҳӣ барои оби воқеии партов: намак
Яке аз озмоишҳои муҳимтарини таҳқиқот барои татбиқи воқеӣ илова кардани NaNO₃ аст. Дар ҳоле ки Cd²⁺ дар 50 mg/L ва SDS дар 1 CMC доимӣ нигоҳ дошта шуданд, консентратсияи NaNO₃ зиёд карда шуд.
| Консентратсияи NaNO₃ (mol/L) | Хориҷкунии Cd²⁺ (%) | Ҷараёни пермеат (L m⁻² h⁻¹) |
|---|---|---|
| 0 | 99,44 | 168,29 |
| 0,01 | 98,84 ± 0,12 | 164,02 ± 1,67 |
| 0,03 | 90,44 ± 0,23 | 155,12 ± 1,65 |
| 0,05 | 78,12 ± 0,01 | 154,05 ± 1,82 |
Мувофиқи шарҳи механистии муаллифон, NaNO₃ дар об ба Na+ ва NO₃− ҷудо мешавад. Na+ метавонад дар ҷойҳои пайвастшавии мицеллаҳои SDS бо Cd²⁺ рақобат карда, боиси озод мондани як қисми ионҳои Cd²⁺ ва гузаштани онҳо ба пермеати мембрана гардад.
Ин натиҷа махсусан барои оби воқеии партови саноатӣ муҳим аст. Системае, ки дар лаборатория дар оби деионизатсияшуда зиёда аз %99 хориҷкуниро таъмин мекунад, метавонад дар оби воқеии партов бо қувваи баланди ионӣ ва катионҳои рақобаткунанда ҳамон самаранокиро нишон надиҳад.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад
- MEUF бо дастгирии SDS дар маҳлули лаборатории Cd²⁺ хориҷкунии баландро таъмин кардааст.
- Қимати таҷрибавии SDS CMC дар маҳлули тоза 8,14 mmol/L муайян шудааст.
- Барои 50 mg/L Cd²⁺ дар 1 CMC SDS хориҷкунии %99,44 ± 0,68 ба даст омадааст.
- Ҳатто дар 0,5 CMC хориҷкунии %96,77 ± 0,03 мушоҳида шудааст.
- Бо зиёд шудани консентратсияи SDS хориҷкунии Cd²⁺ афзуда, ҷараёни пермеат коҳиш ёфтааст.
- Дар доираи pH 3–9 хориҷкунии Cd²⁺ тақрибан дар сатҳи %99 нигоҳ дошта шудааст.
- Дар доираи 10–50 mg/L Cd²⁺ ҳангоми истифодаи 1 CMC SDS хориҷкунӣ тақрибан %99 боқӣ мондааст.
- Дар озмоиши 40-соата ҷараёни мембрана ва хориҷкунии Cd²⁺ асосан устувор мондаанд.
- Барқарор шудани зиёда аз %95 ҷараёни оби тоза пас аз тозакунии стандартӣ нишон медиҳад, ки қисми муҳими ифлосшавӣ баргардонанда аст.
- Бо баланд шудани консентратсияи NaNO₃ хориҷкунии Cd²⁺ ба таври назаррас коҳиш ёфтааст.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот нишон намедиҳад
- MEUF дар оби воқеии партови саноатӣ бо хориҷкунии %99 Cd²⁺ тасдиқ нашудааст.
- Система дар доираи ин таҳқиқот дар омехтаи чандкомпонентаи металлҳои вазнин санҷида нашудааст.
- Таъсири якҷояи моддаҳои органикӣ, моддаҳои сахти овезон, равған, намакҳои гуногун ва матритсаҳои воқеии оби партов таҳқиқ нашудааст.
- Устувории 40-соата умри мембранаи саноатиро, ки моҳҳо давом мекунад, исбот намекунад.
- Барқарорсозии SDS, безараргардонӣ ё истифодаи дубораи омехтаи SDS/Cd²⁺ дар ретентат таҳқиқ нашудааст.
- Истеъмоли энергия ва таҳлили пурраи иқтисодии миқёси калон гузориш нашудааст.
- Нишон дода нашудааст, ки MEUF дар миқёси воқеии корхона аз тозакунии анъанавии металлҳои вазнин аз ҷиҳати иқтисодӣ бартарӣ дорад.
- Натиҷаҳои FTIR ва EDS ба таври қатъӣ исбот намекунанд, ки дар сатҳи мембрана ҳеҷ гуна ифлосшавии микроскопӣ вуҷуд надорад.
Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот
Матритсаи таҷриба
| Тағйирёбандаи омӯхташуда | Шароити санҷидашуда | Натиҷаи асосӣ |
|---|---|---|
| Консентратсияи SDS | 0; 0,5; 1; 1,5 CMC | Хориҷкунӣ аз %30,88 то тақрибан %99,76 афзуд. |
| pH | 3, 5, 7, 9 | Дар ҳамаи шароит тақрибан %98,8–99,3 хориҷкунӣ. |
| Кори дарозмуддат | 40 соат; 50 mg/L Cd²⁺; 1 CMC SDS | Ҷараён асосан устувор; хориҷкунӣ тақрибан дар сатҳи %99. |
| Консентратсияи Cd²⁺ | 10, 20, 30, 50 mg/L | Хориҷкунӣ аз %99 баланд; бо афзоиши консентратсия ҷараён кам шуд. |
| NaNO₃ | 0,01; 0,03; 0,05 mol/L | Хориҷкунӣ аз %98,84 то %78,12 паст шуд. |
Протоколи тозакунии мембрана
Пас аз ҳар як таҷрибаи чорсоата мембрана аввал 30 дақиқа бо оби деионизатсияшуда, баъд 30 дақиқа бо 0,1 mol/L NaOH ва сипас боз 30 дақиқа бо оби деионизатсияшуда тоза карда шуд. Пас аз тозакунӣ ҷараёни оби тоза чен карда шуда, дараҷаи барқарор шудани гузаронандагии мембрана арзёбӣ гардид.
Гарчанде ки пас аз 40 соати истифода дар сатҳи мембрана қабати тунуки намоён вуҷуд дошт, барқарор шудани зиёда аз %95 ҷараёни оби тоза нишон дод, ки протоколи стандартии тозакунӣ дар ин шароити таҷрибавӣ асосан самаранок будааст.
Тафсири илмии тавсиф
| Усул | Мушоҳида | Тафсире, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад |
|---|---|---|
| FTIR | Бандҳои асосии PES дар мембранаҳои нав, 4-соата ва 40-соата асосан якхелаанд | Дар сохтори асосии химиявии мембрана тағйироти намоён нест. |
| SEM | Дар 4 соат ҷамъшавии сабук; дар 40 соат қабати тунук ва фосиладори сатҳӣ | Қабати вазнин ва пайвастаи cake мушоҳида нашуд. |
| EDS | Таркиби C, O ва S асосан монанд; сигнали намоёни Cd нест | Барои қабати сатҳии дорои Cd-и зиёд далел ёфт нашуд. |
| Барқароршавии ҷараён | >%95 | Қисми муҳими ифлосшавии мушоҳидашуда баргардонанда аст. |
Мувозинати асосии муҳандисӣ
Таҳқиқот нишон медиҳад, ки MEUF набояд танҳо аз рӯи “баландтарин хориҷкунӣ” оптимизатсия карда шавад. Бо зиёд шудани миқдори SDS ионҳои бештари металл метавонанд нигоҳ дошта шаванд; аммо ҳамзамон мицеллаҳои бештар ва ҷамъшавии сатҳӣ метавонанд ҷараёнро кам кунанд. Аз ин рӯ, нуқтаи оптималӣ арзёбии ҳамзамони хориҷкунии металл, маҳсулнокии мембрана ва истеъмоли моддаи сатҳфаъолро талаб мекунад.
Дар ин таҷриба 1 CMC SDS интихоб шуд, зеро он тақрибан %99,44 хориҷкунии Cd²⁺-ро бо ҷараёни миёнаи 168,29 L m−2 h−1 таъмин кард. Ҳангоми зиёд кардан то 1,5 CMC дар хориҷкунӣ танҳо афзоиши хурди иловагӣ дида шуд, дар ҳоле ки ҷараён назаррастар паст гардид.
Ҳангоми гузариш ба оби воқеии партов кадом саволҳо боз мемонанд?
Озмоиши NaNO₃-и таҳқиқот яке аз муҳимтарин номуайяниҳоро ҳангоми гузариш ба оби воқеии партов мустақим нишон медиҳад. Ионҳои рақобаткунанда метавонанд на танҳо CMC, балки тавозуни пайвастшавии металл–мицелларо низ тағйир диҳанд. Азбаски дар обҳои воқеии саноатӣ ғайр аз Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ ва дигар ионҳои металлӣ низ мавҷуд буда метавонанд, гумон кардан мумкин нест, ки самаранокии лаборатории як-иона нигоҳ дошта мешавад.
Ғайр аз ин, раванд на ба нобуд кардани металл, балки ба консентратсия кардани он дар тарафи ретентати мембрана асос ёфтааст. Аз ин рӯ, дар системаи ниҳоии муҳандисӣ ҷараёни консентратии дорои Cd²⁺ ва SDS бояд барқарор ё бехатар идора карда шавад. Таҳқиқот ин идоракунии марҳилаи поёнобро ба таври таҷрибавӣ арзёбӣ накардааст.
Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул
Номи пурраи аслии таҳқиқот: Advanced Micellar-Enhanced Ultrafiltration for the Removal of Cadmium (Cd2+) from Wastewater
Муаллифон, бо тартиби аслӣ: Prakriti Sapkota; Sunith B. Madduri; Raghava R. Kommalapati.
Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ нишонаи муаллифи якуми баробар ё саҳми баробар мавҷуд нест.
Муаллифи масъул: Raghava R. Kommalapati.
Муассисаҳо: Center for Energy and Environmental Sustainability, Prairie View A&M University, Prairie View, Texas, USA; Department of Civil and Environmental Engineering, Prairie View A&M University, Prairie View, Texas, USA.
Навъи манбаъ: Мақолаи аслии таҳқиқоти таҷрибавӣ.
Маҷалла: Water.
Ҷилд / шумора / рақами мақола: Ҷилд 18, Шумора 2, Мақола 191.
DOI: 10.3390/w18020191
Санаи пешниҳод: 24 Ноябр 2025.
Санаи бознигарӣ: 6 Январ 2026.
Санаи қабул: 9 Январ 2026.
Санаи нашр: 12 Январ 2026.
Муҳаррирони академӣ: Cátia A. L. Graça ва Ana Sofia Guedes Gorito dos Santos.
Ҳолати баррасии ҳамтоён: Мақолаи таҳқиқотиест, ки дар маҷаллаи баррасишавандаи Water нашр шудааст.
Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.
Пайванди расмии нашр:MDPI — саҳифаи расмии мақола
Пайванди DOI:https://doi.org/10.3390/w18020191
Дастрасии кушода ва иҷозатнома: Таҳқиқот бо иҷозатномаи Creative Commons Attribution (CC BY) ҳамчун дастрасии кушода нашр шудааст.
Маблағгузорӣ: Таҳқиқот аз ҷониби National Science Foundation (NSF) дар доираи CREST Center for Energy and Environmental Sustainability—Phase II (CEES), Award #1914692 дастгирӣ шудааст.
Дастрасии маълумот: Муаллифон изҳор мекунанд, ки маълумот дар дохили мақола мавҷуд аст.
Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.
Саҳми муаллифон
Консептуализатсия: P.S., S.B.M. ва R.R.K.
Усул: P.S. ва S.B.M.
Нармафзор: P.S.
Танзими маълумот: P.S. ва S.B.M.
Таҳқиқот: P.S. ва S.B.M.
Манбаъҳо: R.R.K.
Лоиҳаи аслӣ: P.S.
Машварат: S.B.M. ва R.R.K.
Таъмини маблағгузорӣ: R.R.K.
Бознигарӣ ва таҳрир: S.B.M. ва R.R.K.
Номувофиқатӣ дар дохили манбаъ
0,05 CMC / 0,5 CMC: Дар бахши таҷрибавӣ ва Расми 5 консентратсияи пасти SDS, ки санҷида шудааст, ба таври равшан 0,5 CMC мебошад ва дар ин шароит %96,77 ± 0,03 хориҷкунии Cd²⁺ гузориш шудааст. Аммо дар бахши натиҷаҳо ибораи “Cd²⁺ removal was achieved at a surfactant concentration of 0.05 CMC” омадааст. Азбаски дар таҳқиқот таҷрибаи ҷудогонаи 0,05 CMC нишон дода нашудааст, ин ду изҳорот бо ҳам мувофиқ нестанд.
Шумораи мембранаҳо: Гарчанде дар бахши натиҷаҳо ибораи “using both membranes” истифода шудааст, дар бахши мавод ва усул мембранаи таҳқиқот ҳамчун мембранаи ҳамвори PES-и ултрафилтратсионӣ бо 30 kDa MWCO тавсиф шудааст. Барои ду навъи гуногуни мембрана силсилаи ҷудогонаи таҷрибаҳо гузориш нашудааст.
Истинод ба Расми 5: Матни натиҷаҳо ҳангоми баррасии хориҷкунии Cd²⁺ ба Расми 5b истинод мекунад; дар тасвири таҳқиқот Расми 5b ҷараёнҳои миёнаро ва Расми 5c хориҷкунии Cd²⁺-ро нишон медиҳад. Ин фарқи таҳририи истинод дар худи манбаъ мавҷуд аст.
Хориҷкунии 40-соата: Матн мегӯяд, ки дар ҳамаи намунаҳои 40-соата хориҷкунӣ аз %98,5 баланд буд; нишонаи нуқтаи якуми Расми 7b тақрибан %98,47 менамояд. Фарқ хурд аст, аммо байни пешниҳоди матнӣ ва графикии манбаъ фарқи дар ҳадди гирдкунӣ вуҷуд дорад.
Ҳадди тафсири илмӣ
Обе, ки дар таҳқиқот истифода шудааст, оби воқеии партови саноатӣ нест. Ғизодиҳии таҷрибавӣ бо омода кардани Cd²⁺ ва SDS дар оби деионизатсияшуда сохта шудааст. Аз ин рӯ, истилоҳи “wastewater”, ки дар манбаъ истифода шудааст, симулятсияи лабораториро ифода мекунад ва натиҷаҳо набояд ҳамчун самаранокии саҳроӣ, ки дар оби воқеии партови саноатӣ тасдиқ шудааст, пешниҳод карда шаванд.
Озмоиши NaNO₃, ки коҳиши хориҷкуниро аз %99,44 то %78,12 нишон дод, мустақиман нишон медиҳад, ки рақобати ионӣ дар матритсаи воқеии об метавонад самаранокиро ба таври назаррас тағйир диҳад.
Таҳқиқот Cd²⁺-ро аз ҷиҳати химиявӣ нобуд намекунад; он ионҳои металлиро тавассути системаи SDS/мицелла дар тарафи ретентати мембрана консентратсия мекунад. Аз ин рӯ, коркарди минбаъдаи ҷараёни консентратӣ, барқарорсозии SDS ва барқарорсозӣ/безараргардонии металл марҳилаҳои алоҳидаи муҳандисии татбиқи миқёси пурра мебошанд ва дар ин таҳқиқот санҷида нашудаанд.
Озмоиши 40-соата устувории кӯтоҳ-миёнамуддатро дар миқёси лабораторӣ дастгирӣ мекунад; он далели умри мембранаи тиҷоратӣ ё кори пайвастаи саноатӣ дар тӯли моҳҳо нест.
Шароити таҷрибавӣ, механизмҳо, натиҷаҳои рақамӣ, тавсиф ва маҳдудиятҳо дар ин маводи Verianla танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи ҳувияти библиографӣ, пайванди расмии нашр ва мақоми маҷалла ҳамчун нашрияи баррасишаванда/дастрасии кушода истифода шудаанд.
Шарҳ гузоред
Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд