Ин таҳқиқот меомӯзад, ки оё нанопластикҳои полистирол (PS-NP), ки ба қадри кофӣ хурд ва аз ҷиҳати коллоидӣ устуворанд, то аз равандҳои классикии тозакунии оби партов гузашта тавонанд, метавонанд бо электрокоагулятсия — раванди сеюмдараҷае, ки ба баромади иншооти тозакунӣ татбиқ кардан мумкин аст — аз об хориҷ карда шаванд ё не. Муҳаққиқон нанопластикҳои монодисперсии полистиролро бо диаметри 175 ± 5 nm дар консентратсияи 20 mg/L ба матритсаи синтетикии оби партови шаҳрии тозашуда, ки барои муаррифии хусусиятҳои физикӣ-химиявии оби воқеии баромади тозакунии дуюмдараҷа омода шудааст, илова карда, рафтори электродҳои алюминий ва оҳанро муқоиса карданд.

Таҷрибаҳои электрокоагулятсия дар низоми 4 L бо электродҳои даврашакли дорои масоҳати фаъоли 78 cm² ва фосилаи 9 mm байни онҳо анҷом дода шуданд. Маҳлул бо 260 rpm омехта ва аз ҳуҷайраи электрокоагулятсия пайваста бозгардиш дода шуд. Зичиҳои ҷараёни татбиқшуда 1, 5 ва 10 mA/cm² буданд.

Муҳаққиқон миқдори нанопластикро на бо ҳисобкунии мустақими зарраҳо, балки асосан тавассути карбони умумии органикӣ (TOC) ва тирагӣ пайгирӣ карданд. TOC-и ибтидоӣ тақрибан 34,5 mg/L буд. Аз ин тақрибан 18,38 mg/L, яъне %53 аз нанопластикҳо; тақрибан 16,12 mg/L бошад аз ацетат, ки моддаи органикии ҳалшудаи оби партови синтетикиро ифода мекард, сарчашма мегирифт.

Дар анҷоми электрокоагулятсия TOC тақрибан %53 коҳиш ёфта, дар сатҳи тақрибан 16 mg/L устувор шуд. Ин арзиш бо фраксияи ибтидоии моддаи органикии ҳалшуда мувофиқат мекард. Тағйир наёфтани консентратсияи ацетат дар тӯли раванд низ дастгирӣ кард, ки коҳиши TOC на аз хориҷ шудани моддаи органикии ҳалшуда, балки аз хориҷ шудани нанопластикҳои PS аз фазаи моеъ ба вуҷуд омадааст.

Дар таҷрибаи назоратӣ, вақте ки ҷараёни барқ татбиқ нашуд, TOC дар сатҳи тақрибан 34,8 mg/L устувор монд. Аз ин рӯ, худ аз худ таҳшин шудани нанопластикҳо бинобар каме баландтар будани зичии онҳо аз об хориҷкунии мушоҳидашударо шарҳ надод. Дар таҷрибаи алоҳидаи тасдиқӣ бидуни ацетат, дар шароити электроди алюминий ва 10 mA/cm² пурра хориҷ шудани TOC дар давоми 20 дақиқа тафсири хориҷкунии нанопластикҳоро боз ҳам тақвият дод.

Маводи электрод махсусан дар зичии пасти ҷараён кинетикаро ба таври назаррас тағйир дод. Дар 1 mA/cm² электроди алюминий тақрибан дар 30 дақиқа ва электроди оҳан тақрибан дар 90 дақиқа ба ҳолати устувори TOC расиданд, ки хориҷкунии пурраи нанопластикҳоро ифода мекард. Дар 5 mA/cm² вақт барои ҳар ду электрод тақрибан 20 дақиқа буд, дар ҳоле ки дар 10 mA/cm² алюминий тақрибан дар 10 ва оҳан тақрибан дар 20 дақиқа ба ҳамон нуқтаи ниҳоӣ расиданд.

Таҳлилҳои механизм нишон доданд, ки нанопластикҳо бештар бо флокулятсияи sweeping (sweep flocculation) хориҷ шуданд, на бо таҷзияи оксидативӣ. Дар электродҳои алюминий асосан сохторҳои аморфии Al(OH)₃; дар электродҳои оҳан бошад ташаккули Fe(OH)₃ ва баъдан флокҳои ғанӣ аз γ-Fe₂O₃ мушоҳида шуданд. Ин таҳшинҳои металлӣ (окси)гидроксидӣ нанопластикҳоро ба таври физикӣ дар таркиби худ гирифтанд.

Тасвирҳои TEM пеш аз раванд нанопластикҳои PS-и тақрибан 175 nm диаметри ҳамвор, курашакл ва ҷудогона паҳншударо нишон доданд; баъд аз раванд бошад дар дохили флокҳои асосёфта ба оҳан шумораи зиёди нанопластикҳои ҳамон андоза ва шакл дида шуданд. Ин тасвирҳо дастгирӣ мекунанд, ки зарраҳо нобуд нашудаанд ё ба пораҳои хурдтари пластикӣ шикаста нашудаанд; балки дар дохили сохтори флоки ҳосилшуда маҳкам шудаанд.

Дар таҷрибаи заҳролудии шадид маҳлули ибтидоии дорои нанопластик барои бактерияи Aliivibrio fischeri арзиши EC₅₀ = %30 дошт. Пас аз 20 дақиқа электрокоагулятсия дар шароити 10 mA/cm², ҳам бо электроди алюминий ва ҳам бо электроди оҳан EC₅₀ ба %100 расид ва дар таҳқиқот ҳамчун аз байн рафтани заҳролудии шадид тафсир шуд. Ин ҳолат дар анҷоми 120 дақиқа низ идома дошт.

Аммо натиҷаи заҳролудӣ танҳо барои ҳамин организми санҷишӣ, ҳамин навъи PS-NP, консентратсияи ибтидоии 20 mg/L ва матритсаи синтетикии истифодашуда эътибор дорад. Заҳролудии музмин, дигар намудҳои обӣ, полимерҳои гуногун, андозаҳои гуногуни нанопластик ё баромадҳои воқеии иншооти тозакунӣ дар ин таҳқиқот арзёбӣ нашудаанд.

Тафсир аз дидгоҳи Туркия: Таҳқиқот барои Туркия низ аз ҷиҳати техникӣ равиши маънодореро пешниҳод мекунад, ки дар иншооти коммуналии тозакунии оби партов нанопластикҳоро бо марҳилаи сеюмдараҷаи “polishing” нигоҳ дорад. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот дар иншооти тозакунии Туркия ё дар оби партови воқеии шаҳрӣ анҷом дода нашудааст. Барои арзёбии татбиқпазирӣ дар Туркия бояд намуд ва консентратсияи нанопластикҳо дар баромади воқеии иншоотҳо муайян карда шуда, таҷрибаҳои пилотии электрокоагулятсияи ҷараёни пайваста, масрафи электрод, тавсифи лой ва идоракунии бехатари лойи дорои нанопластик алоҳида тасдиқ карда шаванд.

Чаро нанопластикҳо метавонанд аз равандҳои классикии тозакунӣ гузаранд?

Таҳқиқот микропластикҳоро тақрибан аз 5 mm то 1 µm ва нанопластикҳоро ҳамчун зарраҳои пластикии хурдтар аз 1 µm баррасӣ мекунад. Андозаи хеле хурди нанопластикҳо онҳоро нисбат ба микропластикҳои калонтар ба масъалаи дигари ҷудокунӣ табдил медиҳад. Дар ҳоле ки зарраҳои калон метавонанд таҳшин ё физикӣ нигоҳ дошта шаванд, нанопластикҳо метавонанд рафтори коллоидӣ нишон диҳанд ва дар фазаи моеъ устуворона паҳн шаванд.

Нуқтаи ибтидоии муҳаққиқон ин аст, ки гарчанде иншооти тозакунии оби партови шаҳрӣ қисми муҳими микропластикҳоро бо равандҳои лой ва таҳшинкунӣ нигоҳ дошта метавонанд, нанопластикҳо бинобар андозаҳои наноскопӣ ва хусусиятҳои коллоидӣ метавонанд бо оби тозашуда ба муҳитҳои қабулкунанда интиқол ёбанд.

Электрокоагулятсия ба ин мушкил чӣ гуна муносибат мекунад?

Электрокоагулятсия ба ҷойи илова кардани намаки алюминий ё оҳан аз берун ба об, электродҳои қурбониро бо ҷараёни барқ ҳал карда, коагулянтро дар дохили реактор тавлид мекунад. Реаксияҳои асосии ҳалшавии электрод дар анод дар манбаъ чунин дода шудаанд:

\[ \mathrm{Fe \rightarrow Fe^{2+}+2e^-} \]

ва:

\[ \mathrm{Al \rightarrow Al^{3+}+3e^-} \]

.

Ионҳои металлии ҳосилшуда вобаста ба pH-и об ба намудҳои гидроксид ва оксигидроксид табдил меёбанд. Ин сохторҳо бо нанопластикҳои коллоидӣ ҳамкорӣ карда, телаиши электростатикии байни зарраҳоро кам мекунанд ва ба ташаккули флокҳои калонтар оварда мерасонанд.

Дар электрокоагулятсия аз ҷиҳати назариявӣ се механизми асосии хориҷкунӣ мумкин аст:

• адсорбсияи нанопластикҳо ба сатҳи гидроксидҳои металлӣ,
• вайрон шудани устувории коллоидӣ бо нейтрализатсияи заряди сатҳӣ,
• ба таври физикӣ дар дохили таҳшинҳои калони гидроксиди металлӣ ҷой гирифтани нанопластикҳо, яъне флокулятсияи sweeping.

Натиҷаҳои зета-потенсиал, диаграммаи pH-спесиатсия, XRD ва TEM дар ин таҳқиқот бартарии механизми сеюмро дастгирӣ мекунанд.

Чаро низоми таҷрибавӣ ба ҷойи оби партови воқеӣ синтетикӣ омода карда шуд?

Муҳаққиқон ин интихобро огоҳона анҷом доданд. Таркиби химиявии баромади воқеии иншооти тозакунӣ метавонад вобаста ба вақт ва иншоот тағйир ёбад. Ин тағйирпазирӣ метавонад ҷудо кардани ҳамкориҳои нанопластик–коагулянтро аз нигоҳи механизм душвор гардонад.

Илова бар ин, гуфта мешавад, ки консентратсияҳои нанопластик дар обҳои партови воқеӣ метавонанд аз ҳудуди муайянкунии миқдории усулҳои TOC ва тирагии истифодашуда дар таҳқиқот пасттар бошанд. Аз ин рӯ, муҳаққиқон баромади синтетикии дуюмдараҷаро бо таркиби назоратшаванда омода карда, нанопластикҳоро дар сатҳи 20 mg/L илова карданд.

Гарчанде ин тарҳи таҷриба имкони қавии омӯзиши механизмро медиҳад, аз нигоҳи воқеияти экологӣ маҳдудияти муҳим ба вуҷуд меорад: консентратсияи 20 mg/L аз сатҳҳои интизоршаванда дар баромадҳои воқеии тозакунӣ баландтар аст ва оби синтетикӣ ҳамаи ҷузъҳои органикӣ ва ғайриорганикии оби партови воқеиро ифода намекунад.

Ҳуҷайраи электрокоагулятсия чӣ гуна кор карда шуд?

Электродҳо пеш ва баъд аз ҳар таҷриба дар %4 HCl барои 10 дақиқа тоза ва бо оби деионизатсияшуда шуста шуданд.

Чаро хориҷкунии нанопластикҳоро тавассути TOC пайгирӣ кардан мумкин буд?

Дар оби партови синтетикӣ тақрибан %53-и TOC-и ибтидоӣ аз нанопластикҳои PS ва тақрибан %46,6-и боқимонда аз ацетат сарчашма мегирифт. Консентратсияи ацетат 39,53 mg/L буд ва ба TOC тақрибан 16,12 mg/L саҳм мегузошт.

Бо пешрафти электрокоагулятсия TOC-и умумӣ тақрибан %53 коҳиш ёфта, дар сатҳи тақрибан 16 mg/L устувор шуд. Дар таҳлили ацетат дида шуд, ки консентратсияи ибтидоӣ тағйир наёфтааст. Аз ин рӯ, миқдори карбони гумшуда бо фраксияи ибтидоии карбони нанопластик мувофиқат кард.

Ин натиҷа асоси даъвои интихобпазирии таҳқиқот аст: дар шароити татбиқшуда электрокоагулятсия нанопластикҳои коллоидии PS-ро хориҷ кард, аммо ацетати ҳалшударо ба дараҷаи ченшаванда хориҷ накард.

Оё эҳтимоли худ аз худ таҳшин шудан назорат карда шуд?

Бале. Азбаски зичии нанопластикҳои PS тақрибан 1,05 g/mL аст, аз ҷиҳати назариявӣ эҳтимоли таҳшин шудан бо гузашти вақт вуҷуд дорад. Барои санҷидани ин эҳтимол таҷрибаи назоратӣ бидуни барқ анҷом дода шуд.

Дар таҷрибаи назоратӣ TOC дар сатҳи ибтидоии тақрибан 34,8 mg/L бетағйир монд. Аз ин рӯ, коҳиши TOC дар таҷрибаи электрокоагулятсияро танҳо бо таҳшиншавии табиии нанопластикҳо аз сабаби зичӣ шарҳ додан мумкин набуд.

Зичии ҷараён суръати хориҷкуниро чӣ гуна тағйир дод?

Дар ҳар ду маводи электрод дида шуд, ки бо зиёд шудани зичии ҷараён хориҷкунии нанопластик суръат мегирад. Сабаби асосӣ он аст, ки ҷараёни баландтар ба ҳалшавии тезтари металл ва аз ин рӯ тавлиди тезтари коагулянт оварда мерасонад.

Барои электроди алюминий ба ҳолати устувори TOC, ки хориҷкунии пурраи нанопластикҳоро ифода мекунад:

• дар 1 mA/cm² тақрибан дар 30 дақиқа,
• дар 5 mA/cm² тақрибан дар 20 дақиқа,
• дар 10 mA/cm² тақрибан дар 10 дақиқа

расиданд.

Барои электроди оҳан вақтҳои мувофиқ:

• дар 1 mA/cm² тақрибан 90 дақиқа,
• дар 5 mA/cm² тақрибан 20 дақиқа,
• дар 10 mA/cm² тақрибан 20 дақиқа

буданд.

Чаро алюминий дар ҷараёни паст тезтар буд?

Дар шароити 1 mA/cm² тақрибан се маротиба тезтар аз оҳан ба ҳолати устувор расидани алюминий яке аз бозёфтҳои равшани таҳқиқот аст. Муаллифон инро бо рафтори намудҳои мономерии Al шарҳ медиҳанд, ки метавонанд аз алюминий зуд ташаккул ёфта, муддати дарозтар дар об ҳамкорӣ кунанд.

Ҳамчунин гуфта мешавад, ки коагулянтҳои асосёфта ба оҳан метавонанд маҳсулоти зичтари гидролизӣ ташкил диҳанд ва зудтар таҳшин шуда, вақти тамос бо нанопластикҳоро маҳдуд кунанд. Бо вуҷуди ин, муаллифон қайд мекунанд, ки на танҳо навъи коагулянт, балки консентратсияи коагулянти ҳосилшуда низ метавонад дар ин фарқ нақш дошта бошад.

Чӣ қадар алюминий ва оҳан ҳосил шуд?

Массаи назариявӣ барои ҳалшавии электрод бо қонуни Фарадей ҳисоб карда шуд:

\[ m=\frac{I\,t\,M}{zF} \]

Дар ин ҷо \(m\) массаи металли ҳалшуда, \(I\) ҷараён, \(t\) вақт, \(M\) массаи молярӣ, \(z\) шумораи электронҳои интиқолёфта ва \(F\) собитаи Фарадей мебошад.

Консентратсияҳои металлӣ, ки дар таҳқиқот барои хориҷкунии нанопластик кофӣ ҳисоб шудаанд, чунин буданд:

Дар анҷоми 120-дақиқагии таҷрибаҳо консентратсияҳои умумии металл аз ин баландтар буданд. Барои алюминий дар 1, 5 ва 10 mA/cm² мутаносибан тақрибан 0,95; 7,02 ва 10,54 mmol/L; барои оҳан 0,89; 4,44 ва 7,43 mmol/L чен шуданд.

Чаро алюминий бештар аз пешгӯии қонуни Фарадей ҳал шуд?

Дар электродҳои оҳан арзишҳои таҷрибавии ҳалшавӣ умуман бо пешгӯиҳои қонуни Фарадей мувофиқат мекарданд. Дар алюминий бошад миқдори таҷрибавии металл аз арзиши назариявӣ зиёд буд ва фарқ дар зичиҳои баланди ҷараён бештар шуд.

Муҳаққиқон ду сабаби эҳтимолиро баррасӣ мекунанд. Аввалан, ионҳои хлорид метавонанд дар зичиҳои баланди ҷараён коррозияи маҳаллии алюминийро осон кунанд. Дуюм, шароити маҳаллии ишқорӣ, ки аз коҳиши об дар сатҳи катод ба вуҷуд меояд, метавонад боиси ҳалшавии химиявии катоди алюминий шавад.

Азбаски қонуни Фарадей танҳо ҳалшавии анодро, ки бо ҷараёни барқ ба амал меояд, ба ҳисоб мегирад, коррозияи химиявии катодӣ ба ин ҳисоб дохил намешавад.

Оё натиҷаҳои тирагӣ маълумоти TOC-ро дастгирӣ карданд?

Бале. Тирагии ибтидоӣ тақрибан 24 NTU буд ва дар ҳамаи зичиҳои ҷараён ва ҳар ду маводи электрод бо мурури вақт коҳиш ёфта, мувофиқи таърифи таҳқиқот ба хориҷкунии пурра расид. Зичии баланди ҷараён ин равандро суръат бахшид.

Электродҳои алюминий тирагиро махсусан дар 1 mA/cm² нисбат ба оҳан тезтар коҳиш доданд. Дар таҷрибаи алюминийи 10 mA/cm² хориҷкунии пурраи тирагӣ тақрибан дар 10 дақиқа рух дод ва тақрибан бо вақти устувор шудани TOC мувофиқат кард.

Дар зичии пасти ҷараён наздик шудани тирагӣ ба сифр аз устувор шудани TOC дертар тӯл кашид. Муҳаққиқон инро бо он шарҳ медиҳанд, ки намудҳои коагулянти металлӣ, ки дар об мемонанд, худ метавонанд муддате ба тирагӣ саҳм гузоранд.

Зета-потенсиал дар бораи устувории нанопластикҳо чӣ гуфт?

Дар оғоз зета-потенсиали нанопластикҳои PS тақрибан −51 mV буд. Ин арзиши баланди манфӣ нишон медиҳад, ки зарраҳо якдигарро электростатикӣ тела дода, суспензияи устувори коллоидӣ ташкил мекарданд.

Бо пешрафти электрокоагулятсия зета-потенсиал ба сифр наздик шуд:

Махсусан арзиши −0,77 mV дар таҷрибаи алюминийи 10 mA/cm² нишон медиҳад, ки система ба нуқтаи изоэлектрикӣ хеле наздик шуда, телаиши электростатикии байни зарраҳо қариб пурра аз байн рафтааст.

pH муайян кард, ки кадом намудҳои коагулянт ташаккул меёбанд?

Ҳангоми истифодаи электродҳои алюминий pH новобаста аз зичии ҷараён бо вақт баланд шуда, дар тақрибан pH 9 устувор шуд. Диаграммаҳои спесиатсия нишон доданд, ки дар ин минтақа намуди асосии ҳалнашаванда Al(OH)₃ аст.

Роҳи пайдарпайи гидролизи алюминий, ки дар манбаъ дода шудааст:

\[ \mathrm{Al^{3+}+OH^- \rightarrow Al(OH)^{2+}} \]

\[ \mathrm{Al(OH)^{2+}+OH^- \rightarrow Al(OH)_2^+} \]

\[ \mathrm{Al(OH)_2^++OH^- \rightarrow Al(OH)_3} \]

мебошад.

Дар электродҳои оҳан рафтори pH дигар буд. Дар 1 mA/cm² pH-и ниҳоӣ тақрибан 6,6, дар 5 mA/cm² 7,93 ва дар 10 mA/cm² 7,60 чен шуд. Таҳлили спесиатсия нишон дод, ки Fe(OH)₃ таҳшини ҳукмрон аст ва ташаккули Fe₂O₃ низ метавонад ба механизм саҳм гузорад.

Флокулятсияи sweeping чист?

Дар флокулятсияи sweeping ифлоскунандаи ҳадаф танҳо ба як сатҳ адсорб намешавад. Ҳангоми афзоиши таҳшинҳои гидроксиди металлӣ дар тамоми ҳаҷми маҳлул, зарраҳои ифлоскунанда ба таври физикӣ дар дохили сохтори ин таҳшинҳо маҳкам мешаванд.

Дар ин таҳқиқот наздик шудани зета-потенсиали нанопластикҳо ба сифр устувории коллоидиро кам кард, дар ҳоле ки афзоиши флокҳои Al(OH)₃ ва окси-гидроксидҳои оҳан нанопластикҳои PS-ро ба дохили худ гирифт. Ҳамин тавр, нанозарраҳо ба ҷойи он ки дар моеъ ҷудогона паҳн бимонанд, ба флокҳои калон ва ҷудошаванда табдил ёфтанд.

XRD нишон дод, ки флокҳои алюминий ва оҳан фарқ мекунанд

Дар таҳлили XRD дар лойи электроди алюминий пикҳои равшан ва тези кристаллӣ дида нашуданд. Дар минтақаҳои 2θ тақрибан 15–20°, 27–30° ва 60–65° максимумҳои васеъ ва паст пайдо шуданд. Муҳаққиқон инро асосан бо таҳшинҳои аморфӣ ё нанокристаллии Al(OH)₃ мувофиқ донистанд.

Ин сохторҳои камтартиб ва сахт гидратшудаи Al(OH)₃ метавонанд “флокҳои sweeping”-и ҳаҷмдор ба вуҷуд оварда, нанопластикҳоро ба таври физикӣ дар дохили худ гиранд.

Дар лойи электроди оҳан бошад дар мавқеъҳои 2θ = 30°, 35,5°, 43°, 57° ва 62,5° инъикосҳои равшани кристаллӣ дида шуданд. Пикҳо бо оксидҳои оҳани навъи спинел ва махсусан маггемит, γ-Fe₂O₃ мувофиқ буданд.

Муҳаққиқон арзёбӣ мекунанд, ки Fe(OH)₃, ки дар ибтидо дар низоми оҳан таҳшин мешавад, метавонад бо мурури вақт тавассути оксидшавӣ ва дегидроксилатсия ба оксидҳои кристаллитари Fe(III) табдил ёбад.

Тасвирҳои TEM механизмро бевосита чӣ гуна дастгирӣ карданд?

Дар тасвири TEM пеш аз раванд зарраҳои ҳамвор ва курашакли PS бо диаметри тақрибан 175 nm аз ҳам ҷудо ва яксон паҳн шуда буданд.

Дар тасвири TEM-и лойи баъд аз электрокоагулятсияи оҳан дар 10 mA/cm² бошад дар дохили флокҳои калон шумораи зиёди нанопластикҳои PS дида шуданд. Зарраҳо андозаи тақрибии ибтидоӣ ва шакли курашакли худро нигоҳ дошта буданд, аммо дигар озодона паҳн намешуданд.

Ин тасвир яке аз муҳимтарин далелҳои механистии таҳқиқот аст. Нанопластикҳо ба молекулаҳои хурдтари органикӣ минерализатсияшуда ба назар намерасанд; балки ба таври физикӣ дар дохили флокҳои металлӣ (окси)гидроксидӣ маҳкам шудаанд.

Оё электрокоагулятсия заҳролудии нанопластикҳоро низ кам кард?

Заҳролудии шадид бо санҷиши биолюминесценсияи Aliivibrio fischeri арзёбӣ шуд. Дар оби партови синтетикии ибтидоии дорои нанопластик EC₅₀ = %30 чен шуд. Муҳаққиқон инро заҳролудии шадиди равшан арзёбӣ карданд.

Гуфта мешавад, ки дар оби партови синтетикии бе нанопластик заҳролудӣ дида нашудааст. Гарчанде графики ин назорат дар мақола нишон дода нашудааст, муаллифон ба хулоса меоянд, ки таъсири шадиди ибтидоӣ асосан аз нанопластикҳои PS сарчашма мегирад.

Пас аз 20 дақиқа электрокоагулятсия дар 10 mA/cm², ҳам барои алюминий ва ҳам барои оҳан EC₅₀ = %100 ба даст омад. Дар таҳқиқот ин натиҷа ҳамчун пурра фурӯ нишастани заҳролудии шадиди вобаста ба нанопластик шарҳ дода шуд.

Дар анҷоми 120 дақиқа дар %100 боқӣ мондани EC₅₀ нишон дод, ки аз нигоҳи биотести санҷидашуда электрокоагулятсияи дарозмуддат таъсири нави ченшавандаи шадиди заҳролуд ба вуҷуд наовардааст.

Ин натиҷа маънои аз байн рафтани ҳамаи хавфҳои экотоксикологиро надорад. Танҳо санҷиши шадиди A. fischeri истифода шудааст; заҳролудии музмин, сатҳҳои гуногуни трофикӣ, экотоксикии лойи дорои металл ва таъсирҳои дарозмуддати экологӣ берун аз доираи таҳқиқотанд.

Чаро заҳролудӣ бидуни минерализатсияи зарраҳо кам шуд?

Дар равандҳои пешрафтаи оксидшавӣ коҳиши заҳролудӣ аксар вақт бо оксидшавӣ ё минерализатсияи молекулаи ифлоскунанда алоқаманд аст. Дар ин таҳқиқот механизми дигар дида шуд.

Электрокоагулятсия ба ҷойи нобуд кардани химиявии нанопластикҳои PS онҳоро аз фазаи моеъ гирифта, дар дохили сохтори флок маҳкам кард ва тамоси мустақими организми санҷиширо бо зарраҳо пешгирӣ намуд. Муҳаққиқон коҳиши заҳролудиро бо ҳамин ҷудокунии физикӣ алоқаманд мекунанд.

Масрафи энергия чӣ қадар буд?

Масрафи махсуси энергия:

\[ EC=\frac{UIt}{V} \]

бо ин баробарӣ ҳисоб карда шуд. Дар ин ҷо \(U\) шиддати ҳуҷайра, \(I\) ҷараён, \(t\) вақти лозима барои хориҷкунии пурраи нанопластик ва \(V\) ҳаҷми коркард мебошад.

Гарчанде бо зиёд шудани зичии ҷараён раванд суръат гирифт, масрафи махсуси энергия зиёд шуд. Камтарин масрафи энергия дар шароити 0,017 kWh/m³ бо 1 mA/cm² алюминий мушоҳида шуд. Баландтарин арзиш дар шароити 0,603 kWh/m³ бо 10 mA/cm² оҳан гузориш шуд.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки танҳо интихоб кардани “шароити тезтарин” ҳатман беҳтарин шароити энергетикиро намедиҳад. Гарчанде алюминий дар 10 mA/cm² дар 10 дақиқа хориҷкуниро таъмин кард, шароити 1 mA/cm² се маротиба дарозтар буд, аммо масрафи махсуси энергия ба таври назаррас пасттар монд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Электрокоагулятсияи алюминий ва оҳан дар матритсаи синтетикии оби партови шаҳрии тозашуда нанопластикҳои PS-и 20 mg/L ва 175 ± 5 nm-ро мувофиқи меъёрҳои TOC ва тирагии таҳқиқот пурра хориҷ кард.
• Фраксияи тақрибан %53-и TOC, ки ба нанопластикҳо мувофиқат мекард, хориҷ шуд, дар ҳоле ки моддаи органикии ҳалшудаи ифодашуда бо ацетат устувор монд.
• Азбаски дар назорати бидуни барқ TOC тағйир наёфт, таҳшиншавии табиӣ шарҳи асосии хориҷкунии мушоҳидашуда нест.
• Электроди алюминий дар 1 mA/cm² нисбат ба электроди оҳан хориҷкунии нанопластикро ба таври назаррас тезтар таъмин кард.
• Зичиҳои баланди ҷараён барои ҳар ду электрод кинетикаи хориҷкуниро суръат доданд.
• Аз тақрибан −51 mV ба сифр наздик шудани зета-потенсиал нишон медиҳад, ки устувории коллоидии нанопластикҳо вайрон шудааст.
• Дар низоми алюминий Al(OH)₃-и аморфӣ ва дар низоми оҳан флокҳои вобаста ба Fe(OH)₃ ва γ-Fe₂O₃ муайян шуданд.
• Тасвирҳои TEM нишон доданд, ки нанопластикҳои PS ба таври физикӣ дар дохили флокҳои металлӣ (окси)гидроксидӣ маҳкам шудаанд.
• Флокулятсияи sweeping механизми ҳукмрони хориҷкунӣ дар таҳқиқот аст.
• Пас аз 20 дақиқа электрокоагулятсия дар 10 mA/cm² ҷавоби заҳролудии шадиди Aliivibrio fischeri мувофиқи ченкунии таҳқиқот аз байн рафт.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот нишон намедиҳад

• Таҳқиқот дар оби баромади воқеии иншооти коммуналии тозакунӣ тасдиқи саҳроӣ анҷом надодааст.
• Консентратсияи ибтидоии 20 mg/L нанопластикро ҳамчун консентратсияи воқеии экологӣ тафсир кардан мумкин нест.
• Полиэтилен, полипропилен, PET ё дигар полимерҳои нанопластикӣ санҷида нашудаанд.
• Ғайр аз 175 nm тақсимоти васеи андозаи нанопластикҳо арзёбӣ нашудааст.
• Таҳқиқот фаъолияти пилотӣ ё пурраҳаҷми иншооти тозакунии ҷараёни пайвастаро нишон намедиҳад.
• Нанопластикҳо химиявӣ минерализатсия шудаанд, нишон дода нашудааст; механизм асосан нигоҳдории физикии флок аст.
• Як санҷиши шадиди бактериявӣ тамоми бехатарии экологиро исбот намекунад.
• Бехатарии дарозмуддати экологии лойи электрокоагулятсияи дорои нанопластик ё усули ниҳоии партов таҷрибавӣ арзёбӣ нашудааст.
• Маълумоти масрафи электрод ва энергияро аз миқёси лабораторӣ мустақиман ба фаъолияти иқтисодии пурраҳаҷм интиқол додан мумкин нест.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Ҷараёни кори таҷрибавии таҳқиқот

Хулосаи тавозуни массаи TOC

pH ва зета-потенсиал вобаста ба маводи электрод

Доираи таҷрибаи заҳролудии шадид

Дар санҷиши заҳролудӣ бактерияҳои лиофилизатсияшудаи Aliivibrio fischeri дар муҳити дорои %2 NaCl дубора фаъол карда шуданд. Сатҳҳои гуногуни тунуккунии намуна ба бактерияҳо татбиқ шуда, биолюминесценсия пас аз 5 ва 15 дақиқа чен карда шуд. Консентратсияи намунае, ки биолюминесценсияро %50 кам мекард, ҳамчун EC₅₀ ҳисоб шуд.

Ҷиҳатҳои қавии тарҳи таҷриба

• Хориҷкунии нанопластик на танҳо бо як ченкунӣ, балки бо усулҳои якдигарро пуркунанда, аз ҷумла TOC, ацетат, тирагӣ, зета-потенсиал, XRD ва TEM омӯхта шуд.
• Таҷрибаи назоратӣ бидуни барқ эҳтимоли таҳшиншавии табииро арзёбӣ кард.
• Таҷрибаи иловагӣ бидуни ацетат робитаи коҳиши TOC-ро бо нанопластикҳои PS мустақилона дастгирӣ кард.
• Алюминий ва оҳан дар як меъмории таҷрибавӣ мустақиман муқоиса шуданд.
• Хориҷкунии физикӣ-химиявӣ бо ҷавоби шадиди биологӣ алоқаманд карда шуд.
• Масрафи энергия аз рӯи вақти воқеии раванд барои хориҷкунии пурра ҳисоб карда шуд.

Маҳдудиятҳои асосии методологӣ

• Ба ҷойи оби воқеии баромади иншооти тозакунӣ матритсаи синтетикӣ истифода шудааст.
• Консентратсияи 20 mg/L PS-NP аз сатҳҳои экологӣ баландтар аст.
• Танҳо як навъи полимер ва тақрибан як андозаи зарра омӯхта шудааст.
• Консентратсияи нанопластик дар баромад бо ҳисобкунии мустақими зарраҳо муайян нашудааст.
• Заҳролудии шадид танҳо бо Aliivibrio fischeri санҷида шудааст.
• Тасдиқи ҷараёни пайваста ва миқёси пилотӣ анҷом дода нашудааст.
• Партов ё барқарорсозии лойи дорои нанопластик таҷрибавӣ арзёбӣ нашудааст.
• Дар матни асосии усул шумораи такрорҳои таҷрибаҳои электрокоагулятсия ба таври возеҳ гузориш нашудааст.

Ниёзҳои таҳқиқоти оянда

Муҳаққиқон пешниҳод мекунанд, ки дар марҳилаи баъдӣ электрокоагулятсия дар шароити ҷараёни пайваста ва дар миқёси пилотӣ арзёбӣ карда шавад. Чунин таҳқиқот барои ба даст овардани маълумоти воқеигаронаи масрафи энергия ва қобилияти васеъкунии миқёс муҳим аст.

Илова бар ин, бояд полимерҳои гуногуни нанопластик, андозаҳои гуногуни зарра ва матритсаҳои тағйирёбандаи оби партов омӯхта шаванд. Тавсифи муфассали нанопластикҳо дар лойи электрокоагулятсия ва имконоти партови бехатар ё арзишмандсозӣ низ аз масъалаҳои асосии экологии бозмондаи таҳқиқот мебошанд.

Қайди Манбаъ ва Усул

Номи пурраи таҳқиқоти аслӣ: Mechanistic insights into electrocoagulation-driven removal of polystyrene nanoplastics from urban treated wastewater

Муаллифон, бо тартиби аслӣ: Alejandro Pérez-López; Carmen M. Domínguez; Sergio Rodríguez; Aurora Santos; Salvador Cotillas.

Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ изҳороти муаллифи якуми баробар ё саҳми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Salvador Cotillas.

Муассиса: Department of Chemical and Materials Engineering, Faculty of Chemical Sciences, Complutense University of Madrid, Avenida Complutense s/n, Madrid 28040, Spain.

Навъи манбаъ: Мақолаи аслии таҷрибавии таҳқиқотӣ.

Маҷалла: Environmental Pollution.

Ҷилд / рақами мақола: Ҷилд 401, Мақола 128344.

DOI: 10.1016/j.envpol.2026.128344

Санаи ирсол: 17 Январи 2026.

Санаи бознигарӣ: 8 Майи 2026.

Санаи қабул: 12 Майи 2026.

Санаи нашри онлайн: 13 Майи 2026.

Ҳолати баррасии ҳамсолон: Мақолаи аслии таҳқиқотӣ аст, ки дар маҷаллаи баррасишудаи Environmental Pollution нашр шудааст.

Ношир: Elsevier Ltd.

Пайванди расмии нашр:ScienceDirect — саҳифаи расмии мақола

Пайванди DOI:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2026.128344

Дастрасии кушода ва литсензия: Мақола ҳамчун дастрасии кушода нашр шудааст ва дорои литсензияи Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) мебошад.

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот дар доираи лоиҳаи TED2021-131380A-C22 (REGENEDAR) аз ҷониби MCIN/AEI ва European Union NextGenerationEU/PRTR; дар доираи гранти CNS2023-144029 аз ҷониби MICIU/AEI ва European Union NextGenerationEU/PRTR; инчунин дар доираи лоиҳаи TEC-2024/ECO-69 (CARESOIL-CM), ки аз ҷониби Community of Madrid маблағгузорӣ мешавад, дастгирӣ шудааст.

Дастрасии маълумот: Дар манбаъ гуфта мешавад, ки маълумот бо дархост дастрас карда мешаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор мекунанд, ки ягон манфиати маълуми молиявӣ ё муносибати шахсӣ, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Саҳмҳои муаллифон

Alejandro Pérez-López: Баррасӣ ва таҳрир, навиштани тарҳи аслӣ, таҳқиқот ва таҳлили формалӣ.

Carmen M. Domínguez: Баррасӣ ва таҳрир, усул ва таъмини маблағгузорӣ.

Sergio Rodríguez: Баррасӣ ва таҳрир ва усул.

Aurora Santos: Баррасӣ ва таҳрир ва таъмини маблағгузорӣ.

Salvador Cotillas: Баррасӣ ва таҳрир, навиштани тарҳи аслӣ, машварат, усул, таъмини маблағгузорӣ, таҳлили формалӣ, тартиб додани маълумот ва консептуализатсия.

Қайди муодилаи дохили манбаъ

Муодилаи (10), ки ташаккули коагулянтҳои оҳанро шарҳ медиҳад, дар манбаъ чунин чоп шудааст:

\[ \mathrm{Fe^{3+}+H_2O\rightarrow Fe(OH)_3+3H^+} \]

Муодила дар ин шакл аз рӯи тавозуни атомӣ стехиометрӣ мувофиқ нест. Verianla бо талаби садоқат ба манбаъ баробариро хомӯшона тағйир надодааст. Ғояи илмии асосӣ дар тафсири механизми мақола ташаккули Fe(OH)₃ тавассути гидролизи Fe³⁺ ва озод шудани протон аст.

Ҳудуди ибораи “матритсаи воқеигаронаи оби партов”

Дар хулоса ва натиҷаҳои манбаъ таҳқиқот ҳамчун “complex, realistic wastewater matrix” тавсиф шудааст. Бо вуҷуди ин, бахши мавод ва усул ошкоро мегӯяд, ки оби истифодашуда баромади воқеии WWTP нест, балки оби партови синтетикии шаҳрии тозашуда мебошад, ки барои тақлид кардани хусусиятҳои физикӣ-химиявии баромади воқеии тозакунии дуюмдараҷа омода шудааст.

Аз ин рӯ, дар матни Verianla натиҷаҳо ҳамчун “дар оби партови воқеӣ тасдиқшуда” пешниҳод нашудаанд.

Ҳудуди консентратсияи нанопластик

Консентратсияи ибтидоии 20 mg/L PS-NP, тибқи шарҳи худи манбаъ, аз консентратсияҳои гузоришшуда дар баромади воқеии оби партов баландтар аст. Ин арзиш барои пайгирии боэътимоди механистӣ бо усулҳои аналитикӣ ба монанди TOC ва тирагӣ интихоб шудааст.

Аз ин рӯ, натиҷаи хориҷкунии мувофиқ ба %100 исбот намекунад, ки ҳамин кинетика дар консентратсияҳои пасти экологии нанопластик ё матритсаҳои воқеии иншоот мустақиман нигоҳ дошта мешавад.

Ҳудуди аналитикии ибораи “хориҷкунии пурра”

Таҳқиқот нуқтаи ниҳоие истифода накардааст, ки ҳамаи нанопластикҳои PS-ро дар оби баромад як-як ҳисоб кунад ё массаи полимерро мустақиман бо усули махсус чен намояд. Хориҷкунии пурра аз арзёбии якҷояи аз байн рафтани пурраи фраксияи TOC-и мувофиқ ба нанопластикҳо, устувор мондани ацетат, кам шудани тирагӣ ба >%99, таҷрибаи тасдиқии бидуни ацетат ва тасвирҳои механизми TEM бароварда шудааст.

Гарчанде ин занҷири далелҳо аз ҷиҳати механистӣ қавӣ аст, он маънои онро надорад, ки ибораи “сифр зарраи нанопластик” бо усули мустақили ултраҳассоси ҳисобкунии нанозарраҳо дар сатҳи экологӣ тасдиқ шудааст.

Ҳудуди натиҷаи заҳролудии шадид

Натиҷаҳои заҳролудӣ ба санҷиши шадиди боздории биолюминесценсияи Aliivibrio fischeri тааллуқ доранд. Ба %100 расидани EC₅₀ нишон медиҳад, ки таъсири шадиди дар ин санҷиш омӯхташуда фурӯ нишастааст; ҳамаи намудҳои обӣ, таъсирҳои музмин, биоаккумулятсия ё хавфҳои дарозмуддат дар сатҳи экосистема арзёбӣ нашудаанд.

Шароити таҷриба, шарҳҳои механизм, натиҷаҳои TOC ва тирагӣ, зета-потенсиалҳо, тафсирҳои XRD/TEM, маълумоти заҳролудӣ ва масрафи энергия дар ин муҳтавои Verianla танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд. Тасдиқи беруна танҳо барои санҷиши шахсияти библиографӣ, сабти расмии нашр ва ҳолати баррасии ҳамсолони маҷалла истифода шудааст.