Ин таҳқиқот системаеро барои коркарди интихобии оби партови мураккабе таҳия мекунад, ки пас аз шустани хок бо моддаи сатҳфаъол ба вуҷуд омада, ҳамзамон ҳам толуол ва ҳам миқдори зиёди моддаи сатҳфаъол дорад. Мушкилоти асосӣ дар он аст, ки толуоли гидрофобӣ дар ядрои гидрофобии мицеллаҳои натрий додесилсулфат (SDS) нигоҳ дошта мешавад. Ин сохтор толуолро дар об қобили интиқол мегардонад, аммо ҳамзамон тамоси онро бо радикалҳои оксидкунанда маҳдуд мекунад. Барои бартараф кардани ин монеаи интиқоли масса муҳаққиқон ултрасадо ва нури ултрабунафшро на ҳамчун ду манбаи энергияе, ки як вазифаро иҷро мекунанд, балки ҳамчун ду ҷузъе истифода бурдаанд, ки вазифаҳои гуногунро ба уҳда мегиранд.

Дар системаи пешниҳодшудаи синергияи тақсимоти вазифаҳо, яъне DLSS, вазифаи асосии ултрасадо он аст, ки тавассути кавитатсияи акустикӣ мицеллаҳои SDS'ро муваққатан халалдор карда, толуоли дар дохили онҳо нигоҳдошташударо ба фазаи обӣ озод намояд. Нури UV бошад, персулфатро ба таври фотокимиёвӣ фаъол карда, радикалҳои сулфат ҳосил мекунад. Муҳаққиқон ин ду функсияро мутаносибан ҳамчун интиқоли физикии масса ва оксидшавии кимиёвӣ ҷудо мекунанд. Дар шароити оптимизатсияшуда система дар давоми 30 дақиқа ба %96,7 хориҷшавии толуол расида, талафоти SDS'ро аз %3,1 кам нигоҳ доштааст. Ҳангоми консентратсияи ибтидоии SDS-и %2 бошад, танҳо %0,8 талафоти SDS гузориш шудааст, яъне тақрибан %99,2 моддаи сатҳфаъол нигоҳ дошта шудааст.

Озмоишҳои бо як манбаи энергия асоснокии тақсимоти вазифаҳоро дастгирӣ мекунанд. Дар системаи UV/PS бо афзоиши консентратсияи персулфат собитаи суръати таҷзияи толуол зиёд шудааст; аммо дар системаи US/PS, сарфи назар аз ҳамин афзоиши персулфат, собитаи суръат тақрибан дар ҳудуди 0,0162–0,0175 дақ^-1 боқӣ мондааст. Аз ин рӯ муҳаққиқон ба хулоса омадаанд, ки дар ин муҳити бой аз SDS ултрасадо на ҳамчун фаъолкунандаи муҳими кимиёвии персулфат, балки асосан ҳамчун вайронкунандаи мицелла ва тақвиятдиҳандаи интиқоли масса амал мекунад.

Ҳадди тафсир аз нуқтаи назари Туркия: Ин равиш барои системаҳои барқарорсозие аҳамият дорад, ки дар онҳо хокҳои олудашуда бо маҳсулоти нафтӣ бо истифода аз моддаи сатҳфаъол шуста мешаванд ва моддаи сатҳфаъоли истифодашуда ба ҷойи кимиёвии яккарата дубора истифода мешавад. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот дар системаи синтетикии лаборатории 250 mL, бо толуол ҳамчун ягона ифлоскунандаи ҳадаф ва SDS ҳамчун ягона моддаи сатҳфаъол гузаронида шудааст. Таъсири моддаи органикии ҳалшуда, шӯрӣ, ионҳои металлӣ, чандин карбогидридҳо, моддаҳои сахти овезон ва давраҳои такрории шустан дар обҳои партови воқеии саҳроӣ бояд алоҳида тасдиқ карда шавад.

Мушкилоти асосии таҳқиқот чист?

Толуол як ифлоскунандаи органикии ароматии гидрофобӣ мебошад, ки ҳангоми истеҳсол, нигоҳдорӣ ва интиқол метавонад ба муҳити зист ихроҷ шавад. Вақте дар зеризамин ба хок ва обҳои зеризаминӣ мегузарад, бинобар ҳалшавандагии паст дар об бо усулҳои анъанавии шустан бо об ба осонӣ хориҷ карда намешавад.

Шустан бо моддаи сатҳфаъол ба ин мушкил ба тарзи дигар муносибат мекунад. Моддаҳои сатҳфаъол, ба монанди SDS, аз консентратсияи муайян боло сохторҳое ташкил медиҳанд, ки мицелла ном доранд. Сатҳи берунии мицеллаҳо бо об мувофиқ, қисми дохилӣ бошад гидрофобӣ аст. Толуол ба ядрои гидрофобии мицелла дохил шуда, ҳалшавандагии зоҳирии худро зиёд мекунад ва метавонад аз муҳити олудашуда ба оби шустан интиқол ёбад.

Аммо пас аз хориҷ кардани ифлоскунанда аз хок мушкили нав пайдо мешавад: оби партови шустан ҳам толуол ва ҳам миқдори зиёди SDS'ро дар бар мегирад. Дар ҳоле ки толуол бояд нобуд карда шавад, SDS'ро аз ҷиҳати иқтисодӣ ва экологӣ нигоҳ доштан ва дубора истифода бурдан матлуб аст.

Аз ин рӯ система бояд ҳамзамон ду ҳадафи мухолифро иҷро кунад:

• То ҳадди имкон амиқ оксид кардани толуол,
• То ҳадди имкон кам таҷзия кардани SDS, ки вазифаи шустанро иҷро мекунад.

Чаро сохтори мицелла коркардро душвор мекунад?

Вақте консентратсияи SDS аз консентратсияи критикии мицелла баланд аст, толуол асосан ба ядрои мицелла мегузарад. Ин ҳолат толуолро дар об қобили интиқол мекунад, аммо ҳамзамон онро аз радикалҳои оксидкунандаи фазаи обӣ қисман ба таври физикӣ муҳофизат менамояд.

Ба ибораи дигар, масъала танҳо истеҳсоли миқдори кофии радикали оксидкунанда нест. Радикал ва молекулаи ҳадаф бояд ба ҳамдигар дастрасӣ пайдо кунанд.

Гипотезаи асосии таҳқиқот маҳз ба ҳамин нуқта такя мекунад: ҳатто агар реаксияи кимиёвӣ кофӣ бошад, бе бартараф кардани монеаи интиқоли масса хориҷшавии баланди толуол ба даст наояд.

DLSS чӣ маъно дорад?

DLSS ихтисораи ибораи division-of-labor synergy system мебошад, ки дар таҳқиқот истифода шудааст. Ба тоҷикӣ онро метавон ҳамчун системаи синергияи тақсимоти вазифаҳо шарҳ дод.

Дар Шакли 1-и саҳифаи 10 раванд ҳамчун ҷараёни се марҳила нишон дода шудааст. Дар қисми аввал хоки олудашуда бо толуол бо истифода аз SDS шуста мешавад ва оби партови мураккабе ба вуҷуд меояд, ки толуол дар мицеллаҳо ҷойгир аст. Дар қисми миёна ултрасадо ва UV/персулфат дар як реактор, вале бо вазифаҳои гуногун кор мекунанд. Қисми охир ғояи ҷараёни коркардшуда ва барқарорсозии SDS'ро нишон медиҳад.

Тақсимоти вазифаҳо чунин аст:

• Ултрасадо: мицеллаҳоро ба таври механикӣ халалдор мекунад ва тамоси толуолро бо фазаи обӣ зиёд менамояд.
• UV: персулфатро фотолиз карда, радикалҳои сулфат истеҳсол мекунад.
• Радикали сулфат: сохтори ароматии толуоли озодшударо афзалиятнок оксид мекунад.
• SDS: бинобар занҷири алифатии сершуда, дар таҳқиқот нисбат ба толуол реактивияти камтар дорад ҳисобида шуда, ба андозаи калон нигоҳ дошта мешавад.

Чаро ултрасадо ба ҷойи фаъолкунандаи кимиёвӣ ҳамчун ёрдамчии физикӣ тафсир шудааст?

Кавитатсияи ултрасадоӣ назариявӣ метавонад ба таҷзияи персулфат ва ташаккули радикалҳо мусоидат кунад. Аммо муҳаққиқон ба ҷойи такя кардан танҳо ба механизми назариявӣ ҷавоби кинетикии системаҳои UV/PS ва US/PS'ро ба вояи персулфат муқоиса карданд.

Дар системаи UV/PS, вақте персулфат дар ҳудуди 5–40 mM зиёд карда шуд, хориҷшавии 30-дақиқаии толуол аз %70,8 ба %80,1 боло рафт ва собитаи суръати зоҳирии псевдо-дараҷаи якум аз 0,043 ба 0,056 дақ^-1 расид.

Дар системаи US/PS бошад, дар ҳамон ҳудуди персулфат собитаи суръат танҳо дар байни 0,0162–0,0175 дақ^-1 тағйир ёфт ва ҳатто дар вояи баландтарини персулфат хориҷшавии толуол аз %40 кам монд.

Ин фарқ дар тафсири механистии таҳқиқот аҳамияти ҳалкунанда дорад. Агар ултрасадо дар ин муҳит фаъолкунандаи қавии кимиёвии персулфат мебуд, интизор мерафт, ки персулфати бештар афзоиши намоёни суръатро ба вуҷуд орад. Азбаски чунин вобастагии мусбат мушоҳида нашуд, муҳаққиқон саҳми асосии ултрасадоро бештар бо вайроншавии физикии мицелла шарҳ медиҳанд, на бо истеҳсоли кимиёвии радикал.

Ултрасадо ба мицеллаҳо чӣ таъсир мекунад?

Зонди ултрасадоӣ дар моеъ мавҷҳои фишори басомади баланд ба вуҷуд меорад. Ин мавҷҳо боиси ташаккул ва фурӯпошии ҳубобчаҳои кавитатсионӣ мешаванд. Микроҷетҳо ва мавҷҳои зарбавие, ки ҳангоми фурӯпошии ҳубобча ба вуҷуд меоянд, метавонанд дар атроф таъсирҳои гидродинамикии қавӣ, вале маҳаллӣ эҷод кунанд.

Дар DLSS чунин ҳисобида мешавад, ки ин қувваҳои физикӣ мицеллаҳои SDS'ро на пайваста ва доимӣ нобуд мекунанд, балки онҳоро ба таври динамикӣ халалдор ё аз нав тартиб медиҳанд. Ҳамин тавр, қисми толуоле, ки дар ядрои мицелла нигоҳ дошта шудааст, муваққатан ба фазаи обӣ озод мегардад.

Ин тафсир бо ченкунии мустақими андозаи мицелла бо ҳаллу фасли вақт тасдиқ нашудааст. Таҳқиқот механизми perturbation-и мицелларо аз таъсири мутақобилаи қувваи ултрасадо–консентратсияи SDS ва натиҷаҳои кинетикӣ бармеорад.

Нури UV дар система чӣ кор мекунад?

Вазифаи нури UV таҷзияи гомолитикии персулфат ва истеҳсоли радикали сулфат мебошад:

\[ \mathrm{S_2O_8^{2-} + UV \rightarrow 2SO_4^{\bullet-}} \]

Дар таҳқиқот лампаи UV бо дарозии мавҷи 254 nm ва қувваи 6 W истифода шудааст. Дар озмоишҳои UV/PS бо зиёд шудани миқдори персулфат афзоиши собитаи суръат тафсири он ки UV дар ин шароит фаъолкунандаи самараноки кимиёвӣ аст, дастгирӣ мекунад.

Чаро радикали сулфат толуолро нисбат ба SDS бештар оксид мекунад?

Муҳаққиқон интихобиятро бо фарқи реактивияти молекулавӣ шарҳ медиҳанд. Толуол ҳалқаи ароматии бой аз электрон дорад, дар ҳоле ки қисми карбогидридии SDS асосан аз пайвандҳои алифатии сершудаи C–H иборат аст.

Тибқи чаҳорчӯбаи механистии таҳқиқот, SO₄^•−-и дорои хусусияти электрофилӣ бо ҳалқаи ароматии толуол тавассути интиқоли як электрон осонтар реаксия мекунад; реаксия бо занҷири алкилии сершудаи SDS бошад сусттар мемонад.

Ин афзалияти кимиёвӣ, вақте бо кушодашавии физикии мицелла якҷоя мешавад, интихобияти асосии системаро ташкил медиҳад.

Оё радикали сулфат дар ин таҳқиқот мустақиман чен шудааст?

Не. Ин фарқ муҳим аст. Таҳқиқот спектри мустақими EPR ё озмоиши хомӯшкунии радикалро дар шароити ҷории DLSS пешниҳод намекунад.

Муҳаққиқон механизми SO₄^•−'ро бо такя ба таҳқиқоти EPR ва хомӯшкунии қаблан дар системаҳои шабеҳи UV/PS гузаронидашуда, кимиёи фотолизи персулфат ва нигоҳдории баланди SDS, ки дар озмоиши ҷорӣ мушоҳида шудааст, тафсир мекунанд.

Манбаъ ошкоро қайд мекунад, ки муайянкунии мустақими радикалҳо дар тарҳи ҷории DLSS шарҳи механизмро боз ҳам қавитар мекард. Аз ин рӯ набояд хулоса кард, ки «радикали бартаридошта дар DLSS ба таври таҷрибавӣ мустақиман тасдиқ шудааст».

Реактор чӣ гуна сохта шудааст?

Озмоишҳо дар реактори даврии навъи стакани шишагӣ бо 250 mL маҳлул гузаронида шуданд. Реактор барои зонди ултрасадо, зонди pH, термометр, вуруди газ ва намунагирӣ панҷ кушодагии алоҳида дорад.

Консентратсияи ибтидоии толуол дар ҳамаи озмоишҳои асосӣ 5 mM муқаррар шудааст. pH-и ибтидоӣ бо истифода аз 0,1 M H₂SO₄ ё 0,1 M NaOH танзим шудааст.

Пас аз илова кардани персулфат барои таъмин кардани омехташавии кофии маҳлул омехтакунандаи магнитӣ истифода шудааст.

Оё бухоршавии толуол метавонист натиҷаҳоро таҳриф кунад?

Дар таҳқиқот ин эҳтимол алоҳида санҷида шудааст. Дар озмоишҳои назоратӣ бе персулфат ва бо UV/US-и хомӯшшуда талафоти толуол дар давоми 30 дақиқа аз %4 кам муайян шудааст.

Аз ин рӯ муҳаққиқон қабул мекунанд, ки нишондиҳандаҳои баланди хориҷшавӣ дар озмоишҳои асосии оксидшавӣ бо бухоршавии оддӣ шарҳ дода намешаванд.

Шароити ултрасадо кадомҳоянд?

Реактор дар ваннаи обӣ дар 20 ± 2 °C нигоҳ дошта шудааст. Ин назорати ҳарорат муҳим аст; зеро кавитатсияи ултрасадоӣ метавонад реакторро гарм кунад ва омехта шудани танҳо афзоиши ҳарорат бо натиҷаҳои кинетикӣ матлуб нест.

Ҳангоми зиёд кардани қувваи ултрасадо чӣ рӯй дод?

Дар системаи якҷояи UV/US-PS, вақте қувваи ултрасадо аз 100 W ба 200 W зиёд карда шуд, дар шароити қувваи доимии UV-и 6 W ва консентратсияи персулфати 20 mM хориҷшавии 30-дақиқаии толуол аз %75,9 ба %84,4 боло рафт.

Дар ҳамин шароит собитаи суръат аз 0,0476 ба 0,0655 дақ^-1 афзуд.

Таҳқиқот ин афзоишро на ба фаъолкунии қавитари кимиёвии персулфат аз ҷониби қувваи бештари ултрасадо, балки ба зиёд шудани perturbation-и физикии мицеллаҳо ва интиқоли масса нисбат медиҳад.

Оё pH-и ибтидоӣ ба система таъсири қавӣ расонд?

Камтар аз интизор таъсир расонд. Дар ҳудуди pH 3,0–10,0 система хориҷшавии 30-дақиқаиро тақрибан дар сатҳи %85 нигоҳ дошт.

Баландтарин собитаи суръат дар шароити pH 3,0 баробар ба 0,072 дақ^-1 ёфт шудааст.

Муҳаққиқон таъсири заифи pH-и ибтидоиро бо он шарҳ медиҳанд, ки пас аз илова кардани персулфат pH-и маҳлул новобаста аз қимати ибтидоӣ дар муддати кӯтоҳ тақрибан ба ҳудуди 2,8–3,2 поён меравад.

Реаксияе, ки дар муҳити ишқорӣ радикали сулфат метавонад ба радикали гидроксил табдил ёбад, чунин дода шудааст:

\[ \mathrm{SO_4^{\bullet-} + H_2O \rightarrow H^+ + SO_4^{2-} + \bullet OH} \]

Манбаъ барои ин реаксия собитаи суръати 1,4 × 10⁷ M^-1s^-1 медиҳад.

Чаро усули сатҳи ҷавоб истифода шудааст?

Озмоишҳои як-омилӣ таъсири умумии як тағйирёбандаро нишон медиҳанд; аммо дар равандҳои воқеӣ тағйирёбандаҳо метавонанд ба ҳамдигар таъсир расонанд. Аз ин рӯ муҳаққиқон барои арзёбии на танҳо таъсири алоҳида, балки таъсири мутақобилаи консентратсияи SDS, қувваи ултрасадо ва консентратсияи персулфат тарҳи озмоишии Box–Behnken'ро истифода бурданд.

Се тағйирёбанда дар се сатҳ рамзгузорӣ шуда, бо дохил кардани се такрори нуқтаи марказӣ дар маҷмӯъ 15 озмоиш бо тартиби тасодуфӣ иҷро шудааст.

Тағйирёбандаи ҷавоби модел на фоизи мустақими хориҷшавӣ, балки собитаи зоҳирии суръати таҷзияи толуоли псевдо-дараҷаи якум k₁ мебошад.

Модели сатҳи ҷавоб то чӣ андоза қавӣ аст?

Қимати R² = 0,9956 нишон медиҳад, ки модел %99,56-и тағйирёбии ҷавоби таҷрибавиро шарҳ медиҳад. R²-и ислоҳшудаи 0,9877 низ нишонаи мусбат аст, ки истилоҳҳои иловашуда ба модел натиҷаро ба таври сунъӣ баланд накардаанд.

Дар графикҳои боқимондаи саҳифаи 17 нуқтаҳо тақрибан ба хати эҳтимолияти нормалӣ мувофиқанд ва боқимондаҳои studentized нисбат ба қиматҳои пешбинишуда ба таври тасодуфӣ паҳн шудаанд. Қиматҳои таҷрибавӣ ва пешбинишудаи k₁ низ ба ҳам наздиканд.

Кадом тағйирёбандаҳо муҳимтарин ба назар мерасанд?

Дар модел:

• Консентратсияи персулфат таъсири мусбат дорад.
• Қувваи ултрасадо таъсири мусбат дорад.
• Консентратсияи SDS таъсири манфӣ дорад.

Таъсири асосии манфии консентратсияи SDS бо p = 0,0003 гузориш шудааст. Ин натиҷа бо он шарҳ дода мешавад, ки SDS-и бештар мицеллаҳои бештар ва аз ин рӯ муҳофизати қавитари гидрофобӣ барои толуол ба вуҷуд меорад.

Мушоҳида шудани таъсири мутақобилаи назаррас байни қувваи ултрасадо ва консентратсияи SDS махсусан муҳим аст. Муҳаққиқон ин таъсири мутақобиларо ҳамчун дастгирии сатҳи модел барои таъсири физикии ултрасадо ба мицеллаҳои SDS тафсир мекунанд.

Синергияи байни қувваи ултрасадо ва персулфат чӣ маъно дорад?

Дар таҳқиқот X₂X₃, яъне таъсири мутақобилаи қувваи ултрасадо–персулфат низ назаррас ёфт шудааст. Аммо муҳаққиқон махсус таъкид мекунанд, ки ин маънои «ултрасадо персулфати бештарро ба таври кимиёвӣ фаъол мекунад» надорад.

Тафсир чунин аст:

• Персулфати бештар зери UV манбаи калонтари SO₄^•− медиҳад.
• Ултрасадои қавитар аз мицеллаҳо толуоли бештарро ба фазаи обӣ озод мекунад.
• Вақте ин ду вазифаи мустақил ҳамзамон тақвият меёбанд, суръати умумии таҷзияи толуол зиёд мешавад.

Аз ин рӯ синергияи мушоҳидашуда ҳамчун «ҳосили тақсимоти вазифаҳо» шарҳ дода мешавад.

Системаи оптимизатсияшуда чӣ қадар толуолро хориҷ кардааст?

Пас аз оптимизатсияи сатҳи ҷавоб DLSS дар давоми 30 дақиқа ба %96,7 хориҷшавии толуол расид.

Манбаъ ин қиматро бо усулҳои гуногуни мавҷудаи оксидшавии толуол муқоиса карда, онро ҳамчун иҷрои баланд тафсир мекунад. Аммо консентратсияҳои ибтидоӣ, сохторҳои реактор, шароити фазаи газ/моеъ ва воридоти энергия дар усулҳои муқоисашудаи адабиёт яксон нестанд. Аз ин рӯ қимати %96,7 бояд ҳамчун натиҷаи мустақиман барои шароити таҷрибавии худи таҳқиқот эътибордошта арзёбӣ шавад.

Оё SDS воқеан нигоҳ дошта шудааст?

Бале; талафоти SDS, ки дар дохили таҳқиқот чен шудааст, паст мебошад.

Он ки дар консентратсияи баланди SDS талафоти нисбии SDS камтар аст, дар назари аввал ғайричашмдошт менамояд. Муҳаққиқон инро бо он шарҳ медиҳанд, ки толуоли аз мицелла озодшуда қисми зиёди радикалҳои сулфати ҳосилшударо ба таври рақобатӣ истеъмол мекунад ва оксидшавии SDS ҳамчун роҳи дуюмдараҷа боқӣ мемонад.

Оё мустақиман нишон дода шудааст, ки SDS-и нигоҳдошташударо дубора истифода бурдан мумкин аст?

Не. Ин фарқ барои тафсири амалии таҳқиқот муҳим аст.

Манбаъ қайд мекунад, ки таҳқиқоти қаблӣ дар системаҳои шабеҳи UV/PS гузориш додаанд, ки маҳлулҳои SDS ё Tween 80 метавонанд дар давраҳои такрории шустани хок истифода шаванд. Аммо дар таҳқиқоти ҷории DLSS дубора истифода бурдани SDS-и барқароршуда дар як давраи нави шустани хок ба таври таҷрибавӣ иҷро нашудааст.

Муҳаққиқон ин тасдиқро ҳамчун кори оянда баён мекунанд. Аз ин рӯ маълумоти ҷорӣ хулосаи «SDS аз ҷиҳати кимиёвӣ ба андозаи калон нигоҳ дошта шудааст»-ро дастгирӣ мекунад; аммо хулосаи «самаранокии шустани SDS-и барқароршуда дар давраҳои такрорӣ тасдиқ шудааст»-ро дастгирӣ намекунад.

Оё маҳсулоти мобайнии толуол дар ин таҳқиқот чен шудаанд?

Дар озмоиши ҷорӣ таҳлили нави маҳсулоти таҷзия бо GC-MS ё LC-MS пешниҳод нашудааст.

Дар манбаъ маҳсулоти мобайнӣ ба монанди бензальдегид, бензол ва альдегидҳои занҷири кӯтоҳ бо истинод ба таҳқиқоти қаблии толуоли гурӯҳи тадқиқотӣ зикр шудаанд. Ба ҳамин монанд, рақамҳои овардашуда оид ба тағйири заҳролудӣ низ ба таҳқиқоти дигари UV/PS тааллуқ доранд.

Аз ин рӯ ин маҳсулоти мобайнӣ ва натиҷаҳои заҳролудӣ набояд ҳамчун натиҷаҳои бевосита ченшудаи озмоиши ҷории DLSS арзёбӣ шаванд.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот кадомҳоянд?

• Нақшҳои оксидшавии кимиёвӣ ва интиқоли физикии масса ба таври равшан ҷудо карда шудаанд.
• Системаҳои UV/PS, US/PS ва якҷояи UV/US-PS муқоиса шудаанд.
• Ҷавоби кинетикӣ ба вояи персулфат барои ҷудо кардани нақши ултрасадо истифода шудааст.
• Бухоршавии толуол бо озмоиши назоратӣ санҷида шудааст.
• Қувваи воқеии акустикӣ тақрибан бо усули калориметрӣ муайян шудааст.
• Ҳарорати реактор дар 20 ± 2 °C назорат шудааст.
• Толуол бо GC/FID ва SDS бо усули алоҳидаи спектрофотометрӣ чен шудаанд.
• Тарҳи озмоишии сеомилии Box–Behnken татбиқ шудааст.
• Қиматҳои R², R²-и ислоҳшуда, CV ва adequate precision-и модел гузориш шудаанд.
• Хориҷшавии баланди толуол ва нигоҳдории баланди SDS дар як системаи таҷрибавӣ якҷоя нишон дода шудаанд.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот кадомҳоянд?

• Озмоишҳо дар реактори даврии лаборатории 250 mL гузаронида шудаанд.
• Ба ҷойи оби партови воқеии шустани хок системаи маҳлули назоратшаванда/синтетикӣ истифода шудааст.
• Ягона ифлоскунандаи органикии ҳадаф толуол аст.
• Ягона моддаи асосии сатҳфаъол SDS аст.
• Моддаи органикии табиии ҳалшуда, моддаҳои сахти овезон ва ифлоскунандаҳои сершумори оби партови воқеӣ арзёбӣ нашудаанд.
• Дар системаи ҷории DLSS, SO₄^•− мустақиман бо EPR ё озмоишҳои махсуси хомӯшкунии радикал муайян нашудааст.
• Таъсири ултрасадо ба андоза ё сохтори мицелла бо DLS, SAXS ё усулҳои монанд мустақиман чен нашудааст.
• Иҷрои SDS-и барқароршуда дар давраҳои нави шустани хок тасдиқ нашудааст.
• Дар таҳқиқоти ҷорӣ таҳлили муфассали нави маҳсулоти таҷзия иҷро нашудааст.
• Карбони органикии умумӣ ё дараҷаи пурраи минерализатсия гузориш нашудааст.
• Чӣ қадар аз хориҷшавии толуол ба минерализатсияи пурра ба CO₂ ва H₂O рост меояд, мустақиман муайян нашудааст.
• Заҳролудии оби коркардшуда дар системаи ҷорӣ мустақиман чен нашудааст.
• Таҳлили kWh·m^-3 бар асоси истеъмоли энергияи UV ва ултрасадо ё энергия барои ҳар воҳиди ифлоскунандаи хориҷшуда дода нашудааст.
• Тавозуни пурраи масса барои истеъмоли персулфат ва миқдори персулфати боқимонда пешниҳод нашудааст.
• Ташаккули сулфат ва бори умумии ионӣ дар оби баромад аз ҷиҳати экологӣ муфассал арзёбӣ нашудааст.
• Миқёсбардорӣ аз системаи даврии лабораторӣ ба реактори ҷараёни доимии саҳроӣ тасдиқ нашудааст.
• Ҳамаи қиматҳои ададии омилҳои шароити оптимизатсияшудаи RSM дар матни асосӣ ба таври равшан номбар нашудаанд; қайд шудааст, ки тафсилот дар ҷадвалҳои иловагӣ мавҷуданд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Дар муҳити дорои SDS-и баланд UV/PS нисбат ба US/PS оксидшавии қавитари толуолро таъмин кардааст.
• Дар US/PS зиёд кардани вояи персулфат k₁'ро ба таври назаррас зиёд накардааст.
• Дар системаи якҷоя зиёд кардани қувваи ултрасадо суръати хориҷшавии толуолро баланд кардааст.
• Дар модели сатҳи ҷавоб консентратсияи SDS ба k₁ таъсири манфӣ нишон додааст.
• Таъсири мутақобилаи қувваи ултрасадо–консентратсияи SDS дар сатҳи модел назаррас аст.
• DLSS-и оптимизатсияшуда дар 30 дақиқа ба %96,7 хориҷшавии толуол расидааст.
• Камаш %96,9-и SDS нигоҳ дошта шудааст.
• Дар шароити %2 SDS талафоти SDS танҳо %0,8 чен шудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот накардааст

• Исбот нашудааст, ки DLSS барои ҳамаи моддаҳои сатҳфаъол ҳамон интихобиятро нишон медиҳад.
• Нишон дода нашудааст, ки ҳамаи ифлоскунандаҳои ароматӣ бо ҳамон суръати толуол хориҷ мешаванд.
• Дар оби партови воқеии саҳроӣ хориҷшавии %96,7 кафолат дода намешавад.
• Иҷрои такрории шустани SDS дар таҳқиқоти ҷорӣ тасдиқ нашудааст.
• Мустақиман чен нашудааст, ки SO₄^•− ягона радикали бартаридошта дар реактори ҷории DLSS аст.
• Нишон дода нашудааст, ки %96,7-и толуол пурра ба CO₂ ва H₂O минерализатсия шудааст.
• Исбот нашудааст, ки оби баромад аз ҷиҳати токсикологӣ комилан бехатар аст.
• Ҳисоб нашудааст, ки система аз ҷиҳати иқтисодӣ аз технологияҳои мавҷудаи коркарди саҳроӣ арзонтар аст.
• Тасдиқ нашудааст, ки ултрасадо ва UV дар реактори миқёси калон ҳамон синергияро таъмин мекунанд.

Аз нуқтаи назари Туркия дар куҷо метавон арзёбӣ кард?

Ин равишро махсусан дар амалияҳои шустани бо моддаи сатҳфаъол дастгиришавандаи хокҳое метавон таҳқиқ кард, ки дорои ифлоскунандаҳои ароматии аз сӯзишворӣ, ҳалкунанда ё нефту кимиё сарчашмагиранда мебошанд. Манфиати эҳтимолӣ дар ин ҷо на танҳо хориҷ кардани ифлоскунанда, балки то ҳадди имкон нигоҳ доштани кимиёвии шустан ва баргардонидани он ба даври раванд аст.

Аммо истифодаи мустақими ин қиматҳои лабораторӣ барои татбиқи саҳроӣ дар Туркия мувофиқ нест. Пеш аз ҳама, бояд дар оби воқеии шустани майдони олудашуда таъсири органикаҳои ҳалшуда, сахтӣ, шӯрӣ, моддаи органикии табиӣ, ҷузъҳои сершумори BTEX, фраксияҳои равған ва коллоидҳои хок ба система санҷида шавад.

Ғайр аз ин, истеъмоли энергияи лампаи UV ва ултрасадои 20 kHz, арзиши кимиёвии персулфат, арзиши барқарорсозии SDS ва бори эҳтимолии сулфат бояд якҷоя аз ҷиҳати иқтисодӣ ва давраи ҳаёти экологӣ арзёбӣ шаванд.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Моддаҳои асосии кимиёвии истифодашуда

Муҳаққиқон натрий персулфатро бинобар ҳалшавандагии пасттари калий персулфат ва нисбатан бухоршаванда будани аммоний персулфат ҳамчун оксидкунандаи асосӣ интихоб кардаанд.

Таҳлили толуол

Консентратсияи толуол мустақиман бо усули тазриқи обӣ–хроматографияи газӣ/детектори ионизатсияи аланга чен шудааст.

Таҳлили SDS

Консентратсияи SDS бо усули кабуди метилен чен шудааст. SDS-и анионӣ бо кабуди метилени катионӣ комплекс ҳосил карда, комплекс ба фазаи хлороформ экстраксия шудааст. Абсорбанс дар фазаи CHCl₃ дар 655 nm чен шудааст.

Бо озмоишҳои назоратӣ нишон дода шудааст, ки консентратсияҳои персулфат то 40 mM ва маҳсулоти мобайнии интизоршавандаи оксидшавии толуол ченкуниро ба таври назаррас халалдор намекунанд.

Тағйирёбандаи рамзгузоришудаи Box–Behnken

\[ X_i = \frac{x_i-x_0}{\Delta x_i} \]

Дар ин ҷо x_i қимати воқеии таҷрибавиро, x₀ нуқтаи марказиро ва Δx_i тағйири сатҳи омилро ифода мекунад.

Модели умумии дараҷаи дуюм

\[ Y = \beta_0 + \sum_{i=1}^{3}\beta_iX_i + \sum_{i=1}^{3}\beta_{ii}X_i^2 + \sum_{i=1}^{2}\sum_{j=i+1}^{3}\beta_{ij}X_iX_j \]

Дар ин ҷо Y тағйирёбандаи ҷавоб k₁, β₀ ҳади доимӣ, β_i таъсирҳои хаттӣ, β_ii таъсирҳои дараҷаи дуюм ва β_ij коэффисиентҳои таъсири мутақобилаи байни омилҳо мебошанд.

Муодилаи RSM, ки дар таҳқиқот ба даст омадааст

\[ Y = 10^{-2}\left(7.1 - 0.7413X_1 + 0.4187X_2 + 2.43X_3 + 0.2975X_1X_2 + 0.325X_2X_3 - 0.4071X_1^2 - 0.3121X_2^2 - 0.8696X_3^2\right) \]

Дар ин ҷо:

• X₁ = консентратсияи SDS,
• X₂ = қувваи ултрасадо,
• X₃ = консентратсияи персулфат,
• Y = k₁, дақ^-1.

Манфӣ будани коэффисиенти хаттии X₁ ва мусбат будани коэффисиентҳои X₂ ва махсусан X₃ ба тамоюли таҷрибавӣ мувофиқ аст, ки зиёдшавии SDS реаксияро пахш мекунад, дар ҳоле ки зиёдшавии қувваи ултрасадо ва персулфат онро суръат мебахшад.

Муодилаи кинетикии псевдо-дараҷаи якум

\[ \ln\left(\frac{C_t}{C_0}\right)=-k_1t \]

C₀ консентратсияи ибтидоии толуол, C_t консентратсияи толуол дар вақти t ва k₁ собитаи зоҳирии суръати таҷзияи псевдо-дараҷаи якумро нишон медиҳад.

Фаъолкунии персулфат бо UV

\[ \mathrm{S_2O_8^{2-}+UV\rightarrow2SO_4^{\bullet-}} \]

Ин реаксия асоси ҷузъи UV мебошад, ки ҳамчун муҳаррики истеҳсоли кимиёвии DLSS таъриф шудааст.

Таҷзияи эҳтимолии персулфат бо ултрасадо

\[ \mathrm{S_2O_8^{2-}+US\rightarrow2SO_4^{\bullet-}} \]

Манбаъ ин реаксияро назариявӣ пешниҳод мекунад; аммо азбаски натиҷаҳои таҷрибавии US/PS нисбат ба вояи персулфат қариб доимӣ мондаанд, саҳми амалии ин роҳ дар системаи ҷории бой аз моддаи сатҳфаъол кам тафсир мешавад.

Реаксияи канории радикал–персулфат

\[ \mathrm{SO_4^{\bullet-}+S_2O_8^{2-}\rightarrow SO_4^{2-}+S_2O_8^{\bullet-}} \]

Рекомбинатсияи радикалҳои сулфат

\[ \mathrm{SO_4^{\bullet-}+SO_4^{\bullet-}\rightarrow S_2O_8^{2-}} \]

Ин ду реаксия нишон медиҳанд, ки дар шароити радикал ва оксидкунандаи хеле баланд роҳҳои истеъмоли бесамар метавонанд ба вуҷуд оянд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот иҷрои пасти системаи US/PS'ро асосан на бо ин реаксияҳои канорӣ, балки бо монеаи интиқоли массаи вобаста ба мицелла шарҳ медиҳад.

Натиҷаҳои озмоишҳои UV/PS

Натиҷаҳои озмоишҳои US/PS

Қувваи ултрасадо дар системаи якҷояи UV/US-PS

Қиматҳои мобайнӣ дар графикҳо арзёбӣ шудаанд; матни манбаъ рақамҳоро дар нуқтаҳои ниҳоии 100 ва 200 W ба таври равшан медиҳад.

Таъсири pH

>Баландтарин k₁

Арзёбии техникии модели сатҳи ҷавоб

Дар тарҳи 15-озмоишии Box–Behnken се такрори нуқтаи марказӣ барои баҳодиҳии хатои соф истифода шудаанд. Модел дар сатҳи p < 0,0001 назаррас аст. Фарқи маҳдуд байни R² = 0,9956 ва R²-и ислоҳшуда = 0,9877 нишон медиҳад, ки мутобиқати модел қавӣ аст.

CV = %3,59 нишон медиҳад, ки парокандагии таҷрибавӣ нисбатан паст аст, adequate precision = 34,56 бошад нишон медиҳад, ки сигнали модел дар фазои тарҳ нисбат ба садо баланд аст.

Бо вуҷуди ин, ин омор муваффақияти моделро дар ҳудуди озмоишии таҳқиқшуда тавсиф мекунанд. Нишон дода нашудааст, ки ҳамин полином дар миқёси дигари реактор ё берун аз ҳудуди таҷрибавии тағйирёбандаҳои асосӣ боэътимод хоҳад буд.

Натиҷаҳои интихобияти оптимизатсияшуда

Меъёрҳои нокифоя аз ҷиҳати самаранокии энергия ва захираҳо

Равиши «ҳифзи захираҳо»-и таҳқиқот ба нигоҳдории кимиёвии SDS асос ёфтааст. Аммо барои арзёбии устувории пурраи раванд меъёрҳои зерин дода нашудаанд:

• Истеъмоли нерӯи барқи UV,
• Истеъмоли нерӯи барқи ултрасадо,
• Истеъмоли хоси энергия барои ҳар воҳиди толуоли хориҷшуда,
• Самаранокии истеъмоли персулфат,
• Шумораи барқарорсозӣ ва истифодаи дубораи SDS,
• Хароҷоти умумии кимиёвӣ,
• Самаранокии миқёсбардории реактор,
• Изи карбон ё арзёбии давраи ҳаёт.

Аз ин рӯ таҳқиқот принсипи тарҳрезии равандеро пешниҳод мекунад, ки захираҳоро нигоҳ медорад, аммо бартарии пурраи иқтисодӣ ё давраи ҳаётро ҳанӯз ҳисоб накардааст.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Sono-photochemical division-of-labor synergy system for selective removal of toluene and preservation of surfactants in flushing wastewater

Муаллифон ва тартиби дурусти онҳо: Bo Zhang; Xiaoguang Duan; Anhua Long; Hui Zhang; Shaobin Wang.

Муаллифии аввалини баробар/саҳми баробар: Дар манбаъ зикр нашудааст.

Муаллифони масъул: Anhua Long; Hui Zhang; Shaobin Wang.

Суроғаҳои тамоси муаллифони масъул: long8124@126.com (Anhua Long); eeng@whu.edu.cn (Hui Zhang); shaobin.wang@adelaide.edu.au (Shaobin Wang).

Пайвандҳои институтсионалӣ:

• Jiangxi Provincial Key Laboratory of Flexible Electronics, Jiangxi Science and Technology Normal University, Nanchang 330013, Jiangxi, Чин.
• School of Chemical Engineering, The University of Adelaide, South Australia 5005, Австралия.
• Department of Environmental Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079, Hubei, Чин.

Мувофиқати муаллиф–муассиса: Bo Zhang ва Anhua Long — Jiangxi Science and Technology Normal University; Xiaoguang Duan ва Shaobin Wang — The University of Adelaide; Hui Zhang — Wuhan University.

DOI: Дар версияи боршудаи таҳқиқот DOI ба таври равшан нишон дода нашудааст. Азбаски дар ҷустуҷӯи берунаи библиографӣ тавассути сабти exact-title DOI-и мустақил тасдиқ нашуд, DOI-и тахминӣ илова нашудааст.

Маҷалла: Барои ин версия маҷаллаи тақризшаванда ё версияи ниҳоии қабулшудаи маҷалла тасдиқ нашудааст.

Платформаи нашр: SSRN.

Рақами сабти SSRN: 7199761.

Санаи дақиқи нашр/сабт: Дар версияи боршуда ба таври ошкор нишон дода нашудааст ва аз натиҷаҳои дастраси берунаи библиографӣ мустақилона тасдиқ нашудааст.

Навъи манбаъ: Таҳқиқоти таҷрибавии муҳандисии муҳити зист дар миқёси лабораторӣ, ки интиқоли массаи бо ултрасадо дастгиришавандаро бо оксидшавии UV/персулфат дар оби партови шустани хок, ки моддаи сатҳфаъол дорад, муттаҳид мекунад.

Вазъи тақриз: Дар ҳар саҳифаи таҳқиқот ба таври равшан зикр шудааст, ки ин матни таҳқиқотӣ аз тақризи ҳамтоён нагузаштааст. SSRN низ аз ҷониби Elsevier ҳамчун платформаи препринт ва таҳқиқоти ибтидоӣ тавсиф мешавад.

Пайванди расмии манбаъ:Сабти таҳқиқоти SSRN

Маблағгузорӣ: Jiangxi Provincial Key Laboratory of Flexible Electronics, рақами лоиҳа 20242BCC32010. Дар бахши Acknowledgements инчунин дастгирии Jiangxi Province Postgraduate Innovation Program, YC2025-S203 зикр шудааст.

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

Дастрасӣ ба маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумоте, ки натиҷаҳои таҳқиқотро дастгирӣ мекунад, бо дархости оқилона аз муаллифи масъул дастрас аст.

Ин шарҳи тоҷикӣ бар асоси мундариҷаи таҷрибавӣ ва илмии таҳқиқоти боршуда омода шудааст. Схемаҳои механизми DLSS, муқоисаҳои UV/PS ва US/PS, озмоишҳои қувваи ултрасадо ва pH, тарҳи Box–Behnken, ANOVA ва графикҳои сатҳи ҷавоб, инчунин натиҷаҳои хориҷшавии толуол ва нигоҳдории SDS якҷоя арзёбӣ шудаанд. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии хусусияти препринтии SSRN истифода шудаанд; ба натиҷаҳои таҷрибавии таҳқиқот аз манбаъҳои беруна маълумоти нави иҷро илова нашудааст.

Маҳдудиятҳои муҳимтарини методологии таҳқиқот истифодаи маҳлули лабораторӣ ба ҷойи оби партови воқеии саҳроӣ, муайян нашудани мустақими навъи радикал дар реактори ҷории DLSS, чен нашудани perturbation-и мицелла бо усулҳои мустақими сохторӣ, чен нашудани минерализатсияи умумӣ ва заҳролудии оби баромади ҷорӣ, санҷида нашудани SDS-и барқароршуда дар даври такрории шустан ва анҷом нашудани таҳлили энергия/иқтисоди раванд мебошанд.

Аз ин рӯ таҳқиқот равиши қавии тарҳрезии лабораториро нишон медиҳад, ки дар он ултрасадо барои интиқоли физикии масса ва UV барои фаъолкунии кимиёвии персулфат вазифаҳои алоҳида доранд; муваффақияти дақиқи коркард дар миқёси воқеии саҳроӣ, муҳлати истифодаи дубора ё бартарии иқтисодӣ ҳанӯз тасдиқ нашудаанд.