Tadqiqotchilar Saccharomyces cerevisiae dan foydalanib, 500 Gauss magnit maydoni ostida taxminan 10 nm oʻlchamdagi kumush nanozarralarni ishlab chiqdi va ularni grafen oksid hamda natriy alginat asosidagi munchoq tuzilmasiga kiritdi. Ishlab chiqilgan Ag-GONA munchoqlari Pb(II), Hg(II) va Cd(II) ogʻir metall ionlari, shuningdek naftalen, fenol va floren kabi organik ifloslantiruvchilarga qarshi sinovdan oʻtkazildi. Tadqiqotning asosiy eksperimental sharoitlarida pH 7, 6 soat aloqa vaqti va 298 K ajralib turdi; xabar qilingan maksimal adsorbsiya sigʻimlari Pb uchun 326,77 mg/g, Hg uchun 300,37 mg/g, Cd uchun 219,13 mg/g, naftalen uchun 71,93 mg/g, floren uchun 67,77 mg/g va fenol uchun 58,11 mg/g darajasiga yetdi. Biroq bular laboratoriya sharoitidagi adsorbsiya natijalaridir; tadqiqot toʻliq miqyosli uzluksiz neftni qayta ishlash oqova suvini tozalash tizimida dala samaradorligi dalilini bermaydi.

Turkiya nuqtayi nazaridan tadqiqot ayniqsa neftni qayta ishlash zavodlari va shunga oʻxshash sanoat obyektlarida ogʻir metallar hamda aromatik organik ifloslantiruvchilarni bir adsorbentda olib tashlash gʻoyasi jihatidan muhimdir. Ammo manba oqova suv Yaqin Sharq va Shimoliy Afrika mintaqasidan olingan, tadqiqot esa Turkiyadagi rafineriya oqova suvlarining ion tarkibi, shoʻrligi, muallaq qattiq moddalar, yogʻ miqdori, haqiqiy gidravlik yuklar yoki mahalliy ekspluatatsiya sharoitlarida bevosita tekshiruv oʻtkazmaydi. Shu sababli xabar qilingan sigʻim va olib tashlash nisbatlarini Turkiyadagi obyektlarga toʻgʻridan-toʻgʻri koʻchirish oʻrniga, mahalliy oqova suv matritsasi bilan pilot miqyosda tasdiqlash kerak.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Neftni qayta ishlash zavodi oqova suvlari ogʻir metallar, fenolik birikmalar va turli aromatik organik ifloslantiruvchilarni oʻz ichiga olishi mumkin. Bu ifloslantiruvchilarni bir xil tozalash tizimi ichida yuqori samaradorlik bilan uzoqlashtirish ishlatiladigan adsorbentdan faqat yuqori sigʻimni emas, balki suvdan oson ajralishni, qayta ishlatilishni va turli ifloslantiruvchi sinflari bilan oʻzaro taʼsirlasha olishni ham talab qiladi.

Tadqiqot yondashuvi uchta material xususiyatini birlashtiradi: kumush nanozarralarining yuqori sirt reaktivligi, grafen oksidning yuqori sirt maydoni va funksional guruhlari, hamda alginat asosidagi munchoq tuzilmasining fizik jihatdan ajratiladigan va qayta ishlatiladigan adsorbent hosil qilishi.

Ag-GONA qanday hosil qilindi?

Kumush nanozarralar sintezida novvoy xamirturushi sifatida tanilgan Saccharomyces cerevisiae ishlatilgan. Xamirturush hujayralari 30 °C va pH 6,5 sharoitida oʻstirilgan; kumush prekursor sifatida 1 mM AgCl, 50 mM NaCl va 20 mM MOPS buferini oʻz ichiga olgan muhit tayyorlangan. Hujayra zichligi taxminan OD₆₀₀ ≈ 1,5 boʻladigan qilib sozlangan va aralashma 300 rpm tezlikda aralashtirilgan.

Reaksiya idishiga taxminan 500 Gauss kattalikdagi magnit maydon qoʻllangan, magnit idishdan taxminan 2 cm masofaga joylashtirilgan va jarayon 30 °C da 4 soat davom ettirilgan. Tadqiqotchilar xamirturush hujayralari kumush ionlarini qaytarish va hosil boʻlgan Ag nanozarralarni barqarorlashtirishga hissa qoʻshishini bildiradi.

Grafen oksid uchun 25 mg GO 5 mL deionizatsiyalangan suvda tarqatilgan va unga 0,2 g natriy alginat qoʻshilgan. Aralashma %5'lik CaCl₂ eritmasiga tomchilatilib, sferik munchoqlar hosil qilingan va taxminan uch soat oʻzaro bogʻlanishga qoldirilgan. Soʻng munchoqlar 250 mg PEG boʻlgan 5 mL eritma ichida 40 °C da 20 soat ishlovdan oʻtkazilgan.

Material tuzilishi qanday tasdiqlandi?

SEM tasvirlari kumush nanozarralarining natriy alginat matritsasi ichida tarqalganini va grafen qatlamlari tuzilma ichida oʻzaro kirishgan tarmoq hosil qilganini koʻrsatadi. Bu tartibsiz va gʻovak morfologiya ifloslantiruvchi molekulalar yetib bora oladigan sirt zonalarining ortishi jihatidan muhimdir.

TEM tasvirlarida Ag nanozarralari asosan sferik va taxminan 10 nm oʻrtacha oʻlchamda koʻringan; yaqqol yirik miqyosli aglomeratsiya xabar qilinmagan.

XRD tahlilida grafen oksid bilan bogʻlangan 2θ ≈ 9,98° choʻqqisi bilan birga kumush nanokristallariga nisbat berilgan 38,1°, 44,3°, 64,5° va 77,7° choʻqqilari kuzatilgan. Tadqiqotchilar bu akslanishlarni kumushning yuz-markazli kubik kristall tuzilmasidagi (111), (200), (220) va (311) tekisliklari bilan bogʻlagan.

FTIR natijalari adsorbentda gidroksil va kislorod tutuvchi boshqa funksional guruhlar mavjudligini koʻrsatadi. Tadqiqotchilar bu guruhlar metall ionlari bilan komplekslashish va organik ifloslantiruvchilar bilan sirt oʻzaro taʼsirlarida rol oʻynashini baholaydi.

pH nima uchun hal qiluvchi boʻldi?

Metall ionlarini olib tashlashda pH 2'dan pH 7'gacha oshirilganda Ag-GONA samaradorligi sezilarli darajada ortgan. pH 7 atrofida Pb olib tashlanishi taxminan %89, Hg taxminan %80 va Cd taxminan %99,7 darajasiga yetgan. Manbada bu ortish past pH'da H⁺ ionlarining adsorbsiya joylari bilan raqobatlashishi, neytralga yaqinlashganda esa sirt funksional guruhlarining deprotonatsiyasi natijasida metall kationlari bilan elektrostatik oʻzaro taʼsir va komplekslashish kuchayishi bilan izohlanadi.

Organik ifloslantiruvchilarda ham pH ortishi odatda ijobiy taʼsir koʻrsatgan. Ag-GONA munchoqlari pH 7'da taxminan %80 naftalen, %76 fenol va %75 floren olib tashlanishini taʼminlagan.

Aloqa vaqti nimani koʻrsatdi?

Ag-GONA'ning muhim xususiyatlaridan biri adsorbsiyaning dastlabki soatlarda tez borishidir. Ogʻir metall tajribalarida 6 soat oxirida Pb uchun taxminan %99,8, Hg uchun %96,11 va Cd uchun %98 olib tashlash xabar qilingan. Organik ifloslantiruvchilarda xuddi shu muddatda naftalen taxminan %86, fenol %69,5 va floren %59 darajasiga yetgan.

Aloqa vaqti 6 soatdan oshganda ayrim ifloslantiruvchilarda qoʻshimcha ortish kuzatilmagan, hatto kichik pasayishlar yuz bergan. Tadqiqotchilar buni sirt joylarining toʻyinishi, adsorbsiya-desorbsiya muvozanatining oʻzgarishi yoki qisman desorbsiya bilan bogʻlaydi.

Boshlangʻich konsentratsiya oshganda nima boʻldi?

GONA nazorat munchoqlarida boshlangʻich ifloslantiruvchi konsentratsiyasi oshgani sari olib tashlash foizi umumiy ravishda kamaygan. Ag-GONA munchoqlari esa ogʻir metall ionlarida yuqoriroq va barqarorroq samaradorlik koʻrsatgan. Masalan, Pb olib tashlanishi boshlangʻich konsentratsiya 10 mg/L'dan 110 mg/L'gacha oshganda taxminan %99'dan %98,56'gacha pasaygan.

Organik ifloslantiruvchilarda adsorbsiya joylarining toʻyinishi bilan bogʻliq yanada aniqroq kamayish kuzatilgan. Naftalen olib tashlanishi taxminan %84'dan %74'gacha, fenol %64,7'dan %49'gacha va floren %53,1'dan %42,36'gacha tushgan.

Harorat taʼsiri

298–328 K oraligʻida harorat oshgani sari ogʻir metall va organik ifloslantiruvchi olib tashlanishida kichik, ammo muntazam pasayishlar xabar qilingan. Tadqiqotchilar bu xatti-harakatni adsorbsiyaning ekzotermik xarakteri bilan bogʻlaydi. Shu bilan birga maqolaning turli boʻlimlaridagi mexanizm tili toʻliq izchil emas: kinetik baholashda xemosorbsiya taʼkidlangan boʻlsa, harorat muhokamasining bir qismida jarayon “physisorption-driven” deb taʼriflangan. Mexanizm boʻlimida esa metall ionlari uchun kuchliroq xemosorbsiya, organik molekulalar uchun esa zaifroq va qaytar van der Waals oʻzaro taʼsirlari tavsiflanadi.

Maksimal adsorbsiya sigʻimi

Tadqiqot xulosasida bildirilgan maksimal sigʻimlar quyidagicha. Pb qiymati xulosa va natija boʻlimida 326,77 mg/g deb berilgan boʻlsa, Tablo 1 va taqqoslash jadvalida 326 mg/g shaklida yaxlitlangan.

Langmuir, Freundlich va PSO nimani koʻrsatdi?

Muvozanat maʼlumotlari Langmuir va Freundlich izotermlari bilan solishtirilgan. Mualliflar umumiy ravishda Langmuir modeli maʼlumotlarni yaxshiroq tushuntirishini va adsorbsiyaning bir jinsli sirt joylaridagi monoqavatli tutunish bilan mosligini bildiradi. Langmuir ajratish faktori R_L qiymatlarining 0 bilan 1 orasida boʻlishi ham tadqiqotchilar tomonidan qulay adsorbsiya sharti sifatida talqin qilingan.

Biroq Pb uchun jadvalda Freundlich moslik koeffitsiyenti R²=0,9875, Langmuir qiymati esa R²=0,98633'tür. Shu sababli “Langmuir barcha ifloslantiruvchilarda ochiq tarzda yaxshiroq moslik berdi” degan mutlaq talqin manba jadvali tomonidan toʻliq qoʻllab-quvvatlanmaydi.

Kinetik tahlilda ishlatilgan soxta ikkinchi tartibli modelning (pseudo-second-order, PSO) umumiy koʻrinishi tadqiqotda quyidagicha berilgan:

\[ \frac{t}{q_t}=\frac{t}{k_2q_e^2}+\frac{t}{q_e} \]

Bu yerda \(q_t\) t vaqtidagi adsorbsiya sigʻimini; \(q_e\) muvozanat adsorbsiya sigʻimini; \(k_2\) esa ikkinchi tartibli adsorbsiya tezlik konstantasini bildiradi. Tadqiqotdagi PSO moslik koeffitsiyentlari Pb, Hg, Cd, naftalen, fenol va floren uchun taxminan 0,9909 bilan 0,99962 orasida oʻzgaradi. Tadqiqotchilar bu yuqori moslikni xemosorbsiya yoki adsorbent bilan adsorbat oʻrtasidagi elektron uzatilishi tezlikni belgilovchi jarayonda rol oʻynashi tarzida talqin qiladi. Ammo kinetik modelga yaxshi moslikning oʻzi molekulyar mexanizmning bevosita dalili sifatida baholanmasligi kerak.

Adsorbsiya mexanizmi qanday izohlanadi?

Tadqiqotda Ag-GONA sirtining gʻovak morfologiyasi hamda gidroksil, amino, karbonil va karboksil kabi funksional guruhlar birgalikda ishlaydigan mexanizm taklif qilinadi. Metall ionlari bu joylarda elektron juftini ulashish, komplekslashish, elektrostatik tortilish va ion almashinuvi orqali ushlanishi; organik ifloslantiruvchilar esa gʻovak toʻldirish, vodorod bogʻi, elektrostatik oʻzaro taʼsir va zaif van der Waals oʻzaro taʼsirlari orqali sirtga bogʻlanishi mumkinligi bildiriladi.

Shu sababli tadqiqot adsorbsiyani bitta mexanizmga qisqartirmaydi; sirt adsorbsiyasi, elektrostatik tortilish, komplekslashish, ion almashinuvi va ayrim sharoitlarda kimyoviy choʻkish kabi bir nechta hissa mavjudligini ilgari suradi.

Munchoqlar qayta ishlatila oldimi?

Regeneratsiya tajribalarida ifloslantiruvchi yuklangan munchoqlar HCl bilan pH 5'ga sozlangan va 200 ppm CaCl₂ boʻlgan eritma bilan uch soat ishlov berilgan. CaCl₂ ishlatilishi alginat munchoqlarining mexanik yaxlitligini saqlashga yordam berishi maqsad qilingan.

Pb(II) uchun olti ketma-ket siklda olib tashlash nisbatlari mos ravishda taxminan %99,9, %98, %93, %83, %82 va %78 deb xabar qilingan. Organik ifloslantiruvchilarda naftalen %88'dan %63'gacha, fenol %86'dan %66'gacha va floren taxminan %86,1'dan %61'gacha pasaygan. Samaradorlik yoʻqotilishi boʻlsa-da, munchoqlar oltinchi siklda ham mazmunli adsorbsiya sigʻimini saqlagani koʻrinadi.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan natijalar

• Ag-GONA munchoqlari tadqiqotning sinov sharoitlarida GONA nazorat munchoqlariga qaraganda yuqoriroq ifloslantiruvchi olib tashlash samaradorligini koʻrsatdi.
• Pb(II), Hg(II) va Cd(II) uchun yuzlab mg/g darajasida maksimal adsorbsiya sigʻimi xabar qilingan.
• Naftalen, fenol va floren ham xuddi shu kompozit adsorbent tomonidan ushlana olgan.
• pH, aloqa vaqti, boshlangʻich konsentratsiya va harorat adsorbsiya samaradorligiga sezilarli taʼsir koʻrsatgan.
• PSO kinetik modeli tajribaviy maʼlumotlarga yuqori R² qiymatlari bilan moslik koʻrsatgan.
• Munchoqlar olti adsorbsiya-desorbsiya sikli davomida oʻz funksiyasini butunlay yoʻqotmagan.

Tadqiqot isbotlamagan natijalar

• Bu tadqiqot toʻliq miqyosli neftni qayta ishlash tozalash inshootida uzoq muddatli uzluksiz ekspluatatsiya muvaffaqiyatini koʻrsatmaydi.
• Olti sikllik regeneratsiya natijasi adsorbentning oylar yoki yillar davomida xuddi shu samaradorlikni saqlashini isbotlamaydi.
• Laboratoriya adsorbsiya sigʻimi sanoat sarfida aynan bir xil olib tashlash foizi olinadi degani emas.
• Tadqiqot adsorbent ishlab chiqarishning katta miqyosdagi narxini, kumush nanozarrachalar yoʻqotilishini yoki toʻliq hayot sikli ekologik taʼsirini keng qamrovli hisoblamaydi.
• Turkiyadagi rafineriya oqova suvlarida xuddi shu samaradorlik olinishi bevosita koʻrsatilmagan.

Tadqiqot usuli va natijalari

Eksperimental tuzilma

Adsorbsiya sigʻimi va olib tashlash hisobi

Tadqiqotda muvozanat adsorbsiya sigʻimi quyidagi bogʻlanish bilan hisoblangan:

\[ q=\frac{(C_0-C_f)V}{M} \]

Bu yerda \(C_0\) boshlangʻich adsorbat konsentratsiyasini, \(C_f\) jarayondan keyingi konsentratsiyani, \(V\) adsorbat eritmasi hajmini va \(M\) adsorbent massasini bildiradi. Manbada konsentratsiyalar mg/L, adsorbsiya sigʻimi esa mg/g sifatida xabar qilingan.

Foiz olib tashlash samaradorligi esa:

\[ RE(\%)=\frac{C_0-C_f}{C_0}\times100 \]

tarzida hisoblangan.

Asosiy miqdoriy natijalar

* Pb sigʻimi xulosa va natija boʻlimida 326,77 mg/g, Tablo 1 va Tablo 3'te 326 mg/g deb berilgan.

Izoterm natijalari

Langmuir modelida xabar qilingan R_L oraligʻining barchasi 0 bilan 1 orasidadir. Xabar qilingan Langmuir R² qiymatlari Pb uchun 0,98633, Hg uchun 0,96505, Cd uchun 0,96205, naftalen uchun 0,99262, fenol uchun 0,99658 va floren uchun 0,98547'dır.

Freundlich R² qiymatlari esa mos ravishda 0,9875, 0,9084, 0,9578, 0,9846, 0,9621 va 0,9412'dır. Demak, Hg, Cd, naftalen, fenol va floren uchun Langmuir mosligi yuqoriroq boʻlsa, Pb uchun ikki model nihoyatda yaqin va Freundlich qiymati juda oz yuqoriroq.

Manba ichidagi tenglama va harorat nomuvofiqligi

Manba tadqiqotida Freundlich izotermi uchun berilgan chiziqli tenglama yozilishi standart koʻrinishdan farqli koʻrinadi. Ilmiy manbaga sodiqlik sababli tenglama bu yerda sukut bilan oʻzgartirib “tuzatilmagan”. Xuddi shuningdek, tadqiqotning xulosasi, harorat tajribalari va taqqoslash jadvali 298 K sharoitini qoʻllab-quvvatlagani holda natija boʻlimidagi optimal sigʻimlar haqidagi gapda 398 K yozilgan. Shu sababli ushbu Verianla matnida 298 K eksperimental kontekst sifatida saqlangan, 398 K ifodasi esa manba ichidagi nomuvofiqlik sifatida alohida koʻrsatilgan.

Regeneratsiya va foydalanish muddati nuqtayi nazaridan natijalar

Olti sikl oxirida Pb olib tashlanishi %78'gacha pasaygan. Organik ifloslantiruvchilarda ham samaradorlik yoʻqotilishi koʻrilgan; naftalen, fenol va floren uchun oltinchi siklda mos ravishda taxminan %63, %66 va %61 olib tashlash xabar qilingan. Bu natijalar adsorbent qayta ishlatilishi mumkinligini koʻrsatadi; ammo olti sikllik tajriba sanoatdagi butun foydalanish muddatini ifodalamaydi.

Tadqiqotning muhandislik nuqtayi nazaridan kuchli tomoni bitta adsorbent dizayni bilan ham metall ionlarini, ham organik ifloslantiruvchilarni tutish va adsorbentni qayta ishlatishni birga baholashidir. Asosiy cheklovi esa bu samaradorlikning uzluksiz oqimli, yuqori sarfli va uzoq muddatli sanoat ekspluatatsiyasida hali tasdiqlanmaganidir.

Manba va usul qaydi

Toʻliq asl tadqiqot nomi: Adsorption of heavy metal ions and organic pollutants from refining wastewater by magnetically synthesized silver nanoparticles coated with graphene oxide

Mualliflar: Salma S. Syed; Liya Jacob; Fawzi Banat; Nahla Rizk; Valentina Segneri; Kamran Alam; Abdul Hai.

Masʼul mualliflar: Kamran Alam va Abdul Hai.

Muassasalar: Khalifa University Department of Chemistry; Norwegian University of Science and Technology Department of Materials Science and Engineering; Khalifa University Department of Chemical and Petroleum Engineering; Khalifa University Food Security and Technology Center; Khalifa University Department of Biomedical Engineering and Biotechnology; Sapienza University of Rome Department of Chemical Engineering.

Jurnal: Scientific Reports

Jild / maqola raqami: 16 / 7681

Nashr yili: 2026

Nashr sanasi: 26 Fevral 2026

DOI: 10.1038/s41598-025-26709-3

Rasmiy nashr havolasi:Nature / Scientific Reports rasmiy maqola sahifasi

Manba turi va taqriz holati: Scientific Reports'da nashr qilingan taqrizli original tadqiqot maqolasidir.

Litsenziya: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0). Litsenziya moslashtirilgan manba rasmlarini tarqatishga ruxsat bermagani uchun ushbu Verianla maqolasida tadqiqotning asl shakllari qayta chizilmagan yoki moslashtirilgan holda taqdim etilmagan.

Moliyalashtirish: Mualliflar Khalifa University of Science and Technology, Abu Dhabi'ga moliyalashtirish uchun minnatdorchilik bildiradi.

Maʼlumotlar mavjudligi: Tadqiqotda ishlatilgan va/yoki tahlil qilingan maʼlumotlar toʻplamlarini oqilona soʻrov asosida masʼul muallifdan olish mumkinligi bildirilgan.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar manfaatlar toʻqnashuvi yoʻqligini eʼlon qilgan.

Muallif hissalari: Konseptualizatsiya SS, AH va FB; usul SS va LJ; nazorat FB, AH va KA; tasdiqlash SS, LJ, NR, KA va VS; vizualizatsiya SS, LJ va NR; resurslar FB; dastlabki qoʻlyozma SS va AH; koʻrib chiqish va tahrirlash FB, KA va AH tomonidan bajarilgan.

Ushbu Verianla mazmunidagi ilmiy natijalar faqat koʻrib chiqilgan tadqiqotga asoslanadi. Bibliografik maydonlar rasmiy nashr yozuvi bilan tasdiqlangan; tashqi manbalardan yangi eksperimental natija, yangi samaradorlik qiymati yoki qoʻshimcha mexanizm asosiy ilmiy mazmunga kiritilmagan.

Tadqiqotning asosiy cheklovi laboratoriya miqyosidagi batch adsorbsiya tajribalariga tayanishidir. Haqiqiy rafineriya oqova suvi manbai koʻrsatilgan boʻlsa-da, ishlab chiqilgan Ag-GONA tizimining toʻliq miqyosli uzluksiz tozalash liniyasida uzoq muddatli dala tasdigʻi koʻrsatilmagan. Regeneratsiya olti sikl bilan cheklangan. Shuningdek, manba ichida 298 K/398 K harorat farqi, Pb maksimal sigʻimining 326/326,77 mg/g shaklida ikki xil koʻrsatilishi va ayrim izoterm/mexanizm ifodalarida metodologik nomuvofiqliklar mavjud.