Mitsella yordamidagi ultrafiltratsiya (Micellar-Enhanced Ultrafiltration, MEUF) — eritmadagi kichik ionlarni sirt faol modda hosil qilgan kattaroq mitsella tuzilmalari bilan bog‘lab, ultrafiltratsiya membranasida ushlab qolishga qaratilgan membranali ajratish usulidir. Ushbu tadqiqot natriy dodesil sulfat (SDS) bilan 30 kDa polietersulfon (PES) membranasini birgalikda qo‘llab, laboratoriyada tayyorlangan Cd²⁺ saqlovchi suvdan kadmiyni chiqarishni o‘rgangan. Sof SDS eritmasida kritik mitsella konsentratsiyasi 8.14 mmol L⁻¹ deb aniqlangan; 50 mg L⁻¹ Cd²⁺ va 1 CMC SDS sharoitida chiqarish %99.44 ± 0.68 darajasiga yetgan. Biroq tadqiqot haqiqiy sanoat oqova suvida o‘tkazilmagani sababli natijalar to‘g‘ridan-to‘g‘ri dala ko‘rsatkichi sifatida talqin qilinmasligi kerak.
Tajribalar faqat umumiy chiqarish foizini emas, balki SDS miqdorining membrana oqimiga ta’sirini, pH o‘zgarishining chiqarishga hissasini, turli Cd²⁺ konsentratsiyalarini, eritmadagi NaNO₃ elektrolitining raqobatli ta’sirini va 40 soatlik uzluksiz ishlashda membrananing xatti-harakatini birgalikda baholagan. pH 3–9 oralig‘ida Cd²⁺ chiqarilishi %98 dan yuqori bo‘lib qolgan, elektrolit konsentratsiyasining oshishi esa chiqarish samaradorligining sezilarli kamayishiga olib kelgan.
Membrana yuzasi FTIR, SEM va EDS yordamida ham tekshirilgan. Kimyoviy funksional guruhlarda katta o‘zgarish kuzatilmagan; 40 soatdan keyin yuzada yupqa va uzlukli qatlam ko‘ringaniga qaramay oqim pasayishi aniqlanmagan va tozalashdan so‘ng sof suv oqimining %95 dan ko‘prog‘i tiklangan. Bu topilmalar kuchli va qaytmas ifloslanishdan ko‘ra cheklangan va asosan qaytariluvchi sirt to‘planishini ko‘rsatadi.
Tadqiqot muammosi
Cd²⁺ suvda barqarorligi va biologik tizimlarda to‘planish salohiyati tufayli oqova suvlarni tozalashdagi muhim og‘ir metall ifloslantiruvchilardan biridir. Molekulyar o‘lchami kichik bo‘lgan erigan metall ionlari klassik ultrafiltratsiya membranalarining g‘ovaklaridan to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘tishi mumkinligi sababli faqat membrana g‘ovak o‘lchamiga tayangan ajratish ko‘pincha yetarli bo‘lmaydi. MEUF yondashuvining asosiy g‘oyasi metall ionini fizik jihatdan kattaroq sirt faol modda tuzilmasiga bog‘lab, membrana ushlab qola oladigan kompleks hosil qilishdir.
Mitsella Yordamidagi Ultrafiltratsiya Qanday Ishlaydi?
Mitsella yordamidagi ultrafiltratsiyada ionli sirt faol modda molekulalari yetarli konsentratsiyaga yetganda mitsellalar hosil qiladi; SDS kabi anion sirt faol moddaning manfiy zaryadlangan bosh guruhlari Cd²⁺ kabi musbat metall ionlari bilan o‘zaro ta’sirlashishi mumkin va shu tariqa metall erkin ion holida membrana g‘ovaklaridan o‘tishi o‘rniga kattaroq sirt faol modda–metall tuzilmasi sifatida retentat tomonida ushlab qolinishi mumkin.
SDS molekulasi uglevodorod xususiyatli dum va manfiy zaryadlangan sulfat bosh guruhiga ega. SDS konsentratsiyasi kritik mitsella konsentratsiyasiga yaqinlashganda yoki bu chegaradan oshganda sirt faol modda molekulalari to‘plana boshlaydi. Tadqiqotda elektr o‘tkazuvchanlik–konsentratsiya egri chizig‘idagi qiyalik o‘zgarishidan foydalanilgan va sof SDS muhitida CMC qiymati 8.14 mmol L⁻¹ deb aniqlangan.
Metall ionlari va eritmadagi boshqa elektrolitlar elektrostatik o‘zaro ta’sirlarni o‘zgartirib, real tizimdagi samarali mitsellalanish xatti-harakatini sof SDS eritmasidan farqlashi mumkin. Tadqiqotda hatto 0.5 CMC sharoitida %96.77 ± 0.03 Cd²⁺ chiqarilishi kuzatilganini mualliflar metall ionlari CMCni pasaytirishi, membrana yaqinidagi konsentratsion qutblanish va SDSning membrana yuzasida to‘planishi bilan izohlaydi. Bu mexanizm manba tadqiqotining talqinidir; u to‘g‘ridan-to‘g‘ri bitta molekulyar mexanizm tajribasi bilan ajratib ko‘rsatilmagan.
Tajriba tizimi
| Parametr | Qiymat / xususiyat |
|---|---|
| Membrana | Yassi plastinali polietersulfon (PES) |
| MWCO | 30 kDa |
| Faol membrana maydoni | 0.004209 m² |
| Transmembrana bosimi | Taxminan 413.68 kPa (60 psi) |
| Oziqlantirish oqimi | 1.6 GPM |
| Ishlash harorati | Taxminan 25 °C |
| Sirt faol modda | Natriy dodesil sulfat (SDS), %99 tozalik |
| Kadmiy manbai | Cd(NO₃)₂·4H₂O, %99 tozalik |
| Cd²⁺ tahlili | Agilent 3510 Atomic Absorption Spectrometry |
| Takrorlar soni | Tajribalar ikki takrorda o‘tkazilgan |
Yangi membrana tajribadan oldin besh daqiqa deionizatsiyalangan suvda ushlab turilgan, so‘ng tizimdan sof suv o‘tkazilib membrana oqimi barqarorlashtirilgan. Har bir standart tajribada permeat massasi daqiqalik qayd etilgan va taxminan to‘rt soatlik barqaror ma’lumot to‘plangan. Tajribalardan so‘ng membrana 30 daqiqa deionizatsiyalangan suv, 30 daqiqa 0.1 mol L⁻¹ NaOH va yana 30 daqiqa deionizatsiyalangan suv bilan tozalangan.
Chiqarish samaradorligi qanday hisoblangan?
Cd²⁺ chiqarish foizi manba tadqiqotida quyidagi tenglama bilan hisoblangan:
\[ R(\%)=\left[1-\left(\frac{C_p}{C_f}\right)\right]\times100 \]
Bu yerda \(C_p\) permeatdagi Cd²⁺ konsentratsiyasini, \(C_f\) esa oziqlantirish eritmasidagi Cd²⁺ konsentratsiyasini bildiradi va ikkalasi ham mg L⁻¹ birligida. \(C_p/C_f\) nisbati kamaygan sari membrana oziqlantirishdagi kadmiyni permeat tomoniga o‘tkazmayotgani anglashiladi; shuning uchun \(R\) qiymati %100 ga yaqinlashadi.
Membrana oqimi esa:
\[ J=\frac{V}{tA} \]
tenglama bilan aniqlangan. \(J\) — L m⁻² h⁻¹ birligidagi permeat oqimi; \(V\) — permeat hajmi; \(t\) — jarayon davomiyligi va \(A\) — faol membrana maydoni. Oqim membrananing birlik maydonidan birlik vaqt ichida qancha suyuqlik o‘tishini ifodalaydi. Yuqori chiqarish va yuqori oqim bir xil narsa emas; sirt faol modda miqdorini oshirish Cd²⁺ chiqarilishini ko‘paytirar ekan, oqimni kamaytirishi mumkin.
Nega 1 CMC SDS Optimal Sharoit Sifatida Tanlangan?
Tadqiqotda 1 CMC SDS Cd²⁺ chiqarilishi %99.44 ± 0.68 darajasiga yetgani va 1.5 CMC ga oshirilganda chiqarishda faqat cheklangan qo‘shimcha foyda olinib, permeat oqimi yanada kamaygani sababli amaliy optimal sharoit sifatida tanlangan.
Deionizatsiyalangan suv uchun o‘rtacha oqim 234.44 ± 1.43 L m⁻² h⁻¹ bo‘lgan bo‘lsa, faqat Cd²⁺ saqlovchi va SDS bo‘lmagan eritmada 229.25 ± 2.43 L m⁻² h⁻¹ o‘lchangan. SDS qo‘shilganda o‘rtacha oqim 0.5 CMC da 170.86 ± 3.04, 1 CMC da 168.29 ± 1.51 va 1.5 CMC da 159.25 ± 1.60 L m⁻² h⁻¹ gacha tushgan.
Bunga qarshi, Cd²⁺ chiqarilishi SDS bo‘lmaganda atigi %30.88 ± 10.8 bo‘lgan, 0.5 CMC da %96.77 ± 0.03, 1 CMC da %99.44 ± 0.68 va manba grafigida 1.5 CMC uchun taxminan %99.76 ga ko‘tarilgan. Bu taqqoslash ko‘proq sirt faol modda har doim jarayonda mutanosib foyda bermasligini ko‘rsatadi.
pH ta’siri
50 mg L⁻¹ Cd²⁺ va 1 CMC SDS qo‘llanganda chiqarish pH 3 da %98.78 ± 0.28, pH 5 da %99.23 ± 0.63, pH 7 da %99.28 ± 0.14 va pH 9 da %99.32 ± 0.09 deb o‘lchangan. Demak, sinovdan o‘tkazilgan pH 3–9 oralig‘ida chiqarish samaradorligi yuqori va nisbatan barqaror bo‘lib qolgan.
Shu bilan birga, pH oshgani sari oqim kamaygan: pH 3, 5, 7 va 9 uchun mos ravishda 183.02 ± 1.97, 171.97 ± 1.55, 166.86 ± 1.55 va 164.56 ± 1.79 L m⁻² h⁻¹ qayd etilgan. Bu natija chiqarish foizi taxminan barqaror qolsa ham, gidrodinamik/membrana ishlashi bir xil qolmaganini ko‘rsatadi.
Cd²⁺ konsentratsiyasining ta’siri
SDS konsentratsiyasi 1 CMC da doimiy ushlab turilganda 10–50 mg L⁻¹ oralig‘idagi barcha Cd²⁺ oziqlantirish konsentratsiyalarida chiqarish %99 dan yuqori bo‘lib qolgan. Biroq metall konsentratsiyasi oshgani sari permeat oqimi kamaygan: 10 mg L⁻¹ uchun 178.04 ± 1.76, 20 mg L⁻¹ uchun 174.04 ± 1.97, 30 mg L⁻¹ uchun 171.36 ± 1.84 va 50 mg L⁻¹ uchun 168.29 ± 1.51 L m⁻² h⁻¹ o‘lchangan.
Elektrolit Konsentratsiyasi Cd²⁺ Chiqarilishini Nega Kamaytirdi?
NaNO₃ qo‘shilishi eritmadagi Na⁺ konsentratsiyasini oshirgan va Na⁺ ionlarining SDS dagi manfiy bog‘lanish joylari uchun Cd²⁺ bilan raqobatlashishi natijasida erkin Cd²⁺ miqdori ko‘paygan; shu sababli NaNO₃ konsentratsiyasi oshgani sari Cd²⁺ chiqarilishi sezilarli kamaygan.
0.01 mol L⁻¹ NaNO₃ sharoitida Cd²⁺ chiqarilishi %98.84 ± 0.12 bo‘lgan, 0.03 mol L⁻¹ da %90.44 ± 0.23 ga va 0.05 mol L⁻¹ da %78.12 ± 0.01 ga tushgan. Xuddi shu tartibda membrana oqimi 164.02 ± 1.67, 155.12 ± 1.65 va 154.05 ± 1.82 L m⁻² h⁻¹ deb qayd etilgan.
Bu natija amaliy qo‘llash nuqtai nazaridan muhim; laboratoriyada deionizatsiyalangan suv bilan olingan juda yuqori Cd²⁺ chiqarish foizlari ion kuchi yuqori bo‘lgan haqiqiy oqova suvlarda ham shu darajada qoladi deb taxmin qilib bo‘lmaydi.
Membrana ifloslanishi va sirt xarakterizatsiyasi
FTIR tahlilida xom membrana bilan 4 va 40 soat ishlatilgan membranalarning asosiy PES polosalarida sezilarli o‘zgarish ko‘rinmagan. Taxminan 3350 cm⁻¹ da O–H cho‘zilishi; 620–867 cm⁻¹ oralig‘ida aromatik C–H; 1100–1200 cm⁻¹ oralig‘ida sulfon; 1230–1270 cm⁻¹ oralig‘ida efir polosalari kuzatilgan.
Bu o‘xshashlik jarayon vaqtida membrananing asosiy kimyoviy tuzilishi sezilarli darajada o‘zgarmaganini qo‘llab-quvvatlaydi. Biroq FTIR yupqa sirt qatlamlariga cheklangan sezgirlikka ega bo‘lgani uchun natijani “membrana yuzasi butunlay toza qoldi” deb talqin qilish kerak emas.
SEM tasvirlarida 4 soatdan keyin yengil tarqoq to‘planishlar, 40 soat oxirida esa yupqa va uzlukli sirt to‘planishi ko‘ringan. EDS o‘lchovlarida C, O va S tarkibi asosan saqlangani va sezilarli Cd to‘planishi aniqlanmagani bildirilgan. Bundan tashqari, standart tozalashdan so‘ng sof suv oqimining %95 dan ko‘prog‘i tiklangani to‘planish og‘ir va qaytmas membrana ifloslanishiga aylanmaganini qo‘llab-quvvatlaydi.
40 soatlik ishlash ko‘rsatkichi
50 mg L⁻¹ Cd²⁺ va 1 CMC SDS sharoitida tizim 40 soat uzluksiz ishlatilgan. Membrana oqimi ish davomida sezilarli pasayish ko‘rsatmagan; besh soatlik oraliqlarda olingan permeat namunalarida Cd²⁺ chiqarilishi doim %98.5 dan yuqori bo‘lib qolgan. Bu tajriba qisqa muddatli 4 soatlik sinovlarga qaraganda kuchliroq barqarorlik ko‘rsatkichi bersa-da, sanoat miqyosida oylar davom etadigan xizmat muddatini ifodalamaydi.
Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan va qo‘llab-quvvatlamaydigan xulosalar
Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydi: SDS yordamidagi MEUF o‘rganilgan laboratoriya sharoitlarida Cd²⁺ chiqarilishini PES ultrafiltratsiya membranasi yolg‘iz ta’minlagan darajadan ancha yuqoriga ko‘tara oladi; 1 CMC SDS da taxminan %99.4 chiqarish olingan. pH 3–9 oralig‘i chiqarish foizini jiddiy buzmagan, NaNO₃ esa konsentratsiya oshgani sari samaradorlikni sezilarli pasaytirgan. 40 soatlik laboratoriya ishlashida oqim barqarorligi va yuqori chiqarish saqlangan.
Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydi: Natijalar haqiqiy sanoat oqova suvida ayni samaradorlik albatta olinishi, turli og‘ir metallar va organik moddalar tizimga ta’sir qilmasligi, membrana uzoq muddatli tijoriy ishlashda ifloslanmasligi yoki jarayon iqtisodiy jihatdan mavjud sanoat tozalash tizimlaridan ustun ekanini isbotlamaydi.
Tadqiqot Usuli va Natijalari
| Tajriba o‘zgaruvchisi | Sharoit | Cd²⁺ chiqarilishi | O‘rtacha oqim | Asosiy talqin |
|---|---|---|---|---|
| SDS yo‘q | 50 mg L⁻¹ Cd²⁺ | %30.88 ± 10.8 | 229.25 ± 2.43 L m⁻² h⁻¹ | PES membranasi yolg‘iz cheklangan chiqarishni ta’minladi. |
| 0.5 CMC SDS | 50 mg L⁻¹ Cd²⁺ | %96.77 ± 0.03 | 170.86 ± 3.04 L m⁻² h⁻¹ | CMC dan past sharoitdagi yuqori chiqarish tizim ichidagi samarali CMC o‘zgarishi va sirt to‘planishi bilan bog‘landi. |
| 1 CMC SDS | 50 mg L⁻¹ Cd²⁺ | %99.44 ± 0.68 | 168.29 ± 1.51 L m⁻² h⁻¹ | Tadqiqot tanlagan optimal SDS sharoiti. |
| 1.5 CMC SDS | 50 mg L⁻¹ Cd²⁺ | Taxminan %99.76 | 159.25 ± 1.60 L m⁻² h⁻¹ | Chiqarishdagi cheklangan qo‘shimcha oshishga qaramay oqim yanada kamaydi. |
| pH | pH 3–9, 1 CMC | %98.78–99.32 | 183.02 dan 164.56 L m⁻² h⁻¹ gacha kamaydi | Chiqarish nisbatan barqaror, oqim pH bilan o‘zgardi. |
| Cd²⁺ oziqlantirish konsentratsiyasi | 10–50 mg L⁻¹ | Barcha sharoitlarda %99 dan yuqori | 178.04 dan 168.29 L m⁻² h⁻¹ gacha kamaydi | Metall konsentratsiyasi oshgani sari oqim kamaydi. |
| NaNO₃ | 0.01 mol L⁻¹ | %98.84 ± 0.12 | 164.02 ± 1.67 L m⁻² h⁻¹ | Past ion kuchida chiqarish asosan saqlanib qoldi. |
| NaNO₃ | 0.03 mol L⁻¹ | %90.44 ± 0.23 | 155.12 ± 1.65 L m⁻² h⁻¹ | Raqobatli ion ta’siri yaqqol bo‘ldi. |
| NaNO₃ | 0.05 mol L⁻¹ | %78.12 ± 0.01 | 154.05 ± 1.82 L m⁻² h⁻¹ | Yuqori elektrolit konsentratsiyasi MEUF samaradorligini jiddiy pasaytirdi. |
| Uzoq muddatli ishlash | 40 h, 50 mg L⁻¹ Cd²⁺, 1 CMC | Har bir o‘lchovda %98.5 dan yuqori | Sezilarli uzluksiz pasayish yo‘q | Laboratoriya miqyosida qisqa/o‘rta muddatli ishlash barqarorligi ko‘rsatildi. |
CMC ning tajribaviy aniqlanishi
CMC SDS eritmasining elektr o‘tkazuvchanligi va molyarligi o‘rtasidagi munosabatning taxminan ikki chiziqli rejimga ajralishi orqali aniqlangan. Monomer SDS ionlari CMC dan oldin o‘tkazuvchanlikka kuchli hissa qo‘shsa, mitsellalanish boshlangandan keyin erkin tashuvchilarning xatti-harakati o‘zgaradi va o‘tkazuvchanlik–konsentratsiya chizig‘ining qiyaligi farqlanadi. Ikki chiziqli sohaning kesishishi 8.14 mmol L⁻¹ deb o‘lchangan.
Xarakterizatsiyaning ilmiy ma’nosi
FTIR membrananing asosiy kimyoviy funksional guruhlari saqlanganini ko‘rsatadi. SEM/EDS tekshiruvlari yuzada umuman to‘planish yo‘qligini isbotlamaydi; 40 soat oxirida yupqa qatlam vizual ravishda ko‘ringan. Shuning uchun eng ehtiyotkor talqin — tadqiqot sharoitida kuchli va doimiy fouling kuzatilmagani degan xulosadir.
Bu Natijalar Haqiqiy Sanoat Oqova Suvida Ayni Samaradorlikni Isbotlaydimi?
Yo‘q. Tajribalar deionizatsiyalangan suv bilan tayyorlangan nazorat ostidagi Cd²⁺ eritmalarida o‘tkazilgan; haqiqiy oqova suvda bo‘lishi mumkin bo‘lgan ko‘p metall ionlari, erigan organik moddalar, yuqori sho‘rlik, muallaq qattiq moddalar va o‘zgaruvchan kimyoviy tarkib SDS–Cd²⁺ bog‘lanishini, mitsellalanishni, membrana oqimini va fouling xatti-harakatini o‘zgartirishi mumkin.
NaNO₃ tajribasidagi samaradorlik yo‘qotilishi bu cheklovni ayniqsa yaqqol ko‘rsatadi: bitta elektrolitni 0.05 mol L⁻¹ darajagacha oshirishning o‘zi Cd²⁺ chiqarilishini taxminan %78 gacha tushirgan. Shuning uchun haqiqiy oqova suvda tekshirish tadqiqotning tabiiy keyingi bosqichidir.
Manba va Usul Izohi
Asl tadqiqot: Advanced Micellar-Enhanced Ultrafiltration for the Removal of Cadmium (Cd2+) from Wastewater.
Mualliflar: Prakriti Sapkota, Sunith B. Madduri, Raghava R. Kommalapati.
Muassasalar: Center for Energy and Environmental Sustainability, Prairie View A&M University; Department of Civil and Environmental Engineering, Prairie View A&M University, Prairie View, Texas, AQSh.
Jurnal: Water.
Nashr ma’lumoti: 2026, 18-jild, 191-maqola.
DOI: 10.3390/w18020191.
Nashr sanasi: 12-yanvar 2026.
Manba turi: Taqrizdan o‘tgan tadqiqot maqolasi.
Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY). Mualliflik huquqi © 2026 mualliflarga tegishli; nashriyotchi MDPI, Basel, Switzerland.
Moliyalashtirish: National Science Foundation, CREST Center for Energy and Environmental Sustainability-Phase II, Award #1914692.
Ma’lumotlarning mavjudligi: Mualliflar ma’lumotlar maqola ichida ekanini bildirgan.
Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.
Asosiy metodologik cheklov: Tadqiqot laboratoriyada tayyorlangan Cd²⁺ eritmasiga asoslangan. Haqiqiy sanoat oqova suvi ishlatilmagan; ko‘p komponentli matritsa, membrananing uzoq muddatli xizmat muddati, sirt faol moddani qayta tiklash va to‘liq miqyosli jarayon iqtisodiyoti baholanmagan.
Manba ichidagi nomuvofiqlik izohi: Batafsil tajriba natijalarida 0.5 CMC sharoiti %96.77 ± 0.03 Cd²⁺ chiqarilishini beradi; biroq xulosa bo‘limida “0.05 CMC” ifodasi uchraydi. Bu ikki qiymat bir-biriga mos emas. Verianla bayoni tajriba bo‘limidagi tekshiriladigan 0.5 CMC ma’lumotini asos qilgan, xulosa bo‘limidagi ziddiyatli ifodani mustaqil topilma sifatida ishlatmagan.
Izoh qoldiring
E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan