Zn-H₃btc, ushbu tadqiqotda rux tuzi bilan trimesik kislota ligandini DMF muhitida reaksiyaga kiritish orqali tayyorlangan rux-trimezat metall-organik karkasdir (metal–organic framework, MOF). Tadqiqotda Zn-H₃btc ning sintetik suvli eritmalardagi Pb(II) ionlarini adsorbsiyalash xulqi; boshlangʻich konsentratsiya, kontakt vaqti, pH, adsorbent dozasi va harorat oʻzgartirilib oʻrganilgan hamda tajriba maʼlumotlari muvozanat izotermalari, kinetik modellar va termodinamik tenglamalar orqali baholangan.

Zn-H₃btc Furye almashtirishli infraqizil spektroskopiya (FTIR), skanerlovchi elektron mikroskopiya (SEM), energiya-dispersiv rentgen spektroskopiya (EDS), kukunli rentgen difraksiyasi (PXRD), termogravimetrik tahlil (TGA) va hosila termogravimetrik tahlil (DTG) yordamida tavsiflangan. Manba ushbu tavsiflashlar sintez qilingan mahsulot trimesik kislotadan farq qilishini va rux tutuvchi yangi karkas tuzilmasi hosil boʻlganini qoʻllab-quvvatlashini bildiradi.

Boshlangʻich Pb(II) konsentratsiyasi 20–60 mg/L oraligʻida oʻrganilgan. Manbada 20, 30, 40, 50 va 60 mg/L boshlangʻich konsentratsiyalar uchun foiz adsorbsiya mos ravishda %80,818; %53,786; %50,649; %51,417 va %64,257 deb berilgan. Xuddi shu sharoitlarda hisoblangan adsorbsiya sigʻimlari 16,164; 16,136; 20,260; 25,709 va 38,554 mg/g. Bu sonlar foiz olib tashlash umuman yuqoriroq boshlangʻich konsentratsiyalarda pastroq qolishini; aksincha, adsorbentning birlik massasiga ushlangan Pb miqdori yuqori konsentratsiyalarda ortishini koʻrsatadi. Biroq tendensiya toʻliq monoton emas: foiz olib tashlash 40 mg/L dan keyin yana ortadi, Qe esa 20 mg/L dan 30 mg/L ga juda kichik pasayishni koʻrsatadi.

pH taʼsirida Pb(II) ni olib tashlash pH 3 dan pH 6 gacha ortgan va pH 6 da %96,448 bilan choʻqqi qiymatiga yetgan. Manba optimal olib tashlash oraligʻini pH 5–7 deb ifodalaydi. Kontakt vaqti tajribasida manba 40 mg/L Pb(II), taxminan pH 6,9 va 298 K sharoitida adsorbsiya tugashi uchun 10 daqiqa yetarli ekanini bildiradi.

Muvozanat modellarida Langmuir izotermasi \(R^2=0{,}9934\) bilan eng yuqori moslikni bergan va maksimal bir qatlamli adsorbsiya sigʻimi \(Q_m=54{,}05\) mg/g deb hisoblangan. Freundlich uchun \(R^2=0{,}9256\), Temkin uchun \(R^2=0{,}9524\) xabar qilingan. Shu sababli manba Langmuir xulqi ustun ekanini, biroq Freundlich mosligini ham butunlay eʼtibordan chetda qoldirib boʻlmasligini bildiradi.

Kinetik taqqoslashda zero-order, first-order, second-order va pseudo-first-order grafiklari chiziqli moslik bermagani; pseudo-second-order grafigi esa chiziqli boʻlgani bildirilgan. Manba buni kimyoviy adsorbsiya (xemosorbsiya) foydasiga talqin qilgan. Shunga qaramay, model mosligi kimyoviy bogʻning bevosita kuzatilishi emas; tadqiqotda xemosorbsiya talqini yuqori izosterik adsorbsiya issiqligi bilan ham qoʻllab-quvvatlanadi.

Termodinamik hisoblarda \(\Delta G\) qiymatlari 290, 301 va 311 K uchun mos ravishda −20,34; −20,40 va −20,45 kJ/mol deb xabar qilingan va manba adsorbsiyani spontan deb talqin qilgan. Izosterik adsorbsiya issiqligi \(\Delta H_x=133{,}39\) kJ/mol, faollanish energiyasi \(E_a=14{,}42\) kJ/mol va sticking probability \(S^*=0{,}014\) deb berilgan.

Tadqiqot haqiqiy sanoat oqova suvidan foydalanmagan. Gʻovak oʻlchami taqsimoti, BET sirt maydoni, oʻrtacha kristallit oʻlchami, sirt zaryadi, adsorbent regeneratsiyasi va koʻp siklli qayta foydalanish samaradorligi oʻlchanmagan. Shu sababli tadqiqot Zn-H₃btc ning boshqariladigan sintetik Pb(II) eritmalaridagi adsorbsiya salohiyatini koʻrsatadi; uning sanoat oqova suvidagi uzoq muddatli samaradorligini oʻzi isbotlamaydi.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Tadqiqot suvdagi Pb(II) ionlarini metall-organik karkas yordamida adsorbtiv tarzda olib tashlashga qaratilgan. Qoʻrgʻoshin ionlari suvli muhitda eriy oladigan va tirik tizimlarda toʻplanishi mumkin boʻlgan toksik metall turlaridir. Tadqiqotchilar rux va trimesik kislota asosida tayyorlangan Zn-H₃btc ning Pb(II) ionlarini ushlash sigʻimini va ushbu tutinishning muvozanat, tezlik va termodinamik xususiyatlarini aniqlashni maqsad qilgan.

Metall-organik karkaslar metall markazlari bilan organik ligandlar takrorlanuvchi koordinatsion tuzilmalar orqali hosil qiladigan kengaygan qattiq tarmoqlardir. Ushbu tadqiqotda ishlatilgan organik ligand trimesik kislota, yaʼni benzene-1,3,5-tricarboxylic acid. U uchta karboksil kislota guruhini tutgani sababli rux markazlari bilan koordinatsiya hosil qila oladigan koʻp bogʻlanish joylariga ega.

Zn-H₃btc qanday sintez qilindi?

Manba sintez protsedurasida 2 g rux nitrat birikmasi, 2 g trimesik kislota va 40 mL N,N-dimethylformamide (DMF) ishlatilganini bildiradi. Aralashma tarkibiy qismlar eriguncha aralashtirilgan, keyin yumaloq tubli kolbaga oʻtkazilgan va uzluksiz aralashtirish ostida 100 °C da 16 soat reflux qilingan.

Reflux erituvchi qaynaganda bugʻlanib, sovutgichda kondensatsiyalanib yana reaksiya idishiga qaytishini taʼminlaydigan qizdirish usulidir. Shunday qilib, aralashma erituvchini katta darajada yoʻqotmasdan uzoq vaqt yuqori haroratda saqlanishi mumkin.

Reaksiyadan soʻng aralashma xona haroratigacha sovutilgan; hosil boʻlgan oq qattiq modda filtrlangan va reaksiyaga kirmagan ligandni olib tashlash maqsadida DMF bilan yuvilgan. Qattiq modda keyin sentrifugalash orqali qayta olingan va gʻovaklarda/qattiq modda ichida qolgan DMF ni olib tashlash uchun bir necha marta methanol bilan yuvilgan. Oq kukun 40 °C da 1 soat quritilgan va havo oʻtkazmaydigan idishda saqlangan.

Manba ichidagi kimyoviy formula qaydi: Reaktivlar roʻyxatida zinc nitrate Zn(NO₃)₂ deb yozilgan. Sintez protsedurasida esa ayni boshlangʻich modda “ZnNO₃·6H₂O” shaklida berilgan. Manba bu formula farqini tushuntirmaydi. Shu sababli Verianla indamay boshqa formula tanlamaydi.

FTIR nimani koʻrsatdi?

FTIR oʻlchovi Perkin-Elmer Spectrum 400 Model FT-IR/FT spektrometri bilan bajarilgan. Spektral ajrata olish 4,0 cm⁻¹, oʻlchov oraligʻi 4000–520 cm⁻¹.

Manba Zn-H₃btc spektrining sof trimesik kislota spektridan farq qilishi va yangi/siljigan polosalarni rux bilan ligand oʻrtasida yangi mahsulot hosil boʻlishining koʻrsatkichi sifatida talqin qiladi. FTIR oʻzi barcha uch oʻlchamli MOF tuzilmasini yechmaydi; bu yerda funksional guruh va bogʻ muhiti oʻzgarishini qoʻllab-quvvatlaydigan tavsiflash dalilidir.

SEM va EDS nimani koʻrsatdi?

SEM tasvirlari Nova NanoSEM200 qurilmasida 10,0 kV tezlashtiruvchi kuchlanishda olingan. Manba 2-rasmda ikkita tasvir bor: biri 20 μm masshtab va 2840× kattalashtirish, ikkinchisi 10 μm masshtab va 4830× kattalashtirish.

Manba matni morfologiyani ikki xil ibora bilan taʼriflaydi: avval “kichik, sferik kristallar va silliqroq sirtlar”, keyin esa kichik “rod-like” tuzilmalar haqida xabar beradi. Haqiqiy SEM tasvirlarida zich, choʻzilgan va tayoqchasimon/tasmasimon zarrachalardan tashkil topgan tuzilma koʻrinadi. Shu sababli Verianla manbadagi ikki iboraning birini indamay oʻchirib tashlamaydi.

EDS tahlili uglerod, kislorod, rux va kam miqdorda kalsiyni koʻrsatgan.

Manba %0,6 kalsiyni sintez jarayonidan kelgan aralashma sifatida talqin qiladi. Uglerod, kislorod va rux asosiy tarkibiy qismlarni tashkil etadi.

PXRD nimani koʻrsatdi?

PXRD oʻlchovlari Shimadzu XRD-7000 MAXIma X diffractometer bilan 45 kV va 40 mA sharoitida bajarilgan. Manba Cu Kα₁ uchun toʻlqin uzunligini 1,540598 va Kα₂ uchun 1,544426 deb beradi. Skanerlash tezligi 1 s/step, step size 0,03°.

Zn-H₃btc difraktogrammasida 2θ = 10,8° dan 39,4° gacha koʻplab keskin choʻqqilar kuzatilgan. Manba Zn-H₃btc uchun 10,8°, 12,4°, 19,4°, 23,8° va 27,9° ni oʻz ichiga olgan yangi xarakterli choʻqqilarni bildiradi va ularning sof trimesik kislota naqshidan farq qilishini yangi mahsulot hosil boʻlishi bilan bogʻlaydi.

Sof trimesik kislota uchun 11°, 13°, 24°, 28° va 30° choʻqqilari mos ravishda 010, 101, 020, 121 va 310 kristallografik tekisliklariga tayinlangan.

TGA va DTG nimani koʻrsatdi?

TGA Perkin-Elmer TGA 4000 qurilmasida inert nitrogen atmosferida, xona haroratidan 900 °C gacha 10 °C/dk rampa tezligida bajarilgan. Manba gaz sharoitini “3,2 bars flow rate” deb ifodalaydi. Bar bosim birligidir; manba haqiqiy hajmiy/massaviy gaz oqimi birligini alohida bermaydi. Shu sababli qiymat qayta talqin qilinmagan.

Manba TGA da 94, 145, 265, 306, 495 va 521 °C atrofida massa yoʻqotilishi sohalarini bildiradi. Eng katta foizli yoʻqotish taxminan %20 bilan 521 °C atrofida sodir boʻlgani; 521–900 °C orasida material massasi barqarorroq holga kelgani qayd etilgan.

DTG baholashida 145, 265, 306, 495 va 521 °C da beshta choʻqqi xabar qilingan. Manba bu hodisalarni “endothermic processes” deb ataydi; biroq DTG bevosita issiqlik oqimi oʻlchovi emas, massa yoʻqotish tezligining harorat boʻyicha hosilasidir. Verianla manbaning atamasini saqlaydi, DTG ni alohida kalorimetrik oʻlchov sifatida taqdim etmaydi.

Zn-H₃btc Pb(II) Uchun Qancha Adsorbsiya Sigʻimini Koʻrsatdi?

Langmuir modelidan hisoblangan maksimal bir qatlamli adsorbsiya sigʻimi 54,05 mg/g; eksperimental Qe qiymati esa boshlangʻich Pb(II) konsentratsiyasi 60 mg/L boʻlganda manbada 38,554 mg/g deb berilgan, shuning uchun 54,05 mg/g tajribada bevosita oʻlchangan bitta nuqta emas, Langmuir model parametridir.

Adsorbsiya sigʻimi Qe qanday hisoblandi?

Manba batch adsorbsiyada massa balansi uchun Tenglama (1) dan foydalangan:

\[ Q_e=\frac{V}{M}(C_0-C_e) \]

Formula nimani hisoblaydi? Muvozanatga yetganda bir gramm quruq Zn-H₃btc tomonidan ushlangan Pb(II) massasini hisoblaydi.

• \(Q_e\): muvozanat adsorbsiya sigʻimi, mg/g.
• \(C_0\): boshlangʻich Pb(II) konsentratsiyasi, mg/L.
• \(C_e\): muvozanatdan keyin eritmada qolgan Pb(II) konsentratsiyasi, mg/L.
• \(V\): eritma hajmi, L.
• \(M\): ishlatilgan quruq Zn-H₃btc massasi, g.

\((C_0-C_e)\) eritmadan olib tashlangan Pb konsentratsiyasidir. Uni \(V\) ga koʻpaytirish adsorbsiyalangan Pb massasini, \(M\) ga boʻlish esa adsorbentning birlik massasiga sigʻimni beradi.

Boshlangʻich konsentratsiyaning taʼsiri

Manba foiz adsorbsiya boshlangʻich konsentratsiya ortishi bilan “pasayish tendensiyasida” ekanini bildiradi. Aniq sonlar koʻrilganda pasayish 20–40 mg/L oraligʻida yaqqol; 50 va 60 mg/L da foiz yana ortadi. Shu sababli munosabat monoton pasayish emas.

Manba shuningdek Qe boshlangʻich konsentratsiya ortishi bilan oshishini bildiradi. Maʼlumotlarda 20 mg/L dagi 16,164 mg/g qiymatidan 30 mg/L dagi 16,136 mg/g qiymatiga juda kichik tushish bor; shundan keyin 60 mg/L gacha aniq ortish koʻrinadi.

pH taʼsiri

pH 3–7 oraligʻida oʻrganilgan. Manba pH oshgani sari Pb(II) adsorbsiyasi pH 6 gacha ortganini va pH 6 da %96,448 ga yetganini bildiradi. pH 6 dan keyin foiz adsorbsiya kamaygan.

Manba past pH sohasidagi past adsorbsiyani yuqori H⁺ konsentratsiyasi adsorbentning faol joylari uchun Pb(II) ionlari bilan raqobatlashishi bilan bogʻlaydi.

pH 6 dan keyingi pasayish uchun mualliflar MOF sirti Pb ionlari bilan toʻliq egallangan boʻlishi mumkin, degan talqinni beradi. Bu bandlik bevosita sirt spektroskopiyasi bilan oʻlchanmagan; manbada berilgan eksperimental tendensiyaning talqinidir.

Kontakt vaqtining taʼsiri

Kontakt vaqti 10–50 daqiqa oraligʻida sinovdan oʻtkazilgan. Tajribalarda 20 mL eritma, 20 mg adsorbent va 40 mg/L Pb(II) ishlatilgan.

Manba eng yuqori adsorbsiya 10 daqiqada sodir boʻlganini va bu qisqa vaqt tez Pb(II) yutilishini koʻrsatishini bildiradi. Xulosa boʻlimida bu sharoit taxminan pH 6,9 va 298 K bilan bogʻlangan.

Adsorbent dozasining taʼsiri

Adsorbent miqdori 10, 20, 30, 40 va 50 mg qilib oʻzgartirilgan. Manba 10 mg dan 40 mg gacha foiz olib tashlash ortganini va 40 mg adsorbent ishlatilganda %72,19 ga yetganini bildiradi.

Manba usul boʻlimida bu tajriba uchun ishlatilgan materialni bir joyda “H₃-btc” deb ataydi; maqolaning asosiy adsorbenti Zn-H₃btc. Verianla bu nomlash farqini manba ichidagi qayd sifatida saqlaydi.

Haroratning taʼsiri

Harorat tajribalari 17, 28 va 38 °C da oʻtkazilgan. Har bir haroratda 20, 30, 40, 50 va 60 mg/L boshlangʻich Pb(II) konsentratsiyalari ishlatilgan.

Manba harorat oshgani sari foiz adsorbsiya kamayishini xabar qiladi. Bu kuzatuv Temkin va termodinamik baholashlarda adsorbsiya ekzotermik xususiyatga ega ekani haqidagi muallif talqini bilan birga koʻrib chiqilgan.

Langmuir Izotermasining Eng Yaxshi Moslik Berishi Nimani Anglatadi?

Tadqiqotdagi uchta muvozanat modelidan Langmuir modeli \(R^2=0{,}9934\) bilan eng yuqori chiziqli moslikni koʻrsatgan; manba buni adsorbsiyani asosan bir qatlamli va bir jinsli bogʻlanish joylari farazi bilan tushuntirish mumkinligi sifatida talqin qiladi, biroq Freundlich ning \(R^2=0{,}9256\) qiymati sababli geterogen yoki koʻp qatlamli hissalarni butunlay chiqarib tashlab boʻlmasligini ham bildiradi.

Langmuir modeli — Tenglama (2)

\[ \frac{C_e}{Q_e}=\frac{1}{Q_mK_L}+\frac{C_e}{Q_m} \]

• \(C_e\): muvozanat Pb(II) konsentratsiyasi.
• \(Q_e\): muvozanat adsorbsiya sigʻimi.
• \(Q_m\): Langmuir maksimal bir qatlamli sigʻimi.
• \(K_L\): Langmuir muvozanat doimiysi.

\(C_e/Q_e\) qiymatining \(C_e\) ga qarshi grafigida qiyalik \(1/Q_m\), kesishish esa \(1/(Q_mK_L)\) munosabatini beradi. Tadqiqotda \(Q_m=54{,}05\) mg/g va \(K_L=3{,}85\) L/mg hisoblangan.

Langmuir ajratish omili Sf — Tenglama (3)

\[ S_f=\frac{1}{1+K_LC_0} \]

\(S_f\) oʻlchovsiz. Manba tasnifiga koʻra:

• \(S_f>1\): noqulay adsorbsiya,
• \(S_f=1\): chiziqli adsorbsiya,
• \(0<S_f<1\): qulay adsorbsiya,
• \(S_f=0\): qaytmas adsorbsiya.

Barcha qiymatlarning 0 bilan 1 orasida boʻlishi manbaning Langmuir mezoniga koʻra oʻrganilgan konsentratsiyalarda adsorbsiya qulay ekanini koʻrsatadi.

Freundlich modeli — Tenglama (4)

\[ \ln Q_e=\ln K_F+\frac{1}{n}\ln C_e \]

\(K_F\) manbada Freundlich adsorbsiya sigʻimi, \(n\) esa adsorption intensity/hopping number deb taʼriflangan. \(\ln Q_e\) bilan \(\ln C_e\) grafigining qiyaligi \(1/n\), kesishishi \(\ln K_F\).

Tadqiqotda \(K_F=77{,}74\ \text{mg/g}\,(\text{L/mg})^{1/n}\) va 2-jadvalga koʻra \(1/n=0{,}26\) berilgan. Asosiy matnda esa ayni qiymat 0,25 deb yozilgan. Manbada ikki xil qiymat borligi sababli Verianla 2-jadval qiymatini oʻzgartirmagan va farqni ochiq koʻrsatgan.

Temkin modeli — Tenglama (5)

Manbada Tenglama (5) quyidagi shaklda bosilgan:

\[ Q_e=\frac{RT}{B_T}\ln C_e+\frac{RT}{i}\ln K_T \]

Manba ichidagi tenglama ogohlantirishi: ikkinchi hadning maxrajidagi \(i\) belgisi matnda taʼriflanmagan. Manba faqat \(K_T\), \(B_T\), \(R\) va \(T\) ni taʼriflaydi. Shu sababli bu yerda \(i\) boshqa belgi bilan almashtirilmagan.

• \(R\): universal gas constant.
• \(T\): absolute temperature.
• \(K_T\): Temkin isotherm constant.
• \(B_T\): manbada adsorption heat bilan bogʻlangan Temkin doimiysi.

2-jadvalda \(K_T=5{,}459\) L/g, \(B_T=66{,}26\) J/mol va \(R^2=0{,}9524\) xabar qilingan.

Temkin issiqligi va entalpiya munosabati — Tenglama (6)

\[ B_T=\Delta q=-\Delta H \]

Manba musbat \(B_T=66{,}26\) J/mol qiymatini adsorbsiya issiqligining kamayishi va shuning uchun ekzotermik xulq bilan bogʻlaydi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Batch adsorbsiya tajriba qurilmasi

Adsorbsiya tajribalari Labcon 3100U orbital shaker yordamida 100 rpm da bajarilgan. Yakuniy Pb(II) konsentratsiyalari Buck Scientific 200A Atomic Absorption/Emission Spectrophotometer bilan aniqlangan.

Har bir parametr tajribasi ikki takror bilan bajarilgan va oʻrtacha qiymat ishlatilgan. Manba standart ogʻish, ishonch oraligʻi yoki takrorlar orasidagi alohida qiymatlarni bildirmaydi.

Stok eritma formulasi va konsentratsiya qaydi

Reaktivlar roʻyxati lead(II) nitrate ni Pb(NO₃)₂ deb beradi. Batch tajriba boʻlimida esa “500 mg/L stock solution made by dissolving 500 mg of PbNO₃ salt ... in 1 L” iborasi mavjud.

Bu ibora ikki sababga koʻra qayta ishlab chiqarish nuqtai nazaridan noaniqlik tugʻdiradi: kimyoviy formula reaktivlar roʻyxati bilan bir xil emas va 500 mg tuzni 1 L da eritish, metall ioni massasiga koʻra alohida aylantirilmasa, bevosita 500 mg/L elementar Pb(II) degani emas. Manba alohida molyar/massaviy tuzatish hisobini bermagani uchun Verianla bunday hisobni uydirmaydi.

Kinetik modellar

Manba beshta kinetik tenglamadan foydalangan.

Zero-order — Tenglama (7)

\[ Q_t=k_0t \]

\(Q_t\) — \(t\) vaqtdagi adsorbsiya sigʻimi. \(k_0\) zero-order rate constant. Model \(Q_t\) vaqt bilan chiziqli oʻzgarishini faraz qiladi.

First-order — Tenglama (8)

\[ \ln C_t=\ln C_0-k_1t \]

\(C_t\) — \(t\) vaqtda eritmada qolgan Pb(II) konsentratsiyasi; \(C_0\) boshlangʻich konsentratsiya. Chiziqli \(\ln C_t\)–\(t\) munosabati first-order xulqini qoʻllab-quvvatlaydi.

Second-order — Tenglama (9)

\[ \frac{1}{C_t}=\frac{1}{C_0}+k_2t \]

Bu shaklda \(1/C_t\) ning vaqt bilan chiziqli oʻzgarishi second-order modelga moslikni koʻrsatadi.

Pseudo-first-order — Tenglama (10)

Manbada tenglama quyidagi shaklda bosilgan:

\[ \ln Q_e-Q_t=\ln Q_e-k_1t \]

Manba ichidagi tenglama qaydi: manba \(Q_e-Q_t\) ifodasini logarifm qavsi ichida koʻrsatmaydi. Verianla keng tarqalgan adabiyot shaklidan foydalanib indamay tuzatish kiritmagan.

Pseudo-second-order — Tenglama (11)

\[ \frac{t}{Q_t}=\frac{1}{K_2Q_e^2}+\frac{t}{Q_e} \]

Bu yerda \(K_2\) pseudo-second-order rate constant, \(Q_e\) muvozanat sigʻimi va \(Q_t\) maʼlum vaqtdagi sigʻim. \(t/Q_t\) bilan \(t\) oʻrtasidagi chiziqli munosabat bu model tajriba maʼlumotlariga mosligini koʻrsatadi.

Manbaga koʻra zero-, first-, second- va pseudo-first-order grafiklar chiziqli boʻlmagan, pseudo-second-order grafigi esa chiziqli topilgan. Mualliflar bu natijani xemosorbsiya mexanizmining koʻrsatkichi sifatida talqin qilgan.

Bu talqinning chegarasi muhim: pseudo-second-order modelning muvaffaqiyatli fit berishi adsorbsiya tezligi xulqini tushuntiradi; oʻzi sirtning qaysi kimyoviy bogʻi hosil boʻlganini bevosita tasvirlamaydi. Ushbu tadqiqotda xemosorbsiya talqini yuqori \(\Delta H_x\) qiymati bilan ham qoʻllab-quvvatlanadi.

Ichki zarracha diffuziyasi — Tenglama (12)

\[ Q_t=K_i\sqrt{t}+C \]

• \(K_i\): ichki zarracha diffuziyasi tezlik doimiysi, mg/g·min^1/2.
• \(C\): boundary-layer thickness bilan bogʻliq kesishish doimiysi.

Weber–Morris talqiniga koʻra, agar ichki zarracha diffuziyasi yagona tezlikni cheklovchi bosqich boʻlsa, \(Q_t\)–\(\sqrt{t}\) grafigi chiziqli boʻlishi va koordinata boshidan oʻtishi kutiladi.

Manba grafik chiziqli emasligini va koordinata boshidan oʻtmasligini bildiradi. Shu sababli ichki zarracha diffuziyasi yagona tezlikni belgilovchi mexanizm emas degan xulosaga kelingan. Manfiy \(K_i\) qiymati ham 3-jadvalda aynan shu shaklda xabar qilingan; Verianla ishorani oʻzgartirmaydi.

Clausius–Clapeyron yondashuvi — Tenglama (13)

\[ \ln C_e=-\left[\frac{\Delta H_x}{R}\right]\frac{1}{T}+K \]

• \(\Delta H_x\): isosteric heat of adsorption.
• \(R\): gaz doimiysi.
• \(T\): mutlaq harorat.
• \(K\): manbada taʼriflangan doimiy.

\(\ln C_e\) bilan \(1/T\) grafigining qiyaligidan \(\Delta H_x\) olingan. Manba \(\Delta H_x=133{,}39\) kJ/mol va \(R^2=0{,}9998\) ni xabar qiladi.

Arrhenius/sticking probability yondashuvi — Tenglama (14)

\[ \ln(1-\theta)=\ln S^*+\left[\frac{E_a}{R}\right]\frac{1}{T} \]

\(\theta\) sirt qoplanish nisbatidir. \(E_a\) activation energy, \(S^*\) sticking probability. \(\ln(1-\theta)\) bilan \(1/T\) grafigining qiyaligi va kesishishidan ushbu parametrlar hisoblangan.

Manba \(E_a=14{,}42\) kJ/mol, \(S^*=0{,}014\) va \(R^2=0{,}9978\) ni beradi.

Manbaning oʻz tasnifiga koʻra 5–40 kJ/mol oraligʻidagi \(E_a\) qiymatlari physisorption bilan bogʻlanadi; \(0<S^*<1\) ham physisorption-predominant favorable sticking deb taʼriflanadi. Demak, bu ikki koʻrsatkich oʻzi xemosorbsiya foydasiga emas.

Van't Hoff — Tenglama (15)

\[ \ln K_c=\frac{\Delta S^0}{R}-\frac{\Delta H^0}{R}\frac{1}{T} \]

Manba \(K_c\) ni \(Q_e/C_e\) nisbatidan olingan doimiy sifatida taʼriflaydi. \(\ln K_c\)–\(1/T\) grafigining qiyaligi \(\Delta H^0\), kesishishi esa \(\Delta S^0\) bilan bogʻlangan.

Gibbs erkin energiyasi — Tenglama (16)

\[ \Delta G=\Delta H-T\Delta S \]

Bu tenglama harorat \(T\), entalpiya oʻzgarishi \(\Delta H\) va entropiya oʻzgarishi \(\Delta S\) orqali Gibbs erkin energiya oʻzgarishini beradi. Manba talqiniga koʻra manfiy \(\Delta G\), oʻrganilgan haroratlarda adsorbsiya spontan ekanini koʻrsatadi.

Manba ichidagi matematik nomuvofiqlik: 4-jadvalda bosilgan \(\Delta H\) birligi kJ/kmol, \(\Delta G\) esa kJ/mol. Bundan tashqari, \(\Delta S=-0{,}0054\) kJ/K/mol ishorasi Tenglama (16) ga aynan qoʻyilganda harorat oshgani sari \(\Delta G\) kamroq manfiy boʻlishi kutilsa-da, jadvalda yanada manfiy qiymatlar berilgan. Verianla bu ishora yoki birlikni taxmin bilan oʻzgartirmagan.

Adsorbsiya fizikmi yoki kimyoviymi?

Manbaning turli koʻrsatkichlari bir xil va toʻliq bir yoʻnalishda emas.

• Pseudo-second-order kinetik moslik mualliflar tomonidan xemosorbsiya foydasiga talqin qilingan.
• \(\Delta H_x=133{,}39\) kJ/mol qiymati manba ishlatgan >80 kJ/mol mezoniga koʻra xemosorbsiya oraligʻida.
• Aksincha, \(E_a=14{,}42\) kJ/mol manbaning oʻz 5–40 kJ/mol tasnifiga koʻra physisorption oraligʻida.
• \(S^*=0{,}014\), manbaning oʻz tasnifiga koʻra \(0<S^*<1\) va shuning uchun favorable sticking / physisorption-predominant hududida.

Mualliflar ushbu birikmani “low activation chemisorption” deb talqin qilgan va Pb(II) bogʻlanishi ion exchange yoki surface complexation orqali sodir boʻlishi mumkinligini bildirgan. Ushbu ikki mexanizm bevosita spektroskopik ravishda ajratilmagan; manba ularni mumkin boʻlgan izohlar sifatida taqdim etgan.

Ushbu Tadqiqot Haqiqiy Sanoat Oqova Suvi Samaradorligini Isbotlaydimi?

Yoʻq. Tajribalar laboratoriyada tayyorlangan Pb(II) tutuvchi suvli eritmalarda bajarilgan; haqiqiy sanoat oqova suvi matritsasi, koʻp metall raqobati, organik ifloslantiruvchilar, erigan tuzlar taʼsiri, regeneratsiya, koʻp siklli foydalanish, kolonna ishlashi yoki pilot masshtabda tasdiqlash bu tadqiqotda sinovdan oʻtkazilmagan.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan xulosalar

• Zn-H₃btc qattiq moddasi rux va trimesik kislota yordamida sintez qilingan.
• FTIR va PXRD natijalari boshlangʻich liganddan farqli yangi mahsulot hosil boʻlishini qoʻllab-quvvatlaydi.
• EDS asosiy tarkibiy qismlar sifatida C, O va Zn ni koʻrsatgan; %0,6 Ca manba tomonidan aralashma deb talqin qilingan.
• Zn-H₃btc sintetik suvli eritmadan Pb(II) ni adsorbsiyalagan.
• pH 6 da manbada %96,448 olib tashlash xabar qilingan.
• Manba optimal pH oraligʻini 5–7 deb beradi.
• Langmuir taqqoslangan uchta izoterma ichida eng yuqori R² qiymatini bergan.
• Langmuir maksimal bir qatlamli sigʻimi 54,05 mg/g deb hisoblangan.
• Pseudo-second-order model kinetik maʼlumotlarga eng yaxshi moslikni bergan.
• Ichki zarracha diffuziyasi grafigi koordinata boshidan oʻtmagan va chiziqli boʻlmagan; manba buni ichki zarracha diffuziyasi yagona tezlikni cheklovchi bosqich emasligi bilan bogʻlagan.
• Xabar qilingan ΔG qiymatlari manfiy va manba buni spontan adsorbsiya deb talqin qilgan.
• Izosterik adsorbsiya issiqligi 133,39 kJ/mol.
• Harorat oshgani sari foiz adsorbsiya kamaygan.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlamaydigan xulosalar

• Zn-H₃btc haqiqiy sanoat oqova suvida ayni samaradorlikni koʻrsatishi tasdiqlanmagan.
• Koʻp metall ionlarining raqobatli adsorbsiyasi sinovdan oʻtkazilmagan.
• Adsorbent regeneratsiyasi yoki koʻp siklli qayta foydalanishi sinovdan oʻtkazilmagan.
• BET solishtirma sirt maydoni oʻlchanmagan.
• Gʻovak oʻlchami taqsimoti aniqlanmagan.
• Oʻrtacha kristallit oʻlchami hisoblanmagan.
• Sirt zaryadi yoki zeta potential oʻlchanmagan.
• Pb bogʻlanishi aniq ion exchange mi yoki surface complexation mi ekanligi bevosita aniqlanmagan.
• Toksiklik tajribasi bajarilmagan; “low toxicity” iborasi ushbu tadqiqotda biologik toksiklik testi bilan bevosita tasdiqlanmagan.
• Kolonna yoki uzluksiz oqimli adsorbsiya tizimi sinovdan oʻtkazilmagan.
• Pilot yoki sanoat masshtabida kattalashtirish bajarilmagan.
• Ikki takror uchun standart ogʻish, ishonch oraligʻi yoki statistik ahamiyat testi xabar qilinmagan.

Adabiyotlar taqqoslanishi

Ushbu sigʻim qiymatlari bevosita “qaysi adsorbent yaxshiroq?” tartibi sifatida oʻqilmasligi kerak. Manbaning oʻzi tajriba sharoitlari adsorbentlar oʻrtasida sezilarli darajada farq qilishini taʼkidlaydi. Masalan, ayrim taqqoslash tadqiqotlarida boshlangʻich Pb(II) konsentratsiyasi 1000 mg/L va kontakt vaqti 1440 daqiqagacha yetadi. Zn-H₃btc uchun esa oʻrganilgan maksimal boshlangʻich konsentratsiya 60 mg/L va taqqoslash jadvalidagi kontakt vaqti 50 daqiqa.

Kelajak tadqiqotlari uchun manba tavsiyalari

Mualliflar Zn-H₃btc ning qoʻllanish imkoniyatini kuchliroq tasdiqlash uchun ekologikroq synthesis usullarini, ayniqsa hydrothermal yoki mechanochemical yondashuvlarni oʻrganishni tavsiya qiladi.

Bundan tashqari, manba quyidagi oʻlchovlar bajarilmaganini va kelajakda aniqlash foydali boʻlishini ochiq bildiradi:

• pore size distribution,
• average crystallite size,
• surface area,
• surface charge,
• reusability,
• multi-stage wastewater treatment sigʻimi.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl sarlavha: Thermodynamics, Equilibrium and Kinetic Evaluation of Lead Ion Interactions on Zinc Salt of Trimesic Acid MOF in Aqueous Solution

Mualliflar: Charity W. Dikio; Samuel Ukachuku; Fanyana M. Mtunzi.

Corresponding authors: Charity W. Dikio va Samuel Ukachuku.

Teng hissa: Manbada teng birinchi mualliflik yoki teng hissa bayonoti mavjud emas.

Muassasalar: Department of Chemistry, Vaal University of Technology, Vanderbijlpark, South Africa; Department of Pure and Industrial Chemistry, University of Africa, Toru-Orua, Bayelsa, Nigeria.

Jurnal: Chemistry.

Nashriyot: MDPI, Basel, Switzerland.

Manba turi: Article; laboratoriya miqyosidagi eksperimental batch adsorption va adsorption-modeling tadqiqoti.

Jild / son / maqola raqami: 8 / 9 / 120.

DOI: 10.3390/chemistry8090120.

Qabul qilingan: 25 iyun 2026.

Tahrir: 31 iyul 2026.

Qabul: 6 avgust 2026.

Nashr: 31 avgust 2026.

Academic Editors: Lucian Baia va Monica Baia.

Taqriz holati: Chemistry — MDPI tomonidan nashr etiladigan xalqaro taqrizli ilmiy jurnal.

Litsenziya: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Preprint holati: Manba maqolada alohida preprint qaydi koʻrsatilmagan.

Moliyalashtirish: Center for Scientific and Industrial Research, South Africa; grant CSIR/VUT/209044845. Article processing charge Vaal University of Technology tomonidan moliyalashtirilgan.

Maʼlumotlar mavjudligi: Manba original hissalar maqola va Supplementary Materials ichida ekanini; qoʻshimcha savollar corresponding author ga yoʻnaltirilishi mumkinligini bildiradi.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar manfaatlar toʻqnashuvi yoʻqligini eʼlon qilgan.

Tashakkur: Tadqiqot resurslariga kirish uchun Vaal University of Technology rahbariyatiga; texnik yordam va tajriba hissasi uchun Ezekiel Dixon Dikio ga minnatdorchilik bildirilgan.

Mualliflar hissasi: Conceptualization: F.M.M., C.W.D.; methodology: C.W.D.; software: C.W.D.; validation: C.W.D., F.M.M., S.U.; formal analysis: C.W.D., S.U.; investigation: C.W.D., S.U.; resources: C.W.D., F.M.M., S.U.; data curation: C.W.D., S.U.; writing—original draft: C.W.D., S.U.; writing—review and editing: C.W.D., F.M.M., S.U.; visualization: C.W.D., S.U.; supervision: F.M.M.; project administration: C.W.D., S.U.; funding acquisition: F.M.M.

Asosiy adsorbent: Pristine Zn-H₃btc zinc-trimesate metal-organic framework.

Asosiy adsorbat: Pb(II) ioni.

Asosiy tavsiflash usullari: FTIR, SEM, EDS, PXRD, TGA va DTG.

Asosiy batch oʻzgaruvchilari: boshlangʻich konsentratsiya, kontakt vaqti, pH, adsorbent dozasi va harorat.

Asosiy model natijasi: Langmuir modeli R² = 0,9934 bilan taqqoslangan uchta izoterma orasida eng yuqori moslikni bergan.

Model maksimal sigʻimi: Qm = 54,05 mg/g.

Asosiy kinetik natija: Manba pseudo-second-order kinetik modelini eng mos model deb aniqlagan va xemosorbsiya foydasiga talqin qilgan.

Asosiy termodinamik natijalar: ΔHx = 133,39 kJ/mol; Ea = 14,42 kJ/mol; S* = 0,014; manbada berilgan ΔG qiymatlari 290, 301 va 311 K uchun −20,34, −20,40 va −20,45 kJ/mol.

Manba ichidagi formula nomuvofiqligi: Reaktivlar roʻyxatida Pb(NO₃)₂, stok eritma tavsifida PbNO₃ yozilgan. Xuddi shunday, zinc nitrate formulasi reaktivlar roʻyxati va sintez tavsifida bir xil yozilmagan.

Manba ichidagi Temkin tenglama muammosi: Tenglama (5) ning ikkinchi hadi maxrajida taʼriflanmagan “i” belgisi mavjud.

Manba ichidagi pseudo-first-order tenglama qaydi: Tenglama (10) da logarifm qavsining chegarasi aniq emas; manba shakli oʻzgartirilmay saqlangan.

Manba ichidagi Freundlich farqi: Asosiy matn 1/n = 0,25, 2-jadval esa 1/n = 0,26 deb xabar qiladi.

Manba ichidagi termodinamik nomuvofiqlik: 4-jadvalda ΔH birligi kJ/kmol deb bosilgan; ΔS manfiy berilgan; shunga qaramay ΔG qiymatlari harorat oshgani sari yanada manfiy boʻlgan. Bu sonlarning Tenglama (16) bilan toʻgʻridan-toʻgʻri mos kelmasligi manbada tushuntirilmagan.

Manba ichidagi morfologiya farqi: SEM muhokamasida Zn-H₃btc ham kichik sferik kristallar, ham rod-like tuzilmalar sifatida taʼriflanadi.

Supplementary Materials nomlash farqi: Qoʻllab-quvvatlovchi fayllar tavsifidagi ayrim jadvallar Zn-H₂btc deb nomlangan; asosiy maqolada oʻrganilgan adsorbent Zn-H₃btc.

Asosiy uslubiy cheklov: Tadqiqot haqiqiy oqova suvdan foydalanmagan; sirt maydoni, gʻovak taqsimoti, sirt zaryadi, kristallit oʻlchami va reusability oʻlchovlarini bajarmagan.

Mexanizm chegarasi: Manba xemosorbsiya talqinini pseudo-second-order kinetika va yuqori izosterik issiqlik bilan qoʻllab-quvvatlaydi; biroq Ea va S* uchun ishlatgan tasniflar physisorption yoʻnalishidagi koʻrsatkichlarni ham oʻz ichiga oladi. Ion exchange va surface complexation mumkin boʻlgan mexanizmlar sifatida muhokama qilingan, bevosita mexanizm ajratilishi bajarilmagan.

Haqiqiy dunyo chegarasi: Natijalar boshqariladigan sintetik suvli Pb(II) eritmalariga tegishli; haqiqiy sanoat oqova suvi yoki pilot qurilma samaradorligi emas.