Toʻqimachilik, neft-kimyo va farmatsevtika sanoatida hosil boʻladigan ayrim oqova suvlar bir vaqtning oʻzida koʻp miqdorda tuz va organik ifloslantiruvchilarni oʻz ichiga olishi mumkin. Bunday suvni tozalashda barcha erigan moddalarni birgalikda ushlab qolish har doim ham istalgan natija emas. Ayniqsa, boʻyoq kabi qimmatli yoki ekologik jihatdan muammoli organik birikmalarni tuzlardan ajratish suv, tuz va organik komponentlarni qayta ishlatish imkoniyati nuqtai nazaridan muhim boʻlishi mumkin.

Ushbu tadqiqotda olimlar tetra-aldegid funksiyali kaliksaren deb taʼriflangan TACA nomli uch oʻlchamli makrotsiklik molekulani m-fenilendiamin (MPD) bilan birlashtirib, yangi yupqa qatlamli kompozit membrana yaratdilar. Anʼanaviy tezkor fazalararo polimerlanish oʻrniga “unidirectional diffusion assisted interfacial polymerization”, qisqacha UDIP deb ataluvchi yoʻnaltirilgan diffuziya yordamidagi usul qoʻllandi. Kevlar gidrogel tayanchi ikki monomer fazasini bevosita aralashtirmasdan MPD ning nazorat ostida TACA ga yetib borishini taʼminladi.

Optimallashtirilgan TACA_0.5MPD_0.5-3 membranasi 63,8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ suv oʻtkazuvchanligini koʻrsatdi. Xuddi shu membranada Congo red uchun %99,6, Direct red 23 uchun %99,4, Methyl blue uchun %98,9 va Direct yellow 12 uchun %99,0 rad etish qayd etilgan boʻlsa, NaCl rad etilishi atigi %1,1 ni tashkil etdi. Boshqacha aytganda, membrana organik boʻyoq molekulalarini katta darajada ushlab qolgan holda kichik tuz ionlarining oʻtishiga imkon berdi.

30 g/L NaCl saqlovchi yuqori shoʻrlik sharoitida ham Congo red ning rad etilishi %98 dan yuqori boʻlib qoldi. Modellashtirilgan toʻqimachilik oqova suvida oʻtkazilgan diafiltratsiya tajribasida boʻyoq yoʻqotilishi past darajada saqlangan holda tuz konsentratsiyasi kamaytirildi. Tadqiqotchilar, shuningdek, 48 soatlik uzluksiz filtrlashda oʻtkazuvchanlik va rad etish qiymatlarida sezilarli oʻzgarish kuzatmaganliklarini hamda tekshirilgan sharoitlarda TACA yoki MPD sizib chiqishini aniqlamaganliklarini bildirdilar.

Biroq tadqiqot haqiqiy toʻqimachilik fabrikasidan olingan murakkab oqova suvda oʻtkazilmagan. Asosiy ajratish tajribalari laboratoriyada tayyorlangan boʻyoq va tuz eritmalarida bajarilgan. Shu sababli texnologiya istiqbolli koʻrinsa-da, uzoq muddatli haqiqiy oqova suvdagi samaradorlik, membrana ishlab chiqarishini katta miqyosga olib chiqish, erituvchilarni boshqarish, membrana xizmat muddati va real inshoot iqtisodiyoti alohida tasdiqlanishi kerak.

Yuqori shoʻrlikli organik oqova suvni tozalash nega qiyin?

Toʻqimachilikni boʻyash kabi jarayonlarda oqova suvda faqat organik boʻyoq boʻlmaydi. Yuqori konsentratsiyalarda NaCl, Na₂SO₄ yoki boshqa noorganik ionlar ham boʻlishi mumkin. Bunday aralashmani klassik zich nanofiltratsiya membranasi bilan qayta ishlash ham yirik boʻyoq molekulalari, ham kichik tuz ionlarining ushlanib qolishiga olib kelishi mumkin.

Birinchi qarashda tuzning yuqori darajada rad etilishi yaxshi natijadek koʻrinishi mumkin. Ammo maqsad boʻyoqni tuzdan ajratish boʻlsa, bu holat kamchilikka aylanishi mumkin. Tuz membrananing oziqlantirish tomonida toʻplangan sari osmotik bosim oshadi; suvning membrana orqali tashilishi qiyinlashadi va jarayon yuqoriroq bosim yoki koʻproq diafiltratsiya suvini talab qilishi mumkin.

Ushbu tadqiqotdagi membrananing maqsadi klassik maʼnodagi “tuzsizlantirish” emas. Aksincha, maqsad yirik organik molekulalarni ushlab qolgan holda kichik tuz ionlarining oʻtishiga imkon berishdir. Bu farq tadqiqotni tushunish uchun nihoyatda muhim: bu yerda NaCl ning past rad etilishi samaradorlikning yoʻqolishi emas, balki loyihalashtirilgan ajratish funksiyasining bir qismidir.

Makrotsikl nima?

Makrotsiklik molekulalar halqa shaklidagi va molekula ichidan oʻtuvchi aniq boʻshliqlarga ega tuzilmalardir. Tadqiqotda ishlatilgan TACA tetra-aldegid funksiyali kaliks[4]aren tuzilishiga asoslangan.

TACA molekulasi klassik yassi monomerlardan farqli ravishda uch oʻlchamli, konussimon va qattiq geometriyaga ega. Manbada molekulaning keng yuqori teshigi taxminan 10,94 Å, tor pastki teshigi esa taxminan 3,45 Å ekani koʻrsatilgan.

Kaliks shaklidagi tuzilmaning ichidan oʻtuvchi tabiiy boʻshliq polimerlanishdan keyin membrana ichida oʻzaro bogʻlangan molekulyar tashish yoʻllarining hosil boʻlishiga hissa qoʻshishi mumkin. TACA ning pastki chetidagi gidroksil guruhlari esa suv molekulalari bilan vodorod bogʻi hosil qila oladigan gidrofil hududlarni taʼminlaydi.

TACA nega MPD bilan birlashtirildi?

TACA da toʻrtta aldegid guruhi mavjud. MPD esa ikkita amin guruhiga ega diamin hisoblanadi. Aldegid va amin guruhlari Schiff asosi kondensatsiyasi deb ataluvchi reaksiya orqali birikib, imin bogʻlarini hosil qilishi mumkin.

Tadqiqotchilar TACA ning aldegid guruhlari anʼanaviy fazalararo polimerlanishda qoʻllanadigan juda reaktiv asilxloridlarga nisbatan nazoratliroq reaksiyaga kirishishini taʼkidlaydilar. Bu nisbatan moʻtadil reaktivlik juda zich va erkin hajmi juda kichik qatlam oʻrniga boʻshroq, biroq uzluksiz va selektiv polimer tarmogʻini hosil qilishni maqsad qiladi.

Natijada hosil boʻlgan TACA–MPD tarmogʻi faqat polimer zanjirlari orasidagi tasodifiy boʻshliqlardan iborat emas. TACA molekulasining oʻz ichki boʻshliqlari ham membrananing gʻovak arxitekturasining bir qismiga aylanadi.

UDIP usuli nega muhim?

Klassik fazalararo polimerlanishda ikki monomer organik va suvli fazalar bevosita tutashadigan chegarada juda tez reaksiyaga kirishishi mumkin. Reaksiya juda tez boʻlsa, monomer tashilishini aniq nazorat qilish qiyinlashadi va oʻta zich yoki notekis selektiv qatlamlar hosil boʻlishi mumkin.

Ushbu tadqiqotda olimlar ikki faza orasiga Kevlar gidrogel tayanchini joylashtirdilar. TACA gidrofob xususiyati va katta molekulyar oʻlchami sababli asosan organik faza tomonida qolgan bir paytda, MPD suvli tomondan gidrogel orqali nazorat ostida fazalararo chegaraga diffuziyalandi.

Ushbu yoʻnaltirilgan diffuziya UDIP deb ataldi. Gidrogel ayni paytda suvli monomer uchun rezervuar va polimerlanish uchun barqarorroq “fazalararo reaktor” vazifasini bajardi.

Membrana qanday ishlab chiqarildi?

Kevlar gidrogel tayanchini tayyorlashda 1,2 g Kevlar tolasi, 1,2 g KOH, 1,2 mL suv va 60 mL DMSO xona haroratida 24 soat aralashtirildi. Olingan eritma havo pufakchalari va choʻkmalarni olib tashlash uchun sentrifugalandi, toʻqilmagan mato ustiga 250 µm qalinlikda qoplandi va 26 °C dagi deionizatsiyalangan suv vannasida faza inversiyasi orqali gidrogel hosil qilindi.

TACA–MPD membranasi uchun gidrogel ikki kamerali diffuziya hujayrasi orasiga joylashtirildi. Bir tomonga MPD saqlovchi suvli faza, ikkinchi tomonga TACA saqlovchi dixlormetan fazasi qoʻyildi.

Tadqiqotchilar TACA konsentratsiyasini 0,4–0,7 mM, MPD konsentratsiyasini 0,25–1,0 mM va reaksiya vaqtini 1–7 soat oraligʻida oʻzgartirib, turli membranalar tayyorladilar.

Suv oʻtkazuvchanligi bilan boʻyoqni rad etish oʻrtasidagi muvozanatga koʻra 0,5 mM TACA, 0,5 mM MPD va 3 soatlik reaksiya sharoiti optimal deb tanlandi. Ushbu membrana TACA_0.5MPD_0.5-3 deb nomlandi.

Uzoqroq polimerlanish har doim yaxshiroqmi?

Yoʻq. Tadqiqot membrana dizaynidagi klassik oʻtkazuvchanlik–selektivlik muvozanatini aniq koʻrsatadi. Reaksiya vaqti uzayganda va monomer konsentratsiyasi ortganda selektiv qatlam qalinlashadi va koʻproq koʻndalang bogʻlanadi.

Natijada boʻyoqni rad etish ortadi, suv oʻtkazuvchanligi esa kamayadi. TACA konsentratsiyasi haddan tashqari yuqori boʻlsa, polimerlanish juda kuchayib, sirtda burmalar va yoriqlar hosil boʻlishiga olib kelishi mumkin.

Shuning uchun optimal membrana imkon qadar eng zich qatlam emas; yetarli boʻyoq rad etishini taʼminlar ekan, suv va tuz tashilishiga past qarshilik koʻrsatadigan nazoratli tarmoq tuzilishidir.

Nanoplyonka qanchalik yupqa?

Erkin suv–organik faza chegarasida hosil qilingan TACA_0.5MPD_0.5-3 nanoplyonkasining AFM bilan oʻlchangan qalinligi taxminan 12 nm. Reaksiya vaqtini oʻzgartirish orqali erkin plyonka qalinligini taxminan 8–22 nm oraligʻida boshqarish mumkinligi bildirilgan.

Kevlar gidrogel ustida UDIP yordamida hosil qilingan yupqa qatlamli kompozit tuzilma esa taxminan 90 ± 5 nm selektiv qatlam qalinligini koʻrsatgan. Gidrogel muhitining TACA self-assembly xatti-harakatini va MPD diffuziyasini oʻzgartirishi qalinroq, biroq nazoratli qatlam hosil boʻlishi bilan bogʻlangan.

Membrananing gʻovaklari qanchalik katta?

Polietilenglikol molekulalari bilan oʻtkazilgan tavsiflashda TACA_0.5MPD_0.5-3 membranasi uchun molekulyar massa kesish qiymati taxminan 11.480 g/mol, oʻrtacha gʻovak diametri esa taxminan 3,4 nm deb hisoblangan.

Bu qiymatlar membrananing klassik juda zich nanofiltratsiya tuzilishidan boʻshroq ekanini koʻrsatadi. Yirik boʻyoq molekulalari va ularning suvda hosil qilishi mumkin boʻlgan agregatlari ushlab qolinadi, kichik gidratlangan tuz ionlari esa ochiqroq tarmoq orqali oʻtishi mumkin.

Boʻyoq qaysi mexanizmlar orqali ushlab qolinadi?

Manba boʻyoq rad etilishini bitta mexanizm bilan izohlamaydi. Uchta taʼsir birgalikda ajralib turadi:

• Oʻlcham boʻyicha chetlatish: Yirik boʻyoq molekulalari va boʻyoq agregatlari membrana gʻovaklaridan oʻtishda qiynaladi.
• Elektrostatik itarilish: TACA–MPD membranasi keng pH oraligʻida manfiy sirt zaryadini namoyon qiladi. Manfiy zaryadlangan boʻyoqlar elektronga boy TACA boʻshliqlari va membrana sirtidan itariladi.
• Boʻyoq agregatsiyasi: Aromatik boʻyoq molekulalari gidrofob va π–π oʻzaro taʼsirlar orqali yirikroq agregatlar hosil qilishi mumkin; bu ularning membrana ichidagi diffuziyasini yanada kamaytiradi.

Ushbu mexanizmlarning kombinatsiyasi gʻovaklari tuz ionlarini oʻtkazishga yetarlicha ochiq boʻlgan membrananing bir vaqtning oʻzida boʻyoq molekulalarini yuqori darajada ushlab qolishini tushuntirishga yordam beradi.

Suv nega shunchalik tez tashilishi mumkin?

TACA ning molekulyar arxitekturasi ikki xil suv yoʻlini hosil qilishi mumkin deb talqin qilinadi. Birinchi yoʻl molekula tashqarisidagi gidroksil va imin guruhlari bilan bogʻliq gidrofil hududlardir. Ikkinchi yoʻl esa TACA ning gidrofob ichki boʻshligʻidir.

Birinchi qarashda gidrofob kanalning suv uchun afzalligi qarama-qarshi koʻrinishi mumkin. Molekulyar modellashtirishga koʻra, suv gidrofob devor bilan faqat kuchsiz oʻzaro taʼsirlashgani sabab kanal ichidagi ishqalanish past boʻlishi mumkin. TACA ning pastki chetidagi gidroksil guruhlari esa vodorod bogʻi orqali suvni boʻshliq chiqishiga tomon tortishi mumkin boʻlgan hududlarni hosil qiladi.

DFT hisob-kitoblari ushbu ichki boʻshliq boʻylab suv tashilishi energetik jihatdan mumkinligini koʻrsatgan; suv bilan strukturaviy birlik oʻrtasidagi hisoblangan oʻzaro taʼsir potensiali taxminan −0,024 dan −0,562 eV gacha oʻzgargan.

Shu bilan birga, mualliflar gidrofil va gidrofob yoʻllarning umumiy suv tashilishiga qanday nisbatda hissa qoʻshishini ushbu tadqiqot aniqlamaganini va bu kelajakda oʻrganilishi kerak boʻlgan mexanizm ekanini ochiq qayd etadilar.

Molekulyar dinamika simulyatsiyalari nimani koʻrsatdi?

Realistik TACA–MPD tarmoq modellaridan foydalangan molekulyar dinamika simulyatsiyalarida bogʻlangan va bogʻlanmagan boʻshliqlarning taqsimoti oʻrganildi. Tarmoq tuzilishi kichik molekulalar va ionlar tashilishi uchun mos bogʻlangan erkin hajmlarga ega ekani koʻrildi.

Congo red va Methyl blue molekulalari bilan Na⁺, Cl⁻, va SO₄²⁻ ionlari birgalikda modellashtirilgan simulyatsiyada boʻyoq molekulalari membrana sirtida ushlab qolingan, tuz ionlari esa 50 ns ichida membrananing qarama-qarshi tomoniga oʻta olgani kuzatilgan.

Ushbu hisob-kitoblar tajribaviy rad etish natijalarining molekulyar darajadagi fizik izohini qoʻllab-quvvatlaydi; biroq simulyatsiya natijalari haqiqiy sanoat oqova suvining barcha murakkabligini ifodalamaydi.

Eng muhim samaradorlik natijasi nima?

TACA_0.5MPD_0.5-3 membranasi uchun suv oʻtkazuvchanligi 63,8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ deb qayd etilgan.

100 ppm li bitta ifloslantiruvchi eritmalaridagi rad etish qiymatlari quyidagicha:

Katta farq tadqiqotning asosiy yutugʻini umumlashtiradi. Membrana yirik boʻyoq molekulalarining aksariyatini taxminan %99 darajasida ushlab qolgan holda NaCl ning deyarli barchasini oʻtkazadi.

30 g/L tuz boʻlganda nima yuz berdi?

Membrana Congo red va NaCl aralashmalarida NaCl konsentratsiyasi 1–30 g/L oraligʻida boʻlgan sharoitlarda sinovdan oʻtkazildi.

Tuz konsentratsiyasi ortgani sari NaCl rad etilishi %12,1 dan %0,5 gacha kamaydi. Bunga qarshi Congo red rad etilishi butun oraliqda %98 dan yuqori boʻlib qoldi va oʻzgarish bir foiz punktidan kam boʻldi.

Bu natija muhim, chunki yuqori ion kuchi membrana sirt zaryadini ekranlashi va boʻyoq molekulalarining xatti-harakatini oʻzgartirishi mumkin. Shunga qaramay, yirik organik molekula bilan kichik tuz ioni oʻrtasidagi ajratish katta darajada saqlanib qoldi.

Diafiltratsiya tajribasi qanday oʻtkazildi?

Tadqiqotchilar haqiqiy fabrika oqova suvi oʻrniga 200 ppm Congo red va 30 g/L NaCl saqlovchi 500 mL modellashtirilgan toʻqimachilik oqova suvini tayyorladilar.

Membrana 2 bar bosim ostida ishlatildi. Oziqlantirish hajmi 250 mL gacha kamayganda tizimga yana 250 mL deionizatsiyalangan suv qoʻshildi. Ushbu suyultirish va filtrlash sikli oziqlantirishdagi NaCl konsentratsiyasi 0,5 g/L dan pastga tushguncha takrorlandi.

Diafiltratsiya davomida Congo red rad etilishi taxminan %98 darajasida saqlandi. Natijada tuz permeat tomoniga oʻtgan paytda boʻyoq oziqlantirish tomonida konsentratsiyalandi.

Suv va energiya taqqoslanishi nimani koʻrsatdi?

Manbaga koʻra, NaCl konsentratsiyasini 0,5 g/L dan pastga tushirish uchun TACA–MPD tizimida jami 1750 mL qoʻshimcha suv ishlatilgan.

Tadqiqotning Supplementary Table 4 taqqoslashida TACA–MPD diafiltratsiyasi uchun energiya sarfi 131 kWh/m³, tijoriy NF270 membranasi uchun esa 228 kWh/m³ deb koʻrsatilgan.

Bu qiymatlar umumiy sanoat energiya sarfi taqqoslanishi sifatida talqin qilinmasligi kerak. Ular muayyan laboratoriya diafiltratsiya ssenariysi va tadqiqotda qoʻllangan hisoblash doirasiga tegishli. Haqiqiy inshoot nasoslari, dastlabki tozalash, yuvish, erituvchi ishlab chiqarish, membrana ishlab chiqarish va yordamchi uskunalar uchun toʻliq hayot sikli energiya tahlili oʻtkazilmagan.

48 soatlik ish nimani koʻrsatdi?

Membrananing uzluksiz filtrlash barqarorligi 100 ppm Congo red va 1 g/L NaCl saqlovchi aralash eritmada, 2 bar ostida 48 soat davomida sinovdan oʻtkazildi.

Bu vaqt davomida oʻtkazuvchanlik va rad etish qiymatlarida sezilarli oʻzgarish qayd etilmadi. Sinovdan keyingi SEM tasvirlarida cheklangan boʻyoq toʻplanishi kuzatilgan, jarayondan oldingi va keyingi FTIR spektrlari esa katta darajada ustma-ust tushgani bildirilgan.

Ushbu topilma laboratoriya sharoitida qisqa–oʻrta muddatli strukturaviy barqarorlikni qoʻllab-quvvatlaydi. Biroq 48 soatlik sinov oylar yoki yillar ishlaydigan sanoat membranasining xizmat muddatini almashtirmaydi.

Membranadan TACA yoki MPD sizib chiqdimi?

Tadqiqotchilar ehtimoliy monomer sizib chiqishini UV–Vis spektroskopiyasi bilan ham uzoq muddatli statik saqlash, ham dinamik filtrlash sharoitida baholadilar.

Sinovlarning aniqlash chegaralari doirasida TACA yoki MPD sizib chiqishi aniqlanmagani qayd etildi. Bu natija tayyorlangan poliimin tarmogʻining tekshirilgan laboratoriya sharoitidagi kimyoviy yaxlitligini qoʻllab-quvvatlaydi.

Biroq “aniqlanmadi” iborasi har qanday konsentratsiyada mutlaq nol sizib chiqish boʻlganini anglatmaydi; bu ishlatilgan analitik usulning aniqlash chegaralari va sinov muddati ichida oʻlchanadigan sizib chiqish kuzatilmaganini bildiradi.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Yangi makrotsiklik membrana arxitekturasi tajribaviy ravishda ishlab chiqarilgan.
• Ishlab chiqarish mexanizmi SEM, TEM, AFM, FTIR, XPS va boshqa tavsiflash usullari bilan oʻrganilgan.
• Monomer konsentratsiyasi va reaksiya vaqti tizimli ravishda oʻzgartirilgan.
• Suv oʻtkazuvchanligi bilan boʻyoqni rad etish oʻrtasidagi samaradorlik muvozanati baholangan.
• Bir nechta boʻyoq va ikki xil tuz sinovdan oʻtkazilgan.
• 1–30 g/L NaCl oraligʻida yuqori shoʻrlik taʼsiri oʻrganilgan.
• Modellashtirilgan yuqori shoʻrlikli toʻqimachilik oqova suvida diafiltratsiya qoʻllangan.
• 48 soatlik uzluksiz ish va monomer sizib chiqishi sinovdan oʻtkazilgan.
• DFT va molekulyar dinamika simulyatsiyalaridan tajribaviy natijalarni molekulyar mexanizm bilan bogʻlash uchun foydalanilgan.

Tadqiqot isbotlamagan jihatlar

• Haqiqiy toʻqimachilik fabrikasi oqova suvida bir xil samaradorlik koʻrsatilmagan.
• Oqova suvdagi sirt-faol moddalar, yogʻlar, ogʻir metallar, muallaq qattiq moddalar va murakkab organik moddalarning uzoq muddatli taʼsiri tasdiqlanmagan.
• 48 soatlik tajriba koʻp oylik yoki koʻp yillik membrana xizmat muddatini koʻrsatmaydi.
• Pilot yoki toʻliq miqyosli membrana moduli ishlatilmagan.
• TACA ishlab chiqarishning kilogramm yoki tonna miqyosidagi qiymati baholanmagan.
• Dixlormetan va boshqa ishlab chiqarish kimyoviy moddalarining katta miqyosli erituvchi qayta tiklanishi va ekologik yuki tahlil qilinmagan.
• Toʻliq texno-iqtisodiy tahlil yoki hayot sikli baholashi oʻtkazilmagan.
• Makrotsiklik boʻshliqlarning umumiy suv tashilishiga miqdoriy hissasi hali aniq belgilanmagan.
• Membrana barcha yuqori shoʻrlikli organik oqova suv turlarida tasdiqlanmagan.

Turkiya nuqtai nazaridan bu nimani anglatadi?

Turkiyada toʻqimachilikni boʻyash va pardozlash jarayonlarida tuz saqlovchi rangli oqova suvlarni boshqarish muhim muhandislik muammosidir. Ushbu tadqiqotdagi asosiy gʻoya boʻyoq va tuzni birgalikda konsentratsiyalash oʻrniga ularni selektiv ravishda bir-biridan ajrata oladigan membranadan foydalanishdir.

Bunday ajratish nazariy jihatdan boʻyoq konsentratini alohida boshqarishga, tuz yoki jarayon suvini maʼlum sharoitlarda qayta tiklashga va nol suyuq tashlama tizimlarining ayrim bosqichlaridagi yukni kamaytirishga hissa qoʻshishi mumkin.

Biroq Turkiyadagi haqiqiy toʻqimachilik oqova suvlarida yuqori elektr oʻtkazuvchanligi bilan birga qattiqlik ionlari, yordamchi kimyoviy moddalar, sirt-faol moddalar, turli boʻyoq aralashmalari, COD va muallaq qattiq moddalar boʻlishi mumkin. Shu sababli texnologiya mahalliy haqiqiy oqova suvda pilot miqyosda tasdiqlanmasdan bevosita sanoat yechimi sifatida baholanmasligi kerak.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Optimallashtirilgan membrana

Membrana samaradorligi sinovi

Filtrlash tajribalari faol yuzasi 7,1 cm² boʻlgan koʻndalang oqimli tizimda oʻtkazildi. Membrana avval 2 bar deionizatsiyalangan suv ostida 30 daqiqa siqilib barqarorlashtirildi. Bir komponentli samaradorlik tajribalari keyin 1 bar ostida bajarildi.

Suv oʻtkazuvchanligi quyidagi tenglama bilan hisoblandi:

\[ P=\frac{V}{A\times\Delta t\times\Delta P} \]

Bu yerda \(V\) permeat hajmi, \(A\) faol membrana yuzasi, \(\Delta t\) ish vaqti va \(\Delta P\) transmembrana bosim farqidir.

Komponentning membrana tomonidan rad etilishi esa:

\[ R=1-\frac{C_P}{C_F} \]

munosabati bilan hisoblandi. \(C_P\) permeatdagi, \(C_F\) esa oziqlantirishdagi konsentratsiyani bildiradi.

Yuqori shoʻrlik tajribasi

Diafiltratsiya sharoitlari

Energiya taqqoslanishi

Ushbu taqqoslash faqat tadqiqotda taʼriflangan diafiltratsiya ssenariysiga tegishli; inshoot miqyosidagi toʻliq energiya yoki iqtisodiy hayot sikli tahlili emas.

Barqarorlik sinovi

100 ppm Congo red va 1 g/L NaCl saqlovchi aralashma 2 bar bosim ostida 48 soat davomida filtrlandi. Manbada bu davrda oʻtkazuvchanlik va rad etish samaradorligida eʼtiborsiz darajadagi oʻzgarishlar qayd etilgan.

SEM tahlili membrana sirtida cheklangan boʻyoq toʻplanishini, FTIR tahlili esa jarayondan oldin va keyin kimyoviy tuzilish katta darajada saqlanganini koʻrsatgan.

Molekulyar modellashtirishning asosiy natijasi

DFT va MD hisob-kitoblari TACA ning ichki boʻshliqlari suv tashilishiga hissa qoʻshishi mumkinligini hamda bogʻlangan erkin hajmlar suv va tuz ionlari uchun past qarshilikli yoʻllarni hosil qilishini qoʻllab-quvvatlaydi.

50 ns lik molekulyar dinamika simulyatsiyalarida Congo red va Methyl blue membrana tomonidan katta darajada toʻsilgan bir paytda Na⁺, Cl⁻, va SO₄²⁻ ionlari membrana tarmogʻi orqali qarama-qarshi boʻlimga oʻtgan.

Tajribaviy va hisoblash natijalari birgalikda koʻrsatadigan asosiy mexanizm quyidagicha: makrotsiklik boʻshliqlar va koʻndalang bogʻlangan tarmoqdagi erkin hajmlar orqali suv va kichik ionlar oʻtishi mumkin, yirik boʻyoq molekulalari esa oʻlcham, agregatsiya va elektrostatik taʼsirlar tufayli ushlab qolinadi.

Manba va Usul Haqida Izoh

Toʻliq asl tadqiqot nomi: Macrocycle-assembled membranes for high-salinity organic wastewater treatment

Mualliflar: Yizhuo Li; Yanghua Duan; Jingsi Yuan; Lei Ge; Xiang Zhang; Jingwei Hou; Yatao Zhang; Bart Van der Bruggen; Junyong Zhu; Menachem Elimelech.

Teng hissa qoʻshgan mualliflar: Yizhuo Li va Yanghua Duan.

Masʼul mualliflar: Yatao Zhang, Junyong Zhu va Menachem Elimelech.

Muassasalar: Zhengzhou University, Xitoy; Rice University, AQSh; The University of Queensland, Avstraliya; KU Leuven, Belgiya.

Jurnal: Nature Communications.

Nashriyot: Springer Nature.

Jild / maqola raqami: 17, Article 1731.

DOI: 10.1038/s41467-026-68430-3.

Rasmiy havola:https://doi.org/10.1038/s41467-026-68430-3

Qabul qilingan sana: 27 iyun 2025.

Qabul sanasi: 7 yanvar 2026.

Rasmiy nashr sanasi: 17 yanvar 2026.

Version of Record sanasi: 17 fevral 2026.

Manba va taqriz holati: Yuklangan PDF Nature Communications tomonidan chop etilgan “Article in Press” va tahrirdan oldingi erta kirish versiyasidir. Bibliografik tekshiruv davomida xuddi shu DOI ning yakuniy Version of Record versiyasi eʼlon qilingani tasdiqlangan. Tadqiqot ekspert taqrizidan oʻtgan va rasmiy nashr sahifasida taqriz fayli mavjud.

Litsenziya: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).

Moliyalashtirish: Yuklangan manbada tadqiqot National Natural Science Foundation of China Major Research Plan doirasidagi 92475120 raqamli grant va Henan Scientific Committee Outstanding Youth Fund doirasidagi 252300421182 raqamli grant bilan bogʻlangan.

Maʼlumotlarning mavjudligi: Mualliflar tadqiqot natijalarini qoʻllab-quvvatlovchi maʼlumotlar maqola va qoʻshimcha maʼlumot fayllarida mavjudligini yoki masʼul mualliflardan soʻralishi mumkinligini bildirgan.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar raqobat qiluvchi manfaatlar mavjud emasligini bayon qilgan.

Mualliflar hissasi: Junyong Zhu tadqiqot gʻoyasini ishlab chiqqan va tajribalarni loyihalagan. Yizhuo Li va Jingsi Yuan material sintezi, tavsiflash va samaradorlik sinovlarini oʻtkazgan. Yizhuo Li, Yanghua Duan, Lei Ge, Xiang Zhang, Yatao Zhang va Jingwei Hou maʼlumotlar tahliliga hissa qoʻshgan. Yizhuo Li, Yanghua Duan, Bart Van der Bruggen, Junyong Zhu va Menachem Elimelech maqolani yozishga hissa qoʻshgan.

Ilmiy mazmun qamrovi: Ushbu Verianla maqolasidagi tajribaviy natijalar, miqdoriy samaradorlik qiymatlari, usul tafsilotlari va mexanistik talqinlar yuklangan 32 sahifalik manba versiyasiga asoslangan. Tashqi tekshiruv ilmiy natijalarni oʻzgartirish uchun emas, maqolaning joriy bibliografik nashr holatini tasdiqlash maqsadida ishlatilgan.

Asosiy metodologik cheklov: Boʻyoq/tuz ajratish va diafiltratsiya tajribalari laboratoriya miqyosida tayyorlangan eritmalar va modellashtirilgan toʻqimachilik oqova suvida oʻtkazilgan. Haqiqiy sanoat oqova suvi, uzoq muddatli pilot membrana moduli, ishlab chiqarishni masshtablash va toʻliq texno-iqtisodiy/hayot sikli tahlili taqdim etilmagan.

Barqarorlik cheklovi: Manbada “long-term” deb taʼriflangan uzluksiz filtrlash sinovi 48 soatni tashkil etadi. Bu natija laboratoriya miqyosidagi barqarorlikni qoʻllab-quvvatlaydi, ammo tijoriy membrananing xizmat muddatini isbotlamaydi.

Mexanizm cheklovi: Tadqiqot gidrofil sirt yoʻllari bilan TACA ning gidrofob ichki boʻshliqlari orqali ikki suv tashish yoʻlini qoʻllab-quvvatlovchi DFT/MD natijalarini taqdim etadi. Biroq mualliflar bu yoʻllarning umumiy suv tashilishiga alohida miqdoriy hissalari ushbu tadqiqot doirasidan tashqarida ekanini ochiq taʼkidlaydilar.