Ushbu tadqiqot sirt faol modda bilan tuproqni yuvishdan keyin hosil bo‘ladigan hamda bir vaqtning o‘zida ham toluol, ham katta miqdorda sirt faol modda tutadigan murakkab oqova suvni tanlab tozalashga mo‘ljallangan tizimni ishlab chiqadi. Asosiy muammo gidrofob toluolning natriy dodesil sulfat (SDS) mitsellalarining gidrofob yadrosida ushlanib qolishidir. Bu tuzilma toluolni suvda tashiladigan holga keltirishi bilan birga uning oksidlovchi radikallar bilan aloqasini ham cheklaydi. Tadqiqotchilar ushbu massa uzatish to‘sig‘ini yengish uchun ultratovush va ultrabinafsha nurni bir xil vazifani bajaruvchi ikki energiya manbai sifatida emas, balki turli vazifalarni bajaruvchi ikki komponent sifatida qo‘llagan.

Taklif etilgan vazifalar taqsimlangan sinergiya tizimida, ya’ni DLSS'da ultratovushning asosiy vazifasi akustik kavitatsiya orqali SDS mitsellalarini vaqtincha buzib, ular ichida ushlanib turgan toluolni suv fazasiga chiqarishdir. UV nuri esa persulfatni fotokimyoviy faollashtirib sulfat radikallarini hosil qiladi. Tadqiqotchilar ushbu ikki funksiyani mos ravishda fizik massa uzatish va kimyoviy oksidlanish sifatida ajratadi. Optimallashtirilgan sharoitlarda tizim 30 daqiqa ichida %96,7 toluolni yo‘qotishga erishgan va SDS yo‘qotilishini %3,1 dan past darajada ushlab turgan. Bunda SDS boshlang‘ich konsentratsiyasi %2 bo‘lganda atigi %0,8 SDS yo‘qotilishi qayd etilgan, ya’ni sirt faol moddaning taxminan %99,2 qismi saqlanib qolgan.

Bitta energiya manbali tajribalar vazifalar taqsimotining asosini qo‘llab-quvvatlaydi. UV/PS tizimida persulfat konsentratsiyasi oshgani sari toluol parchalanish tezligi konstantasi oshgan; US/PS tizimida esa xuddi shu persulfat oshishiga qaramay tezlik konstantasi taxminan 0,0162–0,0175 daq^-1 oralig‘ida qolgan. Shu sababli tadqiqotchilar SDS'ga boy ushbu muhitda ultratovush sezilarli persulfat kimyoviy faollashtiruvchisi sifatida emas, asosan mitsellani buzuvchi va massa uzatishni kuchaytiruvchi vosita sifatida ishlaydi degan xulosaga kelgan.

Turkiya nuqtai nazaridan izohlash chegarasi: Yondashuv neft hosilalari bilan ifloslangan tuproqlar sirt faol modda yordamida yuviladigan rekultivatsiya tizimlarida ishlatilgan sirt faol moddani bir martalik kimyoviy modda bo‘lib qolishdan chiqarib, qayta ishlatish imkoniyati nuqtai nazaridan muhimdir. Biroq tadqiqot laboratoriya miqyosidagi 250 mL sintetik tizimda, yagona maqsadli ifloslantiruvchi sifatida toluol va yagona sirt faol modda sifatida SDS bilan o‘tkazilgan. Haqiqiy dala oqova suvlaridagi erigan organik modda, sho‘rlik, metall ionlari, bir nechta uglevodorodlar, muallaq qattiq moddalar va takroriy yuvish sikllarining ta’siri alohida tasdiqlanishi kerak.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Toluol ishlab chiqarish, saqlash va tashish vaqtida atrof-muhitga sizib chiqishi mumkin bo‘lgan gidrofob tuzilishli aromatik organik ifloslantiruvchidir. Yer ostida tuproq va yer osti suvlariga o‘tganda suvda eruvchanligi past bo‘lgani sababli an’anaviy suv bilan yuvish usullari orqali oson chiqarib tashlanmaydi.

Sirt faol modda bilan yuvish bu muammoga boshqacha yondashadi. SDS kabi sirt faol moddalar ma’lum konsentratsiyadan yuqorida mitsella deb ataladigan tuzilmalarni hosil qiladi. Mitsellalarning tashqi yuzasi suvga mos, ichki qismi esa gidrofobdir. Toluol mitsellaning gidrofob yadrosiga kirib, ko‘rinma eruvchanligini oshiradi va ifloslangan muhitdan yuvish suviga ko‘chirilishi mumkin.

Biroq ifloslantiruvchi tuproqdan chiqarilgach yangi muammo paydo bo‘ladi: hosil bo‘lgan yuvish oqova suvi bir vaqtning o‘zida ham toluol, ham katta miqdorda SDS tutadi. Toluol yo‘q qilinishi kerak, SDS esa iqtisodiy va ekologik jihatdan saqlanib, qayta ishlatilishi maqsadga muvofiq.

Shunday qilib, tizim bir vaqtning o‘zida qarama-qarshi ikki maqsadni bajarishi kerak:

• Toluolni imkon qadar chuqur oksidlash,
• Yuvish funksiyasini bajaruvchi SDS'ni imkon qadar kam parchalash.

Mitsella tuzilishi nega tozalashni qiyinlashtiradi?

SDS konsentratsiyasi kritik mitsella konsentratsiyasidan yuqori bo‘lganda toluol asosan mitsella yadrosiga o‘tadi. Bu holat toluolni suvda tashiladigan holga keltiradi, biroq ayni paytda uni suv fazasidagi oksidlovchi radikallardan fizik jihatdan qisman himoya qiladi.

Boshqacha aytganda, muammo faqat yetarli miqdorda oksidlovchi radikal hosil qilish emas. Radikal va nishon molekula bir-biriga yetib borishi ham zarur.

Tadqiqotning asosiy gipotezasi aynan shu nuqtaga tayanadi: kimyoviy reaksiya yetarli bo‘lsa ham, massa uzatish to‘sig‘i bartaraf etilmasa yuqori toluol yo‘qotilishiga erishilmasligi mumkin.

DLSS nimani anglatadi?

DLSS tadqiqotda qo‘llanilgan division-of-labor synergy system iborasining qisqartmasidir. O‘zbekcha uni vazifalar taqsimlangan sinergiya tizimi sifatida izohlash mumkin.

10-sahifadagi 1-rasmda jarayon uch bosqichli oqim ko‘rinishida ko‘rsatilgan. Birinchi qismda toluol bilan ifloslangan tuproq SDS yordamida yuviladi va toluol mitsellalar ichida mavjud bo‘lgan murakkab oqova suv hosil bo‘ladi. O‘rta qismda ultratovush va UV/persulfat bir xil reaktorda, biroq turli vazifalar bilan ishlaydi. Oxirgi qism esa tozalangan oqim va SDS'ni qayta tiklash g‘oyasini ko‘rsatadi.

Vazifalar taqsimoti quyidagicha:

• Ultratovush: mitsellalarni mexanik ravishda bezovta qiladi va toluolning suv fazasi bilan aloqasini oshiradi.
• UV: persulfatni fotoliz qilib sulfat radikallarini hosil qiladi.
• Sulfat radikali: ajralib chiqqan toluolning aromatik tuzilishini ustuvor ravishda oksidlaydi.
• SDS: to‘yingan alifatik zanjiri sababli tadqiqotda toluolga nisbatan pastroq reaktivlikka ega deb qabul qilinadi va katta darajada saqlanadi.

Nega ultratovush kimyoviy faollashtiruvchi o‘rniga fizik yordamchi sifatida talqin qilingan?

Ultratovushli kavitatsiya nazariy jihatdan persulfatning parchalanishi va radikal hosil bo‘lishiga hissa qo‘shishi mumkin. Biroq tadqiqotchilar faqat nazariy mexanizmga tayanmay, UV/PS va US/PS tizimlarining persulfat dozasiga kinetik javobini taqqoslagan.

UV/PS tizimida persulfat 5–40 mM oralig‘ida oshirilganda 30 daqiqalik toluol yo‘qotilishi %70,8 dan %80,1 gacha ko‘tarilgan va ko‘rinma psevdobirinchi tartibli tezlik konstantasi 0,043 dan 0,056 daq^-1 gacha oshgan.

US/PS tizimida esa xuddi shu persulfat oralig‘ida tezlik konstantasi atigi 0,0162–0,0175 daq^-1 orasida o‘zgargan va eng yuqori persulfat dozasida ham toluol yo‘qotilishi %40 dan past qolgan.

Bu farq tadqiqotning mexanistik talqinida juda muhimdir. Agar ultratovush ushbu muhitda kuchli kimyoviy persulfat faollashtiruvchisi bo‘lganida, ko‘proq persulfat tezlikning ancha yaqqol oshishini berishi kutilardi. Bunday ijobiy bog‘liqlik kuzatilmagani uchun tadqiqotchilar ultratovushning asosiy hissasini kimyoviy radikal ishlab chiqarishdan ko‘ra fizik mitsella buzilishi bilan izohlaydi.

Ultratovush mitsellalarga nima qiladi?

Ultratovush probi suyuqlikda yuqori chastotali bosim to‘lqinlarini hosil qiladi. Bu to‘lqinlar kavitatsiya pufakchalarining hosil bo‘lishi va qulashiga sabab bo‘ladi. Pufakcha qulashi vaqtida yuzaga keladigan mikrojetlar va zarba to‘lqinlari atrofda kuchli, ammo lokal gidrodinamik ta’sirlar yaratishi mumkin.

DLSS'da ushbu fizik kuchlar SDS mitsellalarini uzluksiz va doimiy ravishda yo‘q qilishdan ko‘ra ularni dinamik tarzda buzadi yoki qayta tartiblaydi deb qaraladi. Shu orqali mitsella yadrosida ushlanib turgan toluolning bir qismi vaqtincha suv fazasiga ochiladi.

Bu talqin mitsella o‘lchamining vaqt bo‘yicha aniqlikdagi o‘lchovi bilan bevosita tasdiqlanmagan. Tadqiqot mitsella perturbatsiyasi mexanizmini ultratovush quvvati–SDS konsentratsiyasi o‘zaro ta’siri va kinetik natijalardan kelib chiqaradi.

UV nuri tizimda nima qiladi?

UV nurining vazifasi persulfatni gomolitik tarzda parchalab sulfat radikalini hosil qilishdir:

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

Tadqiqotda 254 nm to‘lqin uzunligidagi va 6 W quvvatli UV lampa ishlatilgan. UV/PS tajribalarida persulfat miqdori oshgani sari tezlik konstantasining ortishi UV ushbu sharoitlarda samarali kimyoviy faollashtiruvchi ekanligi haqidagi talqinni qo‘llab-quvvatlaydi.

Nega sulfat radikali toluolni SDS'dan ko‘proq oksidlaydi?

Tadqiqotchilar selektivlikni molekulyar reaktivlikdagi farq bilan izohlaydi. Toluol elektronlarga boy aromatik halqani tutadi, SDS'ning uglevodorod qismi esa asosan to‘yingan alifatik C–H bog‘laridan iborat.

Tadqiqotning mexanistik doirasiga ko‘ra elektrofil xususiyatdagi SO₄^•− toluolning aromatik halqasi bilan bir elektronli ko‘chish orqali osonroq reaksiyaga kirishadi; SDS'ning to‘yingan alkil zanjiri bilan reaksiya esa sekinroq qoladi.

Ushbu kimyoviy ustunlik fizik mitsella ochilishi bilan birlashtirilganda tizimning asosiy selektivligini hosil qiladi.

Ushbu tadqiqotda sulfat radikali bevosita o‘lchanganmi?

Yo‘q. Bu farq muhim. Tadqiqot hozirgi DLSS sharoitlarida bevosita EPR spektrini yoki radikalni so‘ndirish tajribasini taqdim etmaydi.

Tadqiqotchilar SO₄^•− mexanizmini avval o‘xshash UV/PS tizimlarida o‘tkazilgan EPR va so‘ndirish tadqiqotlari, persulfat fotolizi kimyosi va hozirgi tajribada kuzatilgan yuqori SDS saqlanishiga asoslanib talqin qiladi.

Manba hozirgi DLSS tuzilmasida radikallarni bevosita aniqlash mexanizm izohini yanada mustahkamlashini ochiq qayd etadi. Shu sababli “DLSS ichida ustun radikal tajribaviy ravishda bevosita tasdiqlangan” degan xulosa chiqarilmasligi kerak.

Reaktor qanday qurilgan?

Tajribalar 250 mL eritma tutadigan shisha stakan tipidagi davriy reaktorda o‘tkazilgan. Reaktorda ultratovush probi, pH probi, termometr, gaz kirishi va namuna olish uchun beshta alohida teshik mavjud.

Boshlang‘ich toluol konsentratsiyasi barcha asosiy tajribalarda 5 mM etib sozlangan. Boshlang‘ich pH 0,1 M H₂SO₄ yoki 0,1 M NaOH yordamida tartibga solingan.

Persulfat qo‘shilgandan keyin eritmaning yetarli aralashishini ta’minlash uchun magnit aralashtirgich ishlatilgan.

Toluolning uchib ketishi natijalarni buzgan bo‘lishi mumkinmi?

Tadqiqotda bu ehtimol alohida nazorat qilingan. Persulfatsiz va UV/US o‘chirilgan holda bajarilgan nazorat tajribalarida 30 daqiqa ichida toluol yo‘qotilishi %4 dan kam ekanligi aniqlangan.

Shu sababli tadqiqotchilar asosiy oksidlanish tajribalaridagi yuqori yo‘qotish ko‘rsatkichlarini oddiy uchuvchanlik bilan izohlab bo‘lmaydi deb qabul qiladi.

Ultratovush sharoitlari qanday?

Reaktor suv hammomida 20 ± 2 °C da ushlab turilgan. Ushbu harorat nazorati muhim; chunki ultratovushli kavitatsiya reaktorni isitishi mumkin va faqat harorat oshishining kinetik natijalarga aralashishi istalmaydi.

Ultratovush quvvati oshirilganda nima sodir bo‘lgan?

Birlashtirilgan UV/US-PS tizimida ultratovush quvvati 100 W dan 200 W gacha oshirilganda, doimiy UV quvvati 6 W va persulfat konsentratsiyasi 20 mM sharoitida 30 daqiqalik toluol yo‘qotilishi %75,9 dan %84,4 gacha oshgan.

Xuddi shu sharoitlarda tezlik konstantasi 0,0476 dan 0,0655 daq^-1 gacha ko‘tarilgan.

Tadqiqot bu oshishni yuqoriroq ultratovush quvvatining kuchliroq kimyoviy persulfat faollashuvini ta’minlashiga emas, balki mitsellalarga fizik perturbatsiya va massa uzatishni kuchaytirishiga bog‘laydi.

Boshlang‘ich pH tizimga kuchli ta’sir qilganmi?

Kutilganidan kamroq ta’sir qilgan. pH 3,0–10,0 oralig‘ida tizim 30 daqiqalik yo‘qotishni taxminan %85 darajasida saqlagan.

Eng yuqori tezlik konstantasi pH 3,0 sharoitida 0,072 daq^-1 deb topilgan.

Tadqiqotchilar boshlang‘ich pH ta’sirining kuchsizligini persulfat qo‘shilgandan so‘ng eritma pH'i boshlang‘ich qiymatdan qat’i nazar qisqa vaqt ichida taxminan 2,8–3,2 oralig‘iga tushishi bilan izohlaydi.

Ishqoriy muhitda sulfat radikalining gidroksil radikaliga aylanishi mumkin bo‘lgan reaksiya quyidagicha berilgan:

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

Manba ushbu reaksiya uchun 1,4 × 10⁷ M^-1s^-1 tezlik konstantasini beradi.

Nega javob sirt usuli qo‘llangan?

Bitta omilli tajribalar bir o‘zgaruvchining umumiy ta’sirini ko‘rsatadi; biroq haqiqiy jarayonlarda o‘zgaruvchilar bir-biriga ta’sir qilishi mumkin. Shu sababli tadqiqotchilar SDS konsentratsiyasi, ultratovush quvvati va persulfat konsentratsiyasining nafaqat alohida, balki o‘zaro ta’sirlarini ham baholash uchun Box–Behnken tajriba dizaynidan foydalangan.

Uchta o‘zgaruvchi uch darajada kodlangan va uchta markaziy nuqta takrori bilan jami 15 tajriba tasodifiy tartibda bajarilgan.

Modelning javob o‘zgaruvchisi bevosita yo‘qotish foizi emas, balki ko‘rinma psevdobirinchi tartibli toluol parchalanish tezligi konstantasi k₁'dir.

Javob sirt modeli qanchalik kuchli?

R² = 0,9956 qiymati model tajribaviy javob o‘zgaruvchanligining %99,56 qismini izohlashini ko‘rsatadi. Tuzatilgan R² ning 0,9877 bo‘lishi ham modelga qo‘shilgan hadlar natijani sun’iy ravishda oshirmaganiga ijobiy ishoradir.

17-sahifadagi qoldiq grafiklarida nuqtalar normal ehtimollik chizig‘iga taxminan mos keladi va studentlashgan qoldiqlar bashorat qilingan qiymatlarga nisbatan tasodifiy taqsimlangani ko‘rinadi. Tajribaviy va bashorat qilingan k₁ qiymatlari ham bir-biriga yaqin.

Qaysi o‘zgaruvchilar eng muhim ko‘rinadi?

Modelda:

• Persulfat konsentratsiyasi ijobiy ta’sirga ega.
• Ultratovush quvvati ijobiy ta’sirga ega.
• SDS konsentratsiyasi salbiy ta’sirga ega.

SDS konsentratsiyasining salbiy asosiy ta’siri p = 0,0003 deb qayd etilgan. Bu natija ko‘proq SDS ko‘proq mitsella va shu sababli toluol uchun kuchliroq gidrofob himoya hosil qilishi bilan izohlanadi.

Ultratovush quvvati bilan SDS konsentratsiyasi orasida ahamiyatli o‘zaro ta’sir kuzatilishi ayniqsa muhimdir. Tadqiqotchilar bu o‘zaro ta’sirni ultratovushning SDS mitsellalariga fizik ta’sirini model darajasida qo‘llab-quvvatlovchi dalil sifatida talqin qiladi.

Ultratovush quvvati bilan persulfat orasidagi sinergiya nimani anglatadi?

Tadqiqotda X₂X₃, ya’ni ultratovush quvvati–persulfat o‘zaro ta’siri ham ahamiyatli deb topilgan. Biroq tadqiqotchilar bu “ultratovush ko‘proq persulfatni kimyoviy faollashtiradi” degan ma’noni anglatmasligini alohida ta’kidlaydi.

Talqin quyidagicha:

• Ko‘proq persulfat UV ostida kattaroq SO₄^•− manbasini ta’minlaydi.
• Kuchliroq ultratovush mitsellalardan ko‘proq toluolni suv fazasiga chiqaradi.
• Ushbu ikki mustaqil vazifa bir vaqtda kuchayganda umumiy toluol parchalanish tezligi oshadi.

Shu sababli kuzatilgan sinergiya “vazifalar taqsimoti ko‘paytmasi” sifatida izohlanadi.

Optimallashtirilgan tizim qancha toluolni yo‘qotgan?

Javob sirt optimallashtirishidan keyin DLSS 30 daqiqa ichida %96,7 toluol yo‘qotilishiga erishgan.

Manba ushbu qiymatni mavjud turli toluol oksidlanish yondashuvlari bilan taqqoslaydi va yuqori samaradorlik sifatida talqin qiladi. Biroq adabiyotda taqqoslangan usullarning boshlang‘ich konsentratsiyalari, reaktor tuzilmalari, gaz/suyuqlik faza sharoitlari va energiya kirishlari bir xil emas. Shu sababli %96,7 qiymati tadqiqotning o‘z tajriba sharoitlari uchun bevosita amal qiluvchi natija sifatida baholanishi kerak.

SDS haqiqatan ham saqlanganmi?

Ha; tadqiqot ichida o‘lchangan SDS yo‘qotilishi past.

Yuqori SDS konsentratsiyasida nisbiy SDS yo‘qotilishining pastroq bo‘lishi dastlab kutilmagan ko‘rinishi mumkin. Tadqiqotchilar buni mitselladan ajralib chiqqan toluol hosil bo‘lgan sulfat radikallarining katta qismini raqobatli ravishda iste’mol qilishi va SDS oksidlanishi ikkilamchi yo‘l bo‘lib qolishi bilan izohlaydi.

Saqlangan SDS'ni qayta ishlatish mumkinligi bevosita ko‘rsatilganmi?

Yo‘q. Bu farq tadqiqotning amaliy talqini uchun muhim.

Manba o‘xshash UV/PS tizimlaridagi oldingi tadqiqotlar SDS yoki Tween 80 eritmalarini takroriy tuproq yuvish sikllarida ishlatish mumkinligini bildirganini qayd etadi. Biroq hozirgi DLSS tadqiqotida qayta tiklangan SDS'ni yangi tuproq yuvish siklida qayta ishlatish tajribaviy ravishda bajarilmagan.

Tadqiqotchilar ushbu tasdiqlashni kelajakdagi ish sifatida ko‘rsatadi. Shuning uchun hozirgi ma’lumotlar “SDS kimyoviy jihatdan katta darajada saqlangan” degan xulosani qo‘llab-quvvatlaydi; “qayta tiklangan SDS'ning yuvish samaradorligi takroriy sikllarda tasdiqlangan” degan xulosani qo‘llab-quvvatlamaydi.

Toluolning oraliq mahsulotlari ushbu tadqiqotda o‘lchanganmi?

Hozirgi tajribada yangi GC-MS yoki LC-MS parchalanish mahsuloti tahlili taqdim etilmagan.

Manbada benzaldehid, benzol va qisqa zanjirli aldegidlar kabi oraliq mahsulotlar tadqiqot guruhining avvalgi toluol tadqiqotiga havola bilan tilga olinadi. Xuddi shuningdek, toksiklik o‘zgarishiga oid keltirilgan raqamlar ham boshqa bir UV/PS tadqiqotiga tegishlidir.

Shu sababli mazkur oraliq mahsulotlar va toksiklik natijalari hozirgi DLSS tajribasining bevosita o‘lchangan natijalari sifatida baholanmasligi kerak.

Tadqiqotning kuchli tomonlari nimalar?

• Kimyoviy oksidlanish va fizik massa uzatish rollari aniq ajratilgan.
• UV/PS, US/PS va birlashtirilgan UV/US-PS tizimlari taqqoslangan.
• Persulfat dozasiga kinetik javob ultratovush rolini ajratish uchun ishlatilgan.
• Toluolning uchuvchanligi nazorat tajribasi bilan tekshirilgan.
• Haqiqiy akustik quvvat kalorimetrik usul bilan taxminan aniqlangan.
• Reaktor harorati 20 ± 2 °C da nazorat qilingan.
• Toluol GC/FID, SDS esa alohida spektrofotometrik usul bilan o‘lchangan.
• Uch omilli Box–Behnken tajriba dizayni qo‘llangan.
• Modelning R², tuzatilgan R², CV va adequate precision qiymatlari qayd etilgan.
• Yuqori toluol yo‘qotilishi va yuqori SDS saqlanishi bir xil tajriba tizimida birgalikda ko‘rsatilgan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari nimalar?

• Tajribalar 250 mL laboratoriya miqyosidagi davriy reaktorda o‘tkazilgan.
• Haqiqiy tuproq yuvish oqova suvi o‘rniga nazorat qilinadigan/sintetik eritma tizimi ishlatilgan.
• Yagona maqsadli organik ifloslantiruvchi toluoldir.
• Yagona asosiy sirt faol modda SDS'dir.
• Haqiqiy oqova suvdagi erigan tabiiy organik modda, muallaq qattiq moddalar va ko‘p ifloslantiruvchilar baholanmagan.
• Hozirgi DLSS tizimida SO₄^•− bevosita EPR yoki maxsus radikal so‘ndirish tajribalari bilan aniqlanmagan.
• Ultratovushning mitsella o‘lchami yoki tuzilishiga ta’siri bevosita DLS, SAXS yoki o‘xshash usullar bilan o‘lchanmagan.
• Qayta tiklangan SDS'ning yangi tuproq yuvish sikllaridagi samaradorligi tasdiqlanmagan.
• Hozirgi tadqiqot doirasida batafsil yangi parchalanish mahsuloti tahlili bajarilmagan.
• Umumiy organik uglerod yoki to‘liq minerallanish darajasi qayd etilmagan.
• Toluol yo‘qotilishining qancha qismi CO₂ va H₂O'ga to‘liq minerallanganligi bevosita aniqlanmagan.
• Tozalangan suvning hozirgi tizimdagi toksikligi bevosita o‘lchanmagan.
• UV va ultratovush energiya sarfiga asoslangan kWh·m^-3 yoki chiqarilgan ifloslantiruvchi birligiga energiya tahlili berilmagan.
• Persulfat sarfi va qoldiq persulfat miqdoriga oid to‘liq massa balansi taqdim etilmagan.
• Sulfat hosil bo‘lishi va chiqish suvidagi umumiy ion yuki ekologik jihatdan batafsil baholanmagan.
• Davriy laboratoriya tizimidan uzluksiz oqimli dala reaktoriga masshtablash tasdiqlanmagan.
• Optimallashtirilgan RSM sharoitlarining barcha sonli omil qiymatlari asosiy matnda aniq ro‘yxatlanmagan; tafsilotlar qo‘shimcha jadvallarda ekani ko‘rsatilgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan xulosalar

• Yuqori SDS saqlovchi muhitda UV/PS, US/PS'ga qaraganda kuchliroq toluol oksidlanishini ta’minlagan.
• US/PS'da persulfat dozasini oshirish k₁'ni sezilarli oshirmagan.
• Birlashtirilgan tizimda ultratovush quvvatining oshishi toluol yo‘qotish tezligini oshirgan.
• Javob sirt modelida SDS konsentratsiyasi k₁ ga salbiy ta’sir ko‘rsatgan.
• Ultratovush quvvati–SDS konsentratsiyasi o‘zaro ta’siri model darajasida ahamiyatli.
• Optimallashtirilgan DLSS 30 daqiqada %96,7 toluol yo‘qotilishiga erishgan.
• SDS'ning kamida %96,9 qismi saqlangan.
• %2 SDS sharoitida SDS yo‘qotilishi atigi %0,8 deb o‘lchangan.

Tadqiqot isbotlamagan xulosalar

• DLSS barcha sirt faol moddalar uchun bir xil selektivlik ko‘rsatishi isbotlanmagan.
• Barcha aromatik ifloslantiruvchilar toluol bilan bir xil tezlikda chiqarilishi ko‘rsatilmagan.
• Haqiqiy dala oqova suvida %96,7 yo‘qotish kafolatlanmaydi.
• SDS'ning takroriy yuvish samaradorligi hozirgi tadqiqotda tasdiqlanmagan.
• SO₄^•− hozirgi DLSS reaktorida yagona ustun radikal ekani bevosita o‘lchanmagan.
• Toluolning %96,7 qismi to‘liq CO₂ va H₂O'ga minerallanganligi ko‘rsatilmagan.
• Chiqish suvi toksikologik jihatdan to‘liq xavfsiz ekani isbotlanmagan.
• Tizim iqtisodiy jihatdan mavjud dala tozalash texnologiyalaridan arzonroq ekani hisoblanmagan.
• Ultratovush va UV katta miqyosli reaktorda ayni sinergiyani ta’minlashi tasdiqlanmagan.

Turkiya nuqtai nazaridan qayerlarda baholanishi mumkin?

Yondashuv ayniqsa yoqilg‘i, erituvchi yoki neft-kimyo manbali aromatik ifloslantiruvchilar mavjud tuproqlarni sirt faol modda yordamidagi yuvish amaliyotlarida o‘rganilishi mumkin. Bu yerdagi potensial foyda faqat ifloslantiruvchini chiqarish emas, balki yuvish kimyoviy moddasini imkon qadar saqlab, jarayon sikliga qaytarishdir.

Biroq Turkiyadagi dala amaliyoti uchun ushbu laboratoriya qiymatlarini bevosita qo‘llash to‘g‘ri emas. Avvalo haqiqiy ifloslangan dala yuvish suvlarida erigan organiklar, qattiqlik, sho‘rlik, tabiiy organik modda, ko‘p komponentli BTEX, moy fraksiyalari va tuproq kolloidlarining tizimga ta’siri sinovdan o‘tkazilishi kerak.

Shuningdek UV lampasi va 20 kHz ultratovushning energiya sarfi, persulfatning kimyoviy xarajati, SDS qayta tiklash qiymati va yuzaga kelishi mumkin bo‘lgan sulfat yuki birgalikda iqtisodiy hamda ekologik hayot sikli nuqtai nazaridan baholanishi kerak.

Tadqiqot usuli va natijalari

Qo‘llanilgan asosiy kimyoviy moddalar

Tadqiqotchilar natriy persulfatni kaliy persulfatning pastroq eruvchanligi va ammoniy persulfatning nisbiy uchuvchanligi sababli asosiy oksidlovchi sifatida tanlagan.

Toluol tahlili

Toluol konsentratsiyasi bevosita suvli in’yeksiya–gaz xromatografiyasi/alanga ionizatsiya detektori usuli bilan o‘lchangan.

SDS tahlili

SDS konsentratsiyasi metilen ko‘ki usuli bilan o‘lchangan. Anion SDS kation metilen ko‘ki bilan kompleks hosil qilgan va kompleks xloroform fazasiga ekstraksiya qilingan. CHCl₃ fazasidagi absorbans 655 nm da o‘lchangan.

Persulfatning 40 mM gacha bo‘lgan konsentratsiyalari va kutilgan toluol oksidlanish oraliq mahsulotlari o‘lchovni sezilarli buzmasligi nazorat tajribalari bilan ko‘rsatilgan.

Kodlangan Box–Behnken o‘zgaruvchisi

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

Bu yerda x_i haqiqiy tajriba qiymatini, x₀ markaziy nuqtani va Δx_i omil darajasining o‘zgarishini ifodalaydi.

Umumiy ikkinchi darajali model

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

Bu yerda Y javob o‘zgaruvchisi bo‘lgan k₁, β₀ doimiy had, β_i chiziqli ta’sirlar, β_ii ikkinchi darajali ta’sirlar va β_ij omillar orasidagi o‘zaro ta’sir koeffitsiyentlaridir.

Tadqiqotda olingan RSM tenglamasi

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

Bu yerda:

• X₁ = SDS konsentratsiyasi,
• X₂ = ultratovush quvvati,
• X₃ = persulfat konsentratsiyasi,
• Y = k₁, daq^-1.

Tenglamada X₁'ning chiziqli koeffitsiyenti manfiy, X₂ va ayniqsa X₃'ning koeffitsiyentlari musbat bo‘lishi SDS ortishi reaksiyani bostirishi; ultratovush quvvati va persulfat ortishi esa uni tezlashtirishiga oid tajribaviy tendensiyaga mos keladi.

Psevdobirinchi tartibli kinetik tenglama

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

C₀ boshlang‘ich toluol konsentratsiyasini, C_t t vaqtidagi toluol konsentratsiyasini va k₁ ko‘rinma psevdobirinchi tartibli parchalanish tezligi konstantasini ko‘rsatadi.

UV bilan persulfat faollashuvi

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

Ushbu reaksiya DLSS'ning kimyoviy ishlab chiqarish dvigateli sifatida ta’riflangan UV komponentining asosidir.

Ultratovush bilan ehtimoliy persulfat parchalanishi

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

Manba ushbu reaksiyani nazariy jihatdan beradi; biroq tajribaviy US/PS natijalari persulfat dozasiga nisbatan deyarli o‘zgarmagani sababli hozirgi sirt faol modda boy tizimda bu yo‘lning amaliy hissasi kichik deb talqin qilinadi.

Radikal–persulfat yon reaksiyasi

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

Sulfat radikallarining rekombinatsiyasi

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

Ushbu ikki reaksiya juda yuqori radikal va oksidlovchi sharoitlarda samarasiz iste’mol yo‘llari yuzaga kelishi mumkinligini ko‘rsatadi. Biroq tadqiqot US/PS tizimining past samaradorligini asosan ushbu yon reaksiyalar bilan emas, mitsella kelib chiqishli massa uzatish to‘sig‘i bilan izohlaydi.

UV/PS tajriba natijalari

US/PS tajriba natijalari

Birlashtirilgan UV/US-PS tizimida ultratovush quvvati

Oraliq qiymatlar grafiklarda baholangan; manba matni 100 va 200 W yakuniy nuqtalaridagi sonlarni aniq beradi.

pH ta’siri

>Eng yuqori k₁

Javob sirt modelining texnik bahosi

15 tajribali Box–Behnken dizaynida uchta markaziy nuqta takrori sof xatoni baholash uchun ishlatilgan. Model p < 0,0001 darajasida ahamiyatli. R² = 0,9956 va tuzatilgan R² = 0,9877 qiymatlari orasidagi farq cheklangan bo‘lib, model mosligining kuchli ekanini ko‘rsatadi.

CV = %3,59 tajribaviy tarqalish nisbatan pastligini, adequate precision = 34,56 esa dizayn fazosida model signali shovqinga nisbatan yuqori ekanini ko‘rsatadi.

Biroq ushbu statistikalar modelning o‘rganilgan tajriba oralig‘idagi muvaffaqiyatini tavsiflaydi. Xuddi shu polinom boshqa reaktor miqyosida yoki asosiy o‘zgaruvchilarning tajriba oralig‘idan tashqarida ishonchli bo‘lishi ko‘rsatilmagan.

Optimallashtirilgan selektivlik natijalari

Energiya va resurs samaradorligi nuqtai nazaridan yetishmayotgan mezonlar

Tadqiqotning “resursni saqlash” yondashuvi SDS'ning kimyoviy saqlanishiga asoslanadi. Biroq to‘liq jarayon barqarorligini baholash uchun quyidagi mezonlar berilmagan:

• UV elektr energiyasi sarfi,
• Ultratovush elektr energiyasi sarfi,
• Yo‘qotilgan toluol birligiga xos energiya sarfi,
• Persulfat sarfi samaradorligi,
• SDS qayta tiklash va qayta ishlatish soni,
• Umumiy kimyoviy xarajat,
• Reaktorni masshtablash samaradorligi,
• Uglerod izi yoki hayot sikli bahosi.

Shu sababli tadqiqot resurslarni saqlovchi jarayon dizayni tamoyilini taqdim etadi, biroq to‘liq iqtisodiy yoki hayot sikli ustunligini hali hisoblamaydi.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning to‘liq asl nomi: Sono-photochemical division-of-labor synergy system for selective removal of toluene and preservation of surfactants in flushing wastewater

Mualliflar va to‘g‘ri tartibi: Bo Zhang; Xiaoguang Duan; Anhua Long; Hui Zhang; Shaobin Wang.

Teng birinchi mualliflik/teng hissa: Manbada ko‘rsatilmagan.

Mas’ul mualliflar: Anhua Long; Hui Zhang; Shaobin Wang.

Mas’ul mualliflarning aloqa manzillari: long8124@126.com (Anhua Long); eeng@whu.edu.cn (Hui Zhang); shaobin.wang@adelaide.edu.au (Shaobin Wang).

Institutsional aloqalar:

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

Muallif–muassasa mosligi: Bo Zhang va Anhua Long — Jiangxi Science and Technology Normal University; Xiaoguang Duan va Shaobin Wang — The University of Adelaide; Hui Zhang — Wuhan University.

DOI: Tadqiqotning yuklangan versiyasida DOI aniq ko‘rsatilmagan. Tashqi bibliografik qidiruvda exact-title yozuvi orqali mustaqil DOI tasdiqlanmagani sababli taxminiy DOI qo‘shilmagan.

Jurnal: Ushbu versiya uchun taqrizli jurnal yoki qabul qilingan yakuniy jurnal versiyasi tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

SSRN yozuv raqami: 7199761.

Aniq nashr/ro‘yxatga olish sanasi: Yuklangan versiyada ochiq ko‘rsatilmagan va mavjud tashqi bibliografik natijalardan mustaqil tarzda tasdiqlanmagan.

Manba turi: Sirt faol modda tutuvchi tuproq yuvish oqova suvlarida ultratovush yordamidagi massa uzatish bilan UV/persulfat oksidlanishini birlashtiruvchi laboratoriya miqyosidagi tajribaviy ekologik muhandislik tadqiqoti.

Taqriz holati: Tadqiqotning har bir sahifasida ushbu ilmiy matn taqrizdan o‘tmagani aniq ko‘rsatilgan. SSRN ham Elsevier tomonidan preprint va dastlabki tadqiqot platformasi sifatida ta’riflanadi.

Rasmiy manba havolasi:SSRN tadqiqot yozuvi

Moliyalashtirish: Jiangxi Provincial Key Laboratory of Flexible Electronics, loyiha raqami 20242BCC32010. Acknowledgements bo‘limida qo‘shimcha ravishda Jiangxi Province Postgraduate Innovation Program, YC2025-S203 ko‘magi ko‘rsatilgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar raqobat qiluvchi manfaatlari yo‘qligini bildirgan.

Ma’lumotlarga kirish: Tadqiqot natijalarini qo‘llab-quvvatlovchi ma’lumotlar oqilona so‘rov asosida mas’ul muallifdan olinishi mumkinligi qayd etilgan.

Ushbu o‘zbekcha izoh yuklangan tadqiqotning tajribaviy va ilmiy mazmuniga asoslanib tayyorlangan. DLSS mexanizm sxemalari, UV/PS va US/PS taqqoslashlari, ultratovush quvvati va pH tajribalari, Box–Behnken dizayni, ANOVA va javob sirt grafiklari, toluol yo‘qotilishi hamda SDS saqlanishi natijalari birgalikda baholangan. Tashqi manbalar faqat SSRN'ning preprint xususiyatini bibliografik tasdiqlash uchun ishlatilgan; tadqiqotning tajribaviy natijalariga tashqi manbalardan yangi samaradorlik ma’lumoti qo‘shilmagan.

Tadqiqotning eng muhim metodologik cheklovlari: haqiqiy dala yuvish oqova suvi o‘rniga laboratoriya eritmasi ishlatilishi, radikal turining hozirgi DLSS reaktorida bevosita aniqlanmasligi, mitsella perturbatsiyasining bevosita strukturaviy usullar bilan o‘lchanmasligi, umumiy minerallanish va hozirgi chiqish suvi toksikligining o‘lchanmasligi, qayta tiklangan SDS'ning takroriy yuvish siklida sinovdan o‘tkazilmasligi hamda jarayonning energiya/iqtisod tahlili bajarilmasligidir.

Shunday qilib, tadqiqot ultratovush fizik massa uzatish, UV esa kimyoviy persulfat faollashuvi uchun alohida vazifani bajaradigan kuchli laboratoriya miqyosidagi dizayn yondashuvini ko‘rsatadi; haqiqiy dala miqyosidagi aniq tozalash muvaffaqiyati, qayta foydalanish muddati yoki iqtisodiy ustunlik hali tasdiqlanmagan.