Burburinta buluugga metiliin iyo fotokatalisis: fasiraadda natiijooyinka ka-saarista

Shaybaar ayaa tijaabiya laba kataliste oo loogu talagalay burburinta fotokatalitikada ee buluugga metiliin. Kataliste A wuxuu hal saac ku baabi’iyaa 95 boqolkiiba midabka buluugga ah. Kataliste B wuxuu gaaraa keliya 60 boqolkiiba. Kooxdu waxay ku dhawaaqdaa in A guulaystay, warbixin ayay ku qortaa, waxayna dalbataa tiro dheeraad ah. Bilo ka dib, falanqayn kaarboon ayaa muujisa xaqiiqada: inta badan midabkii A ka saaray wuxuu isagoo aan isbeddelin ku yaallay dusha walaxda adag, halka B uu dhab ahaan kala jebiyey molikuyuullo midab oo badan. Kala-sarrayntu way rognayd sababtoo ah kooxdu waxay cabbirtay hal fikrad, balse waxay ugu magac dartay mid kale.

Khaladkani waa caadi sababtoo ah afar fikradood oo kala duwan ayaa wadaaga hal arrin oo muuqata: dareeraha buluugga ahi wuu khafiifaa. Ku-dhegidda, midab-beelka, burburinta, iyo macdanayntu mid kastaa wuxuu keeni karaa natiijadaas, mid kastaana wuxuu sheegaa arrin ka duwan waxa ku dhacay midabka. Buluugga metiliin wuxuu ka mid yahay dhowr adeegsi oo falanqayneed iyo deegaan oo midabku door qeexan ku leeyahay, halkan doorkiisuna waa wasakheeye tusaale ah oo la saarayo ama la beddelayo. Ka hor intaadan isbarbar dhigin katalistayaal ama daabicin boqolkiiba ka-saarista, go’aami natiijada ay cabbirradaadu dhab ahaan taageeri karaan.

Afar natiijo, afar sheegasho oo kala duwan

U arag kuwan afar fikradood oo leh mabaadi’ hawlgal oo kala duwan. Mid kastaa wuxuu ka jawaabaa su’aal gaar ah, mid kastaana wuxuu u baahan yahay caddayntiisa.

Ku-dhegiddu waxay ka dhigan tahay in molikuyuullada midabku ka baxaan milanka oo ku degaan walaxda adag iyagoon khasab ahaan kiimiko ahaan isbeddelin. Tijaabadeeda waxaa lagu sameeyaa mugdi ilaa qaadashadu gaarto heer deggan oo dhab ah, caddaynta lagu kalsoonaan karana waxaa ka mid ah midabka laga soo ceshado walaxda adag iyadoo laga furayo ama laga soo saarayo. Muddo mugdi ah oo go’an oo 30 daqiiqo ah ma caddaynayso in walax kasta gaartay isu-dheellitir, dood habraaceed oo dhowaan la sameeyeyna waxay muujinaysaa sida ka-boodidda tallaabadani u keento kala-sarrayn khaldan oo katalistayaasha ah marka qaadashada mugdigu ku kala duwan tahay walxaha.

Midab-beelku wuxuu ka dhigan yahay luminta qaybta molikuyuulka ee dhalisa midabka muuqda, taas oo badanaa lagala socdo meel u dhow aagga ugu weyn ee nuugista, qiyaastii 664 nm. Ku-dhegidda, ridakshanka, ka-saarista kooxaha metiilka ee N, iyo kala-jebinta qaybta midab-dhalisa dhammaantood way hoos u dhigi karaan akhriskaas, sidaas darteed qiime laga helay hal dherer hir ma aqoonsan karo sababta. Diiwaangeli isbeektarro buuxa halkii aad ka qori lahayd hal tiro: u-wareegidda meesha ugu sarreysa dhinaca dhererka hirka gaaban waxay la jaanqaadaysaa waxyaabaha qoyska Azure ee kooxaha metiilka laga saaray. Natiijo lagu sheegay ka-saaris 95 boqolkiiba ah oo lagu cabbiray 664 nm waa in loogu yeeraa midab-beel 95 boqolkiiba ah, ee aan loo yeerin burburin 95 boqolkiiba ah.

Burburintu waxay ka dhigan tahay in molikuyuulka asalka ah ee buluugga metiliin kiimiko ahaan la beddelay. Caddayntu waxay ku salaysan tahay kromatogaraafi: midabka aan isbeddelin ayaa ka baaba’a HPLC ama UPLC, halka waxyaabaha ka dhasha beddelidda ay soo muuqdaan dabadeedna iyaguna sii burburaan, waxaana habboon in lagu aqoonsado LC-MS. Calaamadaha waxtarka leh waxaa ka mid ah ayoonka molikuyuulka asalka ah ee u dhow m/z 284 iyo taxanaha tallaabo-tallaabo ah ee ka-saarista metiilka: Azure B oo u dhow 270, Azure A oo u dhow 256, Azure C oo u dhow 242, iyo thionine oo u dhow 228; kuwaas waxaa loo daabacay gudubyo LC-MS/MS oo la xaqiijiyey oo loogu talagalay midabada ku jira biyaha.

Macdanayntu waxay ka dhigan tahay in kaarboonka orgaanikada ah loo beddelay waxyaabo dhammaad ah oo aan orgaanik ahayn, gaar ahaan kaarboon laba ogsaydh iyo kaarboon aan orgaanik ahayn, iyadoo naytrojiinka iyo baaruuddu ku dhammaadaan noocyo sida amooniyam, naytreet, iyo salfeyt. Luminta wadarta kaarboonka orgaanikada ah (TOC) waa cabbirka kaarboonka ee sida joogtada ah loo isticmaalo. Hoos-u-dhaca baahida ogsijiinta kiimikada (COD) wuxuu muujinayaa in culayska walxaha la oksaydhayn karo uu yaraanayo, balse ma aha isu-dheellitir cufka kaarboonka, keligiisna ma caddeeyo macdanayn dhammaystiran. Kromatogaraafiyada ayoonnada ee salfeytka, naytreetka, iyo amooniyamka ayaa xoojisa sheegashada.

Noocyada katalistayaasha (titaaniya walxo kale lagu daray, walxo isku-dhafan, walxo kaarboon lagu taageeray, iyo kuwa la midka ah) waxaa lagu dari karaa hal isbarbardhig keliya marka nooc kastaa maro isla natiijooyinka iyo tijaabooyinka xakamaynta. Walax isku-dhafan oo si xooggan midabka ugu dhejisa dusheeda mar walba waxay u muuqan doontaa mid degdeg ah marka midabka la tijaabinayo; taas ayaana sababta saxda ah ee liiska hubinta ee hoose uu qaadashada uga soocayo falcelinta ka hor kala-sarrayn kasta.

Habka burburinta fotokatalitikada ee buluugga metiliin

Qoyska waddooyinka falcelinta ee la aqbalay marka kicinta dhabta ah ee nus-gudbiyuhu dhacdo waxaa lagu soo koobay dib-u-eegis si weyn loo tixraaco oo ku saabsan burburinta fotokatalitikada ee midabada iyadoo la adeegsanayo walxo titaaniya ku salaysan. Fotoonnada la nuugo waxay abuuraan elektaroonno ku jira aagga gudbinta iyo godad ku jira aagga falansiga. Godadku waxay oksaydheeyaan biyaha ama haydroksaydhka dusha yaal si ay u sameeyaan radikaallo haydroksil ah, halka elektaroonnadu ridakshan ku sameeyaan ogsijiinta milan si ay u sameeyaan suparoksaydh; falcelinno kale oo mara radikaallada haydroperoksil iyo haydrojiin peroksaydh ayaa soo saara radikaallo haydroksil oo dheeraad ah. Noocyadan ogsijiinta falcelinta badan iyo godadka laftooda ayaa markaas weerara midabka.

Beddelidda buluugga metiliin badanaa waxay ku bilaabataa ka-saarista kooxaha metiilka ee N oo isku xigta, iyadoo la marayo Azure B, Azure A, iyo Azure C ilaa thionine, waxaana barbar socda oksaydhaynta qaybta midab-dhalisa ee phenothiazine. Weerar radikaal oo dheeraad ah ayaa jebiya isku-xidhyada kaarboon-baaruud iyo kaarboon-naytrojiin, fura giraannada aromaatiga ah, soo saarana iskudhisyo nooca fenoolka iyo aniliinka ah, aldehaydhyo, iyo asiidhyo karboksilik ah oo miisaankooda molikuyuulku hooseeyo, ka hor macdanaynta ugu dambaysa. Dib-u-eegis gaar ah oo ku saabsan sifooyinka buluugga metiliin iyo waddooyinka burburintiisa iftiinka ayaa qoyskan si faahfaahsan u qeexaysa. Saamiyada saxda ah ee laamaha falcelintu waxay ku xiran yihiin katalistaha, pH, sahayda ogsijiinta, iyo iftiiminta, sidaas darteed qorshahan u arag qoys waddooyin falcelineed ah, ee ha u arkin hal taxane oo khasab ah.

Laba arrimood oo tijaabada ah ayaa mudan in fiiro gaar ah loo yeesho, sababtoo ah waxay beddelaan xawaaraha falcelinta ee muuqda iyagoon beddelin sifooyinka asalka ah ee katalistaha. pH wuxuu beddelaa danabka dusha titaaniya iyo ku-daridda kooxaha haydroksil ee dusha, taas oo beddesha ku-dhegidda midabka danabka togan leh, sidaas darteedna beddesha xawaaraha la arkayo; isbarbar dhig walxaha iyadoo pH-gu isku mid yahay, diiwaangelina qiimayaasha bilowga iyo dhammaadka. Cusbada milan iyo walxaha xasiliya pH waxay u shaqeeyaan si la mid ah: koloriid, fosfeyt, kaarbooneyt, iyo salfeyt waxay qabsan karaan goobaha dusha waxayna dib u qaabayn karaan falcelinnada radikaallada; daraasad gaar ah oo ku saabsan cusbada aan orgaanikada ahayn ee fotokatalisiska titaaniya ayaa si toos ah u diiwaangelisa saamaynta ay ku leeyihiin buluugga metiliin.

Dabinka iftiinka muuqda

Titaaniya aan wax lagu darin waxay u baahan tahay kicin iftiin u dhow UV, haddana warbixinno badan ayaa muujinaya midab-beelka buluugga metiliin marka lagu iftiimiyo laambado bixiya keliya iftiin muuqda, waxayna katalistaha u nisbeeyaan firfircooni iftiinka muuqda ah. Habka ay u badan tahay inuu dhacayo waa dareensiin uu midabku sameeyo: midabka la kiciyey ayaa elektaroon ku dara nus-gudbiyaha, elektaroonkaasna wuxuu ridakshan ku sameeyaa ogsijiinta, isagoo midabka baabi’inaya iyada oo aan walaxda adag si dhab ah looga kicin farqiga tamarta ee aagagga. Shaqo tijaabo ah oo ay kaydiyeen Ohtani iyo asxaabtiisu oo ku saabsan dhibaatada iftiinka muuqda ayaa muujisay natiijadan dhalanteedka ah, qeexidda baaxadda ISO 10678 na waxay si cad u dejisaa xadka iyadoo habkeeda tijaabada buluugga metiliin ku koobaysa iftiiminta UV, kana reebaysa sheegashooyinka firfircoonida iftiinka muuqda.

Tijaabada wax ku oolka ahi waa sahlan tahay. Ku celi tijaabada walax baaritaan oo aan midab lahayn, oo aan nuugin iftiinka muuqda, kadibna isbarbar dhig ku-tiirsanaanta xawaaraha ee dhererka hirka iyo isbeektarka nuugista katalistaha. Haddii firfircoonidu raacdo nuugista midabka halkii ay ka raaci lahayd nuugista katalistaha, natiijadu waxay taageeraysaa dareensiinta, ee ma taageerayso fotokatalisis iftiin muuqda ah oo ka dhasha sifooyinka asalka ah ee katalistaha. Maskaxda ku hay tijaabadan markaad akhrinayso sheegashooyinka iibiyayaasha ee ku saabsan noocyada katalistayaasha iftiinka muuqda.

Liiska hubinta natiijooyinka

Isticmaal liiskan ka hor intaadan kala-sarrayn katalistayaasha ama qorin sheegasho ka-saaris ah. Waa agabka dib loo adeegsan karo ee boggan: tijaabo kasta oo burburinta buluugga metiliin ah waa inay buuxisaa qodob kasta.

1. Tijaabada xakamaynta ku-dhegidda mugdiga: midab iyo kataliste, iftiin la’aan, lana walaaqo ilaa heer deggan oo la cabbiray, iyadoo midabka laga soo celinayo wejiga adag, ee aan la qaadan qiyaas waqti go’an.
2. Tijaabada xakamaynta burburinta tooska ah ee iftiinka: midab iyo iftiin, kataliste la’aan, si loo tiro-koobo midab-beelka tooska ah ee ka dhasha laambaddaada iyo qaab-dhismeedka qalabkaaga.
3. Tijaabo falanqayneed oo madhan: kataliste iyo iftiin, midab la’aan, si loo diiwaangeliyo calaamadaha asalka ah ee TOC, ayoonnada, iyo isbeektarrada.
4. Xaalado falcelin oo go’an: isbeektarka laambadda, qulqulka fotoonnada, heerkulka, isku-daridda, ogsijiinta milan, qaab-dhismeedka falceliyaha, xoogga midabka ee bilowga, qaddarka katalistaha, pH, iyo deegaanka muunadda oo isku mid lagu hayo dhammaan noocyada.
5. Kala-saarista walaxda adag ka hor isbeektaroskoobiga: shaandhee ama adeegso wareejin xoog leh si kala-firdhinta iftiinka aan loogu akhrin nuugis ahaan.
6. Isbeektarro buuxa, ee ma aha hal dherer hir: soo sheeg baaritaanka si u-wareegidda meelaha ugu sarreeya iyo aagagga cusub ay u sii muuqdaan.
7. Xaqiijin kromatogaraafi oo loogu talagalay sheegasho kasta oo burburin ah: luminta midabka asalka ah ee aan isbeddelin iyo la-socodka waxyaabaha ka dhasha.
8. Xisaabinta kaarboonka ee sheegasho kasta oo macdanayn ah: TOC oo lala cabbiray tijaabooyin madhan, iyo hubin in kaarboonka loo tiriyey inuu baxay uusan keliya u wareegin walaxda adag.
9. Hubinta walxaha ka milma katalistaha: gebi ahaan ka saar walaxda adag (tijaabo u eg shaandhayn kulul), iftiimi dareeraha la shaandheeyey, falanqeena biraha milan; sii-socoshada falcelintu waxay tilmaamaysaa in qayb milan oo isku weji ahi wax ku darsanayso.
10. Magac-bixin daacad ah: natiijada 664 nm ugu yeer midab-beel, natiijada kromatogaraafiyada burburin, natiijada TOC-na macdanayn.

Daraasad casri ah oo falceliye iftiin UV-LED ah, isku daraysa tijaabooyinka ku-dhegidda, kala-saarista katalistaha, UV-vis, iyo TOC ayaa muujinaysa sida lakabyadani ugu wada habboon yihiin hal qayb oo habraacyo ah.

Tusaale la xalliyey oo isu-dheellitirka cufka ah

Ka soo qaad tijaabo 100 mL ah inay ku bilaabato buluugga metiliin oo ah 10 mg/L, sidaas darteed falceliyuhu wuxuu hayaa 1.0 mg oo midab ah. Ka dib isu-dheellitiridda mugdiga, akhriska milanku waa 8.0 mg/L, taas oo ka dhigan in 0.2 mg uu ku yaallo walaxda adag, 0.8 mg-na uu weli milan yahay. Hal saac oo iftiimin ah ka dib, falanqaynta milanka la shaandheeyey waxay kromatogaraafi ku muujinaysaa 2.0 mg/L oo midab aan isbeddelin ah (0.2 mg oo milanka ku jira), ka-furidda dusha waxay walaxda adag ka soo celisaa 0.1 mg oo midab aan isbeddelin ah, TOC-na wuxuu muujinayaa in 40 boqolkiiba kaarboonkii orgaanikada ahaa ee bilowga uu nidaamka isku jira ee milanka iyo walaxda adag uga baxay kaarboon aan orgaanik ahayn ahaan.

Isu-dheellitirka ku salaysan kaarboonku wuxuu dhigayaa: kaarboonka bilowga ahi wuxuu la egyahay midabka asalka ah ee milanka ku jira iyo midabka asalka ah ee dusha ku dheggan iyo walxaha orgaanikada ah ee dhexdhexaadka ah iyo kaarboonka la macdaneeyey. Halkan 20 boqolkiiba cufkii midabka bilowga ah wuxuu weli yahay midabkii asalka ahaa oo aan isbeddelin (0.2 mg oo ku jira labada weji), 40 boqolkiiba waa la macdaneeyey, 40 boqolkiiba ee harayna waa waxyaabo orgaanik ah oo ka dhashay beddelidda (walxo dhexdhexaad ah oo ku jira milanka ama saaran walaxda adag, laguna xaqiijiyey meelaha ugu sarreeya ee waxyaabaha ka dhashay). Warbixinta saxda ahi waa burburin 80 boqolkiiba ah oo midabka asalka ah iyo macdanayn 40 boqolkiiba ah, ee ma aha wax kasta oo 95 boqolkiiba ah. U fiirso dabinka: haddii TOC lagu cabbiri lahaa keliya dareeraha sare ee la shaandheeyey, walxaha orgaanikada ah ee dusha ku dheggan waxaa loo tirin lahaa kuwo la burburiyey, taas oo kor u buunbuunin lahayd tirada macdanaynta. Cabbir kaarboonka isku-jirka oo dhan ee dareeraha iyo walxaha adag marka ay suurtagal tahay, ama si cad xisaabta ugu celi qaybta ku xiran walaxda adag.

Xeerka warbixinta

Sheeg natiijada ugu daciifsan ee caddayntaadu taageerayso, dabadeed ku dar sheegashooyin xooggan keliya marka lakab kasta oo cabbir ahi xaqiijiyo. Shaqada burburinta buluugga metiliin waxay kalsooni ku kasbataa isla habka ay hababka kale ee midabka ku salaysani u kasbadaan: iyadoo natiijada lagu waafajinayo sifada uu habku dhab ahaan cabbiro. Hage kaabaya oo ku saabsan akhrinta sheegashooyinka cilmi-baarista midabka ku salaysan ayaa isla nidaamkan ku fidinaya naqshadaynta daraasadda, habraac wax ku ool ah oo lagu hubiyo xaaladaha tijaabaduna wuxuu daboolayaa caadooyinka halbeegaynta ee si toos ah loogu dabaqi karo shaqada falceliyeyaasha iftiinka.