Təsərrüfat qalıqlarından əldə edilən biokömür (agricultural residue-derived biochar), kənd təsərrüfatı biokütləsinin nəzarətli termokimyəvi çevrilməsi yolu ilə əldə edilən, karbonla zəngin və məsaməli adsorbent materialdır. Bu icmal; xurma çəyirdəyi, badam və kokos qabığı, düyü qabığı, buğda samanı, qarğıdalı qalıqları və oxşar kənd təsərrüfatı qalıqlarının biokömürə çevrilərək tullantı sudakı üzvi və qeyri-üzvi çirkləndiricilərin uzaqlaşdırılmasında istifadəsini araşdırır. Tədqiqat tək bir eksperiment aparmamış; adsorbsiya mexanizmlərini, istehsal və aktivləşdirmə üsullarını, səth modifikasiyalarını, regenerasiyanı, real tullantı su tətbiqlərini, iqtisadi qiymətləndirmələri, ətraf mühit təsirlərini və gələcək tədqiqat ehtiyaclarını ədəbiyyat əsasında bir araya gətirmişdir.

İcmalın əsas mesajı budur ki, biokömürün performansı yalnız “nə qədər məsaməli” olması ilə izah edilə bilməz. Adsorbsiya; xüsusi səth sahəsi və məsamə ölçüsü ilə yanaşı, səthdəki -OH, -COOH, -NH₂, C=O və aromatik qruplar, biokömürün səth yükü, sıfır yük nöqtəsinin pH-ı (pH_PZC), çirkləndiricinin yükü, pK_a dəyəri, hidrofobluğu, molekul/ion ölçüsü və real tullantı suda olan digər komponentlərin rəqabəti ilə birlikdə müəyyən edilir.

Mənbədə ümumiləşdirilən əsas adsorbsiya mexanizmləri çökmə, kompleksləşmə, hidrogen rabitəsi, elektrostatik cazibə və ya itələmə, π–π elektron qarşılıqlı təsirləri, məsamələrin doldurulması, ion mübadiləsi, liqand mübadiləsi, hidrofob qarşılıqlı təsir, redoks və van der Waals qarşılıqlı təsirləridir. Eyni biokömürdə bir neçə mexanizm eyni vaxtda işləyə bilər və üstün mexanizm hədəf çirkləndiriciyə və su kimyasına görə dəyişə bilər.

İcmalda araşdırılan kənd təsərrüfatı qalıqlarından əldə edilmiş təmiz biokömürlərin xüsusi səth sahələri təxminən 1,65–428,98 m²/g, məsamə diametrləri 1,1–20,9 nm və ümumi məsamə həcmləri 0,0005–0,5320 cm³/g aralığındadır. Aktivləşdirmə adətən səth sahəsini və məsaməliliyi artırır. İcmalın nəticə bölməsindəki ümumi qiymətləndirməyə görə, real tullantı su tədqiqatlarında bildirilən adsorbsiya tutumlarının çoxu təxminən 13–140 mg/g və ya istifadə olunan hesabat formasına görə 0,5–582 mg/L; sintetik tullantı suda isə 3–241 mg/g aralığındadır. Lakin bunlar müxtəlif çirkləndirici, xammal, doza, pH, təmas müddəti və eksperimental quruluşlardan gələn dəyərlərdir və birbaşa performans sıralaması kimi istifadə edilməməlidir.

Mənbə göstərir ki, biokömürün aktiv karbon kimi kommersiya adsorbentləri ilə müqayisədə daha aşağı xərc və enerji tələbi göstərə bildiyini bildirən tədqiqatlar mövcuddur, lakin iqtisadi nəticələr xammal, qurğu, enerji mənbəyi, modifikasiya və tullantı su növündən güclü şəkildə asılıdır. Eyni şəkildə, həyat dövrü baxımından karbonun saxlanması və kənd təsərrüfatı qalıqlarının açıq havada yandırılmasının qarşısının alınması üstünlük verə bilər; lakin piroliz enerjisi, qaz emissiyaları, xammalın daşınması, istifadə olunmuş biokömürdə çirkləndiricilərin cəmlənməsi və uzunmüddətli yenidən buraxılma riski nəzərdən qaçırılmamalıdır.

İcmalın mühüm məhdudiyyəti ədəbiyyatdakı eksperimentlərin əhəmiyyətli hissəsinin batch şəraitində və bir-birindən fərqli laboratoriya sistemlərində aparılmasıdır. Real tullantı su matrisi sintetik sudan daha mürəkkəbdir və rəqabətli adsorbsiya səbəbindən biokömürün tutumu daha aşağı ola bilər. Buna görə pilot miqyas, sabit yataqlı kolon sistemləri, standart keyfiyyət meyarları, uzunmüddətli regenerasiya, həyat dövrünün qiymətləndirilməsi və ekotoksiklik tədqiqatları real tətbiqə keçid üçün kritik hesab olunur.

Kənd təsərrüfatı qalıqlarından əldə edilən biokömür niyə vacibdir?

Kənd təsərrüfatı və qida istehsalı dünya üzrə çox böyük miqdarda liqnosellülozik qalıq yaradır. Bu qalıqların əsas komponentləri sellüloza, hemisellüloza və liqnindir. Uyğun şəraitdə karbonlaşdırıldıqda onlar karbonla zəngin, məsaməli və səthində müxtəlif kimyəvi funksional qruplar daşıyan biokömürlərə çevrilə bilər.

Beləliklə, iki ekoloji problem eyni proses zəncirində həll oluna bilər: bir tərəfdən kənd təsərrüfatı qalıqlarının dəyərləndirilməsi, digər tərəfdən çirklənmiş suyun təmizlənməsi. Adsorbsiyadan sonra müəyyən şəraitdə azot, fosfor və ya kalium kimi faydalı komponentlərin geri qazanılması da dairəvi iqtisadiyyat yanaşmasını gücləndirə bilər.

Bu cədvəl kənd təsərrüfatı qalıqları biokömürünün hər şəraitdə “ən yaxşı” biokömür növü olduğunu göstərmir. Məsələn, oduncaq biokömürü daha yüksək karbon tərkibi və sabitlik göstərə bilər. Kənd təsərrüfatı qalıqlarının üstünlüyü onların geniş yayılması, mineral və funksional qrup müxtəlifliyi, aşağı xərc potensialı və tullantıdan resursa çevrilmə imkanı yaratmasıdır.

Adsorbsiya nədir?

Adsorbsiya məhluldakı bir ionun və ya molekulun adsorbentin səthində və ya məsamələrində saxlanılmasıdır. Bu proses absorbsiyadan fərqlidir: absorbsiyada maddə həcm daxilinə yayılır, adsorbsiyada isə əsas qarşılıqlı təsir səth və məsamə quruluşu ətrafında baş verir.

Biokömürdə adsorbsiyanın nə dərəcədə baş verəcəyini üç əsas xüsusiyyət qrupu birlikdə müəyyən edir: biokömürün fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri, hədəf çirkləndiricinin xüsusiyyətləri və maye fazanın kimyəvi şəraiti. Buna görə yalnız xüsusi səth sahəsini bilmək adsorbsiya performansını əvvəlcədən proqnozlaşdırmaq üçün kifayət deyil.

Biokömür ilə çirkləndiricilər arasında hansı qarşılıqlı təsirlər baş verir?

Biokömür müəyyən çirkləndiriciləri niyə seçici şəkildə tuta bilər?

Biokömürün seçiciliyi səth kimyası ilə çirkləndiricinin molekulyar xüsusiyyətlərinin uyğunluğundan asılıdır: hidrofob və aromatik səthlər üzvi/aromatik çirkləndiriciləri, mənfi yüklü səthlər uyğun şəraitdə kationları, metal və ya heteroatom tərkibli funksional səthlər isə kompleksləşmə və liqand mübadiləsi göstərə bilən ionları üstünlüklə saxlaya bilər; bu seçicilik pH, pH_PZC, çirkləndiricinin pK_a dəyəri və yanaşı mövcud ionlar dəyişdikcə dəyişir.

pH və pH_PZC niyə vacibdir?

pH_PZC, biokömür səthinin xalis elektrik yükünün təxminən sıfır olduğu pH dəyəridir. Məhlulun pH-ı bu dəyərdən yuxarı qalxdıqda səth əsasən daha mənfi olur və bu, müsbət yüklü ionların elektrostatik tutulmasını asanlaşdıra bilər. pH eyni zamanda çirkləndiricinin ionlaşma vəziyyətini də dəyişdirir.

Buna görə vahid bir “ən yaxşı pH” yoxdur. İcmal göstərir ki, turş şərait bəzi metal ionlarının adsorbsiyası, qələvi şərait isə bəzi üzvi maddələr və fosfat üçün uyğun ola bilər. Bununla belə, çox turş mühitdə H⁺ ionları hədəf kationlarla adsorbsiya sahələri uğrunda rəqabət apara bilər; çox qələvi şəraitdə OH⁻ bəzi anionlarla rəqabət apara bilər.

Daha yüksək piroliz temperaturu həmişə daha yaxşı biokömür yaradırmı?

Xeyr. Aşağı temperaturlar daha çox oksigen tərkibli funksional qrupun qorunmasını təmin edə bildiyi halda, 500–700 °C aralığındakı daha yüksək temperaturlar səth sahəsini, məsamə həcmini, aromatikliyi və qrafitləşməni artıra bilər; əksinə, >700 °C səviyyəsində həddindən artıq temperaturlar -OH, -COOH və C=O kimi səth qruplarını azalda, məhsuldarlığı aşağı sala və bəzi hallarda məsamə və ya struktur xüsusiyyətlərə mənfi təsir göstərə bilər.

Pirolizdə temperatur strukturu necə dəyişdirir?

İcmala görə, hemisellüloza əsasən təxminən 200–300 °C, sellüloza isə təxminən 300–400 °C aralığında güclü şəkildə parçalanır. Temperatur yüksəldikcə uçucu maddələr uzaqlaşır, liqnosellülozik struktur aromatik və kondensə olunmuş karbon şəbəkələrinə çevrilir və yeni məsamələr yarana bilər.

Aşağı karbonlaşma temperaturlarında (<400 °C) xüsusi səth sahəsinin mənbədə çox vaxt <10 m²/g olduğu bildirilir, eyni zamanda oksigen tərkibli funksional qrupların daha yaxşı qoruna bildiyi qeyd olunur. Bu xüsusiyyət kompleksləşmə, ion mübadiləsi və çökmə mexanizmləri üçün faydalı ola bilər.

500–700 °C aralığında uçucu komponentlərin ayrılması və aromatik kondensasiya sayəsində xüsusi səth sahəsinin >100 m²/g səviyyələrinə çata bildiyi bildirilmişdir. Bu struktur xüsusilə məsamə doldurulması və π–π qarşılıqlı təsirlərinin vacib olduğu üzvi çirkləndiricilər üçün üstünlük verə bilər.

Biokömür istehsal yolları

Yavaş, sürətli və flaş piroliz arasındakı fərq

Mənbə yavaş pirolizi təxminən 300–700 °C-də bir neçə saat davam edən və təxminən %35–50 kütlə məhsuldarlığı verə bilən proses kimi; sürətli pirolizi təxminən 400–600 °C-də 10 saniyədən qısa müddətlərdə və <%30 məhsuldarlıqla; flaş pirolizi isə təxminən 1000 °C-də 3 saniyədən qısa müddətlərdə və <%20 biokömür məhsuldarlığı ilə təsvir edir.

Aktivləşdirmə və səth modifikasiyası niyə aparılır?

Pristine, yəni aktivləşdirmə və ya funksionallaşdırma tətbiq edilməmiş biokömür, aktiv karbonla müqayisədə daha aşağı səth sahəsinə və daha məhdud adsorbsiya sahələrinə malik ola bilər. Bundan əlavə, zəif dispersiyalanma səbəbindən suda üzmə və ya aqreqasiya müşahidə edilə bilər.

Kimyəvi və fiziki aktivləşdirmə ilə məsaməlilik və səth kimyası dəyişdirilə bilər. İcmalda KOH, NaOH, NH₃·H₂O, MgCl₂, ZnCl₂, CaCl₂, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄, HCl, CO₂ və buxar kimi bir çox aktivləşdirmə yanaşması nəzərdən keçirilir.

Biokömür həmçinin azot və ya kükürdlə dopinq, Fe₃O₄, La, Ca və oxşar element/metal komponentləri, xitozan, natrium alginat və müxtəlif səth modifikatorları ilə funksionallaşdırıla bilər. Məqsəd bəzən səth sahəsini artırmaq, bəzən müəyyən çirkləndiriciyə kimyəvi afinlik qazandırmaq, bəzən də maqnit ayırmanı təmin etməkdir.

Modifikasiyanın bir bedəli vardır. Mənbə göstərir ki, modifikatorlar məsamələri tıxaya, səth sahəsini azalda, biokömür məhsuldarlığını aşağı sala və emal xərclərini artıra bilər. ZnCl₂ kimi bəzi aktivatorlar əlavə olaraq toksikoloji və ikincili çirklənmə baxımından problem yarada bilər.

Selektiv adsorbsiya dizaynında aşağı və yüksək temperatur fərqi

Aşağı piroliz temperaturlarında daha çox oksigen tərkibli funksional qrupların qorunması metal ionları kimi qeyri-üzvi çirkləndiricilərin kompleksləşmə yolu ilə tutulması baxımından üstünlük verə bilər. Yüksək temperatur isə səth sahəsini və aromatikliyi artıraraq aromatik üzvi çirkləndiricilərdə π–π qarşılıqlı təsirini və məsamə doldurulmasını gücləndirə bilər.

Buna görə adsorbent dizaynında “maksimum səth sahəsi” yeganə məqsəd deyil. Hədəf çirkləndiricinin kimyası müəyyən edilmədən ideal piroliz və aktivləşdirmə şərti seçilə bilməz.

Biokömür yenidən istifadə oluna bilərmi?

İcmalda termal, kimyəvi və bioloji regenerasiya olmaqla üç əsas yanaşma nəzərdən keçirilir. Regenerasiya adsorbsiya olunmuş çirkləndiriciləri uzaqlaşdırmaq və ya parçalamaqla aktiv səth sahələrinin yenidən istifadə edilə bilməsini məqsəd qoyur.

İcmalın istinad etdiyi bir çox tədqiqat biokömürün ən az 3–5 adsorbsiya–desorbsiya dövründə yenidən istifadə oluna bildiyini bildirir. Bununla belə, tutum dövrlərlə azala bilər. Bunun əsas səbəbləri məsamələrin tıxanması, səth sahəsinin itirilməsi, funksional qrupların pozulması, N/S/metal kimi funksional komponentlərin itirilməsi, güclü adsorbsiya olunmuş maddələrin tam desorbsiya edilə bilməməsi və real tullantı sudakı digər komponentlərin müdaxiləsidir.

Real tullantı suda biokömür niyə sintetik suda olduğu qədər yaxşı işləməyə bilər?

Real tullantı suda hədəf çirkləndirici tək olmur; duzlar, üzvi maddələr, asılı bərk hissəciklər və müxtəlif ionlar eyni adsorbsiya sahələri üçün rəqabət aparır, ion gücünü və səth yükünü dəyişdirir və məsamələri bloklaya bilər. Buna görə icmal biokömür tutumunun real tullantı suda təmiz və ya sintetik məhlullarla müqayisədə çox vaxt daha aşağı olduğunu və müxtəlif tədqiqatların nəticələrinin birbaşa müqayisəsinin ehtiyat tələb etdiyini bildirir.

Əsas tullantı su növləri və üstün qarşılıqlı təsirlər

Bu cədvəl “ən yaxşı tullantı su növü” müqayisəsi deyil. Hətta vahidlər də tədqiqatlar arasında eyni deyil. Fərqli ilkin konsentrasiyalar, biokömür dozaları, pH, temperatur, təmas müddəti, xammallar və modifikasiyalar səbəbindən dəyərlər yalnız icmalın bildirdiyi performans miqyasını göstərmək üçün istifadə edilməlidir.

Adsorbsiya sürətini və tutumunu hansı iş şəraiti dəyişdirir?

İlkin çirkləndirici konsentrasiyası artdıqda fazalararası konsentrasiya fərqi və kütlə ötürülməsi üçün hərəkətverici qüvvə arta bilər; lakin adsorbsiya sahələri məhdud olduğundan proses zamanla dinamik adsorbsiya–desorbsiya tarazlığına yaxınlaşır.

Daha çox biokömür əlavə etmək də məhdudiyyətsiz üstünlük vermir. Yüksək doza daha çox aktiv sahə təqdim etsə də, hissəciklərin bir-birinə yaxınlaşması və tıxanma/aqreqasiya kimi təsirlər vahid adsorbent başına performansı azalda bilər. Buna görə iqtisadi və kinetik baxımdan optimal adsorbent dozası tələb olunur.

Birlikdə mövcud olan ionlar ion gücünü, elektrostatik ekranlanmanı, duzlama təsirini və adsorbsiya sahələri üçün rəqabəti dəyişə bilər. Temperaturun təsiri isə adsorbsiyanın endotermik və ya ekzotermik xarakterindən asılıdır; temperatur artımı hər sistemdə avtomatik olaraq performans artımı demək deyil.

İcmalın real və sintetik sistemlərdən topladığı ümumi fiziki aralıqlar

İqtisadi qiymətləndirmə nə deyir?

İcmalda biokömürün aktiv karbonla müqayisədə aşağı xərcli ola biləcəyini bildirən müxtəlif tədqiqatlara yer verilib. Lakin bu dəyərlər vahid standartlaşdırılmış iqtisadi modelə aid deyil və bir-biri ilə birbaşa müqayisə edilməməlidir.

Bu geniş xərc aralıqları “biokömür hər şəraitdə ucuzdur” nəticəsini dəstəkləmir. Xammalın toplanması və qurudulması, piroliz enerjisi, aktivləşdirmə kimyəviləri, modifikasiya, adsorbentin sudan ayrılması, regenerasiya, çirklənmiş biokömürün idarə edilməsi və qurğunun miqyası ümumi xərci müəyyən edir.

Ətraf mühit üstünlükləri

İcmal kənd təsərrüfatı tullantısının açıq havada yandırılması və ya nəzarətsiz parçalanması əvəzinə biokömürə çevrilməsinin istixana qazı və hava çirkləndirici emissiyalarını azaltma potensialını; biokömürün sudakı ağır metal, qida maddəsi və davamlı üzvi çirkləndiriciləri immobilizasiya etməsini; biokütlə karbonunun daha sabit karbon formasında saxlanmasını və bəzi istifadə olunmuş biokömürlərin uyğun təhlükəsizlik şərtlərində torpaq yaxşılaşdırıcısı kimi dəyərləndirilə bilməsini əsas ekoloji üstünlüklər arasında müzakirə edir.

Mənbədə verilən bir qiymətləndirmə biokütlədəki ilkin karbonun təxminən %50-sinin sabit biokömür daxilində uzun müddət saxlanıla biləcəyini bildirir. Başqa bir davamlılıq tədqiqatı buğda samanı biokömürü istehsalının fosil resurs istehlakını %35 və insan toksikliyi göstəricisini %13 azaltdığını bildirmişdir. Bunlar icmalda sitat gətirilən müəyyən mənbə tədqiqatlarının nəticələridir; bütün biokömür istehsal sistemləri üçün sabit nisbətlər deyil.

Ətraf mühit riskləri

Biokömür istehsalı istilik enerjisi tələb edir. Enerjinin fosil yanacaqlardan və ya karbon intensiv elektrikdən gəlməsi həyat dövrü təsirini artıra bilər. Uyğun olmayan piroliz temperaturu və natamam yanma uçucu üzvi birləşmələr və polisiklik aromatik karbohidrogenlər kimi arzuolunmaz emissiyalara səbəb ola bilər.

Həcmli kənd təsərrüfatı qalıqlarının uzun məsafələrə daşınması da ümumi istixana qazı yükünü artıra bilər. İcmal buna görə istehsal müəssisələrinin xammal mənbələrinə yaxın qurulmasını potensial yaxşılaşdırma kimi müzakirə edir.

İlkin biokütlə ağır metal və ya başqa çirkləndiricilər ehtiva edirsə, bu komponentlər karbonlaşmadan sonra biokömürdə cəmlənə bilər. Bundan əlavə, adsorbsiya yolu ilə metal və ya üzvi çirkləndirici ilə yüklənmiş biokömürün birbaşa torpağa verilməsi avtomatik olaraq təhlükəsiz sayılmamalıdır. pH və ya redoks şərtlərinin zamanla dəyişməsi adsorbsiya olunmuş bəzi çirkləndiricilərin yenidən buraxılmasına səbəb ola bilər.

Mənbə məlumat qeydi: Məqalənin ətraf mühit təsiri bölməsində ümumi istixana qazı dəyəri “0.9.5 kg CO₂(eq)/ton” formasında çap olunub. Bu yazılış say baxımından qeyri-müəyyən olduğuna görə burada düzəldilmiş və ya təxmini ümumi dəyər istifadə edilməmişdir.

Gələcək tədqiqatlar üçün təklif olunan istiqamətlər

• Pilot miqyaslı və real tullantı su tədqiqatlarının artırılması.
• Biokömür istehsalı, xarakterizasiyası və keyfiyyət meyarları üçün standart protokolların yaradılması.
• Maqnit biokömür və nanokompozitlər kimi asan ayrılan, yenidən istifadə edilə bilən dizaynların hazırlanması.
• Sabit yataqlı kolon adsorbsiyasının və uzunmüddətli biofiltr performansının araşdırılması.
• Kimyəvi və fiziki aktivləşdirmənin hədəf çirkləndiriciyə görə optimallaşdırılması.
• pH kimi mühit şərtlərinə cavab verə bilən “ağıllı” biokömür dizaynlarının araşdırılması.
• Dərman qalıqları, pestisidlər və mikroplastiklər kimi yeni yaranan çirkləndiricilərə yönəlmə.
• Azot, fosfor və qiymətli metalların yalnız uzaqlaşdırılmasının deyil, geri qazanılmasının hədəflənməsi.
• Mikrobial yanacaq hüceyrəsi, membran bioreaktoru və mikroalqa sistemləri kimi hibrid təmizləmə texnologiyaları ilə inteqrasiya.
• Bakteriya yüklü biokömür, fotokataliz, sonokataliz və ya persulfat/peroksimonosulfat aktivləşdirilməsi kimi adsorbsiya + parçalanma sistemlərinin hazırlanması.
• İstehsal xüsusiyyətlərini, təmizləmə performansını, regenerasiyanı və utilizasiyanı proqnozlaşdırmaq üçün maşın öyrənməsi və süni intellekt tətbiqlərinin araşdırılması.
• Kənd təsərrüfatı qalığı → biokömür → tullantı su təmizlənməsi → təhlükəsiz regenerasiya/resursların geri qazanılması → uyğun olduqda torpaq istifadəsi formasında qapalı dövr sistemlərinin doğrulanması.

Miqyasın böyüdülməsi qarşısındakı dörd əsas maneə

1. Material dəyişkənliyi: Kənd təsərrüfatı qalıqlarının mineral, liqnin, sellüloza, hemisellüloza, rütubət və çirkləndirici tərkibləri eyni deyil. Eyni proses müxtəlif xammallarda fərqli biokömür yarada bilər.

2. Regenerasiya və utilizasiya: İstifadə olunmuş biokömürün adsorbsiya tutumunu nə dərəcədə qoruduğu və üzərində cəmlənən çirkləndiricilərin təhlükəsiz şəkildə necə idarə ediləcəyi müəyyən edilməlidir.

3. Miqyaslana bilmə və xərc: Laboratoriyada yüksək performans göstərən metal qatqılı və ya kimyəvi aktivləşdirilmiş biokömürün böyük miqyasda aktiv karbonla iqtisadi cəhətdən rəqabət apara bilməsi təminatlı deyil.

4. Uzunmüddətli ekotoksiklik: Modifikasiya edilmiş biokömürün illər ərzində mühitdə necə qocaldığı, səthindəki metal və ya üzvi çirkləndiriciləri yenidən buraxıb-buraxmadığı və ekosistemə təsiri uzunmüddətli sahə və həyat dövrü tədqiqatları ilə təsdiqlənməlidir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Tədqiqat dizaynı

Bu məqalədə yeni laboratoriya və ya sahə eksperimenti aparılmamışdır. Müəlliflər ədəbiyyatda dərc olunmuş tədqiqatlardan istifadə edərək kənd təsərrüfatı qalıqlarından əldə edilən biokömürün hazırlanması, modifikasiyası, adsorbsiya mexanizmləri, tullantı su tətbiqləri, regenerasiyası, iqtisadiyyatı və ətraf mühit təsirləri haqqında geniş elmi icmal hazırlamışlar.

Mənbə tədqiqat “Review” kimi dərc edilmişdir. Məqalədə PRISMA axını, əvvəlcədən qeydiyyatdan keçirilmiş sistematik icmal protokolu, biblioqrafik məlumat bazası axtarış sətirləri və ya meta-analitik effekt ölçüsü sintezi bildirilmir. Buna görə məqalənin cədvəllərindəki nəticələr müxtəlif ədəbiyyat tədqiqatlarının müqayisəli icmalı kimi oxunmalı; vahid standartlaşdırılmış eksperimental məlumat dəsti kimi qəbul edilməməlidir.

İcmalın elmi əhatəsi

İcmalda istifadə edilən biokömür xammallarına nümunələr

Mənbədə xurma çəyirdəyi, badam qabığı, kokos qabığı və lifi, buğda samanı, düyü qabığı, qarğıdalı sapı və qıçası, qəhvə qabığı, sarımsaq qabığı, kartof qabığı, şəkər qamışı baqası, palma yarpaqları və dəstələri, lotus yarpağı, yerfındığı qabığı və müxtəlif kənd təsərrüfatı budama qalıqları kimi çoxsaylı prekursorlar mövcuddur.

Bu müxtəliflik eyni zamanda tədqiqatın mühüm şərh məhdudiyyətidir. Kənd təsərrüfatı qalığının kimyəvi və mineral tərkibi biokömürün kül, SiO₂, Ca, Mg, K və digər elementlərini, məsamə quruluşunu, səth yükünü və adsorbsiya mexanizmini dəyişə bilər.

İcmalın nəticə bölməsindəki ümumi performans çərçivəsi

Müəlliflərin nəticə sintezində kənd təsərrüfatı qalıqları biokömürünün xüsusi səth sahəsi təxminən 1,7–429,0 m²/g və məsamə diametri 1,1–21,0 nm aralığında ümumiləşdirilmişdir. Real tullantı su tədqiqatlarında bildirilən adsorbsiya tutumlarının çoxunun təxminən 13–140 mg/g və ya istifadə olunan vahiddən asılı olaraq 0,5–582 mg/L, sintetik tullantı sularda isə 3–241 mg/g aralığında olduğu bildirilmişdir.

Mənbənin sintezinə görə, bələdiyyə tullantı sularında N və P üçün məsamələrdə tutulma; sənaye tullantı sularındakı ağır metal, fenol və mürəkkəb üzvi maddələr üçün ion mübadiləsi və səth kompleksləşməsi; heyvandarlıq tullantı sularındakı ammonium, ammonyak, nitrat və antibiotiklər üçün elektrostatik qarşılıqlı təsir və məsamə doldurulması; tekstil tullantı sularında boya və səthi-aktiv maddələr üçün π–π qarşılıqlı təsirləri tez-tez önə çıxan mexanizmlərdir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

Kənd təsərrüfatı qalıqları müxtəlif üsullarla adsorbent biokömürlərə çevrilə bilər və bu biokömürlər ədəbiyyatda çox müxtəlif üzvi və qeyri-üzvi su çirkləndiricilərinin uzaqlaşdırılmasında istifadə edilmişdir.

Adsorbsiya adətən tək bir mexanizmdən deyil, məsamə quruluşu və səth kimyasının çirkləndiricinin xüsusiyyətləri ilə birlikdə yaratdığı çoxsaylı qarşılıqlı təsirlərdən qaynaqlanır.

Piroliz temperaturu, atmosfer, xammal, aktivləşdirmə və səth modifikasiyası biokömürün adsorbsiya davranışını əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər.

Aktivləşdirmə və funksionallaşdırma adsorbsiya tutumunu və ya seçiciliyini artıra bilər; lakin xərc, biokömür məhsuldarlığı, səth sabitliyi və ikincili ekoloji yük baxımından mənfi tərəflər yarada bilər.

İstifadə olunmuş biokömür termal, kimyəvi və ya bioloji yollarla yenidən istifadə edilə bilər; lakin adsorbsiya tutumu dövrlərlə azala bilər.

Real tullantı su matrisi sintetik məhlullardan daha mürəkkəbdir və rəqabətli adsorbsiya səbəbindən laboratoriya performansının real sistemə eyni səviyyədə ötürüləcəyi fərz edilə bilməz.

Tədqiqatın birbaşa dəstəkləmədiyi nəticələr

İcmal müəyyən bir kənd təsərrüfatı qalığının bütün çirkləndiricilər üçün ən yaxşı biokömür xammalı olduğunu göstərmir.

Müəyyən bir piroliz temperaturunun, aktivləşdirmə agentinin və ya adsorbent dozasının bütün tullantı sular üçün universal optimum olduğunu göstərmir.

Cədvəl 4-də yüksək uzaqlaşdırma faizi və ya tutumu göstərən laboratoriya tədqiqatları eyni performansın tammiqyaslı təmizləmə qurğusunda əldə ediləcəyini sübut etmir.

Müxtəlif tədqiqatlardakı mg/g, mg/L və faizlə uzaqlaşdırma nəticələri eksperimental şərtlər bərabərləşdirilmədən birbaşa sıralana bilməz.

Biokömürün “hər şəraitdə aktiv karbondan daha ucuz” olduğu göstərilməmişdir. Mənbədəki xərc müqayisələri müxtəlif ədəbiyyat tədqiqatlarına aiddir.

İstifadə olunmuş biokömür adsorbsiya olunmuş ağır metallar və ya davamlı üzvi maddələr ehtiva etdikdə onun birbaşa torpağa tətbiqinin təhlükəsiz olduğu göstərilməmişdir.

İcmal uzunmüddətli ekotoksiklik və kommersiya miqyasında miqyaslana bilmənin həll olunmuş problemlər olduğunu deyil, əksinə gələcək əsas tədqiqat ehtiyacları olduğunu vurğulayır.

Elmi güclü tərəflər

İcmalın güclü tərəfi biokömürü yalnız adsorbent kimi deyil; xammal seçimi, karbonlaşdırma, səth kimyası, seçicilik, regenerasiya, real tullantı su, iqtisadiyyat və həyat dövrü baxımından bir-biri ilə əlaqəli sistem kimi nəzərdən keçirməsidir.

Xüsusilə Cədvəl 4 çoxsaylı kənd təsərrüfatı xammalını, çirkləndiricini, istehsal şəraitini, xüsusi səth sahəsini, məsamə ölçüsünü, adsorbsiya şəraitini, ehtimal olunan mexanizmi, tutumu və uzaqlaşdırma faizini eyni elmi çərçivədə bir araya gətirir.

Əsas məhdudiyyətlər

İcmaldakı tədqiqatlar çox heterogendir. Xammallar, piroliz temperaturu, aktivləşdirmə, hissəcik ölçüsü, adsorbent dozası, pH, ilkin çirkləndirici konsentrasiyası, təmas müddəti, temperatur və analitik ölçmə üsulları fərqlidir. Bu, tədqiqatlar arasında birbaşa sayısal müqayisəni məhdudlaşdırır.

Ədəbiyyatın əhəmiyyətli hissəsi batch eksperimentlərinə əsaslanır. Sabit yataqlı kolon və fasiləsiz axın performansı, adsorbentin hidravlik davranışı, təzyiq itkisi, uzunmüddətli biofilm əmələ gəlməsi, mexaniki dayanıqlıq və regenerasiya dövrləri daha az tədqiq edilmişdir.

Real tullantı suyun tərkibi zamanla dəyişir. Bu dəyişkənlik laboratoriya şəraitində hazırlanmış sintetik çirkləndirici məhlullarında kifayət qədər təmsil olunmaya bilər.

Modifikasiya edilmiş biokömürlərdə metal, nanomaterial və ya kimyəvi aktivator istifadəsi performansı artırsa da, yeni ekoloji risklər və xərclər yarada bilər.

İqtisadi müqayisələr standart ümumi sistem sərhədinə və ya pul ilinə görə normallaşdırılmamış müxtəlif ədəbiyyat nəticələrinə əsaslanır. Buna görə iqtisadi rəqəmlər meyli göstərir; vahid universal xərc modeli yaratmır.

Mənbə və Metod Qeydi

Özgün tədqiqat: Biochar Derived from Agricultural Residues for Wastewater Contaminant Removal

Müəlliflər: Pengyun Liu; Luisa Boffa; Giancarlo Cravotto.

Corresponding author: Giancarlo Cravotto.

Qurum: Department of Drug Science and Technology, University of Turin, Via P. Giuria 9, 10125 Turin, Italy.

Jurnal: Sustainability.

Nəşriyyat: MDPI, Basel, Switzerland.

Cild / nömrə / məqalə nömrəsi: 18(1), 435.

DOI: 10.3390/su18010435.

Məqalə növü: Review.

Academic Editor: Francesco Ferella.

Received: 28 Noyabr 2025.

Revised: 25 Dekabr 2025.

Accepted: 29 Dekabr 2025.

Published: 1 Yanvar 2026.

Resenziya statusu: Sustainability jurnalında dərc olunmuş resenziyalı icmal məqaləsidir.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Elmi əhatə: Kənd təsərrüfatı qalıqlarından əldə edilən biokömürün adsorbsiya mexanizmləri, selektiv adsorbsiya, hazırlanması, aktivləşdirilməsi, modifikasiyası, funksionallaşdırılması, regenerasiyası, real tullantı su təmizlənməsi, iqtisadi qiymətləndirmə, ətraf mühit təsirləri və gələcək tədqiqat ehtiyacları.

Sistematik icmal statusu: Mənbə məqalə Review kimi dərc edilmişdir. Mətndə PRISMA axını, əvvəlcədən qeydiyyatdan keçirilmiş sistematik icmal protokolu, açıq biblioqrafik axtarış strategiyası və ya meta-analitik sintez bildirilməmişdir. Buna görə ədəbiyyat rəqəmləri vahid meta-analitik effekt qiymətləndirməsi kimi istifadə edilməməlidir.

Author Contributions: P.L.: məlumatların kurasiyası, ilkin qaralama yazılması, tədqiqat və doğrulama; L.B.: tədqiqat, metodologiya və nəzarət; G.C.: konseptuallaşdırma, metodologiya, nəzarət və nəzərdən keçirmə/redaktə. Bütün müəlliflərin dərc olunmuş versiyanı oxuyub təsdiqlədiyi bildirilmişdir.

Funding: Müəlliflər tədqiqatın xarici maliyyələşdirmə almadığını bildirmişdir.

Acknowledgments: Tədqiqatın University of Turin, Rilo 2024 tərəfindən dəstəkləndiyi qeyd edilmişdir.

Institutional Review Board: Tətbiq olunmur.

Informed Consent: Tətbiq olunmur.

Data Availability: Tədqiqatda yeni məlumat yaradılmadığı və ya təhlil edilmədiyi bildirilmişdir.

Conflicts of Interest: Müəlliflər maraqlar toqquşmasının olmadığını bəyan etmişdir.

Əsas metodoloji məhdudiyyət: Məqalə müxtəlif ədəbiyyat tədqiqatlarını bir araya gətirən icmaldır; müxtəlif eksperimental sistemlərdəki tutum, uzaqlaşdırma faizi və xərc dəyərləri vahid eksperimental protokolda əldə edilməmişdir.

Mənbədaxili məlumat yazılışı qeydi: Ətraf mühit təsiri bölməsində ümumi istehsal emissiyasına dair bir dəyər “0.9.5 kg CO₂(eq) per ton” formasında çap olunmuşdur. Bu ifadə aydın sayısal dəyər vermədiyindən Verianla tərəfindən düzəldilməmişdir.

Şəkil/müəllif hüququ qeydi: Mənbə Şəkil 1–5-in müxtəlif hissələri əvvəlki ACS və Elsevier nəşrlərindən icazə ilə yenidən çap edilmiş üçüncü tərəf vizuallardır. Verianla HTML-ində bu vizuallar kopyalanmamış; adsorbsiya mexanizmi və dairəvi proses elmi cəhətdən müstəqil inline SVG sxemləri ilə yenidən qurulmuşdur.