Биокӯмири аз боқимондаҳои кишоварзӣ ҳосилшуда (agricultural residue-derived biochar), маводи адсорбентии бой аз карбон ва ковокдор аст, ки тавассути табдили назоратшавандаи термохимиявии биомассаи кишоварзӣ ба даст меояд. Ин баррасӣ истифодаи донаи хурмо, пӯсти бодом ва кокос, пӯсти биринҷ, коҳи гандум, боқимондаҳои ҷуворимакка ва монанди ин боқимондаҳои кишоварзиро баъд аз табдил додан ба биокӯмир барои хориҷ кардани ифлоскунандаҳои органикӣ ва ғайриорганикӣ аз оби партов меомӯзад. Таҳқиқот як таҷрибаи ягона анҷом надодааст; он механизмҳои адсорбсия, усулҳои истеҳсол ва фаъолсозӣ, модификатсияҳои сатҳ, регенератсия, истифода дар оби партови воқеӣ, арзёбиҳои иқтисодӣ, таъсирҳои экологӣ ва ниёзҳои таҳқиқоти ояндаро аз адабиёт ҷамъ овардааст.

Паёми асосии баррасӣ ин аст, ки самаранокии биокӯмирро танҳо бо он ки “то чӣ андоза ковокдор” аст, шарҳ додан мумкин нест. Адсорбсия; илова бар масоҳати хоси сатҳ ва андозаи ковокҳо, бо гурӯҳҳои -OH, -COOH, -NH₂, C=O ва гурӯҳҳои ароматии сатҳ, заряди сатҳии биокӯмир, pH-и нуқтаи заряди сифр (pH_PZC), заряди ифлоскунанда, қимати pK_a, гидрофобӣ, андозаи молекула/ион ва рақобати дигар ҷузъҳои мавҷуд дар оби партови воқеӣ якҷоя муайян карда мешавад.

Механизмҳои асосии адсорбсия, ки дар манбаъ ҷамъбаст шудаанд, таҳшиншавӣ, комплексшавӣ, пайванди гидрогенӣ, кашиш ё теладиҳии электростатикӣ, таъсирҳои электронии π–π, пуршавии ковокҳо, мубодилаи ионӣ, мубодилаи лиганд, таъсири гидрофобӣ, редокс ва таъсирҳои van der Waals мебошанд. Дар як биокӯмир якчанд механизм метавонанд ҳамзамон амал кунанд ва механизми бартаридошта вобаста ба ифлоскунандаи ҳадаф ва химияи об тағйир ёбад.

Масоҳати хоси сатҳи биокӯмирҳои холиси аз боқимондаҳои кишоварзӣ ҳосилшуда, ки дар баррасӣ омӯхта шудаанд, тақрибан 1,65–428,98 m²/g, диаметри ковокҳо 1,1–20,9 nm ва ҳаҷми умумии ковокҳо 0,0005–0,5320 cm³/g мебошад. Фаъолсозӣ одатан масоҳати сатҳ ва ковокдориро зиёд мекунад. Тибқи арзёбии ҷамъбастии бахши хулосаи баррасӣ, аксари иқтидорҳои адсорбсия, ки дар таҳқиқоти оби партови воқеӣ гузориш шудаанд, тақрибан 13–140 mg/g ё вобаста ба шакли ҳисобот 0,5–582 mg/L; дар оби партови синтетикӣ бошад 3–241 mg/g мебошанд. Аммо ин қиматҳо аз ифлоскунанда, ашёи хом, доза, pH, вақти тамос ва тарҳҳои гуногуни таҷрибавӣ гирифта шудаанд ва набояд ҳамчун рейтинги мустақими самаранокӣ истифода шаванд.

Манбаъ нишон медиҳад, ки таҳқиқоте мавҷуданд, ки биокӯмир нисбат ба адсорбентҳои тиҷоратӣ, ба монанди карбони фаъол, хароҷот ва талаботи камтари энергия дошта метавонад, аммо натиҷаҳои иқтисодӣ аз ашёи хом, иншоот, манбаи энергия, модификатсия ва навъи оби партов сахт вобастаанд. Ба ҳамин монанд, аз нуқтаи назари давраи ҳаёт нигоҳдории карбон ва пешгирии сӯзондани кушоди боқимондаҳои кишоварзӣ метавонад бартарӣ диҳад; аммо энергияи пиролиз, партовҳои газӣ, интиқоли ашёи хом, ҷамъшавии ифлоскунандаҳо дар биокӯмири истифодашуда ва хавфи дубора озодшавии дарозмуддат набояд нодида гирифта шаванд.

Маҳдудияти муҳими баррасӣ ин аст, ки қисми назарраси таҷрибаҳои адабиёт дар шароити batch ва дар системаҳои лаборатории аз ҳам фарқкунанда анҷом дода шудаанд. Матритсаи оби партови воқеӣ аз оби синтетикӣ мураккабтар аст ва иқтидори биокӯмир бинобар адсорбсияи рақобатӣ метавонад камтар бошад. Аз ин рӯ, миқёси пилотӣ, системаҳои сутунии қабати собит, меъёрҳои стандартии сифат, регенератсияи дарозмуддат, арзёбии давраи ҳаёт ва таҳқиқоти экотоксикологӣ барои гузариш ба истифодаи воқеӣ муҳим ҳисобида мешаванд.

Чаро биокӯмири аз боқимондаҳои кишоварзӣ ҳосилшуда муҳим аст?

Кишоварзӣ ва истеҳсоли ғизо дар саросари ҷаҳон миқдори хеле зиёди боқимондаҳои лигноселлюлозӣ тавлид мекунанд. Ҷузъҳои асосии ин боқимондаҳо селлюлоза, гемиселлюлоза ва лигнин мебошанд. Дар шароити мувофиқ ҳангоми карбонизатсия онҳо метавонанд ба биокӯмири бой аз карбон, ковокдор ва дорои гурӯҳҳои гуногуни функсионалии химиявӣ дар сатҳ табдил дода шаванд.

Бо ин роҳ ду мушкили экологиро дар як занҷири равандӣ ҳал кардан мумкин аст: аз як тараф истифодаи боқимондаҳои кишоварзӣ, аз ҷониби дигар тозакунии оби ифлос. Пас аз адсорбсия, дар шароити муайян барқарорсозии ҷузъҳои муфид ба монанди нитроген, фосфор ё калий низ метавонад равиши иқтисоди давриро тақвият диҳад.

Ин ҷадвал нишон намедиҳад, ки биокӯмири боқимондаҳои кишоварзӣ дар ҳама шароит “беҳтарин” навъи биокӯмир аст. Масалан, биокӯмири чӯбӣ метавонад миқдори бештари карбон ва устувории баландтар дошта бошад. Бартарии боқимондаҳои кишоварзӣ — дастрасии васеъ, гуногунии минералҳо ва гурӯҳҳои функсионалӣ, имкони хароҷоти паст ва табдили партов ба захира мебошад.

Адсорбсия чист?

Адсорбсия нигоҳ доштани ион ё молекулаи дар маҳлул буда дар сатҳ ё дар ковокҳои адсорбент аст. Ин раванд аз абсорбсия фарқ мекунад: дар абсорбсия модда ба дохили ҳаҷм паҳн мешавад, дар адсорбсия бошад таъсири асосӣ дар атрофи сатҳ ва сохтори ковокҳо рух медиҳад.

Се гурӯҳи асосии хусусиятҳо якҷоя муайян мекунанд, ки адсорбсия дар биокӯмир то чӣ андоза ба амал меояд: хусусиятҳои физикӣ ва химиявии биокӯмир, хусусиятҳои ифлоскунандаи ҳадаф ва шароити химиявии фазаи моеъ. Аз ин рӯ, танҳо донистани масоҳати хоси сатҳ барои пешгӯии самаранокии адсорбсия кофӣ нест.

Байни биокӯмир ва ифлоскунандаҳо кадом таъсирҳо ба амал меоянд?

Чаро биокӯмир метавонад баъзе ифлоскунандаҳоро интихобан нигоҳ дорад?

Интихобнокии биокӯмир аз мувофиқати химияи сатҳ бо хусусиятҳои молекулавии ифлоскунанда вобаста аст: сатҳҳои гидрофобӣ ва ароматӣ метавонанд ифлоскунандаҳои органикӣ/ароматиро, сатҳҳои манфизаряд дар шароити мувофиқ катионҳоро, ва сатҳҳои функсионалии дорои металл ё гетероатом ионҳоеро, ки қобилияти комплексшавӣ ва мубодилаи лиганд доранд, афзалона нигоҳ доранд; ин интихобнокӣ бо тағйири pH, pH_PZC, қимати pK_a-и ифлоскунанда ва ионҳои ҳамроҳ тағйир меёбад.

Чаро pH ва pH_PZC муҳиманд?

pH_PZC, қимати pH аст, ки дар он заряди холиси электрикии сатҳи биокӯмир тақрибан сифр мебошад. Вақте pH-и маҳлул аз ин қимат баландтар мешавад, сатҳ одатан манфитар мегардад ва ин метавонад нигоҳдории электростатикии ионҳои мусбатзарядро осон кунад. pH ҳамчунин ҳолати ионизатсияи ифлоскунандаро тағйир медиҳад.

Аз ин рӯ, як “беҳтарин pH” вуҷуд надорад. Баррасӣ нишон медиҳад, ки шароити турш метавонад барои адсорбсияи баъзе ионҳои металл, шароити ишқорӣ бошад барои баъзе моддаҳои органикӣ ва фосфат мувофиқ бошад. Бо вуҷуди ин, дар муҳити хеле турш H⁺ метавонад бо катионҳои ҳадаф барои ҷойҳои адсорбсия рақобат кунад; дар шароити хеле ишқорӣ OH⁻ метавонад бо баъзе анионҳо рақобат кунад.

Оё ҳарорати баландтари пиролиз ҳамеша биокӯмири беҳтар истеҳсол мекунад?

Не. Ҳароратҳои паст метавонанд нигоҳдории гурӯҳҳои функсионалии бештар дорои оксигенро таъмин кунанд, дар ҳоле ки ҳароратҳои баландтар дар диапазони 500–700 °C метавонанд масоҳати сатҳ, ҳаҷми ковокҳо, ароматикӣ ва графитонидашавиро зиёд кунанд; баръакс, ҳароратҳои аз ҳад зиёд дар сатҳи >700 °C метавонанд гурӯҳҳои сатҳии монанди -OH, -COOH ва C=O-ро кам кунанд, ҳосилнокиро паст намоянд ва дар баъзе ҳолатҳо ба хусусиятҳои ковок ё сохторӣ таъсири манфӣ расонанд.

Ҳарорат дар пиролиз сохторро чӣ гуна тағйир медиҳад?

Мувофиқи баррасӣ, гемиселлюлоза асосан дар тақрибан 200–300 °C ва селлюлоза дар тақрибан 300–400 °C сахт таҷзия мешавад. Бо баланд шудани ҳарорат моддаҳои паррон хориҷ мешаванд, сохтори лигноселлюлозӣ ба шабакаҳои ароматӣ ва конденсатсияи карбон табдил меёбад ва ковокҳои нав пайдо шуда метавонанд.

Дар ҳароратҳои пасти карбонизатсия (<400 °C) масоҳати хоси сатҳ дар манбаъ аксаран <10 m²/g нишон дода шудааст, дар ҳоле ки нигоҳдории беҳтари гурӯҳҳои функсионалии дорои оксиген гузориш шудааст. Ин хусусият метавонад барои механизмҳои комплексшавӣ, мубодилаи ионӣ ва таҳшиншавӣ муфид бошад.

Дар диапазони 500–700 °C аз ҳисоби хориҷшавии ҷузъҳои паррон ва конденсатсияи ароматӣ масоҳати хоси сатҳ метавонад ба сатҳи >100 m²/g расад. Ин сохтор махсусан барои ифлоскунандаҳои органикӣ, ки пуршавии ковокҳо ва таъсирҳои π–π муҳиманд, бартарӣ дода метавонад.

Роҳҳои истеҳсоли биокӯмир

Фарқи пиролизи суст, зуд ва флеш

Манбаъ пиролизи сустро ҳамчун раванде тавсиф мекунад, ки дар тақрибан 300–700 °C чанд соат давом мекунад ва метавонад тақрибан %35–50 ҳосили масса диҳад; пиролизи зудро дар тақрибан 400–600 °C дар камтар аз 10 сония ва бо ҳосили <%30; пиролизи флешро бошад дар тақрибан 1000 °C дар камтар аз 3 сония ва бо ҳосили биокӯмири <%20.

Чаро фаъолсозӣ ва модификатсияи сатҳ анҷом дода мешавад?

Pristine, яъне биокӯмире, ки фаъолсозӣ ё функсионализатсия нашудааст, нисбат ба карбони фаъол метавонад масоҳати сатҳи камтар ва ҷойҳои адсорбсияи маҳдудтар дошта бошад. Илова бар ин, аз сабаби паҳншавии паст шиноварӣ дар об ё агрегатсия мушоҳида шуда метавонад.

Бо фаъолсозии химиявӣ ва физикӣ ковокдорӣ ва химияи сатҳро тағйир додан мумкин аст. Дар баррасӣ равишҳои зиёди фаъолсозӣ ба монанди KOH, NaOH, NH₃·H₂O, MgCl₂, ZnCl₂, CaCl₂, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄, HCl, CO₂ ва буғ баррасӣ мешаванд.

Биокӯмир ҳамчунин метавонад бо допинги нитроген ё сулфур, Fe₃O₄, La, Ca ва ҷузъҳои шабеҳи элемент/металл, хитозан, алгинати натрий ва модификаторҳои гуногуни сатҳ функсионализатсия карда шавад. Ҳадаф баъзан зиёд кардани масоҳати сатҳ, баъзан додани аффинитети химиявӣ ба ифлоскунандаи муайян ва баъзан таъмин кардани ҷудокунии магнитӣ мебошад.

Модификатсия арзиши худро дорад. Манбаъ қайд мекунад, ки модификаторҳо метавонанд ковокҳоро банданд, масоҳати сатҳро кам кунанд, ҳосили биокӯмирро паст намоянд ва хароҷоти коркардро зиёд кунанд. Баъзе фаъолкунандаҳо ба монанди ZnCl₂ метавонанд аз нигоҳи токсикологӣ ва ифлосшавии дуюмдараҷа низ мушкил эҷод кунанд.

Фарқи ҳарорати паст ва баланд дар тарҳи адсорбсияи интихобӣ

Дар ҳароратҳои пасти пиролиз нигоҳдории бештар гурӯҳҳои функсионалии дорои оксиген метавонад барои нигоҳ доштани ифлоскунандаҳои ғайриорганикӣ ба монанди ионҳои металл тавассути комплексшавӣ бартарӣ диҳад. Ҳарорати баланд бошад бо зиёд кардани масоҳати сатҳ ва ароматикӣ метавонад таъсири π–π ва пуршавии ковокҳоро барои ифлоскунандаҳои органикии ароматӣ тақвият диҳад.

Аз ин рӯ, дар тарҳи адсорбент “масоҳати максималии сатҳ” ҳадафи ягона нест. Бе муайян кардани химияи ифлоскунандаи ҳадаф шароити идеалии пиролиз ва фаъолсозиро интихоб кардан мумкин нест.

Оё биокӯмирро дубора истифода бурдан мумкин аст?

Дар баррасӣ се равиши асосӣ — регенератсияи термалӣ, химиявӣ ва биологӣ — баррасӣ мешаванд. Регенератсия ҳадаф дорад бо хориҷ ё таҷзия кардани ифлоскунандаҳои адсорбсияшуда ҷойҳои фаъоли сатҳро дубора қобили истифода гардонад.

Бисёре аз таҳқиқоте, ки баррасӣ ба онҳо истинод мекунад, гузориш медиҳанд, ки биокӯмирро ҳадди ақал дар 3–5 даври адсорбсия–десорбсия дубора истифода бурдан мумкин аст. Бо вуҷуди ин, иқтидор метавонад бо даврҳо коҳиш ёбад. Сабабҳои асосӣ басташавии ковокҳо, аз даст рафтани масоҳати сатҳ, вайроншавии гурӯҳҳои функсионалӣ, аз даст рафтани ҷузъҳои функсионалӣ ба монанди N/S/металл, нопурра десорбсия шудани моддаҳои сахт адсорбсияшуда ва халали дигар ҷузъҳои оби партови воқеӣ мебошанд.

Чаро биокӯмир дар оби партови воқеӣ метавонад мисли оби синтетикӣ хуб кор накунад?

Дар оби партови воқеӣ ифлоскунандаи ҳадаф танҳо нест; намакҳо, моддаҳои органикӣ, моддаҳои сахти овезон ва ионҳои гуногун барои ҳамон ҷойҳои адсорбсия рақобат мекунанд, қувваи ионӣ ва заряди сатҳро тағйир медиҳанд ва метавонанд ковокҳоро банданд. Аз ин рӯ, баррасӣ қайд мекунад, ки иқтидори биокӯмир дар оби партови воқеӣ аксаран нисбат ба маҳлулҳои тоза ё синтетикӣ пасттар аст ва муқоисаи мустақими натиҷаҳои таҳқиқоти гуногун эҳтиёткориро талаб мекунад.

Навъҳои асосии оби партов ва таъсирҳои бартаридошта

Ин ҷадвал муқоисаи “беҳтарин навъи оби партов” нест. Ҳатто воҳидҳо байни таҳқиқот яксон нестанд. Аз сабаби консентратсияҳои ибтидоӣ, дозаҳои биокӯмир, pH, ҳарорат, вақти тамос, ашёи хом ва модификатсияҳои гуногун, қиматҳо бояд танҳо барои нишон додани миқёси самаранокие, ки баррасӣ гузориш медиҳад, истифода шаванд.

Кадом шароити корӣ суръат ва иқтидори адсорбсияро тағйир медиҳад?

Ҳангоми зиёд шудани консентратсияи ибтидоии ифлоскунанда, фарқи консентратсия байни фазаҳо ва қувваи пешбаранда барои интиқоли масса метавонанд зиёд шаванд; аммо азбаски ҷойҳои адсорбсия маҳдуданд, раванд бо гузашти вақт ба тавозуни динамикии адсорбсия–десорбсия наздик мешавад.

Илова кардани биокӯмири бештар низ бартарии бемаҳдуд намедиҳад. Дозаи баланд ҷойҳои фаъоли бештар пешниҳод мекунад, аммо наздикшавии зарраҳо ба ҳам ва таъсирҳое ба монанди басташавӣ/агрегатсия метавонанд самаранокиро барои ҳар воҳиди адсорбент паст кунанд. Аз ин рӯ, аз назари иқтисодӣ ва кинетикӣ дозаи оптималии адсорбент лозим аст.

Ионҳои ҳамроҳ метавонанд қувваи ионӣ, экранкунии электростатикӣ, таъсири намаккунӣ ва рақобат барои ҷойҳои адсорбсияро тағйир диҳанд. Таъсири ҳарорат бошад аз хусусияти эндотермӣ ё экзотермии адсорбсия вобаста аст; баланд шудани ҳарорат дар ҳар система худкор маънои беҳтар шудани самаранокиро надорад.

Диапазонҳои умумии физикие, ки баррасӣ аз системаҳои воқеӣ ва синтетикӣ ҷамъ овардааст

Арзёбии иқтисодӣ чӣ мегӯяд?

Дар баррасӣ таҳқиқоти гуногуне оварда шудаанд, ки биокӯмир метавонад нисбат ба карбони фаъол камхарҷтар бошад. Аммо ин қиматҳо ба як модели ягонаи стандартии иқтисодӣ тааллуқ надоранд ва набояд мустақиман бо ҳам муқоиса шаванд.

Ин диапазонҳои васеи хароҷот хулосаи “биокӯмир дар ҳама ҳолат арзон аст”-ро дастгирӣ намекунанд. Ҷамъоварӣ ва хушккунии ашёи хом, энергияи пиролиз, химикатҳои фаъолсозӣ, модификатсия, ҷудокунии адсорбент аз об, регенератсия, идоракунии биокӯмири ифлос ва миқёси иншоот хароҷоти умумиро муайян мекунанд.

Фоидаҳои экологӣ

Баррасӣ дар байни бартариҳои асосии экологӣ имкони кам кардани партовҳои газҳои гулхонаӣ ва ифлоскунандаҳои ҳаворо тавассути табдил додани партовҳои кишоварзӣ ба биокӯмир ба ҷои сӯзондани кушода ё таҷзияи беназорат; immobilization-и металлҳои вазнин, моддаҳои ғизоӣ ва ифлоскунандаҳои органикии устувор дар об аз ҷониби биокӯмир; нигоҳ доштани карбони биомасса дар шакли устувортари карбон ва имкони истифодаи баъзе биокӯмирҳои истифодашуда ҳамчун беҳсозандаи хок дар шароити муносиби бехатариро муҳокима мекунад.

Як арзёбии дар манбаъ овардашуда нишон медиҳад, ки тақрибан %50 карбони ибтидоии биомасса метавонад муддати дароз дар биокӯмири устувор нигоҳ дошта шавад. Таҳқиқоти дигари устуворӣ гузориш додааст, ки истеҳсоли биокӯмири коҳи гандум истеъмоли захираҳои фоссилиро %35 ва нишондиҳандаи токсикологии инсонро %13 кам кардааст. Инҳо натиҷаҳои таҳқиқоти мушаххаси манбаъ мебошанд, ки дар баррасӣ оварда шудаанд; онҳо барои ҳамаи системаҳои истеҳсоли биокӯмир нисбатҳои доимӣ нестанд.

Хавфҳои экологӣ

Истеҳсоли биокӯмир энергияи гармӣ талаб мекунад. Агар энергия аз сӯзишвории фоссилӣ ё барқи дорои шиддати баланди карбон гирифта шавад, таъсири давраи ҳаёт метавонад зиёд шавад. Ҳарорати номуносиби пиролиз ва сӯзиши нопурра метавонанд ба партовҳои номатлуб, ба монанди пайвастагиҳои органикии паррон ва карбогидридҳои ароматии полисиклӣ, оварда расонанд.

Интиқоли боқимондаҳои ҳаҷман калони кишоварзӣ ба масофаҳои дур низ метавонад бори умумии газҳои гулхонаиро зиёд кунад. Аз ин рӯ, баррасӣ ҷойгир кардани иншооти истеҳсолиро дар наздикии манбаъҳои ашёи хом ҳамчун беҳбудии эҳтимолӣ муҳокима мекунад.

Агар биомассаи ибтидоӣ металлҳои вазнин ё дигар ифлоскунандаҳо дошта бошад, ин ҷузъҳо пас аз карбонизатсия дар биокӯмир ҷамъ шуда метавонанд. Илова бар ин, додани мустақими биокӯмире, ки тавассути адсорбсия бо металл ё ифлоскунандаи органикӣ бор шудааст, ба хок набояд худкор бехатар ҳисобида шавад. Тағйири pH ё шароити редокс бо гузашти вақт метавонад боиси дубора озод шудани баъзе ифлоскунандаҳои адсорбсияшуда гардад.

Ёддошти маълумоти манбаъ: Дар бахши таъсири экологии мақола як қимати умумии гази гулхонаӣ ба шакли “0.9.5 kg CO₂(eq)/ton” чоп шудааст. Азбаски ин навишт аз ҷиҳати рақамӣ норавшан аст, дар ин ҷо қимати умумии ислоҳшуда ё тахминӣ истифода нашудааст.

Самтҳои пешниҳодшуда барои таҳқиқоти оянда

• Зиёд кардани таҳқиқоти миқёси пилотӣ ва оби партови воқеӣ.
• Таҳияи протоколҳои стандартӣ барои истеҳсол, тавсиф ва меъёрҳои сифати биокӯмир.
• Рушди тарҳҳои осонҷудошаванда ва дубора истифодашаванда, ба монанди биокӯмири магнитӣ ва нанокомпозитҳо.
• Омӯзиши адсорбсияи сутуни қабати собит ва самаранокии дарозмуддати биофилтр.
• Оптимизатсияи фаъолсозии химиявӣ ва физикӣ вобаста ба ифлоскунандаи ҳадаф.
• Омӯзиши тарҳҳои “оқилона”-и биокӯмир, ки ба шароити муҳит ба монанди pH ҷавоб медиҳанд.
• Тамаркуз ба ифлоскунандаҳои нав, ба монанди боқимондаҳои доруворӣ, пестисидҳо ва микропластикҳо.
• Ҳадаф қарор додани на танҳо хориҷ кардан, балки барқарорсозии нитроген, фосфор ва металлҳои қиматбаҳо.
• Ҳамгироӣ бо технологияҳои гибридии тозакунӣ, ба монанди ҳуҷайраи сӯзишвории микробӣ, биореактори мембранавӣ ва системаҳои микроводорослӣ.
• Рушди системаҳои адсорбсия + таҷзия, ба монанди биокӯмири дорои бактерия, фотокатализ, сонокатализ ё фаъолсозии персулфат/пероксимоносулфат.
• Омӯзиши истифодаи омӯзиши мошинӣ ва зеҳни сунъӣ барои пешгӯии хусусиятҳои истеҳсол, самаранокии тозакунӣ, регенератсия ва безараргардонӣ.
• Тасдиқи системаҳои давраи пӯшида дар шакли боқимондаи кишоварзӣ → биокӯмир → тозакунии оби партов → регенератсияи бехатар/барқарорсозии захираҳо → дар ҳолати мувофиқ истифода дар хок.

Чор монеаи асосии миқёспазирӣ

1. Тағйирпазирии мавод: Миқдори минерал, лигнин, селлюлоза, гемиселлюлоза, намӣ ва ифлоскунандаҳои боқимондаҳои кишоварзӣ яксон нест. Як раванд метавонад аз ашёи хоми гуногун биокӯмири гуногун истеҳсол кунад.

2. Регенератсия ва безараргардонӣ: Бояд муайян шавад, ки биокӯмири истифодашуда то чӣ андоза иқтидори адсорбсияро нигоҳ медорад ва ифлоскунандаҳои дар он ҷамъшуда чӣ гуна бехатар идора карда мешаванд.

3. Миқёспазирӣ ва хароҷот: Кафолат дода намешавад, ки биокӯмири бо металл иловаёфта ё химиявӣ фаъолшуда, ки дар лаборатория самаранокии баланд нишон медиҳад, дар миқёси калон аз ҷиҳати иқтисодӣ бо карбони фаъол рақобат карда метавонад.

4. Экотоксикологии дарозмуддат: Чӣ гуна пир шудани биокӯмири модификатсияшуда дар муҳит дар давоми солҳо, оё он металл ё ифлоскунандаҳои органикии сатҳашро дубора озод мекунад ва таъсири он ба экосистема бояд бо таҳқиқоти дарозмуддати саҳроӣ ва давраи ҳаёт тасдиқ карда шавад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Тарҳи таҳқиқот

Ин мақола таҷрибаи нави лабораторӣ ё саҳроӣ анҷом надодааст. Муаллифон бо истифода аз таҳқиқоти нашршуда дар адабиёт баррасии фарогири илмиро оид ба омодасозӣ, модификатсия, механизмҳои адсорбсия, истифода дар оби партов, регенератсия, иқтисод ва таъсирҳои экологии биокӯмири аз боқимондаҳои кишоварзӣ ҳосилшуда таҳия кардаанд.

Таҳқиқоти манбаъ ҳамчун “Review” нашр шудааст. Дар мақола ҷараёни PRISMA, протоколи пешакӣ сабтшудаи баррасии систематикӣ, сатрҳои ҷустуҷӯи пойгоҳи библиографӣ ё синтези андозаи таъсири мета-таҳлилӣ гузориш нашудааст. Аз ин рӯ, натиҷаҳои ҷадвалҳои мақола бояд ҳамчун баррасии муқоисавии таҳқиқоти гуногуни адабиёт хонда шаванд, на ҳамчун як маҷмӯи ягонаи стандартизатсияшудаи маълумоти таҷрибавӣ.

Доираи илмии баррасӣ

Намунаҳои ашёи хоми биокӯмир дар баррасӣ

Дар манбаъ бисёр пешгузаштаҳо, аз ҷумла донаи хурмо, пӯсти бодом, пӯст ва нахи кокос, коҳи гандум, пӯсти биринҷ, поя ва сараки ҷуворимакка, пӯсти қаҳва, пӯсти сирпиёз, пӯсти картошка, багасси найшакар, баргҳо ва бандҳои палма, барги лотос, пӯсти чормағзи заминӣ ва боқимондаҳои гуногуни навдароии кишоварзӣ оварда шудаанд.

Ин гуногунӣ ҳамзамон маҳдудияти муҳими тафсири таҳқиқот аст. Таркиби химиявӣ ва минералии боқимондаи кишоварзӣ метавонад хокистар, SiO₂, Ca, Mg, K ва дигар унсурҳои биокӯмир, сохтори ковокҳо, заряди сатҳ ва механизми адсорбсияро тағйир диҳад.

Чаҳорчӯбаи умумии самаранокӣ дар бахши хулосаи баррасӣ

Дар синтези хулосаҳои муаллифон масоҳати хоси сатҳи биокӯмири боқимондаҳои кишоварзӣ тақрибан 1,7–429,0 m²/g ва диаметри ковокҳо 1,1–21,0 nm ҷамъбаст шудааст. Гуфта шудааст, ки аксари иқтидорҳои адсорбсия дар таҳқиқоти оби партови воқеӣ тақрибан 13–140 mg/g ё вобаста ба воҳиди истифодашуда 0,5–582 mg/L, дар оби партови синтетикӣ бошад 3–241 mg/g мебошанд.

Тибқи синтези манбаъ, барои N ва P дар оби партови коммуналӣ нигоҳдорӣ дар ковокҳо; барои металлҳои вазнин, фенол ва органикаи мураккаб дар оби партови саноатӣ мубодилаи ионӣ ва комплексшавии сатҳ; барои аммоний, аммиак, нитрат ва антибиотикҳо дар оби партови чорводорӣ таъсири электростатикӣ ва пуршавии ковокҳо; барои ранг ва моддаҳои фаъоли сатҳӣ дар оби партови нассоҷӣ таъсирҳои π–π аксаран механизмҳои барҷаста мебошанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

Боқимондаҳои кишоварзӣ метавонанд бо усулҳои гуногун ба биокӯмири адсорбент табдил дода шаванд ва ин биокӯмирҳо дар адабиёт барои хориҷ кардани навъҳои зиёди ифлоскунандаҳои органикӣ ва ғайриорганикии об истифода шудаанд.

Адсорбсия одатан аз як механизми ягона не, балки аз таъсирҳои сершуморе бармеояд, ки сохтори ковокҳо ва химияи сатҳ дар якҷоягӣ бо хусусиятҳои ифлоскунанда ба вуҷуд меоранд.

Ҳарорати пиролиз, атмосфера, ашёи хом, фаъолсозӣ ва модификатсияи сатҳ метавонанд рафтори адсорбсияи биокӯмирро ба таври назаррас тағйир диҳанд.

Фаъолсозӣ ва функсионализатсия метавонанд иқтидор ё интихобнокии адсорбсияро зиёд кунанд; аммо аз нигоҳи хароҷот, ҳосили биокӯмир, устувории сатҳ ва бори дуюмдараҷаи экологӣ хароҷот эҷод карда метавонанд.

Биокӯмири истифодашударо бо роҳҳои термалӣ, химиявӣ ё биологӣ дубора истифода бурдан мумкин аст; аммо иқтидори адсорбсия метавонад бо даврҳо коҳиш ёбад.

Матритсаи оби партови воқеӣ аз маҳлулҳои синтетикӣ мураккабтар аст ва бинобар адсорбсияи рақобатӣ набояд фарз кард, ки самаранокии лабораторӣ ба системаи воқеӣ дар ҳамон сатҳ мегузарад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот мустақиман дастгирӣ намекунад

Баррасӣ нишон намедиҳад, ки як боқимондаи мушаххаси кишоварзӣ барои ҳамаи ифлоскунандаҳо беҳтарин ашёи хоми биокӯмир аст.

Он нишон намедиҳад, ки як ҳарорати муайяни пиролиз, агенти фаъолкунанда ё дозаи адсорбент барои ҳамаи обҳои партов оптимуми универсалӣ мебошад.

Таҳқиқоти лабораторӣ дар Ҷадвали 4, ки фоизи баланди хориҷшавӣ ё иқтидор нишон медиҳанд, исбот намекунанд, ки ҳамон самаранокӣ дар иншооти тозакунии миқёси пурра ба даст меояд.

Натиҷаҳои mg/g, mg/L ва фоизи хориҷшавии таҳқиқоти гуногунро бе баробар кардани шароити таҷрибавӣ мустақиман рейтинг кардан мумкин нест.

Нишон дода нашудааст, ки биокӯмир “дар ҳама ҳолат аз карбони фаъол арзонтар” аст. Муқоисаҳои хароҷот дар манбаъ ба таҳқиқоти гуногуни адабиёт тааллуқ доранд.

Нишон дода нашудааст, ки агар биокӯмири истифодашуда металлҳои вазнин ё органикаи устувори адсорбсияшуда дошта бошад, истифодаи мустақими он дар хок бехатар аст.

Баррасӣ таъкид мекунад, ки экотоксикологии дарозмуддат ва миқёспазирии тиҷоратӣ масъалаҳои ҳалшуда нестанд, балки ниёзҳои асосии таҳқиқоти оянда мебошанд.

Ҷиҳатҳои қавии илмӣ

Ҷиҳати қавии баррасӣ он аст, ки биокӯмирро на танҳо ҳамчун адсорбент, балки ҳамчун системаи ба ҳам пайваста аз нигоҳи интихоби ашёи хом, карбонизатсия, химияи сатҳ, интихобнокӣ, регенератсия, оби партови воқеӣ, иқтисод ва давраи ҳаёт баррасӣ мекунад.

Хусусан Ҷадвали 4 ашёи хоми зиёди кишоварзӣ, ифлоскунандаҳо, шароити истеҳсол, масоҳати хоси сатҳ, андозаи ковокҳо, шароити адсорбсия, механизми эҳтимолӣ, иқтидор ва фоизи хориҷшавиро дар як чаҳорчӯбаи илмӣ муттаҳид мекунад.

Маҳдудиятҳои асосӣ

Таҳқиқоти баррасӣ хеле гетерогенӣ мебошанд. Ашёи хом, ҳарорати пиролиз, фаъолсозӣ, андозаи зарраҳо, дозаи адсорбент, pH, консентратсияи ибтидоии ифлоскунанда, вақти тамос, ҳарорат ва усулҳои ченкунии таҳлилӣ фарқ мекунанд. Ин муқоисаи мустақими рақамӣ байни таҳқиқотро маҳдуд мекунад.

Қисми назарраси адабиёт ба таҷрибаҳои batch асос ёфтааст. Самаранокии сутуни қабати собит ва ҷараёни пайваста, рафтори гидравликии адсорбент, талафи фишор, ташаккули дарозмуддати биофилм, устувории механикӣ ва даврҳои регенератсия камтар омӯхта шудаанд.

Таркиби оби партови воқеӣ бо гузашти вақт тағйир меёбад. Ин тағйирпазирӣ метавонад дар маҳлулҳои синтетикии ифлоскунанда, ки дар лаборатория омода шудаанд, ба таври кофӣ намояндагӣ нашавад.

Истифодаи металл, наноматериал ё фаъолкунандаи химиявӣ дар биокӯмири модификатсияшуда метавонад самаранокиро баланд барад, вале хавфҳо ва хароҷоти нави экологӣ ба вуҷуд орад.

Муқоисаҳои иқтисодӣ ба натиҷаҳои гуногуни адабиёт асос меёбанд, ки бо як ҳадди стандартии умумии система ё соли пулӣ нормализатсия нашудаанд. Аз ин рӯ, рақамҳои иқтисодӣ тамоюлро нишон медиҳанд; онҳо як модели универсалии хароҷот эҷод намекунанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқоти аслӣ: Biochar Derived from Agricultural Residues for Wastewater Contaminant Removal

Муаллифон: Pengyun Liu; Luisa Boffa; Giancarlo Cravotto.

Corresponding author: Giancarlo Cravotto.

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

Маҷалла: Sustainability.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / рақами мақола: 18(1), 435.

DOI: 10.3390/su18010435.

Навъи мақола: Review.

Academic Editor: Francesco Ferella.

Received: 28 Ноябр 2025.

Revised: 25 Декабр 2025.

Accepted: 29 Декабр 2025.

Published: 1 Январ 2026.

Ҳолати баррасии ҳамтоён: Мақолаи баррасии ҳамтоёншудаест, ки дар маҷаллаи Sustainability нашр шудааст.

Литсензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Доираи илмӣ: Механизмҳои адсорбсия, адсорбсияи интихобӣ, омодасозӣ, фаъолсозӣ, модификатсия, функсионализатсия, регенератсия, тозакунии оби партови воқеӣ, арзёбии иқтисодӣ, таъсирҳои экологӣ ва ниёзҳои таҳқиқоти ояндаи биокӯмири аз боқимондаҳои кишоварзӣ ҳосилшуда.

Ҳолати баррасии систематикӣ: Мақолаи манбаъ ҳамчун Review нашр шудааст. Дар матн ҷараёни PRISMA, протоколи пешакӣ сабтшудаи баррасии систематикӣ, стратегияи кушодаи ҷустуҷӯи библиографӣ ё синтези мета-таҳлилӣ гузориш нашудааст. Аз ин рӯ, рақамҳои адабиёт набояд ҳамчун як баҳодиҳии ягонаи таъсири мета-таҳлилӣ истифода шаванд.

Author Contributions: P.L.: куратсияи маълумот, навиштани лоиҳаи аввал, таҳқиқот ва тасдиқ; L.B.: таҳқиқот, методология ва назорат; G.C.: консептуализатсия, методология, назорат ва баррасӣ/таҳрир. Гузориш шудааст, ки ҳамаи муаллифон версияи нашршударо хонда ва тасдиқ кардаанд.

Funding: Муаллифон гузориш додаанд, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Acknowledgments: Зикр шудааст, ки таҳқиқот аз ҷониби University of Turin, Rilo 2024 дастгирӣ шудааст.

Institutional Review Board: Татбиқ намешавад.

Informed Consent: Татбиқ намешавад.

Data Availability: Гузориш шудааст, ки дар таҳқиқот маълумоти нав тавлид ё таҳлил нашудааст.

Conflicts of Interest: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Маҳдудияти асосии методологӣ: Мақола баррасиест, ки таҳқиқоти гуногуни адабиётро ҷамъ меорад; қиматҳои иқтидор, фоизи хориҷшавӣ ва хароҷот дар системаҳои гуногуни таҷрибавӣ бо як протоколи умумии таҷрибавӣ ба даст наомадаанд.

Ёддошти навишти маълумоти дохили манбаъ: Дар бахши таъсири экологӣ як қимати партови умумии истеҳсол ба шакли “0.9.5 kg CO₂(eq) per ton” чоп шудааст. Азбаски ин ибора қимати рақамии равшан намедиҳад, аз ҷониби Verianla ислоҳ нашудааст.

Ёддошти расм/ҳуқуқи муаллиф: Қисмҳои гуногуни Расмҳои 1–5-и манбаъ визуалҳои тарафи сеюманд, ки бо иҷозат аз нашрияҳои пешини ACS ва Elsevier бознашр шудаанд. Дар HTML-и Verianla ин визуалҳо нусхабардорӣ нашудаанд; механизми адсорбсия ва раванди даврӣ бо схемаҳои inline SVG-и аз ҷиҳати илмӣ мустақил аз нав сохта шудаанд.