Dex@2-IM2 — β-ketoester bilan modifikatsiyalangan dekstranni imidazol-2-karbaldegid va ammoniy atsetat bilan Hantzsch reaksiyasi orqali ko‘ndalang bog‘lash yo‘li bilan tayyorlangan, Pb(II) bog‘lanishi uchun avvalo imidazol azoti va β-ketoester kislorodi bilan birga bir nechta koordinatsiya markazlariga ega g‘ovak dekstran gidrogel adsorbentidir. Tadqiqotda ushbu materialning sintezi va tuzilishi ¹H NMR, FT-IR, SEM–EDS va XPS yordamida o‘rganilgan; Pb(II) adsorbsiyasi davriy tajribalar, kinetik va izoterm modellari, ko‘p ionli selektivlik tajribalari, regeneratsiya, yopiq konturli dinamik kolonka tajribasi va zichlik funksionali nazariyasi (DFT) hisob-kitoblari bilan baholangan. Langmuir modelidan 25 °C da hisoblangan maksimal Pb(II) adsorbsiya sig‘imi 120,63 mg·g⁻¹ ni tashkil etgan. Biroq barcha tajribalar laboratoriya miqyosida tayyorlangan eritmalarda o‘tkazilgan; tadqiqot haqiqiy sanoat oqova suvida to‘liq miqyosli dala samaradorligini ko‘rsatmaydi.

Gidrogelni funksionallashtirishda imidazol izomerining joylashuvi muhim deb topilgan. IM-2-CHO qo‘llangan Dex@2-IM1 taxminan 3 daqiqada, reaktivlar nisbati yuqoriroq bo‘lgan Dex@2-IM2 taxminan 1 daqiqada gellangan bo‘lsa, IM-4-CHO qo‘llangan Dex@4-IM1 uchun taxminan 25 daqiqa talab etilgan. DFT hisoblarida Hantzsch reaksiyasining Gibbs erkin energiya o‘zgarishi IM-2-CHO uchun −19,18 kcal·mol⁻¹, IM-4-CHO uchun −15,44 kcal·mol⁻¹ deb hisoblangan; yanada manfiy IM-2-CHO qiymati tajribada kuzatilgan tezroq ko‘ndalang bog‘lanishga mos kelgan.

Pb(II) adsorbsiyasida Dex@2-IM2 taqqoslangan imidazol tutuvchi gidrogellar orasida eng yuqori sig‘imni ko‘rsatgan. pH oshishi bilan adsorbsiya ortgan va pH 5,3 da 113,04 mg·g⁻¹ ga yetgan. Kinetik tajribalarda muvozanat taxminan 240 daqiqa ichida qaror topgan; pseudo-second-order modelining R² qiymatlari 0,9974–0,9992 oralig‘ida bo‘lgan. Intrapartikulyar diffuziya egri chiziqlarining koordinata boshidan o‘tmasligi faqat ichki g‘ovak diffuziyasi tezlikni belgilovchi bosqich emasligini; tashqi sirt adsorbsiyasi va ichki diffuziya birgalikda rol o‘ynashini ko‘rsatgan.

Selektivlik tajribasida Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ va Pb²⁺ ionlarining har biri dastlab 120 mg·L⁻¹ bo‘lganida Dex@2-IM2 ning Pb(II) adsorbsiya sig‘imi 67,125 mg·g⁻¹ ni tashkil etgan. Xuddi shu sharoitda K⁺, Na⁺, Ca²⁺ va Mg²⁺ uchun mos ravishda 0,73; 2,22; 5,04 va 3,85 mg·g⁻¹ qayd etilgan. XPS va DFT natijalari Pb(II) bog‘lanishida imidazol halqasidagi piridinik N hamda β-ketoester guruhlaridagi O atomlari asosiy koordinatsiya markazlari ekanini, dekstran skeletidagi O atomlari esa yordamchi hissa qo‘shishini qo‘llab-quvvatlagan.

Materialning adsorbsiya sig‘imi dastlabki 89,70 mg·g⁻¹ dan uch adsorbsiya–desorbsiya sikli oxirida 63,01 mg·g⁻¹ gacha kamaygan va dastlabki sig‘imning taxminan %70,2 qismi saqlanib qolgan. Yopiq konturli aylanma sobit qatlam tajribasida Pb(II) ni chiqarib tashlash 5 soatda %68,60, 9 soatda %90,48 va 13 soatda %91,44 bo‘lgan. Bu dinamik tajriba haqiqiy uzluksiz oqova suv tozalash liniyasining breakthrough sinovi emas; u 50 mL sintetik Pb(II) eritmasi bir xil rezervuar va kolonka o‘rtasida qayta-qayta aylantiriladigan laboratoriya miqyosidagi yopiq kontur tizimidir.

Tadqiqot muammosi: Pb(II) ni boshqa ionlardan tanlab tutib qolish

Qo‘rg‘oshin biologik parchalanmaydigan va suv muhitida to‘planib oziq zanjiriga kirishi mumkin bo‘lgan zaharli og‘ir metalldir. Adsorbsiya ishlatish murakkabligining pastligi va adsorbentni qayta ishlatish imkoniyati tufayli Pb(II) ni chiqarib tashlashda keng o‘rganiladi. Biroq haqiqiy yoki murakkab oqova suv matritsalarida Na⁺, K⁺, Ca²⁺ va Mg²⁺ kabi ionlar adsorbsiya markazlari uchun raqobatlashishi mumkin. Shu sababli nafaqat yuqori umumiy sig‘im, balki Pb(II) ga nisbatan kimyoviy selektivlik ham muhimdir.

Tadqiqotning dizayn g‘oyasi bitta turdagi bog‘lanish markazi o‘rniga bir-birini to‘ldiruvchi koordinatsiya markazlarini bitta gidrogel tarmog‘iga joylashtirishdan iborat. Imidazol guruhi piridin tipidagi N atomi bilan Pb(II) koordinatsiyasiga hissa qo‘shar ekan, qolgan β-ketoester guruhlari va dekstran skeletidagi kislorod atomlari qo‘shimcha bog‘lanish markazlarini hosil qilishi mumkin. Shu tariqa adsorbsiya faqat elektrostatik tortishishga emas, balki ko‘p markazli metall–ligand koordinatsiyasiga asoslanadigan tarzda loyihalashtirilgan.

Nega dekstran tashuvchi polimer sifatida ishlatilgan?

Dekstran qayta tiklanuvchi polisaxarid bo‘lib, ko‘plab gidroksil guruhlari kimyoviy modifikatsiyaga imkon beradi. Tadqiqotda dekstran avval tert-butil atsetoatsetat bilan reaksiyaga kiritilib, β-ketoester guruhlarini tutuvchi Dex-BAA prekursoriga aylantirilgan. Keyinchalik β-ketoester guruhlari Hantzsch ko‘p komponentli reaksiyasida ko‘ndalang bog‘lanish nuqtalari sifatida ishlatilgan.

Bu yondashuv bir xil reaksiya bosqichida ham uch o‘lchovli gidrogel tarmog‘ini hosil qilishga, ham imidazol guruhlarini tuzilishga kiritishga imkon beradi.

Dex-BAA modifikatsiyasi qanday tasdiqlandi?

¹H NMR spektrida β-ketoester guruhiga mansub metil protonlari taxminan 2,25 ppm da kuzatilgan va integratsiya hisobidan almashinish darajasi DS = 1,41 deb topilgan. Bu qiymat o‘rtacha har bir glyukoza birligiga taxminan 1,41 β-ketoester guruhi bog‘langanini anglatadi.

FT-IR tahlilida esa boshlang‘ich dekstranda bo‘lmagan taxminan 1712 va 1749 cm⁻¹ polosalar paydo bo‘lgan; manba ularni mos ravishda keton va efir karbonil cho‘zilishlari bilan bog‘lagan.

Imidazol izomerining joylashuvi nega muhim edi?

IM-2-CHO va IM-4-CHO bir xil imidazol halqasiga ega bo‘lsa-da, aldegid guruhining joylashuvi Hantzsch reaksiyasidagi reaktivlikni o‘zgartirgan. Dex@2-IM1 taxminan 3 daqiqada gellangan bo‘lsa, ayni asosiy mol nisbatidagi Dex@4-IM1 taxminan 25 daqiqada gellangan. Yuqoriroq IM-2-CHO/NH₄OAc nisbatiga ega Dex@2-IM2 esa taxminan 1 daqiqada qattiq gidrogel hosil qilgan.

DFT hisoblari har ikki reaksiya yo‘li ham termodinamik jihatdan qulay ekanini ko‘rsatgan. Hisoblangan Gibbs erkin energiya o‘zgarishi IM-2-CHO uchun −19,18 kcal·mol⁻¹, IM-4-CHO uchun −15,44 kcal·mol⁻¹ bo‘lgan. Yanada manfiy IM-2-CHO qiymati tajribadagi tezroq gellanish bilan bir yo‘nalishdadir.

G‘ovak tuzilma va imidazol tarkibi qanday tasdiqlandi?

Muzlatib quritilgan Dex@2-IM2 va Dex@4-IM1 namunalarining SEM tasvirlari o‘zaro bog‘langan, gubkasimon uch o‘lchovli g‘ovaklarni ko‘rsatgan. EDS xaritalarida azotning tarmoq bo‘ylab taqsimlangani ko‘rilgan. Dex@2-IM2 uchun EDS azot miqdori %14,03 atomik, Dex@4-IM1 uchun %6,20 atomik deb qayd etilgan. Bu farq IM-2-CHO yo‘lidagi yuqoriroq reaksiya unumiga mos keladi.

Dex@2-IM2 ning XPS survey tahlilida C, O va N aniqlangan; N miqdori %11,19 atomik bo‘lgan. Taxminan 398,65 eV dagi piridinik tipdagi C=N–C komponenti imidazol markazlari tuzilma ichida mavjudligiga qo‘shimcha dalil bergan.

Dex@2-IM2 Gidrogeli Pb(II) ni Qanday Tutadi?

Dex@2-IM2 Pb(II) ni bitta sirt o‘zaro ta’siri bilan emas, balki asosan imidazol halqasidagi piridinik N va β-ketoester karbonil/efir O atomlari hamda dekstran skeletidagi yordamchi O atomlari birgalikda hosil qiladigan ko‘p markazli koordinatsiya tarmog‘i orqali tutadi; XPS, FT-IR va DFT natijalari ushbu bog‘lanish modelini birgalikda qo‘llab-quvvatlaydi.

Pb(II) yuklangandan keyin XPS spektrida taxminan 138,85 va 143,68 eV da Pb 4f_7/2 va Pb 4f_5/2 signallari kuzatilgan. Imidazolning C=N–C komponenti bog‘lanish energiyasi 398,65 eV dan 398,78 eV ga siljigan; manba buni piridinik N atrofidagi elektron zichligi Pb(II) koordinatsiyasi bilan o‘zgarganining ko‘rsatkichi sifatida talqin qilgan.

Adsorbsiyadan so‘ng FT-IR da β-ketoester karbonillariga tegishli 1749 va 1712 cm⁻¹ polosalarining zaiflashishi ham karbonil kislorodlari Pb(II) bog‘lanishida ishtirok etishi haqidagi talqinni qo‘llab-quvvatlagan.

DFT yordamida optimallashtirilgan s-H2-Pb kompleksida imidazol N bilan Pb orasidagi masofa taxminan 2,38 Å. β-ketoester O–Pb masofalari taxminan 2,47–2,50 Å, dekstran gidroksil O atomlari bilan Pb orasidagi masofalar esa taxminan 2,38 Å deb hisoblangan. Manba bu masofalarni bir nechta geteroatom koordinatsiyada qatnashadigan modelga mos deb topgan.

Adsorbsiya sig‘imi qanday hisoblandi?

Vaqt \(t\) dagi Pb(II) adsorbsiya sig‘imi manbada quyidagi tenglama bilan hisoblangan:

\[ q_t=\frac{(C_0-C_t)V}{m} \]

Bu yerda \(q_t\) adsorbentning birlik massasi hisobiga adsorbsiyalangan Pb(II) miqdori bo‘lib, mg·g⁻¹ birligida. \(C_0\) boshlang‘ich Pb(II) konsentratsiyasi, \(C_t\) esa vaqt \(t\) dagi konsentratsiya bo‘lib, mg·L⁻¹ da qo‘llanadi. \(V\) eritma hajmini litrda, \(m\) esa adsorbent massasini grammda ifodalaydi.

Chiqarib tashlash samaradorligi:

\[ RE=\frac{C_0-C_t}{C_0}\times100\% \]

orqali hisoblangan. Bu ikki kattalik bir narsani o‘lchamaydi: \(q_t\) adsorbentning birlik massasiga to‘g‘ri keladigan yuklanishni, \(RE\) esa eritmadan chiqarib tashlangan Pb(II) foizini ko‘rsatadi. Shu sababli adsorbent dozasi oshganda umumiy chiqarib tashlash samaradorligi ortishi, birlik massa hisobiga sig‘im esa kamayishi mumkin.

pH adsorbsiyaga qanday ta’sir qildi?

Dex@2-IM2 uchun pH 3,0–5,3 oralig‘i o‘rganilgan va pH oshgan sari adsorbsiya sig‘imi ko‘tarilgan. pH 5,3 da sig‘im 113,04 mg·g⁻¹ ga yetgan.

Manba bu xatti-harakatni past pH da H⁺ ionlarining koordinatsiya markazlari bilan raqobat qilishi va imidazol azotining protonlanishi bilan tushuntiradi. pH oshishi bilan funksional guruhlarning elektron donorlik qobiliyati ortadi va Pb(II) koordinatsiyasi osonlashadi. pH 5,3 dan yuqorisi Pb(OH)₂ cho‘kishi ehtimoli sabab o‘rganilmagan.

Nega adsorbent dozasi sig‘im va chiqarib tashlash samaradorligini qarama-qarshi yo‘nalishda o‘zgartirdi?

Adsorbent dozasi 0,1 dan 1,0 g·L⁻¹ gacha oshirilganda birlik massa hisobiga adsorbsiya sig‘imi 151,30 dan 55,98 mg·g⁻¹ gacha kamaygan, chiqarib tashlash samaradorligi esa oshgan. Yuqoriroq adsorbent dozasida eritmada ko‘proq bog‘lanish markazlari mavjud bo‘lgani uchun umumiy Pb(II) chiqarilishi ortadi; biroq doimiy Pb(II) miqdori ko‘proq adsorbent massasiga taqsimlangani uchun bu markazlarning bir qismi to‘yinmaydi va mg·g⁻¹ sig‘imi kamayadi.

Manba ichidagi usul eslatmasi: Material va Usul bo‘limida o‘rganilgan adsorbent dozalari 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 va 1,0 g·L⁻¹ deb sanab o‘tilgan. Bunga qarshi ravishda Natijalar bo‘limida keyingi statik tajribalar uchun 0,3 g·L⁻¹ “optimal” doza sifatida tanlangan. Taqdim etilgan asosiy PDF 0,3 g·L⁻¹ nuqtasi dastlabki doza skriningiga qanday kiritilganini tushuntirmaydi. Verianla bu farqni indamay tuzatmaydi.

Adsorbsiya kinetikasi nimani ko‘rsatdi?

Optimal deb ko‘rsatilgan pH 5,3 va 0,3 g·L⁻¹ adsorbent sharoitlarida 30, 60, 90 va 120 mg·L⁻¹ boshlang‘ich Pb(II) konsentratsiyalari o‘rganilgan. Dastlabki taxminan 120 daqiqada adsorbsiya tez kechgan, keyin tezlik pasaygan va barcha sinovdan o‘tkazilgan konsentratsiyalarda taxminan 240 daqiqa ichida muvozanatga erishilgan.

Boshlang‘ich konsentratsiya 30 dan 120 mg·L⁻¹ gacha oshganda tajribaviy muvozanat sig‘imi 48,52 dan 91,48 mg·g⁻¹ gacha ko‘tarilgan.

Pseudo-second-order (PSO) kinetik modeli barcha konsentratsiyalarda \(R^2=0{,}9974-0{,}9992\) oralig‘i bilan pseudo-first-order modeliga qaraganda yaxshiroq moslik ko‘rsatgan. Manba bu natijani koordinatsiyaga asoslangan kimyoviy adsorbsiyaga mos deb talqin qiladi. Biroq yaxshi PSO mosligi o‘zi mikroskopik reaksiya mexanizmining qat’iy dalili emas; tadqiqotdagi koordinatsiya talqini XPS, FT-IR va DFT natijalari bilan birgalikda qurilgan.

Intrapartikulyar diffuziya grafiklari ikki chiziqli soha hosil qilgan va chiziqlar koordinata boshidan o‘tmagan. Shu sababli manba g‘ovak ichidagi diffuziya yolg‘iz o‘zi tezlikni nazorat qiluvchi bosqich emasligi; tez tashqi sirt adsorbsiyasidan so‘ng sekinroq g‘ovak ichki transport sodir bo‘lishi xulosasiga kelgan.

Langmuir Sig‘imi 120,63 mg·g⁻¹ Nimani Anglatadi?

120,63 mg·g⁻¹ — 25 °C dagi izoterm ma’lumotlariga Langmuir modeli qo‘llanib olingan nazariy maksimal bir qatlamli adsorbsiya sig‘imidir; bu har bir tajribada bevosita o‘lchangan sig‘im yoki haqiqiy oqova suvda kafolatlangan ish sig‘imi emas.

Adsorbsiya izotermlari 25, 35 va 45 °C da hamda 30–120 mg·L⁻¹ boshlang‘ich Pb(II) konsentratsiyalarida o‘rganilgan. Har bir haroratda muvozanat sig‘imi boshlang‘ich konsentratsiya ortishi bilan ko‘tarilgan, ammo 25–45 °C oralig‘ida haroratga bog‘liq o‘zgarish nisbatan cheklangan.

Langmuir modeli barcha haroratlarda \(R^2>0{,}997\) bilan eng yuqori moslikni ko‘rsatgan. Freundlich modeli ham \(R^2>0{,}95\) darajasida moslik bergan va \(1/n\) qiymatlari 0 bilan 0,5 orasida bo‘lgan. Manba bu natijalarni Dex@2-IM2 ustida asosan bir xil energiyali markazlarda bir qatlamli Pb(II) adsorbsiyasiga mos deb baholagan.

Dex@2-IM2 Pb(II) ni Boshqa Ionlardan Qanchalik Selektiv Ajratdi?

Belgilangan ko‘p ionli laboratoriya eritmasida Dex@2-IM2 Pb(II) uchun 67,125 mg·g⁻¹ sig‘im ko‘rsatgan bo‘lsa, K⁺, Na⁺, Ca²⁺ va Mg²⁺ sig‘imlari faqat 0,73–5,04 mg·g⁻¹ oralig‘ida qolgan; bu natija o‘rganilgan besh ion orasida aniq Pb(II) afzalligini ko‘rsatgan.

Selektivlik tajribasi har bir ionning boshlang‘ich konsentratsiyasi 120 mg·L⁻¹ bo‘lgan Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ va Pb²⁺ ni o‘z ichiga olgan aralash eritmada o‘tkazilgan.

Taqsimlanish koeffitsienti manbada:

\[ K_d=\frac{q_e}{C_e}\times1000 \]

deb ta’riflangan. \(q_e\) muvozanat adsorbsiya sig‘imini mg·g⁻¹; \(C_e\) eritmada qolgan muvozanat konsentratsiyasini mg·L⁻¹ ifodalaydi. 1000 ko‘paytuvchisi natijani mL·g⁻¹ birligiga o‘tkazadi. Pb(II) uchun \(K_d\) boshqa ionlarga qaraganda aniq yuqori bo‘lgan.

DFT Hisoblari Pb(II) Selektivligini Qanday Tushuntiradi?

DFT hisoblari kattaroq s-H3 mahalliy gidrogel modelida Pb(II) ning sinovdan o‘tkazilgan Na⁺, K⁺, Ca²⁺ va Mg²⁺ ionlariga qaraganda yanada manfiy bog‘lanish energiyasiga ega ekanini va imidazol N hamda β-ketoester O markazlariga ko‘p markazli koordinatsiya qilishini ko‘rsatgan; biroq kichik s-H2 modelida Mg²⁺ ning hisoblangan bog‘lanishi Pb(II) dan biroz kuchliroq bo‘lgani sababli hisob-kitoblarning klaster o‘lchamiga sezgirligi yaqqol ko‘rinadi.

Manbadagi bog‘lanish energiyasi ta’rifi:

\[ \Delta E=E_{\mathrm{complex}}-2E_{\mathrm{metal}}-E_{\mathrm{ligand}} \]

ko‘rinishidadir. Manbada yanada manfiy \(\Delta E\) kuchliroq bog‘lanish moyilligi sifatida talqin qilinadi. Taqdim etilgan PDF batafsil DFT funksionali va bazis to‘plami ma’lumotlarini Supplementary Information ga yo‘naltiradi; bu qo‘shimcha hisoblash parametrlari asosiy PDF ichida bo‘lmagani sababli Verianla tomonidan to‘ldirilmagan.

Mualliflar s-H3 modelini haqiqiy gidrogelning mahalliy koordinatsiya muhitini yaxshiroq ifodalovchi kattaroq klaster sifatida baholaydi. Bu modelda Pb(II) hisoblangan eng kuchli bog‘lanishga ega va tajribaviy selektivlik bilan bir yo‘nalishda.

s-H2 modelida esa Mg²⁺ uchun −62,57 kcal·mol⁻¹, Pb(II) uchun −59,67 kcal·mol⁻¹ hisoblangan. Manba bu teskari tartibni kichik klasterning cheklangan koordinatsiya geometriyasi Mg²⁺ kabi kichik va yuqori zaryad zichligiga ega ionlarning elektrostatik o‘zaro ta’sirini ortiqcha baholashi mumkinligi bilan tushuntiradi. Shu sababli DFT natijasi “har bir ishlatilgan modelda Pb(II) albatta eng kuchli bog‘lanadi” tarzida umumlashtirilmasligi kerak.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Materiallar va Dex-BAA sintezi

Boshlang‘ich polimer molekulyar massasi taxminan 40.000 Da bo‘lgan Dextran T40 dir. Dex-BAA sintezida 4,0 g dekstran 50 mL DMSO ichida 80 mg·mL⁻¹ konsentratsiyada eritilgan va 120 °C gacha qizdirilgan. tert-Butil atsetoatsetat t-BAA/shakar birligi mol nisbati 6:1 bo‘ladigan tarzda qo‘shilgan va reaksiya 2 soat davom ettirilgan.

Aralashma xona haroratigacha sovutilgach, 2,0 L suvsiz etanolga tomchilab qo‘shilib mahsulot cho‘ktirilgan, cho‘kma uch marta etanol bilan yuvilgan va 40 °C da 24 soat vakuum ostida quritilgan.

Imidazol bilan funksionallashtirilgan gidrogellarni tayyorlash

Dex-BAA ning 500 mg·mL⁻¹ suvli eritmasi, 600 mg·mL⁻¹ NH₄OAc eritmasi va DMSO ichidagi 100 mg·mL⁻¹ IM-CHO eritmasi xona haroratida aralashtirilgan. Yakuniy aralashmada Dex-BAA konsentratsiyasi 130 mg·mL⁻¹ bo‘ladigan qilib sozlangan.

β-ketoester/IM-CHO/NH₄OAc mol nisbatlari 2:1:1 va 2:4:4 qilib qo‘llangan. IM-2-CHO bilan tayyorlangan mahsulotlar Dex@2-IM, IM-4-CHO bilan tayyorlanganlari Dex@4-IM deb nomlangan. Imidazol tutmagan nazorat uchun aldegid sifatida formaldegid ishlatilgan va mahsulot Dex@HCHO deb nomlangan.

Xarakterizatsiya asboblari

Davriy adsorbsiya tajribalari

Adsorbent 50 mL Pb(NO₃)₂ eritmasiga qo‘shilgan va 25 °C da 200 rpm tezlikda chayqatilgan. Tanlangan vaqtlarda 3 mL namuna olingan, 0,22 μm filtrdan o‘tkazilgan va qolgan Pb(II) ICP-OES bilan o‘lchangan.

Barcha adsorbsiya tajribalari uch takrorli qilib o‘tkazilgani va o‘rtacha qiymatlar qayd etilgani ko‘rsatilgan.

Izoterm tajribalari

Izoterm tadqiqotida 15,0 mg Dex@2-IM2 50 mL Pb(II) eritmasiga qo‘shilgan. pH 5,3; boshlang‘ich konsentratsiyalar 30, 60, 90 va 120 mg·L⁻¹; haroratlar 25, 35 va 45 °C; chayqatish vaqti 8 soat va tezlik 200 rpm bo‘lgan.

Ma’lumotlar Langmuir, Freundlich va Temkin modellari bilan tahlil qilingan. Asosiy PDF ishlatilgan modellarning batafsil S4–S7 tenglamalarini Supplementary Information ga havola bilan beradi; taqdim etilgan faylda ushbu qo‘shimcha tenglama sahifalari bo‘lmagani sababli tenglamalar manbadan tashqari bilimga tayangan holda qayta yozilmagan.

Selektivlik tajribasi

Aralash ion eritmasida Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ va Pb²⁺ ionlarining har biri 120 mg·L⁻¹ boshlang‘ich konsentratsiyada tayyorlangan. 15,0 mg Dex@2-IM2 50 mL eritmaga qo‘shilgan va tizim 25 °C da 200 rpm tezlikda 8 soat chayqatilgan.

Bu tajriba selektivlikning nafaqat bir ionli Pb(II) eritmasida, balki to‘rtta yuqori konsentratsiyali raqobatdosh kation ishtirokida ham sinovdan o‘tkazilishini ta’minlagan. Biroq haqiqiy sanoat oqova suvlarida bo‘lishi mumkin bo‘lgan ancha keng ionlar, organik moddalar, suspenziyalangan qattiq zarrachalar va pH o‘zgaruvchanligi bu tajribada ifodalanmagan.

Regeneratsiya va qayta foydalanish

Har bir adsorbsiya siklidan keyin gidrogel deionizatsiyalangan suv bilan uch marta yuvilgan, so‘ng 50 mL 0,1 M HNO₃ ichida 2 soat ushlab turilgan. Namuna neytral pH gacha yana yuvilgan, 48 soat muzlatib quritilgan va 40 °C da 24 soat vakuum ostida quritilib qayta ishlatilgan.

Uchinchi sikl oxirida boshlang‘ich sig‘imning taxminan %70,2 qismi saqlanib qolgan. Regeneratsiya qilingan Dex@2-IM2-R4 namunasining FT-IR spektri asosiy funksional guruhlar saqlanganini, SEM esa g‘ovak tuzilma katta darajada davom etganini ko‘rsatgan. EDS tahlilida esa %4,96 og‘irlik Pb qoldig‘i aniqlangan.

Manba sig‘im yo‘qotilishining asosiy sababini Pb(II) ning to‘liq bo‘lmagan desorbsiyasi deb talqin qiladi. Qoldiq Pb(II) qayta ishlatilishi mumkin bo‘lgan koordinatsiya markazlarining bir qismini egallaydi va g‘ovaklardagi transportni ham qisman cheklashi mumkin.

Dinamik Kolonka Tajribasi Sanoat Oqova Suvini Tozalashni Isbotlaydimi?

Yo‘q. Tadqiqotning dinamik tajribasi laboratoriya miqyosidagi yopiq konturli aylanma tizimdir; 50 mL sintetik Pb(II) eritmasi bir xil rezervuar bilan 100 mg gidrogel tutuvchi kichik kolonka o‘rtasida uzluksiz qayta aylantirilgan, shuning uchun natijalar haqiqiy sanoat oqova suvidagi bir o‘tishli breakthrough xatti-harakatini yoki to‘liq miqyosli ish samaradorligini o‘z-o‘zicha isbotlamaydi.

Dinamik tizimning tuzilishi

100 mg Dex@2-IM2 ichki diametri 6,0 mm va qatlam balandligi 2,5 cm bo‘lgan shprits kolonkaga joylashtirilgan. Adsorbent yo‘qotilishini oldini olish uchun kolonkani ikki uchi polietilen fritlar bilan yopilgan.

Boshlang‘ich Pb(II) konsentratsiyasi 60 mg·L⁻¹ bo‘lgan 50 mL eritma rezervuarga solingan va peristaltik nasos bilan 2,0 mL·min⁻¹ doimiy oqim tezligida kolonkadan o‘tkazilib yana rezervuarga qaytarilgan.

Taxminan 9 soatdan keyin chiqarish egri chizig‘i plato hosil qilgan va 13 soatda %91,44 darajasida qolgan. Manba bu platoni adsorbentning to‘liq to‘yinishi sifatida emas, yopiq kontur tizimida adsorbsiya va desorbsiya tezliklarining muvozanatlashishi sifatida talqin qiladi. Yakuniy muvozanat eritmasidagi Pb(II) konsentratsiyasi 5,14 mg·L⁻¹ deb qayd etilgan.

Tadqiqotning kuchli jihatlari

• Material dizayni faqat sig‘imga emas, ko‘p ionli Pb(II) selektivligiga qaratilgan.
• Sintez–tuzilish–samaradorlik bog‘liqligi NMR, FT-IR, SEM–EDS va XPS kabi bir-birini to‘ldiruvchi usullar bilan o‘rganilgan.
• Adsorbsiya mexanizmi tajribaviy xarakterizatsiya va DFT hisoblari birgalikda qo‘llanib baholangan.
• Na⁺, K⁺, Ca²⁺ va Mg²⁺ ni tutuvchi raqobatdosh tizim bevosita sinovdan o‘tkazilgan.
• Material faqat bir marta ishlatishda emas, uch adsorbsiya–desorbsiya siklida va yopiq konturli dinamik kolonkada ham baholangan.
• Kichik s-H2 va kattaroq s-H3 DFT modellaridagi farqlar klaster modelini tanlash hisoblangan selektivlikka qanday ta’sir qilishini ko‘rsatib beradi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• Dex@2-IM2 tadqiqotda sinovdan o‘tkazilgan dekstran gidrogellari orasida Pb(II) uchun yuqori adsorbsiya sig‘imini ko‘rsatgan.
• 25 °C Langmuir modeli maksimal sig‘imni 120,63 mg·g⁻¹ deb hisoblagan.
• Belgilangan besh ionli tizimda Pb(II) adsorbsiyasi Na⁺, K⁺, Ca²⁺ va Mg²⁺ ga qaraganda aniq yuqori.
• XPS, FT-IR va DFT topilmalari imidazol N va β-ketoester O atomlarining Pb(II) koordinatsiyasidagi markaziy rolini qo‘llab-quvvatlaydi.
• Adsorbsiya ma’lumotlari sinovdan o‘tkazilgan sharoitlarda Langmuir va pseudo-second-order modellari bilan kuchli moslik ko‘rsatadi.
• Uch qayta foydalanish siklidan keyin boshlang‘ich sig‘imning %70,2 qismi saqlanib qolgan.
• Yopiq konturli laboratoriya tizimida 13 soat oxirida %91,44 Pb(II) chiqarilishi olingan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar va cheklovlar

• Tadqiqot haqiqiy sanoat oqova suvi namunasida dala tasdig‘ini amalga oshirmagan.
• Tadqiqotda o‘rganilgan raqobatdosh ionlar Na⁺, K⁺, Ca²⁺ va Mg²⁺ bilan cheklangan; haqiqiy oqova suvdagi barcha ionlar va organik ifloslantiruvchilar sinovdan o‘tkazilmagan.
• Dinamik tajriba yopiq konturli aylanmadir; klassik bir o‘tishli kolonka breakthrough egri chizig‘i yoki uzoq muddatli sanoat xizmat muddati qayd etilmagan.
• Qayta foydalanish faqat uch adsorbsiya–desorbsiya sikli davomida miqdoriy baholangan.
• Iqtisodiy miqyosni kattalashtirish, adsorbent ishlab chiqarish xarajati va hayotiy sikl bahosi ushbu manbada qayd etilmagan.
• DFT haqiqiy polimer tarmog‘ining barchasini emas, ikki va uch glyukoza birlikli soddalashtirilgan mahalliy klaster modellaridan foydalanadi.
• s-H2 modelida Mg²⁺ ning hisoblangan bog‘lanish energiyasi Pb(II) nikidan ko‘proq manfiy; Pb(II) eng kuchli bog‘langan degan natija kattaroq s-H3 modelida olingan.
• Manbada Supplementary Information ga yo‘naltirilgan ayrim DFT parametrlari, kinetik tenglamalar va izoterm jadvallari taqdim etilgan asosiy PDF da mavjud emas.
• Manbadagi adsorbent doza skriningi bilan 0,3 g·L⁻¹ optimal doza bayonoti orasida izohlanmagan usul farqi mavjud.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl tadqiqot: Imidazole and β-ketoester synergistically functionalized dextran hydrogel for efficient and selective Pb(II) adsorption.

Mualliflar: Hao Wang, Chunfeng Yin, Zongzhen Wang, Shaoyun Shan va Hongying Su.

Mas’ul muallif: Hongying Su.

Muassasa: Faculty of Chemical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, Yunnan, China.

Manba turi: Tadqiqot preprinti.

Peer-review holati: Taqdim etilgan PDF har bir sahifada tadqiqot hali ekspert baholashidan o‘tmaganini bildiradi.

Platforma: SSRN.

SSRN identifikatori: 7629172.

DOI: Taqdim etilgan PDF ichida tadqiqot uchun tekshirilishi mumkin bo‘lgan DOI mavjud emas; DOI taxmin qilinmagan.

Jurnal / nashriyot / version of record: Taqdim etilgan preprintda tasdiqlangan ekspert baholangan jurnal nashri haqida ma’lumot yo‘q.

Nashr sanasi: Taqdim etilgan asosiy PDF ning ko‘rinadigan bibliografik bo‘limida aniq preprint sanasi ko‘rsatilmagan; sana to‘qib chiqarilmagan.

Litsenziya: Taqdim etilgan PDF ichida tekshirilishi mumkin bo‘lgan Creative Commons yoki boshqa ochiq qayta foydalanish litsenziyasi mavjud emas. SSRN orqali ochiq bo‘lishi ochiq litsenziya deb qabul qilinmagan.

Asosiy tajriba turi: Laboratoriya miqyosidagi gidrogel sintezi, davriy adsorbsiya tajribalari, ko‘p ionli raqobatdosh adsorbsiya, adsorbsiya–desorbsiya regeneratsiyasi va yopiq konturli aylanma sobit qatlam adsorbsiyasi.

Hisoblash usuli: Gaussian 16 yordamida DFT; Hantzsch reaksiyalarining Gibbs erkin energiyasi taqqoslanishi va soddalashtirilgan s-H2/s-H3 gidrogel klasterlarida metall–ligand bog‘lanish energiyalari.

Xarakterizatsiya: ¹H NMR, FT-IR, SEM–EDS va XPS.

Analitik metall o‘lchovi: ICP-OES.

Takror: Adsorbsiya tajribalari uch takrorli qilib o‘tkazilgani va o‘rtacha qiymatlar qayd etilgani ko‘rsatilgan.

Supplementary Information chegarasi: Asosiy PDF PFO, PSO, intrapartikulyar diffuziya, Langmuir, Freundlich va Temkin modellarining batafsil tenglamalari hamda ayrim DFT hisoblash parametrlari uchun Supplementary Information ga yo‘naltiradi. Taqdim etilgan 39 sahifalik faylda ushbu S1–S7 tenglamalari va S1–S6 jadvallarining to‘liq qo‘shimcha mazmuni bo‘lmagani uchun Verianla yetishmayotgan qiymatlarni umumiy bilimdan to‘ldirmagan.

Moliyalashtirish: National Natural Science Foundation of China (No. 52463016), Yunnan Fundamental Research Projects (No. 202501AT070287) va Youth Talents Program of Yunnan Province [YNWR-QNBJ-2019-085].

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.

Muallif hissalari: Hao Wang: metodologiya, tadqiqot, dastlabki qoralama; Chunfeng Yin: metodologiya va tadqiqot; Zongzhen Wang: tadqiqot; Shaoyun Shan: metodologiya; Hongying Su: maslahat, loyiha boshqaruvi, ko‘rib chiqish va tahrirlash.

Ma’lumotlar mavjudligi: Taqdim etilgan PDF da alohida “Data Availability” bayonoti mavjud emas.

Muhim manba ichidagi nomuvofiqlik: Usul bo‘limidagi doza skriningi 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 va 1,0 g·L⁻¹ deb berilgan bo‘lsa, Natijalar bo‘limida 0,3 g·L⁻¹ optimal doza sifatida tanlanadi. Bu nuqta manbada tushuntirilmagan va indamay tuzatilmagan.

DFT talqin chegarasi: s-H3 modelida Pb(II) sinovdan o‘tkazilgan ionlar ichida eng manfiy bog‘lanish energiyasiga ega. s-H2 modelida esa Mg²⁺ uchun hisoblangan qiymat Pb(II) nikidan biroz manfiyroq. Mualliflar buni kichik klasterning koordinatsiya muhitini to‘liq ifodalay olmasligi bilan bog‘laydi.