Kiitos vierailustasi Nature.comissa. Käyttämässäsi selainversiossa on rajoitettu CSS-tuki. Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan yhteensopivuustilan käytöstä Internet Explorerissa). Sillä välin varmistaaksemme jatkuvan tuen hahmonnamme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Tässä työssä rGO/nZVI-komposiitit syntetisoitiin ensimmäistä kertaa yksinkertaisella ja ympäristöystävällisellä menetelmällä käyttämällä Sophora kellertävää lehtiuutetta pelkistimenä ja stabilointiaineena "vihreän" kemian periaatteiden, kuten vähemmän haitallisen kemiallisen synteesin, mukaisesti. Useita työkaluja on käytetty komposiittien onnistuneen synteesin validoimiseen, kuten SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR ja zeta-potentiaali, jotka osoittavat onnistuneen komposiittivalmistuksen. Uusien komposiittien ja puhtaan nZVI:n poistokykyä antibiootin doksisykliinin eri lähtöpitoisuuksilla verrattiin rGO:n ja nZVI:n välisen synergistisen vaikutuksen tutkimiseksi. Poistoolosuhteissa 25 mg L-1, 25 °C ja 0,05 g puhtaan nZVI:n adsorptiivinen poistonopeus oli 90 %, kun taas doksisykliinin adsorptiivinen poistonopeus rGO/nZVI-komposiitilla oli 94,6 %, mikä vahvistaa, että nZVI ja rGO . Adsorptioprosessi vastaa pseudosekuntia kertalukua ja sopii hyvin yhteen Freundlichin mallin kanssa maksimiadsorptiokapasiteetilla 31,61 mg g-1 25 °C:ssa ja pH:ssa 7. On ehdotettu järkevää mekanismia DC:n poistamiseksi. Lisäksi rGO/nZVI-komposiitin uudelleenkäytettävyys oli 60 % kuuden peräkkäisen regenerointisyklin jälkeen.
Veden niukkuus ja saastuminen ovat nyt vakava uhka kaikille maille. Viime vuosina veden saastuminen, erityisesti antibioottinen saastuminen, on lisääntynyt COVID-19-pandemian aikana lisääntyneen tuotannon ja kulutuksen vuoksi1,2,3. Siksi tehokkaan teknologian kehittäminen antibioottien eliminoimiseksi jätevedestä on kiireellinen tehtävä.
Yksi tetrasykliiniryhmän resistenteistä puolisynteettisistä antibiooteista on doksisykliini (DC)4,5. On raportoitu, että pohja- ja pintavesien DC-jäämät eivät pysty metaboloitumaan, vain 20–50 % metaboloituu ja loput vapautuvat ympäristöön aiheuttaen vakavia ympäristö- ja terveysongelmia6.
Altistuminen DC:lle alhaisina tasoina voi tappaa veden fotosynteettisiä mikro-organismeja, uhata antimikrobisten bakteerien leviämistä ja lisätä mikrobilääkeresistenssiä, joten tämä epäpuhtaus on poistettava jätevedestä. DC:n luonnollinen hajoaminen vedessä on hyvin hidas prosessi. Fysikaalis-kemialliset prosessit, kuten fotolyysi, biohajoaminen ja adsorptio, voivat hajota vain pienillä pitoisuuksilla ja erittäin alhaisilla nopeuksilla7,8. Kuitenkin edullisin, yksinkertaisin, ympäristöystävällisin, helppo käsitellä ja tehokkain menetelmä on adsorptio9,10.
Nano nollavalenttinen rauta (nZVI) on erittäin tehokas materiaali, joka voi poistaa vedestä monia antibiootteja, mukaan lukien metronidatsolin, diatsepaamin, siprofloksasiinin, kloramfenikolin ja tetrasykliinin. Tämä kyky johtuu nZVI:n hämmästyttävistä ominaisuuksista, kuten korkeasta reaktiivisuudesta, suuresta pinta-alasta ja lukuisista ulkoisista sitoutumiskohdista11. nZVI on kuitenkin altis aggregoitumiselle vesipitoisissa väliaineissa van der Wellsin voimien ja korkeiden magneettisten ominaisuuksien vuoksi, mikä vähentää sen tehokkuutta epäpuhtauksien poistamisessa johtuen nZVI10,12:n reaktiivisuutta estävien oksidikerrosten muodostumisesta. nZVI-hiukkasten agglomeroitumista voidaan vähentää modifioimalla niiden pintoja pinta-aktiivisilla aineilla ja polymeereillä tai yhdistämällä ne muihin nanomateriaaliin komposiittien muodossa, mikä on osoittautunut toimivaksi lähestymistavaksi parantaa niiden stabiilisuutta ympäristössä13,14.
Grafeeni on kaksiulotteinen hiilinanomateriaali, joka koostuu sp2-hybridisoiduista hiiliatomeista, jotka on järjestetty hunajakennohilaan. Sillä on suuri pinta-ala, merkittävä mekaaninen lujuus, erinomainen elektrokatalyyttinen aktiivisuus, korkea lämmönjohtavuus, nopea elektronien liikkuvuus ja sopiva kantajamateriaali tukemaan epäorgaanisia nanopartikkeleita sen pinnalla. Metallinanohiukkasten ja grafeenin yhdistelmä voi huomattavasti ylittää kunkin materiaalin yksittäiset edut ja ylivoimaisten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa ansiosta mahdollistaa nanohiukkasten optimaalisen jakautumisen tehokkaampaa vedenkäsittelyä varten15.
Kasviuutteet ovat paras vaihtoehto haitallisille kemiallisille pelkistysaineille, joita käytetään yleisesti pelkistetyn grafeenioksidin (rGO) ja nZVI:n synteesissä, koska ne ovat saatavilla, edullisia, yksivaiheisia, ympäristöystävällisiä ja niitä voidaan käyttää pelkistysaineina. kuten flavonoidit ja fenoliyhdisteet, toimii myös stabilointiaineena. Siksi Atriplex halimus L. -lehtiuutetta käytettiin korjaavana ja sulkevana aineena rGO/nZVI-komposiittien synteesiä varten tässä tutkimuksessa. Atriplex halimus Amaranthaceae-heimosta on typpeä rakastava monivuotinen pensas, jolla on laaja maantieteellinen levinneisyys16.
Käytettävissä olevan kirjallisuuden mukaan Atriplex halimus (A. halimus) käytettiin ensimmäisen kerran rGO/nZVI-komposiittien valmistukseen taloudellisena ja ympäristöystävällisenä synteesimenetelmänä. Tämän työn tavoite koostuu siis neljästä osasta: (1) rGO/nZVI- ja emo-nZVI-komposiittien fytosynteesi käyttäen A. halimus -vesilehtiuutetta, (2) fytosyntetisoitujen komposiittien karakterisointi useilla menetelmillä niiden onnistuneen valmistuksen vahvistamiseksi, (3) ) tutkia rGO:n ja nZVI:n synergististä vaikutusta doksisykliiniantibioottien adsorptiossa ja orgaanisten kontaminanttien poistamisessa eri reaktioparametreilla, optimoida adsorptioprosessin olosuhteet, (3) tutkia komposiittimateriaaleja erilaisissa jatkuvissa käsittelyissä prosessointisyklin jälkeen.
Doksisykliinihydrokloridi (DC, MM = 480,90, kemiallinen kaava C22H24N2O·HCl, 98 %), rautakloridiheksahydraatti (FeCl3.6H2O, 97 %), grafiittijauhe, joka ostettiin Sigma-Aldrichilta, USA. Natriumhydroksidi (NaOH, 97 %), etanoli (C2H5OH, 99,9 %) ja suolahappo (HCl, 37 %) ostettiin Merckiltä, USA. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 ja MgCl2 ostettiin Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd:ltä. Kaikki reagenssit ovat erittäin analyyttisesti puhtaita. Kaikkien vesiliuosten valmistukseen käytettiin kahdesti tislattua vettä.
A. halimus -lajin edustavia yksilöitä on kerätty niiden luonnollisesta elinympäristöstä Niilin suistosta ja Egyptin Välimeren rannikolta. Kasvimateriaali kerättiin sovellettavien kansallisten ja kansainvälisten ohjeiden17 mukaisesti. Professori Manal Fawzi on tunnistanut kasvinäytteitä Boulosin18 mukaan, ja Aleksandrian yliopiston ympäristötieteiden laitos antaa luvan tutkittujen kasvilajien keräämiseen tieteellisiin tarkoituksiin. Näytesetelit pidetään Tanta University Herbariumissa (TANE), tositteet nro. 14 122–14 127, julkinen herbaario, josta pääsee käsiksi talletettuihin materiaaleihin. Lisäksi pölyn tai lian poistamiseksi leikkaa kasvin lehdet pieniksi paloiksi, huuhtele 3 kertaa hanalla ja tislatulla vedellä ja kuivaa sitten 50 °C:ssa. Kasvi murskattiin, 5 g hienoa jauhetta upotettiin 100 ml:aan tislattua vettä ja sekoitettiin 70 °C:ssa 20 minuuttia uutteen saamiseksi. Saatu Bacillus nicotianae -uute suodatettiin Whatman-suodatinpaperin läpi ja säilytettiin puhtaissa ja steriloiduissa putkissa 4 °C:ssa jatkokäyttöä varten.
Kuten kuvasta 1 näkyy, GO valmistettiin grafiittijauheesta modifioidulla Hummers-menetelmällä. 10 mg GO-jauhetta dispergoitiin 50 ml:aan deionisoitua vettä 30 minuutin ajan ultraäänikäsittelyssä, ja sitten 0,9 g FeCl3:a ja 2,9 g NaAc:a sekoitettiin 60 minuutin ajan. 20 ml atriplex-lehtiuutetta lisättiin sekoitettuun liuokseen sekoittaen ja jätettiin 80 °C:seen 8 tunniksi. Saatu musta suspensio suodatettiin. Valmistetut nanokomposiitit pestiin etanolilla ja kaksi kertaa tislatulla vedellä ja kuivattiin sitten tyhjiöuunissa 50 °C:ssa 12 tuntia.
Kaaviokuvat ja digitaaliset valokuvat rGO/nZVI- ja nZVI-kompleksien vihreästä synteesistä ja DC-antibioottien poistamisesta saastuneesta vedestä käyttämällä Atriplex halimus -uutetta.
Lyhyesti, kuten kuvassa 1 esitetään, 10 ml rautakloridiliuosta, joka sisälsi 0,05 M Fe3+-ioneja, lisättiin tipoittain 20 ml:aan katkeralehtiuutteen liuosta 60 minuutin ajan kohtalaisesti kuumentaen ja sekoittaen, ja sitten liuos sentrifugoitiin 14 000 rpm (Hermle, 15 000 rpm) 15 minuutin ajan, jolloin saatiin mustia hiukkasia, jotka pestiin sitten 3 kertaa etanolilla ja tislatulla vedellä ja kuivattiin sitten tyhjöuunissa 60 °C:ssa yön yli.
Kasvissyntetisoidut rGO/nZVI- ja nZVI-komposiitit karakterisoitiin UV-näkyvällä spektroskopialla (T70/T80-sarjan UV/Vis-spektrofotometrit, PG Instruments Ltd, UK) pyyhkäisyalueella 200-800 nm. RGO/nZVI- ja nZVI-komposiittien topografian ja kokojakauman analysoimiseen käytettiin TEM-spektroskopiaa (JOEL, JEM-2100F, Japani, kiihdytysjännite 200 kV). Talteenotto- ja stabilointiprosessista vastuussa olevien kasviuutteiden funktionaalisten ryhmien arvioimiseksi suoritettiin FT-IR-spektroskopia (JASCO-spektrometri alueella 4000-600 cm-1). Lisäksi zeta-potentiaalianalysaattorilla (Zetasizer Nano ZS Malvern) tutkittiin syntetisoitujen nanomateriaalien pintavarausta. Jauhemaisten nanomateriaalien röntgendiffraktiomittauksiin käytettiin röntgendiffraktometriä (X'PERT PRO, Alankomaat), joka toimi virralla (40 mA) ja jännitteellä (45 kV) 2θ-alueella 20° - 80 ° ja CuKa1-säteily (\(\lambda =\ ) 1,54056 Ao). Energiaa hajottava röntgenspektrometri (EDX) (malli JEOL JSM-IT100) vastasi alkuainekoostumuksen tutkimisesta kerättäessä Al K-α monokromaattisia röntgensäteitä -10 - 1350 eV XPS:llä, pistekoko 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) koko spektrin siirtoenergia on 200 eV ja kapea spektri 50 eV. Jauhenäyte painetaan näytepidikkeeseen, joka asetetaan tyhjiökammioon. C1s-spektriä käytettiin referenssinä 284,58 eV:ssä sitoutumisenergian määrittämiseen.
Adsorptiokokeet suoritettiin testaamaan syntetisoitujen rGO/nZVI-nanokomposiittien tehokkuutta doksisykliinin (DC) poistamisessa vesiliuoksista. Adsorptiokokeet suoritettiin 25 ml:n Erlenmeyer-pulloissa ravistelunopeudella 200 rpm orbitaaliravistelijalla (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) 298 K:ssa. Laimentamalla DC-varastoliuos (1000 ppm) kahdesti tislatulla vedellä. Arvioidakseen rGO/nSVI-annoksen vaikutusta adsorptiotehokkuuteen lisättiin eripainoisia nanokomposiitteja (0,01–0,07 g) 20 ml:aan tasavirtaliuosta. Kinetiikan ja adsorptioisotermien tutkimiseksi 0,05 g adsorbenttia upotettiin CD:n vesiliuokseen, jonka alkupitoisuus oli (25–100 mg L–1). pH:n vaikutusta DC:n poistoon tutkittiin pH:ssa (3–11) ja alkupitoisuudessa 50 mg L-1 25°C:ssa. Säädä järjestelmän pH lisäämällä pieni määrä HCl- tai NaOH-liuosta (Crison pH-mittari, pH-mittari, pH 25). Lisäksi tutkittiin reaktiolämpötilan vaikutusta adsorptiokokeisiin alueella 25-55 °C. Ionivahvuuden vaikutusta adsorptioprosessiin tutkittiin lisäämällä erilaisia NaCl-pitoisuuksia (0,01–4 mol L–1) DC:n alkupitoisuudessa 50 mg L–1, pH 3 ja 7), 25 °C:ssa ja adsorbenttiannos 0,05 g. Adsorboitumattoman DC:n adsorptio mitattiin käyttämällä kaksisäteistä UV-Vis-spektrofotometriä (T70/T80-sarja, PG Instruments Ltd, UK), joka oli varustettu 1,0 cm:n polkupituisilla kvartsikyveteillä maksimiaallonpituuksilla (λmax) 270 ja 350 nm. DC-antibioottien poistoprosentti (R %; yhtälö 1) ja DC:n adsorptiomäärä, qt, yhtälö. 2 (mg/g) mitattiin käyttämällä seuraavaa yhtälöä.
jossa %R on DC:n poistokapasiteetti (%), Co on DC:n alkuperäinen pitoisuus hetkellä 0 ja C on DC-pitoisuus hetkellä t (mg L-1).
jossa qe on adsorboituneen tasavirran määrä adsorbentin massayksikköä kohden (mg g-1), Co ja Ce ovat pitoisuudet nollahetkellä ja vastaavasti tasapainotilassa (mg l-1), V on liuoksen tilavuus (l) ja m on adsorptiomassareagenssi (g).
SEM-kuvat (kuvat 2A-C) osoittavat rGO / nZVI-komposiitin lamellaarisen morfologian, jossa on pallomaisia raudananohiukkasia, jotka ovat tasaisesti jakautuneet sen pinnalle, mikä osoittaa nZVI NP:n onnistuneen kiinnittymisen rGO-pintaan. Lisäksi rGO-lehdissä on joitain ryppyjä, jotka vahvistavat happea sisältävien ryhmien poistamisen samanaikaisesti A. halimus GO:n palautumisen kanssa. Nämä suuret rypyt toimivat raudan NP:iden aktiivisen lataamisen kohtina. nZVI-kuvat (kuvat 2D-F) osoittivat, että pallomaiset rauta-NP:t olivat hyvin hajallaan eivätkä aggregoituneet, mikä johtuu kasviuutteen kasvitieteellisten komponenttien päällystysluonteesta. Partikkelikoko vaihteli välillä 15-26 nm. Joillakin alueilla on kuitenkin mesohuokoinen morfologia, jossa on pullistumia ja onteloita, mikä voi tarjota nZVI:n korkean tehokkaan adsorptiokapasiteetin, koska ne voivat lisätä mahdollisuutta vangita DC-molekyylejä nZVI:n pinnalle. Kun Rosa Damascus -uutetta käytettiin nZVI:n synteesiin, saadut NP:t olivat epähomogeenisiä, niissä oli onteloita ja erilaisia muotoja, mikä heikensi niiden tehokkuutta Cr(VI)-adsorptiossa ja pidensi reaktioaikaa 23 . Tulokset ovat yhdenmukaisia tammen ja mulperipuun lehdistä syntetisoidun nZVI:n kanssa, jotka ovat pääasiassa pallomaisia nanopartikkeleita, joiden nanometrikoko on erilainen ilman selvää agglomeraatiota.
SEM-kuvia rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) komposiiteista ja EDX-kuvioita nZVI/rGO (G) ja nZVI (H) komposiiteista.
Kasvissyntetisoitujen rGO/nZVI- ja nZVI-komposiittien alkuainekoostumusta tutkittiin käyttämällä EDX:ää (kuvio 2G, H). Tutkimukset osoittavat, että nZVI koostuu hiilestä (38,29 massaprosenttia), hapesta (47,41 massaprosenttia) ja raudasta (11,84 massaprosenttia), mutta mukana on myös muita alkuaineita, kuten fosforia24, jota voidaan saada kasviuutteista. Lisäksi korkea hiilen ja hapen prosenttiosuus johtuu kasviuutteista peräisin olevien fytokemikaalien läsnäolosta maanalaisissa nZVI-näytteissä. Nämä alkuaineet ovat jakautuneet tasaisesti rGO:ssa, mutta eri suhteissa: C (39,16 painoprosenttia), O (46,98 painoprosenttia) ja Fe (10,99 painoprosenttia), EDX rGO/nZVI osoittaa myös muiden elementtien, kuten S:n, läsnäolon. voidaan yhdistää kasviuutteisiin, käytetään. Nykyinen C:O-suhde ja rautapitoisuus rGO/nZVI-komposiitissa, jossa käytetään A. halimusta, on paljon parempi kuin käytettäessä eukalyptuksen lehtiuutetta, koska se luonnehtii C:n (23,44 paino-%), O:n (68,29 paino-%) koostumukselle. ja Fe (8,27 paino-%). wt %) 25. Nataša ym., 2022 raportoivat samanlaisen tammen ja mulperipuun lehdistä syntetisoidun nZVI:n alkuainekoostumuksen ja vahvistivat, että lehtiuutteen sisältämät polyfenoliryhmät ja muut molekyylit ovat vastuussa pelkistysprosessista.
Kasveissa syntetisoidun nZVI:n morfologia (kuva S2A, B) oli pallomainen ja osittain epäsäännöllinen, ja keskimääräinen hiukkaskoko oli 23,09 ± 3,54 nm, mutta van der Waalsin voimien ja ferromagnetismin vuoksi havaittiin ketjuaggregaatteja. Tämä pääasiassa rakeinen ja pallomainen hiukkasmuoto on hyvin sopusoinnussa SEM-tulosten kanssa. Samanlaisen havainnon löysivät Abdelfatah et ai. vuonna 2021, kun risiinipavun lehtiuutetta käytettiin nZVI11:n synteesissä. Ruelas tuberosa -lehtiuutteen NP:t, joita käytetään pelkistimenä nZVI:ssä, ovat myös pallomaisia, ja niiden halkaisija on 20-40 nm26.
Hybridi-rGO/nZVI-komposiitti TEM-kuvat (kuvat S2C-D) osoittivat, että rGO on perustaso, jossa on marginaalisia poimuja ja ryppyjä, jotka tarjoavat useita latauskohtia nZVI-NP:ille; tämä lamellaarinen morfologia vahvistaa myös rGO:n onnistuneen valmistuksen. Lisäksi nZVI NP:illä on pallomainen muoto, joiden hiukkaskoot ovat 5, 32 - 27 nm, ja ne on upotettu rGO-kerrokseen lähes tasaisella dispersiolla. Eukalyptuksen lehtiuutetta käytettiin syntetisoimaan Fe NPs/rGO; TEM-tulokset vahvistivat myös, että rGO-kerroksen rypyt paransivat Fe NP:iden dispersiota enemmän kuin puhtaiden Fe NP:iden ja lisäsivät komposiittien reaktiivisuutta. Samanlaisia tuloksia saivat Bagheri et ai. 28, kun komposiitti valmistettiin ultraäänitekniikoilla keskimääräisen raudan nanopartikkelikoon ollessa noin 17,70 nm.
A. halimus-, nZVI-, GO-, rGO- ja rGO/nZVI-komposiittien FTIR-spektrit on esitetty kuvioissa 1 ja 2. 3A. Pintafunktionaalisten ryhmien läsnäolo A. halimusin lehdissä esiintyy 3336 cm-1:ssä, mikä vastaa polyfenoleja, ja 1244 cm-1:ssä, joka vastaa proteiinin tuottamia karbonyyliryhmiä. Myös muita ryhmiä, kuten alkaaneja 2918 cm-1:ssä, alkeeneja 1647 cm-1:ssä ja CO-O-CO-laajennuksia 1030 cm-1:ssä on havaittu, mikä viittaa kasvikomponenttien läsnäoloon, jotka toimivat tiivistysaineina ja ovat vastuussa talteenotosta. Fe2+:sta Fe0:aan ja GO kohtaan rGO29. Yleisesti ottaen nZVI-spektrit osoittavat samat absorptiopiikit kuin katkerat sokerit, mutta hieman siirtyneellä paikalla. Voimakas vyöhyke näkyy 3244 cm-1:ssä, joka liittyy OH-venytysvärähtelyihin (fenolit), huippu kohdassa 1615 vastaa C=C:tä, ja vyöhykkeet kohdissa 1546 ja 1011 cm-1 syntyvät C=O:n (polyfenolit ja flavonoidit) venymisestä. Aromaattisten amiinien ja alifaattisten amiinien CN-ryhmiä havaittiin myös arvoilla 1310 cm-1 ja 1190 cm-1, vastaavasti13. GO:n FTIR-spektri osoittaa monien korkean intensiteetin happea sisältävien ryhmien läsnäolon, mukaan lukien alkoksi (CO) venytysvyöhyke 1041 cm-1:ssä, epoksi (CO) -venytysvyöhyke kohdassa 1291 cm-1, C=O-venytys. ilmaantui C=C venytysvärähtelyn kaista 1619 cm-1:ssä, kaista 1708 cm-1:ssä ja OH-ryhmän venytysvärähtelyjen laaja kaista 3384 cm-1:ssä, minkä vahvistaa parannettu Hummers-menetelmä, joka hapettaa onnistuneesti grafiittiprosessi. Verrattaessa rGO- ja rGO/nZVI-komposiitteja GO-spektreihin, joidenkin happea sisältävien ryhmien, kuten OH:n 3270 cm-1:ssä, intensiteetti pienenee merkittävästi, kun taas toisten, kuten C=O 1729 cm-1:n kohdalla, intensiteetti on täysin pienempi. vähennetty. hävisi, mikä osoittaa, että A. halimus -uutte on poistanut happea sisältäviä funktionaalisia ryhmiä GO:sta. Uusia teräviä tyypillisiä rGO-piikkejä C=C-jännitteellä havaitaan noin 1560 ja 1405 cm-1, mikä vahvistaa GO:n vähenemisen rGO:ksi. Havaittiin vaihteluita 1043 - 1015 cm-1 ja 982 - 918 cm-1, mahdollisesti johtuen kasvimateriaalin sisällyttämisestä31,32. Weng et al., 2018 havaitsivat myös happipitoisten funktionaalisten ryhmien merkittävän heikkenemisen GO:ssa, mikä vahvistaa rGO:n onnistuneen muodostumisen biopelkistyksen avulla, koska eukalyptuksen lehtiuutteet, joita käytettiin pelkistetyn rautagrafeenioksidikomposiittien syntetisoimiseen, osoittivat läheisempiä kasvikomponenttien FTIR-spektrejä. funktionaalisia ryhmiä. 33 .
A. Galliumin FTIR-spektri, nZVI, rGO, GO, komposiitti rGO/nZVI (A). Röntgenogrammikomposiitit rGO, GO, nZVI ja rGO/nZVI (B).
RGO/nZVI- ja nZVI-komposiittien muodostuminen vahvistettiin suurelta osin röntgendiffraktiokuvioilla (kuvio 3B). Korkean intensiteetin Fe0-huippu havaittiin kohdassa 2Ɵ 44,5°, mikä vastaa indeksiä (110) (JCPDS nro 06–0696)11. Toinen huippu (311)-tason kulmassa 35,1° johtuu magnetiitista Fe304, 63,2° voi liittyä (440)-tason Millerin indeksiin ϒ-FeOOH:n (JCPDS nro 17-0536)34 läsnäolon vuoksi. GO:n röntgenkuvassa näkyy terävä huippu 2Ɵ 10,3°:ssa ja toinen huippu 21,1°:ssa, mikä osoittaa grafiitin täydellisen hilseilyn ja korostaa happea sisältävien ryhmien läsnäoloa GO35:n pinnalla. rGO:n ja rGO/nZVI:n yhdistelmäkuviot tallensivat tyypillisten GO-huippujen katoamisen ja leveiden rGO-huippujen muodostumisen rGO- ja rGO/nZVI-komposiiteille vastaavasti 2Ɵ 22,17 ja 24,7°:ssa, mikä vahvisti GO:n onnistuneen palautumisen kasviuutteilla. Yhdistetyssä rGO/nZVI-kuviossa havaittiin kuitenkin Fe0:n (110) ja bcc Fe0:n (200) hilatasoon liittyviä lisäpiikkejä kohdissa 44,9\(^\circ\) ja 65,22\(^\circ\). .
Zeta-potentiaali on hiukkasen pintaan kiinnittyneen ionikerroksen ja vesiliuoksen välinen potentiaali, joka määrittää materiaalin sähköstaattiset ominaisuudet ja mittaa sen stabiiliutta37. Kasvien syntetisoimien nZVI-, GO- ja rGO/nZVI-komposiittien Zeta-potentiaalianalyysi osoitti niiden stabiiliuden, koska niiden pinnalla oli negatiivisia varauksia -20,8, -22 ja -27,4 mV, kuten kuvassa S1A- näkyy. C. . Tällaiset tulokset ovat sopusoinnussa useiden raporttien kanssa, joissa mainitaan, että liuokset, jotka sisältävät hiukkasia, joiden zeta-potentiaaliarvot ovat alle -25 mV, osoittavat yleensä korkeaa stabiilisuutta näiden hiukkasten välisen sähköstaattisen hylkimisen vuoksi. rGO:n ja nZVI:n yhdistelmä mahdollistaa komposiitin hankkia enemmän negatiivisia varauksia ja siten sen stabiilius on suurempi kuin joko GO tai nZVI yksinään. Siksi sähköstaattisen repulsion ilmiö johtaa stabiilien rGO/nZVI39-komposiittien muodostumiseen. GO:n negatiivinen pinta mahdollistaa sen tasaisen dispergoinnin vesipitoiseen väliaineeseen ilman agglomeraatiota, mikä luo suotuisat olosuhteet vuorovaikutukselle nZVI:n kanssa. Negatiivinen varaus voi liittyä erilaisten funktionaalisten ryhmien läsnäoloon katkerameloniuutteessa, mikä myös vahvistaa GO:n ja raudan esiasteiden ja kasviuutteen välisen vuorovaikutuksen muodostaen vastaavasti rGO:ta ja nZVI:tä sekä rGO/nZVI-kompleksia. Nämä kasviyhdisteet voivat toimia myös peittävinä aineina, koska ne estävät syntyvien nanopartikkelien aggregoitumisen ja lisäävät siten niiden stabiilisuutta40.
nZVI- ja rGO/nZVI-komposiittien alkuainekoostumus ja valenssitilat määritettiin XPS:llä (kuvio 4). Yleinen XPS-tutkimus osoitti, että rGO / nZVI-komposiitti koostuu pääasiassa elementeistä C, O ja Fe, mikä on yhdenmukainen EDS-kartoituksen kanssa (kuva 4F-H). C1s-spektri koostuu kolmesta huipusta arvoilla 284,59 eV, 286,21 eV ja 288,21 eV, jotka edustavat vastaavasti CC:tä, CO:ta ja C=O:ta. O1s-spektri jaettiin kolmeen huippuun, mukaan lukien 531,17 eV, 532,97 eV ja 535,45 eV, jotka määritettiin vastaavasti O=CO-, CO- ja NO-ryhmiin. Kuitenkin piikit arvoilla 710,43, 714,57 ja 724,79 eV viittaavat Fe 2p3/2:een, Fe+3:een ja Fe p1/2:een, vastaavasti. nZVI:n XPS-spektrit (kuvat 4C-E) osoittivat huippuja elementeille C, O ja Fe. Huiput 284,77, 286,25 ja 287,62 eV vahvistavat rauta-hiiliseosten läsnäolon, koska ne viittaavat vastaavasti CC:hen, C-OH:iin ja CO:hin. O1s-spektri vastasi kolmea huippua C–O/rautakarbonaatti (531,19 eV), hydroksyyliradikaali (532,4 eV) ja O–C=O (533,47 eV). Huippu kohdassa 719,6 johtuu Fe0:sta, kun taas FeOOH osoittaa huiput arvoilla 717,3 ja 723,7 eV, lisäksi 725,8 eV:n huippu osoittaa Fe20342,43:n läsnäolon.
XPS-tutkimukset nZVI- ja rGO/nZVI-komposiiteista (A, B). Täysi spektrit nZVI C1s (C), Fe2p (D) ja O1s (E) ja rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) -yhdistelmä.
N2-adsorptio/desorptio-isotermi (kuvio 5A, B) osoittaa, että nZVI- ja rGO/nZVI-komposiitit kuuluvat tyyppiin II. Lisäksi nZVI:n ominaispinta-ala (SBET) kasvoi 47,4549:stä 152,52 m2/g:iin rGO:lla sokaisun jälkeen. Tämä tulos voidaan selittää nZVI:n magneettisten ominaisuuksien heikkenemisellä rGO-sokeuksen jälkeen, mikä vähentää hiukkasten aggregaatiota ja lisää komposiittien pinta-alaa. Lisäksi, kuten on esitetty kuviossa 5C, rGO/nZVI-komposiitin huokostilavuus (8,94 nm) on suurempi kuin alkuperäisen nZVI:n (2,873 nm). Tämä tulos on yhtäpitävä El-Monaemin et al. 45 .
Adsorptiokyvyn arvioimiseksi DC:n poistamiseksi rGO/nZVI-komposiittien ja alkuperäisen nZVI:n välillä alkupitoisuuden kasvusta riippuen suoritettiin vertailu lisäämällä vakioannos kutakin adsorbenttia (0,05 g) DC:hen eri alkupitoisuuksilla. Tutkittu ratkaisu [25]. –100 mg l–1] 25 °C:ssa. Tulokset osoittivat, että rGO/nZVI-komposiitin poistotehokkuus (94,6 %) oli korkeampi kuin alkuperäisen nZVI:n (90 %) pienemmällä pitoisuudella (25 mg L-1). Kuitenkin, kun aloituskonsentraatiota nostettiin 100 mg:aan L-1, rGO/nZVI:n ja vanhempien nZVI:n poistotehokkuus putosi 70 prosenttiin ja 65 prosenttiin, vastaavasti (kuva 6A), mikä saattaa johtua aktiivisten paikkojen määrän vähenemisestä ja solujen hajoamisesta. nZVI-hiukkasia. Päinvastoin, rGO/nZVI osoitti suurempaa DC-poistotehoa, mikä saattaa johtua rGO:n ja nZVI:n välisestä synergistisesta vaikutuksesta, jossa adsorptiolle käytettävissä olevat stabiilit aktiiviset kohdat ovat paljon korkeammat, ja rGO/nZVI:n tapauksessa enemmän. DC voidaan adsorboida kuin ehjä nZVI. Lisäksi kuvassa Kuva 6B osoittaa, että rGO/nZVI- ja nZVI-komposiittien adsorptiokapasiteetti nousi 9,4 mg/g:sta 30 mg/g:aan ja 9 mg/g:iin, vastaavasti, kun alkupitoisuus nousi 25–100 mg/l:sta. -1,1 - 28,73 mg g-1. Siksi DC-poistonopeus korreloi negatiivisesti alkuperäisen DC-pitoisuuden kanssa, mikä johtui rajoitetusta määrästä reaktiokeskuksia, joita kukin adsorptioaine tuki DC:n adsorptioon ja poistamiseen liuoksessa. Siten näistä tuloksista voidaan päätellä, että rGO/nZVI-komposiiteilla on suurempi adsorptio- ja pelkistysteho, ja rGO/nZVI:n koostumuksessa olevaa rGO:ta voidaan käyttää sekä adsorbenttina että kantajamateriaalina.
RGO/nZVI- ja nZVI-komposiitin poistoteho ja DC-adsorptiokyky olivat (A, B) [Co = 25 mg l-1-100 mg l-1, T = 25 °C, annos = 0,05 g], pH. adsorptiokapasiteetista ja DC-poistotehokkuudesta rGO/nZVI-komposiiteilla (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25 °C, annos = 0,05 g].
Liuoksen pH on kriittinen tekijä adsorptioprosessien tutkimuksessa, koska se vaikuttaa adsorptioaineen ionisaatioasteeseen, spesiaatioon ja ionisaatioon. Koe suoritettiin 25 °C:ssa vakiona adsorbenttiannoksella (0,05 g) ja alkupitoisuudella 50 mg L-1 pH-alueella (3–11). Kirjallisuuskatsauksen46 mukaan DC on amfifiilinen molekyyli, jossa on useita ionisoituvia funktionaalisia ryhmiä (fenoleja, aminoryhmiä, alkoholeja) eri pH-tasoilla. Tämän seurauksena DC:n eri toiminnot ja siihen liittyvät rakenteet rGO/nZVI-komposiitin pinnalla voivat olla vuorovaikutuksessa sähköstaattisesti ja voivat esiintyä kationeina, kahtaisioneina ja anioneina. DC-molekyyli esiintyy kationisena (DCH3+) pH:ssa < 3,3, kahtaisioninen (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ja anioninen (DCH− tai DC2−) pH:ssa 7,7. Tämän seurauksena DC:n eri toiminnot ja siihen liittyvät rakenteet rGO/nZVI-komposiitin pinnalla voivat olla vuorovaikutuksessa sähköstaattisesti ja voivat esiintyä kationeina, kahtaisioneina ja anioneina. DC-molekyyli esiintyy kationisena (DCH3+) pH:ssa < 3,3, kahtaisioninen (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ja anioninen (DCH- tai DC2-) pH:ssa 7,7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могункции тически и могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в 3, п3,+D цвиттер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Tämän seurauksena DC:n ja siihen liittyvien rakenteiden erilaiset toiminnot rGO/nZVI-komposiitin pinnalla voivat olla vuorovaikutuksessa sähköstaattisesti ja voivat esiintyä kationien, kahtaisionien ja anionien muodossa; DC-molekyyli esiintyy kationina (DCH3+) pH:ssa < 3,3; ioninen (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ja anioninen (DCH- tai DC2-) pH:ssa 7,7.因此，DC 的各种功能和rGO/nZVI 复合材料表面的相关结构可能会发锟静电电相离子、两性离子和阴离子的形式存在，DC 分子在pH < 3,3 时以阳离子(DCH3+) 的形式存在，两性离子(DCH20) 3,3 < pH < 7,7 和阴离子(DCH-或DC2-) 在PH 7,7.因此 ， dc 的 种 功能 和 和 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 可能 会 发生 静电 相互 ， 并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 时 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 (dch3+)形式存在，两性离子(DCH20) 3,3 < pH < 7,7 和阴离子(DCH-或DC2-) 在PH 7,7. Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности компотельно rGO/nZVI мопестла взаимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК 3. являются катир . Siksi DC:n ja siihen liittyvien rakenteiden erilaiset toiminnot rGO/nZVI-komposiitin pinnalla voivat joutua sähköstaattisiin vuorovaikutuksiin ja esiintyä kationien, kahtaisionien ja anionien muodossa, kun taas DC-molekyylit ovat kationisia (DCH3+) pH:ssa < 3,3. Он существует в виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 и аниона (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Se esiintyy kahtaisionina (DCH20) pH:ssa 3,3 < pH < 7,7 ja anionina (DCH- tai DC2-) pH:ssa 7,7.pH:n noustessa 3:sta 7:ään DC:n poiston adsorptiokapasiteetti ja tehokkuus kasvoivat arvosta 11,2 mg/g (56 %) arvoon 17 mg/g (85 %) (kuvio 6C). Kuitenkin, kun pH nousi arvoon 9 ja 11, adsorptiokapasiteetti ja poistotehokkuus laskivat jonkin verran, 10,6 mg/g (53 %) arvoon 6 mg/g (30 %), vastaavasti. pH:n noustessa 3:sta 7:ään DC:t esiintyivät pääasiassa kahtaisionien muodossa, mikä teki niistä melkein ei-sähköstaattisesti vetäytyneen tai hylkivän rGO/nZVI-komposiiteilla, pääasiassa sähköstaattisen vuorovaikutuksen vuoksi. Kun pH nousi yli 8,2:n, adsorbentin pinta oli negatiivisesti varautunut, jolloin adsorptiokapasiteetti väheni ja pieneni negatiivisesti varautuneen doksisykliinin ja adsorbentin pinnan välisen sähköstaattisen repulsion vuoksi. Tämä suuntaus viittaa siihen, että DC-adsorptio rGO/nZVI-komposiiteilla on erittäin riippuvainen pH:sta, ja tulokset osoittavat myös, että rGO/nZVI-komposiitit sopivat adsorbenteiksi happamissa ja neutraaleissa olosuhteissa.
Lämpötilan vaikutus DC:n vesiliuoksen adsorptioon suoritettiin lämpötilassa (25–55 °C). Kuvio 7A esittää lämpötilan nousun vaikutuksen DC-antibioottien poistotehokkuuteen rGO/nZVI:hen, on selvää, että poistokapasiteetti ja adsorptiokyky kasvoivat arvoista 83,44 % ja 13,9 mg/g 47 %:iin ja 7,83 mg/g:iin. , vastaavasti. Tämä merkittävä lasku voi johtua DC-ionien lämpöenergian lisääntymisestä, mikä johtaa desorptioon47.
Lämpötilan vaikutus CD:n poistotehokkuuteen ja adsorptiokykyyn rGO/nZVI-komposiiteilla (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, annos = 0,05 g], adsorbenttiannos CD:n poistotehokkuuteen ja poistotehokkuuteen. Alkupitoisuus adsorptiokapasiteettiin ja DC-poiston tehokkuuteen rGO/nSVI-komposiitissa (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, annos = 0,05 g].
Yhdistelmäadsorbentin rGO/nZVI annoksen lisäämisen vaikutus 0,01 g:sta 0,07 g:aan poistotehokkuuteen ja adsorptiokykyyn on esitetty kuviossa. 7B. Adsorbentin annoksen lisäys johti adsorptiokapasiteetin laskuun arvosta 33,43 mg/g arvoon 6,74 mg/g. Kuitenkin adsorbenttiannoksen noustessa 0,01 g:sta 0,07 g:aan poistotehokkuus kasvaa 66,8 %:sta 96 %:iin, mikä voi vastaavasti liittyä aktiivisten keskusten lukumäärän kasvuun nanokomposiittipinnalla.
Alkupitoisuuden vaikutusta adsorptiokykyyn ja poistotehokkuuteen [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, annos 0,05 g] tutkittiin. Kun alkuperäistä konsentraatiota nostettiin 25 mg:sta L-1 100 mg:aan L-1, rGO/nZVI-komposiitin poistoprosentti laski 94,6 %:sta 65 %:iin (kuvio 7C), luultavasti halutun aktiivisen aineen puuttumisen vuoksi. sivustoja. . Adsorboi suuria DC49-pitoisuuksia. Toisaalta, kun alkupitoisuus nousi, adsorptiokapasiteetti kasvoi myös arvosta 9,4 mg/g arvoon 30 mg/g, kunnes saavutettiin tasapaino (kuvio 7D). Tämä väistämätön reaktio johtuu käyttövoiman lisääntymisestä, kun DC-alkukonsentraatio on suurempi kuin DC-ionimassan siirtovastus rGO/nZVI-komposiitin pinnan 50 saavuttamiseksi.
Kosketusajan ja kineettisten tutkimusten tavoitteena on ymmärtää adsorption tasapainoaika. Ensinnäkin kontaktiajan ensimmäisen 40 minuutin aikana adsorboituneen DC:n määrä oli noin puolet koko ajan (100 minuuttia) adsorboituneesta kokonaismäärästä. Kun DC-molekyylit liuoksessa törmäävät, aiheuttaen niiden nopean siirtymisen rGO/nZVI-komposiitin pinnalle, mikä johtaa merkittävään adsorptioon. 40 minuutin kuluttua DC-adsorptio lisääntyi asteittain ja hitaasti, kunnes tasapaino saavutettiin 60 minuutin kuluttua (kuvio 7D). Koska kohtuullinen määrä adsorboituu ensimmäisten 40 minuutin aikana, törmäyksiä DC-molekyylien kanssa tapahtuu vähemmän ja adsorboitumattomille molekyyleille on vähemmän aktiivisia kohtia. Siksi adsorptionopeutta voidaan pienentää51.
Adsorptiokinetiikan ymmärtämiseksi paremmin käytettiin pseudoensimmäisen asteen (kuvio 8A), pseudo toisen kertaluvun (kuvio 8B) ja Elovichin (kuvio 8C) kineettisten mallien viivakaavioita. Kineettisistä tutkimuksista saaduista parametreista (taulukko S1) käy selväksi, että pseudosekuntimalli on paras malli adsorptiokinetiikan kuvaamiseen, jossa R2-arvo on asetettu korkeammaksi kuin kahdessa muussa mallissa. Myös laskettujen adsorptiokapasiteettien (qe, cal) välillä on samankaltaisuutta. Pseudosekuntiokertainen kertaluku ja kokeelliset arvot (qe, exp.) ovat lisätodisteita siitä, että pseudokesikaalinen kertaluku on parempi malli kuin muut mallit. Kuten taulukosta 1 näkyy, α:n (alkuadsorptionopeus) ja β:n (desorptiovakio) arvot vahvistavat, että adsorptionopeus on korkeampi kuin desorptionopeus, mikä osoittaa, että DC:llä on taipumus adsorboitua tehokkaasti rGO/nZVI52-komposiittiin. .
Lineaariset adsorptiokineettiset käyrät näennäisen toisen kertaluvun (A), pseudoensimmäisen kertaluvun (B) ja Elovichin (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, annos = 0,05 g ].
Adsorptioisotermien tutkimukset auttavat määrittämään adsorptioaineen (RGO/nRVI-komposiitti) adsorptiokapasiteetin erilaisissa adsorbaattipitoisuuksissa (DC) ja järjestelmän lämpötiloissa. Suurin adsorptiokapasiteetti laskettiin käyttämällä Langmuirin isotermiä, joka osoitti, että adsorptio oli homogeeninen ja sisälsi adsorboituneen yksikerroksisen kerroksen muodostumisen adsorbentin pinnalle ilman niiden välistä vuorovaikutusta53. Kaksi muuta laajalti käytettyä isotermimallia ovat Freundlich- ja Temkin-mallit. Vaikka Freundlich-mallia ei käytetä adsorptiokapasiteetin laskemiseen, se auttaa ymmärtämään heterogeenista adsorptioprosessia ja sitä, että adsorbentin tyhjillä paikoilla on erilaisia energioita, kun taas Temkin-malli auttaa ymmärtämään adsorption fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia54.
Kuviot 9A-C esittävät Langmuir-, Freindlich- ja Temkin-mallien viivakaavioita, vastaavasti. Freundlichin (Kuva 9A) ja Langmuirin (Kuva 9B) viivakäyristä lasketut ja taulukossa 2 esitetyt R2-arvot osoittavat, että DC-adsorptio rGO/nZVI-komposiitissa seuraa Freundlichin (0,996) ja Langmuirin (0,988) isotermiä. mallit ja Temkin (0,985). Suurin adsorptiokapasiteetti (qmax), laskettuna Langmuirin isotermimallilla, oli 31,61 mg g-1. Lisäksi dimensiottoman erotuskertoimen (RL) laskettu arvo on välillä 0 ja 1 (0,097), mikä viittaa suotuisaan adsorptioprosessiin. Muussa tapauksessa laskettu Freundlichin vakio (n = 2,756) osoittaa tämän absorptioprosessin suosivan. Temkin-isotermin lineaarisen mallin (kuva 9C) mukaan DC:n adsorptio rGO/nZVI-komposiitilla on fysikaalinen adsorptioprosessi, koska b on ˂ 82 kJ mol-1 (0,408)55. Vaikka fyysistä adsorptiota välittävät yleensä heikot van der Waalsin voimat, tasavirtaadsorptio rGO/nZVI-komposiiteilla vaatii pieniä adsorptioenergioita [56, 57].
Freundlichin (A), Langmuirin (B) ja Temkinin (C) lineaariset adsorptioisotermit [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, annos = 0,05 g]. Van't Hoff -yhtälön käyrä DC-adsorptiolle rGO/nZVI-komposiiteilla (D) [Co = 25-100 mg l-1, pH = 7, T = 25-55 °C ja annos = 0,05 g].
Arvioidakseen reaktion lämpötilan muutoksen vaikutusta tasavirran poistoon rGO/nZVI-komposiiteista laskettiin yhtälöistä termodynaamiset parametrit, kuten entropian muutos (ΔS), entalpian muutos (ΔH) ja vapaan energian muutos (ΔG). 3 ja 458.
missä \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – termodynaaminen tasapainovakio, Ce ja CAe – rGO liuoksessa, vastaavasti /nZVI DC-pitoisuudet pintatasapainossa. R ja RT ovat kaasuvakio ja vastaavasti adsorptiolämpötila. Piirtäminen ln Ke vastaan 1/T antaa suoran (kuva 9D), josta ∆S ja ∆H voidaan määrittää.
Negatiivinen ΔH-arvo osoittaa, että prosessi on eksoterminen. Toisaalta ΔH-arvo on fyysisen adsorptioprosessin sisällä. Negatiiviset ΔG-arvot taulukossa 3 osoittavat, että adsorptio on mahdollista ja spontaania. ΔS:n negatiiviset arvot osoittavat adsorboivien molekyylien suurta järjestystä nesteen rajapinnassa (taulukko 3).
Taulukossa 4 verrataan rGO/nZVI-komposiittia muihin aiemmissa tutkimuksissa raportoituihin adsorbentteihin. On selvää, että VGO/nCVI-komposiitilla on korkea adsorptiokyky ja se voi olla lupaava materiaali DC-antibioottien poistamiseen vedestä. Lisäksi rGO/nZVI-komposiittien adsorptio on nopea prosessi, jonka tasapainotusaika on 60 minuuttia. rGO/nZVI-komposiittien erinomaiset adsorptioominaisuudet voidaan selittää rGO:n ja nZVI:n synergistisellä vaikutuksella.
Kuviot 10A, B havainnollistavat rationaalista mekanismia DC-antibioottien poistamiseksi rGO/nZVI- ja nZVI-kompleksien avulla. Kokeilutulosten mukaan pH:n vaikutuksesta tasavirtaadsorption tehokkuuteen, pH:n noustessa 3:sta 7:ään, rGO/nZVI-komposiitin DC-adsorptiota ei kontrolloitu sähköstaattisilla vuorovaikutuksilla, koska se toimi kahtaisionina; siksi pH-arvon muutos ei vaikuttanut adsorptioprosessiin. Myöhemmin adsorptiomekanismia voidaan ohjata ei-elektrostaattisilla vuorovaikutuksilla, kuten vetysidoksella, hydrofobisilla vaikutuksilla ja π-π pinoamisvuorovaikutuksilla rGO/nZVI-komposiitin ja DC66:n välillä. On hyvin tunnettua, että aromaattisten adsorbaattien mekanismi kerrosteisen grafeenin pinnoilla on selitetty π – π pinoamisvuorovaikutuksilla pääasiallisena voimana. Komposiitti on kerrostettu materiaali, joka on samanlainen kuin grafeeni, jonka absorptiomaksimi on 233 nm:ssä π-π* -siirtymän vuoksi. Perustuen neljän aromaattisen renkaan läsnäoloon DC-adsorbaatin molekyylirakenteessa oletimme, että aromaattisen DC:n (π-elektroniakseptorin) ja π-elektroneja sisältävän alueen välillä on mekanismi π-π-pinoamisesta. RGO-pinta. /nZVI-komposiitit. Lisäksi, kuten kuvasta näkyy. Kuviossa 10B suoritettiin FTIR-tutkimuksia rGO/nZVI-komposiittien ja DC:n molekylaarisen vuorovaikutuksen tutkimiseksi, ja rGO/nZVI-komposiittien FTIR-spektrit DC-adsorption jälkeen esitetään kuviossa 10B. 10b. Uusi huippu havaitaan kohdassa 2111 cm-1, mikä vastaa C=C-sidoksen runkovärähtelyä, mikä osoittaa vastaavien orgaanisten funktionaalisten ryhmien läsnäolon 67 rGO/nZVI:n pinnalla. Muut piikit siirtyvät 1561:stä 1548 cm-1:een ja 1399:stä 1360 cm-1:een, mikä myös vahvistaa, että π-π-vuorovaikutuksilla on tärkeä rooli grafeenin ja orgaanisten epäpuhtauksien adsorptiossa68, 69. DC-adsorption jälkeen joidenkin happea sisältävien ryhmien, kuten OH:n, intensiteetti laski arvoon 3270 cm-1, mikä viittaa siihen, että vetysidos on yksi adsorptiomekanismeista. Näin ollen tulosten perusteella DC-adsorptio rGO/nZVI-komposiitissa tapahtuu pääasiassa π-π pinoamisvuorovaikutuksista ja H-sidoksista johtuen.
RGO/nZVI- ja nZVI-kompleksien DC-antibioottien adsorption rationaalinen mekanismi (A). DC:n FTIR-adsorptiospektrit rGO/nZVI:llä ja nZVI:llä (B).
NZVI:n absorptiovyöhykkeiden intensiteetti kohdissa 3244, 1615, 1546 ja 1011 cm–1 kasvoi nZVI:n tasavirtaadsorption jälkeen (kuva 10B) nZVI:hen verrattuna, minkä pitäisi liittyä vuorovaikutukseen karboksyylihapon mahdollisten funktionaalisten ryhmien kanssa. O ryhmät DC:ssä. Tämä pienempi transmissioprosentti kaikissa havaituissa vyöhykkeissä ei kuitenkaan osoita merkittävää muutosta fytosynteettisen adsorbentin (nZVI) adsorptiotehokkuudessa verrattuna nZVI:hen ennen adsorptioprosessia. Joidenkin nZVI71:n DC-poistotutkimusten mukaan, kun nZVI reagoi H2O:n kanssa, elektroneja vapautuu ja sitten H+:aa käytetään tuottamaan erittäin pelkistävää aktiivista vetyä. Lopuksi jotkut kationiset yhdisteet hyväksyvät elektroneja aktiivisesta vedystä, jolloin tuloksena on -C=N ja -C=C-, mikä johtuu bentseenirenkaan halkeamisesta.
Postitusaika: 14.11.2022