Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta sa CSS. Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ire-render namin ang site nang walang mga istilo at JavaScript.
Sa gawaing ito, ang mga composite ng rGO/nZVI ay na-synthesize sa unang pagkakataon gamit ang isang simple at environment friendly na pamamaraan gamit ang Sophora yellowish leaf extract bilang isang reducing agent at stabilizer upang sumunod sa mga prinsipyo ng "green" chemistry, tulad ng hindi gaanong nakakapinsalang chemical synthesis. Ilang tool ang ginamit upang patunayan ang matagumpay na synthesis ng mga composite, tulad ng SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, at zeta potential, na nagpapahiwatig ng matagumpay na composite fabrication. Ang kapasidad ng pag-alis ng mga composite ng nobela at purong nZVI sa iba't ibang panimulang konsentrasyon ng antibiotic doxycycline ay inihambing upang siyasatin ang synergistic na epekto sa pagitan ng rGO at nZVI. Sa ilalim ng mga kondisyon ng pag-alis ng 25mg L-1, 25°C at 0.05g, ang adsorptive removal rate ng purong nZVI ay 90%, habang ang adsorptive removal rate ng doxycycline ng rGO/nZVI composite ay umabot sa 94.6%, na nagpapatunay na nZVI at rGO . Ang proseso ng adsorption ay tumutugma sa isang pseudo-second order at ito ay sumasang-ayon sa modelo ng Freundlich na may maximum na kapasidad ng adsorption na 31.61 mg g-1 sa 25 °C at pH 7. Ang isang makatwirang mekanismo para sa pag-alis ng DC ay iminungkahi. Bilang karagdagan, ang reusability ng rGO/nZVI composite ay 60% pagkatapos ng anim na magkakasunod na regeneration cycle.
Ang kakulangan sa tubig at polusyon ay isang seryosong banta ngayon sa lahat ng mga bansa. Sa nakalipas na mga taon, ang polusyon sa tubig, lalo na ang polusyon ng antibiotic, ay tumaas dahil sa pagtaas ng produksyon at pagkonsumo sa panahon ng pandemya ng COVID-191,2,3. Samakatuwid, ang pagbuo ng isang epektibong teknolohiya para sa pag-aalis ng mga antibiotics sa wastewater ay isang kagyat na gawain.
Ang isa sa mga lumalaban na semi-synthetic na antibiotic mula sa tetracycline group ay doxycycline (DC)4,5. Naiulat na ang mga residue ng DC sa tubig sa lupa at tubig sa ibabaw ay hindi ma-metabolize, 20-50% lamang ang na-metabolize at ang natitira ay inilalabas sa kapaligiran, na nagdudulot ng malubhang problema sa kapaligiran at kalusugan6.
Ang pagkakalantad sa DC sa mababang antas ay maaaring pumatay ng mga aquatic photosynthetic microorganism, nagbabanta sa pagkalat ng antimicrobial bacteria, at nagpapataas ng antimicrobial resistance, kaya dapat alisin ang contaminant na ito sa wastewater. Ang natural na pagkasira ng DC sa tubig ay napakabagal na proseso. Ang mga prosesong physico-kemikal tulad ng photolysis, biodegradation at adsorption ay maaari lamang mag-degrade sa mababang konsentrasyon at sa napakababang rate7,8. Gayunpaman, ang pinaka-ekonomiko, simple, environment friendly, madaling hawakan at mahusay na paraan ay adsorption9,10.
Ang nano zero valent iron (nZVI) ay isang napakalakas na materyal na maaaring mag-alis ng maraming antibiotic mula sa tubig, kabilang ang metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol, at tetracycline. Ang kakayahang ito ay dahil sa mga kamangha-manghang katangian na mayroon ang nZVI, tulad ng mataas na reaktibiti, malaking lugar sa ibabaw, at maraming mga panlabas na nagbubuklod na site11. Gayunpaman, ang nZVI ay madaling kapitan ng pagsasama-sama sa may tubig na media dahil sa mga puwersa ng van der Wells at mataas na magnetic properties, na binabawasan ang pagiging epektibo nito sa pag-alis ng mga kontaminant dahil sa pagbuo ng mga layer ng oxide na pumipigil sa reaktibiti ng nZVI10,12. Ang pagsasama-sama ng mga particle ng nZVI ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagbabago ng kanilang mga ibabaw na may mga surfactant at polimer o sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga ito sa iba pang mga nanomaterial sa anyo ng mga composite, na napatunayang isang mabubuhay na diskarte upang mapabuti ang kanilang katatagan sa kapaligiran13,14.
Ang Graphene ay isang two-dimensional na carbon nanomaterial na binubuo ng sp2-hybridized carbon atoms na nakaayos sa isang honeycomb lattice. Mayroon itong malaking surface area, makabuluhang mekanikal na lakas, mahusay na electrocatalytic na aktibidad, mataas na thermal conductivity, mabilis na electron mobility, at angkop na carrier material upang suportahan ang mga inorganic na nanoparticle sa ibabaw nito. Ang kumbinasyon ng mga metal na nanoparticle at graphene ay maaaring higit na lumampas sa mga indibidwal na benepisyo ng bawat materyal at, dahil sa superyor nitong pisikal at kemikal na mga katangian, ay nagbibigay ng pinakamainam na pamamahagi ng mga nanoparticle para sa mas mahusay na paggamot sa tubig15.
Ang mga extract ng halaman ay ang pinakamahusay na alternatibo sa mga nakakapinsalang kemikal na nagpapababa ng ahente na karaniwang ginagamit sa synthesis ng pinababang graphene oxide (rGO) at nZVI dahil magagamit ang mga ito, mura, isang hakbang, ligtas sa kapaligiran, at maaaring magamit bilang mga ahente ng pagbabawas. tulad ng flavonoids at phenolic compound ay gumaganap din bilang isang stabilizer. Samakatuwid, ang Atriplex halimus L. leaf extract ay ginamit bilang isang repairing at closing agent para sa synthesis ng rGO/nZVI composites sa pag-aaral na ito. Ang Atriplex halimus mula sa pamilya Amaranthaceae ay isang nitrogen-loving perennial shrub na may malawak na geographic range16.
Ayon sa magagamit na literatura, ang Atriplex halimus (A. halimus) ay unang ginamit upang gumawa ng rGO/nZVI composites bilang isang matipid at environment friendly na paraan ng synthesis. Kaya, ang layunin ng gawaing ito ay binubuo ng apat na bahagi: (1) phytosynthesis ng rGO/nZVI at parental nZVI composites gamit ang A. halimus aquatic leaf extract, (2) characterization ng phytosynthesized composites gamit ang maraming pamamaraan upang kumpirmahin ang kanilang matagumpay na katha, (3) ) pag-aralan ang synergistic na epekto ng rGO at nZVI sa adsorption at pag-alis ng mga organic na contaminants ng doxycycline antibiotics sa ilalim ng iba't ibang mga parameter ng reaksyon, i-optimize ang mga kondisyon ng proseso ng adsorption, (3) siyasatin ang mga composite na materyales sa iba't ibang tuluy-tuloy na paggamot pagkatapos ng ikot ng pagproseso.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, chemical formula C22H24N2O·HCl, 98%), iron chloride hexahydrate (FeCl3.6H2O, 97%), graphite powder na binili mula sa Sigma-Aldrich, USA. Ang sodium hydroxide (NaOH, 97%), ethanol (C2H5OH, 99.9%) at hydrochloric acid (HCl, 37%) ay binili mula sa Merck, USA. Ang NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 at MgCl2 ay binili mula sa Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Lahat ng reagents ay may mataas na analytical purity. Ang double-distilled na tubig ay ginamit upang ihanda ang lahat ng may tubig na solusyon.
Ang mga kinatawan ng specimen ng A. halimus ay nakolekta mula sa kanilang natural na tirahan sa Nile Delta at mga lupain sa tabi ng Mediterranean coast ng Egypt. Ang materyal ng halaman ay nakolekta alinsunod sa naaangkop na pambansa at internasyonal na mga alituntunin17. Natukoy ni Prof. Manal Fawzi ang mga specimen ng halaman ayon sa Boulos18, at pinahihintulutan ng Department of Environmental Sciences ng Alexandria University ang pagkolekta ng mga pinag-aralan na species ng halaman para sa mga layuning pang-agham. Ang mga sample na voucher ay gaganapin sa Tanta University Herbarium (TANE), voucher nos. 14 122–14 127, isang pampublikong herbarium na nagbibigay ng access sa mga nakadeposito na materyales. Bilang karagdagan, upang alisin ang alikabok o dumi, gupitin ang mga dahon ng halaman sa maliliit na piraso, banlawan ng 3 beses gamit ang gripo at distilled water, at pagkatapos ay tuyo sa 50°C. Ang halaman ay durog, 5 g ng pinong pulbos ay inilubog sa 100 ML ng distilled water at hinalo sa 70 ° C sa loob ng 20 min upang makakuha ng katas. Ang nakuha na katas ng Bacillus nicotianae ay sinala sa pamamagitan ng Whatman filter paper at inimbak sa malinis at isterilisadong mga tubo sa 4°C para sa karagdagang paggamit.
Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, ang GO ay ginawa mula sa graphite powder sa pamamagitan ng binagong pamamaraan ng Hummers. Ang 10 mg ng GO powder ay dispersed sa 50 ML ng deionized na tubig sa loob ng 30 min sa ilalim ng sonication, at pagkatapos ay 0.9 g ng FeCl3 at 2.9 g ng NaAc ay halo-halong para sa 60 min. Ang 20 ml ng atriplex leaf extract ay idinagdag sa hinalo na solusyon na may pagpapakilos at iniwan sa 80 ° C sa loob ng 8 oras. Ang nagresultang itim na suspensyon ay na-filter. Ang mga inihandang nanocomposites ay hugasan ng ethanol at bidistilled na tubig at pagkatapos ay pinatuyo sa isang vacuum oven sa 50 ° C sa loob ng 12 oras.
Schematic at digital na mga larawan ng berdeng synthesis ng rGO/nZVI at nZVI complexes at pagtanggal ng DC antibiotics mula sa kontaminadong tubig gamit ang Atriplex halimus extract.
Sa madaling sabi, tulad ng ipinapakita sa Fig. 1, 10 ml ng isang iron chloride solution na naglalaman ng 0.05 M Fe3+ ions ay idinagdag dropwise sa 20 ml ng mapait na solusyon sa katas ng dahon sa loob ng 60 minuto na may katamtamang pag-init at pagpapakilos, at pagkatapos ay ang solusyon ay na-centrifuge sa 14,000 rpm (Hermle , 15,000 rpm) sa loob ng 15 min upang magbigay ng mga itim na particle, na pagkatapos ay hugasan ng 3 beses na may ethanol at distilled water at pagkatapos ay tuyo sa isang vacuum oven sa 60° C. magdamag.
Ang plant-synthesized rGO/nZVI at nZVI composite ay nailalarawan sa pamamagitan ng UV-visible spectroscopy (T70/T80 series UV/Vis spectrophotometers, PG Instruments Ltd, UK) sa hanay ng pag-scan na 200-800 nm. Upang pag-aralan ang topograpiya at pamamahagi ng laki ng rGO/nZVI at nZVI composite, ginamit ang TEM spectroscopy (JOEL, JEM-2100F, Japan, accelerating voltage 200 kV). Upang suriin ang mga functional na grupo na maaaring kasangkot sa mga extract ng halaman na responsable para sa proseso ng pagbawi at pagpapapanatag, isinagawa ang FT-IR spectroscopy (JASCO spectrometer sa hanay na 4000-600 cm-1). Bilang karagdagan, ginamit ang isang zeta potential analyzer (Zetasizer Nano ZS Malvern) upang pag-aralan ang surface charge ng mga synthesized nanomaterial. Para sa mga sukat ng X-ray diffraction ng mga powdered nanomaterial, ginamit ang isang X-ray diffractometer (X'PERT PRO, Netherlands), na tumatakbo sa kasalukuyang (40 mA), boltahe (45 kV) sa saklaw ng 2θ mula 20° hanggang 80 ° at CuKa1 radiation (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). Ang energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) (modelo na JEOL JSM-IT100) ay responsable para sa pag-aaral ng elemental na komposisyon kapag nangongolekta ng Al K-α monochromatic X-ray mula -10 hanggang 1350 eV sa XPS, spot size na 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) ang transmission energy ng buong spectrum ay 200 eV at ang makitid na spectrum ay 50 eV. Ang sample ng pulbos ay pinindot sa isang sample holder, na inilalagay sa isang vacuum chamber. Ang C 1 s spectrum ay ginamit bilang sanggunian sa 284.58 eV upang matukoy ang nagbubuklod na enerhiya.
Ang mga eksperimento sa adsorption ay isinagawa upang subukan ang pagiging epektibo ng synthesized rGO/nZVI nanocomposites sa pag-alis ng doxycycline (DC) mula sa mga may tubig na solusyon. Ang mga eksperimento sa adsorption ay isinagawa sa 25 ml Erlenmeyer flasks sa bilis ng panginginig na 200 rpm sa isang orbital shaker (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) sa 298 K. Sa pamamagitan ng pagtunaw ng DC stock solution (1000 ppm) na may bidistilled water. Upang masuri ang epekto ng dosis ng rGO / nSVI sa kahusayan ng adsorption, ang mga nanocomposite ng iba't ibang mga timbang (0.01-0.07 g) ay idinagdag sa 20 ml ng solusyon sa DC. Upang pag-aralan ang kinetics at adsorption isotherms, ang 0.05 g ng adsorbent ay inilubog sa isang may tubig na solusyon ng CD na may paunang konsentrasyon (25-100 mg L-1). Ang epekto ng pH sa pag-alis ng DC ay pinag-aralan sa pH (3–11) at isang paunang konsentrasyon ng 50 mg L-1 sa 25°C. Ayusin ang pH ng system sa pamamagitan ng pagdaragdag ng kaunting HCl o NaOH solution (Crison pH meter, pH meter, pH 25). Bilang karagdagan, ang impluwensya ng temperatura ng reaksyon sa mga eksperimento sa adsorption sa hanay ng 25-55 ° C ay sinisiyasat. Ang epekto ng lakas ng ionic sa proseso ng adsorption ay pinag-aralan sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba't ibang mga konsentrasyon ng NaCl (0.01-4 mol L-1) sa isang paunang konsentrasyon ng DC na 50 mg L-1, pH 3 at 7), 25 ° C, at isang adsorbent na dosis na 0.05 g. Ang adsorption ng non-adsorbed DC ay sinusukat gamit ang dual beam UV-Vis spectrophotometer (T70/T80 series, PG Instruments Ltd, UK) na nilagyan ng 1.0 cm path length quartz cuvettes sa maximum wavelength (λmax) na 270 at 350 nm. Ang porsyento ng pag-alis ng DC antibiotics (R%; Eq. 1) at ang halaga ng adsorption ng DC, qt, Eq. 2 (mg/g) ay sinusukat gamit ang sumusunod na equation.
kung saan ang %R ay ang kapasidad ng pag-alis ng DC (%), ang Co ay ang paunang konsentrasyon ng DC sa oras na 0, at ang C ay ang konsentrasyon ng DC sa oras na t, ayon sa pagkakabanggit (mg L-1).
kung saan ang qe ay ang dami ng DC adsorbed bawat unit mass ng adsorbent (mg g-1), ang Co at Ce ay ang mga konsentrasyon sa zero time at sa equilibrium, ayon sa pagkakabanggit (mg l-1), ang V ay ang dami ng solusyon (l) , at m ay ang adsorption mass reagent (g).
Ang mga imahe ng SEM (Fig. 2A–C) ay nagpapakita ng lamellar morphology ng rGO/nZVI composite na may spherical iron nanoparticle na pantay na nakakalat sa ibabaw nito, na nagpapahiwatig ng matagumpay na pagkakabit ng nZVI NPs sa rGO surface. Bilang karagdagan, mayroong ilang mga wrinkles sa rGO leaf, na nagpapatunay sa pag-alis ng mga pangkat na naglalaman ng oxygen nang sabay-sabay sa pagpapanumbalik ng A. halimus GO. Ang malalaking kulubot na ito ay kumikilos bilang mga site para sa aktibong pagkarga ng mga bakal na NP. Ang mga larawan ng nZVI (Larawan 2D-F) ay nagpakita na ang mga spherical iron na NP ay napakalat at hindi nagsasama-sama, na dahil sa likas na patong ng mga botanikal na bahagi ng katas ng halaman. Nag-iba ang laki ng butil sa loob ng 15–26 nm. Gayunpaman, ang ilang mga rehiyon ay may isang mesoporous na morpolohiya na may istraktura ng mga bulge at cavity, na maaaring magbigay ng isang mataas na epektibong kapasidad ng adsorption ng nZVI, dahil maaari nilang dagdagan ang posibilidad ng pag-trap ng mga molekula ng DC sa ibabaw ng nZVI. Kapag ang Rosa Damascus extract ay ginamit para sa synthesis ng nZVI, ang nakuha na mga NP ay hindi magkakatulad, na may mga voids at iba't ibang mga hugis, na nagpababa ng kanilang kahusayan sa Cr(VI) adsorption at nadagdagan ang oras ng reaksyon 23 . Ang mga resulta ay pare-pareho sa nZVI na synthesize mula sa mga dahon ng oak at mulberry, na higit sa lahat ay spherical nanoparticle na may iba't ibang laki ng nanometer na walang halatang pagsasama-sama.
Mga imahe ng SEM ng mga pinagsama-samang rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) at mga pattern ng EDX ng mga pinagsama-samang nZVI/rGO (G) at nZVI (H).
Ang elemental na komposisyon ng plant-synthesized rGO/nZVI at nZVI composites ay pinag-aralan gamit ang EDX (Fig. 2G, H). Ipinapakita ng mga pag-aaral na ang nZVI ay binubuo ng carbon (38.29% sa masa), oxygen (47.41% sa masa) at bakal (11.84% sa masa), ngunit ang iba pang mga elemento tulad ng phosphorus24 ay naroroon din, na maaaring makuha mula sa mga extract ng halaman. Bilang karagdagan, ang mataas na porsyento ng carbon at oxygen ay dahil sa pagkakaroon ng mga phytochemical mula sa mga extract ng halaman sa subsurface nZVI sample. Ang mga elementong ito ay pantay na ipinamamahagi sa rGO ngunit sa iba't ibang ratios: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) at Fe (10.99 wt %), ang EDX rGO/nZVI ay nagpapakita rin ng pagkakaroon ng iba pang mga elemento tulad ng S, na kung saan maaaring nauugnay sa mga extract ng halaman, ay ginagamit. Ang kasalukuyang C:O ratio at iron content sa rGO/nZVI composite gamit ang A. halimus ay higit na mas mahusay kaysa sa paggamit ng eucalyptus leaf extract, dahil nailalarawan nito ang komposisyon ng C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%). at Fe (8.27 wt.%). wt %) 25. Nataša et al., 2022 ay nag-ulat ng katulad na elemental na komposisyon ng nZVI na na-synthesize mula sa mga dahon ng oak at mulberry at nakumpirma na ang mga polyphenol group at iba pang mga molekula na nakapaloob sa leaf extract ay responsable para sa proseso ng pagbabawas.
Ang morpolohiya ng nZVI na na-synthesize sa mga halaman (Fig. S2A,B) ay spherical at bahagyang hindi regular, na may average na laki ng particle na 23.09 ± 3.54 nm, gayunpaman ang mga chain aggregate ay naobserbahan dahil sa mga puwersa ng van der Waals at ferromagnetism. Ang nakararami na butil-butil at spherical na hugis ng butil ay mahusay na sumasang-ayon sa mga resulta ng SEM. Ang isang katulad na obserbasyon ay natagpuan ni Abdelfatah et al. noong 2021 nang ginamit ang castor bean leaf extract sa synthesis ng nZVI11. Ang Ruelas tuberosa leaf extract NPs na ginagamit bilang reducing agent sa nZVI ay mayroon ding spherical na hugis na may diameter na 20 hanggang 40 nm26.
Ang Hybrid rGO/nZVI composite TEM images (Fig. S2C-D) ay nagpakita na ang rGO ay isang basal plane na may marginal folds at wrinkles na nagbibigay ng maramihang loading sites para sa nZVI NPs; ang lamellar morphology na ito ay nagpapatunay din sa matagumpay na katha ng rGO. Bilang karagdagan, ang mga nZVI NP ay may spherical na hugis na may mga laki ng particle mula 5.32 hanggang 27 nm at naka-embed sa rGO layer na may halos pare-parehong dispersion. Ang katas ng dahon ng Eucalyptus ay ginamit upang i-synthesize ang Fe NPs/rGO; Kinumpirma din ng mga resulta ng TEM na ang mga wrinkles sa layer ng rGO ay nagpabuti ng pagpapakalat ng mga Fe NP nang higit sa mga purong Fe NP at nadagdagan ang reaktibiti ng mga composite. Ang mga katulad na resulta ay nakuha ni Bagheri et al. 28 kapag ang composite ay gawa-gawa gamit ang mga ultrasonic na pamamaraan na may average na laki ng iron nanoparticle na humigit-kumulang 17.70 nm.
Ang FTIR spectra ng A. halimus, nZVI, GO, rGO, at rGO/nZVI composites ay ipinapakita sa Fig. 3A. Ang pagkakaroon ng mga surface functional group sa mga dahon ng A. halimus ay lumilitaw sa 3336 cm-1, na tumutugma sa polyphenols, at 1244 cm-1, na tumutugma sa mga carbonyl group na ginawa ng protina. Ang iba pang mga grupo tulad ng mga alkane sa 2918 cm-1, alkenes sa 1647 cm-1 at CO-O-CO extension sa 1030 cm-1 ay naobserbahan din, na nagmumungkahi ng pagkakaroon ng mga bahagi ng halaman na nagsisilbing mga ahente ng sealing at responsable para sa pagbawi. mula Fe2+ hanggang Fe0 at PUMUNTA sa rGO29. Sa pangkalahatan, ang nZVI spectra ay nagpapakita ng parehong pagsipsip ng mga peak bilang mapait na asukal, ngunit may bahagyang inilipat na posisyon. Lumilitaw ang isang matinding banda sa 3244 cm-1 na nauugnay sa OH stretching vibrations (phenols), isang peak sa 1615 ay tumutugma sa C=C, at ang mga banda sa 1546 at 1011 cm-1 ay bumangon dahil sa pag-stretch ng C=O (polyphenols at flavonoids) , CN -mga pangkat ng aromatic amines at aliphatic amines ay naobserbahan din sa 1310 cm-1 at 1190 cm-1, ayon sa pagkakabanggit13. Ang FTIR spectrum ng GO ay nagpapakita ng pagkakaroon ng maraming high-intensity na pangkat na naglalaman ng oxygen, kabilang ang alkoxy (CO) stretching band sa 1041 cm-1, ang epoxy (CO) stretching band sa 1291 cm-1, C=O stretch. isang banda ng C=C stretching vibrations sa 1619 cm-1, isang banda sa 1708 cm-1 at isang malawak na banda ng OH group stretching vibrations sa 3384 cm-1, na kinumpirma ng pinahusay na pamamaraan ng Hummers, na matagumpay na nag-oxidize ng proseso ng grapayt. Kapag ikinukumpara ang rGO at rGO/nZVI composite sa GO spectra, ang intensity ng ilang oxygen-containing groups, tulad ng OH sa 3270 cm-1, ay makabuluhang nabawasan, habang ang iba, gaya ng C=O sa 1729 cm-1, ay ganap na nabawasan. nabawasan. nawala, na nagpapahiwatig ng matagumpay na pag-alis ng mga functional na grupo na naglalaman ng oxygen sa GO ng A. halimus extract. Ang mga bagong matalim na katangian ng mga taluktok ng rGO sa C=C tension ay sinusunod sa paligid ng 1560 at 1405 cm-1, na nagpapatunay sa pagbawas ng GO sa rGO. Ang mga pagkakaiba-iba mula 1043 hanggang 1015 cm-1 at mula 982 hanggang 918 cm-1 ay naobserbahan, posibleng dahil sa pagsasama ng materyal ng halaman31,32. Napansin din ni Weng et al., 2018 ang isang makabuluhang pagpapalambing ng mga oxygenated functional na grupo sa GO, na nagpapatunay sa matagumpay na pagbuo ng rGO sa pamamagitan ng bioreduction, dahil ang mga extract ng dahon ng eucalyptus, na ginamit upang synthesize ang pinababang iron graphene oxide composites, ay nagpakita ng mas malapit na FTIR spectra ng bahagi ng halaman. mga functional na grupo. 33 .
A. FTIR spectrum ng gallium, nZVI, rGO, GO, composite rGO/nZVI (A). Pinagsasama ng Roentgenogrammy ang rGO, GO, nZVI at rGO/nZVI (B).
Ang pagbuo ng rGO/nZVI at nZVI composite ay higit na nakumpirma ng mga pattern ng X-ray diffraction (Fig. 3B). Ang mataas na intensity na Fe0 peak ay naobserbahan sa 2Ɵ 44.5°, na tumutugma sa index (110) (JCPDS no. 06–0696)11. Ang isa pang peak sa 35.1° ng (311) plane ay iniuugnay sa magnetite Fe3O4, 63.2° ay maaaring nauugnay sa Miller index ng (440) plane dahil sa pagkakaroon ng ϒ-FeOOH (JCPDS no. 17-0536)34. Ang X-ray pattern ng GO ay nagpapakita ng matalim na peak sa 2Ɵ 10.3° at isa pang peak sa 21.1°, na nagpapahiwatig ng kumpletong pag-exfoliation ng graphite at binibigyang-diin ang pagkakaroon ng mga pangkat na naglalaman ng oxygen sa ibabaw ng GO35. Naitala ng mga composite pattern ng rGO at rGO/nZVI ang pagkawala ng mga katangian ng GO peak at ang pagbuo ng malawak na rGO peak sa 2Ɵ 22.17 at 24.7° para sa rGO at rGO/nZVI composites, ayon sa pagkakabanggit, na nagkumpirma sa matagumpay na pagbawi ng GO sa pamamagitan ng mga extract ng halaman. Gayunpaman, sa composite rGO/nZVI pattern, ang mga karagdagang peak na nauugnay sa lattice plane ng Fe0 (110) at bcc Fe0 (200) ay na-obserbahan sa 44.9\(^\circ\) at 65.22\(^\circ\), ayon sa pagkakabanggit. .
Ang potensyal ng zeta ay ang potensyal sa pagitan ng isang ionic na layer na nakakabit sa ibabaw ng isang particle at isang may tubig na solusyon na tumutukoy sa mga electrostatic na katangian ng isang materyal at sumusukat sa katatagan nito37. Ang potensyal na pagsusuri ng Zeta ng mga pinagsama-samang nZVI, GO, at rGO/nZVI na gawa ng halaman ay nagpakita ng kanilang katatagan dahil sa pagkakaroon ng mga negatibong singil na -20.8, -22, at -27.4 mV, ayon sa pagkakabanggit, sa kanilang ibabaw, tulad ng ipinapakita sa Figure S1A- C. . Ang mga naturang resulta ay pare-pareho sa ilang ulat na nagbabanggit na ang mga solusyon na naglalaman ng mga particle na may mga potensyal na halaga ng zeta na mas mababa sa -25 mV sa pangkalahatan ay nagpapakita ng mataas na antas ng katatagan dahil sa electrostatic repulsion sa pagitan ng mga particle na ito. Ang kumbinasyon ng rGO at nZVI ay nagpapahintulot sa composite na makakuha ng mas maraming negatibong singil at sa gayon ay may mas mataas na katatagan kaysa sa GO o nZVI lamang. Samakatuwid, ang phenomenon ng electrostatic repulsion ay hahantong sa pagbuo ng stable rGO/nZVI39 composites. Ang negatibong ibabaw ng GO ay nagpapahintulot na ito ay magkalat nang pantay-pantay sa isang may tubig na daluyan nang walang pagsasama-sama, na lumilikha ng mga kanais-nais na kondisyon para sa pakikipag-ugnayan sa nZVI. Ang negatibong singil ay maaaring nauugnay sa pagkakaroon ng iba't ibang mga functional na grupo sa bitter melon extract, na nagpapatunay din sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng GO at iron precursors at ang plant extract upang mabuo ang rGO at nZVI, ayon sa pagkakabanggit, at ang rGO/nZVI complex. Ang mga compound ng halaman na ito ay maaari ding kumilos bilang mga capping agent, dahil pinipigilan nila ang pagsasama-sama ng mga nagreresultang nanoparticle at sa gayon ay pinapataas ang kanilang katatagan40.
Ang elemental na komposisyon at valence state ng nZVI at rGO/nZVI composites ay tinutukoy ng XPS (Fig. 4). Ang pangkalahatang pag-aaral ng XPS ay nagpakita na ang rGO/nZVI composite ay pangunahing binubuo ng mga elementong C, O, at Fe, na naaayon sa EDS mapping (Fig. 4F–H). Ang C1s spectrum ay binubuo ng tatlong peak sa 284.59 eV, 286.21 eV at 288.21 eV na kumakatawan sa CC, CO at C=O, ayon sa pagkakabanggit. Ang spectrum ng O1 ay nahahati sa tatlong mga taluktok, kabilang ang 531.17 eV, 532.97 eV, at 535.45 eV, na itinalaga sa mga pangkat na O=CO, CO, at NO, ayon sa pagkakabanggit. Gayunpaman, ang mga taluktok sa 710.43, 714.57 at 724.79 eV ay tumutukoy sa Fe 2p3/2, Fe+3 at Fe p1/2, ayon sa pagkakabanggit. Ang XPS spectra ng nZVI (Fig. 4C-E) ay nagpakita ng mga peak para sa mga elementong C, O, at Fe. Ang mga taluktok sa 284.77, 286.25, at 287.62 eV ay nagpapatunay sa pagkakaroon ng iron-carbon alloys, dahil ang mga ito ay tumutukoy sa CC, C-OH, at CO, ayon sa pagkakabanggit. Ang spectrum ng O1 ay tumutugma sa tatlong peak C–O/iron carbonate (531.19 eV), hydroxyl radical (532.4 eV) at O–C=O (533.47 eV). Ang peak sa 719.6 ay iniuugnay sa Fe0, habang ang FeOOH ay nagpapakita ng mga peak sa 717.3 at 723.7 eV, bilang karagdagan, ang peak sa 725.8 eV ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng Fe2O342.43.
Mga pag-aaral ng XPS ng nZVI at rGO/nZVI composite, ayon sa pagkakabanggit (A, B). Buong spectra ng nZVI C1s (C), Fe2p (D), at O1s (E) at rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) composite.
Ang N2 adsorption/desorption isotherm (Fig. 5A, B) ay nagpapakita na ang nZVI at rGO/nZVI composites ay nabibilang sa type II. Bilang karagdagan, ang tiyak na lugar sa ibabaw (SBET) ng nZVI ay tumaas mula 47.4549 hanggang 152.52 m2/g pagkatapos mabulag sa rGO. Ang resulta na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pagbaba sa mga magnetic na katangian ng nZVI pagkatapos ng pagbulag ng rGO, sa gayon binabawasan ang pagsasama-sama ng particle at pagtaas ng lugar sa ibabaw ng mga composite. Bilang karagdagan, tulad ng ipinapakita sa Fig. 5C, ang pore volume (8.94 nm) ng rGO/nZVI composite ay mas mataas kaysa sa orihinal na nZVI (2.873 nm). Ang resultang ito ay sumasang-ayon sa El-Monaem et al. 45 .
Upang suriin ang kapasidad ng adsorption upang alisin ang DC sa pagitan ng rGO/nZVI composite at ang orihinal na nZVI depende sa pagtaas ng paunang konsentrasyon, ginawa ang paghahambing sa pamamagitan ng pagdaragdag ng pare-parehong dosis ng bawat adsorbent (0.05 g) sa DC sa iba't ibang paunang konsentrasyon. Inimbestigahan na solusyon [25]. –100 mg l–1] sa 25°C. Ang mga resulta ay nagpakita na ang kahusayan sa pag-alis (94.6%) ng rGO/nZVI composite ay mas mataas kaysa sa orihinal na nZVI (90%) sa mas mababang konsentrasyon (25 mg L-1). Gayunpaman, kapag ang panimulang konsentrasyon ay nadagdagan sa 100 mg L-1, ang kahusayan sa pag-alis ng rGO/nZVI at magulang nZVI ay bumaba sa 70% at 65%, ayon sa pagkakabanggit (Larawan 6A), na maaaring dahil sa mas kaunting mga aktibong site at pagkasira ng mga particle ng nZVI. Sa kabaligtaran, ang rGO/nZVI ay nagpakita ng mas mataas na kahusayan ng pag-alis ng DC, na maaaring dahil sa isang synergistic na epekto sa pagitan ng rGO at nZVI, kung saan ang mga matatag na aktibong site na magagamit para sa adsorption ay mas mataas, at sa kaso ng rGO/nZVI, higit pa Maaaring ma-adsorbed ang DC kaysa sa buo na nZVI. Bilang karagdagan, sa fig. Ipinapakita ng 6B na ang kapasidad ng adsorption ng rGO/nZVI at nZVI composite ay tumaas mula 9.4 mg/g hanggang 30 mg/g at 9 mg/g, ayon sa pagkakabanggit, na may pagtaas sa paunang konsentrasyon mula 25–100 mg/L. -1.1 hanggang 28.73 mg g-1. Samakatuwid, ang rate ng pag-alis ng DC ay negatibong nakakaugnay sa paunang konsentrasyon ng DC, na dahil sa limitadong bilang ng mga sentro ng reaksyon na sinusuportahan ng bawat adsorbent para sa adsorption at pag-alis ng DC sa solusyon. Kaya, maaari itong tapusin mula sa mga resulta na ang rGO / nZVI composite ay may mas mataas na kahusayan ng adsorption at pagbawas, at ang rGO sa komposisyon ng rGO / nZVI ay maaaring magamit kapwa bilang isang adsorbent at bilang isang materyal ng carrier.
Ang kahusayan sa pagtanggal at kapasidad ng DC adsorption para sa rGO/nZVI at nZVI composite ay (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, dosis = 0.05 g], pH. sa kapasidad ng adsorption at kahusayan sa pag-alis ng DC sa rGO/nZVI composites (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, dosis = 0.05 g].
Ang pH ng solusyon ay isang kritikal na kadahilanan sa pag-aaral ng mga proseso ng adsorption, dahil nakakaapekto ito sa antas ng ionization, speciation, at ionization ng adsorbent. Ang eksperimento ay isinagawa sa 25°C na may pare-parehong adsorbent na dosis (0.05 g) at isang paunang konsentrasyon na 50 mg L-1 sa hanay ng pH (3-11). Ayon sa isang literature review46, ang DC ay isang amphiphilic molecule na may ilang ionizable functional group (phenols, amino groups, alcohols) sa iba't ibang pH level. Bilang resulta, ang iba't ibang mga pag-andar ng DC at ang mga kaugnay na istruktura sa ibabaw ng rGO/nZVI composite ay maaaring makipag-ugnayan sa electrostatically at maaaring umiral bilang mga cation, zwitterions, at anion, ang DC molecule ay umiiral bilang cationic (DCH3+) sa pH <3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 at anionic (DCH− o DC2−) sa PH 7.7. Bilang resulta, ang iba't ibang mga pag-andar ng DC at ang mga kaugnay na istruktura sa ibabaw ng rGO/nZVI composite ay maaaring makipag-ugnayan sa electrostatically at maaaring umiral bilang mga cation, zwitterions, at anion, ang DC molecule ay umiiral bilang cationic (DCH3+) sa pH <3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 at anionic (DCH- o DC2-) sa PH 7.7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могут взаигут структур ут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в виде катиона (DCH3+) при3 тр ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 at анионный (DCH- o DC2-) при pH 7,7. Bilang resulta, ang iba't ibang mga function ng DC at mga kaugnay na istruktura sa ibabaw ng rGO/nZVI composite ay maaaring makipag-ugnayan sa electrostatically at maaaring umiral sa anyo ng mga cation, zwitterions, at anion; ang DC molecule ay umiiral bilang isang cation (DCH3+) sa pH <3.3; ionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 at anionic (DCH- o DC2-) sa pH 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生静电相互作电相互作用面、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 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 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 композита rGO/nZVI могут могут вступликтеть ствия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионными (+ДЦ3 ри3 Samakatuwid, ang iba't ibang mga pag-andar ng DC at mga kaugnay na istruktura sa ibabaw ng rGO/nZVI composite ay maaaring pumasok sa mga electrostatic na pakikipag-ugnayan at umiiral sa anyo ng mga cation, zwitterion, at anion, habang ang mga molekula ng DC ay cationic (DCH3+) sa pH <3.3. Он существует виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 at аниона (DCH- o DC2-) sa pH 7,7. Umiiral ito bilang isang zwitterion (DCH20) sa 3.3 < pH < 7.7 at isang anion (DCH- o DC2-) sa pH 7.7.Sa pagtaas ng pH mula 3 hanggang 7, ang kapasidad ng adsorption at kahusayan ng pagtanggal ng DC ay tumaas mula 11.2 mg/g (56%) hanggang 17 mg/g (85%) (Fig. 6C). Gayunpaman, habang tumaas ang pH sa 9 at 11, medyo bumaba ang kapasidad ng adsorption at kahusayan sa pagtanggal, mula 10.6 mg/g (53%) hanggang 6 mg/g (30%), ayon sa pagkakabanggit. Sa pagtaas ng pH mula 3 hanggang 7, ang mga DC ay higit na umiral sa anyo ng mga zwitterion, na ginawa silang halos hindi electrostatically naaakit o tinanggihan ng mga rGO/nZVI composites, na nakararami sa pamamagitan ng electrostatic na pakikipag-ugnayan. Habang tumaas ang pH sa itaas 8.2, ang ibabaw ng adsorbent ay negatibong sisingilin, kaya ang kapasidad ng adsorption ay bumaba at bumaba dahil sa electrostatic repulsion sa pagitan ng negatibong sisingilin na doxycycline at ang ibabaw ng adsorbent. Iminumungkahi ng trend na ito na ang DC adsorption sa rGO/nZVI composites ay lubos na umaasa sa pH, at ang mga resulta ay nagpapahiwatig din na ang rGO/nZVI composites ay angkop bilang adsorbents sa ilalim ng acidic at neutral na mga kondisyon.
Ang epekto ng temperatura sa adsorption ng isang may tubig na solusyon ng DC ay isinasagawa sa (25-55 ° C). Ipinapakita ng Figure 7A ang epekto ng pagtaas ng temperatura sa kahusayan sa pagtanggal ng DC antibiotics sa rGO/nZVI, malinaw na ang kapasidad ng pag-alis at kapasidad ng adsorption ay tumaas mula 83.44% at 13.9 mg/g hanggang 47% at 7.83 mg/g. , ayon sa pagkakabanggit. Ang makabuluhang pagbaba na ito ay maaaring dahil sa pagtaas ng thermal energy ng mga DC ions, na humahantong sa desorption47.
Epekto ng Temperatura sa Kahusayan sa Pag-alis at Kapasidad ng Adsorption ng CD sa rGO/nZVI Composites (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dose = 0.05 g], Adsorbent Dose sa Removal Efficiency at Removal Efficiency ng CD Epekto ng Paunang Konsentrasyon sa kapasidad ng adsorption at kahusayan ng pag-alis ng DC sa rGO/nSVI composite (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0.05 g].
Ang epekto ng pagtaas ng dosis ng composite adsorbent rGO/nZVI mula 0.01 g hanggang 0.07 g sa kahusayan sa pag-alis at kapasidad ng adsorption ay ipinapakita sa Fig. 7B. Ang pagtaas sa dosis ng adsorbent ay humantong sa pagbaba sa kapasidad ng adsorption mula 33.43 mg/g hanggang 6.74 mg/g. Gayunpaman, sa isang pagtaas sa dosis ng adsorbent mula 0.01 g hanggang 0.07 g, ang kahusayan sa pag-alis ay tumataas mula 66.8% hanggang 96%, na, nang naaayon, ay maaaring nauugnay sa pagtaas ng bilang ng mga aktibong sentro sa ibabaw ng nanocomposite.
Ang epekto ng paunang konsentrasyon sa kapasidad ng adsorption at kahusayan sa pagtanggal [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, dosis 0.05 g] ay pinag-aralan. Kapag ang paunang konsentrasyon ay nadagdagan mula 25 mg L-1 hanggang 100 mg L-1, ang porsyento ng pag-alis ng rGO/nZVI composite ay bumaba mula 94.6% hanggang 65% (Larawan 7C), marahil dahil sa kawalan ng nais na aktibo. mga site. . Nag-adsorb ng malalaking konsentrasyon ng DC49. Sa kabilang banda, habang tumaas ang paunang konsentrasyon, tumaas din ang kapasidad ng adsorption mula 9.4 mg/g hanggang 30 mg/g hanggang sa maabot ang ekwilibriyo (Larawan 7D). Ang hindi maiiwasang reaksyon na ito ay dahil sa pagtaas ng puwersa sa pagmamaneho na may paunang konsentrasyon ng DC na mas malaki kaysa sa resistensya ng paglipat ng mass ng ion ng DC upang maabot ang ibabaw na 50 ng rGO/nZVI composite.
Layunin ng contact time at kinetic studies na maunawaan ang equilibrium time ng adsorption. Una, ang halaga ng DC na na-adsorb sa unang 40 minuto ng oras ng pakikipag-ugnayan ay humigit-kumulang kalahati ng kabuuang halaga na na-adsorb sa buong oras (100 minuto). Habang ang mga molekula ng DC sa solusyon ay nagbabanggaan na nagdudulot sa kanila ng mabilis na paglipat sa ibabaw ng rGO/nZVI composite na nagreresulta sa makabuluhang adsorption. Pagkatapos ng 40 min, ang DC adsorption ay tumaas nang unti-unti at dahan-dahan hanggang sa maabot ang equilibrium pagkatapos ng 60 min (Larawan 7D). Dahil ang isang makatwirang halaga ay na-adsorbed sa loob ng unang 40 minuto, magkakaroon ng mas kaunting banggaan sa mga molekula ng DC at mas kaunting mga aktibong site ang magiging available para sa hindi na-adsorbed na mga molekula. Samakatuwid, ang adsorption rate ay maaaring mabawasan51.
Upang mas maunawaan ang mga kinetics ng adsorption, ginamit ang mga line plot ng pseudo first order (Fig. 8A), pseudo second order (Fig. 8B), at Elovich (Fig. 8C) na mga kinetic na modelo. Mula sa mga parameter na nakuha mula sa kinetic na pag-aaral (Table S1), nagiging malinaw na ang pseudosecond model ay ang pinakamahusay na modelo para sa paglalarawan ng adsorption kinetics, kung saan ang halaga ng R2 ay itinakda nang mas mataas kaysa sa iba pang dalawang modelo. Mayroon ding pagkakatulad sa pagitan ng mga kinakalkula na kapasidad ng adsorption (qe, cal). Ang pseudo-second order at ang experimental values (qe, exp.) ay karagdagang ebidensya na ang pseudo-second order ay isang mas mahusay na modelo kaysa sa iba pang mga modelo. Tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 1, ang mga halaga ng α (initial adsorption rate) at β (desorption constant) ay nagpapatunay na ang adsorption rate ay mas mataas kaysa sa desorption rate, na nagpapahiwatig na ang DC ay may posibilidad na mag-adsorb nang mahusay sa rGO/nZVI52 composite. .
Linear adsorption kinetic plots ng pseudo-second order (A), pseudo-first order (B) at Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0.05 g ].
Ang mga pag-aaral ng mga isotherm ng adsorption ay nakakatulong upang matukoy ang kapasidad ng adsorption ng adsorbent (RGO/nRVI composite) sa iba't ibang mga konsentrasyon ng adsorbate (DC) at temperatura ng system. Ang maximum na kapasidad ng adsorption ay kinakalkula gamit ang Langmuir isotherm, na nagpahiwatig na ang adsorption ay homogenous at kasama ang pagbuo ng isang adsorbate monolayer sa ibabaw ng adsorbent nang walang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila53. Dalawa pang malawakang ginagamit na isotherm na modelo ay ang Freundlich at Temkin na mga modelo. Bagama't ang modelo ng Freundlich ay hindi ginagamit upang kalkulahin ang kapasidad ng adsorption, nakakatulong ito upang maunawaan ang heterogenous na proseso ng adsorption at ang mga bakante sa adsorbent ay may iba't ibang enerhiya, habang ang modelo ng Temkin ay tumutulong upang maunawaan ang pisikal at kemikal na mga katangian ng adsorption54.
Ang mga figure 9A-C ay nagpapakita ng mga line plot ng Langmuir, Freindlich, at Temkin na mga modelo, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga halaga ng R2 na kinakalkula mula sa Freundlich (Fig. 9A) at Langmuir (Fig. 9B) na mga plot ng linya at ipinakita sa Talahanayan 2 ay nagpapakita na ang DC adsorption sa rGO/nZVI composite ay sumusunod sa Freundlich (0.996) at Langmuir (0.988) isotherm mga modelo at Temkin (0.985). Ang maximum na kapasidad ng adsorption (qmax), na kinakalkula gamit ang Langmuir isotherm model, ay 31.61 mg g-1. Bilang karagdagan, ang kinakalkula na halaga ng walang sukat na separation factor (RL) ay nasa pagitan ng 0 at 1 (0.097), na nagpapahiwatig ng isang kanais-nais na proseso ng adsorption. Kung hindi, ang kinakalkula na Freundlich constant (n = 2.756) ay nagpapahiwatig ng isang kagustuhan para sa proseso ng pagsipsip na ito. Ayon sa linear na modelo ng Temkin isotherm (Fig. 9C), ang adsorption ng DC sa rGO/nZVI composite ay isang pisikal na proseso ng adsorption, dahil ang b ay ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. Bagaman ang pisikal na adsorption ay karaniwang pinapamagitan ng mahina na puwersa ng van der Waals, ang direktang kasalukuyang adsorption sa rGO/nZVI composite ay nangangailangan ng mababang adsorption energies [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B), at Temkin (C) linear adsorption isotherms [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0.05 g]. Plot ng van't Hoff equation para sa DC adsorption ng rGO/nZVI composites (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C at dosis = 0.05 g].
Upang suriin ang epekto ng pagbabago ng temperatura ng reaksyon sa pag-alis ng DC mula sa rGO/nZVI composites, ang mga thermodynamic na parameter tulad ng entropy change (ΔS), enthalpy change (ΔH), at libreng energy change (ΔG) ay kinakalkula mula sa mga equation. 3 at 458.
kung saan \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – thermodynamic equilibrium constant, Ce at CAe – rGO sa solusyon, ayon sa pagkakabanggit /nZVI DC concentrations sa surface equilibrium. Ang R at RT ay ang gas constant at adsorption temperature, ayon sa pagkakabanggit. Ang paglalagay ng ln Ke laban sa 1/T ay nagbibigay ng isang tuwid na linya (Fig. 9D) kung saan matutukoy ang ∆S at ∆H.
Ang isang negatibong halaga ng ΔH ay nagpapahiwatig na ang proseso ay exothermic. Sa kabilang banda, ang halaga ng ΔH ay nasa loob ng proseso ng pisikal na adsorption. Ang mga negatibong halaga ng ΔG sa Talahanayan 3 ay nagpapahiwatig na ang adsorption ay posible at kusang-loob. Ang mga negatibong halaga ng ΔS ay nagpapahiwatig ng isang mataas na pagkakasunud-sunod ng mga adsorbent na molekula sa likidong interface (Talahanayan 3).
Inihahambing ng talahanayan 4 ang rGO/nZVI composite sa iba pang mga adsorbents na iniulat sa mga nakaraang pag-aaral. Malinaw na ang VGO/nCVI composite ay may mataas na kapasidad ng adsorption at maaaring isang promising material para sa pag-alis ng DC antibiotics mula sa tubig. Bilang karagdagan, ang adsorption ng rGO/nZVI composites ay isang mabilis na proseso na may equilibration time na 60 min. Ang mahusay na mga katangian ng adsorption ng rGO / nZVI composite ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng synergistic na epekto ng rGO at nZVI.
Ang mga figure 10A, B ay naglalarawan ng makatwirang mekanismo para sa pag-alis ng DC antibiotics ng rGO/nZVI at nZVI complex. Ayon sa mga resulta ng mga eksperimento sa epekto ng pH sa kahusayan ng DC adsorption, na may pagtaas sa pH mula 3 hanggang 7, ang DC adsorption sa rGO/nZVI composite ay hindi kinokontrol ng mga electrostatic na pakikipag-ugnayan, dahil ito ay kumilos bilang isang zwitterion; samakatuwid, ang pagbabago sa halaga ng pH ay hindi nakakaapekto sa proseso ng adsorption. Kasunod nito, ang mekanismo ng adsorption ay maaaring kontrolin ng mga non-electrostatic na pakikipag-ugnayan tulad ng hydrogen bonding, hydrophobic effect, at π-π stacking na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng rGO/nZVI composite at DC66. Kilalang-kilala na ang mekanismo ng aromatic adsorbates sa mga ibabaw ng layered graphene ay ipinaliwanag ng π–π stacking interaction bilang pangunahing puwersang nagtutulak. Ang composite ay isang layered na materyal na katulad ng graphene na may maximum na pagsipsip sa 233 nm dahil sa π-π* transition. Batay sa pagkakaroon ng apat na mabangong singsing sa molekular na istraktura ng DC adsorbate, na-hypothesize namin na mayroong mekanismo ng π-π-stacking na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng aromatic DC (π-electron acceptor) at ang rehiyon na mayaman sa π-electrons papunta sa ibabaw ng RGO. /nZVI composite. Bilang karagdagan, tulad ng ipinapakita sa fig. 10B, ang mga pag-aaral ng FTIR ay isinagawa upang pag-aralan ang molekular na pakikipag-ugnayan ng rGO / nZVI composite sa DC, at ang FTIR spectra ng rGO / nZVI composite pagkatapos ng DC adsorption ay ipinapakita sa Figure 10B. 10b. Ang isang bagong rurok ay sinusunod sa 2111 cm-1, na tumutugma sa framework vibration ng C=C bond, na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng kaukulang mga organic functional na grupo sa ibabaw ng 67 rGO/nZVI. Ang iba pang mga taluktok ay nagbabago mula 1561 hanggang 1548 cm-1 at mula 1399 hanggang 1360 cm-1, na nagpapatunay din na ang mga pakikipag-ugnayan ng π-π ay may mahalagang papel sa adsorption ng graphene at mga organikong pollutant68,69. Pagkatapos ng DC adsorption, ang intensity ng ilang mga pangkat na naglalaman ng oxygen, tulad ng OH, ay bumaba sa 3270 cm-1, na nagmumungkahi na ang hydrogen bonding ay isa sa mga mekanismo ng adsorption. Kaya, batay sa mga resulta, ang DC adsorption sa rGO/nZVI composite ay nangyayari pangunahin dahil sa π-π stacking interaction at H-bond.
Rational na mekanismo ng adsorption ng DC antibiotics ng rGO/nZVI at nZVI complexes (A). FTIR adsorption spectra ng DC sa rGO/nZVI at nZVI (B).
Ang intensity ng absorption bands ng nZVI sa 3244, 1615, 1546, at 1011 cm–1 ay tumaas pagkatapos ng DC adsorption sa nZVI (Fig. 10B) kumpara sa nZVI, na dapat na nauugnay sa pakikipag-ugnayan sa mga posibleng functional group ng carboxylic acid. O mga grupo sa DC. Gayunpaman, ang mas mababang porsyento ng paghahatid sa lahat ng naobserbahang banda ay nagpapahiwatig ng walang makabuluhang pagbabago sa kahusayan ng adsorption ng phytosynthetic adsorbent (nZVI) kumpara sa nZVI bago ang proseso ng adsorption. Ayon sa ilang pananaliksik sa pag-alis ng DC na may nZVI71, kapag ang nZVI ay tumutugon sa H2O, ang mga electron ay inilalabas at pagkatapos ay ginagamit ang H+ upang makagawa ng lubos na nababawasan na aktibong hydrogen. Sa wakas, ang ilang mga cationic compound ay tumatanggap ng mga electron mula sa aktibong hydrogen, na nagreresulta sa -C=N at -C=C-, na iniuugnay sa paghahati ng singsing ng benzene.
Oras ng post: Nob-14-2022