সবুজ সংশ্লেষিত হ্রাসকৃত গ্রাফিন অক্সাইড এবং ন্যানো-জিরো আয়রন কমপ্লেক্স দ্বারা জল থেকে ডক্সিসাইক্লিন অ্যান্টিবায়োটিকের সমন্বিত অপসারণ

Nature.com-এ আসার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজার সংস্করণটি ব্যবহার করছেন তাতে CSS-এর সমর্থন সীমিত। সর্বোত্তম অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি হালনাগাদ ব্রাউজার ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে কম্প্যাটিবিলিটি মোড নিষ্ক্রিয় করুন)। আপাতত, নিরবচ্ছিন্ন সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি রেন্ডার করব।
এই গবেষণায়, “সবুজ” রসায়নের নীতি, যেমন কম ক্ষতিকারক রাসায়নিক সংশ্লেষণ, মেনে চলার জন্য সোফোরা ইয়েলোইশ পাতার নির্যাসকে বিজারক এবং স্থিতিশীলকারক হিসেবে ব্যবহার করে একটি সহজ ও পরিবেশবান্ধব পদ্ধতিতে প্রথমবারের মতো rGO/nZVI কম্পোজিট সংশ্লেষণ করা হয়েছে। কম্পোজিটের সফল সংশ্লেষণ যাচাই করার জন্য SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR এবং জেটা পটেনশিয়ালের মতো বিভিন্ন সরঞ্জাম ব্যবহার করা হয়েছে, যা কম্পোজিটের সফল গঠন নির্দেশ করে। rGO এবং nZVI-এর মধ্যে সিনারজিস্টিক প্রভাব তদন্ত করার জন্য, অ্যান্টিবায়োটিক ডক্সিসাইক্লিনের বিভিন্ন প্রারম্ভিক ঘনমাত্রায় নতুন কম্পোজিট এবং বিশুদ্ধ nZVI-এর অপসারণ ক্ষমতা তুলনা করা হয়েছে। 25mg L-1, 25°C এবং 0.05g-এর অপসারণ শর্তে, বিশুদ্ধ nZVI-এর শোষণমূলক অপসারণের হার ছিল 90%, যেখানে rGO/nZVI কম্পোজিট দ্বারা ডক্সিসাইক্লিনের শোষণমূলক অপসারণের হার 94.6%-এ পৌঁছেছে, যা nZVI এবং rGO-এর সিনারজিস্টিক প্রভাব নিশ্চিত করে। অধিশোষণ প্রক্রিয়াটি একটি ছদ্ম-দ্বিতীয় ক্রমের (pseudo-second order) এবং এটি ফ্রয়েন্ডলিচ মডেলের (Freundlich model) সাথে ভালোভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যেখানে ২৫ °C তাপমাত্রা এবং pH ৭-এ এর সর্বোচ্চ অধিশোষণ ক্ষমতা ৩১.৬১ mg g-1। DC অপসারণের জন্য একটি যুক্তিসঙ্গত কার্যপ্রণালী প্রস্তাব করা হয়েছে। এছাড়াও, পরপর ছয়টি পুনরুজ্জীবন চক্রের পর rGO/nZVI যৌগটির পুনঃব্যবহারযোগ্যতা ছিল ৬০%।
পানির অভাব ও দূষণ এখন সকল দেশের জন্য একটি গুরুতর হুমকি। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে, কোভিড-১৯ মহামারীর সময় উৎপাদন ও ব্যবহার বৃদ্ধির কারণে পানি দূষণ, বিশেষ করে অ্যান্টিবায়োটিক দূষণ, বৃদ্ধি পেয়েছে¹,²,³। তাই, বর্জ্য পানি থেকে অ্যান্টিবায়োটিক নির্মূল করার জন্য একটি কার্যকর প্রযুক্তির উদ্ভাবন একটি জরুরি কাজ।
টেট্রাসাইক্লিন গ্রুপের প্রতিরোধী আধা-সংশ্লেষিত অ্যান্টিবায়োটিকগুলির মধ্যে একটি হল ডক্সিসাইক্লিন (ডিসি)⁴,⁵। জানা গেছে যে ভূগর্ভস্থ জল এবং ভূপৃষ্ঠের জলে ডিসি-র অবশিষ্টাংশ বিপাক হতে পারে না, মাত্র ২০-৫০% বিপাক হয় এবং বাকি অংশ পরিবেশে নির্গত হয়ে গুরুতর পরিবেশগত এবং স্বাস্থ্য সমস্যা সৃষ্টি করে⁶।
স্বল্প মাত্রায় ডিসি-এর সংস্পর্শে এলে তা জলজ সালোকসংশ্লেষী অণুজীবকে মেরে ফেলতে পারে, জীবাণুনাশক ব্যাকটেরিয়ার বিস্তারকে বাধাগ্রস্ত করতে পারে এবং জীবাণুনাশক প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়াতে পারে, তাই এই দূষকটিকে বর্জ্য জল থেকে অবশ্যই অপসারণ করতে হবে। জলে ডিসি-এর প্রাকৃতিক অবক্ষয় একটি অত্যন্ত ধীর প্রক্রিয়া। ফটোলাইসিস, জৈব-অবক্ষয় এবং শোষণ-এর মতো ভৌত-রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলি কেবলমাত্র স্বল্প ঘনত্বে এবং খুব কম হারে এটিকে অবক্ষয় করতে পারে7,8। তবে, সবচেয়ে সাশ্রয়ী, সহজ, পরিবেশবান্ধব, সহজে পরিচালনাযোগ্য এবং কার্যকর পদ্ধতি হলো শোষণ9,10।
ন্যানো জিরো ভ্যালেন্ট আয়রন (nZVI) একটি অত্যন্ত শক্তিশালী উপাদান যা পানি থেকে মেট্রোনিডাজল, ডায়াজেপাম, সিপ্রোফ্লক্সাসিন, ক্লোরামফেনিকল এবং টেট্রাসাইক্লিন সহ অনেক অ্যান্টিবায়োটিক অপসারণ করতে পারে। এই ক্ষমতার কারণ হলো nZVI-এর অসাধারণ কিছু বৈশিষ্ট্য, যেমন উচ্চ বিক্রিয়াশীলতা, বৃহৎ পৃষ্ঠতল এবং অসংখ্য বাহ্যিক বন্ধন স্থান¹¹। তবে, ভ্যান ডার ওয়েলস বল এবং উচ্চ চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্যের কারণে জলীয় মাধ্যমে nZVI জমাট বাঁধার প্রবণতা দেখায়, যা অক্সাইড স্তর গঠনের মাধ্যমে দূষক অপসারণের কার্যকারিতা হ্রাস করে, কারণ এই স্তরগুলো nZVI-এর বিক্রিয়াশীলতাকে বাধা দেয়¹⁰,¹²। সারফ্যাক্ট্যান্ট এবং পলিমার দ্বারা nZVI কণার পৃষ্ঠতল পরিবর্তন করে অথবা অন্যান্য ন্যানোউপাদানের সাথে যৌগ আকারে একত্রিত করে এদের জমাট বাঁধা কমানো যেতে পারে, যা পরিবেশে এদের স্থিতিশীলতা উন্নত করার একটি কার্যকর পদ্ধতি হিসেবে প্রমাণিত হয়েছে¹³,¹⁴।
গ্রাফিন হলো একটি দ্বি-মাত্রিক কার্বন ন্যানোম্যাটেরিয়াল যা sp2-সংকরিত কার্বন পরমাণু দ্বারা গঠিত এবং একটি মধুচাক জালিকায় সজ্জিত থাকে। এর রয়েছে বৃহৎ পৃষ্ঠতল, উল্লেখযোগ্য যান্ত্রিক শক্তি, চমৎকার তড়িৎ-অনুঘটকীয় সক্রিয়তা, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, দ্রুত ইলেকট্রন সচলতা এবং এর পৃষ্ঠে অজৈব ন্যানোপার্টিকেল ধারণ করার জন্য এটি একটি উপযুক্ত বাহক উপাদান। ধাতব ন্যানোপার্টিকেল এবং গ্রাফিনের সংমিশ্রণ প্রতিটি উপাদানের স্বতন্ত্র সুবিধাকে বহুগুণে ছাড়িয়ে যেতে পারে এবং এর উন্নত ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, আরও কার্যকর জল পরিশোধনের জন্য ন্যানোপার্টিকেলের সর্বোত্তম বন্টন প্রদান করে¹⁵।
রিডিউসড গ্রাফিন অক্সাইড (rGO) এবং nZVI সংশ্লেষণে সাধারণত ব্যবহৃত ক্ষতিকারক রাসায়নিক বিজারক পদার্থের সর্বোত্তম বিকল্প হলো উদ্ভিদের নির্যাস, কারণ এগুলো সহজলভ্য, স্বল্পমূল্যের, এক-ধাপের, পরিবেশগতভাবে নিরাপদ এবং বিজারক পদার্থ হিসেবে ব্যবহার করা যায়। ফ্ল্যাভোনয়েড এবং ফেনোলিক যৌগের মতো উপাদানগুলো স্টেবিলাইজার হিসেবেও কাজ করে। তাই, এই গবেষণায় rGO/nZVI কম্পোজিট সংশ্লেষণের জন্য অ্যাট্রিপ্লেক্স হ্যালিমাস এল. (Atriplex halimus L.) পাতার নির্যাসকে একটি মেরামতকারী এবং বন্ধনকারী পদার্থ হিসেবে ব্যবহার করা হয়েছে। অ্যামারান্থেসি (Amaranthaceae) পরিবারের অন্তর্গত অ্যাট্রিপ্লেক্স হ্যালিমাস হলো একটি নাইট্রোজেন-প্রেমী বহুবর্ষজীবী গুল্ম, যার ভৌগোলিক বিস্তৃতি অনেক বিস্তৃত।
প্রাপ্ত তথ্যানুসারে, অ্যাট্রিপ্লেক্স হ্যালিমাস (A. halimus) সর্বপ্রথম একটি সাশ্রয়ী ও পরিবেশবান্ধব সংশ্লেষণ পদ্ধতি হিসেবে rGO/nZVI কম্পোজিট তৈরিতে ব্যবহৃত হয়েছিল। সুতরাং, এই কাজের উদ্দেশ্য চারটি অংশে বিভক্ত: (১) A. halimus-এর জলজ পাতার নির্যাস ব্যবহার করে rGO/nZVI এবং মূল nZVI কম্পোজিটের ফাইটোসংশ্লেষণ, (২) ফাইটোসংশ্লেষিত কম্পোজিটগুলোর সফল গঠন নিশ্চিত করার জন্য একাধিক পদ্ধতি ব্যবহার করে সেগুলোর বৈশিষ্ট্য নিরূপণ, (৩) বিভিন্ন বিক্রিয়া পরামিতির অধীনে ডক্সিসাইক্লিন অ্যান্টিবায়োটিকের জৈব দূষক শোষণ ও অপসারণে rGO এবং nZVI-এর সমন্বিত প্রভাব অধ্যয়ন এবং শোষণ প্রক্রিয়ার শর্তাবলী অনুকূল করা, (৪) প্রক্রিয়াকরণ চক্রের পরে বিভিন্ন ধারাবাহিক প্রক্রিয়ায় কম্পোজিট উপাদানগুলোর কার্যকারিতা অনুসন্ধান।
ডক্সিসাইক্লিন হাইড্রোক্লোরাইড (ডিসি, আণবিক ভর = ৪৮০.৯০, রাসায়নিক সংকেত C22H24N2O·HCl, ৯৮%), আয়রন ক্লোরাইড হেক্সাহাইড্রেট (FeCl3.6H2O, ৯৭%), গ্রাফাইট পাউডার মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের সিগমা-অলড্রিচ থেকে কেনা হয়েছিল। সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড (NaOH, ৯৭%), ইথানল (C2H5OH, ৯৯.৯%) এবং হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড (HCl, ৩৭%) মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের মার্ক থেকে কেনা হয়েছিল। NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 এবং MgCl2 তিয়ানজিন কমিও কেমিক্যাল রিজেন্ট কোং, লিমিটেড থেকে কেনা হয়েছিল। সমস্ত বিকারক উচ্চ বিশ্লেষণাত্মক বিশুদ্ধতার। সমস্ত জলীয় দ্রবণ প্রস্তুত করতে ডাবল-ডিস্টিলড জল ব্যবহার করা হয়েছিল।
নীল নদের ব-দ্বীপ এবং মিশরের ভূমধ্যসাগরীয় উপকূলবর্তী ভূমিতে অবস্থিত এর প্রাকৃতিক আবাসস্থল থেকে A. halimus-এর প্রতিনিধিত্বমূলক নমুনা সংগ্রহ করা হয়েছে। প্রযোজ্য জাতীয় ও আন্তর্জাতিক নির্দেশিকা¹⁷ অনুসারে উদ্ভিদ উপাদান সংগ্রহ করা হয়েছিল। অধ্যাপক মানাল ফাওজি বুলোস¹⁸ অনুসারে উদ্ভিদ নমুনাগুলি শনাক্ত করেছেন এবং আলেকজান্দ্রিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের পরিবেশ বিজ্ঞান বিভাগ বৈজ্ঞানিক উদ্দেশ্যে অধ্যয়নকৃত উদ্ভিদ প্রজাতি সংগ্রহের অনুমোদন দিয়েছে। নমুনা ভাউচারগুলি তানতা বিশ্ববিদ্যালয় হার্বেরিয়ামে (TANE) রাখা আছে, ভাউচার নং ১৪ ১২২–১৪ ১২৭; এটি একটি পাবলিক হার্বেরিয়াম যা সংরক্ষিত উপাদানগুলিতে প্রবেশাধিকার প্রদান করে। এছাড়াও, ধুলো বা ময়লা অপসারণের জন্য, উদ্ভিদের পাতা ছোট ছোট টুকরো করে কেটে, কলের জল এবং পাতিত জল দিয়ে ৩ বার ধুয়ে, এবং তারপর ৫০° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় শুকানো হয়। উদ্ভিদটিকে চূর্ণ করে, ৫ গ্রাম মিহি গুঁড়ো ১০০ মিলি পাতিত জলে ডুবিয়ে ৭০° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় ২০ মিনিট ধরে নাড়ানো হয় একটি নির্যাস পাওয়ার জন্য। ব্যাসিলাস নিকোটিয়ানে-র প্রাপ্ত নির্যাস হোয়াটম্যান ফিল্টার পেপারের মাধ্যমে ছেঁকে নেওয়া হয়েছিল এবং পরবর্তী ব্যবহারের জন্য পরিষ্কার ও জীবাণুমুক্ত টিউবে ৪° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় সংরক্ষণ করা হয়েছিল।
চিত্র ১-এ দেখানো অনুযায়ী, পরিবর্তিত হামার্স পদ্ধতি ব্যবহার করে গ্রাফাইট পাউডার থেকে জিও (GO) তৈরি করা হয়েছিল। ১০ মিলিগ্রাম জিও পাউডারকে সনিকেশনের মাধ্যমে ৩০ মিনিটের জন্য ৫০ মিলি বিশুদ্ধ পানিতে দ্রবীভূত করা হয়, এবং তারপর ০.৯ গ্রাম FeCl3 ও ২.৯ গ্রাম NaAc ৬০ মিনিটের জন্য মেশানো হয়। নাড়ানো দ্রবণটিতে ২০ মিলি অ্যাট্রিপ্লেক্স পাতার নির্যাস যোগ করে নাড়ানো হয় এবং ৮০°C তাপমাত্রায় ৮ ঘন্টার জন্য রেখে দেওয়া হয়। ফলে প্রাপ্ত কালো সাসপেনশনটি ফিল্টার করা হয়। প্রস্তুতকৃত ন্যানোকম্পোজিটগুলোকে ইথানল ও দ্বি-পাতিত পানি দিয়ে ধুয়ে তারপর ৫০°C তাপমাত্রায় একটি ভ্যাকুয়াম ওভেনে ১২ ঘন্টার জন্য শুকানো হয়।
অ্যাট্রিপ্লেক্স হ্যালিমাস নির্যাস ব্যবহার করে rGO/nZVI ও nZVI জটিলের পরিবেশবান্ধব সংশ্লেষণ এবং দূষিত জল থেকে ডিসি অ্যান্টিবায়োটিক অপসারণের নকশাচিত্র ও ডিজিটাল আলোকচিত্র।
সংক্ষেপে, চিত্র ১-এ দেখানো পদ্ধতি অনুসারে, ০.০৫ M Fe³⁺ আয়নযুক্ত ১০ মিলি আয়রন ক্লোরাইড দ্রবণকে মাঝারি তাপ প্রয়োগ ও নাড়াচাড়ার মাধ্যমে ৬০ মিনিট ধরে ২০ মিলি তেতো পাতার নির্যাস দ্রবণে ফোঁটা ফোঁটা করে যোগ করা হয়। এরপর দ্রবণটিকে ১৪,০০০ rpm (হার্মলে, ১৫,০০০ rpm) গতিতে ১৫ মিনিটের জন্য সেন্ট্রিফিউজ করে কালো কণা সংগ্রহ করা হয়, যেগুলোকে পরবর্তীতে ইথানল ও পাতিত জল দিয়ে ৩ বার ধুয়ে ৬০° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় একটি ভ্যাকুয়াম ওভেনে সারারাত ধরে শুকানো হয়।
উদ্ভিদ-সংশ্লেষিত rGO/nZVI এবং nZVI কম্পোজিটসমূহকে ২০০-৮০০ nm স্ক্যানিং পরিসরে UV-visible স্পেকট্রোস্কোপি (T70/T80 সিরিজের UV/Vis স্পেকট্রোফটোমিটার, PG Instruments Ltd, UK) দ্বারা বৈশিষ্ট্যমণ্ডিত করা হয়েছিল। rGO/nZVI এবং nZVI কম্পোজিটসমূহের টপোগ্রাফি এবং আকার বন্টন বিশ্লেষণ করার জন্য TEM স্পেকট্রোস্কোপি (JOEL, JEM-2100F, জাপান, অ্যাক্সিলারেটিং ভোল্টেজ ২০০ kV) ব্যবহার করা হয়েছিল। পুনরুদ্ধার এবং স্থিতিশীলকরণ প্রক্রিয়ার জন্য দায়ী উদ্ভিদ নির্যাসে জড়িত থাকতে পারে এমন কার্যকরী গ্রুপগুলো মূল্যায়ন করার জন্য FT-IR স্পেকট্রোস্কোপি (JASCO স্পেকট্রোমিটার, ৪০০০-৬০০ cm-1 পরিসরে) সম্পন্ন করা হয়েছিল। এছাড়াও, সংশ্লেষিত ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলোর পৃষ্ঠ চার্জ অধ্যয়নের জন্য একটি জেটা পটেনশিয়াল অ্যানালাইজার (Zetasizer Nano ZS Malvern) ব্যবহার করা হয়েছিল। গুঁড়ো ন্যানোম্যাটেরিয়ালের এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন পরিমাপের জন্য, একটি এক্স-রে ডিফ্র্যাক্টোমিটার (এক্স'পার্ট প্রো, নেদারল্যান্ডস) ব্যবহার করা হয়েছিল, যা ৪০ মিলিঅ্যাম্পিয়ার কারেন্ট ও ৪৫ কিলোভোল্ট ভোল্টেজে ২০° থেকে ৮০° পর্যন্ত ২θ পরিসরে এবং CuKa1 বিকিরণে (λ = ১.৫৪০৫৬ অ্যাংস্ট্রম) পরিচালিত হয়। এনার্জি ডিসপারসিভ এক্স-রে স্পেকট্রোমিটার (EDX) (মডেল JEOL JSM-IT100) মৌলীয় গঠন অধ্যয়নের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। এটি XPS-এ -১০ থেকে ১৩৫০ ইলেকট্রন ভোল্ট পর্যন্ত Al K-α মনোক্রোম্যাটিক এক্স-রে সংগ্রহ করে, যার স্পট সাইজ ৪০০ মাইক্রোমিটার K-ALPHA (থার্মো ফিশার সায়েন্টিফিক, ইউএসএ)। এর পূর্ণ স্পেকট্রামের ট্রান্সমিশন শক্তি ২০০ ইলেকট্রন ভোল্ট এবং সংকীর্ণ স্পেকট্রামের ট্রান্সমিশন শক্তি ৫০ ইলেকট্রন ভোল্ট। গুঁড়ো নমুনাটি একটি স্যাম্পল হোল্ডারের উপর চাপ দিয়ে বসানো হয়, যা একটি ভ্যাকুয়াম চেম্বারে রাখা থাকে। বন্ধন শক্তি নির্ধারণের জন্য C 1s বর্ণালীকে 284.58 eV-তে একটি রেফারেন্স হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল।
জলীয় দ্রবণ থেকে ডক্সিসাইক্লিন (DC) অপসারণে সংশ্লেষিত rGO/nZVI ন্যানোকম্পোজিটের কার্যকারিতা যাচাই করার জন্য অধিশোষণ পরীক্ষা চালানো হয়েছিল। ২৯৮ কেলভিন তাপমাত্রায়, একটি অরবিটাল শেকারে (স্টুয়ার্ট, অরবিটাল শেকার/এসএসএল১) ২০০ আরপিএম ঝাঁকুনির গতিতে ২৫ মিলি এর্লেনমেয়ার ফ্লাস্কে অধিশোষণ পরীক্ষাগুলো সম্পন্ন করা হয়। এর জন্য দ্বি-পাতিত জল দিয়ে DC স্টক দ্রবণ (১০০০ পিপিএম) লঘু করা হয়েছিল। অধিশোষণ দক্ষতার উপর rGO/nSVI-এর মাত্রার প্রভাব মূল্যায়ন করার জন্য, ২০ মিলি DC দ্রবণে বিভিন্ন ওজনের (০.০১–০.০৭ গ্রাম) ন্যানোকম্পোজিট যোগ করা হয়েছিল। গতিবিদ্যা এবং অধিশোষণ আইসোথার্ম অধ্যয়নের জন্য, ০.০৫ গ্রাম অধিশোষককে প্রাথমিক ঘনত্ব (২৫–১০০ মিলিগ্রাম/লিটার) সহ CD-এর একটি জলীয় দ্রবণে নিমজ্জিত করা হয়েছিল। ২৫°C তাপমাত্রায়, ৫০ মিলিগ্রাম/লিটার প্রাথমিক ঘনত্বে এবং pH (৩-১১) পরিসরে DC অপসারণের উপর pH-এর প্রভাব অধ্যয়ন করা হয়েছিল। অল্প পরিমাণে HCl বা NaOH দ্রবণ যোগ করে সিস্টেমের pH সামঞ্জস্য করা হয়েছিল (ক্রিসন pH মিটার, pH মিটার, pH ২৫)। এছাড়াও, ২৫-৫৫°C তাপমাত্রার পরিসরে অধিশোষণ পরীক্ষাগুলিতে বিক্রিয়ার তাপমাত্রার প্রভাব অনুসন্ধান করা হয়েছিল। DC-এর ৫০ মিলিগ্রাম/লিটার প্রাথমিক ঘনত্ব, pH ৩ এবং ৭, ২৫°C তাপমাত্রা এবং ০.০৫ গ্রাম অধিশোষক মাত্রায় বিভিন্ন ঘনত্বের NaCl (০.০১-৪ মোল/লিটার) যোগ করে অধিশোষণ প্রক্রিয়ার উপর আয়নিক শক্তির প্রভাব অধ্যয়ন করা হয়েছিল। অশোষিত ডিসি-এর শোষণ একটি ডুয়াল বিম ইউভি-ভিস স্পেকট্রোফটোমিটার (টি৭০/টি৮০ সিরিজ, পিজি ইন্সট্রুমেন্টস লিমিটেড, ইউকে) ব্যবহার করে পরিমাপ করা হয়েছিল, যা ১.০ সেমি পথ দৈর্ঘ্যের কোয়ার্টজ কিউভেট দ্বারা সজ্জিত ছিল এবং এর সর্বোচ্চ তরঙ্গদৈর্ঘ্য (λmax) ছিল ২৭০ এবং ৩৫০ এনএম। ডিসি অ্যান্টিবায়োটিকের অপসারণের শতকরা হার (আর%; সমীকরণ ১) এবং ডিসি-এর শোষণের পরিমাণ, কিউটি, সমীকরণ ২ (মিলিগ্রাম/গ্রাম) নিম্নলিখিত সমীকরণ ব্যবহার করে পরিমাপ করা হয়েছিল।
যেখানে %R হলো ডিসি অপসারণ ক্ষমতা (%), Co হলো সময় 0-তে ডিসি-র প্রাথমিক ঘনত্ব এবং C হলো সময় t-তে ডিসি-র ঘনত্ব (mg L-1)।
যেখানে qe হলো অধিশোষকের প্রতি একক ভরে শোষিত DC-এর পরিমাণ (mg g-1), Co এবং Ce হলো যথাক্রমে শূন্য সময়ে এবং সাম্যাবস্থায় ঘনত্ব (mg l-1), V হলো দ্রবণের আয়তন (l), এবং m হলো অধিশোষণকারী বিকারকের ভর (g)।
SEM চিত্র (চিত্র ২এ–সি) rGO/nZVI কম্পোজিটের স্তরীভূত গঠন দেখায়, যার পৃষ্ঠে গোলাকার আয়রন ন্যানোকণাগুলো সুষমভাবে ছড়িয়ে আছে, যা rGO পৃষ্ঠে nZVI NPs-এর সফল সংযুক্তি নির্দেশ করে। এছাড়াও, rGO পাতায় কিছু ভাঁজ দেখা যায়, যা A. halimus GO-এর পুনরুদ্ধারের সাথে সাথে অক্সিজেন-যুক্ত গ্রুপগুলোর অপসারণ নিশ্চিত করে। এই বড় ভাঁজগুলো আয়রন NPs-এর সক্রিয় লোডিং-এর স্থান হিসেবে কাজ করে। nZVI চিত্র (চিত্র ২ডি-এফ) দেখায় যে গোলাকার আয়রন NPs খুব বিক্ষিপ্ত ছিল এবং একত্রিত হয়নি, যা উদ্ভিদ নির্যাসের বোটানিক্যাল উপাদানগুলোর আবরণী প্রকৃতির কারণে ঘটে। কণার আকার ১৫–২৬ ন্যানোমিটারের মধ্যে পরিবর্তিত হয়। তবে, কিছু অঞ্চলে স্ফীতি এবং গহ্বরের কাঠামোসহ একটি মেসোপোরাস গঠন রয়েছে, যা nZVI-এর একটি উচ্চ কার্যকর শোষণ ক্ষমতা প্রদান করতে পারে, কারণ এগুলো nZVI-এর পৃষ্ঠে DC অণু আটকে রাখার সম্ভাবনা বাড়াতে পারে। যখন nZVI সংশ্লেষণের জন্য রোজা ডামাস্কাস নির্যাস ব্যবহার করা হয়েছিল, তখন প্রাপ্ত NPs গুলি ছিল অসমসত্ত্ব, শূন্যস্থানযুক্ত এবং বিভিন্ন আকারের, যা Cr(VI) শোষণে তাদের কার্যকারিতা হ্রাস করে এবং বিক্রিয়ার সময় বাড়িয়ে দেয় 23। ফলাফলগুলি ওক এবং তুঁত পাতা থেকে সংশ্লেষিত nZVI-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা প্রধানত বিভিন্ন ন্যানোমিটার আকারের গোলাকার ন্যানো পার্টিকেল এবং এতে কোনও সুস্পষ্ট জমাটবদ্ধতা নেই।
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) কম্পোজিটের SEM চিত্র এবং nZVI/rGO (G) ও nZVI (H) কম্পোজিটের EDX প্যাটার্ন।
EDX ব্যবহার করে উদ্ভিদ-সংশ্লেষিত rGO/nZVI এবং nZVI কম্পোজিটের মৌলীয় গঠন পরীক্ষা করা হয়েছে (চিত্র ২জি, এইচ)। গবেষণায় দেখা গেছে যে nZVI কার্বন (ভরের দিক থেকে ৩৮.২৯%), অক্সিজেন (ভরের দিক থেকে ৪৭.৪১%) এবং লোহা (ভরের দিক থেকে ১১.৮৪%) দ্বারা গঠিত, তবে ফসফরাসের মতো অন্যান্য মৌলও উপস্থিত রয়েছে, যা উদ্ভিদের নির্যাস থেকে পাওয়া যেতে পারে। এছাড়াও, কার্বন এবং অক্সিজেনের উচ্চ শতাংশের কারণ হলো ভূগর্ভস্থ nZVI নমুনায় উদ্ভিদের নির্যাস থেকে প্রাপ্ত ফাইটোকেমিক্যালের উপস্থিতি। এই মৌলগুলো rGO-তে সমানভাবে বণ্টিত থাকে কিন্তু ভিন্ন অনুপাতে: C (৩৯.১৬ wt%), O (৪৬.৯৮ wt%) এবং Fe (১০.৯৯ wt%),। EDX rGO/nZVI-তে S-এর মতো অন্যান্য মৌলের উপস্থিতিও দেখা যায়, যা উদ্ভিদের নির্যাসের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে। ইউক্যালিপটাস পাতার নির্যাস ব্যবহারের তুলনায় A. halimus ব্যবহার করে প্রাপ্ত rGO/nZVI কম্পোজিটের বর্তমান C:O অনুপাত এবং লোহার পরিমাণ অনেক ভালো, কারণ এর গঠনে C (২৩.৪৪ wt.%), O (৬৮.২৯ wt.%) এবং Fe (৮.২৭ wt.%) রয়েছে। Nataša et al., 2022 ওক এবং মালবেরি পাতা থেকে সংশ্লেষিত nZVI-এর অনুরূপ মৌলীয় গঠনের কথা জানিয়েছেন এবং নিশ্চিত করেছেন যে পাতার নির্যাসে থাকা পলিফেনল গ্রুপ এবং অন্যান্য অণুগুলো বিজারণ প্রক্রিয়ার জন্য দায়ী।
উদ্ভিদে সংশ্লেষিত nZVI-এর আকার (চিত্র S2A,B) ছিল গোলাকার এবং আংশিকভাবে অনিয়মিত, যার গড় কণার আকার ছিল 23.09 ± 3.54 nm, তবে ভ্যান ডার ওয়ালস বল এবং ফেরোম্যাগনেটিজমের কারণে শৃঙ্খল সমষ্টি পরিলক্ষিত হয়েছিল। এই প্রধানত দানাদার এবং গোলাকার কণার আকৃতি SEM ফলাফলের সাথে ভালোভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ। 2021 সালে আবদেলফাতাহ এবং তার সহকর্মীরাও একই ধরনের পর্যবেক্ষণ পেয়েছিলেন যখন nZVI11-এর সংশ্লেষণে ক্যাস্টর বিন পাতার নির্যাস ব্যবহার করা হয়েছিল। nZVI-তে বিজারক পদার্থ হিসেবে ব্যবহৃত রুয়েলাস টিউবেরোসা পাতার নির্যাসের NPs-এরও গোলাকার আকৃতি রয়েছে যার ব্যাস 20 থেকে 40 nm26।
হাইব্রিড rGO/nZVI কম্পোজিটের TEM চিত্র (চিত্র S2C-D) থেকে দেখা যায় যে, rGO একটি ভিত্তি তল যার প্রান্তীয় ভাঁজ ও কুঁচকানো অংশ nZVI NPs-এর জন্য একাধিক লোডিং সাইট প্রদান করে; এই স্তরীভূত গঠন rGO-এর সফল গঠন নিশ্চিত করে। এছাড়াও, nZVI NPs গোলাকার আকৃতির এবং এদের কণার আকার ৫.৩২ থেকে ২৭ ন্যানোমিটার, যা প্রায় সুষমভাবে ছড়িয়ে rGO স্তরের মধ্যে প্রোথিত থাকে। Fe NPs/rGO সংশ্লেষণের জন্য ইউক্যালিপটাস পাতার নির্যাস ব্যবহার করা হয়েছিল; TEM ফলাফল আরও নিশ্চিত করে যে, rGO স্তরের কুঁচকানো অংশগুলো বিশুদ্ধ Fe NPs-এর তুলনায় Fe NPs-এর বিস্তারকে উন্নত করেছে এবং কম্পোজিটগুলোর বিক্রিয়াশীলতা বৃদ্ধি করেছে। বাঘেরি প্রমুখ ২৮-এর গবেষণাতেও অনুরূপ ফলাফল পাওয়া গিয়েছিল, যেখানে আল্ট্রাসনিক কৌশল ব্যবহার করে কম্পোজিট তৈরি করা হয়েছিল এবং লোহার ন্যানোকণার গড় আকার ছিল প্রায় ১৭.৭০ ন্যানোমিটার।
চিত্র ৩ক-তে A. halimus, nZVI, GO, rGO, এবং rGO/nZVI যৌগের FTIR বর্ণালী দেখানো হয়েছে। A. halimus-এর পাতায় পৃষ্ঠীয় কার্যকরী গ্রুপগুলির উপস্থিতি ৩৩৩৬ সেমি⁻¹-এ দেখা যায়, যা পলিফেনলের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, এবং ১২৪৪ সেমি⁻¹-এ, যা প্রোটিন দ্বারা উৎপাদিত কার্বনিল গ্রুপের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। অন্যান্য গ্রুপ যেমন ২৯১৮ সেমি⁻¹-এ অ্যালকেন, ১৬৪৭ সেমি⁻¹-এ অ্যালকিন এবং ১০৩০ সেমি⁻¹-এ CO-O-CO এক্সটেনশনও পরিলক্ষিত হয়েছে, যা এমন উদ্ভিদ উপাদানের উপস্থিতি নির্দেশ করে যা সিলিং এজেন্ট হিসাবে কাজ করে এবং Fe²⁺ থেকে Fe⁰ এবং GO থেকে rGO²⁹-এ পুনরুদ্ধারের জন্য দায়ী। সাধারণভাবে, nZVI বর্ণালী তিক্ত শর্করার মতোই শোষণ শিখর দেখায়, তবে অবস্থান সামান্য স্থানান্তরিত হয়। ৩২৪৪ সেমি⁻¹ এ একটি তীব্র ব্যান্ড দেখা যায় যা OH স্ট্রেচিং ভাইব্রেশনের (ফেনল) সাথে সম্পর্কিত, ১৬১৫ সেমি⁻¹ এ একটি পিক C=C এর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, এবং ১৫৪৬ ও ১০১১ সেমি⁻¹ এ ব্যান্ডগুলো C=O এর স্ট্রেচিং (পলিফেনল এবং ফ্ল্যাভোনয়েড) এর কারণে উৎপন্ন হয়, অ্যারোমেটিক অ্যামাইন এবং অ্যালিফ্যাটিক অ্যামাইনের CN-গ্রুপগুলোও যথাক্রমে ১৩১০ সেমি⁻¹ এবং ১১৯০ সেমি⁻¹ এ পরিলক্ষিত হয়েছিল¹³। GO এর FTIR স্পেকট্রাম অনেক উচ্চ-তীব্রতার অক্সিজেন-ধারণকারী গ্রুপের উপস্থিতি দেখায়, যার মধ্যে রয়েছে ১০৪১ সেমি⁻¹ এ অ্যালকক্সি (CO) স্ট্রেচিং ব্যান্ড, ১২৯১ সেমি⁻¹ এ ইপক্সি (CO) স্ট্রেচিং ব্যান্ড এবং C=O স্ট্রেচ। ১৬১৯ সেমি⁻¹-এ C=C প্রসারণ কম্পনের একটি ব্যান্ড, ১৭০৮ সেমি⁻¹-এ একটি ব্যান্ড এবং ৩৩৮৪ সেমি⁻¹-এ OH গ্রুপের প্রসারণ কম্পনের একটি প্রশস্ত ব্যান্ড দেখা গেছে, যা উন্নত হামার্স পদ্ধতি দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছে, যা সফলভাবে গ্রাফাইটকে জারিত করে। GO স্পেকট্রামের সাথে rGO এবং rGO/nZVI কম্পোজিটগুলির তুলনা করলে দেখা যায় যে, ৩২৭০ সেমি⁻¹-এ OH-এর মতো কিছু অক্সিজেন-ধারণকারী গ্রুপের তীব্রতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে, যখন ১৭২৯ সেমি⁻¹-এ C=O-এর মতো অন্যগুলি সম্পূর্ণরূপে বিজারিত ও অদৃশ্য হয়ে গেছে, যা A. halimus নির্যাস দ্বারা GO-তে থাকা অক্সিজেন-ধারণকারী কার্যকরী গ্রুপগুলির সফল অপসারণ নির্দেশ করে। প্রায় ১৫৬০ এবং ১৪০৫ সেমি⁻¹-এ rGO-এর C=C টানের নতুন তীক্ষ্ণ বৈশিষ্ট্যসূচক শিখরগুলি পরিলক্ষিত হয়েছে, যা GO-কে rGO-তে বিজারিত হওয়াকে নিশ্চিত করে। সম্ভবত উদ্ভিদ উপাদানের অন্তর্ভুক্তির কারণে 1043 থেকে 1015 cm-1 এবং 982 থেকে 918 cm-1 পর্যন্ত পরিবর্তন লক্ষ্য করা গেছে³¹,³²। Weng এবং অন্যান্যরা, 2018, GO-তে অক্সিজেনযুক্ত কার্যকরী গ্রুপগুলির একটি উল্লেখযোগ্য হ্রাসও লক্ষ্য করেছেন, যা জৈব-হ্রাসের মাধ্যমে rGO-এর সফল গঠন নিশ্চিত করে, কারণ ইউক্যালিপটাস পাতার নির্যাস, যা হ্রাসকৃত আয়রন গ্রাফিন অক্সাইড যৌগ সংশ্লেষণে ব্যবহৃত হয়েছিল, উদ্ভিদ উপাদানের কার্যকরী গ্রুপগুলির কাছাকাছি FTIR বর্ণালী দেখিয়েছে।³³
এ. গ্যালিয়াম, এনজেডভিআই, আরজিও, জিও, কম্পোজিট আরজিও/এনজেডভিআই-এর এফটিআইআর স্পেকট্রাম (এ)। কম্পোজিট আরজিও, জিও, এনজেডভিআই এবং আরজিও/এনজেডভিআই-এর রন্টজেনোগ্রামি (বি)।
এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন (চিত্র 3B) দ্বারা rGO/nZVI এবং nZVI কম্পোজিটের গঠন মূলত নিশ্চিত করা হয়েছে। 2Ɵ 44.5°-এ একটি উচ্চ-তীব্রতার Fe0 পিক লক্ষ্য করা গেছে, যা (110) সূচকের (JCPDS নং 06–0696)11 সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। (311) প্লেনের 35.1°-এ আরেকটি পিক ম্যাগনেটাইট Fe3O4-এর জন্য দায়ী, 63.2°-এর পিকটি ϒ-FeOOH (JCPDS নং 17-0536)34-এর উপস্থিতির কারণে (440) প্লেনের মিলার সূচকের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে। GO-এর এক্স-রে প্যাটার্নে 2Ɵ 10.3°-এ একটি তীক্ষ্ণ পিক এবং 21.1°-এ আরেকটি পিক দেখা যায়, যা গ্রাফাইটের সম্পূর্ণ এক্সফোলিয়েশন নির্দেশ করে এবং GO-এর পৃষ্ঠে অক্সিজেন-ধারণকারী গ্রুপগুলির উপস্থিতি তুলে ধরে35। rGO এবং rGO/nZVI-এর যৌগিক প্যাটার্নগুলিতে, rGO এবং rGO/nZVI যৌগগুলির জন্য যথাক্রমে 2Ɵ 22.17 এবং 24.7°-তে GO-এর বৈশিষ্ট্যসূচক শিখরগুলির অদৃশ্য হয়ে যাওয়া এবং প্রশস্ত rGO শিখরগুলির গঠন পরিলক্ষিত হয়েছে, যা উদ্ভিদ নির্যাস দ্বারা GO-এর সফল পুনরুদ্ধার নিশ্চিত করে। যাইহোক, rGO/nZVI যৌগিক প্যাটার্নে, Fe0 (110) এবং bcc Fe0 (200)-এর ল্যাটিস প্লেনের সাথে সম্পর্কিত অতিরিক্ত শিখরগুলি যথাক্রমে 44.9° এবং 65.22°-তে লক্ষ্য করা গেছে।
জেটা পটেনশিয়াল হলো একটি কণার পৃষ্ঠে সংযুক্ত আয়নিক স্তর এবং একটি জলীয় দ্রবণের মধ্যেকার বিভব, যা একটি উপাদানের স্থিরবৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে এবং এর স্থিতিশীলতা পরিমাপ করে। উদ্ভিদ-সংশ্লেষিত nZVI, GO, এবং rGO/nZVI কম্পোজিটগুলির জেটা পটেনশিয়াল বিশ্লেষণ তাদের স্থিতিশীলতা দেখিয়েছে, যা তাদের পৃষ্ঠে যথাক্রমে -২০.৮, -২২, এবং -২৭.৪ mV ঋণাত্মক চার্জের উপস্থিতির কারণে হয়েছে, যেমনটি চিত্র S1A-C-তে দেখানো হয়েছে। এই ধরনের ফলাফল বিভিন্ন প্রতিবেদনের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যেখানে উল্লেখ করা হয়েছে যে -২৫ mV-এর কম জেটা পটেনশিয়াল মানের কণাযুক্ত দ্রবণগুলি সাধারণত এই কণাগুলির মধ্যে স্থিরবৈদ্যুতিক বিকর্ষণের কারণে উচ্চ মাত্রার স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে। rGO এবং nZVI-এর সংমিশ্রণ কম্পোজিটটিকে আরও বেশি ঋণাত্মক চার্জ অর্জন করতে সাহায্য করে এবং এর ফলে এটি শুধুমাত্র GO বা nZVI-এর চেয়ে বেশি স্থিতিশীল হয়। অতএব, স্থিরবৈদ্যুতিক বিকর্ষণের ঘটনাটি স্থিতিশীল rGO/nZVI কম্পোজিট গঠনে সহায়তা করবে। GO-এর ঋণাত্মক পৃষ্ঠতল এটিকে জমাট বাঁধা ছাড়াই জলীয় মাধ্যমে সুষমভাবে ছড়িয়ে পড়তে সাহায্য করে, যা nZVI-এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার জন্য অনুকূল পরিস্থিতি তৈরি করে। এই ঋণাত্মক চার্জ করলার নির্যাসে থাকা বিভিন্ন কার্যকরী গ্রুপের উপস্থিতির সাথে সম্পর্কিত হতে পারে, যা GO এবং আয়রন পূর্বসূরী ও উদ্ভিদের নির্যাসের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে যথাক্রমে rGO ও nZVI এবং rGO/nZVI জটিল যৌগ গঠনের বিষয়টিও নিশ্চিত করে। এই উদ্ভিদ যৌগগুলি ক্যাপিং এজেন্ট হিসেবেও কাজ করতে পারে, কারণ তারা উৎপন্ন ন্যানো পার্টিকেলগুলির জমাট বাঁধা প্রতিরোধ করে এবং এর ফলে তাদের স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি করে।
nZVI এবং rGO/nZVI কম্পোজিটগুলির মৌলীয় গঠন এবং যোজ্যতা অবস্থা XPS (চিত্র ৪) দ্বারা নির্ণয় করা হয়েছিল। সামগ্রিক XPS সমীক্ষায় দেখা গেছে যে rGO/nZVI কম্পোজিটটি প্রধানত C, O, এবং Fe মৌল দ্বারা গঠিত, যা EDS ম্যাপিং (চিত্র ৪F–H)-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। C1s স্পেকট্রামটিতে 284.59 eV, 286.21 eV এবং 288.21 eV-তে তিনটি পিক রয়েছে, যা যথাক্রমে CC, CO এবং C=O-কে নির্দেশ করে। O1s স্পেকট্রামটি 531.17 eV, 532.97 eV এবং 535.45 eV সহ তিনটি পিকে বিভক্ত ছিল, যেগুলিকে যথাক্রমে O=CO, CO এবং NO গ্রুপ হিসাবে চিহ্নিত করা হয়েছে। তবে, 710.43, 714.57 এবং 724.79 eV-তে অবস্থিত পিকগুলি যথাক্রমে Fe 2p3/2, Fe+3 এবং Fe p1/2-কে নির্দেশ করে। nZVI-এর XPS বর্ণালীতে (চিত্র ৪C-E) C, O, এবং Fe মৌলগুলোর জন্য পিক দেখা গেছে। ২৮৪.৭৭, ২৮৬.২৫, এবং ২৮৭.৬২ eV-তে অবস্থিত পিকগুলো আয়রন-কার্বন সংকর ধাতুর উপস্থিতি নিশ্চিত করে, কারণ এগুলো যথাক্রমে CC, C-OH, এবং CO-কে নির্দেশ করে। O1s বর্ণালীতে তিনটি পিক পাওয়া গেছে: C–O/আয়রন কার্বনেট (৫৩১.১৯ eV), হাইড্রোক্সিল র‌্যাডিকেল (৫৩২.৪ eV) এবং O–C=O (৫৩৩.৪৭ eV)। ৭১৯.৬ eV-তে অবস্থিত পিকটি Fe0-এর জন্য দায়ী, যেখানে FeOOH ৭১৭.৩ এবং ৭২৩.৭ eV-তে পিক দেখায়। এছাড়াও, ৭২৫.৮ eV-তে অবস্থিত পিকটি Fe2O342.43-এর উপস্থিতি নির্দেশ করে।
যথাক্রমে nZVI এবং rGO/nZVI কম্পোজিটের XPS পরীক্ষা (A, B)। nZVI C1s (C), Fe2p (D), এবং O1s (E) এবং rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) কম্পোজিটের সম্পূর্ণ স্পেকট্রা।
N2 শোষণ/বিমোচন আইসোথার্ম (চিত্র 5A, B) দেখায় যে nZVI এবং rGO/nZVI কম্পোজিটগুলি টাইপ II এর অন্তর্গত। এছাড়াও, rGO দিয়ে আবৃত করার পর nZVI-এর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল (SBET) 47.4549 থেকে 152.52 m2/g পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে। এই ফলাফলটি ব্যাখ্যা করা যেতে পারে rGO আবৃত করার পর nZVI-এর চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য হ্রাসের মাধ্যমে, যার ফলে কণার একত্রীকরণ কমে যায় এবং কম্পোজিটগুলির পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি পায়। এছাড়াও, চিত্র 5C-তে যেমন দেখানো হয়েছে, rGO/nZVI কম্পোজিটের ছিদ্রের আয়তন (8.94 nm) মূল nZVI (2.873 nm) থেকে বেশি। এই ফলাফলটি এল-মোনেম এট আল. 45 এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
প্রাথমিক ঘনত্ব বৃদ্ধির উপর নির্ভর করে rGO/nZVI কম্পোজিট এবং মূল nZVI-এর মধ্যে DC অপসারণের শোষণ ক্ষমতা মূল্যায়ন করার জন্য, বিভিন্ন প্রাথমিক ঘনত্বের DC দ্রবণে প্রতিটি শোষকের একটি স্থির মাত্রা (0.05 গ্রাম) যোগ করে একটি তুলনা করা হয়েছিল। পরীক্ষিত দ্রবণ [25]। –100 mg l–1] 25°C তাপমাত্রায়। ফলাফল দেখায় যে কম ঘনত্বে (25 mg L-1) rGO/nZVI কম্পোজিটের অপসারণ দক্ষতা (94.6%) মূল nZVI (90%) এর চেয়ে বেশি ছিল। যাইহোক, যখন প্রারম্ভিক ঘনত্ব 100 mg L-1 এ বাড়ানো হয়েছিল, তখন rGO/nZVI এবং মূল nZVI এর অপসারণ দক্ষতা যথাক্রমে 70% এবং 65% এ নেমে আসে (চিত্র 6A), যা সক্রিয় স্থানের সংখ্যা হ্রাস এবং nZVI কণার অবক্ষয়ের কারণে হতে পারে। বিপরীতে, rGO/nZVI ডিসি অপসারণে উচ্চতর দক্ষতা দেখিয়েছে, যা rGO এবং nZVI-এর মধ্যে একটি সিনারজিস্টিক প্রভাবের কারণে হতে পারে, যেখানে শোষণের জন্য উপলব্ধ স্থিতিশীল সক্রিয় স্থান অনেক বেশি থাকে এবং rGO/nZVI-এর ক্ষেত্রে, অক্ষত nZVI-এর তুলনায় বেশি ডিসি শোষিত হতে পারে। এছাড়াও, চিত্র 6B দেখায় যে, প্রাথমিক ঘনত্ব 25–100 mg/L থেকে 28.73 mg g-1 পর্যন্ত বৃদ্ধির সাথে সাথে rGO/nZVI এবং nZVI কম্পোজিটের শোষণ ক্ষমতা যথাক্রমে 9.4 mg/g থেকে 30 mg/g এবং 9 mg/g পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে। অতএব, ডিসি অপসারণের হার প্রাথমিক ডিসি ঘনত্বের সাথে নেতিবাচকভাবে সম্পর্কিত ছিল, যার কারণ হলো দ্রবণে ডিসি-র শোষণ ও অপসারণের জন্য প্রতিটি শোষক দ্বারা সমর্থিত বিক্রিয়া কেন্দ্রের সংখ্যা সীমিত। সুতরাং, এই ফলাফলগুলো থেকে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, rGO/nZVI কম্পোজিটগুলোর শোষণ ও বিজারণের কার্যকারিতা বেশি, এবং rGO/nZVI গঠনের rGO-কে অধিশোষক ও বাহক উপাদান উভয় হিসেবেই ব্যবহার করা যায়।
rGO/nZVI এবং nZVI কম্পোজিটের জন্য অপসারণ দক্ষতা এবং ডিসি শোষণ ক্ষমতা ছিল (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, ডোজ = 0.05 g], rGO/nZVI কম্পোজিটের উপর শোষণ ক্ষমতা এবং ডিসি অপসারণ দক্ষতার উপর pH-এর প্রভাব (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, ডোজ = 0.05 g]।
অধিশোষণ প্রক্রিয়া অধ্যয়নে দ্রবণের pH একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ বিষয়, কারণ এটি অধিশোষকের আয়নীকরণ, স্পেসিয়েশন এবং আয়নায়নের মাত্রাকে প্রভাবিত করে। পরীক্ষাটি ২৫°C তাপমাত্রায় একটি স্থির অধিশোষক মাত্রা (০.০৫ গ্রাম) এবং ৫০ মিলিগ্রাম/লিটার প্রাথমিক ঘনত্বে ৩-১১ pH পরিসরে সম্পন্ন করা হয়েছিল। একটি সাহিত্য পর্যালোচনা⁴⁶ অনুসারে, DC হলো একটি উভমুখী অণু যার বিভিন্ন pH স্তরে বেশ কয়েকটি আয়নীকরণযোগ্য কার্যকরী গ্রুপ (ফেনল, অ্যামিনো গ্রুপ, অ্যালকোহল) রয়েছে। এর ফলে, rGO/nZVI কম্পোজিটের পৃষ্ঠে থাকা DC-এর বিভিন্ন ফাংশন এবং সংশ্লিষ্ট কাঠামোসমূহ স্থিরবৈদ্যুতিকভাবে মিথস্ক্রিয়া করতে পারে এবং ক্যাটায়ন, জুইটারআয়ন ও অ্যানায়ন হিসেবে বিদ্যমান থাকতে পারে। DC অণুটি pH < 3.3-এ ক্যাটায়নিক (DCH3+), 3.3 < pH < 7.7-এ জুইটারআয়নিক (DCH20) এবং pH 7.7-এ অ্যানায়নিক (DCH− বা DC2−) হিসেবে বিদ্যমান থাকে। এর ফলে, rGO/nZVI কম্পোজিটের পৃষ্ঠে থাকা DC-এর বিভিন্ন ফাংশন এবং সংশ্লিষ্ট কাঠামোসমূহ স্থিরবৈদ্যুতিকভাবে মিথস্ক্রিয়া করতে পারে এবং ক্যাটায়ন, জুইটারআয়ন ও অ্যানায়ন হিসেবে বিদ্যমান থাকতে পারে। DC অণুটি pH < 3.3-এ ক্যাটায়নিক (DCH3+), 3.3 < pH < 7.7-এ জুইটারআয়ননিক (DCH20) এবং pH 7.7-এ অ্যানায়নিক (DCH- বা DC2-) হিসেবে বিদ্যমান থাকে। В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI ম্যানেজমেন্ট электростатически и могут существовать виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в виде катионов ৩,৩, цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 এবং aneonnыy (DCH- বা DC2-) পিএইচ 7,7। এর ফলে, rGO/nZVI কম্পোজিটের পৃষ্ঠে থাকা DC এবং সংশ্লিষ্ট কাঠামোর বিভিন্ন অংশ স্থিরবৈদ্যুতিকভাবে মিথস্ক্রিয়া করতে পারে এবং ক্যাটায়ন, জুইটারআয়ন ও অ্যানায়ন রূপে বিদ্যমান থাকতে পারে; DC অণুটি pH < 3.3-এ ক্যাটায়ন (DCH3+), 3.3 < pH < 7.7-এ আয়নিক (DCH20) এবং pH 7.7-এ অ্যানায়নিক (DCH- বা DC2-) রূপে বিদ্যমান থাকে।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用,并可能以阳离子、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+) 形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) PH 7.7।因此 ， dc 的 种 功能 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 可 能 结构 可 能 会 鸒 可并 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 学 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-) PH7. Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI могут вступать это васледи взаимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионными+(3) অতএব, rGO/nZVI কম্পোজিটের পৃষ্ঠে DC এবং সংশ্লিষ্ট কাঠামোর বিভিন্ন ফাংশন স্থিরবৈদ্যুতিক মিথস্ক্রিয়ায় লিপ্ত হতে পারে এবং ক্যাটায়ন, জুইটারআয়ন ও অ্যানায়ন রূপে বিদ্যমান থাকতে পারে, যেখানে pH < 3.3-এ DC অণুগুলো ক্যাটায়নিক (DCH3+) হয়। Он существует виде цвиттер-iona (DCH20) থেকে 3,3 < pH < 7,7 এবং অ্যানিওনা (DCH- বা DC2-) পিএইচ 7,7। এটি 3.3 < pH < 7.7 পরিসরে জুইটারআয়ন (DCH20) হিসেবে এবং 7.7 pH-এ অ্যানায়ন (DCH- বা DC2-) হিসেবে বিদ্যমান থাকে।pH ৩ থেকে ৭-এ বৃদ্ধি পাওয়ার সাথে সাথে, শোষণ ক্ষমতা এবং DC অপসারণের কার্যকারিতা ১১.২ mg/g (৫৬%) থেকে ১৭ mg/g (৮৫%) পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে (চিত্র ৬C)। তবে, pH ৯ এবং ১১-তে বৃদ্ধি পাওয়ায়, শোষণ ক্ষমতা এবং অপসারণ কার্যকারিতা কিছুটা হ্রাস পেয়েছে, যথাক্রমে ১০.৬ mg/g (৫৩%) থেকে ৬ mg/g (৩০%) পর্যন্ত। pH ৩ থেকে ৭-এ বৃদ্ধি পাওয়ার সাথে সাথে, DC-গুলো প্রধানত জুইটারআয়ন (zwitterions) আকারে বিদ্যমান ছিল, যার ফলে rGO/nZVI কম্পোজিটগুলোর সাথে তাদের আকর্ষণ বা বিকর্ষণ প্রায় ছিলই না, বরং তা মূলত স্থিরবৈদ্যুতিক মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে ঘটেছিল। pH ৮.২-এর উপরে বৃদ্ধি পাওয়ায়, শোষকের পৃষ্ঠ ঋণাত্মকভাবে চার্জিত হয়েছিল, ফলে ঋণাত্মক চার্জিত ডক্সিসাইক্লিন এবং শোষকের পৃষ্ঠের মধ্যে স্থিরবৈদ্যুতিক বিকর্ষণের কারণে শোষণ ক্ষমতা হ্রাস পেতে থাকে। এই প্রবণতা থেকে বোঝা যায় যে rGO/nZVI কম্পোজিটে DC শোষণ pH-এর উপর অত্যন্ত নির্ভরশীল, এবং ফলাফল আরও ইঙ্গিত দেয় যে rGO/nZVI কম্পোজিট অম্লীয় ও নিরপেক্ষ উভয় অবস্থাতেই অধিশোষক হিসেবে উপযুক্ত।
ডিসি-এর জলীয় দ্রবণের অধিশোষণের উপর তাপমাত্রার প্রভাব (২৫–৫৫°সে.) পরিসরে পরীক্ষা করা হয়েছিল। চিত্র ৭ক-তে rGO/nZVI-এর উপর ডিসি অ্যান্টিবায়োটিকের অপসারণ দক্ষতার উপর তাপমাত্রা বৃদ্ধির প্রভাব দেখানো হয়েছে। এটি স্পষ্ট যে অপসারণ ক্ষমতা এবং অধিশোষণ ক্ষমতা যথাক্রমে ৮৩.৪৪% এবং ১৩.৯ মিগ্রা/গ্রাম থেকে ৪৭% এবং ৭.৮৩ মিগ্রা/গ্রাম-এ বৃদ্ধি পেয়েছে। এই উল্লেখযোগ্য হ্রাসের কারণ হতে পারে ডিসি আয়নের তাপীয় শক্তির বৃদ্ধি, যা বিশোষণের দিকে পরিচালিত করে।
rGO/nZVI কম্পোজিটে CD-এর অপসারণ দক্ষতা এবং অধিশোষণ ক্ষমতার উপর তাপমাত্রার প্রভাব (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, ডোজ = 0.05 g], অপসারণ দক্ষতার উপর অধিশোষক ডোজের প্রভাব এবং CD-এর অপসারণ দক্ষতা rGO/nSVI কম্পোজিটে DC অপসারণের অধিশোষণ ক্ষমতা এবং দক্ষতার উপর প্রাথমিক ঘনত্বের প্রভাব (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, ডোজ = 0.05 g]।
যৌগিক অধিশোষক rGO/nZVI-এর মাত্রা ০.০১ গ্রাম থেকে ০.০৭ গ্রাম পর্যন্ত বৃদ্ধি করার ফলে অপসারণ দক্ষতা এবং অধিশোষণ ক্ষমতার উপর যে প্রভাব পড়ে, তা চিত্র ৭বি-তে দেখানো হয়েছে। অধিশোষকের মাত্রা বৃদ্ধির ফলে অধিশোষণ ক্ষমতা ৩৩.৪৩ মিলিগ্রাম/গ্রাম থেকে ৬.৭৪ মিলিগ্রাম/গ্রাম-এ হ্রাস পায়। তবে, অধিশোষকের মাত্রা ০.০১ গ্রাম থেকে ০.০৭ গ্রাম পর্যন্ত বৃদ্ধির সাথে সাথে অপসারণ দক্ষতা ৬৬.৮% থেকে ৯৬%-এ বৃদ্ধি পায়, যা ফলস্বরূপ ন্যানোকম্পোজিটের পৃষ্ঠে সক্রিয় কেন্দ্রের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সম্পর্কিত হতে পারে।
শোষণ ক্ষমতা এবং অপসারণ দক্ষতার উপর প্রাথমিক ঘনত্বের প্রভাব [২৫–১০০ মিলিগ্রাম/লিটার, ২৫°সে, পিএইচ ৭, মাত্রা ০.০৫ গ্রাম] অধ্যয়ন করা হয়েছিল। যখন প্রাথমিক ঘনত্ব ২৫ মিলিগ্রাম/লিটার থেকে ১০০ মিলিগ্রাম/লিটার পর্যন্ত বাড়ানো হয়েছিল, তখন rGO/nZVI কম্পোজিটের অপসারণের হার ৯৪.৬% থেকে ৬৫% কমে গিয়েছিল (চিত্র ৭সি), সম্ভবত কাঙ্ক্ষিত সক্রিয় স্থানগুলির অনুপস্থিতির কারণে। এটি উচ্চ ঘনত্বের DC49 শোষণ করে। অন্যদিকে, প্রাথমিক ঘনত্ব বাড়ার সাথে সাথে, সাম্যাবস্থায় না পৌঁছানো পর্যন্ত শোষণ ক্ষমতাও ৯.৪ মিলিগ্রাম/গ্রাম থেকে ৩০ মিলিগ্রাম/গ্রাম পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছিল (চিত্র ৭ডি)। এই অনিবার্য প্রতিক্রিয়াটি ঘটে rGO/nZVI কম্পোজিটের পৃষ্ঠে পৌঁছানোর জন্য DC আয়নের ভর স্থানান্তর প্রতিরোধের চেয়ে বেশি প্রাথমিক DC ঘনত্বের কারণে চালিকা শক্তির বৃদ্ধির ফলে।
সংস্পর্শকাল এবং গতিবিদ্যা অধ্যয়নের লক্ষ্য হলো অধিশোষণের সাম্যাবস্থার সময় বোঝা। প্রথমত, সংস্পর্শকালের প্রথম ৪০ মিনিটে অধিশোষিত ডিসি-র পরিমাণ ছিল পুরো সময় (১০০ মিনিট) ধরে অধিশোষিত মোট পরিমাণের প্রায় অর্ধেক। এই সময়ে দ্রবণে থাকা ডিসি অণুগুলো একে অপরের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়, যার ফলে তারা দ্রুত rGO/nZVI যৌগের পৃষ্ঠে স্থানান্তরিত হয় এবং উল্লেখযোগ্য পরিমাণে অধিশোষণ ঘটে। ৪০ মিনিট পর, ডিসি-র অধিশোষণ ধীরে ধীরে বাড়তে থাকে এবং ৬০ মিনিট পর সাম্যাবস্থায় পৌঁছায় (চিত্র ৭ডি)। যেহেতু প্রথম ৪০ মিনিটের মধ্যেই একটি যুক্তিসঙ্গত পরিমাণ অধিশোষিত হয়ে যায়, তাই ডিসি অণুগুলোর সাথে সংঘর্ষ কম হয় এবং অধিশোষিত নয় এমন অণুগুলোর জন্য কম সক্রিয় স্থান উপলব্ধ থাকে। অতএব, অধিশোষণের হার হ্রাস পেতে পারে৫১।
অধিশোষণ গতিবিদ্যা আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য, সিউডো ফার্স্ট অর্ডার (চিত্র ৮এ), সিউডো সেকেন্ড অর্ডার (চিত্র ৮বি), এবং ইলোভিচ (চিত্র ৮সি) গতিবিদ্যা মডেলের লাইন প্লট ব্যবহার করা হয়েছিল। গতিবিদ্যা গবেষণা থেকে প্রাপ্ত প্যারামিটারগুলো (সারণি এস১) থেকে এটি স্পষ্ট হয় যে, অধিশোষণ গতিবিদ্যা বর্ণনা করার জন্য সিউডো-সেকেন্ড অর্ডার মডেলটিই সেরা, যেখানে R²-এর মান অন্য দুটি মডেলের চেয়ে বেশি। গণনা করা অধিশোষণ ক্ষমতাগুলোর (qe, cal) মধ্যেও একটি সাদৃশ্য রয়েছে। সিউডো-সেকেন্ড অর্ডার এবং পরীক্ষামূলক মানগুলো (qe, exp.) আরও প্রমাণ করে যে, সিউডো-সেকেন্ড অর্ডার মডেলটি অন্য মডেলগুলোর চেয়ে উন্নত। সারণি ১-এ যেমন দেখানো হয়েছে, α (প্রাথমিক অধিশোষণ হার) এবং β (বিশোষণ ধ্রুবক)-এর মানগুলো নিশ্চিত করে যে অধিশোষণ হার বিশোষণ হারের চেয়ে বেশি, যা নির্দেশ করে যে DC, rGO/nZVI52 কম্পোজিটের উপর দক্ষতার সাথে অধিশোষিত হতে চায়।
ছদ্ম-দ্বিতীয় ক্রম (A), ছদ্ম-প্রথম ক্রম (B) এবং ইলোভিচ (C) এর রৈখিক অধিশোষণ গতিবিদ্যা লেখচিত্র [Co = ২৫–১০০ মিলিগ্রাম/লিটার, pH = ৭, T = ২৫ °C, মাত্রা = ০.০৫ গ্রাম]।
অ্যাডসর্পশন আইসোথার্মের অধ্যয়ন বিভিন্ন অ্যাডসরবেট ঘনত্ব (DC) এবং সিস্টেমের তাপমাত্রায় অ্যাডসরবেন্টের (RGO/nRVI কম্পোজিট) শোষণ ক্ষমতা নির্ধারণ করতে সাহায্য করে। ল্যাংমিউর আইসোথার্ম ব্যবহার করে সর্বোচ্চ শোষণ ক্ষমতা গণনা করা হয়েছিল, যা নির্দেশ করে যে শোষণটি সমজাতীয় ছিল এবং এতে অ্যাডসরবেন্টের পৃষ্ঠে অ্যাডসরবেটের মধ্যে কোনো মিথস্ক্রিয়া ছাড়াই একটি একক স্তর তৈরি হয়েছিল৫৩। আরও দুটি বহুল ব্যবহৃত আইসোথার্ম মডেল হলো ফ্রয়েন্ডলিচ এবং টেমকিন মডেল। যদিও ফ্রয়েন্ডলিচ মডেলটি শোষণ ক্ষমতা গণনা করতে ব্যবহৃত হয় না, এটি অসমজাতীয় শোষণ প্রক্রিয়া বুঝতে সাহায্য করে এবং অ্যাডসরবেন্টের শূন্যস্থানগুলির বিভিন্ন শক্তি রয়েছে তা বোঝায়, অন্যদিকে টেমকিন মডেলটি শোষণের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য বুঝতে সাহায্য করে৫৪।
চিত্র 9A-C যথাক্রমে ল্যাংমুইর, ফ্রেইন্ডলিচ এবং টেমকিন মডেলের লাইন প্লট দেখায়। ফ্রেইন্ডলিচ (চিত্র 9A) এবং ল্যাংমুইর (চিত্র 9B) লাইন প্লট থেকে গণনা করা এবং সারণি 2-এ উপস্থাপিত R2 মানগুলি দেখায় যে rGO/nZVI কম্পোজিটে DC শোষণ ফ্রেইন্ডলিচ (0.996), ল্যাংমুইর (0.988) আইসোথার্ম মডেল এবং টেমকিন (0.985) মডেল অনুসরণ করে। ল্যাংমুইর আইসোথার্ম মডেল ব্যবহার করে গণনা করা সর্বোচ্চ শোষণ ক্ষমতা (qmax) ছিল 31.61 mg g-1। এছাড়াও, মাত্রাহীন বিভাজন ফ্যাক্টর (RL)-এর গণনা করা মান 0 এবং 1-এর মধ্যে (0.097), যা একটি অনুকূল শোষণ প্রক্রিয়া নির্দেশ করে। অন্যদিকে, গণনা করা ফ্রেইন্ডলিচ ধ্রুবক (n = 2.756) এই শোষণ প্রক্রিয়ার প্রতি একটি পছন্দ নির্দেশ করে। টেমকিন আইসোথার্মের রৈখিক মডেল (চিত্র 9C) অনুসারে, rGO/nZVI কম্পোজিটে ডিসি-র শোষণ একটি ভৌত ​​শোষণ প্রক্রিয়া, যেহেতু b ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55। যদিও ভৌত শোষণ সাধারণত দুর্বল ভ্যান ডার ওয়ালস বল দ্বারা সংঘটিত হয়, rGO/nZVI কম্পোজিটে ডিসি শোষণের জন্য কম শোষণ শক্তির প্রয়োজন হয় [56, 57]।
ফ্রয়েন্ডলিচ (A), ল্যাংমিউর (B), এবং টেমকিন (C) রৈখিক অধিশোষণ আইসোথার্ম [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, ডোজ = 0.05 g]। rGO/nZVI কম্পোজিট দ্বারা DC অধিশোষণের জন্য ভ্যান'ট হফ সমীকরণের প্লট (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C এবং ডোজ = 0.05 g]।
rGO/nZVI কম্পোজিট থেকে DC অপসারণের উপর বিক্রিয়ার তাপমাত্রা পরিবর্তনের প্রভাব মূল্যায়ন করার জন্য, ৩ এবং ৪৫৮ নং সমীকরণ থেকে এনট্রপি পরিবর্তন (ΔS), এনথালপি পরিবর্তন (ΔH), এবং মুক্ত শক্তি পরিবর্তন (ΔG)-এর মতো তাপগতিবিদ্যার পরামিতিগুলি গণনা করা হয়েছিল।
যেখানে \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – তাপগতিবিদ্যার সাম্যাবস্থা ধ্রুবক, Ce এবং CAe – যথাক্রমে দ্রবণে থাকা rGO /nZVI DC-এর পৃষ্ঠ সাম্যাবস্থায় ঘনমাত্রা। R এবং RT হলো যথাক্রমে গ্যাস ধ্রুবক এবং অধিশোষণ তাপমাত্রা। ln Ke-কে 1/T-এর বিপরীতে লেখচিত্রে আঁকলে একটি সরলরেখা পাওয়া যায় (চিত্র 9D), যেখান থেকে ∆S এবং ∆H নির্ণয় করা যায়।
একটি ঋণাত্মক ΔH মান নির্দেশ করে যে প্রক্রিয়াটি তাপমোচী। অন্যদিকে, ΔH মানটি ভৌত ​​অধিশোষণ প্রক্রিয়ার সীমার মধ্যে থাকে। সারণি ৩-এ ঋণাত্মক ΔG মান নির্দেশ করে যে অধিশোষণ সম্ভব এবং স্বতঃস্ফূর্ত। ΔS-এর ঋণাত্মক মান তরল আন্তঃপৃষ্ঠে অধিশোষক অণুসমূহের উচ্চ বিন্যাস নির্দেশ করে (সারণি ৩)।
সারণি ৪-এ পূর্ববর্তী গবেষণায় উল্লিখিত অন্যান্য অধিশোষকগুলির সাথে rGO/nZVI কম্পোজিটের তুলনা করা হয়েছে। এটা স্পষ্ট যে, rGO/nCVI কম্পোজিটের অধিশোষণ ক্ষমতা অনেক বেশি এবং এটি জল থেকে ডিসি অ্যান্টিবায়োটিক অপসারণের জন্য একটি সম্ভাবনাময় উপাদান হতে পারে। এছাড়াও, rGO/nZVI কম্পোজিটের অধিশোষণ একটি দ্রুত প্রক্রিয়া, যার সাম্যাবস্থায় পৌঁছানোর সময় ৬০ মিনিট। rGO এবং nZVI-এর সমন্বিত প্রভাব দ্বারা rGO/nZVI কম্পোজিটের এই চমৎকার অধিশোষণ বৈশিষ্ট্য ব্যাখ্যা করা যায়।
চিত্র ১০এ, বি rGO/nZVI এবং nZVI কমপ্লেক্স দ্বারা DC অ্যান্টিবায়োটিক অপসারণের যৌক্তিক প্রক্রিয়াটি ব্যাখ্যা করে। DC শোষণের কার্যকারিতার উপর pH-এর প্রভাব সম্পর্কিত পরীক্ষার ফলাফল অনুসারে, pH ৩ থেকে ৭ পর্যন্ত বৃদ্ধি পেলেও, rGO/nZVI কম্পোজিটে DC-এর শোষণ স্থিরবৈদ্যুতিক মিথস্ক্রিয়া দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়নি, কারণ এটি একটি জুইটারআয়ন হিসেবে কাজ করে; তাই, pH মানের পরিবর্তন শোষণ প্রক্রিয়াকে প্রভাবিত করেনি। ফলস্বরূপ, শোষণ প্রক্রিয়াটি rGO/nZVI কম্পোজিট এবং DC66-এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন, হাইড্রোফোবিক প্রভাব এবং π-π স্ট্যাকিং মিথস্ক্রিয়ার মতো অ-স্থিরবৈদ্যুতিক মিথস্ক্রিয়া দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হতে পারে। এটি সুবিদিত যে, স্তরযুক্ত গ্রাফিনের পৃষ্ঠে অ্যারোমেটিক অ্যাডসরবেটের প্রক্রিয়াটি π–π স্ট্যাকিং মিথস্ক্রিয়াকে প্রধান চালিকা শক্তি হিসেবে ব্যাখ্যা করে। কম্পোজিটটি গ্রাফিনের মতো একটি স্তরযুক্ত উপাদান, যার π-π* ট্রানজিশনের কারণে ২৩৩ nm-এ সর্বোচ্চ শোষণ ঘটে। ডিসি অ্যাডসরবেটের আণবিক গঠনে চারটি অ্যারোমেটিক রিং-এর উপস্থিতির উপর ভিত্তি করে, আমরা অনুমান করেছি যে অ্যারোমেটিক ডিসি (π-ইলেকট্রন গ্রাহক) এবং rGO/nZVI কম্পোজিটের পৃষ্ঠের π-ইলেকট্রন সমৃদ্ধ অঞ্চলের মধ্যে π-π-স্ট্যাকিং মিথস্ক্রিয়ার একটি প্রক্রিয়া রয়েছে। এছাড়াও, চিত্র 10B-তে যেমন দেখানো হয়েছে, ডিসি-এর সাথে rGO/nZVI কম্পোজিটের আণবিক মিথস্ক্রিয়া অধ্যয়নের জন্য FTIR পরীক্ষা করা হয়েছিল, এবং ডিসি শোষণের পরে rGO/nZVI কম্পোজিটের FTIR স্পেকট্রা চিত্র 10B-তে দেখানো হয়েছে। 2111 cm-1-এ একটি নতুন শিখর লক্ষ্য করা গেছে, যা C=C বন্ধনের ফ্রেমওয়ার্ক কম্পনের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, যা rGO/nZVI-এর পৃষ্ঠে সংশ্লিষ্ট জৈব কার্যকরী গ্রুপগুলির উপস্থিতি নির্দেশ করে। অন্যান্য পিকগুলো 1561 থেকে 1548 cm-1 এবং 1399 থেকে 1360 cm-1-এ স্থানান্তরিত হয়, যা আরও নিশ্চিত করে যে গ্রাফিন এবং জৈব দূষকগুলির শোষণে π-π মিথস্ক্রিয়া একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে68,69। ডিসি শোষণের পরে, কিছু অক্সিজেন-ধারণকারী গ্রুপের, যেমন OH, তীব্রতা 3270 cm-1-এ হ্রাস পায়, যা ইঙ্গিত দেয় যে হাইড্রোজেন বন্ধন শোষণের অন্যতম একটি প্রক্রিয়া। সুতরাং, ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, rGO/nZVI কম্পোজিটে ডিসি শোষণ প্রধানত π-π স্ট্যাকিং মিথস্ক্রিয়া এবং H-বন্ধনের কারণে ঘটে।
rGO/nZVI এবং nZVI জটিল দ্বারা DC অ্যান্টিবায়োটিকের অধিশোষণের যৌক্তিক প্রক্রিয়া (A)। rGO/nZVI এবং nZVI-এর উপর DC-এর FTIR অধিশোষণ বর্ণালী (B)।
nZVI-এর উপর DC শোষণের পর 3244, 1615, 1546, এবং 1011 cm–1-এ nZVI-এর শোষণ ব্যান্ডগুলির তীব্রতা nZVI-এর তুলনায় বৃদ্ধি পেয়েছে (চিত্র 10B), যা DC-তে থাকা কার্বক্সিলিক অ্যাসিড O গ্রুপের সম্ভাব্য কার্যকরী গ্রুপগুলির সাথে মিথস্ক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত হওয়া উচিত। যাইহোক, পর্যবেক্ষণ করা সমস্ত ব্যান্ডে সঞ্চালনের এই কম শতাংশ নির্দেশ করে যে শোষণ প্রক্রিয়ার আগে nZVI-এর তুলনায় ফাইটোসিন্থেটিক শোষক (nZVI)-এর শোষণ দক্ষতায় কোনও উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন হয়নি। nZVI71 দিয়ে DC অপসারণের কিছু গবেষণা অনুসারে, যখন nZVI H2O-এর সাথে বিক্রিয়া করে, তখন ইলেকট্রন নির্গত হয় এবং তারপর H+ উচ্চ বিজারণযোগ্য সক্রিয় হাইড্রোজেন তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। অবশেষে, কিছু ক্যাটায়নিক যৌগ সক্রিয় হাইড্রোজেন থেকে ইলেকট্রন গ্রহণ করে, যার ফলে -C=N এবং -C=C- তৈরি হয়, যা বেনজিন বলয়ের বিভাজনের জন্য দায়ী।