Diolch i chi am ymweld â Nature.com. Mae gan y fersiwn porwr rydych chi'n ei ddefnyddio gefnogaeth CSS gyfyngedig. I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod chi'n defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu'n analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer). Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn rendro'r wefan heb arddulliau a JavaScript.
Yn y gwaith hwn, syntheseiddiwyd cyfansoddion rGO/nZVI am y tro cyntaf gan ddefnyddio gweithdrefn syml a chyfeillgar i'r amgylchedd gan ddefnyddio dyfyniad dail melynaidd Sophora fel asiant lleihau a sefydlogwr i gydymffurfio ag egwyddorion cemeg "wyrdd", megis synthesis cemegol llai niweidiol. Defnyddiwyd sawl offeryn i ddilysu synthesis llwyddiannus cyfansoddion, megis SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, a photensial zeta, sy'n dynodi cynhyrchu cyfansoddion llwyddiannus. Cymharwyd capasiti tynnu'r cyfansoddion newydd a nZVI pur ar wahanol grynodiadau cychwynnol o'r gwrthfiotig doxycycline i ymchwilio i'r effaith synergaidd rhwng rGO a nZVI. O dan yr amodau tynnu o 25mg L-1, 25°C a 0.05g, roedd y gyfradd tynnu amsugnol o nZVI pur yn 90%, tra bod y gyfradd tynnu amsugnol o doxycycline gan y cyfansoddyn rGO/nZVI wedi cyrraedd 94.6%, gan gadarnhau bod nZVI ac rGO. Mae'r broses amsugno yn cyfateb i drefn ffug-eiliad ac mae'n cytuno'n dda â model Freundlich gyda chynhwysedd amsugno uchaf o 31.61 mg g-1 ar 25 °C a pH 7. Cynigiwyd mecanwaith rhesymol ar gyfer cael gwared ar DC. Yn ogystal, roedd ailddefnyddiadwyedd y cyfansawdd rGO/nZVI yn 60% ar ôl chwe chylchred adfywio olynol.
Mae prinder dŵr a llygredd bellach yn fygythiad difrifol i bob gwlad. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae llygredd dŵr, yn enwedig llygredd gwrthfiotigau, wedi cynyddu oherwydd cynnydd mewn cynhyrchu a defnyddio yn ystod pandemig COVID-191,2,3. Felly, mae datblygu technoleg effeithiol ar gyfer dileu gwrthfiotigau mewn dŵr gwastraff yn dasg frys.
Un o'r gwrthfiotigau lled-synthetig gwrthiannol o'r grŵp tetracyclin yw doxycycline (DC)4,5. Adroddwyd na ellir metaboleiddio gweddillion DC mewn dŵr daear a dyfroedd wyneb, dim ond 20-50% sy'n cael eu metaboleiddio a chaiff y gweddill ei ryddhau i'r amgylchedd, gan achosi problemau amgylcheddol ac iechyd difrifol6.
Gall dod i gysylltiad â DC ar lefelau isel ladd micro-organebau ffotosynthetig dyfrol, bygwth lledaeniad bacteria gwrthficrobaidd, a chynyddu ymwrthedd i wrthficrobaidd, felly rhaid tynnu'r halogydd hwn o ddŵr gwastraff. Mae diraddio naturiol DC mewn dŵr yn broses araf iawn. Dim ond ar grynodiadau isel ac ar gyfraddau isel iawn y gall prosesau ffisegemegol fel ffotolysis, bioddiraddio ac amsugno ddiraddio7,8. Fodd bynnag, y dull mwyaf economaidd, syml, ecogyfeillgar, hawdd ei drin ac effeithlon yw amsugno9,10.
Mae haearn nano sero-falent (nZVI) yn ddeunydd pwerus iawn a all gael gwared â llawer o wrthfiotigau o ddŵr, gan gynnwys metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol, a tetracycline. Mae'r gallu hwn oherwydd y priodweddau anhygoel sydd gan nZVI, megis adweithedd uchel, arwynebedd mawr, a nifer o safleoedd rhwymo allanol11. Fodd bynnag, mae nZVI yn dueddol o agregu mewn cyfryngau dyfrllyd oherwydd grymoedd van der Wells a phriodweddau magnetig uchel, sy'n lleihau ei effeithiolrwydd wrth gael gwared â halogion oherwydd ffurfio haenau ocsid sy'n atal adweithedd nZVI10,12. Gellir lleihau agregu gronynnau nZVI trwy addasu eu harwynebau gyda syrffactyddion a pholymerau neu trwy eu cyfuno â nanoddeunyddiau eraill ar ffurf cyfansoddion, sydd wedi profi i fod yn ddull hyfyw o wella eu sefydlogrwydd yn yr amgylchedd13,14.
Mae graffin yn nano-ddeunydd carbon dau ddimensiwn sy'n cynnwys atomau carbon wedi'u hybridio â sp2 wedi'u trefnu mewn dellt crwybr mêl. Mae ganddo arwynebedd mawr, cryfder mecanyddol sylweddol, gweithgaredd electrocatalytig rhagorol, dargludedd thermol uchel, symudedd electronau cyflym, a deunydd cludwr addas i gynnal nanoronynnau anorganig ar ei wyneb. Gall y cyfuniad o nanoronynnau metel a graffin ragori'n fawr ar fanteision unigol pob deunydd ac, oherwydd ei briodweddau ffisegol a chemegol uwchraddol, darparu dosbarthiad gorau posibl o nanoronynnau ar gyfer trin dŵr yn fwy effeithlon15.
Detholion planhigion yw'r dewis arall gorau yn lle asiantau lleihau cemegol niweidiol a ddefnyddir yn gyffredin wrth synthesis ocsid graffen lleihau (rGO) ac nZVI oherwydd eu bod ar gael, yn rhad, yn un cam, yn ddiogel i'r amgylchedd, a gellir eu defnyddio fel asiantau lleihau. fel flavonoidau a chyfansoddion ffenolaidd hefyd yn gweithredu fel sefydlogwr. Felly, defnyddiwyd dyfyniad dail Atriplex halimus L. fel asiant atgyweirio a chau ar gyfer synthesis cyfansoddion rGO/nZVI yn yr astudiaeth hon. Mae Atriplex halimus o'r teulu Amaranthaceae yn llwyn lluosflwydd sy'n caru nitrogen gydag ystod ddaearyddol eang16.
Yn ôl y llenyddiaeth sydd ar gael, defnyddiwyd Atriplex halimus (A. halimus) gyntaf i wneud cyfansoddion rGO/nZVI fel dull synthesis economaidd a chyfeillgar i'r amgylchedd. Felly, mae nod y gwaith hwn yn cynnwys pedair rhan: (1) ffytosynthesis cyfansoddion rGO/nZVI a nZVI rhieni gan ddefnyddio dyfyniad dail dyfrol A. halimus, (2) nodweddu cyfansoddion wedi'u ffytosyntheseiddio gan ddefnyddio dulliau lluosog i gadarnhau eu bod wedi'u cynhyrchu'n llwyddiannus, (3) astudio effaith synergaidd rGO a nZVI wrth amsugno a chael gwared ar halogion organig gwrthfiotigau doxycycline o dan baramedrau adwaith gwahanol, optimeiddio amodau'r broses amsugno, (3) ymchwilio i ddeunyddiau cyfansawdd mewn amrywiol driniaethau parhaus ar ôl y cylch prosesu.
Hydroclorid doxycycline (DC, MM = 480.90, fformiwla gemegol C22H24N2O·HCl, 98%), clorid haearn hecsahydrad (FeCl3.6H2O, 97%), powdr graffit a brynwyd gan Sigma-Aldrich, UDA. Prynwyd sodiwm hydrocsid (NaOH, 97%), ethanol (C2H5OH, 99.9%) ac asid hydroclorig (HCl, 37%) gan Merck, UDA. Prynwyd NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 a MgCl2 gan Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Mae pob adweithydd o burdeb dadansoddol uchel. Defnyddiwyd dŵr wedi'i ddistyllu ddwywaith i baratoi'r holl doddiannau dyfrllyd.
Casglwyd sbesimenau cynrychioliadol o A. halimus o'u cynefin naturiol yn Nelta'r Nîl a thiroedd ar hyd arfordir Môr y Canoldir yn yr Aifft. Casglwyd deunydd planhigion yn unol â chanllawiau cenedlaethol a rhyngwladol cymwys17. Mae'r Athro Manal Fawzi wedi nodi sbesimenau planhigion yn ôl Boulos18, ac mae Adran Gwyddorau Amgylcheddol Prifysgol Alexandria yn awdurdodi casglu rhywogaethau planhigion a astudiwyd at ddibenion gwyddonol. Cedwir talebau sampl yn Herbariwm Prifysgol Tanta (TANE), talebau rhifau 14 122–14 127, herbariwm cyhoeddus sy'n darparu mynediad at ddeunyddiau a adneuwyd. Yn ogystal, i gael gwared â llwch neu faw, torrwch ddail y planhigyn yn ddarnau bach, rinsiwch 3 gwaith â dŵr tap a dŵr distyll, ac yna sychwch ar 50°C. Cafodd y planhigyn ei falu, trochwyd 5 g o'r powdr mân mewn 100 ml o ddŵr distyll a'i droi ar 70°C am 20 munud i gael dyfyniad. Hidlwyd y dyfyniad a gafwyd o Bacillus nicotianae trwy bapur hidlo Whatman a'i storio mewn tiwbiau glân a sterileiddiedig ar 4°C i'w ddefnyddio ymhellach.
Fel y dangosir yn Ffigur 1, gwnaed y GO o bowdr graffit gan ddefnyddio dull Hummers wedi'i addasu. Gwasgarwyd 10 mg o bowdr GO mewn 50 ml o ddŵr wedi'i ddad-ïoneiddio am 30 munud o dan sonication, ac yna cymysgwyd 0.9 g o FeCl3 a 2.9 g o NaAc am 60 munud. Ychwanegwyd 20 ml o echdyniad dail atriplex at y toddiant wedi'i droi gan ei droi a'i adael ar 80°C am 8 awr. Hidlwyd yr ataliad du canlyniadol. Golchwyd y nanogyfansoddion parod ag ethanol a dŵr wedi'i ddistyllu'n ddeuol ac yna eu sychu mewn popty gwactod ar 50°C am 12 awr.
Ffotograffau sgematig a digidol o synthesis gwyrdd o gymhlygion rGO/nZVI a nZVI a thynnu gwrthfiotigau DC o ddŵr halogedig gan ddefnyddio dyfyniad Atriplex halimus.
Yn gryno, fel y dangosir yn Ffig. 1, ychwanegwyd 10 ml o doddiant clorid haearn yn cynnwys 0.05 M o ïonau Fe3+ fesul diferyn at 20 ml o doddiant dyfyniad dail chwerw am 60 munud gyda gwresogi a chymysgu cymedrol, ac yna cafodd yr hydoddiant ei allgyrchu ar 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) am 15 munud i roi gronynnau du, a gafodd eu golchi 3 gwaith gydag ethanol a dŵr distyll ac yna eu sychu mewn popty gwactod ar 60°C dros nos.
Nodweddwyd cyfansoddion rGO/nZVI a nZVI wedi'u syntheseiddio o blanhigion gan sbectrosgopeg UV-gweladwy (sbectroffotomedrau UV/Vis cyfres T70/T80, PG Instruments Ltd, DU) yn yr ystod sganio o 200-800 nm. I ddadansoddi topograffeg a dosbarthiad maint y cyfansoddion rGO/nZVI a nZVI, defnyddiwyd sbectrosgopeg TEM (JOEL, JEM-2100F, Japan, foltedd cyflymu 200 kV). I werthuso'r grwpiau swyddogaethol a all fod yn rhan o ddarnau planhigion sy'n gyfrifol am y broses adfer a sefydlogi, cynhaliwyd sbectrosgopeg FT-IR (sbectromedr JASCO yn yr ystod o 4000-600 cm-1). Yn ogystal, defnyddiwyd dadansoddwr potensial zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) i astudio gwefr arwyneb y nanoddeunyddiau wedi'u syntheseiddio. Ar gyfer mesuriadau diffractiad pelydr-X nanoddeunyddiau powdr, defnyddiwyd diffractomedr pelydr-X (X'PERT PRO, yr Iseldiroedd), yn gweithredu ar gerrynt (40 mA), foltedd (45 kV) yn yr ystod 2θ o 20° i 80° ac ymbelydredd CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). Roedd y sbectromedr pelydr-X gwasgarol ynni (EDX) (model JEOL JSM-IT100) yn gyfrifol am astudio'r cyfansoddiad elfennol wrth gasglu pelydrau-X monocromatig Al K-α o -10 i 1350 eV ar XPS, maint smotyn 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, UDA) ynni trosglwyddo'r sbectrwm llawn yw 200 eV a'r sbectrwm cul yw 50 eV. Mae'r sampl powdr yn cael ei wasgu ar ddeiliad sampl, sy'n cael ei osod mewn siambr gwactod. Defnyddiwyd y sbectrwm C1s fel cyfeirnod ar 284.58 eV i bennu'r egni rhwymo.
Cynhaliwyd arbrofion amsugno i brofi effeithiolrwydd y nanogyfansoddion rGO/nZVI a syntheseiddiwyd wrth gael gwared â doxycycline (DC) o doddiannau dyfrllyd. Perfformiwyd arbrofion amsugno mewn fflasgiau Erlenmeyer 25 ml ar gyflymder ysgwyd o 200 rpm ar ysgwydwr orbitol (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) ar 298 K. Trwy wanhau'r toddiant stoc DC (1000 ppm) gyda dŵr wedi'i ddistyllu'n ddeuol. I asesu effaith y dos rGO/nSVI ar effeithlonrwydd yr amsugno, ychwanegwyd nanogyfansoddion o wahanol bwysau (0.01–0.07 g) at 20 ml o doddiant DC. I astudio'r cineteg a'r isothermau amsugno, trochwyd 0.05 g o'r amsugnydd mewn toddiant dyfrllyd o CD gyda chrynodiad cychwynnol (25–100 mg L–1). Astudiwyd effaith pH ar gael gwared ar DC ar pH (3–11) a chrynodiad cychwynnol o 50 mg L-1 ar 25°C. Addaswch pH y system trwy ychwanegu ychydig bach o doddiant HCl neu NaOH (mesurydd pH Crison, mesurydd pH, pH 25). Yn ogystal, ymchwiliwyd i ddylanwad tymheredd yr adwaith ar arbrofion amsugno yn yr ystod o 25-55°C. Astudiwyd effaith cryfder ïonig ar y broses amsugno trwy ychwanegu gwahanol grynodiadau o NaCl (0.01–4 mol L–1) ar grynodiad cychwynnol o DC o 50 mg L–1, pH 3 a 7), 25°C, a dos amsugnol o 0.05 g. Mesurwyd amsugno DC heb ei amsugno gan ddefnyddio sbectroffotomedr UV-Vis trawst deuol (cyfres T70/T80, PG Instruments Ltd, DU) wedi'i gyfarparu â chiwfedau cwarts hyd llwybr 1.0 cm ar donfeddi uchaf (λmax) o 270 a 350 nm. Mesurwyd canran tynnu gwrthfiotigau DC (R%; Hafaliad 1) a swm amsugno DC, qt, Hafaliad 2 (mg/g) gan ddefnyddio'r hafaliad canlynol.
lle mae %R yn cynrychioli'r capasiti tynnu DC (%), Co yw crynodiad cychwynnol DC ar amser 0, a C yw crynodiad DC ar amser t, yn y drefn honno (mg L-1).
lle mae qe yn cynrychioli faint o DC sydd wedi'i amsugno fesul uned màs o'r amsugnydd (mg g-1), Co a Ce yw'r crynodiadau ar amser sero ac ar gydbwysedd, yn y drefn honno (mg l-1), V yw cyfaint y toddiant (l), ac m yw'r adweithydd màs amsugno (g).
Mae delweddau SEM (Ffigau 2A–C) yn dangos morffoleg lamelar y cyfansawdd rGO/nZVI gyda nanoronynnau haearn sfferig wedi'u gwasgaru'n unffurf ar ei wyneb, sy'n dynodi atodiad llwyddiannus NPs nZVI i wyneb yr rGO. Yn ogystal, mae rhai crychau yn y ddeilen rGO, sy'n cadarnhau tynnu grwpiau sy'n cynnwys ocsigen ar yr un pryd ag adfer A. halimus GO. Mae'r crychau mawr hyn yn gweithredu fel safleoedd ar gyfer llwytho NPs haearn yn weithredol. Dangosodd delweddau nZVI (Ffig. 2D-F) fod y NPs haearn sfferig wedi'u gwasgaru'n fawr ac nad oeddent yn agregu, sydd oherwydd natur cotio cydrannau botanegol y dyfyniad planhigion. Roedd maint y gronynnau'n amrywio o fewn 15–26 nm. Fodd bynnag, mae gan rai rhanbarthau forffoleg mesoporous gyda strwythur o fwlchiau a cheudodau, a all ddarparu capasiti amsugno effeithiol uchel o nZVI, gan y gallant gynyddu'r posibilrwydd o ddal moleciwlau DC ar wyneb nZVI. Pan ddefnyddiwyd dyfyniad Rosa Damascus ar gyfer synthesis nZVI, roedd yr NPs a gafwyd yn anghymesur, gyda bylchau a siapiau gwahanol, a oedd yn lleihau eu heffeithlonrwydd wrth amsugno Cr(VI) ac yn cynyddu'r amser adwaith 23. Mae'r canlyniadau'n gyson â nZVI wedi'i syntheseiddio o ddail derw a mwyar Mair, sef nanoronynnau sfferig yn bennaf gyda gwahanol feintiau nanometr heb gydgrynhoi amlwg.
Delweddau SEM o gyfansoddion rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) a phatrymau EDX o gyfansoddion nZVI/rGO (G) a nZVI (H).
Astudiwyd cyfansoddiad elfennol cyfansoddion rGO/nZVI a nZVI wedi'u syntheseiddio o blanhigion gan ddefnyddio EDX (Ffig. 2G, H). Mae astudiaethau'n dangos bod nZVI yn cynnwys carbon (38.29% yn ôl màs), ocsigen (47.41% yn ôl màs) a haearn (11.84% yn ôl màs), ond mae elfennau eraill fel ffosfforws24 hefyd yn bresennol, y gellir eu cael o echdynion planhigion. Yn ogystal, mae'r ganran uchel o garbon ac ocsigen oherwydd presenoldeb ffytogemegau o echdynion planhigion mewn samplau nZVI is-wyneb. Mae'r elfennau hyn wedi'u dosbarthu'n gyfartal ar rGO ond mewn cymarebau gwahanol: defnyddir C (39.16% pwysau), O (46.98% pwysau), ac Fe (10.99% pwysau). Mae EDX rGO/nZVI hefyd yn dangos presenoldeb elfennau eraill fel S, y gellir eu cysylltu â echdynion planhigion. Mae'r gymhareb C:O a chynnwys haearn gyfredol yn y cyfansawdd rGO/nZVI gan ddefnyddio A. halimus yn llawer gwell na defnyddio'r dyfyniad dail ewcalyptws, gan ei fod yn nodweddu cyfansoddiad C (23.44% pwys.), O (68.29% pwys.) ac Fe (8.27% pwys.) pwys. 25. Adroddodd Nataša et al., 2022 gyfansoddiad elfennol tebyg o nZVI wedi'i syntheseiddio o ddail derw a mwyar Mair a chadarnhaodd fod grwpiau polyphenol a moleciwlau eraill sydd wedi'u cynnwys yn y dyfyniad dail yn gyfrifol am y broses leihau.
Roedd morffoleg nZVI a syntheseiddiwyd mewn planhigion (Ffig. S2A,B) yn sfferig ac yn rhannol afreolaidd, gyda maint gronynnau cyfartalog o 23.09 ± 3.54 nm, fodd bynnag, gwelwyd agregau cadwyn oherwydd grymoedd van der Waals a fferomagnetiaeth. Mae'r siâp gronynnau gronynnog a sfferig hwn yn bennaf yn cytuno'n dda â chanlyniadau'r SEM. Canfuwyd arsylwad tebyg gan Abdelfatah et al. yn 2021 pan ddefnyddiwyd dyfyniad dail ffa castor wrth syntheseiddio nZVI11. Mae gan NPs dyfyniad dail Ruelas tuberosa a ddefnyddir fel asiant lleihau yn nZVI hefyd siâp sfferig gyda diamedr o 20 i 40 nm26.
Dangosodd delweddau TEM cyfansawdd hybrid rGO/nZVI (Ffig. S2C-D) fod rGO yn awyren sylfaenol gyda phlygiadau a chrychau ymylol sy'n darparu nifer o safleoedd llwytho ar gyfer nanoparthau nZVI; mae'r morffoleg lamelar hon hefyd yn cadarnhau bod rGO wedi'i gynhyrchu'n llwyddiannus. Yn ogystal, mae gan nanoparthau nZVI siâp sfferig gyda meintiau gronynnau o 5.32 i 27 nm ac maent wedi'u hymgorffori yn yr haen rGO gyda gwasgariad bron yn unffurf. Defnyddiwyd dyfyniad dail ewcalyptws i syntheseiddio nanoparthau Fe/rGO; Cadarnhaodd canlyniadau'r TEM hefyd fod crychau yn yr haen rGO wedi gwella gwasgariad nanoparthau Fe yn fwy na nanoparthau Fe pur ac wedi cynyddu adweithedd y cyfansoddion. Cafwyd canlyniadau tebyg gan Bagheri et al. 28 pan gafodd y cyfansawdd ei gynhyrchu gan ddefnyddio technegau uwchsonig gyda maint nanoronyn haearn cyfartalog o tua 17.70 nm.
Dangosir sbectrwm FTIR cyfansoddion A. halimus, nZVI, GO, rGO, ac rGO/nZVI yn Ffig. 3A. Mae presenoldeb grwpiau swyddogaethol arwyneb yn nail A. halimus yn ymddangos ar 3336 cm-1, sy'n cyfateb i bolyffenolau, a 1244 cm-1, sy'n cyfateb i grwpiau carbonyl a gynhyrchir gan y protein. Mae grwpiau eraill fel alcanau ar 2918 cm-1, alcenau ar 1647 cm-1 ac estyniadau CO-O-CO ar 1030 cm-1 hefyd wedi'u harsylwi, gan awgrymu presenoldeb cydrannau planhigion sy'n gweithredu fel asiantau selio ac sy'n gyfrifol am adferiad o Fe2+ i Fe0 a GO i rGO29. Yn gyffredinol, mae'r sbectrwm nZVI yn dangos yr un copaon amsugno â siwgrau chwerw, ond gyda safle ychydig wedi'i symud. Mae band dwys yn ymddangos ar 3244 cm-1 sy'n gysylltiedig â dirgryniadau ymestyn OH (ffenolau), mae brig ar 1615 yn cyfateb i C=C, ac mae bandiau ar 1546 a 1011 cm-1 yn codi oherwydd ymestyn C=O (polyffenolau a flavonoidau), gwelwyd grwpiau CN o aminau aromatig ac aminau aliffatig hefyd ar 1310 cm-1 a 1190 cm-1, yn y drefn honno13. Mae sbectrwm FTIR GO yn dangos presenoldeb llawer o grwpiau dwyster uchel sy'n cynnwys ocsigen, gan gynnwys y band ymestyn alcocsi (CO) ar 1041 cm-1, y band ymestyn epocsi (CO) ar 1291 cm-1, ymestyn C=O. Ymddangosodd band o ddirgryniadau ymestyn C=C ar 1619 cm-1, band ar 1708 cm-1 a band eang o ddirgryniadau ymestyn grŵp OH ar 3384 cm-1, a gadarnheir gan y dull Hummers gwell, sy'n ocsideiddio'r broses graffit yn llwyddiannus. Wrth gymharu cyfansoddion rGO ac rGO/nZVI â sbectrwm GO, mae dwyster rhai grwpiau sy'n cynnwys ocsigen, fel OH ar 3270 cm-1, wedi'i leihau'n sylweddol, tra bod eraill, fel C=O ar 1729 cm-1, wedi diflannu'n llwyr, gan ddangos bod y dyfyniad A. halimus wedi tynnu grwpiau swyddogaethol sy'n cynnwys ocsigen yn GO yn llwyddiannus. Gwelir copaon nodweddiadol miniog newydd o rGO ar densiwn C=C tua 1560 a 1405 cm-1, sy'n cadarnhau'r gostyngiad o GO i rGO. Gwelwyd amrywiadau o 1043 i 1015 cm-1 ac o 982 i 918 cm-1, o bosibl oherwydd cynnwys deunydd planhigion31,32. Gwelodd Weng et al., 2018 hefyd wanhad sylweddol mewn grwpiau swyddogaethol ocsigenedig mewn GO, gan gadarnhau ffurfio rGO yn llwyddiannus trwy fiolegynnu, gan fod dyfyniad dail ewcalyptws, a ddefnyddiwyd i syntheseiddio cyfansoddion ocsid graffen haearn wedi'u lleihau, wedi dangos sbectrwm FTIR agosach o grwpiau swyddogaethol cydrannau planhigion.33.
A. Sbectrwm FTIR o galiwm, nZVI, rGO, GO, cyfansawdd rGO/nZVI (A). Cyfansoddion roentgenogram rGO, GO, nZVI ac rGO/nZVI (B).
Cadarnhawyd ffurfiant cyfansoddion rGO/nZVI ac nZVI i raddau helaeth gan batrymau diffractiad pelydr-X (Ffig. 3B). Gwelwyd brig Fe0 dwyster uchel ar 2Ɵ 44.5°, sy'n cyfateb i fynegai (110) (JCPDS rhif 06–0696)11. Priodolir brig arall ar 35.1° o'r plân (311) i fagnetit Fe3O4, a gall 63.2° fod yn gysylltiedig â mynegai Miller y plân (440) oherwydd presenoldeb ϒ-FeOOH (JCPDS rhif 17-0536)34. Mae patrwm pelydr-X GO yn dangos brig miniog ar 2Ɵ 10.3° a brig arall ar 21.1°, sy'n dynodi plicio llwyr y graffit ac yn tynnu sylw at bresenoldeb grwpiau sy'n cynnwys ocsigen ar wyneb GO35. Cofnododd patrymau cyfansawdd rGO ac rGO/nZVI ddiflaniad copaon GO nodweddiadol a ffurfio copaon rGO eang ar 2Ɵ 22.17 a 24.7° ar gyfer y cyfansoddion rGO ac rGO/nZVI, yn y drefn honno, a gadarnhaodd adferiad llwyddiannus GO gan echdynion planhigion. Fodd bynnag, yn y patrwm cyfansawdd rGO/nZVI, gwelwyd copaon ychwanegol sy'n gysylltiedig â'r plân dellt Fe0 (110) a bcc Fe0 (200) ar 44.9\(^\circ\) a 65.22\(^\circ\), yn y drefn honno.
Y potensial zeta yw'r potensial rhwng haen ïonig sydd ynghlwm wrth wyneb gronyn a hydoddiant dyfrllyd sy'n pennu priodweddau electrostatig deunydd ac yn mesur ei sefydlogrwydd37. Dangosodd dadansoddiad potensial zeta o gyfansoddion nZVI, GO, ac rGO/nZVI a syntheseiddiwyd o blanhigion eu sefydlogrwydd oherwydd presenoldeb gwefrau negatif o -20.8, -22, a -27.4 mV, yn y drefn honno, ar eu harwyneb, fel y dangosir yn Ffigur S1A-C. . Mae canlyniadau o'r fath yn gyson â sawl adroddiad sy'n sôn bod hydoddiannau sy'n cynnwys gronynnau â gwerthoedd potensial zeta sy'n llai na -25 mV yn gyffredinol yn dangos gradd uchel o sefydlogrwydd oherwydd gwrthyriad electrostatig rhwng y gronynnau hyn. Mae'r cyfuniad o rGO a nZVI yn caniatáu i'r cyfansoddyn gaffael mwy o wefrau negatif ac felly mae ganddo sefydlogrwydd uwch na GO neu nZVI ar eu pen eu hunain. Felly, bydd ffenomen gwrthyriad electrostatig yn arwain at ffurfio cyfansoddion rGO/nZVI39 sefydlog. Mae arwyneb negatif GO yn caniatáu iddo gael ei wasgaru'n gyfartal mewn cyfrwng dyfrllyd heb gydgrynhoi, sy'n creu amodau ffafriol ar gyfer rhyngweithio â nZVI. Gall y gwefr negatif fod yn gysylltiedig â phresenoldeb gwahanol grwpiau swyddogaethol yn y dyfyniad melon chwerw, sydd hefyd yn cadarnhau'r rhyngweithio rhwng GO a rhagflaenwyr haearn a'r dyfyniad planhigion i ffurfio rGO ac nZVI, yn y drefn honno, a'r cyfadeilad rGO/nZVI. Gall y cyfansoddion planhigion hyn hefyd weithredu fel asiantau capio, gan eu bod yn atal y nanoronynnau sy'n deillio o hyn rhag crynhoi ac felly'n cynyddu eu sefydlogrwydd40.
Penderfynwyd ar gyfansoddiad elfennol a chyflyrau falens y cyfansoddion nZVI ac rGO/nZVI gan XPS (Ffig. 4). Dangosodd yr astudiaeth XPS gyffredinol fod y cyfansoddyn rGO/nZVI yn cynnwys yr elfennau C, O, a Fe yn bennaf, yn gyson â'r mapio EDS (Ffig. 4F–H). Mae'r sbectrwm C1s yn cynnwys tri chopa ar 284.59 eV, 286.21 eV a 288.21 eV sy'n cynrychioli CC, CO a C=O, yn y drefn honno. Rhannwyd y sbectrwm O1s yn dri chopa, gan gynnwys 531.17 eV, 532.97 eV, a 535.45 eV, a neilltuwyd i'r grwpiau O=CO, CO, ac NO, yn y drefn honno. Fodd bynnag, mae'r copaon ar 710.43, 714.57 a 724.79 eV yn cyfeirio at Fe 2p3/2, Fe+3 a Fe p1/2, yn y drefn honno. Dangosodd sbectrwm XPS nZVI (Ffig. 4C-E) bigau ar gyfer yr elfennau C, O, a Fe. Mae bigau ar 284.77, 286.25, a 287.62 eV yn cadarnhau presenoldeb aloion haearn-carbon, gan eu bod yn cyfeirio at CC, C-OH, a CO, yn y drefn honno. Roedd y sbectrwm O1s yn cyfateb i dri chopa C–O/carbonad haearn (531.19 eV), radical hydroxyl (532.4 eV) ac O–C=O (533.47 eV). Priodolir y brig ar 719.6 i Fe0, tra bod FeOOH yn dangos bigau ar 717.3 a 723.7 eV, yn ogystal, mae'r brig ar 725.8 eV yn dynodi presenoldeb Fe2O342.43.
Astudiaethau XPS o gyfansoddion nZVI ac rGO/nZVI, yn y drefn honno (A, B). Sbectrwm llawn o gyfansoddion nZVI C1s (C), Fe2p (D), ac O1s (E) a rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H).
Mae'r isotherm amsugno/dad-amsugno N2 (Ffig. 5A, B) yn dangos bod y cyfansoddion nZVI ac rGO/nZVI yn perthyn i fath II. Yn ogystal, cynyddodd arwynebedd penodol (SBET) nZVI o 47.4549 i 152.52 m2/g ar ôl dallu ag rGO. Gellir esbonio'r canlyniad hwn gan y gostyngiad ym mhriodweddau magnetig nZVI ar ôl dallu rGO, a thrwy hynny leihau agregu gronynnau a chynyddu arwynebedd y cyfansoddion. Yn ogystal, fel y dangosir yn Ffig. 5C, mae cyfaint mandwll (8.94 nm) y cyfansoddyn rGO/nZVI yn uwch na chyfaint y nZVI gwreiddiol (2.873 nm). Mae'r canlyniad hwn yn cytuno ag El-Monaem et al. 45.
Er mwyn gwerthuso'r gallu amsugno i gael gwared ar DC rhwng y cyfansoddion rGO/nZVI a'r nZVI gwreiddiol yn dibynnu ar y cynnydd yn y crynodiad cychwynnol, gwnaed cymhariaeth trwy ychwanegu dos cyson o bob amsugnydd (0.05 g) at DC ar wahanol grynodiadau cychwynnol. Ymchwiliwyd i'r toddiant [25]. –100 mg l–1] ar 25°C. Dangosodd y canlyniadau fod effeithlonrwydd tynnu (94.6%) y cyfansoddyn rGO/nZVI yn uwch na'r nZVI gwreiddiol (90%) ar grynodiad is (25 mg L-1). Fodd bynnag, pan gynyddwyd y crynodiad cychwynnol i 100 mg L-1, gostyngodd effeithlonrwydd tynnu rGO/nZVI a nZVI rhiant i 70% a 65%, yn y drefn honno (Ffigur 6A), a allai fod oherwydd llai o safleoedd gweithredol a diraddio gronynnau nZVI. I'r gwrthwyneb, dangosodd rGO/nZVI effeithlonrwydd uwch o ran tynnu DC, a allai fod oherwydd effaith synergaidd rhwng rGO a nZVI, lle mae safleoedd gweithredol sefydlog sydd ar gael ar gyfer amsugno yn llawer uwch, ac yn achos rGO/nZVI, gellir amsugno mwy o DC na nZVI cyfan. Yn ogystal, yn ffig. 6B mae'n dangos bod capasiti amsugno'r cyfansoddion rGO/nZVI a nZVI wedi cynyddu o 9.4 mg/g i 30 mg/g a 9 mg/g, yn y drefn honno, gyda chynnydd yn y crynodiad cychwynnol o 25–100 mg/L. -1.1 i 28.73 mg g-1. Felly, roedd y gyfradd tynnu DC yn gysylltiedig yn negyddol â'r crynodiad DC cychwynnol, a oedd oherwydd y nifer gyfyngedig o ganolfannau adwaith a gefnogir gan bob amsugnydd ar gyfer amsugno a thynnu DC mewn toddiant. Felly, gellir dod i'r casgliad o'r canlyniadau hyn bod gan y cyfansoddion rGO/nZVI effeithlonrwydd uwch o amsugno a lleihau, a gellir defnyddio rGO yng nghyfansoddiad rGO/nZVI fel amsugnydd ac fel deunydd cludwr.
Yr effeithlonrwydd tynnu a'r capasiti amsugno DC ar gyfer y cyfansoddyn rGO/nZVI a nZVI oedd (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, dos = 0.05 g], pH. ar gapasiti amsugno ac effeithlonrwydd tynnu DC ar gyfansoddion rGO/nZVI (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, dos = 0.05 g].
Mae pH hydoddiant yn ffactor hollbwysig wrth astudio prosesau amsugno, gan ei fod yn effeithio ar radd ïoneiddio, sbeisiad ac ïoneiddio'r amsugnydd. Cynhaliwyd yr arbrawf ar 25°C gyda dos cyson o amsugnydd (0.05 g) a chrynodiad cychwynnol o 50 mg L-1 yn yr ystod pH (3–11). Yn ôl adolygiad llenyddiaeth46, mae DC yn foleciwl amffiffilig gyda sawl grŵp swyddogaethol ïoneiddiadwy (ffenolau, grwpiau amino, alcoholau) ar wahanol lefelau pH. O ganlyniad, gall amrywiol swyddogaethau DC a'r strwythurau cysylltiedig ar wyneb y cyfansawdd rGO/nZVI ryngweithio'n electrostatig a gallant fodoli fel cationau, zwitterionau ac anionau, mae'r moleciwl DC yn bodoli fel cationig (DCH3+) ar pH < 3.3, zwitterionig (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ac anionig (DCH− neu DC2−) ar PH 7.7. O ganlyniad, gall amrywiol swyddogaethau DC a'r strwythurau cysylltiedig ar wyneb y cyfansawdd rGO/nZVI ryngweithio'n electrostatig a gallant fodoli fel cationau, zwitterionau ac anionau, mae'r moleciwl DC yn bodoli fel cationig (DCH3+) ar pH < 3.3, zwitterionig (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ac anionig (DCH- neu DC2-) ar PH 7.7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композитZVI r взаимодействовать электростатически и могут существовать виде катионов, цвиттер-ионов и анионку, могут виде катионов виде катиона (DCH3+) при рН < 3,3, цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7. O ganlyniad, gall amrywiol swyddogaethau DC a strwythurau cysylltiedig ar wyneb y cyfansawdd rGO/nZVI ryngweithio'n electrostatig a gallant fodoli ar ffurf cationau, zwitterionau ac anionau; mae'r moleciwl DC yn bodoli fel cation (DCH3+) ar pH < 3.3; ïonig (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ac anïonig (DCH- neu DC2-) ar 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+) 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 阳离子 阳离子阐在阳离子 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 электростатические взаимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, a молекулыя катионов катионными (ДЦГ3+) при рН < 3,3. Felly, gall amrywiol swyddogaethau DC a strwythurau cysylltiedig ar wyneb y cyfansawdd rGO/nZVI fynd i mewn i ryngweithiadau electrostatig a bodoli ar ffurf cationau, zwitterionau ac anionau, tra bod moleciwlau DC yn gationig (DCH3+) ar pH < 3.3. Он существует в виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 и аниона (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Mae'n bodoli fel zwitterion (DCH20) ar 3.3 < pH < 7.7 ac anion (DCH- neu DC2-) ar pH 7.7.Gyda chynnydd mewn pH o 3 i 7, cynyddodd y capasiti amsugno ac effeithlonrwydd tynnu DC o 11.2 mg/g (56%) i 17 mg/g (85%) (Ffig. 6C). Fodd bynnag, wrth i'r pH gynyddu i 9 ac 11, gostyngodd y capasiti amsugno ac effeithlonrwydd tynnu rhywfaint, o 10.6 mg/g (53%) i 6 mg/g (30%), yn y drefn honno. Gyda chynnydd mewn pH o 3 i 7, roedd DCs yn bodoli'n bennaf ar ffurf zwitterionau, a oedd yn eu gwneud bron yn an-atynnu nac yn cael eu gwrthyrru'n electrostatig gyda chyfansoddion rGO/nZVI, yn bennaf trwy ryngweithio electrostatig. Wrth i'r pH gynyddu uwchlaw 8.2, gwefr negyddol oedd ar wyneb yr amsugnydd, felly gostyngodd a gostyngodd y capasiti amsugno oherwydd y gwrthyrru electrostatig rhwng y doxycycline â gwefr negyddol ac wyneb yr amsugnydd. Mae'r duedd hon yn awgrymu bod amsugno DC ar gyfansoddion rGO/nZVI yn ddibynnol iawn ar pH, ac mae'r canlyniadau hefyd yn dangos bod cyfansoddion rGO/nZVI yn addas fel amsugnwyr o dan amodau asidig a niwtral.
Cynhaliwyd astudiaeth effaith tymheredd ar amsugno hydoddiant dyfrllyd o DC ar (25–55°C). Mae Ffigur 7A yn dangos effaith cynnydd tymheredd ar effeithlonrwydd tynnu gwrthfiotigau DC ar rGO/nZVI, mae'n amlwg bod y capasiti tynnu a'r capasiti amsugno wedi cynyddu o 83.44% a 13.9 mg/g i 47% a 7.83 mg/g, yn y drefn honno. Gall y gostyngiad sylweddol hwn fod oherwydd cynnydd yn ynni thermol ïonau DC, sy'n arwain at ddad-amsugno47.
Effaith Tymheredd ar Effeithlonrwydd Tynnu a Chapasiti Amsugno CD ar Gyfansoddion rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dos = 0.05 g], Dos yr Amsugnwr ar Effeithlonrwydd Tynnu ac Effeithlonrwydd Tynnu CD Effaith Crynodiad Cychwynnol ar gapasiti amsugno ac effeithlonrwydd tynnu DC ar y cyfansoddyn rGO/nSVI (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dos = 0.05 g].
Dangosir effaith cynyddu dos yr amsugnydd cyfansawdd rGO/nZVI o 0.01 g i 0.07 g ar effeithlonrwydd tynnu a chynhwysedd amsugno yn Ffig. 7B. Arweiniodd cynnydd yn nos yr amsugnydd at ostyngiad yn y cynhwysedd amsugno o 33.43 mg/g i 6.74 mg/g. Fodd bynnag, gyda chynnydd yn nos yr amsugnydd o 0.01 g i 0.07 g, mae effeithlonrwydd tynnu yn cynyddu o 66.8% i 96%, a all, yn unol â hynny, fod yn gysylltiedig â chynnydd yn nifer y canolfannau gweithredol ar wyneb y nanogyfansawdd.
Astudiwyd effaith crynodiad cychwynnol ar gapasiti amsugno ac effeithlonrwydd tynnu [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, dos 0.05 g]. Pan gynyddwyd y crynodiad cychwynnol o 25 mg L-1 i 100 mg L-1, gostyngodd canran tynnu'r cyfansawdd rGO/nZVI o 94.6% i 65% (Ffig. 7C), yn ôl pob tebyg oherwydd absenoldeb y safleoedd actif dymunol. . Yn amsugno crynodiadau mawr o DC49. Ar y llaw arall, wrth i'r crynodiad cychwynnol gynyddu, cynyddodd y capasiti amsugno hefyd o 9.4 mg/g i 30 mg/g nes cyrraedd cydbwysedd (Ffig. 7D). Mae'r adwaith anochel hwn oherwydd cynnydd yn y grym gyrru gyda chrynodiad DC cychwynnol yn fwy na'r gwrthiant trosglwyddo màs ïon DC i gyrraedd wyneb 50 y cyfansawdd rGO/nZVI.
Nod astudiaethau amser cyswllt a chinetig yw deall amser cydbwysedd amsugno. Yn gyntaf, roedd faint o DC a amsugnwyd yn ystod y 40 munud cyntaf o'r amser cyswllt tua hanner y cyfanswm a amsugnwyd dros yr amser cyfan (100 munud). Tra bod y moleciwlau DC mewn toddiant yn gwrthdaro gan achosi iddynt fudo'n gyflym i wyneb y cyfansawdd rGO/nZVI gan arwain at amsugno sylweddol. Ar ôl 40 munud, cynyddodd amsugno DC yn raddol ac yn araf nes cyrraedd cydbwysedd ar ôl 60 munud (Ffig. 7D). Gan fod swm rhesymol yn cael ei amsugno o fewn y 40 munud cyntaf, bydd llai o wrthdrawiadau â moleciwlau DC a bydd llai o safleoedd gweithredol ar gael ar gyfer moleciwlau nad ydynt wedi'u hamsugno. Felly, gellir lleihau'r gyfradd amsugno51.
Er mwyn deall cineteg yr amsugno yn well, defnyddiwyd plotiau llinell o fodelau cineteg ffug-drefn gyntaf (Ffig. 8A), ffug-drefn ail (Ffig. 8B), ac Elovich (Ffig. 8C). O'r paramedrau a gafwyd o'r astudiaethau cinetig (Tabl S1), mae'n dod yn amlwg mai'r model ffug-eiliad yw'r model gorau ar gyfer disgrifio cineteg amsugno, lle mae'r gwerth R2 wedi'i osod yn uwch nag yn y ddau fodel arall. Mae tebygrwydd hefyd rhwng y capasiti amsugno a gyfrifwyd (qe, cal). Mae'r ffug-drefn ail a'r gwerthoedd arbrofol (qe, exp.) yn dystiolaeth bellach bod y ffug-drefn ail yn fodel gwell na modelau eraill. Fel y dangosir yn Nhabl 1, mae gwerthoedd α (cyfradd amsugno cychwynnol) a β (cysonyn dadsugno) yn cadarnhau bod y gyfradd amsugno yn uwch na'r gyfradd dadsugno, sy'n dangos bod DC yn tueddu i amsugno'n effeithlon ar y cyfansawdd rGO/nZVI52.
Plotiau cinetig amsugno llinol o orchymyn ffug-ail (A), orchymyn ffug-gyntaf (B) ac Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, dos = 0.05 g].
Mae astudiaethau o isothermau amsugno yn helpu i bennu capasiti amsugno'r amsugnydd (cyfansawdd RGO/nRVI) ar wahanol grynodiadau amsugniad (DC) a thymheredd system. Cyfrifwyd y capasiti amsugno uchaf gan ddefnyddio isotherm Langmuir, a ddangosodd fod yr amsugno yn homogenaidd ac yn cynnwys ffurfio monohaen amsugniad ar wyneb yr amsugnydd heb ryngweithio rhyngddynt53. Dau fodel isotherm arall a ddefnyddir yn helaeth yw modelau Freundlich a Temkin. Er nad yw model Freundlich yn cael ei ddefnyddio i gyfrifo'r capasiti amsugno, mae'n helpu i ddeall y broses amsugno heterogenaidd a bod gan sbwriel ar yr amsugnydd wahanol egni, tra bod model Temkin yn helpu i ddeall priodweddau ffisegol a chemegol amsugno54.
Mae Ffigurau 9A-C yn dangos plotiau llinell o fodelau Langmuir, Freindlich, a Temkin, yn y drefn honno. Mae'r gwerthoedd R2 a gyfrifwyd o luniau llinell Freundlich (Ffig. 9A) a Langmuir (Ffig. 9B) ac a gyflwynir yn Nhabl 2 yn dangos bod amsugno DC ar y cyfansawdd rGO/nZVI yn dilyn modelau isotherm Freundlich (0.996) a Langmuir (0.988) a Temkin (0.985). Y capasiti amsugno mwyaf (qmax), a gyfrifwyd gan ddefnyddio model isotherm Langmuir, oedd 31.61 mg g-1. Yn ogystal, mae'r gwerth cyfrifedig o'r ffactor gwahanu di-ddimensiwn (RL) rhwng 0 ac 1 (0.097), sy'n dynodi proses amsugno ffafriol. Fel arall, mae'r cysonyn Freundlich a gyfrifwyd (n = 2.756) yn dynodi dewis ar gyfer y broses amsugno hon. Yn ôl y model llinol o'r isotherm Temkin (Ffig. 9C), mae amsugno DC ar y cyfansoddyn rGO/nZVI yn broses amsugno ffisegol, gan fod b yn ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. Er bod amsugno ffisegol fel arfer yn cael ei gyfryngu gan rymoedd van der Waals gwan, mae amsugno cerrynt uniongyrchol ar gyfansoddion rGO/nZVI angen egni amsugno isel [56, 57].
Isothermau amsugno llinol Freundlich (A), Langmuir (B), a Temkin (C) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dos = 0.05 g]. Plot o hafaliad van't Hoff ar gyfer amsugno DC gan gyfansoddion rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C a dos = 0.05 g].
Er mwyn gwerthuso effaith newid tymheredd adwaith ar dynnu DC o gyfansoddion rGO/nZVI, cyfrifwyd paramedrau thermodynamig megis newid entropi (ΔS), newid enthalpi (ΔH), a newid ynni rhydd (ΔG) o hafaliadau 3 a 458.
lle mae \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – cysonyn ecwilibriwm thermodynamig, Ce a CAe – rGO mewn toddiant, yn y drefn honno /nZVI crynodiadau DC ar ecwilibriwm arwyneb. R ac RT yw'r cysonyn nwy a'r tymheredd amsugno, yn y drefn honno. Mae plotio ln Ke yn erbyn 1/T yn rhoi llinell syth (Ffig. 9D) y gellir pennu ∆S ac ∆H ohoni.
Mae gwerth ΔH negatif yn dangos bod y broses yn ecsothermig. Ar y llaw arall, mae'r gwerth ΔH o fewn y broses amsugno ffisegol. Mae gwerthoedd negatif ΔG yn Nhabl 3 yn dangos bod amsugno yn bosibl ac yn ddigymell. Mae gwerthoedd negatif ΔS yn dangos trefn uchel o foleciwlau amsugnol ar y rhyngwyneb hylif (Tabl 3).
Mae Tabl 4 yn cymharu'r cyfansawdd rGO/nZVI ag amsugnyddion eraill a adroddwyd mewn astudiaethau blaenorol. Mae'n amlwg bod gan y cyfansawdd VGO/nCVI gapasiti amsugno uchel a gall fod yn ddeunydd addawol ar gyfer tynnu gwrthfiotigau DC o ddŵr. Yn ogystal, mae amsugno cyfansoddion rGO/nZVI yn broses gyflym gydag amser cydbwyso o 60 munud. Gellir esbonio priodweddau amsugno rhagorol y cyfansoddion rGO/nZVI gan effaith synergaidd rGO a nZVI.
Mae Ffigurau 10A, B yn dangos y mecanwaith rhesymegol ar gyfer tynnu gwrthfiotigau DC gan y cyfadeiladau rGO/nZVI a nZVI. Yn ôl canlyniadau arbrofion ar effaith pH ar effeithlonrwydd amsugno DC, gyda chynnydd mewn pH o 3 i 7, ni chafodd amsugno DC ar y cyfansawdd rGO/nZVI ei reoli gan ryngweithiadau electrostatig, gan ei fod yn gweithredu fel zwitterion; felly, ni effeithiodd newid yn y gwerth pH ar y broses amsugno. Wedi hynny, gellir rheoli'r mecanwaith amsugno gan ryngweithiadau anelectrostatig megis bondio hydrogen, effeithiau hydroffobig, a rhyngweithiadau pentyrru π-π rhwng y cyfansawdd rGO/nZVI a DC66. Mae'n hysbys bod mecanwaith amsugno aromatig ar arwynebau graffen haenog wedi'i egluro gan ryngweithiadau pentyrru π–π fel y prif rym gyrru. Mae'r cyfansawdd yn ddeunydd haenog tebyg i graffen gydag uchafswm amsugno ar 233 nm oherwydd y trawsnewidiad π-π*. Yn seiliedig ar bresenoldeb pedwar cylch aromatig yn strwythur moleciwlaidd yr adsorbad DC, fe wnaethom ragdybio bod mecanwaith o ryngweithio π-π-pentyrru rhwng y DC aromatig (derbynydd π-electron) a'r rhanbarth sy'n gyfoethog mewn π-electronau ar wyneb RGO. Cyfansoddion /nZVI. Yn ogystal, fel y dangosir yn ffig. 10B, perfformiwyd astudiaethau FTIR i astudio'r rhyngweithio moleciwlaidd rhwng cyfansoddion rGO/nZVI a DC, a dangosir sbectrwm FTIR cyfansoddion rGO/nZVI ar ôl adsorbiad DC yn Ffigur 10B. 10b. Gwelir brig newydd ar 2111 cm-1, sy'n cyfateb i ddirgryniad fframwaith y bond C=C, sy'n dangos presenoldeb y grwpiau swyddogaethol organig cyfatebol ar wyneb 67 rGO/nZVI. Mae copaon eraill yn symud o 1561 i 1548 cm-1 ac o 1399 i 1360 cm-1, sydd hefyd yn cadarnhau bod rhyngweithiadau π-π yn chwarae rhan bwysig yn amsugno graffen a llygryddion organig68,69. Ar ôl amsugno DC, gostyngodd dwyster rhai grwpiau sy'n cynnwys ocsigen, fel OH, i 3270 cm-1, sy'n awgrymu mai bondio hydrogen yw un o'r mecanweithiau amsugno. Felly, yn seiliedig ar y canlyniadau, mae amsugno DC ar y cyfansawdd rGO/nZVI yn digwydd yn bennaf oherwydd rhyngweithiadau pentyrru π-π a bondiau-H.
Mecanwaith rhesymegol ar gyfer amsugno gwrthfiotigau DC gan gymhlygion rGO/nZVI a nZVI (A). Sbectrwm amsugno FTIR DC ar rGO/nZVI a nZVI (B).
Cynyddodd dwyster bandiau amsugno nZVI ar 3244, 1615, 1546, a 1011 cm–1 ar ôl amsugno DC ar nZVI (Ffig. 10B) o'i gymharu â nZVI, a ddylai fod yn gysylltiedig â'r rhyngweithio â grwpiau swyddogaethol posibl y grwpiau asid carbocsilig O mewn DC. Fodd bynnag, mae'r ganran is hon o drosglwyddiad ym mhob band a welwyd yn dangos nad oes unrhyw newid sylweddol yn effeithlonrwydd amsugno'r amsugnydd ffytosynthetig (nZVI) o'i gymharu â nZVI cyn y broses amsugno. Yn ôl rhywfaint o ymchwil i gael gwared ar DC gyda nZVI71, pan fydd nZVI yn adweithio â H2O, mae electronau'n cael eu rhyddhau ac yna defnyddir H+ i gynhyrchu hydrogen gweithredol y gellir ei leihau'n fawr. Yn olaf, mae rhai cyfansoddion cationig yn derbyn electronau o hydrogen gweithredol, gan arwain at -C=N a -C=C-, a briodolir i hollti'r cylch bensen.
Amser postio: Tach-14-2022