લીલા કૃત્રિમ ઘટાડેલા ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ અને નેનો-ઝીરો આયર્ન કોમ્પ્લેક્સ દ્વારા પાણીમાંથી ડોક્સીસાયક્લાઇન એન્ટિબાયોટિક્સને સિનર્જિસ્ટિક રીતે દૂર કરવું

Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં મર્યાદિત CSS સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટેડ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો). તે દરમિયાન, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે સાઇટને સ્ટાઇલ અને JavaScript વિના રેન્ડર કરીશું.
આ કાર્યમાં, "લીલા" રસાયણશાસ્ત્રના સિદ્ધાંતો, જેમ કે ઓછા હાનિકારક રાસાયણિક સંશ્લેષણનું પાલન કરવા માટે સોફોરા પીળાશ પડતા પાંદડાના અર્કનો ઉપયોગ કરીને સરળ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને પ્રથમ વખત rGO/nZVI કમ્પોઝિટનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં સોફોરા પીળાશ પડતા પાંદડાના અર્કનો ઉપયોગ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ અને સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો, જે "લીલા" રસાયણશાસ્ત્રના સિદ્ધાંતોનું પાલન કરે છે, જેમ કે ઓછા હાનિકારક રાસાયણિક સંશ્લેષણ. SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR અને ઝેટા પોટેન્શિયલ જેવા કમ્પોઝિટના સફળ સંશ્લેષણને માન્ય કરવા માટે ઘણા સાધનોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, જે સફળ કમ્પોઝિટ ફેબ્રિકેશન સૂચવે છે. એન્ટિબાયોટિક ડોક્સીસાયક્લાઇનની વિવિધ પ્રારંભિક સાંદ્રતા પર નવલકથા કમ્પોઝિટ અને શુદ્ધ nZVI ની દૂર કરવાની ક્ષમતાની તુલના rGO અને nZVI વચ્ચેના સિનર્જિસ્ટિક અસરની તપાસ કરવા માટે કરવામાં આવી હતી. 25mg L-1, 25°C અને 0.05g ની દૂર કરવાની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, શુદ્ધ nZVI નો શોષણ દૂર કરવાનો દર 90% હતો, જ્યારે rGO/nZVI કમ્પોઝિટ દ્વારા ડોક્સીસાયક્લાઇનનો શોષણ દૂર કરવાનો દર 94.6% સુધી પહોંચ્યો, જે પુષ્ટિ કરે છે કે nZVI અને rGO. શોષણ પ્રક્રિયા સ્યુડો-સેકન્ડ ઓર્ડરને અનુરૂપ છે અને 25 °C અને pH 7 પર 31.61 mg g-1 ની મહત્તમ શોષણ ક્ષમતા સાથે ફ્રેન્ડલિચ મોડેલ સાથે સારી રીતે સુસંગત છે. DC દૂર કરવા માટે એક વાજબી પદ્ધતિ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે. વધુમાં, સતત છ પુનર્જીવન ચક્ર પછી rGO/nZVI કમ્પોઝિટની પુનઃઉપયોગીતા 60% હતી.
પાણીની અછત અને પ્રદૂષણ હવે બધા દેશો માટે ગંભીર ખતરો છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, કોવિડ-૧૯ રોગચાળા દરમિયાન ઉત્પાદન અને વપરાશમાં વધારો થવાને કારણે પાણીનું પ્રદૂષણ, ખાસ કરીને એન્ટિબાયોટિક પ્રદૂષણ વધ્યું છે. તેથી, ગંદા પાણીમાં એન્ટિબાયોટિક્સને દૂર કરવા માટે અસરકારક ટેકનોલોજીનો વિકાસ કરવો એ તાત્કાલિક કાર્ય છે.
ટેટ્રાસાયક્લાઇન જૂથના પ્રતિરોધક અર્ધ-કૃત્રિમ એન્ટિબાયોટિક્સમાંથી એક ડોક્સીસાયક્લાઇન (DC)4,5 છે. એવું નોંધાયું છે કે ભૂગર્ભજળ અને સપાટીના પાણીમાં DC અવશેષોનું ચયાપચય થઈ શકતું નથી, ફક્ત 20-50% ચયાપચય થાય છે અને બાકીના પર્યાવરણમાં મુક્ત થાય છે, જેના કારણે ગંભીર પર્યાવરણીય અને આરોગ્ય સમસ્યાઓ થાય છે.
નીચા સ્તરે ડીસીના સંપર્કમાં આવવાથી જળચર પ્રકાશસંશ્લેષણ સુક્ષ્મસજીવોનો નાશ થઈ શકે છે, એન્ટિમાઇક્રોબાયલ બેક્ટેરિયાના ફેલાવાને ધમકી આપી શકે છે અને એન્ટિમાઇક્રોબાયલ પ્રતિકાર વધારી શકે છે, તેથી આ દૂષકને ગંદા પાણીમાંથી દૂર કરવું આવશ્યક છે. પાણીમાં ડીસીનું કુદરતી અધોગતિ ખૂબ જ ધીમી પ્રક્રિયા છે. ફોટોલિસિસ, બાયોડિગ્રેડેશન અને શોષણ જેવી ભૌતિક-રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ ફક્ત ઓછી સાંદ્રતા અને ખૂબ જ ઓછા દરે અધોગતિ કરી શકે છે7,8. જોકે, સૌથી આર્થિક, સરળ, પર્યાવરણને અનુકૂળ, હેન્ડલ કરવામાં સરળ અને કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ શોષણ9,10 છે.
નેનો ઝીરો વેલેન્ટ આયર્ન (nZVI) એક ખૂબ જ શક્તિશાળી પદાર્થ છે જે પાણીમાંથી ઘણા એન્ટિબાયોટિક્સ દૂર કરી શકે છે, જેમાં મેટ્રોનીડાઝોલ, ડાયઝેપામ, સિપ્રોફ્લોક્સાસીન, ક્લોરામ્ફેનિકોલ અને ટેટ્રાસાયક્લાઇનનો સમાવેશ થાય છે. આ ક્ષમતા nZVI માં રહેલા અદ્ભુત ગુણધર્મોને કારણે છે, જેમ કે ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયાશીલતા, વિશાળ સપાટી વિસ્તાર અને અસંખ્ય બાહ્ય બંધનકર્તા સ્થળો11. જો કે, nZVI વાન ડેર વેલ્સ બળો અને ઉચ્ચ ચુંબકીય ગુણધર્મોને કારણે જલીય માધ્યમોમાં એકત્રીકરણ માટે સંવેદનશીલ છે, જે nZVI10,12 ની પ્રતિક્રિયાશીલતાને અવરોધતા ઓક્સાઇડ સ્તરોની રચનાને કારણે દૂષકોને દૂર કરવામાં તેની અસરકારકતા ઘટાડે છે. nZVI કણોના સમૂહને સર્ફેક્ટન્ટ્સ અને પોલિમર સાથે તેમની સપાટીને સંશોધિત કરીને અથવા તેમને કમ્પોઝીટના સ્વરૂપમાં અન્ય નેનોમટીરિયલ્સ સાથે જોડીને ઘટાડી શકાય છે, જે પર્યાવરણમાં તેમની સ્થિરતા સુધારવા માટે એક વ્યવહારુ અભિગમ સાબિત થયો છે13,14.
ગ્રાફીન એ એક દ્વિ-પરિમાણીય કાર્બન નેનોમટીરિયલ છે જે મધપૂડાની જાળીમાં ગોઠવાયેલા sp2-હાઇબ્રિડાઇઝ્ડ કાર્બન પરમાણુઓથી બનેલું છે. તેમાં વિશાળ સપાટી વિસ્તાર, નોંધપાત્ર યાંત્રિક શક્તિ, ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક પ્રવૃત્તિ, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, ઝડપી ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા અને તેની સપાટી પર અકાર્બનિક નેનોપાર્ટિકલ્સને ટેકો આપવા માટે યોગ્ય વાહક સામગ્રી છે. ધાતુના નેનોપાર્ટિકલ્સ અને ગ્રાફીનનું મિશ્રણ દરેક સામગ્રીના વ્યક્તિગત ફાયદાઓને મોટા પ્રમાણમાં વટાવી શકે છે અને, તેના શ્રેષ્ઠ ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોને કારણે, વધુ કાર્યક્ષમ પાણી શુદ્ધિકરણ માટે નેનોપાર્ટિકલનું શ્રેષ્ઠ વિતરણ પૂરું પાડે છે15.
છોડના અર્ક એ હાનિકારક રાસાયણિક ઘટાડા એજન્ટો માટે શ્રેષ્ઠ વિકલ્પ છે જેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ઘટાડેલા ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ (rGO) અને nZVI ના સંશ્લેષણમાં થાય છે કારણ કે તે ઉપલબ્ધ, સસ્તા, એક-પગલાં, પર્યાવરણીય રીતે સલામત છે, અને તેનો ઉપયોગ ઘટાડતા એજન્ટ તરીકે થઈ શકે છે. જેમ કે ફ્લેવોનોઈડ્સ અને ફિનોલિક સંયોજનો પણ સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે કાર્ય કરે છે. તેથી, આ અભ્યાસમાં rGO/nZVI સંયોજનોના સંશ્લેષણ માટે રિપેરિંગ અને ક્લોઝિંગ એજન્ટ તરીકે એટ્રિપ્લેક્સ હેલિમસ એલ. પાંદડાના અર્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. અમરાન્થેસી પરિવારમાંથી એટ્રિપ્લેક્સ હેલિમસ એક નાઇટ્રોજન-પ્રેમાળ બારમાસી ઝાડવા છે જેની વિશાળ ભૌગોલિક શ્રેણી 16 છે.
ઉપલબ્ધ સાહિત્ય અનુસાર, એટ્રિપ્લેક્સ હાલિમસ (A. હાલિમસ) નો ઉપયોગ સૌપ્રથમ આર્થિક અને પર્યાવરણને અનુકૂળ સંશ્લેષણ પદ્ધતિ તરીકે rGO/nZVI કમ્પોઝિટ બનાવવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. આમ, આ કાર્યનો ઉદ્દેશ્ય ચાર ભાગોનો સમાવેશ કરે છે: (1) A. હાલિમસ જળચર પાંદડાના અર્કનો ઉપયોગ કરીને rGO/nZVI અને પેરેંટલ nZVI કમ્પોઝિટનું ફાયટોસિન્થેસિસ, (2) તેમના સફળ ઉત્પાદનની પુષ્ટિ કરવા માટે બહુવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને ફાયટોસિન્થેસાઇઝ્ડ કમ્પોઝિટનું લાક્ષણિકતાકરણ, (3) વિવિધ પ્રતિક્રિયા પરિમાણો હેઠળ ડોક્સીસાયક્લાઇન એન્ટિબાયોટિક્સના કાર્બનિક દૂષકોના શોષણ અને દૂર કરવામાં rGO અને nZVI ના સિનર્જિસ્ટિક અસરનો અભ્યાસ કરવો, શોષણ પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવી, (3) પ્રક્રિયા ચક્ર પછી વિવિધ સતત સારવારમાં સંયુક્ત સામગ્રીની તપાસ કરવી.
ડોક્સીસાયક્લાઇન હાઇડ્રોક્લોરાઇડ (DC, MM = 480.90, રાસાયણિક સૂત્ર C22H24N2O·HCl, 98%), આયર્ન ક્લોરાઇડ હેક્સાહાઇડ્રેટ (FeCl3.6H2O, 97%), ગ્રેફાઇટ પાવડર સિગ્મા-એલ્ડ્રિચ, યુએસએ પાસેથી ખરીદ્યો. સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH, 97%), ઇથેનોલ (C2H5OH, 99.9%) અને હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl, 37%) મર્ક, યુએસએ પાસેથી ખરીદવામાં આવ્યા હતા. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 અને MgCl2 તિયાનજિન કોમિઓ કેમિકલ રીએજન્ટ કંપની લિમિટેડ પાસેથી ખરીદવામાં આવ્યા હતા. બધા રીએજન્ટ ઉચ્ચ વિશ્લેષણાત્મક શુદ્ધતાના છે. બધા જલીય દ્રાવણ તૈયાર કરવા માટે ડબલ-ડિસ્ટિલ્ડ પાણીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
નાઇલ ડેલ્ટા અને ઇજિપ્તના ભૂમધ્ય કિનારાના પ્રદેશોમાંથી એ. હેલિમસના પ્રતિનિધિ નમૂનાઓ એકત્રિત કરવામાં આવ્યા છે. લાગુ રાષ્ટ્રીય અને આંતરરાષ્ટ્રીય માર્ગદર્શિકા 17 અનુસાર વનસ્પતિ સામગ્રી એકત્રિત કરવામાં આવી હતી. પ્રોફેસર મનલ ફૌઝીએ બુલોસ 18 અનુસાર વનસ્પતિના નમૂનાઓ ઓળખ્યા છે, અને એલેક્ઝાન્ડ્રિયા યુનિવર્સિટીના પર્યાવરણીય વિજ્ઞાન વિભાગ વૈજ્ઞાનિક હેતુઓ માટે અભ્યાસ કરાયેલ વનસ્પતિ પ્રજાતિઓના સંગ્રહને અધિકૃત કરે છે. નમૂના વાઉચર્સ ટાન્ટા યુનિવર્સિટી હર્બેરિયમ (TANE) ખાતે રાખવામાં આવે છે, વાઉચર્સ નંબર 14 122–14 127, એક જાહેર હર્બેરિયમ જે જમા થયેલ સામગ્રીની ઍક્સેસ પ્રદાન કરે છે. વધુમાં, ધૂળ અથવા ગંદકી દૂર કરવા માટે, છોડના પાંદડાને નાના ટુકડાઓમાં કાપો, નળ અને નિસ્યંદિત પાણીથી 3 વખત કોગળા કરો, અને પછી 50°C પર સૂકવો. છોડને કચડી નાખવામાં આવ્યો હતો, 5 ગ્રામ બારીક પાવડર 100 મિલી નિસ્યંદિત પાણીમાં બોળીને 70°C પર 20 મિનિટ માટે હલાવવામાં આવ્યો હતો જેથી અર્ક મળે. બેસિલસ નિકોટિઆનાના મેળવેલા અર્કને વોટમેન ફિલ્ટર પેપર દ્વારા ફિલ્ટર કરવામાં આવ્યો હતો અને વધુ ઉપયોગ માટે 4°C પર સ્વચ્છ અને જંતુરહિત ટ્યુબમાં સંગ્રહિત કરવામાં આવ્યો હતો.
આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, GO ને સુધારેલી હમર્સ પદ્ધતિ દ્વારા ગ્રેફાઇટ પાવડરમાંથી બનાવવામાં આવ્યું હતું. 10 મિલિગ્રામ GO પાવડરને 50 મિલી ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીમાં 30 મિનિટ માટે સોનિકેશન હેઠળ વિખેરવામાં આવ્યો, અને પછી 0.9 ગ્રામ FeCl3 અને 2.9 ગ્રામ NaAc ને 60 મિનિટ માટે મિશ્રિત કરવામાં આવ્યું. 20 મિલી એટ્રિપ્લેક્સ પાંદડાનો અર્ક મિશ્રિત દ્રાવણમાં ઉમેરવામાં આવ્યો અને 80°C પર 8 કલાક માટે છોડી દેવામાં આવ્યો. પરિણામી કાળા સસ્પેન્શનને ફિલ્ટર કરવામાં આવ્યું. તૈયાર કરેલા નેનોકોમ્પોઝિટ્સને ઇથેનોલ અને બિડિસ્ટિલ્ડ પાણીથી ધોવામાં આવ્યા અને પછી 50°C પર 12 કલાક માટે વેક્યુમ ઓવનમાં સૂકવવામાં આવ્યા.
એટ્રિપ્લેક્સ હેલિમસ અર્કનો ઉપયોગ કરીને દૂષિત પાણીમાંથી rGO/nZVI અને nZVI સંકુલના લીલા સંશ્લેષણ અને DC એન્ટિબાયોટિક્સ દૂર કરવાના યોજનાકીય અને ડિજિટલ ફોટોગ્રાફ્સ.
ટૂંકમાં, આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 0.05 M Fe3+ આયનો ધરાવતા આયર્ન ક્લોરાઇડના દ્રાવણના 10 મિલી કડવા પાંદડાના અર્કના દ્રાવણમાં 60 મિનિટ માટે મધ્યમ ગરમી અને હલાવતા 20 મિલી ડ્રોપવાઇઝ ઉમેરવામાં આવ્યા હતા, અને પછી દ્રાવણને 14,000 rpm (હર્મલ, 15,000 rpm) પર 15 મિનિટ માટે સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવ્યું હતું જેથી કાળા કણો ઉત્પન્ન થાય, જેને પછી ઇથેનોલ અને નિસ્યંદિત પાણીથી 3 વખત ધોવામાં આવ્યા હતા અને પછી 60° સે. તાપમાને વેક્યુમ ઓવનમાં રાતોરાત સૂકવવામાં આવ્યા હતા.
છોડ-સંશ્લેષિત rGO/nZVI અને nZVI કમ્પોઝિટને 200-800 nm ની સ્કેનિંગ રેન્જમાં UV-દૃશ્યમાન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (T70/T80 શ્રેણી UV/Vis સ્પેક્ટ્રોફોટોમીટર, PG ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ લિમિટેડ, UK) દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યા હતા. rGO/nZVI અને nZVI કમ્પોઝિટના ટોપોગ્રાફી અને કદ વિતરણનું વિશ્લેષણ કરવા માટે, TEM સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (JOEL, JEM-2100F, જાપાન, એક્સિલરેટેડ વોલ્ટેજ 200 kV) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. પુનઃપ્રાપ્તિ અને સ્થિરીકરણ પ્રક્રિયા માટે જવાબદાર છોડના અર્કમાં સામેલ થઈ શકે તેવા કાર્યાત્મક જૂથોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, FT-IR સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી હાથ ધરવામાં આવી હતી (JASCO સ્પેક્ટ્રોમીટર 4000-600 cm-1 ની રેન્જમાં). વધુમાં, સંશ્લેષિત નેનોમટીરિયલ્સના સપાટી ચાર્જનો અભ્યાસ કરવા માટે ઝેટા પોટેન્શિયલ વિશ્લેષક (ઝેટાસાઇઝર નેનો ZS માલવર્ન) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. પાવડર નેનોમટીરિયલ્સના એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન માપન માટે, એક્સ-રે ડિફ્રેક્ટોમીટર (X'PERT PRO, નેધરલેન્ડ્સ) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જે 2θ રેન્જમાં 20° થી 80° અને CuKa1 રેડિયેશન (\(\lambda =\) 1.54056 Ao) માં વર્તમાન (40 mA), વોલ્ટેજ (45 kV) પર કાર્યરત હતો. ઊર્જા વિખેરી નાખનાર એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોમીટર (EDX) (મોડેલ JEOL JSM-IT100) XPS પર -10 થી 1350 eV સુધીના Al K-α મોનોક્રોમેટિક એક્સ-રે એકત્રિત કરતી વખતે તત્વ રચનાનો અભ્યાસ કરવા માટે જવાબદાર હતું, સ્પોટ સાઇઝ 400 μm K-ALPHA (થર્મો ફિશર સાયન્ટિફિક, યુએસએ) સંપૂર્ણ સ્પેક્ટ્રમની ટ્રાન્સમિશન ઊર્જા 200 eV છે અને સાંકડી સ્પેક્ટ્રમ 50 eV છે. પાવડર નમૂનાને નમૂના ધારક પર દબાવવામાં આવે છે, જે વેક્યુમ ચેમ્બરમાં મૂકવામાં આવે છે. બંધનકર્તા ઊર્જા નક્કી કરવા માટે 284.58 eV પર સંદર્ભ તરીકે C 1 s સ્પેક્ટ્રમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
જલીય દ્રાવણમાંથી ડોક્સીસાયક્લાઇન (DC) દૂર કરવામાં સંશ્લેષિત rGO/nZVI નેનોકોમ્પોઝિટ્સની અસરકારકતા ચકાસવા માટે શોષણ પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. 298 K પર ઓર્બિટલ શેકર (સ્ટુઅર્ટ, ઓર્બિટલ શેકર/SSL1) પર 200 rpm ની ધ્રુજારી ગતિએ 25 મિલી એર્લેનમેયર ફ્લાસ્કમાં શોષણ પ્રયોગો કરવામાં આવ્યા હતા. DC સ્ટોક સોલ્યુશન (1000 ppm) ને બિડિસ્ટિલ્ડ પાણીથી પાતળું કરીને. શોષણ કાર્યક્ષમતા પર rGO/nSVI ડોઝની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, વિવિધ વજન (0.01–0.07 ગ્રામ) ના નેનોકોમ્પોઝિટ્સ 20 મિલી DC સોલ્યુશનમાં ઉમેરવામાં આવ્યા હતા. ગતિશાસ્ત્ર અને શોષણ આઇસોથર્મ્સનો અભ્યાસ કરવા માટે, 0.05 ગ્રામ શોષકને પ્રારંભિક સાંદ્રતા (25–100 મિલિગ્રામ L–1) સાથે CD ના જલીય દ્રાવણમાં ડૂબાડવામાં આવ્યું હતું. DC દૂર કરવા પર pH ની અસરનો અભ્યાસ pH (3–11) અને 25°C પર 50 mg L-1 ની પ્રારંભિક સાંદ્રતા પર કરવામાં આવ્યો હતો. HCl અથવા NaOH દ્રાવણ (Crison pH મીટર, pH મીટર, pH 25) ની થોડી માત્રા ઉમેરીને સિસ્ટમના pH ને સમાયોજિત કરો. વધુમાં, 25-55°C ની રેન્જમાં શોષણ પ્રયોગો પર પ્રતિક્રિયા તાપમાનના પ્રભાવની તપાસ કરવામાં આવી હતી. 50 mg L–1, pH 3 અને 7), 25°C ની DC ની પ્રારંભિક સાંદ્રતા અને 0.05 ગ્રામની શોષક માત્રા પર NaCl (0.01–4 mol L–1) ની વિવિધ સાંદ્રતા ઉમેરીને શોષણ પ્રક્રિયા પર આયનીય શક્તિની અસરનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. શોષિત ન હોય તેવા DC ના શોષણને ડ્યુઅલ બીમ UV-Vis સ્પેક્ટ્રોફોટોમીટર (T70/T80 શ્રેણી, PG ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ લિમિટેડ, UK) નો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવ્યું હતું, જે 270 અને 350 nm ની મહત્તમ તરંગલંબાઇ (λમહત્તમ) પર 1.0 સેમી પાથ લંબાઈ ક્વાર્ટઝ ક્યુવેટ્સથી સજ્જ હતું. DC એન્ટિબાયોટિક્સ (R%; સમીકરણ 1) ના ટકાવારી દૂર કરવા અને DC, qt, સમીકરણ 2 (mg/g) ના શોષણ જથ્થાને નીચેના સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવ્યા હતા.
જ્યાં %R એ DC દૂર કરવાની ક્ષમતા (%) છે, Co એ સમય 0 પર પ્રારંભિક DC સાંદ્રતા છે, અને C એ સમય t પર અનુક્રમે DC સાંદ્રતા છે (mg L-1).
જ્યાં qe એ શોષકના એકમ દળ દીઠ શોષિત DC નું પ્રમાણ છે (mg g-1), Co અને Ce એ અનુક્રમે શૂન્ય સમયે અને સંતુલન પર સાંદ્રતા છે (mg l-1), V એ દ્રાવણનું પ્રમાણ (l) છે, અને m એ શોષણ દળ રીએજન્ટ (g) છે.
SEM છબીઓ (આકૃતિઓ 2A-C) rGO/nZVI કમ્પોઝિટના લેમેલર મોર્ફોલોજી દર્શાવે છે જેમાં ગોળાકાર આયર્ન નેનોપાર્ટિકલ્સ તેની સપાટી પર સમાન રીતે વિખેરાયેલા છે, જે rGO સપાટી પર nZVI NPs ના સફળ જોડાણને સૂચવે છે. વધુમાં, rGO પર્ણમાં કેટલીક કરચલીઓ છે, જે A. હેલિમસ GO ના પુનઃસ્થાપન સાથે ઓક્સિજન ધરાવતા જૂથોને એકસાથે દૂર કરવાની પુષ્ટિ કરે છે. આ મોટી કરચલીઓ આયર્ન NPs ના સક્રિય લોડિંગ માટે સ્થળ તરીકે કાર્ય કરે છે. nZVI છબીઓ (આકૃતિ 2D-F) દર્શાવે છે કે ગોળાકાર આયર્ન NPs ખૂબ જ વિખરાયેલા હતા અને એકઠા થયા ન હતા, જે છોડના અર્કના વનસ્પતિ ઘટકોના આવરણ પ્રકૃતિને કારણે છે. કણોનું કદ 15-26 nm ની અંદર બદલાય છે. જો કે, કેટલાક પ્રદેશોમાં બલ્જેસ અને પોલાણની રચના સાથે મેસોપોરસ મોર્ફોલોજી હોય છે, જે nZVI ની ઉચ્ચ અસરકારક શોષણ ક્ષમતા પ્રદાન કરી શકે છે, કારણ કે તે nZVI ની સપાટી પર DC અણુઓને ફસાવવાની શક્યતા વધારી શકે છે. જ્યારે રોઝા દમાસ્કસ અર્કનો ઉપયોગ nZVI ના સંશ્લેષણ માટે કરવામાં આવ્યો હતો, ત્યારે મેળવેલા NPs એકરૂપ ન હતા, ખાલી જગ્યાઓ અને વિવિધ આકાર સાથે, જેના કારણે Cr(VI) શોષણમાં તેમની કાર્યક્ષમતા ઓછી થઈ અને પ્રતિક્રિયા સમય 23 વધ્યો. પરિણામો ઓક અને શેતૂરના પાંદડામાંથી સંશ્લેષિત nZVI સાથે સુસંગત છે, જે મુખ્યત્વે ગોળાકાર નેનોપાર્ટિકલ્સ છે જેમાં સ્પષ્ટ સમૂહ વિના વિવિધ નેનોમીટર કદ છે.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) કમ્પોઝિટ અને nZVI/rGO (G) અને nZVI (H) કમ્પોઝિટના EDX પેટર્નની SEM છબીઓ.
EDX (આકૃતિ 2G, H) નો ઉપયોગ કરીને છોડ-સંશ્લેષિત rGO/nZVI અને nZVI સંયોજનોની મૂળભૂત રચનાનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. અભ્યાસો દર્શાવે છે કે nZVI કાર્બન (દળ દ્વારા 38.29%), ઓક્સિજન (દળ દ્વારા 47.41%) અને આયર્ન (દળ દ્વારા 11.84%) થી બનેલું છે, પરંતુ ફોસ્ફરસ24 જેવા અન્ય તત્વો પણ હાજર છે, જે છોડના અર્કમાંથી મેળવી શકાય છે. વધુમાં, કાર્બન અને ઓક્સિજનની ઊંચી ટકાવારી સપાટી nZVI નમૂનાઓમાં છોડના અર્કમાંથી ફાયટોકેમિકલ્સની હાજરીને કારણે છે. આ તત્વો rGO પર સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે પરંતુ વિવિધ ગુણોત્તરમાં: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) અને Fe (10.99 wt %), EDX rGO/nZVI પણ S જેવા અન્ય તત્વોની હાજરી દર્શાવે છે, જે છોડના અર્ક સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે, તેનો ઉપયોગ થાય છે. A. હેલિમસનો ઉપયોગ કરીને rGO/nZVI કમ્પોઝિટમાં વર્તમાન C:O ગુણોત્તર અને આયર્નનું પ્રમાણ નીલગિરીના પાંદડાના અર્કનો ઉપયોગ કરતા ઘણું સારું છે, કારણ કે તે C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) અને Fe (8.27 wt.%) ની રચના દર્શાવે છે. wt.%) 25. Nataša et al., 2022 એ ઓક અને શેતૂરના પાંદડામાંથી સંશ્લેષિત nZVI ની સમાન મૂળભૂત રચનાની જાણ કરી અને પુષ્ટિ કરી કે પાંદડાના અર્કમાં રહેલા પોલિફેનોલ જૂથો અને અન્ય અણુઓ ઘટાડો પ્રક્રિયા માટે જવાબદાર છે.
છોડમાં સંશ્લેષિત nZVI નું આકારશાસ્ત્ર (આકૃતિ S2A,B) ગોળાકાર અને આંશિક રીતે અનિયમિત હતું, જેનો સરેરાશ કણોનું કદ 23.09 ± 3.54 nm હતું, જોકે, વાન ડેર વાલ્સ બળો અને ફેરોમેગ્નેટિઝમને કારણે સાંકળ સમૂહ જોવા મળ્યા હતા. આ મુખ્યત્વે દાણાદાર અને ગોળાકાર કણોનો આકાર SEM પરિણામો સાથે સારી રીતે સુસંગત છે. 2021 માં જ્યારે nZVI11 ના સંશ્લેષણમાં એરંડાના પાંદડાના અર્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો ત્યારે અબ્દેલફતાહ અને અન્ય લોકોએ પણ આવું જ અવલોકન શોધી કાઢ્યું હતું. nZVI માં રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા રુએલાસ ટ્યુબરોસા પાંદડાના અર્ક NPs પણ 20 થી 40 nm26 ના વ્યાસ સાથે ગોળાકાર આકાર ધરાવે છે.
હાઇબ્રિડ rGO/nZVI સંયુક્ત TEM છબીઓ (આકૃતિ S2C-D) દર્શાવે છે કે rGO એ એક મૂળભૂત સમતલ છે જેમાં સીમાંત ફોલ્ડ્સ અને કરચલીઓ nZVI NPs માટે બહુવિધ લોડિંગ સાઇટ્સ પ્રદાન કરે છે; આ લેમેલર મોર્ફોલોજી પણ rGO ના સફળ ઉત્પાદનની પુષ્ટિ કરે છે. વધુમાં, nZVI NPs 5.32 થી 27 nm સુધીના કણોના કદ સાથે ગોળાકાર આકાર ધરાવે છે અને લગભગ સમાન વિક્ષેપ સાથે rGO સ્તરમાં જડિત છે. નીલગિરી પાંદડાના અર્કનો ઉપયોગ Fe NPs/rGO ને સંશ્લેષણ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો; TEM પરિણામોએ એ પણ પુષ્ટિ આપી છે કે rGO સ્તરમાં કરચલીઓએ શુદ્ધ Fe NPs કરતાં Fe NPs ના વિક્ષેપમાં વધુ સુધારો કર્યો અને સંયોજનોની પ્રતિક્રિયાશીલતામાં વધારો કર્યો. બાઘેરી અને અન્ય દ્વારા સમાન પરિણામો પ્રાપ્ત થયા. 28 જ્યારે સંયોજનને અલ્ટ્રાસોનિક તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવ્યું હતું જેમાં સરેરાશ આયર્ન નેનોપાર્ટિકલ કદ આશરે 17.70 nm હતું.
A. હેલિમસ, nZVI, GO, rGO, અને rGO/nZVI કમ્પોઝિટના FTIR સ્પેક્ટ્રા આકૃતિ 3A માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. A. હેલિમસના પાંદડાઓમાં સપાટીના કાર્યાત્મક જૂથોની હાજરી 3336 cm-1 પર દેખાય છે, જે પોલિફેનોલ્સને અનુરૂપ છે, અને 1244 cm-1, જે પ્રોટીન દ્વારા ઉત્પાદિત કાર્બોનિલ જૂથોને અનુરૂપ છે. અન્ય જૂથો જેમ કે આલ્કેન્સ 2918 cm-1 પર, આલ્કેન્સ 1647 cm-1 પર અને CO-O-CO એક્સટેન્શન 1030 cm-1 પર પણ જોવા મળ્યા છે, જે છોડના ઘટકોની હાજરી સૂચવે છે જે સીલિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે અને Fe2+ થી Fe0 અને GO થી rGO29 સુધી પુનઃપ્રાપ્તિ માટે જવાબદાર છે. સામાન્ય રીતે, nZVI સ્પેક્ટ્રા કડવી શર્કરા જેટલું જ શોષણ શિખરો દર્શાવે છે, પરંતુ થોડી બદલાયેલી સ્થિતિ સાથે. OH સ્ટ્રેચિંગ વાઇબ્રેશન (ફિનોલ્સ) સાથે સંકળાયેલ 3244 cm-1 પર એક તીવ્ર બેન્ડ દેખાય છે, 1615 પર ટોચ C=C ને અનુરૂપ છે, અને 1546 અને 1011 cm-1 પર બેન્ડ C=O (પોલિફેનોલ્સ અને ફ્લેવોનોઇડ્સ) ના સ્ટ્રેચિંગને કારણે ઉદ્ભવે છે, CN - સુગંધિત એમાઇન્સ અને એલિફેટિક એમાઇન્સનાં જૂથો પણ અનુક્રમે 1310 cm-1 અને 1190 cm-1 પર જોવા મળ્યા હતા. GO નું FTIR સ્પેક્ટ્રમ ઘણા ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા ઓક્સિજન-સમાવતી જૂથોની હાજરી દર્શાવે છે, જેમાં 1041 cm-1 પર આલ્કોક્સી (CO) સ્ટ્રેચિંગ બેન્ડ, 1291 cm-1 પર ઇપોક્સી (CO) સ્ટ્રેચિંગ બેન્ડ, C=O સ્ટ્રેચનો સમાવેશ થાય છે. ૧૬૧૯ સેમી-૧ પર C=C સ્ટ્રેચિંગ વાઇબ્રેશનનો બેન્ડ, ૧૭૦૮ સેમી-૧ પર બેન્ડ અને ૩૩૮૪ સેમી-૧ પર OH ગ્રુપ સ્ટ્રેચિંગ વાઇબ્રેશનનો પહોળો બેન્ડ દેખાયો, જે સુધારેલ હમર્સ પદ્ધતિ દ્વારા પુષ્ટિ મળે છે, જે ગ્રેફાઇટ પ્રક્રિયાને સફળતાપૂર્વક ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. GO સ્પેક્ટ્રા સાથે rGO અને rGO/nZVI કમ્પોઝીટની સરખામણી કરતી વખતે, કેટલાક ઓક્સિજન-સમાવતી જૂથો, જેમ કે OH 3270 સેમી-૧ પર, ની તીવ્રતા નોંધપાત્ર રીતે ઓછી થાય છે, જ્યારે અન્ય, જેમ કે C=O 1729 સેમી-૧ પર, સંપૂર્ણપણે ઓછી થઈ જાય છે. અદૃશ્ય થઈ જાય છે, જે A. હેલિમસ અર્ક દ્વારા GO માં ઓક્સિજન-સમાવતી કાર્યાત્મક જૂથોને સફળ રીતે દૂર કરવાનો સંકેત આપે છે. C=C ટેન્શન પર rGO ના નવા તીક્ષ્ણ લાક્ષણિક શિખરો ૧૫૬૦ અને ૧૪૦૫ સેમી-૧ ની આસપાસ જોવા મળે છે, જે GO થી rGO માં ઘટાડાની પુષ્ટિ કરે છે. ૧૦૪૩ થી ૧૦૧૫ સેમી-૧ અને ૯૮૨ થી ૯૧૮ સેમી-૧ સુધીના તફાવતો જોવા મળ્યા, કદાચ વનસ્પતિ સામગ્રીના સમાવેશને કારણે ૩૧,૩૨. વેંગ એટ અલ., ૨૦૧૮ એ GO માં ઓક્સિજનયુક્ત કાર્યાત્મક જૂથોનું નોંધપાત્ર ઘટાડાનું પણ અવલોકન કર્યું, જે બાયોરિડક્શન દ્વારા rGO ની સફળ રચનાની પુષ્ટિ કરે છે, કારણ કે નીલગિરી પાંદડાના અર્ક, જેનો ઉપયોગ ઘટાડેલા આયર્ન ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ કમ્પોઝિટને સંશ્લેષણ કરવા માટે કરવામાં આવતો હતો, તે છોડના ઘટક કાર્યાત્મક જૂથોના નજીકના FTIR સ્પેક્ટ્રા દર્શાવે છે. ૩૩.
A. ગેલિયમ, nZVI, rGO, GO, સંયુક્ત rGO/nZVI (A) નું FTIR સ્પેક્ટ્રમ. રોન્ટજેનોગ્રામી સંયોજનો rGO, GO, nZVI અને rGO/nZVI (B).
rGO/nZVI અને nZVI કમ્પોઝિટની રચના મોટાભાગે એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન પેટર્ન (આકૃતિ 3B) દ્વારા પુષ્ટિ મળી હતી. ઇન્ડેક્સ (110) (JCPDS નં. 06–0696)11 ને અનુરૂપ, 2Ɵ 44.5° પર ઉચ્ચ-તીવ્રતા Fe0 શિખર જોવા મળ્યું હતું. (311) પ્લેનના 35.1° પર બીજું શિખર મેગ્નેટાઇટ Fe3O4 ને આભારી છે, ϒ-FeOOH (JCPDS નં. 17-0536)34 ની હાજરીને કારણે 63.2° (440) પ્લેનના મિલર ઇન્ડેક્સ સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે. GO ની એક્સ-રે પેટર્ન 2Ɵ 10.3° પર એક તીવ્ર શિખર અને 21.1° પર બીજી શિખર દર્શાવે છે, જે ગ્રેફાઇટનું સંપૂર્ણ એક્સ્ફોલિયેશન દર્શાવે છે અને GO35 ની સપાટી પર ઓક્સિજન ધરાવતા જૂથોની હાજરીને પ્રકાશિત કરે છે. rGO અને rGO/nZVI ના સંયુક્ત પેટર્નમાં rGO અને rGO/nZVI સંયોજનો માટે અનુક્રમે 2Ɵ 22.17 અને 24.7° પર લાક્ષણિક GO શિખરોનું અદ્રશ્ય થવું અને વ્યાપક rGO શિખરોનું નિર્માણ નોંધાયું, જેણે છોડના અર્ક દ્વારા GO ની સફળ પુનઃપ્રાપ્તિની પુષ્ટિ કરી. જો કે, સંયુક્ત rGO/nZVI પેટર્નમાં, Fe0 (110) અને bcc Fe0 (200) ના જાળીના સમતલ સાથે સંકળાયેલા વધારાના શિખરો અનુક્રમે 44.9\(^\circ\) અને 65.22\(^\circ\) પર જોવા મળ્યા.
ઝેટા પોટેન્શિયલ એ કણની સપાટી સાથે જોડાયેલા આયનીય સ્તર અને જલીય દ્રાવણ વચ્ચેનો પોટેન્શિયલ છે જે સામગ્રીના ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ગુણધર્મો નક્કી કરે છે અને તેની સ્થિરતા માપે છે37. છોડ-સંશ્લેષિત nZVI, GO, અને rGO/nZVI કમ્પોઝિટના ઝેટા પોટેન્શિયલ વિશ્લેષણમાં તેમની સપાટી પર અનુક્રમે -20.8, -22, અને -27.4 mV ના નકારાત્મક ચાર્જની હાજરીને કારણે તેમની સ્થિરતા દર્શાવવામાં આવી છે, જેમ કે આકૃતિ S1A-C માં બતાવ્યા પ્રમાણે. . આવા પરિણામો ઘણા અહેવાલો સાથે સુસંગત છે જેમાં ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો છે કે -25 mV કરતા ઓછા ઝેટા પોટેન્શિયલ મૂલ્યો ધરાવતા કણો ધરાવતા દ્રાવણો સામાન્ય રીતે આ કણો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રિપલ્શનને કારણે ઉચ્ચ સ્તરની સ્થિરતા દર્શાવે છે. rGO અને nZVI નું સંયોજન સંયુક્તને વધુ નકારાત્મક ચાર્જ પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે અને આમ તે ફક્ત GO અથવા nZVI કરતાં વધુ સ્થિરતા ધરાવે છે. તેથી, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રિપલ્શનની ઘટના સ્થિર rGO/nZVI39 કમ્પોઝિટની રચના તરફ દોરી જશે. GO ની નકારાત્મક સપાટી તેને એકત્રીકરણ વિના જલીય માધ્યમમાં સમાનરૂપે વિખેરવાની મંજૂરી આપે છે, જે nZVI સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે અનુકૂળ પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે. નકારાત્મક ચાર્જ કડવી તરબૂચના અર્કમાં વિવિધ કાર્યાત્મક જૂથોની હાજરી સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે, જે GO અને આયર્ન પુરોગામી અને છોડના અર્ક વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને અનુક્રમે rGO અને nZVI બનાવવા અને rGO/nZVI સંકુલની પુષ્ટિ પણ કરે છે. આ છોડ સંયોજનો કેપિંગ એજન્ટ તરીકે પણ કાર્ય કરી શકે છે, કારણ કે તેઓ પરિણામી નેનોપાર્ટિકલ્સના એકત્રીકરણને અટકાવે છે અને આમ તેમની સ્થિરતામાં વધારો કરે છે40.
nZVI અને rGO/nZVI કમ્પોઝિટની એલિમેન્ટલ કમ્પોઝિશન અને વેલેન્સ સ્ટેટ્સ XPS (આકૃતિ 4) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવ્યા હતા. એકંદર XPS અભ્યાસ દર્શાવે છે કે rGO/nZVI કમ્પોઝિટ મુખ્યત્વે C, O અને Fe તત્વોથી બનેલું છે, જે EDS મેપિંગ (આકૃતિ 4F–H) સાથે સુસંગત છે. C1s સ્પેક્ટ્રમમાં 284.59 eV, 286.21 eV અને 288.21 eV પર ત્રણ શિખરો છે જે અનુક્રમે CC, CO અને C=O નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. O1s સ્પેક્ટ્રમને ત્રણ શિખરોમાં વિભાજિત કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં 531.17 eV, 532.97 eV અને 535.45 eVનો સમાવેશ થાય છે, જે અનુક્રમે O=CO, CO અને NO જૂથોને સોંપવામાં આવ્યા હતા. જોકે, 710.43, 714.57 અને 724.79 eV પરની ટોચ અનુક્રમે Fe 2p3/2, Fe+3 અને Fe p1/2 નો સંદર્ભ આપે છે. nZVI (આકૃતિ 4C-E) ના XPS સ્પેક્ટ્રામાં C, O અને Fe તત્વો માટે ટોચ દર્શાવવામાં આવી છે. 284.77, 286.25 અને 287.62 eV પરની ટોચ આયર્ન-કાર્બન એલોયની હાજરીની પુષ્ટિ કરે છે, કારણ કે તે અનુક્રમે CC, C-OH અને CO નો સંદર્ભ આપે છે. O1s સ્પેક્ટ્રમ ત્રણ ટોચ C–O/આયર્ન કાર્બોનેટ (531.19 eV), હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ (532.4 eV) અને O–C=O (533.47 eV) ને અનુરૂપ હતું. 719.6 પરની ટોચ Fe0 ને આભારી છે, જ્યારે FeOOH 717.3 અને 723.7 eV પરની ટોચ દર્શાવે છે, વધુમાં, 725.8 eV પરની ટોચ Fe2O342.43 ની હાજરી દર્શાવે છે.
અનુક્રમે nZVI અને rGO/nZVI કમ્પોઝિટના XPS અભ્યાસ (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D), અને O1s (E) અને rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) કમ્પોઝિટનો સંપૂર્ણ સ્પેક્ટ્રા.
N2 શોષણ/ડિસોર્પ્શન આઇસોથર્મ (આકૃતિ 5A, B) દર્શાવે છે કે nZVI અને rGO/nZVI કમ્પોઝિટ પ્રકાર II ના છે. વધુમાં, rGO સાથે બ્લાઇંડિંગ પછી nZVI નો ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર (SBET) 47.4549 થી વધીને 152.52 m2/g થયો. આ પરિણામ rGO બ્લાઇંડિંગ પછી nZVI ના ચુંબકીય ગુણધર્મોમાં ઘટાડો દ્વારા સમજાવી શકાય છે, જેનાથી કણોનું એકત્રીકરણ ઘટે છે અને કમ્પોઝિટનો સપાટી વિસ્તાર વધે છે. વધુમાં, આકૃતિ 5C માં બતાવ્યા પ્રમાણે, rGO/nZVI કમ્પોઝિટનું છિદ્ર વોલ્યુમ (8.94 nm) મૂળ nZVI (2.873 nm) કરતા વધારે છે. આ પરિણામ અલ-મોનેમ એટ અલ. 45 સાથે સંમત છે.
પ્રારંભિક સાંદ્રતામાં થયેલા વધારાને આધારે rGO/nZVI કમ્પોઝિટ અને મૂળ nZVI વચ્ચે DC દૂર કરવાની શોષણ ક્ષમતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, વિવિધ પ્રારંભિક સાંદ્રતા પર DC માં દરેક શોષક (0.05 g) ની સતત માત્રા ઉમેરીને સરખામણી કરવામાં આવી. 25°C પર તપાસ કરાયેલ દ્રાવણ [25]. –100 mg l–1]. પરિણામો દર્શાવે છે કે rGO/nZVI કમ્પોઝિટની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા (94.6%) ઓછી સાંદ્રતા (25 mg L-1) પર મૂળ nZVI (90%) કરતા વધારે હતી. જો કે, જ્યારે પ્રારંભિક સાંદ્રતા 100 mg L-1 સુધી વધારવામાં આવી, ત્યારે rGO/nZVI અને પેરેંટલ nZVI ની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અનુક્રમે 70% અને 65% થઈ ગઈ (આકૃતિ 6A), જે ઓછી સક્રિય સાઇટ્સ અને nZVI કણોના અધોગતિને કારણે હોઈ શકે છે. તેનાથી વિપરીત, rGO/nZVI એ DC દૂર કરવાની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા દર્શાવી, જે rGO અને nZVI વચ્ચેના સિનર્જિસ્ટિક અસરને કારણે હોઈ શકે છે, જેમાં શોષણ માટે ઉપલબ્ધ સ્થિર સક્રિય સ્થળો ઘણી વધારે હોય છે, અને rGO/nZVI ના કિસ્સામાં, અખંડ nZVI કરતાં વધુ DC શોષી શકાય છે. વધુમાં, આકૃતિ 6B માં દર્શાવે છે કે rGO/nZVI અને nZVI સંયોજનોની શોષણ ક્ષમતા અનુક્રમે 9.4 mg/g થી વધીને 30 mg/g અને 9 mg/g થઈ ગઈ છે, જેમાં પ્રારંભિક સાંદ્રતા 25-100 mg/L થી વધીને -1.1 થી 28.73 mg g-1 થઈ ગઈ છે. તેથી, DC દૂર કરવાનો દર પ્રારંભિક DC સાંદ્રતા સાથે નકારાત્મક રીતે સંકળાયેલો હતો, જે દ્રાવણમાં DC ના શોષણ અને દૂર કરવા માટે દરેક શોષક દ્વારા સમર્થિત પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રોની મર્યાદિત સંખ્યાને કારણે હતો. આમ, આ પરિણામો પરથી એવું તારણ કાઢી શકાય છે કે rGO/nZVI કમ્પોઝિટમાં શોષણ અને ઘટાડાની કાર્યક્ષમતા વધુ હોય છે, અને rGO/nZVI ની રચનામાં rGO નો ઉપયોગ શોષક અને વાહક સામગ્રી બંને તરીકે થઈ શકે છે.
rGO/nZVI અને nZVI કમ્પોઝિટ માટે દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અને DC શોષણ ક્ષમતા (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, માત્રા = 0.05 g], pH. શોષણ ક્ષમતા પર અને rGO/nZVI કમ્પોઝિટ પર DC દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, માત્રા = 0.05 g] હતી.
શોષણ પ્રક્રિયાઓના અભ્યાસમાં દ્રાવણ pH એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે, કારણ કે તે શોષકના આયનીકરણ, વિશિષ્ટતા અને આયનીકરણની ડિગ્રીને અસર કરે છે. આ પ્રયોગ 25°C પર સતત શોષક માત્રા (0.05 ગ્રામ) અને pH શ્રેણી (3–11) માં 50 મિલિગ્રામ L-1 ની પ્રારંભિક સાંદ્રતા સાથે હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો. સાહિત્ય સમીક્ષા46 મુજબ, DC એ એક એમ્ફિફિલિક પરમાણુ છે જેમાં વિવિધ pH સ્તરો પર ઘણા આયનીકરણ કરી શકાય તેવા કાર્યાત્મક જૂથો (ફિનોલ્સ, એમિનો જૂથો, આલ્કોહોલ) હોય છે. પરિણામે, rGO/nZVI કમ્પોઝિટની સપાટી પર DC ના વિવિધ કાર્યો અને સંબંધિત રચનાઓ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે અને કેશન, ઝ્વિટેરિયન અને આયન તરીકે અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે, DC પરમાણુ pH < 3.3 પર કેશનિક (DCH3+), zwitterionic (DCH20) 3.3 < PH < 7.7 અને PH 7.7 પર એનિઓનિક (DCH− અથવા DC2−) તરીકે અસ્તિત્વમાં છે. પરિણામે, rGO/nZVI કમ્પોઝિટની સપાટી પર DC ના વિવિધ કાર્યો અને સંબંધિત રચનાઓ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે અને કેશન, ઝ્વિટેરિયન અને આયન તરીકે અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે, DC પરમાણુ pH < 3.3 પર કેશનિક (DCH3+), zwitterionic (DCH20) 3.3 < PH < 7.7 અને PH 7.7 પર એનિઓનિક (DCH- અથવા DC2-) તરીકે અસ્તિત્વમાં છે. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI MOGUT и могут существовать виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует виде катиона (DCH3+, <3N) цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 અને એનિઓન્નીય (DCH- અથવા DC2-) при pH 7,7. પરિણામે, rGO/nZVI કમ્પોઝિટની સપાટી પર DC અને સંબંધિત રચનાઓના વિવિધ કાર્યો ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે અને કેશન, ઝ્વિટરિયન અને આયનોના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે; DC પરમાણુ pH < 3.3 પર કેશન (DCH3+) તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે; આયનીય (DCH20) 3.3 < PH < 7.7 અને pH 7.7 પર આયનીય (DCH- અથવા DC2-) તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.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 复合 材料 表面 的 相关 结构 可 能 结构 可 能 会 丒 可 功能 会 可આ 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 взаимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионцыми+(3рД3Н) તેથી, rGO/nZVI કમ્પોઝિટની સપાટી પર DC અને સંબંધિત રચનાઓના વિવિધ કાર્યો ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રવેશી શકે છે અને કેશન, ઝ્વિટેરિયન અને આયનના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જ્યારે DC પરમાણુઓ pH < 3.3 પર કેશનિક (DCH3+) હોય છે. Он существует виде цвиттер-иона (DCH20) પહેલા 3,3 < pH < 7,7 અને એનોના (DCH- અથવા DC2-) પહેલા pH 7,7. તે 3.3 < pH < 7.7 પર ઝ્વિટેરિયન (DCH20) અને 7.7 pH પર ઋણઆયન (DCH- અથવા DC2-) તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.pH 3 થી 7 સુધી વધવા સાથે, DC દૂર કરવાની શોષણ ક્ષમતા અને કાર્યક્ષમતા 11.2 mg/g (56%) થી વધીને 17 mg/g (85%) થઈ ગઈ (આકૃતિ 6C). જોકે, pH 9 અને 11 સુધી વધતાં, શોષણ ક્ષમતા અને દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા કંઈક અંશે ઘટી ગઈ, અનુક્રમે 10.6 mg/g (53%) થી 6 mg/g (30%). pH 3 થી 7 સુધી વધવા સાથે, DC મુખ્યત્વે ઝ્વિટેરિયન્સના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વમાં હતા, જેના કારણે તેઓ લગભગ બિન-ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિકલી આકર્ષિત થયા અથવા rGO/nZVI કમ્પોઝિટ સાથે ભગાડ્યા, મુખ્યત્વે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા. જેમ જેમ pH 8.2 થી ઉપર વધ્યો, શોષકની સપાટી નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થઈ, આમ શોષણ ક્ષમતામાં ઘટાડો થયો અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ડોક્સીસાયક્લાઇન અને શોષકની સપાટી વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પ્રતિકૂળતાને કારણે ઘટાડો થયો. આ વલણ સૂચવે છે કે rGO/nZVI કમ્પોઝિટ પર DC શોષણ ખૂબ જ pH આધારિત છે, અને પરિણામો એ પણ સૂચવે છે કે rGO/nZVI કમ્પોઝિટ એસિડિક અને તટસ્થ પરિસ્થિતિઓમાં શોષક તરીકે યોગ્ય છે.
DC ના જલીય દ્રાવણના શોષણ પર તાપમાનની અસર (25–55°C) પર કરવામાં આવી હતી. આકૃતિ 7A rGO/nZVI પર DC એન્ટિબાયોટિક્સની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા પર તાપમાનમાં વધારાનો પ્રભાવ દર્શાવે છે, તે સ્પષ્ટ છે કે દૂર કરવાની ક્ષમતા અને શોષણ ક્ષમતા અનુક્રમે 83.44% અને 13.9 mg/g થી વધીને 47% અને 7.83 mg/g થઈ છે. આ નોંધપાત્ર ઘટાડો DC આયનોની થર્મલ ઊર્જામાં વધારાને કારણે હોઈ શકે છે, જે ડિસોર્પ્શન તરફ દોરી જાય છે47.
rGO/nZVI કમ્પોઝિટ પર CD ની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અને શોષણ ક્ષમતા પર તાપમાનની અસર (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, માત્રા = 0.05 g], દૂર કરવા પર શોષક માત્રા CD ની કાર્યક્ષમતા અને દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા rGO/nSVI કમ્પોઝિટ પર DC દૂર કરવાની શોષણ ક્ષમતા અને કાર્યક્ષમતા પર પ્રારંભિક સાંદ્રતાની અસર (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, માત્રા = 0.05 g].
સંયુક્ત શોષક rGO/nZVI ની માત્રા 0.01 ગ્રામ થી 0.07 ગ્રામ સુધી વધારવાની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અને શોષણ ક્ષમતા પર અસર આકૃતિ 7B માં બતાવવામાં આવી છે. શોષકની માત્રામાં વધારાને કારણે શોષણ ક્ષમતા 33.43 મિલિગ્રામ/ગ્રામથી ઘટીને 6.74 મિલિગ્રામ/ગ્રામ થઈ ગઈ. જો કે, 0.01 ગ્રામ થી 0.07 ગ્રામ સુધીના શોષકની માત્રામાં વધારા સાથે, દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા 66.8% થી વધીને 96% થઈ જાય છે, જે તે મુજબ, નેનોકોમ્પોઝિટ સપાટી પર સક્રિય કેન્દ્રોની સંખ્યામાં વધારો સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે.
શોષણ ક્ષમતા અને દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા પર પ્રારંભિક સાંદ્રતાની અસર [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, માત્રા 0.05 g] નો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. જ્યારે પ્રારંભિક સાંદ્રતા 25 mg L-1 થી 100 mg L-1 સુધી વધારવામાં આવી, ત્યારે rGO/nZVI સંયોજનનું દૂર કરવાની ટકાવારી 94.6% થી ઘટીને 65% થઈ ગઈ (આકૃતિ 7C), કદાચ ઇચ્છિત સક્રિય સ્થળોની ગેરહાજરીને કારણે. . DC49 ની મોટી સાંદ્રતાને શોષી લે છે. બીજી બાજુ, જેમ જેમ પ્રારંભિક સાંદ્રતા વધતી ગઈ, તેમ તેમ સંતુલન પ્રાપ્ત થાય ત્યાં સુધી શોષણ ક્ષમતા પણ 9.4 mg/g થી વધીને 30 mg/g થઈ ગઈ (આકૃતિ 7D). આ અનિવાર્ય પ્રતિક્રિયા rGO/nZVI સંયોજનની સપાટી 50 સુધી પહોંચવા માટે DC આયન માસ ટ્રાન્સફર પ્રતિકાર કરતાં વધુ પ્રારંભિક DC સાંદ્રતા સાથે ચાલક બળમાં વધારો થવાને કારણે છે.
સંપર્ક સમય અને ગતિ અભ્યાસોનો હેતુ શોષણના સંતુલન સમયને સમજવાનો છે. પ્રથમ, સંપર્ક સમયના પ્રથમ 40 મિનિટ દરમિયાન શોષિત DC ની માત્રા સમગ્ર સમય (100 મિનિટ) દરમિયાન શોષિત કુલ રકમના લગભગ અડધા હતી. જ્યારે દ્રાવણમાં DC પરમાણુઓ અથડાય છે જેના કારણે તેઓ ઝડપથી rGO/nZVI સંયોજનની સપાટી પર સ્થળાંતર કરે છે જેના પરિણામે નોંધપાત્ર શોષણ થાય છે. 40 મિનિટ પછી, DC શોષણ ધીમે ધીમે અને ધીમે ધીમે વધ્યું જ્યાં સુધી 60 મિનિટ પછી સંતુલન પ્રાપ્ત ન થાય (આકૃતિ 7D). પ્રથમ 40 મિનિટમાં વાજબી માત્રામાં શોષાય છે, તેથી DC પરમાણુઓ સાથે ઓછા અથડામણ થશે અને બિન-શોષિત અણુઓ માટે ઓછા સક્રિય સ્થળો ઉપલબ્ધ થશે. તેથી, શોષણ દર ઘટાડી શકાય છે51.
શોષણ ગતિશાસ્ત્રને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે, સ્યુડો ફર્સ્ટ ઓર્ડર (આકૃતિ 8A), સ્યુડો સેકન્ડ ઓર્ડર (આકૃતિ 8B), અને એલોવિચ (આકૃતિ 8C) ગતિશાસ્ત્રના રેખા પ્લોટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. ગતિ અભ્યાસો (કોષ્ટક S1) માંથી મેળવેલા પરિમાણો પરથી, તે સ્પષ્ટ થાય છે કે સ્યુડોસેકન્ડ મોડેલ એ શોષણ ગતિશાસ્ત્રનું વર્ણન કરવા માટે શ્રેષ્ઠ મોડેલ છે, જ્યાં R2 મૂલ્ય અન્ય બે મોડેલો કરતા વધારે સેટ કરેલ છે. ગણતરી કરેલ શોષણ ક્ષમતાઓ (qe, cal) વચ્ચે પણ સમાનતા છે. સ્યુડો-સેકન્ડ ઓર્ડર અને પ્રાયોગિક મૂલ્યો (qe, exp.) એ વધુ પુરાવા છે કે સ્યુડો-સેકન્ડ ઓર્ડર અન્ય મોડેલો કરતા વધુ સારું મોડેલ છે. કોષ્ટક 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, α (પ્રારંભિક શોષણ દર) અને β (ડિસોર્પ્શન સ્થિરાંક) ના મૂલ્યો પુષ્ટિ કરે છે કે શોષણ દર ડિસોર્પ્શન દર કરતા વધારે છે, જે દર્શાવે છે કે DC rGO/nZVI52 સંયુક્ત પર કાર્યક્ષમ રીતે શોષણ કરે છે. .
સ્યુડો-સેકન્ડ ઓર્ડર (A), સ્યુડો-ફર્સ્ટ ઓર્ડર (B) અને એલોવિચ (C) ના રેખીય શોષણ ગતિ પ્લોટ [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, માત્રા = 0.05 g].
શોષણ સમતાપના અભ્યાસો વિવિધ શોષક સાંદ્રતા (DC) અને સિસ્ટમ તાપમાન પર શોષક (RGO/nRVI સંયુક્ત) ની શોષણ ક્ષમતા નક્કી કરવામાં મદદ કરે છે. લેંગમુઇર સમતાપનો ઉપયોગ કરીને મહત્તમ શોષણ ક્ષમતાની ગણતરી કરવામાં આવી હતી, જે દર્શાવે છે કે શોષણ એકરૂપ હતું અને તેમાં શોષકની સપાટી પર તેમની વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિના શોષક મોનોલેયરની રચનાનો સમાવેશ થાય છે53. બે અન્ય વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા સમતાપ મોડેલો ફ્રેન્ડલિચ અને ટેમકિન મોડેલો છે. જોકે ફ્રેન્ડલિચ મોડેલનો ઉપયોગ શોષક ક્ષમતાની ગણતરી કરવા માટે થતો નથી, તે વિજાતીય શોષણ પ્રક્રિયાને સમજવામાં મદદ કરે છે અને શોષક પર ખાલી જગ્યાઓ અલગ અલગ ઊર્જા ધરાવે છે, જ્યારે ટેમકિન મોડેલ શોષકના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોને સમજવામાં મદદ કરે છે54.
આકૃતિ 9A-C અનુક્રમે લેંગમુઇર, ફ્રીન્ડલિચ અને ટેમકિન મોડેલોના લાઇન પ્લોટ દર્શાવે છે. ફ્રીન્ડલિચ (આકૃતિ 9A) અને લેંગમુઇર (આકૃતિ 9B) લાઇન પ્લોટમાંથી ગણતરી કરાયેલ અને કોષ્ટક 2 માં રજૂ કરાયેલ R2 મૂલ્યો દર્શાવે છે કે rGO/nZVI કમ્પોઝિટ પર DC શોષણ ફ્રેન્ડલિચ (0.996) અને લેંગમુઇર (0.988) આઇસોથર્મ મોડેલ અને ટેમકિન (0.985) ને અનુસરે છે. લેંગમુઇર આઇસોથર્મ મોડેલનો ઉપયોગ કરીને ગણતરી કરાયેલ મહત્તમ શોષણ ક્ષમતા (qmax) 31.61 mg g-1 હતી. વધુમાં, પરિમાણહીન વિભાજન પરિબળ (RL) નું ગણતરી કરેલ મૂલ્ય 0 અને 1 (0.097) ની વચ્ચે છે, જે અનુકૂળ શોષણ પ્રક્રિયા સૂચવે છે. નહિંતર, ગણતરી કરેલ ફ્રીન્ડલિચ સ્થિરાંક (n = 2.756) આ શોષણ પ્રક્રિયા માટે પસંદગી સૂચવે છે. ટેમકિન આઇસોથર્મ (આકૃતિ 9C) ના રેખીય મોડેલ મુજબ, rGO/nZVI કમ્પોઝિટ પર DC નું શોષણ એક ભૌતિક શોષણ પ્રક્રિયા છે, કારણ કે b ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55 છે. જોકે ભૌતિક શોષણ સામાન્ય રીતે નબળા વાન ડેર વાલ્સ બળો દ્વારા મધ્યસ્થી કરવામાં આવે છે, rGO/nZVI કમ્પોઝિટ પર ડાયરેક્ટ કરંટ શોષણ માટે ઓછી શોષણ ઊર્જાની જરૂર પડે છે [56, 57].
ફ્રેન્ડલિચ (A), લેંગમુઇર (B), અને ટેમકિન (C) રેખીય શોષણ સમતાપ [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, માત્રા = 0.05 g]. rGO/nZVI સંયોજનો (D) દ્વારા DC શોષણ માટે વેન્ટ હોફ સમીકરણનો પ્લોટ [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C અને માત્રા = 0.05 g].
rGO/nZVI કમ્પોઝિટમાંથી DC દૂર કરવા પર પ્રતિક્રિયા તાપમાનમાં ફેરફારની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, એન્ટ્રોપી ફેરફાર (ΔS), એન્થાલ્પી ફેરફાર (ΔH), અને મુક્ત ઊર્જા ફેરફાર (ΔG) જેવા થર્મોડાયનેમિક પરિમાણોની ગણતરી સમીકરણો 3 અને 458 પરથી કરવામાં આવી હતી.
જ્યાં \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – થર્મોડાયનેમિક સંતુલન સ્થિરાંક, Ce અને CAe – દ્રાવણમાં rGO, અનુક્રમે /nZVI DC સપાટી સંતુલન પર સાંદ્રતા. R અને RT એ અનુક્રમે ગેસ સ્થિરાંક અને શોષણ તાપમાન છે. ln Ke ને 1/T સામે પ્લોટ કરવાથી એક સીધી રેખા મળે છે (આકૃતિ 9D) જેમાંથી ∆S અને ∆H નક્કી કરી શકાય છે.
નકારાત્મક ΔH મૂલ્ય સૂચવે છે કે પ્રક્રિયા ઉષ્મા ઉષ્મા ઉત્સર્જનશીલ છે. બીજી બાજુ, ΔH મૂલ્ય ભૌતિક શોષણ પ્રક્રિયામાં છે. કોષ્ટક 3 માં નકારાત્મક ΔG મૂલ્યો સૂચવે છે કે શોષણ શક્ય અને સ્વયંભૂ છે. ΔS ના નકારાત્મક મૂલ્યો પ્રવાહી ઇન્ટરફેસ પર શોષક પરમાણુઓનો ઉચ્ચ ક્રમ સૂચવે છે (કોષ્ટક 3).
કોષ્ટક 4 માં rGO/nZVI કમ્પોઝિટની સરખામણી અગાઉના અભ્યાસોમાં નોંધાયેલા અન્ય શોષકો સાથે કરવામાં આવી છે. તે સ્પષ્ટ છે કે VGO/nCVI કમ્પોઝિટમાં ઉચ્ચ શોષણ ક્ષમતા છે અને તે પાણીમાંથી DC એન્ટિબાયોટિક્સને દૂર કરવા માટે એક આશાસ્પદ સામગ્રી હોઈ શકે છે. વધુમાં, rGO/nZVI કમ્પોઝિટનું શોષણ એક ઝડપી પ્રક્રિયા છે જેમાં 60 મિનિટનો સંતુલન સમય હોય છે. rGO/nZVI કમ્પોઝિટના ઉત્તમ શોષણ ગુણધર્મો rGO અને nZVI ના સિનર્જિસ્ટિક અસર દ્વારા સમજાવી શકાય છે.
આકૃતિઓ 10A, B rGO/nZVI અને nZVI સંકુલ દ્વારા DC એન્ટિબાયોટિક્સને દૂર કરવા માટેની તર્કસંગત પદ્ધતિ દર્શાવે છે. DC શોષણની કાર્યક્ષમતા પર pH ની અસર પરના પ્રયોગોના પરિણામો અનુસાર, pH માં 3 થી 7 નો વધારો થવાથી, rGO/nZVI સંકુલ પર DC શોષણ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા નિયંત્રિત થયું ન હતું, કારણ કે તે ઝ્વિટેરિયન તરીકે કાર્ય કરે છે; તેથી, pH મૂલ્યમાં ફેરફાર શોષણ પ્રક્રિયાને અસર કરતો ન હતો. ત્યારબાદ, શોષણ પદ્ધતિને હાઇડ્રોજન બંધન, હાઇડ્રોફોબિક અસરો અને rGO/nZVI સંકુલ અને DC66 વચ્ચે π-π સ્ટેકીંગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ જેવા બિન-ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા નિયંત્રિત કરી શકાય છે. તે જાણીતું છે કે સ્તરીય ગ્રાફીનની સપાટી પર સુગંધિત શોષણની પદ્ધતિને મુખ્ય ચાલક બળ તરીકે π–π સ્ટેકીંગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા સમજાવવામાં આવી છે. સંયુક્ત એ ગ્રાફીન જેવું જ એક સ્તરીય સામગ્રી છે જે π-π* સંક્રમણને કારણે મહત્તમ 233 nm શોષણ કરે છે. DC શોષકના પરમાણુ માળખામાં ચાર સુગંધિત રિંગ્સની હાજરીના આધારે, અમે અનુમાન લગાવ્યું કે સુગંધિત DC (π-ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર) અને RGO સપાટી પર π-ઇલેક્ટ્રોનથી સમૃદ્ધ પ્રદેશ વચ્ચે π-π-સ્ટેકિંગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની એક પદ્ધતિ છે. /nZVI સંયોજનો. વધુમાં, આકૃતિ 10B માં બતાવ્યા પ્રમાણે, DC સાથે rGO/nZVI સંયોજનોની પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરવા માટે FTIR અભ્યાસ કરવામાં આવ્યા હતા, અને DC શોષણ પછી rGO/nZVI સંયોજનોના FTIR સ્પેક્ટ્રા આકૃતિ 10B માં બતાવવામાં આવ્યા છે. 10b. 2111 cm-1 પર એક નવી ટોચ જોવા મળે છે, જે C=C બોન્ડના ફ્રેમવર્ક કંપનને અનુરૂપ છે, જે 67 rGO/nZVI ની સપાટી પર અનુરૂપ કાર્બનિક કાર્યાત્મક જૂથોની હાજરી સૂચવે છે. અન્ય શિખરો ૧૫૬૧ થી ૧૫૪૮ cm-૧ અને ૧૩૯૯ થી ૧૩૬૦ cm-૧ માં બદલાય છે, જે એ પણ પુષ્ટિ કરે છે કે π-π ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ગ્રાફીન અને કાર્બનિક પ્રદૂષકોના શોષણમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે68,69. DC શોષણ પછી, OH જેવા કેટલાક ઓક્સિજન-સમાવતી જૂથોની તીવ્રતા ઘટીને ૩૨૭૦ cm-૧ થઈ ગઈ, જે સૂચવે છે કે હાઇડ્રોજન બંધન એ શોષણ પદ્ધતિઓમાંની એક છે. આમ, પરિણામોના આધારે, rGO/nZVI સંયોજન પર DC શોષણ મુખ્યત્વે π-π સ્ટેકીંગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને H-બોન્ડ્સને કારણે થાય છે.
rGO/nZVI અને nZVI સંકુલ (A) દ્વારા DC એન્ટિબાયોટિક્સના શોષણની તર્કસંગત પદ્ધતિ. rGO/nZVI અને nZVI (B) પર DCનો FTIR શોષણ સ્પેક્ટ્રા.
nZVI (આકૃતિ 10B) પર DC શોષણ પછી nZVI ના શોષણ બેન્ડની તીવ્રતા 3244, 1615, 1546 અને 1011 cm–1 પર વધી હતી, જે DC માં કાર્બોક્સિલિક એસિડ O જૂથોના શક્ય કાર્યાત્મક જૂથો સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે સંબંધિત હોવી જોઈએ. જો કે, બધા અવલોકન કરાયેલા બેન્ડમાં ટ્રાન્સમિશનની આ ઓછી ટકાવારી શોષણ પ્રક્રિયા પહેલાં nZVI ની તુલનામાં ફાયટોસિન્થેટિક શોષક (nZVI) ની શોષણ કાર્યક્ષમતામાં કોઈ નોંધપાત્ર ફેરફાર સૂચવે છે. nZVI71 સાથેના કેટલાક DC દૂર કરવાના સંશોધન મુજબ, જ્યારે nZVI H2O સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત થાય છે અને પછી H+ નો ઉપયોગ ખૂબ જ ઘટાડી શકાય તેવા સક્રિય હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે. અંતે, કેટલાક કેશનિક સંયોજનો સક્રિય હાઇડ્રોજનમાંથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે, જેના પરિણામે -C=N અને -C=C- થાય છે, જે બેન્ઝીન રિંગના વિભાજનને આભારી છે.