Mèsi pou vizite Nature.com. Vèsyon an navigatè w ap itilize gen limite CSS sipò. Pou eksperyans ki pi bon, nou rekòmande pou ou itilize yon navigatè mete ajou (oswa enfim mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Nan entre -temps la, asire kontinye sipò, nou pral rann sit la san yo pa Styles ak JavaScript.
Nan travay sa a, konpoze RGO/NZVI yo te sentetiz la pou premye fwa lè l sèvi avèk yon pwosedi ki senp ak zanmitay anviwònman an lè l sèvi avèk Sophora ekstrè fèy jòn kòm yon ajan diminye ak estabilizasyon konfòme l avèk prensip yo nan "vèt" chimi, tankou mwens danjere sentèz chimik. Plizyè zouti yo te itilize pou valide sentèz siksè konpoze yo, tankou SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, ak potansyèl Zeta, ki endike fabrikasyon konpoze siksè. Kapasite nan retire nan konpoze yo roman ak pi NZVI nan divès kalite konsantrasyon kòmanse nan doxycycline a antibyotik te konpare ak envestige efè a sinèrjetik ant RGO ak NZVI. Anba kondisyon yo retire nan 25mg L-1, 25 ° C ak 0.05g, pousantaj la retire adsorption nan NZVI pi bon kalite te 90%, pandan y ap pousantaj la retire adsorptive nan doxycycline pa konpoze an RGO/NZVI rive nan 94.6%, ki konfime ke NZVI ak RGO. Pwosesis la adsorption koresponn ak yon lòd pseudo-dezyèm ak se nan bon akò avèk modèl la Freundlich ak yon kapasite adsorption maksimòm de 31.61 mg G-1 nan 25 ° C ak pH 7. Yon mekanis rezonab pou retire elèv la nan DC te pwopoze yo. Anplis de sa, reutilizablite nan konpoze an RGO/NZVI te 60% apre sis sik rejenerasyon youn apre lòt.
Dlo rate ak polisyon yo kounye a se yon menas grav nan tout peyi yo. Nan dènye ane yo, polisyon nan dlo, espesyalman polisyon antibyotik, te ogmante akòz pwodiksyon ogmante ak konsomasyon pandan Covid-19 Pandemic1,2,3 la. Se poutèt sa, devlopman nan yon teknoloji efikas pou eliminasyon an nan antibyotik nan dlo ize se yon travay ijan.
Youn nan rezistan antibyotik semi-sentetik ki soti nan gwoup la tetracycline se doxycycline (DC) 4,5. Li te rapòte ke résidus DC nan dlo anba tè ak dlo sifas pa ka metabolize, se sèlman 20-50% yo metabolize ak rès la lage nan anviwònman an, sa ki lakòz grav anviwònman ak pwoblèm sante6.
Ekspozisyon nan DC nan nivo ki ba ka touye mikwo -òganis akwatik fotosentetik, menase gaye nan bakteri antibiotics, epi ogmante rezistans antibiotics, se konsa sa a kontaminan yo dwe retire yo nan dlo ize. Degradasyon natirèl DC nan dlo se yon pwosesis trè dousman. Pwosesis fiziko-chimik tankou fotoliz, biodégradation ak adsorption ka sèlman degrade nan konsantrasyon ki ba ak nan pousantaj ki ba anpil7,8. Sepandan, pi ékonomi, senp, zanmitay la anviwònman an, fasil okipe ak efikas metòd se adsorption9,10.
Nano Zewo Valent Iron (NZVI) se yon materyèl trè pwisan ki ka retire anpil antibyotik nan dlo, ki gen ladan metronidazòl, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol, ak tetracycline. Kapasite sa a se akòz pwopriyete yo etonan ke NZVI gen, tankou reyaktivite segondè, zòn sifas gwo, ak anpil sit obligatwa ekstèn11. Sepandan, NZVI se tendans agrégation nan medya akeuz akòz van der Wells fòs ak segondè pwopriyete mayetik, ki diminye efikasite li yo nan retire kontaminan akòz fòmasyon nan kouch oksid ki anpeche reyaksyon an nan NZVI10,12. Aglomerasyon nan patikil NZVI ka redwi pa chanje sifas yo ak surfactants ak polymères oswa pa konbine yo ak lòt nanomateryal nan fòm lan nan konpoze, ki te pwouve yo dwe yon apwòch solid amelyore estabilite yo nan anviwònman an13,14.
Graphene se yon ki genyen de dimansyon kabòn nanomateryal ki gen ladan SP2-ibridize atòm kabòn ranje nan yon lasi siwo myèl. Li gen yon zòn sifas gwo, siyifikatif fòs mekanik, ekselan aktivite electrocatalytic, segondè konduktiviti tèmik, vit mobilite elèktron, ak yon materyèl konpayi asirans apwopriye sipòte nanoparticles inòganik sou sifas li yo. Konbinezon an nan nanoparticules metal ak grafèn ka anpil depase benefis endividyèl yo nan chak materyèl ak, akòz siperyè li yo fizik ak chimik pwopriyete, bay yon distribisyon pi bon nan nanoparticles pou tretman dlo pi efikas15.
Ekstrè plant yo se altènatif ki pi bon nan danjere chimik diminye ajan souvan itilize nan sentèz la nan redwi grafèn oksid (RGO) ak NZVI paske yo disponib, chè, yon sèl-etap, anviwònman an ki an sekirite, epi yo ka itilize kòm diminye ajan. Tankou flavonoid ak konpoze fenol tou aji kòm yon estabilizasyon. Se poutèt sa, atriplex halimus L. ekstrè fèy te itilize kòm yon ajan repare ak fèmen pou sentèz la nan konpoze RGO/NZVI nan etid sa a. Atriplex halimus soti nan fanmi Amaranthaceae a se yon nitwojèn-renmen ti pyebwa kontinuèl ak yon lajè jeyografik Range16.
Selon literati ki disponib, atriplex halimus (A. halimus) te premye itilize pou fè konpoze RGO/NZVI kòm yon metòd sentèz ekonomik ak zanmitay anviwònman an. Thus, the aim of this work consists of four parts: (1) phytosynthesis of rGO/nZVI and parental nZVI composites using A. halimus aquatic leaf extract, (2) characterization of phytosynthesized composites using multiple methods to confirm their successful fabrication, (3) study the synergistic effect of rGO and nZVI in the adsorption and removal of organic contaminants of Antibyotik doxycycline anba diferan paramèt reyaksyon, optimize kondisyon yo nan pwosesis la adsorption, (3) mennen ankèt sou materyèl konpoze nan divès kalite tretman kontinyèl apre sik la pwosesis.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, Chimik Fòmil C22H24N2O · HCl, 98%), fè klori hexahydrate (Fecl3.6H2O, 97%), grafit poud achte nan men Sigma-Aldrich, USA. Sodyòm Sodyòm (NaOH, 97%), etanòl (C2H5OH, 99.9%) ak asid idroklorik (kloridrat, 37%) te achte nan men Merck, USA. NaCl, KCL, CACL2, MNCL2 ak MGCL2 te achte nan men Tianjin Comio Chimik reaktif co, Ltd tout reyaktif yo nan pite segondè analyse. Double-distile dlo te itilize yo prepare tout solisyon akeuz.
Echantiyon reprezantan nan A. halimus yo te ranmase nan abita natirèl yo nan Delta larivyè Nil la ak tè sou kòt Mediterane a nan peyi Lejip la. Yo te kolekte materyèl plant dapre direktiv nasyonal ak entènasyonal ki aplikab yo17. Professeur Manal Fawzi te idantifye espesimèn plant dapre Boulos18, ak Depatman Syans Anviwònman nan Alexandria Inivèsite otorize koleksyon an nan espès plant etidye pou rezon syantifik. Bon echantiyon yo ap fèt nan Tanta Inivèsite Herbarium a (Tane), bon NOS. 14 122-14 127, yon herbarium piblik ki bay aksè a materyèl depoze. Anplis de sa, yo retire pousyè oswa pousyè tè, koupe fèy yo nan plant la an ti moso, rense 3 fwa ak tiyo ak dlo distile, ak Lè sa a, sèk nan 50 ° C. Plant lan te kraze, 5 g nan poud lan amann te benyen nan 100 mL nan dlo distile ak tèt nan 70 ° C pou 20 min jwenn yon ekstrè. Te ekstrè nan jwenn nan Bacillus nicotianae filtre nan papye filtre Whatman ak ki estoke nan tib pwòp ak esterilize nan 4 ° C pou plis itilize.
Jan yo montre nan Figi 1, yo te ale nan te fè soti nan poud grafit pa metòd la Hummers modifye. 10 mg nan poud GO te gaye nan 50 ml dlo deionized pou 30 min anba sonication, ak Lè sa a, 0.9 g nan FECL3 ak 2.9 g nan NAAC yo te melanje pou 60 min. 20 ml nan ekstrè fèy atriplex te ajoute nan solisyon an tèt ak brase ak kite nan 80 ° C pou 8 èdtan. Te sispansyon an nwa ki kapab lakòz filtre. Nanocomposites yo prepare yo te lave ak etanòl ak dlo bidistilled ak Lè sa a, seche nan yon fou vakyòm nan 50 ° C pou 12 èdtan.
Foto schematic ak dijital nan sentèz vèt nan RGO/NZVI ak NZVI konplèks ak retire nan antibyotik DC soti nan dlo ki kontamine lè l sèvi avèk atriplex halimus ekstrè.
Yon ti tan, jan yo montre nan Fig. 1, 10 mL nan yon solisyon klori fè ki gen 0.05 M Fe3+ iyon te ajoute dropwise a 20 ml nan yon solisyon ekstrè fèy anmè pou 60 minit ak chofaj modere ak vibran, ak Lè sa a, te Lè sa a, Lè sa a, santrifuje nan 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) pou 15 ak tan pou li te fè dlo, ki te fè dlo, ki te gen yon ti tan pou li te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te gen yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan pou yo te fè yon ti tan. Seche nan yon fou vakyòm nan 60 ° C. lannwit lan.
Plant-sentetize RGO/NZVI ak NZVI konpoze yo te karakterize pa UV-vizib spèktroskopi (T70/T80 seri UV/VIS spektrofotomètr, PG Enstriman Ltd, UK) nan seri a optik nan 200-800 nm. Pou analize topografi a ak distribisyon gwosè nan konpoze yo RGO/NZVI ak NZVI, spèktroskopi TEM (Joel, JEM-2100F, Japon, akselere vòltaj 200 kV) te itilize. Pou evalye gwoup yo fonksyonèl ki ka patisipe nan Ekstrè plant ki responsab pou pwosesis la rekiperasyon ak estabilizasyon, FT-IR spèktroskopi te te pote soti (Jasco spectrometer espektwomèt nan a ranje 4000-600 cm-1). Anplis de sa, yo te itilize yon analyser potansyèl Zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) pou etidye chaj sifas la nan nanomateryal yo sentèz. Pou mezi difraksyon X-ray nan nanomateryal an poud, yon difraktomètr radyografi (X'Pert Pro, Netherlands) te itilize, opere nan yon aktyèl (40 mA), vòltaj (45 kV) nan 2θ varye a soti nan 20 ° rive 80 ° ak CUKA1 radyasyon (. Enèji dispersive X-ray spectrometer espektwomèt la (EDX) (modèl Jeol JSM-IT100) te responsab pou etidye konpozisyon an elemantè lè kolekte Al K-α monokrom X-rays soti nan -10 rive 1350 eV sou XPS, plas gwosè 400 μM K-alfa (Thermo Fisher syantifik, USA) Transmisyon enèji nan Spectres a Spectres IV la. Se echantiyon an poud bourade sou yon detantè echantiyon, ki se mete yo nan yon chanm vakyòm. Spectrum C 1 S la te itilize kòm yon referans nan 284.58 eV pou detèmine enèji obligatwa a.
Eksperyans adsorption yo te pote soti nan tès efikasite nan sentèz la RGO/NZVI nanocomposites nan retire doxycycline (DC) soti nan solisyon akeuz. Eksperyans adsorption yo te fèt nan 25 ml Erlenmeyer flakon nan yon vitès souke nan 200 rpm sou yon shaker òbital (Stuart, orbital Shaker/SSL1) nan 298 K. pa dilution solisyon an stock DC (1000 ppm) ak dlo bidistilled. Pou evalye efè dòz la RGO/NSVI sou efikasite nan adsorption, nanocomposites nan pwa diferan (0.01-0.07 g) yo te ajoute nan 20 mL nan solisyon DC. Pou etidye cinétique ak adsorption isotherms, 0.05 g nan adsorbant la te benyen nan yon solisyon akeuz nan CD ak premye konsantrasyon (25-100 mg L -1). Te efè a nan pH sou retire elèv la nan DC nan pH (3-11) ak yon premye konsantrasyon nan 50 mg L-1 nan 25 ° C. Ajiste pH la nan sistèm lan pa ajoute yon ti kantite lajan pou kloridrat oswa solisyon NaOH (mèt pH crison, mèt pH, pH 25). Anplis de sa, yo te enfliyans nan tanperati reyaksyon sou eksperyans adsorption nan seri a nan 25-55 ° C envestige. Te efè a nan fòs iyonik sou pwosesis la adsorption pa ajoute konsantrasyon divès kalite NaCl (0.01-4 mol L - 1) nan yon premye konsantrasyon nan DC nan 50 mg L -1, pH 3 ak 7), 25 ° C, ak yon dòz adsorbant nan 0.05 g. Te adsorption nan ki pa adsorbed DC mezire lè l sèvi avèk yon gwo bout bwa doub UV-vis spektrofotomètr (T70/T80 seri, PG Enstriman Ltd, UK) ekipe ak 1.0 cm longè chemen kwats nan longèdonn maksimòm (λmax) nan 270 ak 350 nm. Retire pousantaj nan antibyotik DC (R%; Eq. 1) ak kantite lajan an adsorption nan DC, Qt, Eq. 2 (mg/g) yo te mezire lè l sèvi avèk ekwasyon sa a.
Ki kote %R se kapasite nan retire DC ( %), CO se premye konsantrasyon an DC nan tan 0, ak C se konsantrasyon an DC nan tan T, respektivman (Mg L-1).
Ki kote QE se kantite lajan an nan DC adsorbed pou chak inite mas nan adsorbant la (Mg G-1), CO ak CE yo se konsantrasyon yo nan zewo tan ak nan ekilib, respektivman (MG L-1), V se volim nan solisyon (L), ak M se reyaktif nan mas adsorption (G).
Imaj SEM (Fig. 2A -C) montre mòfoloji lamèl la nan konpoze an RGO/NZVI ak nanoparticules esferik fè egzakteman menm jan gaye sou sifas li yo, ki endike atachman siksè nan NZVI NPs nan sifas la RGO. Anplis de sa, gen kèk ondilasyon nan fèy la RGO, ki konfime retire elèv la nan oksijèn ki gen gwoup ansanm ak restorasyon nan A. halimus ale. Sa yo ondilasyon gwo aji kòm sit pou loading aktif nan NP fè. Imaj NZVI (Fig. 2d-F) te montre ke NP yo fè esferik yo te trè gaye ak pa t 'total, ki se akòz nati a kouch nan eleman yo botanik nan ekstrè nan plant yo. Gwosè patikil la varye nan 15-26 nm. Sepandan, gen kèk rejyon ki gen yon morfoloji mesoporous ak yon estrikti nan bonb ak kavite, ki ka bay yon gwo kapasite adsorption efikas nan NZVI, depi yo ka ogmante posibilite pou pyèj molekil DC sou sifas la nan NZVI. Lè yo te itilize ekstrè Rosa Damas la pou sentèz NZVI, NP yo te jwenn yo te omojèn, ak ki vid yo ak diferan fòm, ki redwi efikasite yo nan CR (VI) adsorption ak ogmante tan an reyaksyon 23. Rezilta yo ki konsistan avèk NZVI sentetiz soti nan pye bwadchenn ak fèy sikomò, ki se sitou nanoparticules esferik ak gwosè nanomètr divès kalite san aglomerasyon evidan.
Imaj SEM nan RGO/NZVI (AC), NZVI (D, E) konpoze ak modèl EDX nan NZVI/RGO (G) ak NZVI (H) konpoze.
Te konpozisyon an eleman nan plant-sentetize RGO/NZVI ak NZVI konpoze etidye lè l sèvi avèk EDX (Fig. 2 G, H). Etid yo montre ke NZVI ki konpoze de kabòn (38,29% pa mas), oksijèn (47,41% pa mas) ak fè (11.84% pa mas), men lòt eleman tankou fosfò24 yo prezan tou, ki ka jwenn nan Ekstrè plant yo. Anplis de sa, pousantaj la segondè nan kabòn ak oksijèn se akòz prezans nan fitochimik soti nan Ekstrè plant nan souteren NZVI echantiyon. Eleman sa yo respire distribiye sou RGO men nan diferan rapò: C (39,16 wt %), O (46,98 wt %) ak Fe (10.99 wt %), EDX RGO/NZVI montre tou prezans nan lòt eleman tankou S, ki ka asosye ak Ekstrè plant yo, yo te itilize. Aktyèl C: O rapò ak fè kontni nan konpoze a RGO/NZVI lè l sèvi avèk A. halimus se pi bon pase lè l sèvi avèk ekstrè nan fèy ekaliptis, kòm li karakterize konpozisyon an nan C (23.44 wt.%), O (68,29 wt.%) Ak Fe (8.27 wt.%). wt %) 25. Nataša et al., 2022 rapòte yon konpozisyon menm jan elemantè nan NZVI sentetiz soti nan pye bwadchenn ak fèy sikomò ak konfime ke gwoup polifenol ak lòt molekil ki genyen nan ekstrè nan fèy yo responsab pou pwosesis la rediksyon.
Mòfoloji NZVI sentetiz nan plant yo (Fig. S2A, B) te esferik ak pasyèlman iregilye, ak yon gwosè patikil mwayèn nan 23.09 ± 3.54 nm, sepandan granula chèn yo te obsève akòz van der Waals fòs ak feromagnetism. Sa a fòm patikil majorite granulaire ak esferik se nan bon akò avèk rezilta yo SEM. Abdelfatah et al te jwenn yon obsèvasyon menm jan an. Nan 2021 lè yo te itilize Castor Bean fèy ekstrè nan sentèz NZVI11. Ruelas tuberosa fèy ekstrè NPs itilize kòm yon ajan diminye nan NZVI tou gen yon fòm esferik ak yon dyamèt 20 a 40 nm26.
Imaj Hybrid RGO/NZVI konpoze TEM (Fig. S2C-D) te montre ke RGO se yon plan fondamantal ak ranpa majinal ak ondilasyon bay plizyè sit loading pou NZVI NPs; Sa a morfoloji lamèl tou konfime fabrike a siksè nan RGO. Anplis de sa, NZVI NPs gen yon fòm esferik ak gwosè patikil soti nan 5.32 a 27 nm epi yo entegre nan kouch nan rGO ak yon dispèsyon prèske inifòm. Eucalyptus fèy ekstrè te itilize pou fè sentèz FE NPs/RGO; Rezilta yo TEM tou konfime ke ondilasyon nan kouch nan RGO amelyore dispèsyon nan Fe NPs plis pase pi Fe NPs ak ogmante reyaksyon an nan konpoze yo. Rezilta ki sanble yo te jwenn nan Bagheri et al. 28 Lè yo te konpoze an fabrike lè l sèvi avèk teknik ultrasons ak yon gwosè mwayèn nanoparticle fè nan apeprè 17.70 nm.
Spèktr yo FTIR nan A. halimus, NZVI, GO, RGO, ak konpoze RGO/NZVI yo montre nan Fig. 3a. Prezans nan sifas gwoup fonksyonèl nan fèy yo nan A. halimus parèt nan 3336 cm-1, ki koresponn ak polifenol, ak 1244 cm-1, ki koresponn ak gwoup carbonyl ki te pwodwi pa pwoteyin la. Lòt gwoup tankou alkan nan 2918 cm-1, alkèn nan 1647 cm-1 ak ko-o-ko ekstansyon nan 1030 cm-1 te tou te obsève, sijere ke prezans nan eleman plant ki aji kòm sele ajan ak yo responsab pou rekiperasyon soti nan Fe2+ a Fe0 epi ale nan RGO29. An jeneral, spèktr yo NZVI montre tèt yo absòpsyon menm jan ak sik anmè, men ak yon pozisyon yon ti kras deplase. An intense band appears at 3244 cm-1 associated with OH stretching vibrations (phenols), a peak at 1615 corresponds to C=C, and bands at 1546 and 1011 cm-1 arise due to stretching of C=O (polyphenols and flavonoids), CN -groups of aromatic amines and aliphatic amines were also observed at 1310 cm-1 and 1190 CM-1, respektivman13. Spectrum nan FTIR nan GO montre prezans nan anpil gwo entansite oksijèn ki gen gwoup, ki gen ladan alkoks la (CO) etann bann nan 1041 cm-1, epoksidik la (CO) etann bann nan 1291 cm-1, c = O detire. Yon bann C = C etann vibrasyon nan 1619 cm-1, yon bann nan 1708 cm-1 ak yon bann gwo nan OH gwoup etann vibrasyon nan 3384 cm-1 parèt, ki se konfime pa metòd la hummers amelyore, ki avèk siksè oksidasyon pwosesis la grafit. Lè yo konpare konpoze RGO ak RGO/NZVI ak spèktr GO, entansite a nan kèk gwoup oksijèn ki gen, tankou OH nan 3270 cm-1, se siyifikativman redwi, pandan ke lòt moun, tankou C = O nan 1729 cm-1, yo konplètman redwi. disparèt, ki endike retire siksè nan gwoup oksijèn ki gen fonksyonèl nan ale nan ekstrè nan A. halimus. Nouvo tèt karakteristik byen file nan RGO nan C = C tansyon yo obsève alantou 1560 ak 1405 cm-1, ki konfime rediksyon nan ale nan RGO. Varyasyon soti nan 1043 a 1015 cm-1 ak soti nan 982 918 cm-1 yo te obsève, petèt akòz enklizyon nan materyèl plant31,32. Weng et al., 2018 tou obsève yon diminisyon siyifikatif nan gwoup oksijene fonksyonèl nan GO, ki konfime fòmasyon nan siksè nan RGO pa bioreduction, depi Ekaliptis Ekstrè fèy, ki te itilize yo fè sentèz redwi konpoze grafèn fè oksid, te montre pi pre spèktr FTIR nan plant eleman fonksyonèl gwoup. 33.
A. ftir spectre nan galyòm, nzvi, rgo, ale, konpoze rgo/nzvi (a). Roentgenogrammy konpoze RGO, GO, NZVI ak RGO/NZVI (B).
Fòmasyon konpoze RGO/NZVI ak NZVI te lajman konfime pa modèl difraksyon X-ray (Fig. 3B). Yo te obsève yon gwo entansite FE0 nan 2ɵ 44.5 °, ki koresponn ak endèks (110) (JCPDS pa gen okenn. 06-0696) 11. Yon lòt pik nan 35.1 ° nan (311) avyon an se atribiye a mayetit Fe3O4, 63.2 ° ka asosye ak endèks la Miller nan (440) avyon an akòz prezans nan ϒ-feooh (JCPDS pa gen okenn. 17-0536) 34. Modèl la X-ray nan GO montre yon pik byen file nan 2ɵ 10.3 ° ak yon lòt pik nan 21.1 °, ki endike èksfolyasyon konplè nan grafit la ak en prezans nan oksijèn ki gen gwoup sou sifas la nan GO35. Modèl konpoze nan RGO ak RGO/NZVI anrejistre disparisyon nan karakteristik ale tèt ak fòmasyon nan tèt rgo gwo nan 2ɵ 22.17 ak 24.7 ° pou konpoze yo RGO ak RGO/NZVI, respektivman, ki konfime rekiperasyon an siksè nan ale nan Ekstrè plant yo. Sepandan, nan modèl la konpoze RGO/NZVI, tèt adisyonèl ki asosye ak plan an lasi nan Fe0 (110) ak BCC Fe0 (200) yo te obsève nan 44.9 (^circ) ak 65,22 (^circ), respektivman.
Potansyèl la Zeta se potansyèl ki genyen ant yon kouch iyonik tache ak sifas la nan yon patikil ak yon solisyon akeuz ki detèmine pwopriyete yo Electrostatic nan yon materyèl ak mezire estabilite li yo37. Zeta analiz potansyèl de plant -sentetize NZVI, GO, ak RGO/NZVI konpoze te montre estabilite yo akòz prezans nan chaj negatif nan -20.8, -22, ak -27.4 mV, respektivman, sou sifas yo, jan yo montre nan Figi S1A -C. . Rezilta sa yo konsistan avèk plizyè rapò ki mansyone ke solisyon ki gen patikil ki gen valè potansyèl Zeta mwens pase -25 mV jeneralman montre yon wo degre de estabilite akòz repulsyon Electrostatic ant patikil sa yo. Konbinezon an nan RGO ak NZVI pèmèt konpoze a jwenn plis chaj negatif e konsa gen pi wo estabilite pase swa ale oswa NZVI pou kont li. Se poutèt sa, fenomèn nan repulsyon Electrostatic ap mennen nan fòmasyon nan ki estab RGO/NZVI39 konpoze. Sifas la negatif nan GO pèmèt li yo dwe respire gaye nan yon mwayen akeuz san aglomerasyon, ki kreye kondisyon favorab pou entèraksyon ak NZVI. Ka chaj la negatif dwe asosye ak prezans nan diferan gwoup fonksyonèl nan ekstrè nan melon anmè, ki tou konfime entèraksyon ki genyen ant GO ak fè precursors ak ekstrè nan plant yo fòme RGO ak NZVI, respektivman, ak konplèks la RGO/NZVI. Sa yo konpoze plant kapab tou aji kòm plafon ajan, menm jan yo anpeche agrégation nan nanoparticules ki kapab lakòz e konsa ogmante estabilite yo40.
Konpozisyon elemantè a ak eta valans nan konpoze yo NZVI ak RGO/NZVI yo te detèmine pa XPS (Fig. 4). Etid la XPS an jeneral te montre ke konpoze an RGO/NZVI se sitou ki konpoze de eleman yo C, O, ak Fe, ki konsistan avèk kat la EDS (Fig. 4F -H). Spectrum nan C1s konsiste de twa tèt nan 284.59 eV, 286.21 eV ak 288.21 EV ki reprezante CC, CO ak C = O, respektivman. Te spectre nan O1s divize an twa tèt, ki gen ladan 531.17 eV, 532.97 eV, ak 535.45 eV, ki te asiyen nan O = CO a, CO, ak pa gen okenn gwoup, respektivman. Sepandan, tèt yo nan 710.43, 714.57 ak 724.79 eV refere a Fe 2P3/2, Fe+3 ak Fe P1/2, respektivman. Spèktr yo XPS nan NZVI (Fig. 4C-E) te montre tèt pou eleman yo C, O, ak Fe. Pik nan 284.77, 286.25, ak 287.62 EV konfime prezans nan fè-alyaj kabòn, menm jan yo, al gade nan CC, C-OH, ak CO, respektivman. Spectre O1s la koresponn ak twa tèt C -O/fè kabonat (531.19 eV), idroksil radikal (532.4 eV) ak O - C = O (533.47 eV). Pik la nan 719.6 se atribiye nan Fe0, pandan y ap Feooh montre tèt nan 717.3 ak 723.7 eV, nan adisyon, pik la nan 725.8 eV endike prezans nan Fe2O342.43.
Etid XPS nan konpoze NZVI ak RGO/NZVI, respektivman (A, B). Full spèktr nan NZVI C1s (C), Fe2p (D), ak O1s (E) ak RGO/NZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) konpoze.
N2 adsorption/dezorption izotèm lan (Fig. 5A, B) montre ke NZVI ak RGO/NZVI konpoze yo apatni a Kalite II. Anplis de sa, zòn nan sifas espesifik (SBET) nan NZVI ogmante de 47.4549 152.52 M2/g apre avegleman ak RGO. Rezilta sa a ka eksplike pa diminisyon nan pwopriyete yo mayetik nan NZVI apre rGO avegleman, kidonk diminye agrégation patikil ak ogmante zòn nan sifas nan konpoze yo. Anplis de sa, jan yo montre nan Fig. 5C, volim nan pò (8.94 nm) nan konpoze an RGO/NZVI se pi wo pase sa yo ki an NZVI orijinal la (2.873 nm). Rezilta sa a se nan akò ak El-Monaem et al. 45.
Pou evalye kapasite nan adsorption yo retire DC ant konpoze yo RGO/NZVI ak NZVI orijinal la depann sou ogmantasyon nan konsantrasyon inisyal la, yo te yon konparezon te fè pa ajoute yon dòz konstan nan chak adsorbant (0.05 g) nan DC nan divès konsantrasyon inisyal. Solisyon envestige [25]. –100 mg L - 1] nan 25 ° C. Rezilta yo te montre ke efikasite nan retire (94.6%) nan konpoze an RGO/NZVI te pi wo pase sa yo ki an NZVI orijinal la (90%) nan yon konsantrasyon pi ba (25 mg L-1). Sepandan, lè yo te konsantrasyon an kòmanse ogmante a 100 mg L-1, efikasite nan retire nan RGO/NZVI ak NZVI paran tonbe nan 70% ak 65%, respektivman (Figi 6A), ki ka akòz mwens sit aktif ak degradasyon nan patikil NZVI. Okontrè, RGO/NZVI te montre yon efikasite ki pi wo nan retire DC, ki ka akòz yon efè sinèrjetik ant RGO ak NZVI, nan ki ki estab sit aktif ki disponib pou adsorption yo pi wo, ak nan ka a nan RGO/NZVI, plis DC ka adsorbed pase nzvi Intact. Anplis de sa, nan fig frans. 6B montre ke kapasite nan adsorption nan konpoze yo RGO/NZVI ak NZVI ogmante de 9.4 mg/g a 30 mg/g ak 9 mg/g, respektivman, ak yon ogmantasyon nan konsantrasyon inisyal la soti nan 25-100 mg/L. -1.1 a 28.73 mg G-1. Se poutèt sa, yo te to a retire DC negatif Koehle ak konsantrasyon nan premye DC, ki te akòz kantite a limite nan sant reyaksyon ki te sipòte pa chak adsorbant pou adsorption ak retire nan DC nan solisyon. Se konsa, li kapab konkli nan rezilta sa yo ke konpoze yo RGO/NZVI gen yon efikasite pi wo nan adsorption ak rediksyon, ak RGO nan konpozisyon an nan RGO/NZVI ka itilize tou de kòm yon adsorbant ak kòm yon materyèl konpayi asirans.
Efikasite pou retire elèv la ak kapasite adsorption DC pou konpoze RGO/NZVI ak NZVI te (A, B) [CO = 25 mg L-1–100 mg L-1, T = 25 ° C, dòz = 0.05 g], pH. sou kapasite adsorption ak DC efikasite retire sou konpoze RGO/NZVI (C) [CO = 50 mg L - 1, pH = 3-11, t = 25 ° C, dòz = 0.05 g].
Solisyon pH se yon faktè kritik nan etid la nan pwosesis adsorption, depi li afekte degre nan ionization, speciation, ak yonizasyon nan adsorbant la. Eksperyans lan te pote soti nan 25 ° C ak yon dòz adsorbant konstan (0.05 g) ak yon konsantrasyon inisyal la nan 50 mg L-1 nan seri a pH (3-11). Selon yon revizyon literati46, DC se yon molekil anfifilik ak plizyè gwoup fonksyonèl ionizable (fenol, gwoup amine, alkòl) nan divès nivo pH. Kòm yon rezilta, fonksyon yo divès kalite nan DC ak estrikti yo ki gen rapò ak sou sifas la nan konpoze an RGO/NZVI ka kominike Electrostatically epi yo ka egziste kòm katyon, zwitterions, ak anyon, molekil la DC egziste kòm Cationic (DCH3+) nan pH <3.3, Zwitteryonik (DCH20) 3.3 < Kòm yon rezilta, fonksyon yo divès kalite nan DC ak estrikti yo ki gen rapò ak sou sifas la nan konpoze an RGO/NZVI ka kominike Electrostatically epi yo ka egziste kòm katyon, zwitterions, ak anyon, molekil la DC egziste kòm Cationic (DCH3+) nan pH <3.3, Zwitteryonik (DCH20) 3.3 < И с с с с. электроpò катиона (DCH3+) при рн <3,3, цвитер-ионный (DCH20) 3,3 <ph <7,7 и анионный (DCH- иπ2-) при pH 7,7. Kòm yon rezilta, divès fonksyon nan DC ak estrikti ki gen rapò ak sou sifas la nan konpoze an RGO/NZVI ka kominike Electrostatically epi yo ka egziste nan fòm lan nan kasyon, zwitterions, ak anyon; Molekil DC a egziste kòm yon Cation (DCH3+) nan pH <3.3; iyonik (DCH20) 3.3 <ph <7.7 ak anyonik (DCH- oswa DC2-) nan 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 功能 和 和 和 和 和 复合 材料 的 相关 结构 可能 发生 静电 相互 相互 ， 并 以 阳离子 阳离子 性 阴离子 形式 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子和阴离子 (DCH- 或 DC2-) 在 pH 7.7。 Слеовательно, различные функци д и и lijоых lijсзита rgo п м nа в nа м nа м nа м nа м nа м nа м nа м. .. катионныи (цц3+) при рн <3,3. Se poutèt sa, divès fonksyon nan DC ak estrikti ki gen rapò ak sou sifas la nan konpoze a RGO/NZVI ka antre nan entèraksyon Electrostatic ak egziste nan fòm lan nan katyon, zwitterions, ak anyon, pandan y ap molekil DC yo kiltik (DCH3+) nan pH <3.3. Он существует в в цвит vo-иона (DCH20) при 3,3 <ph <7,7 и аниона (DCH- Li egziste kòm yon zwitterion (DCH20) nan 3.3 <ph <7.7 ak yon anyon (DCH- oswa DC2-) nan pH 7.7.Avèk yon ogmantasyon nan pH soti nan 3 a 7, kapasite nan adsorption ak efikasite nan retire DC ogmante de 11.2 mg/g (56%) a 17 mg/g (85%) (Fig. 6C). Sepandan, kòm pH la ogmante a 9 ak 11, kapasite nan adsorption ak efikasite retire diminye yon ti jan, ki soti nan 10.6 mg/g (53%) a 6 mg/g (30%), respektivman. Avèk yon ogmantasyon nan pH soti nan 3 a 7, DCs sitou te egziste nan fòm lan nan zwitterions, sa ki te fè yo prèske ki pa elektwostatikman atire oswa rpousèr ak konpoze RGO/NZVI, majorite pa entèraksyon Electrostatic. Kòm pH la ogmante pi wo a 8.2, yo te sifas la nan adsorbant a chaje negatif, konsa kapasite nan adsorption diminye ak diminye akòz repulsyon nan Electrostatic ant doxycycline a chaje negatif ak sifas la nan adsorbant la. Tandans sa a sijere ke DC adsorption sou RGO/NZVI konpoze se trè pH depandan, ak rezilta yo tou endike ke RGO/NZVI konpoze yo apwopriye kòm adsorbents anba kondisyon asid ak net.
Te efè a nan tanperati a sou adsorption a nan yon solisyon akeuz nan DC te pote soti nan (25-55 ° C). Figi 7a montre efè a nan ogmantasyon tanperati sou efikasite nan retire nan antibyotik DC sou RGO/NZVI, li te klè ke kapasite nan retire ak kapasite adsorption ogmante de 83.44% ak 13.9 mg/g a 47% ak 7.83 mg/g. , respektivman. Sa a diminisyon enpòtan ka rive akòz yon ogmantasyon nan enèji nan tèmik nan iyon DC, ki mennen nan dezorption47.
Effect of Temperature on Removal Efficiency and Adsorption Capacity of CD on rGO/nZVI Composites (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dose = 0.05 g], Adsorbent Dose on Removal Efficiency and Removal Efficiency of CD Effect of Initial Concentration on the adsorption capacity and efficiency of DC removal on the rGO/nSVI composite (B) [Co = 50 mg L - 1, pH = 7, t = 25 ° C] (C, D) [CO = 25-100 mg L - 1, pH = 7, t = 25 ° C, dòz = 0.05 g].
Efè a pou ogmante dòz la nan konpoze adsorbant RGO/NZVI a soti nan 0.01 g a 0.07 g sou efikasite nan retire ak kapasite adsorption yo montre nan fig frans. 7b. Yon ogmantasyon nan dòz la nan adsorbant a mennen nan yon diminisyon nan kapasite a adsorption soti nan 33,43 mg/g a 6.74 mg/g. Sepandan, ak yon ogmantasyon nan dòz la adsorbant soti nan 0.01 g a 0.07 g, efikasite nan retire ogmante soti nan 66.8% a 96%, ki, kòmsadwa, yo ka asosye ak yon ogmantasyon nan kantite sant aktif sou sifas la nanocomposite.
Efè premye konsantrasyon sou kapasite adsorption ak efikasite retire [25-100 mg L-1, 25 ° C, pH 7, dòz 0.05 g] te etidye. Lè yo te konsantrasyon inisyal la ogmante de 25 mg L-1 a 100 mg L-1, pousantaj la retire nan konpoze a RGO/NZVI diminye soti nan 94.6% a 65% (Fig. 7C), pwobableman akòz absans la nan sit yo vle aktif. . Adsorbs gwo konsantrasyon nan DC49. Nan lòt men an, kòm konsantrasyon inisyal la ogmante, kapasite nan adsorption tou ogmante de 9.4 mg/g a 30 mg/g jouk ekilib te rive jwenn (Fig. 7D). Sa a reyaksyon inevitab se akòz yon ogmantasyon nan kondwi fòs ak yon premye konsantrasyon DC pi gran pase DC ion mas rezistans a transfè yo rive jwenn sifas la 50 nan konpoze an RGO/NZVI.
Tan kontak ak etid sinetik vize yo konprann tan an ekilib nan adsorption. Premyèman, kantite lajan an nan DC adsorbed pandan 40 premye minit yo nan tan an kontak te apeprè mwatye nan kantite lajan an total adsorbed sou tout tan an (100 minit). Pandan ke molekil yo DC nan solisyon fè kolizyon sa ki lakòz yo rapidman emigre nan sifas la nan konpoze an RGO/NZVI ki kapab lakòz yon adsorption enpòtan. Apre 40 min, DC adsorption ogmante piti piti ak tou dousman jouk ekilib te rive apre 60 min (Fig. 7D). Depi se yon kantite lajan rezonab adsorbed nan 40 premye minit yo, pral gen mwens kolizyon ak molekil DC ak mwens sit aktif yo ap disponib pou molekil ki pa adsorbed. Se poutèt sa, ka pousantaj la adsorption dwe redwi51.
Pi byen konprann cinétique yo adsorption, simityè liy nan pseudo premye lòd (Fig. 8A), pseudo dezyèm lòd (Fig. 8b), ak Elovich (Fig. 8C) modèl sinetik yo te itilize. Soti nan paramèt yo jwenn nan etid yo sinetik (Tab S1), li vin klè ke modèl la pseudosecond se modèl la pi bon pou dekri cinétique adsorption, kote se valè a R2 mete pi wo pase nan de lòt modèl yo. Genyen tou yon resanblans ant kapasite yo adsorption kalkile (QE, Cal). Lòd la pseudo-dezyèm ak valè yo eksperimantal (QE, Exp.) Se plis prèv ki montre lòd la pseudo-dezyèm se yon modèl pi bon pase lòt modèl. Jan yo montre nan tablo 1, valè yo nan α (premye to adsorption) ak β (konstan dezorption) konfime ke to a adsorption se pi wo pase pousantaj la dezorption, ki endike ke DC gen tandans fè adsorb avèk efikasite sou konpoze an RGO/NZVI52. .
Lineyè adsorption sinetik simityè nan lòd pseudo-dezyèm (A), pseudo-premye lòd (B) ak Elovich (C) [CO = 25-100 mg L-1, pH = 7, t = 25 ° C, dòz = 0.05 g].
Etid sou izotè adsorption ede detèmine kapasite adsorption nan adsorbant la (RGO/NRVI konpoze) nan divès konsantrasyon adsorbate (DC) ak tanperati sistèm. Te kapasite nan adsorption maksimòm kalkile lè l sèvi avèk izotèm nan Langmuir, ki endike ke adsorption a te omojèn ak enkli fòmasyon nan yon monolayer adsorbate sou sifas la nan adsorbant a san yo pa entèraksyon ant yo53. De lòt modèl lajman itilize izotèm yo se modèl yo Freundlich ak Temkin. Malgre ke modèl la Freundlich pa itilize yo kalkile kapasite a adsorption, li ede yo konprann pwosesis la adsorption heterogeneous ak ki pòs vid sou adsorbant la gen enèji diferan, pandan y ap modèl la Temkin ede yo konprann pwopriyete yo fizik ak chimik nan adsorption54.
Figi 9a-C montre liy simityè nan modèl yo Langmuir, Freindlich, ak Temkin, respektivman. Valè yo R2 kalkile soti nan Freundlich a (Fig. 9A) ak Langmuir (Fig. 9b) simityè liy ak prezante nan tablo 2 montre ke DC adsorption sou konpoze an RGO/NZVI swiv freundlich yo (0.996) ak Langmuir (0.988) izotèm modèl ak temkin (0.985). Kapasite nan adsorption maksimòm (QMAX), kalkile lè l sèvi avèk modèl la izotèm Langmuir, te 31.61 mg G-1. Anplis de sa, valè a kalkile nan faktè a separasyon dimansyon (RL) se ant 0 ak 1 (0.097), ki endike yon pwosesis adsorption favorab. Sinon, kalkile Freundlich konstan (n = 2.756) endike yon preferans pou pwosesis absòpsyon sa a. Dapre modèl la lineyè nan izotèm nan Temkin (Fig. 9C), adsorption nan DC sou konpoze an RGO/NZVI se yon pwosesis adsorption fizik, depi B se ˂ 82 kJ mol-1 (0.408) 55. Malgre ke se adsorption fizik anjeneral medyatè pa fèb van der Waals fòs, dirèk adsorption aktyèl sou konpoze RGO/NZVI mande pou enèji ki ba adsorption [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B), ak Temkin (C) izotè adsorption lineyè [CO = 25-100 mg L -1, pH = 7, t = 25 ° C, dòz = 0.05 g]. Trase nan ekwasyon an Van't Hoff pou DC adsorption pa RGO/NZVI konpoze (D) [CO = 25-100 mg L-1, pH = 7, t = 25-55 ° C ak dòz = 0.05 g].
Pou evalye efè chanjman tanperati reyaksyon sou retire DC nan konpoze RGO/NZVI, paramèt tèmodinamik tankou chanjman entropi (ΔS), chanjman enthalpy (ΔH), ak chanjman enèji gratis (ΔG) te kalkile nan ekwasyon. 3 ak 458.
kote ({k} _ {e}) = (frac {{c} _ {ae}} {{c} _ {e}} R ak RT se gaz konstan ak tanperati adsorption, respektivman. Trase Ln Ke kont 1/t bay yon liy dwat (Fig. 9d) ki soti nan ki ∆S ak ∆H ka detèmine.
Yon valè negatif ΔH endike ke pwosesis la se ègzotèrmik. Nan lòt men an, valè a ΔH se nan pwosesis la adsorption fizik. Valè negatif ΔG nan tablo 3 endike ke adsorption se posib ak espontane. Valè negatif nan ΔS endike yon kòmann -nan segondè nan molekil adsorbant nan koòdone nan likid (Tab 3).
Tab 4 konpare konpoze a RGO/NZVI ak lòt adsorban rapòte nan syans anvan yo. Li klè ke VGO/NCVI konpoze an gen yon kapasite segondè adsorption epi yo ka yon materyèl prometteur pou retire elèv la nan antibyotik DC soti nan dlo. Anplis de sa, adsorption a nan konpoze RGO/NZVI se yon pwosesis vit ak yon tan ekilibrasyon nan 60 min. Pwopriyete yo adsorption ekselan nan konpoze yo RGO/NZVI ka eksplike pa efè a sinèrjetik nan RGO ak NZVI.
Figi 10A, B montre mekanis rasyonèl pou retire antibyotik DC pa konplèks RGO/NZVI ak NZVI. Dapre rezilta yo nan eksperyans sou efè a nan pH sou efikasite nan DC adsorption, ak yon ogmantasyon nan pH soti nan 3 a 7, DC adsorption sou konpoze an RGO/NZVI pa te kontwole pa entèraksyon Electrostatic, depi li te aji kòm yon zwitterion; Se poutèt sa, yon chanjman nan valè pH la pa t 'afekte pwosesis la adsorption. Imedyatman, ka mekanis nan adsorption dwe kontwole pa entèraksyon ki pa elektwostatik tankou lyezon idwojèn, efè idrofob, ak π-π anpile entèraksyon ant konpoze an RGO/NZVI ak DC66. Li se byen li te ye ki mekanis nan adsorbat aromat sou sifas yo nan grafèn kouch te eksplike pa π - π anpile entèraksyon kòm prensipal fòs la kondwi. Konpoze a se yon materyèl kouch ki sanble ak grafèn ak yon maksimòm absòpsyon nan 233 nm akòz π-π* tranzisyon an. Baze sou prezans nan kat bag aromat nan estrikti a molekilè nan adsorbate a DC, nou ipotèz ke gen yon mekanis nan π-π-anpile entèraksyon ant DC a aromat (π-elèktron aksepte) ak rejyon an ki rich nan π-elektwon sou sifas la rgo. /NZVI konpoze. Anplis de sa, jan yo montre nan fig frans. 10b, etid FTIR yo te fèt yo etidye entèraksyon an molekilè nan konpoze RGO/NZVI ak DC, ak spèktr yo FTIR nan konpoze RGO/NZVI apre DC adsorption yo montre nan Figi 10b. 10b. Yon nouvo pik obsève nan 2111 cm-1, ki koresponn ak fondasyon an Vibration nan kosyon an C = C, ki endike prezans nan korespondan gwoup yo òganik fonksyonèl sou sifas la nan 67 RGO/NZVI. Lòt tèt chanje soti nan 1561 1548 cm-1 ak soti nan 1399 1360 cm-1, ki tou konfime ke entèraksyon π-π jwe yon wòl enpòtan nan adsorption nan grafèn ak polyan òganik68,69. Apre DC adsorption, entansite a nan kèk gwoup oksijèn ki gen, tankou OH, diminye a 3270 cm-1, ki sijere ke idwojèn lyezon se youn nan mekanis yo adsorption. Se konsa, ki baze sou rezilta yo, DC adsorption sou konpoze an RGO/NZVI rive sitou akòz π-π anpile entèraksyon ak H-lyezon.
Mekanis rasyonèl nan adsorption nan antibyotik DC pa RGO/NZVI ak NZVI konplèks (A). FTIR adsorption spèktr nan DC sou RGO/NZVI ak NZVI (B).
Entansite a nan Gwoup Mizik yo absòpsyon nan NZVI nan 3244, 1615, 1546, ak 1011 cm -1 ogmante apre DC adsorption sou NZVI (Fig. 10 B) konpare ak NZVI, ki ta dwe ki gen rapò ak entèraksyon an ak gwoup posib fonksyonèl nan asid karboksil O Gwoup yo nan DC. Sepandan, sa a pousantaj pi ba nan transmisyon nan tout Gwoup Mizik obsève endike pa gen okenn chanjman enpòtan nan efikasite nan adsorption nan adsorbant la fitosentetik (NZVI) konpare ak NZVI anvan pwosesis la adsorption. Dapre kèk rechèch retire DC ak NZVI71, lè NZVI reyaji ak H2O, elektwon yo lage ak Lè sa a, H+ yo itilize yo pwodwi trè redwi idwojèn aktif. Finalman, kèk konpoze katyonik aksepte elektwon soti nan idwojèn aktif, sa ki lakòz -c = n ak -c = c-, ki se atribiye nan divize an nan bag la benzèn.
Post tan: Nov-14-2022