Matur nuwun sampun ngunjungi Nature.com. Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates. Kanggo pengalaman sing paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing wis dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer). Kangge, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita bakal nampilake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Ing karya iki, komposit rGO/nZVI disintesis kanggo pisanan nggunakake prosedur sing prasaja lan ramah lingkungan nggunakake ekstrak godhong kekuningan Sophora minangka agen reduksi lan stabilisator kanggo netepi prinsip kimia "ijo", kayata sintesis kimia sing kurang mbebayani. Sawetara alat wis digunakake kanggo validasi sintesis komposit sing sukses, kayata SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, lan potensial zeta, sing nuduhake fabrikasi komposit sing sukses. Kapasitas penghapusan komposit anyar lan nZVI murni ing macem-macem konsentrasi awal doksisiklin antibiotik dibandhingake kanggo nyelidiki efek sinergis antarane rGO lan nZVI. Ing kahanan penghapusan 25 mg L-1, 25 ° C lan 0,05 g, tingkat penghapusan adsorptif nZVI murni yaiku 90%, dene tingkat penghapusan adsorptif doksisiklin dening komposit rGO/nZVI tekan 94,6%, sing ngonfirmasi yen nZVI lan rGO. Proses adsorpsi iki cocog karo urutan pseudo-detik lan cocog karo model Freundlich kanthi kapasitas adsorpsi maksimum 31,61 mg g-1 ing suhu 25 °C lan pH 7. Mekanisme sing cukup kanggo mbusak DC wis diusulake. Kajaba iku, reusabilitas komposit rGO/nZVI yaiku 60% sawise enem siklus regenerasi berturut-turut.
Kekurangan banyu lan polusi saiki dadi ancaman serius kanggo kabeh negara. Ing taun-taun pungkasan, polusi banyu, utamane polusi antibiotik, saya tambah amarga tambah akeh produksi lan konsumsi sajrone pandemi COVID-191,2,3. Mulane, pangembangan teknologi sing efektif kanggo ngilangi antibiotik ing banyu limbah minangka tugas sing penting banget.
Salah sawijining antibiotik semi-sintetik sing tahan saka klompok tetrasiklin yaiku doksisiklin (DC)4,5. Wis dilapurake yen residu DC ing banyu soko lemah lan banyu permukaan ora bisa dimetabolisme, mung 20-50% sing dimetabolisme lan liyane dibebasake menyang lingkungan, nyebabake masalah lingkungan lan kesehatan sing serius6.
Paparan DC ing tingkat sing sithik bisa mateni mikroorganisme fotosintetik akuatik, ngancam panyebaran bakteri antimikroba, lan nambah resistensi antimikroba, mula kontaminan iki kudu disingkirake saka banyu limbah. Degradasi alami DC ing banyu minangka proses sing alon banget. Proses fisiko-kimia kayata fotolisis, biodegradasi lan adsorpsi mung bisa rusak ing konsentrasi sing sithik lan kanthi tingkat sing sithik banget7,8. Nanging, cara sing paling ekonomis, prasaja, ramah lingkungan, gampang ditangani lan efisien yaiku adsorpsi9,10.
Wesi nano zero valent (nZVI) minangka bahan sing kuat banget sing bisa mbusak akeh antibiotik saka banyu, kalebu metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, kloramfenikol, lan tetrasiklin. Kemampuan iki amarga sifat-sifat sing apik tenan sing diduweni nZVI, kayata reaktivitas sing dhuwur, area permukaan sing amba, lan akeh situs pengikatan eksternal11. Nanging, nZVI rentan agregasi ing media banyu amarga gaya van der Wells lan sifat magnetik sing dhuwur, sing nyuda efektifitase kanggo mbusak kontaminan amarga pembentukan lapisan oksida sing nyegah reaktivitas nZVI10,12. Aglomerasi partikel nZVI bisa dikurangi kanthi ngowahi permukaane nganggo surfaktan lan polimer utawa kanthi nggabungake karo nanomaterial liyane ing bentuk komposit, sing wis kabukten dadi pendekatan sing bisa ditindakake kanggo ningkatake stabilitas ing lingkungan13,14.
Graphene iku nanomaterial karbon rong dimensi sing kasusun saka atom karbon hibrida sp2 sing disusun ing kisi sarang lebah. Graphene nduweni area permukaan sing amba, kekuatan mekanik sing signifikan, aktivitas elektrokatalitik sing apik banget, konduktivitas termal sing dhuwur, mobilitas elektron sing cepet, lan bahan pembawa sing cocog kanggo ndhukung nanopartikel anorganik ing permukaane. Kombinasi nanopartikel logam lan graphene bisa ngluwihi keuntungan individu saben bahan lan, amarga sifat fisik lan kimia sing unggul, nyedhiyakake distribusi nanopartikel sing optimal kanggo pangolahan banyu sing luwih efisien15.
Ekstrak tanduran minangka alternatif paling apik kanggo agen reduksi kimia mbebayani sing umum digunakake ing sintesis graphene oxide (rGO) lan nZVI sing direduksi amarga kasedhiya, murah, siji langkah, aman kanggo lingkungan, lan bisa digunakake minangka agen reduksi. Kaya flavonoid lan senyawa fenolik uga tumindak minangka stabilisator. Mulane, ekstrak godhong Atriplex halimus L. digunakake minangka agen ndandani lan nutup kanggo sintesis komposit rGO/nZVI ing panliten iki. Atriplex halimus saka kulawarga Amaranthaceae minangka semak perennial sing seneng nitrogen kanthi rentang geografis sing amba16.
Miturut literatur sing kasedhiya, Atriplex halimus (A. halimus) pisanan digunakake kanggo nggawe komposit rGO/nZVI minangka metode sintesis sing ekonomis lan ramah lingkungan. Dadi, tujuan saka karya iki kasusun saka patang bagean: (1) fitosintesis rGO/nZVI lan komposit nZVI parental nggunakake ekstrak godhong akuatik A. halimus, (2) karakterisasi komposit fitosintesis nggunakake pirang-pirang metode kanggo ngonfirmasi fabrikasi sing sukses, (3) nyinaoni efek sinergis rGO lan nZVI ing adsorpsi lan mbusak kontaminan organik antibiotik doksisiklin ing parameter reaksi sing beda, ngoptimalake kahanan proses adsorpsi, (3) nyelidiki bahan komposit ing macem-macem perawatan terus-terusan sawise siklus pangolahan.
Doksisiklin hidroklorida (DC, MM = 480,90, rumus kimia C22H24N2O·HCl, 98%), wesi klorida heksahidrat (FeCl3.6H2O, 97%), bubuk grafit sing dituku saka Sigma-Aldrich, AS. Natrium hidroksida (NaOH, 97%), etanol (C2H5OH, 99,9%) lan asam klorida (HCl, 37%) dituku saka Merck, AS. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 lan MgCl2 dituku saka Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Kabeh reagen duwe kemurnian analitis sing dhuwur. Banyu sulingan ganda digunakake kanggo nyiyapake kabeh larutan banyu.
Spesimen perwakilan A. halimus wis diklumpukake saka habitat alami ing Delta Nil lan ndharat ing sadawane pesisir Mediterania Mesir. Bahan tanduran diklumpukake miturut pedoman nasional lan internasional sing ditrapake17. Prof. Manal Fawzi wis ngidentifikasi spesimen tanduran miturut Boulos18, lan Departemen Ilmu Lingkungan Universitas Alexandria menehi wewenang kanggo nglumpukake spesies tanduran sing ditliti kanggo tujuan ilmiah. Voucher sampel disimpen ing Herbarium Universitas Tanta (TANE), voucher no. 14 122–14 127, herbarium umum sing nyedhiyakake akses menyang bahan sing disimpen. Kajaba iku, kanggo mbusak bledug utawa rereget, potong godhong tanduran dadi potongan cilik, bilas kaping 3 nganggo kran lan banyu suling, banjur garingake ing suhu 50°C. Tanduran kasebut diremuk, 5 g bubuk alus direndhem ing 100 ml banyu suling lan diaduk ing suhu 70°C sajrone 20 menit kanggo entuk ekstrak. Ekstrak Bacillus nicotianae sing dipikolehi disaring liwat kertas saring Whatman lan disimpen ing tabung sing resik lan disterilisasi ing suhu 4°C kanggo digunakake luwih lanjut.
Kaya sing dituduhake ing Gambar 1, GO digawe saka bubuk grafit kanthi metode Hummers sing dimodifikasi. 10 mg bubuk GO didispersekake ing 50 ml banyu deionisasi sajrone 30 menit kanthi sonikasi, banjur 0,9 g FeCl3 lan 2,9 g NaAc dicampur sajrone 60 menit. 20 ml ekstrak godhong atriplex ditambahake menyang larutan sing diaduk kanthi diaduk lan ditinggalake ing suhu 80°C sajrone 8 jam. Suspensi ireng sing diasilake disaring. Nanokomposit sing wis disiapake dicuci nganggo etanol lan banyu bidistilasi banjur dikeringake ing oven vakum ing suhu 50°C sajrone 12 jam.
Foto skematis lan digital sintesis ijo kompleks rGO/nZVI lan nZVI sarta mbusak antibiotik DC saka banyu sing wis tercemar nggunakake ekstrak Atriplex halimus.
Secara ringkes, kaya sing dituduhake ing Gambar 1, 10 ml larutan wesi klorida sing ngandhut ion Fe3+ 0,05 M ditambahake tetes demi tetes menyang 20 ml larutan ekstrak godhong pait sajrone 60 menit kanthi pemanasan lan pengadukan sedheng, banjur larutan kasebut disentrifugasi kanthi kecepatan 14.000 rpm (Hermle, 15.000 rpm) sajrone 15 menit kanggo ngasilake partikel ireng, sing banjur dicuci kaping 3 nganggo etanol lan banyu suling banjur dikeringake ing oven vakum ing suhu 60° C sewengi.
Komposit rGO/nZVI lan nZVI sing disintesis tanduran dikarakterisasi nganggo spektroskopi UV-katon (spektrofotometer UV/Vis seri T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) ing rentang pemindaian 200-800 nm. Kanggo nganalisis topografi lan distribusi ukuran komposit rGO/nZVI lan nZVI, spektroskopi TEM (JOEL, JEM-2100F, Jepang, voltase akselerasi 200 kV) digunakake. Kanggo ngevaluasi gugus fungsi sing bisa melu ekstrak tanduran sing tanggung jawab kanggo proses pemulihan lan stabilisasi, spektroskopi FT-IR ditindakake (spektrometer JASCO ing kisaran 4000-600 cm-1). Kajaba iku, penganalisis potensial zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) digunakake kanggo nyinaoni muatan permukaan nanomaterial sing disintesis. Kanggo pangukuran difraksi sinar-X saka nanomaterial bubuk, difraktometer sinar-X (X'PERT PRO, Walanda) digunakake, sing beroperasi ing arus (40 mA), voltase (45 kV) ing kisaran 2θ saka 20° nganti 80° lan radiasi CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). Spektrometer sinar-X dispersif energi (EDX) (model JEOL JSM-IT100) tanggung jawab kanggo nyinaoni komposisi unsur nalika ngumpulake sinar-X monokromatik Al K-α saka -10 nganti 1350 eV ing XPS, ukuran titik 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) energi transmisi spektrum lengkap yaiku 200 eV lan spektrum sempit yaiku 50 eV. Sampel bubuk dipencet menyang wadhah sampel, sing diselehake ing ruang vakum. Spektrum C1s digunakake minangka referensi ing 284,58 eV kanggo nemtokake energi pengikatan.
Eksperimen adsorpsi ditindakake kanggo nguji efektifitas nanokomposit rGO/nZVI sing disintesis kanggo mbusak doksisiklin (DC) saka larutan banyu. Eksperimen adsorpsi ditindakake ing labu Erlenmeyer 25 ml kanthi kecepatan goyang 200 rpm ing shaker orbital (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) ing suhu 298 K. Kanthi ngencerake larutan stok DC (1000 ppm) nganggo banyu bidistilasi. Kanggo netepake efek dosis rGO/nSVI marang efisiensi adsorpsi, nanokomposit kanthi bobot sing beda (0,01–0,07 g) ditambahake menyang 20 ml larutan DC. Kanggo nyinaoni kinetika lan isoterm adsorpsi, 0,05 g adsorben dicelupake ing larutan banyu CD kanthi konsentrasi awal (25–100 mg L–1). Efek pH marang penghapusan DC disinaoni ing pH (3–11) lan konsentrasi awal 50 mg L-1 ing suhu 25°C. Atur pH sistem kanthi nambahake larutan HCl utawa NaOH sithik (Crison pH meter, pH meter, pH 25). Kajaba iku, pengaruh suhu reaksi marang eksperimen adsorpsi ing kisaran 25-55°C uga diselidiki. Efek kekuatan ion marang proses adsorpsi disinaoni kanthi nambahake macem-macem konsentrasi NaCl (0,01–4 mol L–1) ing konsentrasi awal DC 50 mg L–1, pH 3 lan 7), 25°C, lan dosis adsorben 0,05 g. Adsorpsi DC sing ora diadsorpsi diukur nggunakake spektrofotometer UV-Vis sinar ganda (seri T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) sing dilengkapi kuvet kuarsa dawa jalur 1,0 cm ing dawa gelombang maksimum (λmax) 270 lan 350 nm. Persentase penghapusan antibiotik DC (R%; Persamaan 1) lan jumlah adsorpsi DC, qt, Persamaan. 2 (mg/g) diukur nganggo persamaan ing ngisor iki.
ing ngendi %R minangka kapasitas pambusakan DC (%), Co minangka konsentrasi DC awal ing wektu 0, lan C minangka konsentrasi DC ing wektu t, masing-masing (mg L-1).
ing ngendi qe minangka jumlah DC sing diserap saben unit massa adsorben (mg g-1), Co lan Ce minangka konsentrasi ing wektu nol lan ing keseimbangan, masing-masing (mg l-1), V minangka volume larutan (l), lan m minangka reagen massa adsorpsi (g).
Gambar SEM (Gambar 2A–C) nuduhake morfologi lamelar saka komposit rGO/nZVI kanthi nanopartikel wesi bunder sing kasebar kanthi seragam ing permukaane, nuduhake penempelan NP nZVI sing sukses menyang permukaan rGO. Kajaba iku, ana sawetara kerutan ing godhong rGO, sing ngonfirmasi penghapusan gugus sing ngemot oksigen bebarengan karo pemulihan A. halimus GO. Kerutan gedhe iki tumindak minangka situs kanggo pemuatan aktif NP wesi. Gambar nZVI (Gambar 2D-F) nuduhake yen NP wesi bunder kasebar banget lan ora agregat, sing disebabake dening sifat lapisan komponen botani saka ekstrak tanduran. Ukuran partikel beda-beda ing antarane 15–26 nm. Nanging, sawetara wilayah duwe morfologi mesopori kanthi struktur tonjolan lan rongga, sing bisa nyedhiyakake kapasitas adsorpsi nZVI sing efektif, amarga bisa nambah kemungkinan njebak molekul DC ing permukaan nZVI. Nalika ekstrak Rosa Damascus digunakake kanggo sintesis nZVI, NP sing dipikolehi ora homogen, kanthi rongga lan bentuk sing beda-beda, sing nyuda efisiensi adsorpsi Cr(VI) lan nambah wektu reaksi 23. Asil kasebut konsisten karo nZVI sing disintesis saka godhong ek lan murbei, sing utamane nanopartikel bunder kanthi macem-macem ukuran nanometer tanpa aglomerasi sing jelas.
Gambar SEM saka komposit rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) lan pola EDX saka komposit nZVI/rGO (G) lan nZVI (H).
Komposisi unsur komposit rGO/nZVI lan nZVI sing disintesis tanduran disinaoni nggunakake EDX (Gambar 2G, H). Panliten nuduhake yen nZVI kasusun saka karbon (38,29% massa), oksigen (47,41% massa) lan wesi (11,84% massa), nanging unsur liyane kayata fosfor24 uga ana, sing bisa dipikolehi saka ekstrak tanduran. Kajaba iku, persentase karbon lan oksigen sing dhuwur amarga anane fitokimia saka ekstrak tanduran ing sampel nZVI ing sangisore permukaan. Unsur-unsur kasebut kasebar rata ing rGO nanging kanthi rasio sing beda: C (39,16 wt%), O (46,98 wt%) lan Fe (10,99 wt%), EDX rGO/nZVI uga nuduhake anane unsur liyane kayata S, sing bisa digandhengake karo ekstrak tanduran, digunakake. Rasio C:O saiki lan kandungan wesi ing komposit rGO/nZVI sing nggunakake A. halimus luwih apik tinimbang nggunakake ekstrak godhong kayu putih, amarga iki nggambarake komposisi C (23,44 wt.%), O (68,29 wt.%) lan Fe (8,27 wt.%). wt %) 25. Nataša et al., 2022 nglaporake komposisi unsur nZVI sing padha sing disintesis saka godhong ek lan murbei lan ngonfirmasi manawa gugus polifenol lan molekul liyane sing ana ing ekstrak godhong tanggung jawab kanggo proses reduksi.
Morfologi nZVI sing disintesis ing tanduran (Gambar S2A, B) awujud bunder lan sebagian ora teratur, kanthi ukuran partikel rata-rata 23,09 ± 3,54 nm, nanging agregat rantai diamati amarga gaya van der Waals lan feromagnetisme. Wangun partikel sing dominan granular lan bunder iki cocog karo asil SEM. Pengamatan sing padha ditemokake dening Abdelfatah et al. ing taun 2021 nalika ekstrak godhong jarak digunakake ing sintesis nZVI11. NP ekstrak godhong Ruelas tuberosa sing digunakake minangka agen reduksi ing nZVI uga duwe bentuk bunder kanthi diameter 20 nganti 40 nm26.
Gambar TEM komposit rGO/nZVI hibrida (Gambar S2C-D) nuduhake yen rGO minangka bidang basal kanthi lipatan marginal lan kerutan sing nyedhiyakake pirang-pirang situs pemuatan kanggo NP nZVI; morfologi lamelar iki uga ngonfirmasi sukses fabrikasi rGO. Kajaba iku, NP nZVI duwe bentuk bunder kanthi ukuran partikel saka 5,32 nganti 27 nm lan dilebokake ing lapisan rGO kanthi dispersi sing meh seragam. Ekstrak godhong kayu putih digunakake kanggo nyintesis NP Fe/rGO; Asil TEM uga ngonfirmasi yen kerutan ing lapisan rGO nambah dispersi NP Fe luwih saka NP Fe murni lan nambah reaktivitas komposit. Asil sing padha dipikolehi dening Bagheri et al. 28 nalika komposit digawe nggunakake teknik ultrasonik kanthi ukuran nanopartikel wesi rata-rata kira-kira 17,70 nm.
Spektrum FTIR saka komposit A. halimus, nZVI, GO, rGO, lan rGO/nZVI dituduhake ing Gambar 3A. Anane gugus fungsi permukaan ing godhong A. halimus katon ing 3336 cm-1, sing cocog karo polifenol, lan 1244 cm-1, sing cocog karo gugus karbonil sing diasilake dening protein kasebut. Gugus liyane kayata alkana ing 2918 cm-1, alkena ing 1647 cm-1 lan ekstensi CO-O-CO ing 1030 cm-1 uga wis diamati, sing nuduhake anane komponen tanduran sing tumindak minangka agen penyegel lan tanggung jawab kanggo pemulihan saka Fe2+ dadi Fe0 lan GO dadi rGO29. Umumé, spektrum nZVI nuduhake puncak penyerapan sing padha karo gula pait, nanging kanthi posisi sing rada owah. Pita kuat katon ing 3244 cm-1 sing ana gandhengane karo getaran peregangan OH (fenol), puncak ing 1615 cocog karo C=C, lan pita ing 1546 lan 1011 cm-1 muncul amarga peregangan C=O (polifenol lan flavonoid), gugus CN-amin aromatik lan amina alifatik uga diamati ing 1310 cm-1 lan 1190 cm-1, masing-masing13. Spektrum FTIR GO nuduhake anané akeh gugus sing ngandhut oksigen intensitas dhuwur, kalebu pita peregangan alkoksi (CO) ing 1041 cm-1, pita peregangan epoksi (CO) ing 1291 cm-1, peregangan C=O. Pita getaran peregangan C=C ing 1619 cm-1, pita ing 1708 cm-1 lan pita amba getaran peregangan grup OH ing 3384 cm-1 muncul, sing dikonfirmasi dening metode Hummers sing luwih apik, sing kasil ngoksidasi proses grafit. Nalika mbandhingake komposit rGO lan rGO/nZVI karo spektrum GO, intensitas sawetara gugus sing ngemot oksigen, kayata OH ing 3270 cm-1, suda sacara signifikan, dene liyane, kayata C=O ing 1729 cm-1, suda kabeh. ilang, nuduhake yen gugus fungsi sing ngemot oksigen ing GO wis kasil diilangi dening ekstrak A. halimus. Puncak karakteristik rGO sing anyar lan tajem ing tegangan C=C diamati sekitar 1560 lan 1405 cm-1, sing ngonfirmasi reduksi GO dadi rGO. Variasi saka 1043 nganti 1015 cm-1 lan saka 982 nganti 918 cm-1 diamati, bisa uga amarga kalebu bahan tanduran31,32. Weng et al., 2018 uga mirsani atenuasi sing signifikan saka gugus fungsi oksigen ing GO, sing ngonfirmasi sukses pembentukan rGO kanthi bioreduksi, amarga ekstrak godhong kayu putih, sing digunakake kanggo nyintesis komposit oksida grafen wesi sing direduksi, nuduhake spektrum FTIR sing luwih cedhak saka gugus fungsi komponen tanduran.33.
A. Spektrum FTIR saka galium, nZVI, rGO, GO, komposit rGO/nZVI (A). Komposit roentgenogram rGO, GO, nZVI lan rGO/nZVI (B).
Pembentukan komposit rGO/nZVI lan nZVI sebagian besar dikonfirmasi dening pola difraksi sinar-X (Gambar 3B). Puncak Fe0 intensitas dhuwur diamati ing 2Ɵ 44,5°, sing cocog karo indeks (110) (JCPDS no. 06–0696)11. Puncak liyane ing 35,1° saka bidang (311) disebabake dening magnetit Fe3O4, 63,2° bisa uga ana gandhengane karo indeks Miller saka bidang (440) amarga anane ϒ-FeOOH (JCPDS no. 17-0536)34. Pola sinar-X GO nuduhake puncak sing tajem ing 2Ɵ 10,3° lan puncak liyane ing 21,1°, sing nuduhake pengelupasan grafit sing lengkap lan nyoroti anane gugus sing ngemot oksigen ing permukaan GO35. Pola komposit rGO lan rGO/nZVI nyathet ilangé puncak GO sing khas lan pambentukan puncak rGO sing amba ing 2Ɵ 22,17 lan 24,7° kanggo komposit rGO lan rGO/nZVI, sing ngonfirmasi kasuksesan pemulihan GO kanthi ekstrak tanduran. Nanging, ing pola komposit rGO/nZVI, puncak tambahan sing ana gandhèngané karo bidang kisi Fe0 (110) lan bcc Fe0 (200) diamati ing 44,9\(^\circ\) lan 65,22\(^\circ\), masing-masing.
Potensial zeta yaiku potensial antarane lapisan ionik sing nempel ing permukaan partikel lan larutan banyu sing nemtokake sifat elektrostatik materi lan ngukur stabilitas37. Analisis potensial zeta saka komposit nZVI, GO, lan rGO/nZVI sing disintesis tanduran nuduhake stabilitas amarga anane muatan negatif -20,8, -22, lan -27,4 mV, ing permukaane, kaya sing dituduhake ing Gambar S1A-C. . Asil kasebut konsisten karo sawetara laporan sing nyebutake yen larutan sing ngemot partikel kanthi nilai potensial zeta kurang saka -25 mV umume nuduhake tingkat stabilitas sing dhuwur amarga tolakan elektrostatik antarane partikel kasebut. Kombinasi rGO lan nZVI ngidini komposit entuk luwih akeh muatan negatif lan kanthi mangkono duwe stabilitas sing luwih dhuwur tinimbang GO utawa nZVI wae. Mulane, fenomena tolakan elektrostatik bakal nyebabake pembentukan komposit rGO/nZVI39 sing stabil. Permukaan negatif GO ngidini supaya disebarake kanthi rata ing medium banyu tanpa aglomerasi, sing nggawe kahanan sing apik kanggo interaksi karo nZVI. Muatan negatif bisa uga ana gandheng cenenge karo anane gugus fungsi sing beda ing ekstrak pare, sing uga ngonfirmasi interaksi antarane GO lan prekursor wesi lan ekstrak tanduran kanggo mbentuk rGO lan nZVI, lan kompleks rGO/nZVI. Senyawa tanduran iki uga bisa tumindak minangka agen capping, amarga nyegah agregasi nanopartikel sing diasilake lan kanthi mangkono nambah stabilitas40.
Komposisi unsur lan kahanan valensi saka komposit nZVI lan rGO/nZVI ditemtokake dening XPS (Gambar 4). Panliten XPS sakabèhé nuduhaké yèn komposit rGO/nZVI utamané kasusun saka unsur C, O, lan Fe, sing konsisten karo pemetaan EDS (Gambar 4F–H). Spektrum C1s kasusun saka telung puncak ing 284,59 eV, 286,21 eV lan 288,21 eV sing makili CC, CO lan C=O. Spektrum O1s dipérang dadi telung puncak, kalebu 531,17 eV, 532,97 eV, lan 535,45 eV, sing ditugasake menyang klompok O=CO, CO, lan NO. Nanging, puncak ing 710,43, 714,57 lan 724,79 eV nuduhake Fe 2p3/2, Fe+3 lan Fe p1/2. Spektrum XPS saka nZVI (Gambar 4C-E) nuduhake puncak kanggo unsur C, O, lan Fe. Puncak ing 284,77, 286,25, lan 287,62 eV ngonfirmasi anané paduan wesi-karbon, amarga nuduhake CC, C-OH, lan CO. Spektrum O1s cocog karo telung puncak C–O/wesi karbonat (531,19 eV), radikal hidroksil (532,4 eV) lan O–C=O (533,47 eV). Puncak ing 719,6 disebabake dening Fe0, dene FeOOH nuduhake puncak ing 717,3 lan 723,7 eV, saliyane iku, puncak ing 725,8 eV nuduhake anané Fe2O342,43.
Panliten XPS babagan komposit nZVI lan rGO/nZVI, mungguh-mungguh (A, B). Spektrum lengkap saka komposit nZVI C1s (C), Fe2p (D), lan O1s (E) lan rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H).
Isoterm adsorpsi/desorpsi N2 (Gambar 5A, B) nuduhake yen komposit nZVI lan rGO/nZVI kalebu tipe II. Kajaba iku, area permukaan spesifik (SBET) nZVI mundhak saka 47,4549 dadi 152,52 m2/g sawise dibutakan nganggo rGO. Asil iki bisa diterangake kanthi penurunan sifat magnetik nZVI sawise dibutakan nganggo rGO, saengga nyuda agregasi partikel lan nambah area permukaan komposit. Kajaba iku, kaya sing dituduhake ing Gambar 5C, volume pori (8,94 nm) komposit rGO/nZVI luwih dhuwur tinimbang nZVI asli (2,873 nm). Asil iki cocog karo El-Monaem et al. 45.
Kanggo ngevaluasi kapasitas adsorpsi kanggo mbusak DC antarane komposit rGO/nZVI lan nZVI asli gumantung saka paningkatan konsentrasi awal, perbandingan digawe kanthi nambahake dosis konstan saben adsorben (0,05 g) menyang DC ing macem-macem konsentrasi awal. Larutan sing diselidiki [25]. –100 mg l–1] ing suhu 25°C. Asil kasebut nuduhake yen efisiensi penghapusan (94,6%) saka komposit rGO/nZVI luwih dhuwur tinimbang nZVI asli (90%) ing konsentrasi sing luwih murah (25 mg L-1). Nanging, nalika konsentrasi awal ditambah dadi 100 mg L-1, efisiensi penghapusan rGO/nZVI lan nZVI parental mudhun dadi 70% lan 65%, masing-masing (Gambar 6A), sing bisa uga amarga situs aktif sing luwih sithik lan degradasi partikel nZVI. Kosok baline, rGO/nZVI nuduhake efisiensi penghapusan DC sing luwih dhuwur, sing bisa uga amarga efek sinergis antarane rGO lan nZVI, ing ngendi situs aktif stabil sing kasedhiya kanggo adsorpsi luwih dhuwur, lan ing kasus rGO/nZVI, luwih akeh DC sing bisa diadsorpsi tinimbang nZVI sing utuh. Kajaba iku, ing gambar 6B nuduhake yen kapasitas adsorpsi komposit rGO/nZVI lan nZVI mundhak saka 9,4 mg/g dadi 30 mg/g lan 9 mg/g, kanthi peningkatan konsentrasi awal saka 25-100 mg/L. -1,1 dadi 28,73 mg g-1. Mulane, tingkat penghapusan DC berkorelasi negatif karo konsentrasi DC awal, sing amarga jumlah pusat reaksi sing winates sing didhukung dening saben adsorben kanggo adsorpsi lan penghapusan DC ing larutan. Dadi, saka asil iki bisa disimpulake yen komposit rGO/nZVI nduweni efisiensi adsorpsi lan reduksi sing luwih dhuwur, lan rGO ing komposisi rGO/nZVI bisa digunakake minangka adsorben lan minangka bahan pembawa.
Efisiensi pambusakan lan kapasitas adsorpsi DC kanggo komposit rGO/nZVI lan nZVI yaiku (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, dosis = 0,05 g], pH. babagan kapasitas adsorpsi lan efisiensi pambusakan DC ing komposit rGO/nZVI (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25 °C, dosis = 0,05 g].
pH larutan minangka faktor kritis ing panliten babagan proses adsorpsi, amarga mengaruhi tingkat ionisasi, spesiasi, lan ionisasi adsorben. Eksperimen iki ditindakake ing suhu 25°C kanthi dosis adsorben konstan (0,05 g) lan konsentrasi awal 50 mg L-1 ing kisaran pH (3-11). Miturut tinjauan literatur46, DC minangka molekul amfifilik kanthi sawetara gugus fungsi sing bisa diionisasi (fenol, gugus amino, alkohol) ing macem-macem tingkat pH. Akibaté, macem-macem fungsi DC lan struktur sing gegandhèngan ing lumahing komposit rGO/nZVI bisa berinteraksi sacara elektrostatik lan bisa ana minangka kation, zwitterion, lan anion, molekul DC ana minangka kationik (DCH3+) ing pH < 3.3, zwitterionik (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 lan anionik (DCH− utawa DC2−) ing PH 7.7. Akibaté, macem-macem fungsi DC lan struktur sing gegandhèngan ing lumahing komposit rGO/nZVI bisa berinteraksi sacara elektrostatik lan bisa ana minangka kation, zwitterion, lan anion, molekul DC ana minangka kationik (DCH3+) ing pH < 3.3, zwitterionik (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 lan anionik (DCH- utawa DC2-) ing PH 7.7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могут структур могут и могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует виде катиона (DCH3,р3+), тиона (DCH3+), цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 lan анионый (DCH- utawa DC2-) kanggo pH 7,7. Akibaté, macem-macem fungsi DC lan struktur sing gegandhèngan ing lumahing komposit rGO/nZVI bisa berinteraksi sacara elektrostatik lan bisa ana ing wangun kation, zwitterion, lan anion; molekul DC ana minangka kation (DCH3+) ing pH < 3.3; ionik (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 lan anionik (DCH- utawa DC2-) ing 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 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-) lan 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 可能 会 可生并 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 阳筐子 阳筐阳离子 阳离子 (dch3+) 形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在 PH 7.7. Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI могут структиктуть взаимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионов (3) 3,3. Mulane, macem-macem fungsi DC lan struktur sing gegandhengan ing permukaan komposit rGO/nZVI bisa mlebu ing interaksi elektrostatik lan ana ing wangun kation, zwitterion, lan anion, dene molekul DC awujud kationik (DCH3+) ing pH < 3.3. 3,3 < pH < 7,7 lan аниона (DCH- utawa DC2-) kanggo pH 7,7. Iki ana minangka ion zwitterion (DCH20) ing 3,3 < pH < 7,7 lan anion (DCH- utawa DC2-) ing pH 7,7.Kanthi kenaikan pH saka 3 dadi 7, kapasitas adsorpsi lan efisiensi penghapusan DC mundhak saka 11,2 mg/g (56%) dadi 17 mg/g (85%) (Gambar 6C). Nanging, nalika pH mundhak dadi 9 lan 11, kapasitas adsorpsi lan efisiensi penghapusan rada mudhun, saka 10,6 mg/g (53%) dadi 6 mg/g (30%). Kanthi kenaikan pH saka 3 dadi 7, DC utamane ana ing bentuk ion zwitter, sing ndadekake meh ora ditarik utawa ditolak sacara elektrostatik karo komposit rGO/nZVI, utamane dening interaksi elektrostatik. Nalika pH mundhak ing ndhuwur 8,2, permukaan adsorben bermuatan negatif, saengga kapasitas adsorpsi mudhun lan mudhun amarga tolakan elektrostatik antarane doksisiklin sing bermuatan negatif lan permukaan adsorben. Tren iki nuduhake yen adsorpsi DC ing komposit rGO/nZVI gumantung banget karo pH, lan asil kasebut uga nuduhake yen komposit rGO/nZVI cocok minangka adsorben ing kahanan asam lan netral.
Efek suhu marang adsorpsi larutan banyu DC ditindakake ing suhu (25-55°C). Gambar 7A nuduhake efek kenaikan suhu marang efisiensi penghapusan antibiotik DC ing rGO/nZVI, jelas yen kapasitas penghapusan lan kapasitas adsorpsi mundhak saka 83,44% lan 13,9 mg/g dadi 47% lan 7,83 mg/g. , mungguh-mungguh. Penurunan sing signifikan iki bisa uga amarga kenaikan energi termal ion DC, sing nyebabake desorpsi47.
Efek Suhu marang Efisiensi Pembuangan lan Kapasitas Adsorpsi CD ing Komposit rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dosis = 0,05 g], Dosis Adsorben marang Efisiensi Pembuangan lan Efisiensi Pembuangan CD Efek Konsentrasi Awal marang kapasitas adsorpsi lan efisiensi pembuangan DC ing komposit 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, dosis = 0,05 g].
Efek saka paningkatan dosis adsorben komposit rGO/nZVI saka 0,01 g dadi 0,07 g marang efisiensi penghapusan lan kapasitas adsorpsi dituduhake ing Gambar 7B. Peningkatan dosis adsorben nyebabake penurunan kapasitas adsorpsi saka 33,43 mg/g dadi 6,74 mg/g. Nanging, kanthi paningkatan dosis adsorben saka 0,01 g dadi 0,07 g, efisiensi penghapusan mundhak saka 66,8% dadi 96%, sing, miturut kuwi, bisa uga ana gandhengane karo paningkatan jumlah pusat aktif ing permukaan nanokomposit.
Efek konsentrasi awal marang kapasitas adsorpsi lan efisiensi penghapusan [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, dosis 0,05 g] ditliti. Nalika konsentrasi awal ditambah saka 25 mg L-1 dadi 100 mg L-1, persentase penghapusan komposit rGO/nZVI mudhun saka 94,6% dadi 65% (Gambar 7C), mbokmenawa amarga ora ana situs aktif sing dikarepake. . Nyerep konsentrasi DC49 sing gedhe. Ing sisih liya, nalika konsentrasi awal mundhak, kapasitas adsorpsi uga mundhak saka 9,4 mg/g dadi 30 mg/g nganti keseimbangan tekan (Gambar 7D). Reaksi sing ora bisa dihindari iki amarga kenaikan gaya pendorong kanthi konsentrasi DC awal luwih gedhe tinimbang resistensi transfer massa ion DC kanggo tekan permukaan 50 saka komposit rGO/nZVI.
Panliten wektu kontak lan kinetik tujuane kanggo mangerteni wektu keseimbangan adsorpsi. Kapisan, jumlah DC sing diserap sajrone 40 menit pisanan wektu kontak kira-kira setengah saka total jumlah sing diserap sajrone wektu kasebut (100 menit). Nalika molekul DC ing larutan tabrakan nyebabake dheweke cepet migrasi menyang permukaan komposit rGO/nZVI sing nyebabake adsorpsi sing signifikan. Sawise 40 menit, adsorpsi DC mundhak kanthi bertahap lan alon-alon nganti keseimbangan tekan sawise 60 menit (Gambar 7D). Amarga jumlah sing cukup sing diserap sajrone 40 menit pisanan, bakal ana luwih sithik tabrakan karo molekul DC lan luwih sithik situs aktif sing kasedhiya kanggo molekul sing ora diserap. Mulane, tingkat adsorpsi bisa dikurangi51.
Kanggo luwih mangerteni kinetika adsorpsi, plot garis model kinetik pseudo order pertama (Gambar 8A), pseudo order kedua (Gambar 8B), lan Elovich (Gambar 8C) digunakake. Saka parameter sing dipikolehi saka panliten kinetik (Tabel S1), dadi jelas yen model pseudosecond minangka model sing paling apik kanggo njlentrehake kinetika adsorpsi, ing ngendi nilai R2 disetel luwih dhuwur tinimbang ing rong model liyane. Ana uga kamiripan antarane kapasitas adsorpsi sing diitung (qe, cal). Urutan pseudo-second lan nilai eksperimen (qe, exp.) minangka bukti luwih lanjut yen urutan pseudo-second minangka model sing luwih apik tinimbang model liyane. Kaya sing dituduhake ing Tabel 1, nilai α (tingkat adsorpsi awal) lan β (konstanta desorpsi) ngonfirmasi yen tingkat adsorpsi luwih dhuwur tinimbang tingkat desorpsi, sing nuduhake yen DC cenderung adsorpsi kanthi efisien ing komposit rGO/nZVI52.
Plot kinetik adsorpsi linier saka urutan pseudo-kedua (A), urutan pseudo-pertama (B) lan Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0,05 g].
Panliten babagan isoterm adsorpsi mbantu nemtokake kapasitas adsorpsi adsorben (komposit RGO/nRVI) ing macem-macem konsentrasi adsorbat (DC) lan suhu sistem. Kapasitas adsorpsi maksimum diitung nggunakake isoterm Langmuir, sing nuduhake yen adsorpsi homogen lan kalebu pembentukan monolayer adsorbat ing permukaan adsorben tanpa interaksi antarane53. Rong model isoterm liyane sing digunakake sacara wiyar yaiku model Freundlich lan Temkin. Sanajan model Freundlich ora digunakake kanggo ngetung kapasitas adsorpsi, model iki mbantu mangerteni proses adsorpsi heterogen lan yen lowongan ing adsorben duwe energi sing beda, dene model Temkin mbantu mangerteni sifat fisik lan kimia adsorpsi54.
Gambar 9A-C nuduhake plot garis model Langmuir, Freindlich, lan Temkin. Nilai R2 sing diitung saka plot garis Freundlich (Gambar 9A) lan Langmuir (Gambar 9B) lan sing dituduhake ing Tabel 2 nuduhake yen adsorpsi DC ing komposit rGO/nZVI ngetutake model isoterm Freundlich (0,996) lan Langmuir (0,988) lan Temkin (0,985). Kapasitas adsorpsi maksimum (qmax), sing diitung nggunakake model isoterm Langmuir, yaiku 31,61 mg g-1. Kajaba iku, nilai faktor pamisahan tanpa dimensi (RL) sing diitung yaiku antarane 0 lan 1 (0,097), sing nuduhake proses adsorpsi sing apik. Yen ora, konstanta Freundlich sing diitung (n = 2,756) nuduhake preferensi kanggo proses penyerapan iki. Miturut model linier saka isoterm Temkin (Gambar 9C), adsorpsi DC ing komposit rGO/nZVI minangka proses adsorpsi fisik, amarga b yaiku ˂ 82 kJ mol-1 (0,408)55. Sanajan adsorpsi fisik biasane dimediasi dening gaya van der Waals sing lemah, adsorpsi arus searah ing komposit rGO/nZVI mbutuhake energi adsorpsi sing sithik [56, 57].
Isoterm adsorpsi linier Freundlich (A), Langmuir (B), lan Temkin (C) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0,05 g]. Plot persamaan van't Hoff kanggo adsorpsi DC dening komposit rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C lan dosis = 0,05 g].
Kanggo ngevaluasi efek owah-owahan suhu reaksi marang penghapusan DC saka komposit rGO/nZVI, parameter termodinamika kayata owah-owahan entropi (ΔS), owah-owahan entalpi (ΔH), lan owah-owahan energi bebas (ΔG) diitung saka persamaan 3 lan 458.
ing ngendi \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – konstanta kesetimbangan termodinamika, Ce lan CAe – rGO ing larutan, masing-masing /nZVI konsentrasi DC ing kesetimbangan permukaan. R lan RT minangka konstanta gas lan suhu adsorpsi. Plot ln Ke nglawan 1/T menehi garis lurus (Gambar 9D) saka ngendi ∆S lan ∆H bisa ditemtokake.
Nilai ΔH negatif nuduhake yen proses kasebut eksotermik. Ing sisih liya, nilai ΔH ana ing proses adsorpsi fisik. Nilai ΔG negatif ing Tabel 3 nuduhake yen adsorpsi bisa ditindakake lan spontan. Nilai ΔS negatif nuduhake urutan molekul adsorben sing dhuwur ing antarmuka cairan (Tabel 3).
Tabel 4 mbandhingaké komposit rGO/nZVI karo adsorben liyané sing dilapuraké ing panlitèn sadurungé. Cetha yèn komposit VGO/nCVI nduwèni kapasitas adsorpsi sing dhuwur lan bisa dadi bahan sing njanjeni kanggo mbusak antibiotik DC saka banyu. Kajaba iku, adsorpsi komposit rGO/nZVI minangka proses sing cepet kanthi wektu keseimbangan 60 menit. Sifat adsorpsi sing apik banget saka komposit rGO/nZVI bisa dijlentrehake kanthi efek sinergis rGO lan nZVI.
Gambar 10A, B nggambarake mekanisme rasional kanggo ngilangi antibiotik DC dening kompleks rGO/nZVI lan nZVI. Miturut asil eksperimen babagan efek pH ing efisiensi adsorpsi DC, kanthi kenaikan pH saka 3 dadi 7, adsorpsi DC ing komposit rGO/nZVI ora dikontrol dening interaksi elektrostatik, amarga tumindak minangka zwitterion; mulane, owah-owahan nilai pH ora mengaruhi proses adsorpsi. Sabanjure, mekanisme adsorpsi bisa dikontrol dening interaksi non-elektrostatik kayata ikatan hidrogen, efek hidrofobik, lan interaksi susun π-π antarane komposit rGO/nZVI lan DC66. Wis dingerteni manawa mekanisme adsorbat aromatik ing permukaan graphene berlapis wis diterangake dening interaksi susun π-π minangka gaya pendorong utama. Komposit kasebut minangka bahan berlapis sing padha karo graphene kanthi penyerapan maksimum ing 233 nm amarga transisi π-π*. Adhedhasar anané patang cincin aromatik ing struktur molekul adsorbat DC, kita nghipotesisaké yèn ana mekanisme interaksi π-π-susun antarane DC aromatik (akseptor elektron π) lan wilayah sing sugih elektron π ing permukaan RGO. /nZVI komposit. Kajaba iku, kaya sing dituduhake ing gambar 10B, studi FTIR ditindakake kanggo nyinaoni interaksi molekuler komposit rGO/nZVI karo DC, lan spektrum FTIR komposit rGO/nZVI sawisé adsorpsi DC dituduhake ing Gambar 10B. 10b. Puncak anyar diamati ing 2111 cm-1, sing cocog karo getaran kerangka ikatan C=C, sing nuduhake anané gugus fungsi organik sing cocog ing permukaan 67 rGO/nZVI. Puncak liyane owah saka 1561 dadi 1548 cm-1 lan saka 1399 dadi 1360 cm-1, sing uga ngonfirmasi manawa interaksi π-π nduweni peran penting ing adsorpsi graphene lan polutan organik68,69. Sawise adsorpsi DC, intensitas sawetara gugus sing ngemot oksigen, kayata OH, mudhun dadi 3270 cm-1, sing nuduhake manawa ikatan hidrogen minangka salah sawijining mekanisme adsorpsi. Dadi, adhedhasar asil, adsorpsi DC ing komposit rGO/nZVI kedadeyan utamane amarga interaksi susun π-π lan ikatan-H.
Mekanisme rasional adsorpsi antibiotik DC dening kompleks rGO/nZVI lan nZVI (A). Spektrum adsorpsi FTIR DC ing rGO/nZVI lan nZVI (B).
Intensitas pita panyerepan nZVI ing 3244, 1615, 1546, lan 1011 cm–1 mundhak sawise adsorpsi DC ing nZVI (Gambar 10B) dibandhingake karo nZVI, sing kudune ana gandhengane karo interaksi karo gugus fungsi sing bisa ditindakake saka gugus asam karboksilat O ing DC. Nanging, persentase transmisi sing luwih murah ing kabeh pita sing diamati iki nuduhake ora ana owah-owahan sing signifikan ing efisiensi adsorpsi adsorben fitosintetik (nZVI) dibandhingake karo nZVI sadurunge proses adsorpsi. Miturut sawetara riset penghapusan DC karo nZVI71, nalika nZVI reaksi karo H2O, elektron dibebasake lan banjur H+ digunakake kanggo ngasilake hidrogen aktif sing bisa direduksi banget. Pungkasan, sawetara senyawa kationik nampa elektron saka hidrogen aktif, sing nyebabake -C=N lan -C=C-, sing disebabake dening pamisahan cincin benzena.
Wektu kiriman: 14 Nov-2022