Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рақмет. Сіз пайдаланып отырған браузер нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе алу үшін жаңартылған браузерді пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer бағдарламасында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Сонымен қатар, үздіксіз қолдауды қамтамасыз ету үшін сайтты стильдерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Бұл жұмыста rGO/nZVI композиттері алғаш рет Sophora сарғыш жапырақ сығындысын тотықсыздандырғыш және тұрақтандырғыш ретінде пайдаланып, қарапайым және экологиялық таза процедураны қолдана отырып синтезделді, бұл «жасыл» химия принциптеріне, мысалы, зияндылығы аз химиялық синтезге сәйкес келеді. Композиттердің сәтті синтезін растау үшін SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR және зета потенциалы сияқты бірнеше құралдар қолданылды, бұл композиттік өндірістің сәтті болғанын көрсетеді. rGO мен nZVI арасындағы синергетикалық әсерді зерттеу үшін антибиотик доксициклиннің әртүрлі бастапқы концентрацияларындағы жаңа композиттердің және таза nZVI-дің жою қабілеті салыстырылды. 25 мг L-1, 25°C және 0,05 г жою жағдайында таза nZVI-дің адсорбциялық жою жылдамдығы 90% құрады, ал rGO/nZVI композитімен доксициклиннің адсорбциялық жою жылдамдығы 94,6%-ға жетті, бұл nZVI мен rGO-ның бар екенін растайды. Адсорбция процесі жалған екінші реттілікке сәйкес келеді және 25 °C температурада және рН 7 кезінде максималды адсорбция сыйымдылығы 31,61 мг г-1 болатын Фройндлих моделімен жақсы үйлеседі. Тұрақты токты кетірудің ақылға қонымды механизмі ұсынылды. Сонымен қатар, rGO/nZVI композитін қайта пайдалану мүмкіндігі алты реттік регенерация циклінен кейін 60% құрады.
Судың тапшылығы мен ластануы қазір барлық елдер үшін үлкен қауіп төндіруде. Соңғы жылдары COVID-19 пандемиясы кезінде өндіріс пен тұтынудың артуына байланысты судың ластануы, әсіресе антибиотиктердің ластануы артты1,2,3. Сондықтан ағынды сулардағы антибиотиктерді жоюдың тиімді технологиясын әзірлеу өзекті міндет болып табылады.
Тетрациклин тобындағы төзімді жартылай синтетикалық антибиотиктердің бірі - доксициклин (DC)4,5. Жер асты және жер үсті суларындағы DC қалдықтары метаболизденбейтіні, тек 20-50%-ы ғана метаболизденетіні, ал қалғаны қоршаған ортаға шығарылып, қоршаған орта мен денсаулыққа байланысты күрделі мәселелер тудыратыны туралы хабарланған6.
Төмен деңгейдегі тұрақты токтың әсері су фотосинтетикалық микроорганизмдерді өлтіруі, микробқа қарсы бактериялардың таралуына қауіп төндіруі және микробқа қарсы төзімділікті арттыруы мүмкін, сондықтан бұл ластаушы затты ағынды сулардан алып тастау керек. Тұрақты токтың судағы табиғи ыдырауы өте баяу процесс. Фотолиз, биоыдырау және адсорбция сияқты физика-химиялық процестер тек төмен концентрацияларда және өте төмен жылдамдықта ыдырауы мүмкін7,8. Дегенмен, ең үнемді, қарапайым, экологиялық таза, өңдеуге оңай және тиімді әдіс - адсорбция9,10.
Нано нөлдік валентті темір (nZVI) - метронидазол, диазепам, ципрофлоксацин, хлорамфеникол және тетрациклин сияқты көптеген антибиотиктерді судан алып тастай алатын өте қуатты материал. Бұл қабілет nZVI-ның жоғары реактивтілік, үлкен беткі аудан және көптеген сыртқы байланыстыру орындары сияқты таңғажайып қасиеттеріне байланысты11. Дегенмен, nZVI ван дер-Уэллс күштері мен жоғары магниттік қасиеттеріне байланысты сулы ортада агрегацияға бейім, бұл nZVI10,12 реактивтілігін тежейтін оксид қабаттарының пайда болуына байланысты ластаушы заттарды кетірудегі тиімділігін төмендетеді. nZVI бөлшектерінің агломерациясын олардың беттерін беттік белсенді заттармен және полимерлермен өзгерту немесе оларды басқа наноматериалдармен композиттер түрінде біріктіру арқылы азайтуға болады, бұл олардың қоршаған ортадағы тұрақтылығын жақсартудың тиімді тәсілі болып табылады13,14.
Графен - ұя тәрізді торда орналасқан sp2-гибридтенген көміртек атомдарынан тұратын екі өлшемді көміртекті наноматериал. Оның үлкен беткі ауданы, айтарлықтай механикалық беріктігі, тамаша электрокаталитикалық белсенділігі, жоғары жылу өткізгіштігі, жылдам электронды қозғалғыштығы және бетінде бейорганикалық нанобөлшектерді ұстап тұру үшін қолайлы тасымалдаушы материалы бар. Металл нанобөлшектері мен графеннің үйлесімі әрбір материалдың жеке артықшылықтарынан айтарлықтай асып түсуі мүмкін және оның жоғары физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты суды тиімдірек тазарту үшін нанобөлшектердің оңтайлы таралуын қамтамасыз етеді15.
Өсімдік сығындылары тотықсыздандырылған графен оксиді (rGO) мен nZVI синтезінде жиі қолданылатын зиянды химиялық тотықсыздандырғыштарға ең жақсы балама болып табылады, себебі олар қолжетімді, арзан, бір сатылы, экологиялық таза және тотықсыздандырғыштар ретінде пайдаланылуы мүмкін. Флавоноидтар мен фенолдық қосылыстар сияқты, олар да тұрақтандырғыш ретінде әрекет етеді. Сондықтан, осы зерттеуде rGO/nZVI композиттерін синтездеу үшін қалпына келтіретін және жабатын агент ретінде Atriplex halimus L. жапырағының сығындысы пайдаланылды. Amaranthaceae тұқымдасынан шыққан Atriplex halimus - кең географиялық ареалы бар азот сүйгіш көпжылдық бұта16.
Қолжетімді әдебиеттерге сәйкес, Atriplex halimus (A. halimus) алғаш рет rGO/nZVI композиттерін жасау үшін экономикалық және экологиялық таза синтез әдісі ретінде қолданылды. Осылайша, бұл жұмыстың мақсаты төрт бөлімнен тұрады: (1) A. halimus су жапырағының сығындысын пайдаланып rGO/nZVI және ата-аналық nZVI композиттерінің фитосинтезі, (2) фитосинтезделген композиттердің сәтті жасалуын растау үшін бірнеше әдістерді қолдана отырып сипаттамасы, (3) доксициклин антибиотиктерінің органикалық ластаушы заттарын әртүрлі реакция параметрлерінде адсорбциялау және жою кезінде rGO және nZVI синергетикалық әсерін зерттеу, адсорбция процесінің жағдайларын оңтайландыру, (3) өңдеу циклінен кейін әртүрлі үздіксіз өңдеудегі композиттік материалдарды зерттеу.
Доксициклин гидрохлориді (DC, MM = 480.90, химиялық формуласы C22H24N2O·HCl, 98%), темір хлориді гексагидраты (FeCl3.6H2O, 97%), АҚШ-тың Sigma-Aldrich компаниясынан сатып алынған графит ұнтағы. Натрий гидроксиді (NaOH, 97%), этанол (C2H5OH, 99.9%) және тұз қышқылы (HCl, 37%) АҚШ-тың Merck компаниясынан сатып алынды. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 және MgCl2 Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. компаниясынан сатып алынды. Барлық реагенттер жоғары аналитикалық тазалыққа ие. Барлық сулы ерітінділерді дайындау үшін қос дистилденген су пайдаланылды.
A. halimus-тың өкілдік үлгілері Ніл атырауындағы табиғи мекендеу ортасынан және Мысырдың Жерорта теңізі жағалауындағы жерлерден жиналды. Өсімдік материалы қолданыстағы ұлттық және халықаралық нұсқауларға сәйкес жиналды17. Профессор Манал Фавзи өсімдік үлгілерін Булос18 бойынша анықтады, ал Александрия университетінің қоршаған орта ғылымдары кафедрасы зерттелген өсімдік түрлерін ғылыми мақсаттарда жинауға рұқсат береді. Үлгі ваучерлер Танта университетінің гербарийінде (TANE), 14 122–14 127 ваучерлерінде, шөгінді материалдарға қол жеткізуді қамтамасыз ететін қоғамдық гербарийде сақталады. Сонымен қатар, шаңды немесе кірді кетіру үшін өсімдіктің жапырақтарын ұсақ бөліктерге кесіп, 3 рет ағын сумен және тазартылған сумен шайып, содан кейін 50°C температурада кептіріңіз. Өсімдік ұсақталды, 5 г ұсақ ұнтақ 100 мл тазартылған суға батырылып, сығынды алу үшін 70°C температурада 20 минут араластырылды. Алынған Bacillus nicotianae сығындысы ватман сүзгі қағазы арқылы сүзіліп, әрі қарай пайдалану үшін таза және зарарсыздандырылған түтіктерде 4°C температурада сақталды.
1-суретте көрсетілгендей, GO модификацияланған Хаммерс әдісімен графит ұнтағынан жасалған. 10 мг GO ұнтағы 50 мл деионизацияланған суда 30 минут бойы ультрадыбыспен ерітілді, содан кейін 0,9 г FeCl3 және 2,9 г NaAc 60 минут бойы араластырылды. Аралас ерітіндіге 20 мл атриплекс жапырағының сығындысы араластыра отырып қосылып, 80°C температурада 8 сағатқа қалдырылды. Алынған қара суспензия сүзгіден өткізілді. Дайындалған нанокомпозиттер этанолмен және дистилденген сумен жуылып, содан кейін 50°C температурада вакуумдық пеште 12 сағат бойы кептірілді.
Atriplex halimus сығындысын пайдаланып ластанған судан rGO/nZVI және nZVI кешендерінің жасыл синтезінің және DC антибиотиктерін алудың схемалық және сандық фотосуреттері.
Қысқаша айтқанда, 1-суретте көрсетілгендей, құрамында 0,05 М Fe3+ иондары бар 10 мл темір хлориді ерітіндісі 20 мл ащы жапырақ сығындысы ерітіндісіне тамшылатып 60 минут бойы орташа қыздыру және араластыру арқылы қосылды, содан кейін ерітінді қара бөлшектер алу үшін 14 000 айн/мин жылдамдықпен (Hermle, 15 000 айн/мин) 15 минут бойы центрифугаланды, содан кейін олар этанолмен және тазартылған сумен 3 рет жуылып, вакуумдық пеште 60°C температурада түні бойы кептірілді.
Өсімдіктер синтездеген rGO/nZVI және nZVI композиттері 200-800 нм сканерлеу диапазонында УК-көрінетін спектроскопия (T70/T80 сериялы UV/Vis спектрофотометрлері, PG Instruments Ltd, Ұлыбритания) арқылы сипатталды. rGO/nZVI және nZVI композиттерінің топографиясы мен өлшемдік таралуын талдау үшін TEM спектроскопиясы (JOEL, JEM-2100F, Жапония, 200 кВ үдеткіш кернеу) қолданылды. Қалпына келтіру және тұрақтандыру процесіне жауапты өсімдік сығындыларына қатыса алатын функционалдық топтарды бағалау үшін FT-IR спектроскопиясы жүргізілді (4000-600 см-1 диапазонында JASCO спектрометрі). Сонымен қатар, синтезделген наноматериалдардың беттік зарядын зерттеу үшін зета-потенциал анализаторы (Zetasizer Nano ZS Malvern) пайдаланылды. Ұнтақ тәрізді наноматериалдардың рентгендік дифракциялық өлшеулері үшін 20°-тан 80°-қа дейінгі 2θ диапазонындағы ток (40 мА), кернеу (45 кВ) және CuKa1 сәулеленуінде (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao) жұмыс істейтін рентгендік дифрактометр (X'PERT PRO, Нидерланды) пайдаланылды. Энергия дисперсиялық рентгендік спектрометр (EDX) (JEOL JSM-IT100 моделі) XPS-те -10-нан 1350 эВ-қа дейінгі Al K-α монохроматикалық рентген сәулелерін жинау кезінде элементтік құрамды зерттеуге жауапты болды, нүкте өлшемі 400 мкм K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, АҚШ), толық спектрдің өткізгіштік энергиясы 200 эВ, ал тар спектрі 50 эВ. Ұнтақ үлгісі үлгі ұстағышқа басылады, ол вакуумдық камераға орналастырылады. Байланыс энергиясын анықтау үшін 284,58 эВ кезіндегі C1s спектрі эталон ретінде пайдаланылды.
Адсорбциялық тәжірибелер синтезделген rGO/nZVI нанокомпозиттерінің доксициклинді (DC) сулы ерітінділерден шығарудағы тиімділігін тексеру үшін жүргізілді. Адсорбциялық тәжірибелер 25 мл Erlenmeyer колбаларында 200 айн/мин шайқау жылдамдығымен орбиталық шайқағышта (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) 298 К температурада жүргізілді. Тұрақты токтың негізгі ерітіндісін (1000 ppm) екі дистилденген сумен сұйылту арқылы. rGO/nSVI дозасының адсорбциялық тиімділігіне әсерін бағалау үшін 20 мл тұрақты ток ерітіндісіне әртүрлі салмақтағы (0,01–0,07 г) нанокомпозиттер қосылды. Кинетика мен адсорбциялық изотермаларды зерттеу үшін 0,05 г адсорбент бастапқы концентрациясы (25–100 мг L–1) CD сулы ерітіндісіне батырылды. рН-ның тұрақты токты кетіруге әсері рН (3–11) кезінде және 25°C температурада 50 мг L-1 бастапқы концентрациясында зерттелді. Аз мөлшерде HCl немесе NaOH ерітіндісін (Crison pH метрі, pH метрі, pH 25) қосу арқылы жүйенің рН-ын реттеңіз. Сонымен қатар, реакция температурасының 25-55°C диапазонындағы адсорбциялық тәжірибелерге әсері зерттелді. Иондық күштің адсорбциялық процесіне әсері әртүрлі концентрациядағы NaCl (0,01–4 моль L–1) тұрақты токтың бастапқы концентрациясында 50 мг L–1, рН 3 және 7), 25°C және 0,05 г адсорбент дозасын қосу арқылы зерттелді. Адсорбцияланбаған тұрақты токтың адсорбциясы 270 және 350 нм максималды толқын ұзындықтарында (λmax) 1,0 см жол ұзындығы бар кварц кюветаларымен жабдықталған қос сәулелі УК-Вис спектрофотометрі (T70/T80 сериясы, PG Instruments Ltd, Ұлыбритания) арқылы өлшенді. Тұрақты ток антибиотиктерінің пайыздық жойылуы (R%; 1-теңдеу) және тұрақты токтың адсорбция мөлшері, qt, 2-теңдеу (мг/г) келесі теңдеу арқылы өлшенді.
мұндағы %R – тұрақты токты кетіру сыйымдылығы (%), Co – 0 уақытындағы бастапқы тұрақты ток концентрациясы, ал C – сәйкесінше t уақытындағы тұрақты ток концентрациясы (мг L-1).
мұндағы qe – адсорбенттің бірлік массасына адсорбцияланған тұрақты ток мөлшері (мг г-1), Co және Ce – сәйкесінше нөлдік уақыттағы және тепе-теңдік кезіндегі концентрациялар (мг л-1), V – ерітінді көлемі (л), ал m – адсорбциялық масса реагенті (г).
SEM кескіндері (2A–C суреттері) бетінде біркелкі шашыраңқы сфералық темір нанобөлшектері бар rGO/nZVI композитінің ламельді морфологиясын көрсетеді, бұл nZVI NP-лерінің rGO бетіне сәтті бекітілгенін көрсетеді. Сонымен қатар, rGO жапырағында кейбір әжімдер бар, бұл A. halimus GO қалпына келтіруімен бір уақытта оттегі бар топтардың жойылуын растайды. Бұл үлкен әжімдер темір NP-лерін белсенді түрде жүктеу орындары ретінде қызмет етеді. nZVI кескіндері (2D-F суреті) сфералық темір NP-лерінің өте шашыраңқы және агрегацияланбағанын көрсетті, бұл өсімдік сығындысының ботаникалық компоненттерінің жабындық сипатына байланысты. Бөлшектердің мөлшері 15-26 нм шегінде өзгерді. Дегенмен, кейбір аймақтарда дөңес және қуыс құрылымы бар мезокеуекті морфология бар, бұл nZVI-дің жоғары тиімді адсорбциялық қабілетін қамтамасыз ете алады, себебі олар nZVI бетінде тұрақты ток молекулаларын ұстап қалу мүмкіндігін арттыра алады. Роза Дамаск сығындысы nZVI синтезі үшін қолданылған кезде, алынған NP-лер біртекті емес, қуыстары және әртүрлі пішіндері болды, бұл олардың Cr(VI) адсорбциясындағы тиімділігін төмендетіп, реакция уақытын арттырды 23. Нәтижелер негізінен айқын агломерациясыз әртүрлі нанометрлік өлшемдері бар сфералық нанобөлшектер болып табылатын емен және тұт жапырақтарынан синтезделген nZVI-мен сәйкес келеді.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) композиттерінің SEM кескіндері және nZVI/rGO (G) және nZVI (H) композиттерінің EDX үлгілері.
Өсімдік синтездеген rGO/nZVI және nZVI композиттерінің элементтік құрамы EDX көмегімен зерттелді (2G-сурет, H). Зерттеулер nZVI көміртектен (масса бойынша 38,29%), оттегіден (масса бойынша 47,41%) және темірден (масса бойынша 11,84%) тұратынын көрсетеді, бірақ өсімдік сығындыларынан алуға болатын фосфор24 сияқты басқа элементтер де бар. Сонымен қатар, көміртек пен оттегінің жоғары пайызы жер асты nZVI үлгілерінде өсімдік сығындыларынан алынған фитохимиялық заттардың болуына байланысты. Бұл элементтер rGO-да біркелкі таралған, бірақ әртүрлі қатынаста: C (39,16 салмақтық %), O (46,98 салмақтық %) және Fe (10,99 салмақтық %), EDX rGO/nZVI сонымен қатар өсімдік сығындыларымен байланысты болуы мүмкін S сияқты басқа элементтердің бар екенін көрсетеді. A. halimus қолданылған rGO/nZVI композитіндегі қазіргі C:O қатынасы мен темір мөлшері эвкалипт жапырағы сығындысын қолданғаннан әлдеқайда жақсы, себебі ол C (23,44 салмақтық%), O (68,29 салмақтық%) және Fe (8,27 салмақтық%) құрамын сипаттайды. 25. Наташа және т.б., 2022 емен және тұт жапырақтарынан синтезделген nZVI-дің ұқсас элементтік құрамы туралы хабарлады және жапырақ сығындысындағы полифенол топтары мен басқа молекулалар тотықсыздану процесіне жауапты екенін растады.
Өсімдіктерде синтезделген nZVI морфологиясы (S2A, B суреті) сфералық және ішінара дұрыс емес болды, орташа бөлшектердің өлшемі 23,09 ± 3,54 нм болды, дегенмен ван-дер-Ваальс күштері мен ферромагнетизмге байланысты тізбекті агрегаттар байқалды. Бұл негізінен түйіршікті және сфералық бөлшектердің пішіні SEM нәтижелерімен жақсы сәйкес келеді. Ұқсас бақылауды Абделфатах және т.б. 2021 жылы nZVI11 синтезінде кастор бұршағы жапырағының сығындысы қолданылған кезде анықтады. nZVI-де тотықсыздандырғыш ретінде қолданылатын Ruelas tuberosa жапырағының сығындысы NP-лері де диаметрі 20-дан 40 нм-ге дейін сфералық пішінге ие26.
Гибридті rGO/nZVI композиттік TEM кескіндері (S2C-D суреті) rGO-ның nZVI NP үшін бірнеше жүктеме орындарын қамтамасыз ететін шеткі қатпарлары мен әжімдері бар базальды жазықтық екенін көрсетті; бұл ламельді морфология rGO-ның сәтті жасалғанын да растайды. Сонымен қатар, nZVI NP-лері сфералық пішінге ие, бөлшектердің өлшемдері 5,32-ден 27 нм-ге дейін және rGO қабатына біркелкі дисперсиямен енгізілген. Fe NP/rGO синтездеу үшін эвкалипт жапырағының сығындысы пайдаланылды; TEM нәтижелері сонымен қатар rGO қабатындағы әжімдердің таза Fe NP-леріне қарағанда Fe NP дисперсиясын жақсартатынын және композиттердің реактивтілігін арттыратынын растады. Ұқсас нәтижелерді Багери және т.б. 28 орташа темір нанобөлшектерінің өлшемі шамамен 17,70 нм болатын ультрадыбыстық әдістерді қолдана отырып композит жасалған кезде алды.
A. halimus, nZVI, GO, rGO және rGO/nZVI композиттерінің FTIR спектрлері 3A суреттерінде көрсетілген. A. halimus жапырақтарында беттік функционалдық топтардың болуы 3336 см-1 деңгейінде байқалады, бұл полифенолдарға сәйкес келеді және 1244 см-1 деңгейінде байқалады, бұл ақуыз шығаратын карбонил топтарына сәйкес келеді. 2918 см-1 деңгейіндегі алкандар, 1647 см-1 деңгейіндегі алкендер және 1030 см-1 деңгейіндегі CO-O-CO кеңейтімдері сияқты басқа топтар да байқалды, бұл тығыздағыш агенттер ретінде әрекет ететін және Fe2+-тан Fe0-ға және GO-дан rGO29-ға қалпына келуге жауапты өсімдік компоненттерінің бар екенін көрсетеді. Жалпы, nZVI спектрлері ащы қанттармен бірдей сіңіру шыңдарын көрсетеді, бірақ орналасуы сәл ығысқан. 3244 см-1 нүктесінде OH созылу тербелістерімен (фенолдар) байланысты қарқынды жолақ пайда болады, 1615 нүктесіндегі шың C=C-ге сәйкес келеді, ал 1546 және 1011 см-1 нүктелеріндегі жолақтар C=O (полифенолдар мен флавоноидтар) созылуына байланысты пайда болады, хош иісті аминдердің CN-топтары және алифатты аминдер сәйкесінше 1310 см-1 және 1190 см-1 нүктелерінде де байқалды13. GO-ның FTIR спектрі 1041 см-1 нүктесіндегі алкокси (CO) созылу жолағын, 1291 см-1 нүктесіндегі эпоксидті (CO) созылу жолағын, C=O созылуын қоса алғанда, көптеген жоғары қарқынды оттегі құрамдас топтардың болуын көрсетеді. 1619 см-1-де C=C созылу тербелістерінің жолағы, 1708 см-1-де жолақ және 3384 см-1-де OH тобының созылу тербелістерінің кең жолағы пайда болды, бұл графит процесін сәтті тотықтыратын жетілдірілген Хаммерс әдісімен расталады. rGO және rGO/nZVI композиттерін GO спектрлерімен салыстырған кезде, 3270 см-1-дегі OH сияқты кейбір оттегі құрамдас топтардың қарқындылығы айтарлықтай төмендейді, ал басқалары, мысалы, 1729 см-1-дегі C=O, толығымен төмендейді. бұл A. halimus сығындысының GO-дағы оттегі құрамдас функционалдық топтарды сәтті алып тастағанын көрсетеді. C=C кернеуіндегі rGO-ның жаңа өткір сипаттамалық шыңдары шамамен 1560 және 1405 см-1 шамасында байқалады, бұл GO-ның rGO-ға дейін тотығуын растайды. 1043-тен 1015 см-1-ге дейін және 982-ден 918 см-1-ге дейін ауытқулар байқалды, бұл өсімдік материалының қосылуына байланысты болуы мүмкін31,32. Венг және т.б., 2018 жылы GO-да оттегімен қаныққан функционалдық топтардың айтарлықтай әлсірегенін байқады, бұл биототықсыздану арқылы rGO-ның сәтті түзілуін растайды, өйткені тотықсызданған темір графен оксиді композиттерін синтездеу үшін қолданылған эвкалипт жапырағының сығындылары өсімдік компонентінің функционалдық топтарының FTIR спектрлерін жақынырақ көрсетті.33.
A. Галлийдің, nZVI, rGO, GO, rGO/nZVI композиттерінің FTIR спектрі (A). rGO, GO, nZVI және rGO/nZVI композиттерінің рентгенографиясы (B).
rGO/nZVI және nZVI композиттерінің түзілуі көбінесе рентгендік дифракциялық үлгілермен расталды (3B сурет). Жоғары қарқынды Fe0 шыңы 2Ɵ 44,5° температурада байқалды, бұл (110) индексіне сәйкес келеді (JCPDS № 06–0696)11. (311) жазықтығының 35,1° температурасындағы тағы бір шың магнетит Fe3O4-ке жатқызылады, 63,2° ϒ-FeOOH (JCPDS № 17-0536)34 болуына байланысты (440) жазықтығының Миллер индексімен байланысты болуы мүмкін. GO рентгендік үлгісі 2Ɵ 10,3° температурада өткір шыңды және 21,1° температурада тағы бір шыңды көрсетеді, бұл графиттің толық қабыршақтануын көрсетеді және GO35 бетінде оттегі бар топтардың болуын көрсетеді. rGO және rGO/nZVI композиттік үлгілері rGO және rGO/nZVI композиттері үшін 2Ɵ 22.17 және 24.7° температурада тән GO шыңдарының жоғалуын және кең rGO шыңдарының пайда болуын тіркеді, бұл өсімдік сығындыларымен GO-ның сәтті қалпына келуін растады. Дегенмен, композиттік rGO/nZVI үлгісінде Fe0 (110) және bcc Fe0 (200) тор жазықтығымен байланысты қосымша шыңдар сәйкесінше 44.9(^\circ\) және 65.22(^\circ\) температураларда байқалды.
Дзета потенциалы - бұл бөлшектің бетіне бекітілген иондық қабат пен материалдың электростатикалық қасиеттерін анықтайтын және оның тұрақтылығын өлшейтін сулы ерітінді арасындағы потенциал37. Өсімдік синтездеген nZVI, GO және rGO/nZVI композиттерінің зета потенциалын талдау олардың бетінде сәйкесінше -20,8, -22 және -27,4 мВ теріс зарядтардың болуына байланысты олардың тұрақтылығын көрсетті, бұл S1A-C суретінде көрсетілген. Мұндай нәтижелер зета потенциалының мәндері -25 мВ-тан аз бөлшектерді қамтитын ерітінділер, әдетте, бұл бөлшектер арасындағы электростатикалық итеру салдарынан жоғары тұрақтылық дәрежесін көрсететіні туралы бірнеше есептерге сәйкес келеді. rGO мен nZVI комбинациясы композиттің көбірек теріс зарядтарды алуына мүмкіндік береді және осылайша тек GO немесе nZVI-ге қарағанда жоғары тұрақтылыққа ие. Сондықтан, электростатикалық итеру құбылысы тұрақты rGO/nZVI39 композиттерінің пайда болуына әкеледі. GO теріс беті оның агломерациясыз сулы ортада біркелкі таралуына мүмкіндік береді, бұл nZVI-мен әрекеттесу үшін қолайлы жағдайлар жасайды. Теріс заряд ащы қауын сығындысында әртүрлі функционалдық топтардың болуымен байланысты болуы мүмкін, бұл сонымен қатар GO мен темір прекурсорлары мен өсімдік сығындысы арасындағы өзара әрекеттесуді растайды, сәйкесінше rGO және nZVI және rGO/nZVI кешенін түзеді. Бұл өсімдік қосылыстары сонымен қатар қақпақ агенттері ретінде де әрекет ете алады, себебі олар пайда болған нанобөлшектердің агрегациясына жол бермейді және осылайша олардың тұрақтылығын арттырады40.
nZVI және rGO/nZVI композиттерінің элементтік құрамы мен валенттік күйлері XPS арқылы анықталды (4-сурет). Жалпы XPS зерттеуі rGO/nZVI композитінің негізінен C, O және Fe элементтерінен тұратынын көрсетті, бұл EDS картаға түсіруге сәйкес келеді (4F–H сурет). C1s спектрі CC, CO және C=O сәйкесінше білдіретін 284,59 эВ, 286,21 эВ және 288,21 эВ үш шыңнан тұрады. O1s спектрі үш шыңға бөлінді, оның ішінде 531,17 эВ, 532,97 эВ және 535,45 эВ, олар сәйкесінше O=CO, CO және NO топтарына жатқызылды. Дегенмен, 710,43, 714,57 және 724,79 эВ шыңдары сәйкесінше Fe 2p3/2, Fe+3 және Fe p1/2-ге жатады. nZVI XPS спектрлері (4C-E сурет) C, O және Fe элементтері үшін шыңдарды көрсетті. 284,77, 286,25 және 287,62 эВ шыңдар темір-көміртекті қорытпалардың бар екенін растайды, себебі олар сәйкесінше CC, C-OH және CO-ға жатады. O1s спектрі үш шыңға сәйкес келді: C–O/темір карбонаты (531,19 эВ), гидроксил радикалы (532,4 эВ) және O–C=O (533,47 эВ). 719,6 шыңы Fe0-ға жатқызылады, ал FeOOH 717,3 және 723,7 эВ шыңдарды көрсетеді, сонымен қатар, 725,8 эВ шыңы Fe2O342,43 бар екенін көрсетеді.
nZVI және rGO/nZVI композиттерінің XPS зерттеулері (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D), және O1s (E) және rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) композиттерінің толық спектрлері.
N2 адсорбция/десорбция изотермасы (5A, B сурет) nZVI және rGO/nZVI композиттерінің II типке жататынын көрсетеді. Сонымен қатар, rGO-мен бүркегеннен кейін nZVI-дің меншікті бетінің ауданы (SBET) 47,4549-дан 152,52 м2/г-ға дейін өсті. Бұл нәтижені rGO бүркегеннен кейін nZVI магниттік қасиеттерінің төмендеуімен түсіндіруге болады, осылайша бөлшектердің агрегациясын азайтып, композиттердің бетінің ауданын арттырады. Сонымен қатар, 5C суретте көрсетілгендей, rGO/nZVI композитінің кеуек көлемі (8,94 нм) бастапқы nZVI-ге қарағанда (2,873 нм) жоғары. Бұл нәтиже El-Monaem және т.б. 45-пен келіседі.
Бастапқы концентрацияның жоғарылауына байланысты rGO/nZVI композиттері мен бастапқы nZVI арасындағы тұрақты токты кетіру үшін адсорбция қабілетін бағалау үшін әр адсорбенттің тұрақты дозасын (0,05 г) әртүрлі бастапқы концентрациялардағы тұрақты токқа қосу арқылы салыстыру жүргізілді. Зерттелген ерітінді [25]. –100 мг л–1] 25°C температурада. Нәтижелер rGO/nZVI композитінің кетіру тиімділігінің (94,6%) төмен концентрацияда (25 мг L-1) бастапқы nZVI-ге (90%) қарағанда жоғары екенін көрсетті. Дегенмен, бастапқы концентрация 100 мг L-1 дейін арттырылған кезде, rGO/nZVI және ата-аналық nZVI кетіру тиімділігі сәйкесінше 70% және 65%-ға дейін төмендеді (6А сурет), бұл белсенді орындардың азаюына және nZVI бөлшектерінің ыдырауына байланысты болуы мүмкін. Керісінше, rGO/nZVI тұрақты токты кетірудің жоғары тиімділігін көрсетті, бұл rGO мен nZVI арасындағы синергетикалық әсерге байланысты болуы мүмкін, онда адсорбция үшін қолжетімді тұрақты белсенді орталықтар әлдеқайда жоғары, ал rGO/nZVI жағдайында бүтін nZVI-ге қарағанда көбірек тұрақты ток адсорбциялануы мүмкін. Сонымен қатар, 6B суретте rGO/nZVI және nZVI композиттерінің адсорбциялық сыйымдылығы сәйкесінше 9,4 мг/г-дан 30 мг/г-ға және 9 мг/г-ға дейін артқаны, бастапқы концентрацияның 25–100 мг/л. -1,1-ден 28,73 мг г-1-ге дейін артқаны көрсетілген. Сондықтан тұрақты токты кетіру жылдамдығы бастапқы тұрақты ток концентрациясымен теріс корреляцияға ұшырады, бұл ерітіндідегі тұрақты токты адсорбциялау және кетіру үшін әрбір адсорбент қолдайтын реакция орталықтарының шектеулі санына байланысты болды. Осылайша, осы нәтижелерден rGO/nZVI композиттерінің адсорбция және тотықсыздану тиімділігі жоғары екендігі және rGO/nZVI құрамындағы rGO адсорбент ретінде де, тасымалдаушы материал ретінде де қолданыла алатындығы туралы қорытынды жасауға болады.
rGO/nZVI және nZVI композиттерінің адсорбция тиімділігі мен тұрақты токтың адсорбция сыйымдылығы (A, B) [Co = 25 мг л-1–100 мг л-1, T = 25 °C, доза = 0,05 г], рН болды. rGO/nZVI композиттерінің адсорбция сыйымдылығы мен тұрақты токтың адсорбция тиімділігі бойынша (C) [Co = 50 мг л–1, рН = 3–11, T = 25 °C, доза = 0,05 г] болды.
Ерітінді рН адсорбция процестерін зерттеуде маңызды фактор болып табылады, себебі ол адсорбенттің иондану, түрлену және иондану дәрежесіне әсер етеді. Тәжірибе 25°C температурада тұрақты адсорбент дозасымен (0,05 г) және бастапқы концентрациясы 50 мг L-1 рН диапазонында (3-11) жүргізілді. Әдебиетке шолу46 бойынша, тұрақты ток - әртүрлі рН деңгейлерінде бірнеше иондалатын функционалды топтары (фенолдар, амин топтары, спирттер) бар амфифилді молекула. Нәтижесінде, тұрақты токтың әртүрлі функциялары және rGO/nZVI композитінің бетіндегі байланысты құрылымдар электростатикалық түрде өзара әрекеттесуі мүмкін және катиондар, цвиттериондар және аниондар түрінде болуы мүмкін, тұрақты ток молекуласы рН < 3,3 кезінде катиондық (DCH3+), цвиттериондық (DCH20) 3,3 < рН < 7,7 және аниондық (DCH− немесе DC2−) түрінде рН 7,7 кезінде болады. Нәтижесінде, тұрақты токтың әртүрлі функциялары және rGO/nZVI композитінің бетіндегі байланысты құрылымдар электростатикалық түрде өзара әрекеттесуі мүмкін және катиондар, цвиттериондар және аниондар түрінде болуы мүмкін, тұрақты ток молекуласы рН < 3,3 кезінде катиондық (DCH3+), цвиттериондық (DCH20) 3,3 < рН < 7,7 және аниондық (DCH- немесе DC2-) түрінде рН 7,7 кезінде болады. Нәтижесінде әртүрлі функциялар DK және связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI мүмкін электростатические және существовать в виде катионов, цвиттер-ионов және анионов, молекула ДК сущерона в CH3 (+) 3,3, цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 және анионный (DCH- немесе DC2-) және pH 7,7. Нәтижесінде, rGO/nZVI композитінің бетіндегі тұрақты токтың және онымен байланысты құрылымдардың әртүрлі функциялары электростатикалық түрде өзара әрекеттесуі мүмкін және катиондар, цвиттериондар және аниондар түрінде болуы мүмкін; тұрақты ток молекуласы рН < 3,3 кезінде катион (DCH3+); иондық (DCH20) 3,3 < рН < 7,7 және аниондық (DCH- немесе DC2-) рН 7,7 кезінде болады.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 和阈D2(DCH3) 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 伔睔相互 ， 并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 旳香阳离子 阳离子 阳离子 (dch3+)形式存在，两性离子(DCH20) 3,3 < pH < 7,7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7,7。 Следовательно, различные функциялары DK и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI мүмкін вступать в электростатические взаимодействия және существовать в виде катионов, цвиттер-ионов және анионов, а молекулярлық Докторы+. < 3,3. Сондықтан, rGO/nZVI композитінің бетіндегі тұрақты токтың және онымен байланысты құрылымдардың әртүрлі функциялары электростатикалық өзара әрекеттесуге еніп, катиондар, цвиттериондар және аниондар түрінде өмір сүре алады, ал тұрақты ток молекулалары рН < 3,3 кезінде катионды (DCH3+) болады. Ол 3,3 < рН < 7,7 және аниона (DCH- немесе DC2-) және рН 7,7 үшін виде цвиттер-ион (DCH20) существует. Ол 3,3 < рН < 7,7 кезінде цвиттерион (DCH20) және рН 7,7 кезінде анион (DCH- немесе DC2-) түрінде болады.рН 3-тен 7-ге дейін артқан сайын, тұрақты токты кетірудің адсорбциялық сыйымдылығы мен тиімділігі 11,2 мг/г (56%)-дан 17 мг/г (85%)-ға дейін артты (6C сурет). Дегенмен, рН 9 және 11-ге дейін артқан сайын, адсорбциялық сыйымдылық пен кетіру тиімділігі сәйкесінше 10,6 мг/г (53%)-дан 6 мг/г (30%)-ға дейін біршама төмендеді. рН 3-тен 7-ге дейін артқан сайын тұрақты токтар негізінен цвиттериондар түрінде болды, бұл оларды негізінен электростатикалық өзара әрекеттесу арқылы rGO/nZVI композиттерімен электростатикалық емес тартылуға немесе тебуге мәжбүр етті. рН 8,2-ден жоғары көтерілген сайын адсорбенттің беті теріс зарядталған, осылайша теріс зарядталған доксициклин мен адсорбенттің беті арасындағы электростатикалық тебуге байланысты адсорбциялық сыйымдылық төмендеп, төмендеді. Бұл үрдіс rGO/nZVI композиттеріндегі тұрақты ток адсорбциясының рН-қа жоғары тәуелді екенін көрсетеді, және нәтижелер сонымен қатар rGO/nZVI композиттерінің қышқылдық және бейтарап жағдайларда адсорбент ретінде жарамды екенін көрсетеді.
Тұрақты токтың сулы ерітіндісінің адсорбциясына температураның әсері (25–55°C) температурада жүргізілді. 7А суретте тұрақты ток антибиотиктерінің rGO/nZVI-ге әсер ету тиімділігіне температураның жоғарылауының әсері көрсетілген, жою қабілеті мен адсорбция қабілеті сәйкесінше 83,44% және 13,9 мг/г-дан 47% және 7,83 мг/г-ға дейін өскені анық. Бұл айтарлықтай төмендеу тұрақты ток иондарының жылу энергиясының артуына байланысты болуы мүмкін, бұл десорбцияға әкеледі47.
rGO/nZVI композиттеріндегі CD-нің жою тиімділігі мен адсорбция сыйымдылығына температураның әсері (A) [Co = 50 мг L–1, рН = 7, доза = 0,05 г], адсорбент дозасының CD-нің жою тиімділігі мен жою тиімділігіне бастапқы концентрацияның rGO/nSVI композитіндегі адсорбция сыйымдылығы мен тұрақты токты жою тиімділігіне әсері (B) [Co = 50 мг L–1, рН = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 мг L–1, рН = 7, T = 25 °C, доза = 0,05 г].
Композиттік адсорбент rGO/nZVI дозасын 0,01 г-нан 0,07 г-ға дейін арттырудың жою тиімділігі мен адсорбция сыйымдылығына әсері 7B суретте көрсетілген. Адсорбент дозасының жоғарылауы адсорбция сыйымдылығының 33,43 мг/г-нан 6,74 мг/г-ға дейін төмендеуіне әкелді. Дегенмен, адсорбент дозасының 0,01 г-нан 0,07 г-ға дейін жоғарылауымен жою тиімділігі 66,8%-дан 96%-ға дейін артады, бұл сәйкесінше нанокомпозит бетіндегі белсенді орталықтар санының артуымен байланысты болуы мүмкін.
Бастапқы концентрацияның адсорбция сыйымдылығына және жою тиімділігіне әсері [25–100 мг L-1, 25°C, рН 7, доза 0,05 г] зерттелді. Бастапқы концентрация 25 мг L-1-ден 100 мг L-1-ге дейін арттырылған кезде, rGO/nZVI композитінің жою пайызы 94,6%-дан 65%-ға дейін төмендеді (7C сурет), бұл, мүмкін, қажетті белсенді орталықтардың болмауына байланысты. DC49-дың үлкен концентрацияларын адсорбциялайды. Екінші жағынан, бастапқы концентрация артқан сайын, тепе-теңдікке жеткенше адсорбция сыйымдылығы да 9,4 мг/г-дан 30 мг/г-ға дейін артты (7D сурет). Бұл сөзсіз реакция rGO/nZVI композитінің бетіне 50 жету үшін бастапқы тұрақты ток концентрациясы тұрақты ток ионының массалық тасымалдау кедергісінен жоғары қозғаушы күштің артуына байланысты.
Байланыс уақыты мен кинетикалық зерттеулер адсорбцияның тепе-теңдік уақытын түсінуге бағытталған. Біріншіден, байланыс уақытының алғашқы 40 минутында адсорбцияланған тұрақты ток мөлшері бүкіл уақыт ішінде (100 минут) адсорбцияланған жалпы мөлшердің шамамен жартысын құрады. Ал ерітіндідегі тұрақты ток молекулалары соқтығысып, олардың rGO/nZVI композитінің бетіне тез көшуіне әкеліп соғады, бұл айтарлықтай адсорбцияға әкеледі. 40 минуттан кейін тұрақты ток адсорбциясы 60 минуттан кейін тепе-теңдікке жеткенше біртіндеп және баяу артты (7D сурет). Алғашқы 40 минут ішінде жеткілікті мөлшерде адсорбцияланғандықтан, тұрақты ток молекулаларымен соқтығысулар аз болады және адсорбцияланбаған молекулалар үшін белсенді орындар аз болады. Сондықтан адсорбция жылдамдығын төмендетуге болады51.
Адсорбция кинетикасын жақсырақ түсіну үшін жалған бірінші ретті (8A сурет), жалған екінші ретті (8B сурет) және Эловичтің (8C сурет) кинетикалық модельдерінің сызықтық графиктері пайдаланылды. Кинетикалық зерттеулерден алынған параметрлерден (S1 кестесі) жалған екінші модель адсорбция кинетикасын сипаттау үшін ең жақсы модель екені анық, мұнда R2 мәні басқа екі модельге қарағанда жоғары орнатылған. Есептелген адсорбциялық сыйымдылықтар (qe, cal) арасында да ұқсастық бар. Жалған екінші реттілік және эксперименттік мәндер (qe, exp.) жалған екінші реттіліктің басқа модельдерге қарағанда жақсы модель екендігінің тағы бір дәлелі болып табылады. 1-кестеде көрсетілгендей, α (бастапқы адсорбция жылдамдығы) және β (десорбция тұрақтысы) мәндері адсорбция жылдамдығының десорбция жылдамдығынан жоғары екенін растайды, бұл тұрақты токтың rGO/nZVI52 композитінде тиімді адсорбциялануға бейім екенін көрсетеді.
Псевдо-екінші ретті (A), псевдо-бірінші ретті (B) және Эловичтің (C) сызықтық адсорбция кинетикалық графиктері [Co = 25–100 мг л–1, рН = 7, T = 25 °C, доза = 0,05 г].
Адсорбциялық изотермаларды зерттеу адсорбенттің (RGO/nRVI композитінің) әртүрлі адсорбат концентрацияларында (DC) және жүйе температураларында адсорбенттің (RGO/nRVI композитінің) адсорбциялық қабілетін анықтауға көмектеседі. Максималды адсорбциялық қабілет Ленгмюр изотермасын қолдану арқылы есептелді, бұл адсорбцияның біртекті екенін және адсорбент бетінде адсорбат моноқабатының өзара әрекеттесуінсіз пайда болуын қамтитынын көрсетті53. Кеңінен қолданылатын тағы екі изотермалық модель - Фройндлих және Темкин модельдері. Фройндлих моделі адсорбциялық қабілетті есептеу үшін қолданылмаса да, ол гетерогенді адсорбциялық процесті және адсорбенттегі бос орындардың әртүрлі энергияға ие екенін түсінуге көмектеседі, ал Темкин моделі адсорбцияның физикалық және химиялық қасиеттерін түсінуге көмектеседі54.
9A-C суреттерінде сәйкесінше Ленгмюр, Фрейндлих және Темкин модельдерінің сызықтық графиктері көрсетілген. Фрейндлих (9A сурет) және Ленгмюр (9B сурет) сызықтық графиктерінен есептелген және 2-кестеде келтірілген R2 мәндері rGO/nZVI композитіндегі тұрақты ток адсорбциясының Фрейндлих (0,996) және Ленгмюр (0,988) изотермалық модельдеріне және Темкинге (0,985) сәйкес келетінін көрсетеді. Ленгмюр изотермалық моделін пайдаланып есептелген максималды адсорбция сыйымдылығы (qmax) 31,61 мг г-1 құрады. Сонымен қатар, өлшемсіз бөлу коэффициентінің (RL) есептелген мәні 0 мен 1 аралығында (0,097), бұл қолайлы адсорбция процесін көрсетеді. Әйтпесе, есептелген Фрейндлих тұрақтысы (n = 2,756) осы абсорбция процесінің артықшылығын көрсетеді. Темкин изотермасының сызықтық моделіне сәйкес (9C сурет), rGO/nZVI композитіндегі тұрақты токтың адсорбциясы физикалық адсорбция процесі болып табылады, себебі b ˂ 82 кДж моль-1 (0,408)55 құрайды. Физикалық адсорбция әдетте әлсіз ван-дер-Ваальс күштерімен жүзеге асырылса да, rGO/nZVI композиттеріндегі тұрақты токтың адсорбциясы төмен адсорбциялық энергияны қажет етеді [56, 57].
Фройндлих (A), Ленгмюр (B) және Темкин (C) сызықтық адсорбциялық изотермалары [Co = 25–100 мг L–1, рН = 7, T = 25 °C, доза = 0,05 г]. rGO/nZVI композиттерімен тұрақты ток адсорбциясы үшін Вант-Хофф теңдеуінің графигі (D) [Co = 25–100 мг л-1, рН = 7, T = 25–55 °C және доза = 0,05 г].
rGO/nZVI композиттерінен тұрақты токты кетіруге реакция температурасының өзгеруінің әсерін бағалау үшін энтропияның өзгеруі (ΔS), энтальпияның өзгеруі (ΔH) және бос энергияның өзгеруі (ΔG) сияқты термодинамикалық параметрлер 3 және 458 теңдеулерінен есептелді.
мұндағы \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – термодинамикалық тепе-теңдік константасы, Ce және CAe – ерітіндідегі rGO, сәйкесінше /nZVI беттік тепе-теңдіктегі тұрақты ток концентрациялары. R және RT сәйкесінше газ тұрақтысы және адсорбция температурасы болып табылады. ln Ke-ді 1/T-ге қарсы салу ∆S және ∆H анықтауға болатын түзу сызықты береді (9D-сурет).
Теріс ΔH мәні процестің экзотермиялық екенін көрсетеді. Екінші жағынан, ΔH мәні физикалық адсорбция процесінің ішінде. 3-кестедегі теріс ΔG мәндері адсорбцияның мүмкін және өздігінен жүретінін көрсетеді. ΔS теріс мәндері сұйықтық шекарасында адсорбент молекулаларының жоғары реттілігін көрсетеді (3-кесте).
4-кестеде rGO/nZVI композиті алдыңғы зерттеулерде айтылған басқа адсорбенттермен салыстырылады. VGO/nCVI композитінің жоғары адсорбциялық қабілеті бар екені және судан тұрақты ток антибиотиктерін кетіру үшін перспективалы материал болуы мүмкін екені анық. Сонымен қатар, rGO/nZVI композиттерінің адсорбциясы 60 минуттық тепе-теңдік уақыты бар жылдам процесс. rGO/nZVI композиттерінің тамаша адсорбциялық қасиеттерін rGO мен nZVI синергетикалық әсерімен түсіндіруге болады.
10A, B суреттерінде rGO/nZVI және nZVI кешендерімен тұрақты ток антибиотиктерін жоюдың рационалды механизмі көрсетілген. Тұрақты ток адсорбциясының тиімділігіне рН әсері бойынша жүргізілген тәжірибелердің нәтижелеріне сәйкес, рН 3-тен 7-ге дейін артқан кезде, rGO/nZVI композитіндегі тұрақты ток адсорбциясы электростатикалық өзара әрекеттесулермен басқарылмады, себебі ол цвиттерион ретінде әрекет етті; сондықтан рН мәнінің өзгеруі адсорбция процесіне әсер еткен жоқ. Кейіннен адсорбция механизмін сутектік байланыс, гидрофобты әсерлер және rGO/nZVI композиті мен DC66 арасындағы π-π қабаттасу өзара әрекеттесуі сияқты электростатикалық емес өзара әрекеттесулермен басқаруға болады. Қабатты графен беттеріндегі хош иісті адсорбаттардың механизмі негізгі қозғаушы күш ретінде π–π қабаттасу өзара әрекеттесулерімен түсіндірілгені белгілі. Композит - π-π* ауысуына байланысты 233 нм-де сіңіру максимумы бар графенге ұқсас қабатты материал. Тұрақты ток адсорбатының молекулалық құрылымында төрт ароматты сақинаның болуына сүйене отырып, біз хош иісті тұрақты ток (π-электрон акцепторы) мен π-электрондарға бай аймақтың RGO бетінде π-π-қабаттасу әрекеттесу механизмі бар деген болжам жасадық. /nZVI композиттері. Сонымен қатар, 10B суретте көрсетілгендей, rGO/nZVI композиттерінің тұрақты токпен молекулалық өзара әрекеттесуін зерттеу үшін FTIR зерттеулері жүргізілді, ал тұрақты ток адсорбциясынан кейінгі rGO/nZVI композиттерінің FTIR спектрлері 10B суретте көрсетілген. 10b. 2111 см-1 нүктесінде жаңа шың байқалады, бұл C=C байланысының қаңқалық тербелісіне сәйкес келеді, бұл 67 rGO/nZVI бетінде тиісті органикалық функционалдық топтардың болуын көрсетеді. Басқа шыңдар 1561-ден 1548 см-1-ге және 1399-дан 1360 см-1-ге дейін ығысады, бұл π-π өзара әрекеттесулерінің графен мен органикалық ластаушы заттардың адсорбциясында маңызды рөл атқаратынын растайды68,69. Тұрақты ток адсорбциясынан кейін OH сияқты кейбір оттегі құрамдас топтардың қарқындылығы 3270 см-1-ге дейін төмендеді, бұл сутектік байланыстың адсорбция механизмдерінің бірі екенін көрсетеді. Осылайша, нәтижелерге сүйене отырып, rGO/nZVI композитіндегі тұрақты ток адсорбциясы негізінен π-π қабаттасу өзара әрекеттесулері мен H-байланыстары есебінен жүреді.
Тұрақты ток антибиотиктерінің rGO/nZVI және nZVI кешендерімен адсорбциялануының рационалды механизмі (A). Тұрақты токтың rGO/nZVI және nZVI-дегі FTIR адсорбция спектрлері (B).
nZVI-дің 3244, 1615, 1546 және 1011 см–1 нүктелеріндегі жұтылу жолақтарының қарқындылығы nZVI-ге тұрақты ток адсорбциясынан кейін nZVI-мен салыстырғанда артты (10B сурет), бұл тұрақты токтағы карбон қышқылының O топтарының мүмкін функционалды топтарымен әрекеттесуімен байланысты болуы керек. Дегенмен, барлық байқалған жолақтардағы өткізгіштіктің бұл төмен пайызы адсорбция процесіне дейінгі nZVI-мен салыстырғанда фитосинтетикалық адсорбенттің (nZVI) адсорбция тиімділігінде айтарлықтай өзгерістің жоқтығын көрсетеді. nZVI71-мен тұрақты токты кетіру бойынша кейбір зерттеулерге сәйкес, nZVI H2O-мен әрекеттескенде электрондар бөлінеді, содан кейін H+ жоғары тотықсыздандырылатын белсенді сутегін алу үшін қолданылады. Соңында, кейбір катиондық қосылыстар белсенді сутегіден электрондарды қабылдайды, нәтижесінде -C=N және -C=C- пайда болады, бұл бензол сақинасының бөлінуіне байланысты.
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 14 қараша