Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат. Сиз колдонуп жаткан браузердин версиясында CSS колдоосу чектелүү. Эң жакшы тажрыйба алуу үчүн, жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerде шайкештик режимин өчүрүңүз). Ошол эле учурда, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн, биз сайтты стилдерсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Бул иште rGO/nZVI композиттери биринчи жолу Sophora саргыч жалбырак экстрактысын калыбына келтирүүчү жана стабилизатор катары колдонуп, жөнөкөй жана экологиялык жактан таза процедураны колдонуу менен синтезделген, бул "жашыл" химиянын принциптерине, мисалы, зыяндуу эмес химиялык синтезге ылайык келет. Композиттердин ийгиликтүү синтезин текшерүү үчүн SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR жана зета потенциалы сыяктуу бир нече куралдар колдонулган, бул ийгиликтүү композиттик өндүрүштү көрсөтөт. rGO менен nZVI ортосундагы синергетикалык таасирди изилдөө үчүн антибиотик доксициклиндин ар кандай баштапкы концентрацияларындагы жаңы композиттердин жана таза nZVIнин алып салуу жөндөмдүүлүгү салыштырылган. 25 мг L-1, 25°C жана 0,05 г алып салуу шарттарында таза nZVIнин адсорбциялык алып салуу ылдамдыгы 90% түзгөн, ал эми rGO/nZVI композити тарабынан доксициклиндин адсорбциялык алып салуу ылдамдыгы 94,6% га жеткен, бул nZVI жана rGO экендигин тастыктаган. Адсорбция процесси псевдо-экинчи тартипке туура келет жана 25 °C температурада жана рН 7де максималдуу адсорбциялык кубаттуулугу 31,61 мг г-1 болгон Фройндлих моделине жакшы дал келет. ТКны кетирүүнүн акылга сыярлык механизми сунушталган. Мындан тышкары, алты удаалаш регенерация циклинен кийин rGO/nZVI композитин кайра колдонуу мүмкүнчүлүгү 60% түзгөн.
Суунун тартыштыгы жана булганышы азыр бардык өлкөлөр үчүн олуттуу коркунуч жаратууда. Акыркы жылдары COVID-19 пандемиясы учурунда өндүрүштүн жана керектөөнүн көбөйүшүнөн улам суунун булганышы, айрыкча антибиотиктердин булганышы көбөйдү1,2,3. Ошондуктан, агынды суулардагы антибиотиктерди жок кылуунун натыйжалуу технологиясын иштеп чыгуу кечиктирилгис милдет болуп саналат.
Тетрациклин тобундагы туруктуу жарым синтетикалык антибиотиктердин бири - доксициклин (DC)4,5. Жер астындагы жана жер үстүндөгү суулардагы DC калдыктары метаболизмге учурабай тургандыгы, 20-50% гана метаболизмге учурап, калганы айлана-чөйрөгө бөлүнүп чыгып, олуттуу экологиялык жана ден соолук көйгөйлөрүн жаратаары кабарланган6.
Төмөнкү деңгээлдеги туруктуу сууга таасир этүү суудагы фотосинтетикалык микроорганизмдерди өлтүрүп, микробго каршы бактериялардын жайылышына коркунуч келтирип, микробго каршы туруктуулукту жогорулатат, андыктан бул булгоочу затты агын суулардан алып салуу керек. Түз суудагы туруктуу суулардын табигый бузулушу өтө жай процесс. Фотолиз, биодеградация жана адсорбция сыяктуу физикалык-химиялык процесстер төмөнкү концентрацияларда жана өтө төмөн ылдамдыкта гана бузулушу мүмкүн7,8. Бирок, эң үнөмдүү, жөнөкөй, экологиялык жактан таза, иштетүүгө оңой жана натыйжалуу ыкма - адсорбция9,10.
Нано-нөлдүк валенттүү темир (nZVI) - метронидазол, диазепам, ципрофлоксацин, хлорамфеникол жана тетрациклин сыяктуу суудан көптөгөн антибиотиктерди кетире алган абдан күчтүү материал. Бул жөндөм nZVIнин жогорку реактивдүүлүк, чоң беттик аянт жана көптөгөн тышкы байланыш жерлери сыяктуу укмуштуудай касиеттерине байланыштуу11. Бирок, nZVI ван-дер-Уэллс күчтөрүнүн жана жогорку магниттик касиеттердин таасиринен улам суу чөйрөсүндө агрегацияга жакын, бул nZVI10,12 реактивдүүлүгүн басаңдатуучу кычкыл катмарлардын пайда болушунан улам булгоочу заттарды кетирүүдөгү натыйжалуулугун төмөндөтөт. nZVI бөлүкчөлөрүнүн агломерациясын алардын беттерин беттик активдүү заттар жана полимерлер менен өзгөртүү же аларды башка наноматериалдар менен композиттер түрүндө айкалыштыруу аркылуу азайтууга болот, бул алардын айлана-чөйрөдөгү туруктуулугун жакшыртуунун натыйжалуу ыкмасы болуп чыкты13,14.
Графен – бул уюктун торчосуна жайгаштырылган sp2-гибриддештирилген көмүртек атомдорунан турган эки өлчөмдүү көмүртек наноматериалы. Ал чоң беттик аянтка, олуттуу механикалык бекемдикке, эң сонун электрокаталитикалык активдүүлүккө, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө, тез электрон кыймылдуулугуна жана бетинде органикалык эмес нанобөлүкчөлөрдү кармап туруу үчүн ылайыктуу ташуучу материалга ээ. Металл нанобөлүкчөлөрүнүн жана графендин айкалышы ар бир материалдын жекече пайдасынан алда канча ашып түшүшү мүмкүн жана жогорку физикалык жана химиялык касиеттеринен улам сууну натыйжалуураак тазалоо үчүн нанобөлүкчөлөрдүн оптималдуу бөлүштүрүлүшүн камсыз кылат15.
Өсүмдүк экстракттары калыбына келтирилген графен оксидин (rGO) жана nZVI синтезинде кеңири колдонулган зыяндуу химиялык калыбына келтирүүчү агенттерге эң жакшы альтернатива болуп саналат, анткени алар жеткиликтүү, арзан, бир баскычтуу, экологиялык жактан коопсуз жана калыбына келтирүүчү агенттер катары колдонулушу мүмкүн. Флавоноиддер жана фенолдук кошулмалар сыяктуу эле, алар стабилизатор катары да иштейт. Ошондуктан, бул изилдөөдө rGO/nZVI композиттерин синтездөө үчүн калыбына келтирүүчү жана жапкыч агент катары Atriplex halimus L. жалбырак экстракты колдонулган. Amaranthaceae тукумунан чыккан Atriplex halimus - азотту сүйүүчү көп жылдык бадал, ал кеңири географиялык ареалда таралган16.
Колдо болгон адабияттарга ылайык, Atriplex halimus (A. halimus) биринчи жолу rGO/nZVI композиттерин жасоо үчүн экономикалык жана экологиялык жактан таза синтез ыкмасы катары колдонулган. Ошентип, бул иштин максаты төрт бөлүктөн турат: (1) A. halimus суу жалбырагынын экстракты менен rGO/nZVI жана ата-энелик nZVI композиттерин фитосинтездөө, (2) фитосинтезделген композиттерди алардын ийгиликтүү жасалышын ырастоо үчүн бир нече ыкмаларды колдонуу менен мүнөздөө, (3) ар кандай реакция параметрлеринде доксициклин антибиотиктеринин органикалык булгоочу заттарды адсорбциялоодо жана алып салууда rGO жана nZVI синергетикалык таасирин изилдөө, адсорбция процессинин шарттарын оптималдаштыруу, (3) иштетүү циклинен кийин ар кандай үзгүлтүксүз иштетүүдөгү композиттик материалдарды изилдөө.
Доксициклин гидрохлориди (DC, MM = 480.90, химиялык формуласы C22H24N2O·HCl, 98%), темир хлоридинин гексагидраты (FeCl3.6H2O, 97%), АКШнын Sigma-Aldrich компаниясынан сатылып алынган графит порошогу. АКШнын Merck компаниясынан сатылып алынган натрий гидроксиди (NaOH, 97%), этанол (C2H5OH, 99.9%) жана туз кислотасы (HCl, 37%). Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. компаниясынан NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 жана MgCl2 сатылып алынган. Бардык реагенттер жогорку аналитикалык тазалыкка ээ. Бардык суу эритмелерин даярдоо үчүн кош дистилденген суу колдонулган.
A. halimusтун типтүү үлгүлөрү Нил дельтасында жана Египеттин Жер Ортолук деңизинин жээгиндеги табигый жашоо чөйрөсүнөн чогултулган. Өсүмдүк материалдары тиешелүү улуттук жана эл аралык көрсөтмөлөргө ылайык чогултулган17. Профессор Манал Фавзи өсүмдүк үлгүлөрүн Булос18 боюнча аныктаган жана Александрия университетинин Айлана-чөйрө илимдери бөлүмү изилденген өсүмдүк түрлөрүн илимий максаттарда чогултууга уруксат берген. Үлгү ваучерлер Танта университетинин гербарийинде (TANE), 14 122–14 127 ваучерлеринде сакталат, бул коомдук гербарий чөкмө материалдарга жетүүнү камсыз кылат. Мындан тышкары, чаңды же кирди кетирүү үчүн өсүмдүктүн жалбырактарын майда бөлүктөргө кесип, кран жана дистилденген суу менен 3 жолу чайкап, андан кийин 50°C температурада кургатыңыз. Өсүмдүк майдаланып, 5 г майда порошок 100 мл дистилденген сууга малынып, экстракт алуу үчүн 70°C температурада 20 мүнөт аралаштырылат. Алынган Bacillus nicotianae экстракты ватман чыпка кагазы аркылуу чыпкаланып, андан ары колдонуу үчүн таза жана стерилденген пробиркаларда 4°C температурада сакталган.
1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, GO графит порошогунан модификацияланган Хаммерс ыкмасы менен жасалган. 10 мг GO порошогу 50 мл деиондоштурулган сууга 30 мүнөт ультраүн менен эритилип, андан кийин 0,9 г FeCl3 жана 2,9 г NaAc 60 мүнөт аралаштырылган. Аралаштырылган эритмеге 20 мл атриплекс жалбырагынын экстракты аралаштырып кошулуп, 80°C температурада 8 саатка калтырылган. Алынган кара суспензия чыпкаланган. Даярдалган нанокомпозиттер этанол жана эки дистилденген суу менен жуулуп, андан кийин 50°C температурадагы вакуумдук меште 12 саат кургатылган.
Atriplex halimus экстрактысын колдонуп, булганган суудан DC антибиотиктерин алып салуунун жана rGO/nZVI жана nZVI комплекстеринин жашыл синтезинин схемалык жана санариптик сүрөттөрү.
Кыскача айтканда, 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 0,05 М Fe3+ иондорун камтыган 10 мл темир хлоридинин эритмеси 20 мл ачуу жалбырак экстракты эритмесине тамчылатып 60 мүнөт бою орточо ысытуу жана аралаштыруу менен кошулган, андан кийин эритме кара бөлүкчөлөрдү алуу үчүн 14000 айн/мин (Hermle, 15000 айн/мин) ылдамдыкта 15 мүнөт центрифугаланган, андан кийин алар этанол жана дистилденген суу менен 3 жолу жуулуп, андан кийин 60°C температурадагы вакуумдук меште түнү бою кургатылган.
Өсүмдүктөрдөн синтезделген rGO/nZVI жана nZVI композиттери 200-800 нм сканерлөө диапазонунда ультрафиолет-көрүнүүчү спектроскопия (T70/T80 сериясындагы UV/Vis спектрофотометрлери, PG Instruments Ltd, Улуу Британия) менен мүнөздөлгөн. rGO/nZVI жана nZVI композиттеринин топографиясын жана өлчөмдөрүнүн бөлүштүрүлүшүн талдоо үчүн TEM спектроскопиясы (JOEL, JEM-2100F, Япония, ылдамдатуучу чыңалуу 200 кВ) колдонулган. Калыбына келтирүү жана турукташтыруу процессине жооптуу өсүмдүк экстракттарына катыша турган функционалдык топторду баалоо үчүн FT-IR спектроскопиясы жүргүзүлдү (JASCO спектрометри 4000-600 см-1 диапазонунда). Мындан тышкары, синтезделген наноматериалдардын беттик зарядын изилдөө үчүн зета потенциал анализатору (Zetasizer Nano ZS Malvern) колдонулган. Порошок түрүндөгү наноматериалдардын рентген дифракциясын өлчөө үчүн 2θ диапазонунда 20°тан 80°га чейинки ток (40 мА), чыңалууда (45 кВ) жана CuKa1 нурлануусунда (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao) иштеген рентген дифрактометри (X'PERT PRO, Нидерланды) колдонулган. Энергияны дисперсиялык рентген спектрометри (EDX) (JEOL JSM-IT100 модели) XPSте -10дон 1350 эВге чейинки Al K-α монохроматтык рентген нурларын чогултууда элементтик курамды изилдөөгө жооптуу болгон, так өлчөмү 400 мкм K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, АКШ), толук спектрдин өткөрүү энергиясы 200 эВ, ал эми тар спектри 50 эВ. Порошок үлгүсү үлгү кармагычка басылып, ал вакуум камерасына жайгаштырылган. Байланыш энергиясын аныктоо үчүн 284,58 эВ болгон C1s спектри эталон катары колдонулган.
Синтезделген rGO/nZVI нанокомпозиттеринин доксициклинди (DC) суу эритмелеринен бөлүп алуудагы эффективдүүлүгүн текшерүү үчүн адсорбциялык эксперименттер жүргүзүлдү. Адсорбциялык эксперименттер 25 мл Эрленмейер колбаларында 200 айн/мин чайкалуу ылдамдыгында орбиталык шейкерде (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) 298 К температурада жүргүзүлдү. DC негизги эритмесин (1000 ppm) эки дистилденген суу менен суюлтуу аркылуу. rGO/nSVI дозасынын адсорбциялык эффективдүүлүгүнө тийгизген таасирин баалоо үчүн 20 мл DC эритмесине ар кандай салмактагы (0,01–0,07 г) нанокомпозиттер кошулду. Кинетиканы жана адсорбция изотермаларын изилдөө үчүн 0,05 г адсорбент баштапкы концентрациядагы (25–100 мг L–1) CD суу эритмесине чөмүлдүрүлдү. рНнын ТКны кетирүүгө тийгизген таасири рНда (3–11) жана 25°C температурада 50 мг L-1 баштапкы концентрациясында изилденген. Системанын рНын аз өлчөмдөгү HCl же NaOH эритмесин (Crison pH метри, рН метри, рН 25) кошуу менен тууралаңыз. Мындан тышкары, реакция температурасынын 25-55°C диапазонундагы адсорбциялык эксперименттерге тийгизген таасири изилденген. Иондук күчтүн адсорбция процессине тийгизген таасири 50 мг L-1, рН 3 жана 7), 25°C баштапкы концентрациясында жана 0,05 г адсорбент дозасында ар кандай концентрациядагы NaCl (0,01–4 моль L-1) кошуу менен изилденген. Адсорбцияланбаган туруктуу токтун адсорбциясы 270 жана 350 нм максималдуу толкун узундуктарында (λmax) 1,0 см жол узундуктагы кварц кюветалар менен жабдылган кош нурлуу UV-Vis спектрофотометри (T70/T80 сериясы, PG Instruments Ltd, Улуу Британия) аркылуу өлчөнгөн. Туруктуу токтун антибиотиктеринин пайыздык бөлүнүп чыгышы (R%; 1-теңдеме) жана туруктуу токтун адсорбцияланган көлөмү, qt, 2-теңдеме (мг/г) төмөнкү теңдемени колдонуу менен өлчөнгөн.
мында %R - туруктуу токту алып салуу жөндөмдүүлүгү (%), Co - 0 убакыттагы баштапкы туруктуу токтун концентрациясы, ал эми C - тиешелүүлүгүнө жараша t убакыттагы туруктуу токтун концентрациясы (мг L-1).
мында qe - адсорбенттин бирдик массасына адсорбцияланган туруктуу токтун көлөмү (мг г-1), Co жана Ce - тиешелүүлүгүнө жараша нөлдүк убакыттагы жана тең салмактуулуктагы концентрациялар (мг л-1), V - эритменин көлөмү (л), ал эми m - адсорбциялык массалык реагенти (г).
SEM сүрөттөрү (2A–C сүрөттөрү) rGO/nZVI композитинин бетинде бирдей чачыранды сфералык темир нанобөлүкчөлөрү бар ламеллярдык морфологиясын көрсөтөт, бул nZVI NPларынын rGO бетине ийгиликтүү жабышканын көрсөтөт. Мындан тышкары, rGO жалбырагында бир аз бырыштар бар, бул A. halimus GO калыбына келтирүү менен бир убакта кычкылтек камтыган топтордун алынып салынганын тастыктайт. Бул чоң бырыштар темир NPларын активдүү жүктөөчү жайлар катары кызмат кылат. nZVI сүрөттөрү (2D-F сүрөтү) сфералык темир NPларынын абдан чачыранды жана агрегацияланбаганын көрсөттү, бул өсүмдүк экстрактынын ботаникалык компоненттеринин каптоо мүнөзүнө байланыштуу. Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү 15–26 нм чегинде өзгөрүп турган. Бирок, кээ бир аймактарда томпок жана көңдөй түзүлүштөгү мезокеңдүү морфология бар, бул nZVIнин жогорку натыйжалуу адсорбциялык жөндөмдүүлүгүн камсыздай алат, анткени алар nZVI бетинде туруктуу ток молекулаларын кармоо мүмкүнчүлүгүн жогорулатат. Роза Дамаск экстракты nZVI синтези үчүн колдонулганда, алынган NPлер бир тектүү эмес, боштуктары жана ар кандай формалары болгон, бул алардын Cr(VI) адсорбциясындагы натыйжалуулугун төмөндөтүп, реакция убактысын көбөйткөн 23. Натыйжалар эмен жана тут жалбырактарынан синтезделген nZVI менен дал келет, алар негизинен ар кандай нанометрдик өлчөмдөгү, ачык агломерациясыз тоголок нанобөлүкчөлөр.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) композиттеринин SEM сүрөттөрү жана nZVI/rGO (G) жана nZVI (H) композиттеринин EDX үлгүлөрү.
Өсүмдүктөрдөн синтезделген rGO/nZVI жана nZVI композиттеринин элементтик курамы EDX колдонуу менен изилденген (2G-сүрөт, H). Изилдөөлөр көрсөткөндөй, nZVI көмүртектен (массалык жактан 38,29%), кычкылтектен (массалык жактан 47,41%) жана темирден (массалык жактан 11,84%) турат, бирок өсүмдүк экстракттарынан алынуучу фосфор24 сыяктуу башка элементтер да бар. Мындан тышкары, көмүртектин жана кычкылтектин жогорку пайызы жер астындагы nZVI үлгүлөрүндө өсүмдүк экстракттарынан алынган фитохимиялык заттардын болушу менен байланыштуу. Бул элементтер rGOдо бирдей бөлүштүрүлгөн, бирок ар кандай катышта: C (39,16 салмак %), O (46,98 салмак %) жана Fe (10,99 салмак %), EDX rGO/nZVI ошондой эле өсүмдүк экстракттары менен байланышы болушу мүмкүн болгон S сыяктуу башка элементтердин бар экендигин көрсөтөт, алар колдонулат. A. halimus колдонулган rGO/nZVI композитиндеги учурдагы C:O катышы жана темирдин курамы эвкалипт жалбырагынын экстракты колдонулганга караганда алда канча жакшы, анткени ал C (23,44 салмактык%), O (68,29 салмактык%) жана Fe (8,27 салмактык%) курамын мүнөздөйт. 25. Наташа жана башкалар, 2022-жылы эмен жана тут жалбырактарынан синтезделген nZVIнин окшош элементтик курамы жөнүндө билдиришкен жана жалбырак экстрактында камтылган полифенол топтору жана башка молекулалар калыбына келтирүү процесси үчүн жооптуу экенин тастыкташкан.
Өсүмдүктөрдө синтезделген nZVI морфологиясы (S2A, B сүрөтү) тоголок жана жарым-жартылай туура эмес болгон, бөлүкчөлөрдүн орточо өлчөмү 23,09 ± 3,54 нм болгон, бирок ван-дер-Ваальс күчтөрүнүн жана ферромагнетизмдин таасиринен улам чынжыр агрегаттары байкалган. Бул негизинен гранулданган жана тоголок бөлүкчө формасы SEM жыйынтыктарына жакшы дал келет. Ушул сыяктуу байкоону Абделфатах жана башкалар 2021-жылы nZVI11 синтезинде кастор жалбырагынын экстракты колдонулганда табышкан. nZVIде калыбына келтирүүчү агент катары колдонулган Ruelas tuberosa жалбырагынын экстракты NPлери да диаметри 20дан 40 нмге чейин тоголок формага ээ26.
Гибриддик rGO/nZVI композиттик TEM сүрөттөрү (S2C-D сүрөтү) rGO nZVI NPлери үчүн бир нече жүктөөчү жерлерди камсыз кылган четки бүктөмдөрү жана бырыштары бар базальдык тегиздик экенин көрсөттү; бул ламеллярдык морфология rGOнун ийгиликтүү жасалышын да тастыктайт. Мындан тышкары, nZVI NPлери бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрү 5,32ден 27 нмге чейинки тоголок формага ээ жана дээрлик бирдей дисперсия менен rGO катмарына киргизилген. Fe NPлери/rGO синтездөө үчүн эвкалипт жалбырагынын экстракты колдонулган; TEM жыйынтыктары ошондой эле rGO катмарындагы бырыштар таза Fe NPлерине караганда Fe NPлеринин дисперсиясын жакшыртып, композиттердин реактивдүүлүгүн жогорулаткандыгын тастыктады. Ушул сыяктуу натыйжаларды Багери жана башкалар 28 орточо темир нанобөлүкчөлөрүнүн өлчөмү болжол менен 17,70 нм болгон ультраүн ыкмаларын колдонуу менен композит жасалганда алышкан.
A. halimus, nZVI, GO, rGO жана rGO/nZVI композиттеринин FTIR спектрлери 3A сүрөттөрүндө көрсөтүлгөн. A. halimus жалбырактарында беттик функционалдык топтордун болушу 3336 см-1де байкалат, бул полифенолдорго туура келет жана 1244 см-1де байкалат, бул белок тарабынан өндүрүлгөн карбонил топторуна туура келет. 2918 см-1деги алкандар, 1647 см-1деги алкендер жана 1030 см-1деги CO-O-CO кеңейтүүлөрү сыяктуу башка топтор да байкалган, бул Fe2+ дан Fe0 га жана GO дан rGO29 га калыбына келүү үчүн жооптуу болгон жана герметикалык агенттер катары иштеген өсүмдүк компоненттеринин бар экендигин көрсөтүп турат. Жалпысынан алганда, nZVI спектрлери ачуу канттар сыяктуу эле сиңирүү чокуларын көрсөтөт, бирок бир аз жылышып турат. 3244 см-1де OH созулуш термелүүлөрү (фенолдор) менен байланышкан интенсивдүү тилке пайда болот, 1615теги чоку C=Cге туура келет, ал эми 1546 жана 1011 см-1деги тилкелер C=O (полифенолдор жана флавоноиддер) созулушунан улам пайда болот, ароматтык аминдердин CN-топтору жана алифаттык аминдер тиешелүүлүгүнө жараша 1310 см-1 жана 1190 см-1де байкалган13. GOнун FTIR спектри көптөгөн жогорку интенсивдүү кычкылтек камтыган топтордун бар экендигин көрсөтөт, анын ичинде 1041 см-1деги алкокси (CO) созулуш тилкеси, 1291 см-1деги эпоксиддик (CO) созулуш тилкеси, C=O созулушу бар. 1619 см-1де C=C созулуучу термелүү тилкеси, 1708 см-1де тилке жана 3384 см-1де OH тобунун созулуучу термелүүлөрүнүн кең тилкеси пайда болду, бул графит процессин ийгиликтүү кычкылдандырган жакшыртылган Хаммерс ыкмасы менен тастыкталды. rGO жана rGO/nZVI композиттерин GO спектрлери менен салыштырганда, 3270 см-1деги OH сыяктуу кээ бир кычкылтек камтыган топтордун интенсивдүүлүгү бир кыйла төмөндөйт, ал эми башкалары, мисалы, 1729 см-1деги C=O, толугу менен төмөндөйт. жоголуп, A. halimus экстракты менен GOдогу кычкылтек камтыган функционалдык топтордун ийгиликтүү алынып салынганын көрсөтүп турат. C=C чыңалуусунда rGOнун жаңы курч мүнөздүү чокулары 1560 жана 1405 см-1 чегинде байкалат, бул GOнун rGOго чейин төмөндөшүн тастыктайт. 1043төн 1015 см-1ге чейин жана 982ден 918 см-1ге чейин өзгөрүүлөр байкалган, бул өсүмдүк материалынын кошулушунан улам болушу мүмкүн31,32. Венг жана башкалар, 2018-жылы ошондой эле GOдо кычкылтек менен байытылган функционалдык топтордун олуттуу түрдө азайганын байкашкан, бул биокалыбына келтирүү жолу менен rGOнун ийгиликтүү пайда болгонун тастыктаган, анткени калыбына келтирилген темир графен оксидинин композиттерин синтездөө үчүн колдонулган эвкалипт жалбырагынын экстракттары өсүмдүк компоненттеринин функционалдык топторунун FTIR спектрлерине жакыныраак болгонун көрсөтүшкөн.33.
A. Галлийдин, nZVI, rGO, GO, rGO/nZVI курамаларынын FTIR спектри (A). rGO, GO, nZVI жана rGO/nZVI курамаларынын рентгенографиясы (B).
rGO/nZVI жана nZVI композиттеринин пайда болушу рентген дифракциялык үлгүлөрү менен көбүнчө тастыкталган (3B-сүрөт). 2Ɵ 44,5° температурада жогорку интенсивдүү Fe0 чокусу байкалган, бул индекс (110) га туура келет (JCPDS № 06–0696)11. (311) тегиздигинин 35,1° температурасындагы дагы бир чоку магнетит Fe3O4кө таандык, ϒ-FeOOH (JCPDS № 17-0536)34 болушунан улам 63,2° температура (440) тегиздигинин Миллер индекси менен байланыштуу болушу мүмкүн. GOнун рентген үлгүсү 2Ɵ 10,3° температурада кескин чокуну жана 21,1° температурада дагы бир чокуну көрсөтөт, бул графиттин толук кабырчыктанганын көрсөтүп турат жана GO35 бетинде кычкылтек камтыган топтордун бар экендигин баса белгилейт. rGO жана rGO/nZVI курама үлгүлөрү тиешелүүлүгүнө жараша rGO жана rGO/nZVI композиттери үчүн мүнөздүү GO чокуларынын жоголушун жана 2Ɵ 22.17 жана 24.7° температурада кеңири rGO чокуларынын пайда болушун каттаган, бул өсүмдүк экстракттары менен GOнун ийгиликтүү калыбына келтирилгенин тастыктаган. Бирок, курама rGO/nZVI үлгүсүндө Fe0 (110) жана bcc Fe0 (200) торчо тегиздиги менен байланышкан кошумча чокулар тиешелүүлүгүнө жараша 44.9\(^\circ\) жана 65.22\(^\circ\) температураларда байкалган.
Дзета потенциалы – бул бөлүкчөнүн бетине бекитилген иондук катмар менен материалдын электростатикалык касиеттерин аныктаган жана анын туруктуулугун өлчөгөн суулуу эритменин ортосундагы потенциал37. Өсүмдүктөр тарабынан синтезделген nZVI, GO жана rGO/nZVI композиттеринин зета потенциалын талдоо алардын бетинде тиешелүүлүгүнө жараша -20,8, -22 жана -27,4 мВ терс заряддардын болушунан улам алардын туруктуулугун көрсөттү, бул S1A-C сүрөттө көрсөтүлгөн. Мындай жыйынтыктар дзета потенциалынын маанилери -25 мВдан төмөн болгон бөлүкчөлөрдү камтыган эритмелер, адатта, бул бөлүкчөлөрдүн ортосундагы электростатикалык түртүүдөн улам жогорку деңгээлде туруктуулукту көрсөтөөрү айтылган бир нече отчетторго дал келет. rGO жана nZVI айкалышы композиттин көбүрөөк терс заряддарды алуусуна мүмкүндүк берет жана ошентип, GO же nZVI гана эмес, жогору туруктуулукка ээ. Ошондуктан, электростатикалык түртүү кубулушу туруктуу rGO/nZVI39 композиттеринин пайда болушуна алып келет. GOнун терс бети анын агломерациясыз суу чөйрөсүндө бирдей таралышына мүмкүндүк берет, бул nZVI менен өз ара аракеттенүү үчүн жагымдуу шарттарды түзөт. Терс заряд ачуу коон экстрактында ар кандай функционалдык топтордун болушу менен байланыштуу болушу мүмкүн, бул ошондой эле GO менен темир прекурсорлорунун жана өсүмдүк экстрактынын өз ара аракеттенүүсүн тиешелүү түрдө rGO жана nZVI жана rGO/nZVI комплексин түзүүнү тастыктайт. Бул өсүмдүк кошулмалары ошондой эле каптоочу агенттер катары да иштей алат, анткени алар пайда болгон нанобөлүкчөлөрдүн агрегациясына жол бербейт жана ошону менен алардын туруктуулугун жогорулатат40.
nZVI жана rGO/nZVI композиттеринин элементтик курамы жана валенттик абалдары XPS аркылуу аныкталган (4-сүрөт). Жалпы XPS изилдөөсү rGO/nZVI композити негизинен C, O жана Fe элементтеринен тураарын көрсөттү, бул EDS картасына ылайык келет (4F–H-сүрөт). C1s спектри тиешелүүлүгүнө жараша CC, CO жана C=O билдирген 284,59 эВ, 286,21 эВ жана 288,21 эВ болгон үч чокудан турат. O1s спектри тиешелүүлүгүнө жараша O=CO, CO жана NO топторуна кирген 531,17 эВ, 532,97 эВ жана 535,45 эВ болгон үч чокуга бөлүнгөн. Бирок, 710,43, 714,57 жана 724,79 эВ болгон чокулар тиешелүүлүгүнө жараша Fe 2p3/2, Fe+3 жана Fe p1/2ге тиешелүү. nZVIнин XPS спектрлери (4C-E сүрөтү) C, O жана Fe элементтери үчүн чокуларды көрсөттү. 284,77, 286,25 жана 287,62 эВ чокулары тиешелүүлүгүнө жараша CC, C-OH жана CO деп аталгандыктан, темир-көмүртек эритмелеринин бар экендигин тастыктайт. O1s спектри үч чокуга туура келген: C–O/темир карбонаты (531,19 эВ), гидроксил радикалы (532,4 эВ) жана O–C=O (533,47 эВ). 719,6 чоку Fe0го таандык, ал эми FeOOH 717,3 жана 723,7 эВ чокуларды көрсөтөт, мындан тышкары, 725,8 эВ чокусу Fe2O342,43 бар экендигин көрсөтөт.
nZVI жана rGO/nZVI композиттеринин XPS изилдөөлөрү (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D), жана O1s (E) жана rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) композиттеринин толук спектрлери.
N2 адсорбция/десорбция изотермасы (5А, В-сүрөттөр) nZVI жана rGO/nZVI композиттеринин II типке кирерин көрсөтүп турат. Мындан тышкары, rGO менен жалюзиленгенден кийин nZVIнин салыштырмалуу беттик аянты (SBET) 47,4549дан 152,52 м2/г чейин жогорулаган. Бул натыйжаны rGO жалюзиленгенден кийин nZVIнин магниттик касиеттеринин төмөндөшү менен түшүндүрсө болот, ошону менен бөлүкчөлөрдүн агрегациясын азайтып, композиттердин беттик аянтын көбөйтөт. Мындан тышкары, 5C-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, rGO/nZVI композитинин тешикчелеринин көлөмү (8,94 нм) баштапкы nZVIге караганда (2,873 нм) жогору. Бул жыйынтык Эль-Монаем жана башкалар менен дал келет. 45.
Баштапкы концентрациянын жогорулашына жараша rGO/nZVI композиттери менен баштапкы nZVI ортосундагы туруктуу токту кетирүү үчүн адсорбциялык жөндөмдүүлүктү баалоо үчүн, ар кандай баштапкы концентрациялардагы туруктуу токко ар бир адсорбенттин туруктуу дозасын (0,05 г) кошуу менен салыштыруу жүргүзүлдү. Изилденген эритме [25]. –100 мг л–1] 25°C температурада. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, rGO/nZVI композитинин кетирүү эффективдүүлүгү (94,6%) төмөнкү концентрацияда (25 мг L-1) баштапкы nZVIге (90%) караганда жогору болгон. Бирок, баштапкы концентрация 100 мг L-1ге чейин жогорулатылганда, rGO/nZVI жана ата-энелик nZVIнин кетирүү эффективдүүлүгү тиешелүүлүгүнө жараша 70% жана 65% га чейин төмөндөгөн (6А-сүрөт), бул активдүү борборлордун азайышына жана nZVI бөлүкчөлөрүнүн деградациясына байланыштуу болушу мүмкүн. Тескерисинче, rGO/nZVI туруктуу токту кетирүүнүн жогорку натыйжалуулугун көрсөттү, бул rGO менен nZVI ортосундагы синергетикалык эффектке байланыштуу болушу мүмкүн, мында адсорбция үчүн жеткиликтүү туруктуу активдүү борборлор бир топ жогору жана rGO/nZVI учурда, бүтүн nZVIге караганда көбүрөөк туруктуу ток адсорбцияланышы мүмкүн. Мындан тышкары, 6B-сүрөттө rGO/nZVI жана nZVI композиттеринин адсорбциялык кубаттуулугу тиешелүүлүгүнө жараша 9,4 мг/г дан 30 мг/г жана 9 мг/г га чейин жогорулаганы, баштапкы концентрациясынын 25–100 мг/л. -1,1ден 28,73 мг г-1 ге чейин жогорулаганы көрсөтүлгөн. Ошондуктан, туруктуу токту кетирүү ылдамдыгы баштапкы туруктуу токтун концентрациясы менен терс корреляцияланган, бул ар бир адсорбент тарабынан эритмедеги туруктуу токту адсорбциялоо жана кетирүү үчүн колдоого алынган реакция борборлорунун чектелүү санына байланыштуу болгон. Ошентип, бул жыйынтыктардан rGO/nZVI композиттеринин адсорбция жана калыбына келүү эффективдүүлүгү жогору экендиги жана rGO/nZVI курамындагы rGO адсорбент жана алып жүрүүчү материал катары колдонулушу мүмкүн экендиги жөнүндө тыянак чыгарууга болот.
rGO/nZVI жана nZVI композиттеринин адсорбциялык жөндөмдүүлүгү жана туруктуу токту адсорбциялоо жөндөмдүүлүгү (A, B) [Co = 25 мг л-1–100 мг л-1, T = 25 °C, дозасы = 0,05 г], рН болгон. rGO/nZVI композиттеринин адсорбциялык жөндөмдүүлүгү жана туруктуу токту адсорбциялоо натыйжалуулугу боюнча (C) [Co = 50 мг л–1, рН = 3–11, T = 25 °C, дозасы = 0,05 г] болгон.
Эритменин рН мааниси адсорбция процесстерин изилдөөдө маанилүү фактор болуп саналат, анткени ал адсорбенттин иондоштуруу, түрлөштүрүү жана иондоштуруу даражасына таасир этет. Эксперимент 25°C температурада туруктуу адсорбент дозасы (0,05 г) жана рН диапазонунда (3–11) 50 мг L-1 баштапкы концентрациясы менен жүргүзүлдү. Адабиятка сереп салууга ылайык46, ТК - бул ар кандай рН деңгээлдеринде бир нече иондоштурулуучу функционалдык топтору (фенолдор, амин топтору, спирттер) бар амфифилдик молекула. Натыйжада, туруктуу токтун ар кандай функциялары жана rGO/nZVI композитинин бетиндеги тиешелүү структуралар электростатикалык түрдө өз ара аракеттениши мүмкүн жана катиондор, цвиттериондор жана аниондор катары болушу мүмкүн, туруктуу ток молекуласы рН < 3.3 болгондо катиондук (DCH3+), цвиттериондук (DCH20) 3.3 < рН < 7.7 жана аниондук (DCH− же DC2−) катары рН 7.7 болгондо болот. Натыйжада, туруктуу токтун ар кандай функциялары жана rGO/nZVI композитинин бетиндеги тиешелүү структуралар электростатикалык түрдө өз ара аракеттениши мүмкүн жана катиондор, цвиттериондор жана аниондор катары болушу мүмкүн, туруктуу ток молекуласы рН < 3.3 болгондо катиондук (DCH3+), цвиттериондук (DCH20) 3.3 < рН < 7.7 жана аниондук (DCH- же DC2-) катары рН 7.7 болгондо болот. Натыйжада ар түрдүү функцияларды DK жана связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI мүмкүн взаимодействовать электростатические жана мүмкүн существовать в виде катионов, цвиттер-ионов жана анионов, вываться катионов, молекула ДК сущирующие в DK3. 3,3, цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 жана анионный (DCH- же DC2-) жана pH 7,7. Натыйжада, rGO/nZVI композитинин бетиндеги туруктуу токтун жана ага байланыштуу түзүлүштөрдүн ар кандай функциялары электростатикалык түрдө өз ара аракеттениши мүмкүн жана катиондор, цвиттериондор жана аниондор түрүндө болушу мүмкүн; туруктуу ток молекуласы рН < 3.3 болгондо катион (DCH3+); иондук (DCH20) 3.3 < рН < 7.7 жана аниондук (DCH- же DC2-) рН 7.7 болгондо болот.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 时以阳离子(DCH3+) PH 7.7.因此 ， dc 的 种 功能 和 和 和 和 和 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 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 функции DK и родственных имструктур на поверхности композита rGO/nZVI мүмкүн вступать в электростатические взаимодействия жана существовать в виде катионов, цвиттер-ионов жана анионов, а молекулярдык катионов. < 3,3. Ошондуктан, rGO/nZVI композитинин бетиндеги туруктуу токтун жана ага байланыштуу түзүлүштөрдүн ар кандай функциялары электростатикалык өз ара аракеттенүүгө кирип, катиондор, цвиттериондор жана аниондор түрүндө болушу мүмкүн, ал эми туруктуу токтун молекулалары рН < 3.3 болгондо катиондук (DCH3+) болот. Он существует в виде цвиттер-ион (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 жана аниона (DCH- же DC2-) жана pH 7,7. Ал 3,3 < рН < 7,7де цвиттерион (DCH20) жана рН 7,7де анион (DCH- же DC2-) катары бар.рН 3төн 7ге чейин жогорулаган сайын, туруктуу токту кетирүүнүн адсорбциялык жөндөмдүүлүгү жана эффективдүүлүгү 11,2 мг/г (56%)дан 17 мг/г (85%)га чейин жогорулаган (6C-сүрөт). Бирок, рН 9га жана 11ге чейин жогорулаган сайын, адсорбциялык жөндөмдүүлүк жана кетирүүнүн эффективдүүлүгү тиешелүү түрдө 10,6 мг/г (53%)дан 6 мг/г (30%)га чейин бир аз төмөндөгөн. рН 3төн 7ге чейин жогорулаган сайын, туруктуу ток негизинен цвиттериондор түрүндө болгон, бул аларды дээрлик электростатикалык эмес тартылууга же rGO/nZVI композиттери менен түртүлүүгө, негизинен электростатикалык өз ара аракеттенүүгө алып келген. рН 8,2ден жогору көтөрүлгөн сайын, адсорбенттин бети терс заряддалган, ошондуктан адсорбциялык жөндөмдүүлүк терс заряддалган доксициклин менен адсорбенттин бетинин ортосундагы электростатикалык түртүлүүгө байланыштуу төмөндөп, азайган. Бул тенденция rGO/nZVI композиттериндеги туруктуу токтун адсорбциясы рН деңгээлине абдан көз каранды экенин көрсөтүп турат жана жыйынтыктар ошондой эле rGO/nZVI композиттери кислоталуу жана нейтралдуу шарттарда адсорбент катары ылайыктуу экенин көрсөтүп турат.
Температуранын ТКнын суу эритмесинин адсорбциясына тийгизген таасири (25–55°C) температурада жүргүзүлдү. 7А-сүрөттө ТК антибиотиктеринин rGO/nZVIге тийгизген таасиринин таасири көрсөтүлгөн, алып салуу жөндөмдүүлүгү жана адсорбция жөндөмдүүлүгү тиешелүүлүгүнө жараша 83,44% жана 13,9 мг/г дан 47% жана 7,83 мг/г га чейин жогорулаганы айдан ачык. Бул олуттуу төмөндөө ТК иондорунун жылуулук энергиясынын жогорулашынан улам болушу мүмкүн, бул десорбцияга алып келет47.
rGO/nZVI композиттериндеги CDнин алып салуу эффективдүүлүгүнө жана адсорбциялык жөндөмдүүлүгүнө температуранын таасири (A) [Co = 50 мг L–1, рН = 7, дозасы = 0,05 г], Адсорбент дозасынын CDнин алып салуу эффективдүүлүгүнө жана алып салуу эффективдүүлүгүнө баштапкы концентрациянын rGO/nSVI композитиндеги адсорбциялык жөндөмдүүлүгүнө жана DC алып салуу эффективдүүлүгүнө таасири (B) [Co = 50 мг L–1, рН = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 мг L–1, рН = 7, T = 25 °C, дозасы = 0,05 г].
Композиттик адсорбент rGO/nZVI дозасын 0,01 г дан 0,07 г га чейин көбөйтүүнүн алып салуу эффективдүүлүгүнө жана адсорбциялык жөндөмдүүлүгүнө тийгизген таасири 7B-сүрөттө көрсөтүлгөн. Адсорбенттин дозасынын көбөйүшү адсорбциялык жөндөмдүүлүктүн 33,43 мг/г дан 6,74 мг/г га чейин төмөндөшүнө алып келген. Бирок, адсорбенттин дозасынын 0,01 г дан 0,07 г га чейин көбөйүшү менен алып салуу эффективдүүлүгү 66,8% дан 96% га чейин жогорулайт, бул, тиешелүүлүгүнө жараша, нанокомпозиттик беттеги активдүү борборлордун санынын көбөйүшү менен байланыштуу болушу мүмкүн.
Баштапкы концентрациянын адсорбциялык жөндөмдүүлүккө жана алып салуу натыйжалуулугуна тийгизген таасири [25–100 мг L-1, 25°C, рН 7, дозасы 0,05 г] изилденген. Баштапкы концентрация 25 мг L-1ден 100 мг L-1ге чейин жогорулатылганда, rGO/nZVI композитинин алып салуу пайызы 94,6%дан 65%га чейин төмөндөгөн (7C-сүрөт), балким, каалаган активдүү борборлордун жоктугунан улам. DC49дун чоң концентрацияларын адсорбциялайт. Башка жагынан алганда, баштапкы концентрация жогорулаган сайын, адсорбциялык жөндөмдүүлүк тең салмактуулукка жеткенге чейин 9,4 мг/гдан 30 мг/гга чейин жогорулаган (7D-сүрөт). Бул сөзсүз реакция rGO/nZVI композитинин бетине 50 жетүү үчүн баштапкы DC концентрациясы DC ионунун массалык алмашуу каршылыгынан жогору болгон кыймылдаткыч күчтүн көбөйүшүнөн улам келип чыгат.
Байланыш убактысы жана кинетикалык изилдөөлөр адсорбциянын тең салмактуулук убактысын түшүнүүгө багытталган. Биринчиден, байланыш убактысынын алгачкы 40 мүнөтүндө адсорбцияланган туруктуу токтун көлөмү бүткүл убакытта (100 мүнөт) адсорбцияланган жалпы көлөмдүн болжол менен жарымын түзгөн. Ал эми эритмедеги туруктуу токтун молекулалары кагылышып, алардын rGO/nZVI композитинин бетине тездик менен жылып, олуттуу адсорбцияга алып келет. 40 мүнөттөн кийин туруктуу токтун адсорбциясы 60 мүнөттөн кийин тең салмактуулукка жеткенге чейин акырындык менен жана жай жогорулаган (7D-сүрөт). Алгачкы 40 мүнөттүн ичинде акылга сыярлык өлчөмдө адсорбциялангандыктан, туруктуу токтун молекулалары менен кагылышуулар азыраак болот жана адсорбцияланбаган молекулалар үчүн азыраак активдүү жерлер болот. Ошондуктан, адсорбция ылдамдыгын төмөндөтүүгө болот51.
Адсорбция кинетикасын жакшыраак түшүнүү үчүн, псевдо биринчи тартиптеги (8А-сүрөт), псевдо экинчи тартиптеги (8В-сүрөт) жана Эловичтин (8С-сүрөт) кинетикалык моделдеринин сызык графиктери колдонулган. Кинетикалык изилдөөлөрдөн алынган параметрлерден (S1-таблица) псевдосекунддук модель адсорбция кинетикасын сүрөттөө үчүн эң жакшы модель экени айкын болот, мында R2 мааниси башка эки моделге караганда жогору коюлган. Эсептелген адсорбциялык кубаттуулуктардын (qe, кал) ортосунда да окшоштук бар. Псевдо-секунддук тартип жана эксперименталдык маанилер (qe, exp.) псевдо-секунддук тартип башка моделдерге караганда жакшыраак модель экендигинин дагы бир далили болуп саналат. 1-таблицада көрсөтүлгөндөй, α (баштапкы адсорбция ылдамдыгы) жана β (десорбция константасы) маанилери адсорбция ылдамдыгы десорбция ылдамдыгынан жогору экенин тастыктайт, бул туруктуу токтун rGO/nZVI52 композитинде натыйжалуу адсорбцияланууга умтулаарын көрсөтүп турат.
Псевдоэкинчи тартиптеги (A), псевдо биринчи тартиптеги (B) жана Эловичтин (C) сызыктуу адсорбциялык кинетикалык графиктери [Co = 25–100 мг л–1, рН = 7, T = 25 °C, доза = 0,05 г].
Адсорбциялык изотермаларды изилдөө ар кандай адсорбат концентрацияларында (DC) жана системанын температураларында адсорбенттин (RGO/nRVI композитинин) адсорбциялык жөндөмдүүлүгүн аныктоого жардам берет. Максималдуу адсорбциялык жөндөмдүүлүк Ленгмюр изотермасын колдонуу менен эсептелген, ал адсорбциянын бир тектүү экенин жана адсорбенттин бетинде адсорбат монокабатынын пайда болушун, алардын ортосунда өз ара аракеттенүүсүз пайда болушун көрсөткөн53. Дагы эки кеңири колдонулган изотерма модели - Фройндлих жана Темкин моделдери. Фройндлих модели адсорбциялык жөндөмдүүлүктү эсептөө үчүн колдонулбаса да, ал гетерогендик адсорбция процессин жана адсорбенттеги вакансиялардын ар кандай энергияга ээ экенин түшүнүүгө жардам берет, ал эми Темкин модели адсорбциянын физикалык жана химиялык касиеттерин түшүнүүгө жардам берет54.
9A-C сүрөттөрүндө тиешелүүлүгүнө жараша Ленгмюр, Фрейндлих жана Темкин моделдеринин сызык графиктери көрсөтүлгөн. Фрейндлих (9A-сүрөт) жана Ленгмюр (9B-сүрөт) сызык графиктеринен эсептелген жана 2-таблицада көрсөтүлгөн R2 маанилери rGO/nZVI композитиндеги туруктуу токтун адсорбциясы Фрейндлих (0,996) жана Ленгмюр (0,988) изотерма моделдерин жана Темкинди (0,985) ээрчий турганын көрсөтөт. Ленгмюр изотерма моделин колдонуу менен эсептелген максималдуу адсорбциялык кубаттуулук (qmax) 31,61 мг г-1 түзгөн. Мындан тышкары, өлчөмсүз бөлүү коэффициентинин (RL) эсептелген мааниси 0 жана 1 ортосунда (0,097), бул жагымдуу адсорбция процессин көрсөтөт. Болбосо, эсептелген Фрейндлих константасы (n = 2,756) бул абсорбция процессинин артыкчылыктуулугун көрсөтөт. Темкин изотермасынын сызыктуу моделине ылайык (9C-сүрөт), rGO/nZVI композитиндеги туруктуу токтун адсорбциясы физикалык адсорбция процесси болуп саналат, анткени b ˂ 82 кДж моль-1 (0.408)55 түзөт. Физикалык адсорбция көбүнчө алсыз ван-дер-Ваальс күчтөрү менен ишке ашса да, rGO/nZVI композиттериндеги туруктуу токтун адсорбциясы төмөн адсорбциялык энергияларды талап кылат [56, 57].
Фройндлих (A), Ленгмюр (B) жана Темкин (C) сызыктуу адсорбциялык изотермалары [Co = 25–100 мг L–1, рН = 7, T = 25 °C, доза = 0,05 г]. rGO/nZVI композиттери (D) менен туруктуу токтун адсорбциясы үчүн Вант-Хофф теңдемесинин графиги [Co = 25–100 мг л-1, рН = 7, T = 25–55 °C жана доза = 0,05 г].
rGO/nZVI композиттеринен туруктуу токту алып салууга реакция температурасынын өзгөрүшүнүн таасирин баалоо үчүн, энтропиянын өзгөрүшү (ΔS), энтальпиянын өзгөрүшү (ΔH) жана эркин энергиянын өзгөрүшү (ΔG) сыяктуу термодинамикалык параметрлер 3 жана 458 теңдемелеринен эсептелген.
мында \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – термодинамикалык тең салмактуулук константасы, Ce жана CAe – эритмедеги rGO, тиешелүүлүгүнө жараша /nZVI беттик тең салмактуулуктагы DC концентрациялары. R жана RT тиешелүүлүгүнө жараша газ константасы жана адсорбция температурасы болуп саналат. ln Ke ны 1/T га карата график түзүү ∆S жана ∆H аныктоого боло турган түз сызыкты берет (9D-сүрөт).
Терс ΔH мааниси процесстин экзотермикалык экенин көрсөтөт. Башка жагынан алганда, ΔH мааниси физикалык адсорбция процессинин ичинде. 3-таблицадагы терс ΔG маанилери адсорбциянын мүмкүн жана өзүнөн-өзү жүрүшү мүмкүн экенин көрсөтөт. ΔS терс маанилери суюктуктун интерфейсинде адсорбент молекулаларынын жогорку тартипте болушун көрсөтөт (3-таблица).
4-таблицада rGO/nZVI композити мурунку изилдөөлөрдө айтылган башка адсорбенттер менен салыштырылат. VGO/nCVI композитинин адсорбциялык жөндөмдүүлүгү жогору экени жана суудан туруктуу токтун антибиотиктерин алып салуу үчүн келечектүү материал болушу мүмкүн экени айдан ачык. Мындан тышкары, rGO/nZVI композиттерин адсорбциялоо тез процесс болуп саналат, тең салмактуулук убактысы 60 мүнөт. rGO/nZVI композиттеринин эң сонун адсорбциялык касиеттерин rGO жана nZVI синергетикалык таасири менен түшүндүрсө болот.
10A, B сүрөттөрүндө rGO/nZVI жана nZVI комплекстери тарабынан туруктуу токтун антибиотиктерин алып салуунун рационалдуу механизми көрсөтүлгөн. рНнын туруктуу токтун адсорбциясынын натыйжалуулугуна тийгизген таасири боюнча эксперименттердин жыйынтыктарына ылайык, рН 3төн 7ге чейин жогорулаганда, rGO/nZVI композитиндеги туруктуу токтун адсорбциясы электростатикалык өз ара аракеттенүүлөр менен башкарылган эмес, анткени ал цвиттерион катары иштеди; ошондуктан, рН маанисинин өзгөрүшү адсорбция процессине таасир эткен эмес. Кийинчерээк, адсорбция механизмин суутек байланышы, гидрофобдук эффекттер жана rGO/nZVI композити менен DC66 ортосундагы π-π стектөөчү өз ара аракеттенүүлөр сыяктуу электростатикалык эмес өз ара аракеттенүүлөр менен башкарууга болот. Катмарлуу графендин беттериндеги ароматтык адсорбаттардын механизми негизги кыймылдаткыч күч катары π–π стектөөчү өз ара аракеттенүүлөр менен түшүндүрүлгөнү белгилүү. Композит - π-π* өтүүсүнөн улам 233 нмде абсорбция максимуму бар графенге окшош катмарлуу материал. Туруктуу токтун адсорбатынын молекулярдык түзүлүшүндө төрт ароматтык шакекченин болушуна таянып, биз ароматтык туруктуу токтун (π-электрон акцептору) жана π-электрондорго бай аймактын RGO бетиндеги /nZVI композиттеринин ортосунда π-π-үйлөнүү өз ара аракеттенүүсүнүн механизми бар деген гипотезаны чыгардык. Мындан тышкары, 10B сүрөттө көрсөтүлгөндөй, rGO/nZVI композиттеринин Туруктуу ток менен молекулярдык өз ара аракеттенүүсүн изилдөө үчүн FTIR изилдөөлөрү жүргүзүлдү жана Туруктуу токтун адсорбциясынан кийинки rGO/nZVI композиттеринин FTIR спектрлери 10B сүрөттө көрсөтүлгөн. 10b. 2111 см-1де жаңы чоку байкалат, бул C=C байланышынын алкактык термелүүсүнө туура келет, бул 67 rGO/nZVI бетинде тиешелүү органикалык функционалдык топтордун бар экендигин көрсөтөт. Башка чокулар 1561ден 1548 см-1ге жана 1399дан 1360 см-1ге чейин жылышат, бул дагы π-π өз ара аракеттенүүлөрү графендин жана органикалык булгоочу заттардын адсорбциясында маанилүү ролду ойной тургандыгын тастыктайт68,69. Туруктуу токтун адсорбциясынан кийин, OH сыяктуу кээ бир кычкылтек камтыган топтордун интенсивдүүлүгү 3270 см-1ге чейин төмөндөгөн, бул суутек байланышы адсорбция механизмдеринин бири экенин көрсөтүп турат. Ошентип, жыйынтыктарга таянып, rGO/nZVI композитиндеги Туруктуу токтун адсорбциясы негизинен π-π катмарлашуу өз ара аракеттенүүлөрүнө жана Н-байланыштарына байланыштуу болот.
rGO/nZVI жана nZVI комплекстери менен туруктуу токтун антибиотиктеринин адсорбциясынын рационалдуу механизми (А). rGO/nZVI жана nZVIдеги туруктуу токтун FTIR адсорбция спектрлери (B).
nZVIнин 3244, 1615, 1546 жана 1011 см–1деги абсорбция тилкелеринин интенсивдүүлүгү nZVIге салыштырмалуу nZVIге туруктуу ток адсорбциясынан кийин жогорулаган (10B-сүрөт), бул туруктуу токтогу карбон кислотасынын O топторунун мүмкүн болгон функционалдык топтору менен өз ара аракеттенүүсүнө байланыштуу болушу керек. Бирок, байкалган бардык тилкелердеги өткөрүмдүүлүктүн бул төмөнкү пайызы адсорбция процессине чейинки nZVIге салыштырмалуу фитосинтетикалык адсорбенттин (nZVI) адсорбциялык эффективдүүлүгүндө олуттуу өзгөрүү жок экенин көрсөтүп турат. nZVI71 менен туруктуу токту алып салуунун айрым изилдөөлөрүнө ылайык, nZVI H2O менен реакцияга киргенде, электрондор бөлүнүп чыгат, андан кийин H+ жогорку калыбына келүүчү активдүү суутекти өндүрүү үчүн колдонулат. Акырында, кээ бир катиондук кошулмалар активдүү суутектен электрондорду кабыл алат, натыйжада -C=N жана -C=C- пайда болот, бул бензол шакекчесинин бөлүнүүсүнө байланыштуу.
Жарыяланган убактысы: 2022-жылдын 14-ноябры