Gratias tibi ago quod Nature.com invisisti. Versio navigatri quam uteris limitatam sustentationem CSS habet. Pro optima experientia, commendamus ut navigatro recentiore utaris (vel Modum Compatibilitatis in Internet Explorer debilites). Interea, ut sustentationem continuam praestemus, situm sine stylis et JavaScript reddemus.
In hoc opere, composita rGO/nZVI primum synthesizata sunt utens simplici et ecologica ratione extracto foliorum Sophorae flavescentis ut agente reducente et stabilisatore adhibito, ut principiis chemiae "viridis", ut synthesis chemica minus noxia, obtemperentur. Plura instrumenta adhibita sunt ad synthesim prosperam compositarum validandam, ut SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, et potentialis zeta, quae fabricationem prosperam compositarum indicant. Capacitas remotionis novorum compositorum et nZVI puri ad varias concentrationes initiales antibiotici doxycyclini comparata est ad effectum synergicum inter rGO et nZVI investigandum. Sub condicionibus remotionis 25mg L-1, 25°C et 0.05g, ratio remotionis adsorptivae puri nZVI 90% erat, dum ratio remotionis adsorptivae doxycyclini per compositum rGO/nZVI 94.6% attigit, confirmans nZVI et rGO... Processus adsorptionis ordini pseudo-secundo respondet et bene congruit cum modelo Freundlichiano, cuius capacitatis adsorptionis maxima est 31.61 mg g-1 ad 25°C et pH 7. Mechanismus rationabilis ad remotionem DC propositus est. Praeterea, facultas reutilisabilis compositi rGO/nZVI erat 60% post sex cyclos regenerationis continuos.
Inopia aquae et pollutio nunc gravem minam omnibus terris afferunt. Recentibus annis, pollutio aquae, praesertim pollutio antibioticorum, propter auctam productionem et consumptionem tempore pandemiae COVID-19 crevit1,2,3. Quapropter, elaboratio technologiae efficacis ad eliminationem antibioticorum ex aquis residualibus est negotium urgens.
Unum ex antibioticis semisyntheticis resistentibus e grege tetracyclinorum est doxycyclinum (DC)4,5. Relatum est residua DC in aquis subterraneis et superficialibus metabolizari non posse, tantum 20-50% metabolizantur et reliqua in ambitum emittuntur, quod gravia problemata environmentalia et valetudinis causat6.
Expositio ad DC in gradibus parvis microorganismos photosyntheticos aquaticos necare, propagationem bacteriorum antimicrobialium minari, et resistentiam antimicrobialem augere potest, ergo haec contaminatio ex aquis residuis removenda est. Degradatio naturalis DC in aqua processus tardissimus est. Processus physico-chemici, ut photolysis, biodegradatio et adsorptio, degradari possunt tantum in concentrationibus parvis et ratibus perquam infimis7,8. Attamen, methodus oeconomicissima, simplicissima, amica ambienti, facilis ad tractandum et efficacissima est adsorptio9,10.
Ferrum nanovalens zero (nZVI) est materia potentissima quae multa antibiotica ex aqua removere potest, inter quae metronidazolum, diazepamum, ciprofloxacinum, chloramphenicolum, et tetracyclinum. Haec facultas debetur proprietatibus miris quas nZVI habet, ut magna reactivitate, magna area superficiali, et numerosis locis ligationis externis11. Attamen nZVI pronum est ad aggregationem in mediis aquosis propter vires van der Wells et proprietates magneticas altas, quae efficaciam eius in removendis contaminantibus minuit propter formationem stratorum oxidi quae reactivitatem nZVI inhibent10,12. Agglomeratio particularum nZVI reduci potest modificando superficies earum cum surfactantibus et polymeris vel combinando eas cum aliis nanomateriis in forma compositorum, quod probatum est esse modum viabilem ad stabilitatem earum in ambitu emendandam13,14.
Graphenum est nanomateria carbonica bidimensionalis, constans ex atomis carbonici sp2-hybridatis in reticulo faviformi dispositis. Amplam superficiem, significantem firmitatem mechanicam, excellentem actionem electrocatalyticam, magnam conductivitatem thermalem, celerem mobilitatem electronicam, et materiam vectorem idoneam ad nanoparticulas inorganicas in superficie sua sustentandas habet. Combinatio nanoparticularum metallicarum et grapheni utilitates singulares cuiusque materiae magnopere superare potest et, propter proprietates physicas et chemicas superiores, distributionem optimam nanoparticularum ad purificationem aquae efficaciorem praebet.
Extracta plantarum optima alternativa sunt agentibus chemicis noxiis reducentibus, quae vulgo in synthesi oxidi grapheni reducti (rGO) et nZVI adhibentur, quia praesto sunt, vili pretio, uno gradu progrediuntur, tuta sunt pro ambitu, et ut agentes reducentes adhiberi possunt. Haec extracta, sicut flavonoida et composita phenolica, etiam ut stabilisator fungitur. Ergo, extractum foliorum Atriplex halimus L. ut agens reparans et claudens ad synthesim compositorum rGO/nZVI in hoc studio adhibitum est. Atriplex halimus e familia Amaranthaceae frutex perennis nitrogenium amans est cum lata distributione geographica16.
Secundum litteras praesto, *Atriplex halimus* (*A. halimus*) primum ad composita rGO/nZVI facienda adhibitus est, methodus synthesis oeconomica et ecologica. Itaque, propositum huius operis quattuor partes continet: (1) phytosynthesis compositarum rGO/nZVI et nZVI parentalis utens extracto foliorum aquaticorum *A. halimi*, (2) characterizatio compositarum phytosynthesizatarum utens multis methodis ad confirmandam fabricationem prosperam eorum, (3) studium effectus synergici rGO et nZVI in adsorptione et remotione contaminantium organicorum antibioticorum doxycyclinorum sub diversis parametris reactionis, optimizatio condicionum processus adsorptionis, (3) investigatio materiarum compositarum in variis curationibus continuis post cyclum processus.
Doxycyclini hydrochloridum (DC, MM = 480.90, formula chemica C22H24N2O·HCl, 98%), ferri chloridum hexahydricum (FeCl3.6H2O, 97%), pulvis graphiti a Sigma-Aldrich, USA, emptum est. Natrii hydroxidum (NaOH, 97%), ethanol (C2H5OH, 99.9%) et acidum hydrochloricum (HCl, 37%) a Merck, USA, empta sunt. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 et MgCl2 a Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. empta sunt. Omnia reagentia altae puritatis analyticae sunt. Aqua bis distillata ad omnes solutiones aquosas praeparandas adhibita est.
Exemplaria repraesentativa *A. halimi* ex naturali habitaculo suo in Delta Nili et terris secundum litus Mediterraneum Aegypti collecta sunt. Materia plantarum secundum normas nationales et internationales pertinentes collecta est17. Professor Manal Fawzi exempla plantarum secundum Boulos18 identificavit, et Departmentum Scientiarum Ambientalium Universitatis Alexandrinae collectionem specierum plantarum investigatarum ad usus scientificos auctorizat. Tesserae exemplorum in Herbario Universitatis Tanta (TANE) servantur, tesseris numeris 14 122-14 127, herbario publico quod aditum ad materiam depositam praebet. Praeterea, ad pulverem vel sordes removendas, folia plantae in frusta parva secanda, ter aqua fontana et destillata abluenda, deinde ad 50°C siccanda sunt. Planta contusa est, 5 g pulveris subtilis in 100 ml aquae destillatae immersa et ad 70°C per 20 minuta agitata est ad extractum obtinendum. Extractum *Bacilli nicotianae* obtentum per chartam filtratoriam Whatman filtratum et in tubulis mundis et sterilibus ad 4°C ad usum ulteriorem conservatum est.
Ut in Figura 1 demonstratur, GO ex pulvere graphiti per methodum Hummers modificatam factum est. 10 mg pulveris GO in 50 ml aquae deionizatae per 30 min sub sonicatione dispersa sunt, deinde 0.9 g FeCl3 et 2.9 g NaAc per 60 min mixta sunt. 20 ml extracti folii atriplex solutioni agitatae sub agitatione additi sunt et ad 80°C per 8 horas relicti. Suspensio nigra inde orta percolata est. Nanocomposita praeparata ethanolo et aqua bidistilata lavata sunt, deinde in furno vacuo ad 50°C per 12 horas siccata.
Schemata photographica et digitalia synthesis viridis complexorum rGO/nZVI et nZVI necnon remotionis antibioticorum DC ex aqua contaminata extracto Atriplex halimi utens.
Breviter, ut in Figura 1 demonstratur, 10 ml solutionis ferri chloridi continentis 0.05 M iones Fe3+ guttatim ad 20 ml solutionis extracti folii amari per 60 minuta cum moderata calefactione et agitatione addita est, deinde solutio ad 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) per 15 minuta centrifugata est, ut particulae nigrae obtinerentur, quae deinde ter cum ethanolo et aqua destillata lavatae et deinde in furno vacuo ad 60° C per noctem siccatae sunt.
Composita rGO/nZVI et nZVI a plantis synthesizata spectroscopia UV-visibili (spectrophotometra UV/Vis seriei T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) in spatio longitudinis undarum 200-800 nm descripta sunt. Ad topographiam et distributionem magnitudinis compositorum rGO/nZVI et nZVI analysandam, spectroscopia TEM (JOEL, JEM-2100F, Iaponia, tensio accelerans 200 kV) adhibita est. Ad greges functionales qui in extractis plantarum implicari possunt, qui processum recuperationis et stabilizationis efficiunt, aestimandos, spectroscopia FT-IR (spectrometrum JASCO in spatio 4000-600 cm-1) peracta est. Praeterea, analysator potentialis zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) adhibitus est ad investigandam caricam superficialem nanomateriarum synthesizatarum. Ad mensuras diffractionis radiorum X nanomateriarum pulverulentarum, diffractometrum radiorum X (X'PERT PRO, Nederlandia) adhibitum est, operans sub currenti (40 mA), tensione (45 kV) in ambitu 2θ ab 20° ad 80° et radiatione CuKa1 (\(\lambda =\) 1.54056 Ao). Spectrometrum radiorum X dispersionis energiae (EDX) (exemplar JEOL JSM-IT100) curavit ut compositionem elementorum studeret cum radios X monochromaticos AlK-α ab -10 ad 1350 eV in XPS, magnitudine maculae 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) colligerentur; energia transmissionis totius spectri est 200 eV et spectri angusti est 50 eV. Exemplum pulveris in receptaculum exemplaris premitur, quod in camera vacui ponitur. Spectrum C1s ut referentia ad 284.58 eV adhibitum est ad energiam ligationis determinandam.
Experimenta adsorptionis peracta sunt ad efficaciam nanocompositorum rGO/nZVI synthetizatorum in removendo doxycyclino (DC) ex solutionibus aquosis explorandam. Experimenta adsorptionis in vasculis Erlenmeyer 25 ml cum celeritate agitationis 200 rpm in agitatore orbitali (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) ad 298 K peracta sunt. Solutio stock DC (1000 ppm) cum aqua bidistilata diluta est. Ad effectum dosis rGO/nSVI in efficaciam adsorptionis aestimandum, nanocomposita diversorum ponderum (0.01–0.07 g) ad 20 ml solutionis DC addita sunt. Ad cineticam et isothermas adsorptionis studendas, 0.05 g adsorbentis in solutionem aquosam CD cum concentratione initiali (25–100 mg L–1) immersa sunt. Effectus pH in remotionem DC investigatus est ad pH (3-11) et concentratione initiali 50 mg L-1 ad 25°C. pH systematis adaptatur addendo parvam quantitatem solutionis HCl vel NaOH (pH-metrum Crison, pH-metrum, pH 25). Praeterea, influxus temperaturae reactionis in experimenta adsorptionis in intervallo 25-55°C investigatus est. Effectus roboris ionici in processum adsorptionis investigatus est addendo varias concentrationes NaCl (0.01-4 mol L-1) ad concentrationem initialem DC 50 mg L-1, pH 3 et 7, 25°C, et dosem adsorbentis 0.05 g. Adsorptio dendriticarum non adsorptarum mensurata est spectrophotometro UV-Vis duplicis radiorum (series T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) instructo cuvetis quartzīs longitudinis semitae 1.0 cm ad longitudines undarum maximas (λmax) 270 et 350 nm. Percentatio remotionis antibioticorum dendriticarum (R%; Aeq. 1) et quantitas adsorptionis dendriticarum, qt, Aeq. 2 (mg/g) mensuratae sunt hac aequatione.
ubi %R est capacitas remotionis DC (%), Co est concentratio DC initialis tempore 0, et C est concentratio DC tempore t, respective (mg L-1).
ubi qe est quantitas DC adsorptae per unitatem massae adsorbentis (mg g⁻¹), Co et Ce sunt concentrationes tempore zero et in aequilibrio, respective (mg l⁻¹), V est volumen solutionis (l), et m est massa reagens adsorptionis (g).
Imagines SEM (Fig. 2A-C) morphologiam lamellarem compositi rGO/nZVI cum nanoparticulis ferreis sphaericis uniformiter in superficie dispersis ostendunt, quod adhaesionem prosperam nanoparticulorum nZVI superficiei rGO indicat. Praeterea, nonnullae rugae in folio rGO apparent, quae remotionem gregum oxygenium continentium simul cum restitutione GO *A. halimi* confirmant. Hae magnae rugae ut loca activae onerationis nanoparticulorum ferreorum funguntur. Imagines nZVI (Fig. 2D-F) demonstraverunt nanoparticulas ferreas sphaericas valde dispersas esse nec aggregatas, quod propter naturam obducentis componentium botanicorum extracti plantae fit. Magnitudo particularum intra 15-26 nm variabat. Attamen, nonnullae regiones morphologiam mesoporosam cum structura tumorum et cavitatum habent, quae capacitatem adsorptionis magnam et efficientem nZVI praebere potest, cum possibilitatem captandi moleculas DC in superficie nZVI augere possint. Cum extractum Rosae Damascenae ad synthesim nZVI adhibitum est, nanoparticulae obtentae inhomogeneae erant, cum inanibus et formis diversis, quae earum efficaciam in adsorptione Cr(VI) minuerunt et tempus reactionis auxerunt [23]. Resultata congruunt cum nZVI synthesizato ex foliis quercus et mori, quae plerumque sunt nanoparticulae sphaericae variis magnitudinibus nanometricis sine agglomeratione manifesta.
Imagines SEM compositorum rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) et exemplaria EDX compositorum nZVI/rGO (G) et nZVI (H).
Compositio elementorum rGO/nZVI et compositorum nZVI e plantis synthetizatorum per EDX investigata est (Fig. 2G, H). Studia ostendunt nZVI ex carbone (38.29% per massam), oxygenio (47.41% per massam) et ferro (11.84% per massam) compositum esse, sed alia elementa, ut phosphorus24, etiam praesentes esse, quae ex extractis plantarum obtineri possunt. Praeterea, alta proportio carbonii et oxygenii debetur praesentiae phytochemicorum ex extractis plantarum in exemplaribus subterraneis nZVI. Haec elementa aequaliter in rGO distributa sunt, sed in rationibus diversis: C (39.16% ponderis), O (46.98% ponderis) et Fe (10.99% ponderis). EDX rGO/nZVI etiam praesentiam aliorum elementorum ostendit, ut S, quae cum extractis plantarum associari possunt, adhibita. Proportio C:O et contentum ferri in composito rGO/nZVI *A. halimum* utens multo melior est quam extracto foliorum eucalypti, cum compositionem C (23.44% ponderis), O (68.29% ponderis) et Fe (8.27% ponderis) describit. 25. Nataša et al., 2022, similem compositionem elementorum nZVI ex foliis quercus et mori synthesizati rettulerunt et confirmaverunt greges polyphenolos aliasque moleculas in extracto foliorum contentas pro processu reductionis responsabiles esse.
Morphologia nZVI in plantis synthesizati (Fig. S2A,B) sphaerica et partim irregularis erat, magnitudine particularum media 23.09 ± 3.54 nm, tamen aggregata catenarum propter vires van der Waals et ferromagnetismum observata sunt. Haec forma particularum praesertim granulosa et sphaerica bene congruit cum resultatibus SEM. Similis observatio inventa est ab Abdelfatah et al. anno 2021 cum extractum foliorum ricini in synthesi nZVI11 adhibitum est. NPs extracti foliorum Ruelae tuberosae ut agens reducens in nZVI adhibitae etiam formam sphaericam habent diametro 20 ad 40 nm26.
Imagines TEM compositae hybridae rGO/nZVI (Fig. S2C-D) demonstraverunt rGO planum basale cum plicis et rugis marginalibus, loca multiplicia onerandi pro nanoparticulis nZVI praebentes; haec morphologia lamellaris etiam fabricationem prosperam rGO confirmat. Praeterea, nanoparticulae nZVI formam sphaericam habent cum magnitudinibus particularum ab 5.32 ad 27 nm et in strato rGO cum dispersione fere uniformi inclusae sunt. Extractum foliorum eucalypti ad synthesizandum Fe NPs/rGO adhibitum est; Resultata TEM etiam confirmaverunt rugas in strato rGO dispersionem Fe NPs magis quam purae Fe NPs emendasse et reactivitatem compositarum auxisse. Similia resultata a Bagheri et al. 28 consecuti sunt cum compositum fabricatum est utens technicis ultrasonicis cum magnitudine media nanoparticularum ferrearum circiter 17.70 nm.
Spectra FTIR A. halimi, nZVI, GO, rGO, et compositorum rGO/nZVI in Figuris 3A monstrantur. Praesentia coetuum functionalium superficialium in foliis A. halimi apparet ad 3336 cm⁻¹, quod polyphenolis respondet, et 1244 cm⁻¹, quod coetibus carbonylicis a proteino productis respondet. Alia coetus, ut alcani ad 2918 cm⁻¹, alkeni ad 1647 cm⁻¹ et extensiones CO-O-CO ad 1030 cm⁻¹, etiam observati sunt, praesentiam componentium plantarum suggerentes quae ut agentes obturantes funguntur et pro recuperatione a Fe2⁺ ad Fe0 et GO ad rGO2⁻⁹ responsabiles sunt. In genere, spectra nZVI eosdem apices absorptionis ostendunt ac saccharum amarum, sed cum positione paulum translata. Fascia intensa apparet apud 3244 cm⁻¹ cum vibrationibus extensionis OH (phenolis) coniuncta, cacumen apud 1615 C=C respondet, et fasciae apud 1546 et 1011 cm⁻¹ propter extensionem C=O (polyphenolis et flavonoidis) oriuntur, greges CN aminarum aromaticarum et aminarum aliphaticarum etiam apud 1310 cm⁻¹ et 1190 cm⁻¹ respective observati sunt. Spectrum FTIR GO praesentiam multorum gregum oxygenium continentium altae intensitatis ostendit, inter quos fascia extensionis alkoxy (CO) apud 1041 cm⁻¹, fascia extensionis epoxy (CO) apud 1291 cm⁻¹, extensionem C=O. Apparuerunt fascia vibrationum extensionis C=C ad 1619 cm⁻¹, fascia ad 1708 cm⁻¹, et lata fascia vibrationum extensionis gregis OH ad 3384 cm⁻¹, quod confirmatur methodo Hummeriana emendata, quae feliciter oxidat processum graphiti. Cum composita rGO et rGO/nZVI cum spectris GO comparantur, intensitas quarundam gregum oxygenium continentium, ut OH ad 3270 cm⁻¹, significanter reducitur, dum alia, ut C=O ad 1729 cm⁻¹, omnino reducta sunt. [Evanuerunt], quod indicat prosperam remotionem gregum functionalium oxygenium continentium in GO per extractum A. halimi. Novae acutae cacumina characteristica rGO ad tensionem C=C observantur circa 1560 et 1405 cm⁻¹, quod confirmat reductionem GO ad rGO. Variationes ab 1043 ad 1015 cm⁻¹ et ab 982 ad 918 cm⁻¹ observatae sunt, fortasse ob inclusionem materiae plantarum31,32. Weng et al., 2018 etiam attenuationem significantem gregum functionalium oxygenatorum in GO observaverunt, formationem prosperam rGO per bioreductionem confirmantes, cum extracta foliorum eucalypti, quae ad synthesizanda composita oxidi ferri grapheni reducti adhibita sunt, spectra FTIR propius gregum functionalium componentium plantarum ostenderunt.33.
A. Spectrum FTIR gallii, nZVI, rGO, GO, compositi rGO/nZVI (A). Radiographia composita rGO, GO, nZVI et rGO/nZVI (B).
Formatio compositorum rGO/nZVI et nZVI plerumque confirmata est per diffractionis radiorum X (Fig. 3B). Cacumen Fe0 altae intensitatis observatum est ad 2Ɵ 44.5°, indicem (110) respondens (JCPDS no. 06-0696)11. Alius cacumen ad 35.1° plani (311) magnetiti Fe3O4 attribuitur, 63.2° fortasse cum indice Miller plani (440) coniungitur propter praesentiam ϒ-FeOOH (JCPDS no. 17-0536)34. Diagramma radiorum X GO cacumen acutum ad 2Ɵ 10.3° et alterum cacumen ad 21.1° ostendit, exfoliationem completam graphiti indicans et praesentiam gregum oxygenium continentium in superficie GO35 illustrans. Exemplaria composita rGO et rGO/nZVI evanescentiam apicum GO characteristicorum et formationem apicum rGO latorum ad 2Ɵ 22.17 et 24.7° pro compositis rGO et rGO/nZVI respective demonstraverunt, quod recuperationem prosperam GO per extracta plantarum confirmavit. Attamen, in exemplo composito rGO/nZVI, apices additionales cum plano reticuli Fe₀₀ (110) et bcc Fe₀₀ (200) coniuncti ad 44.9° et 65.22° respective observati sunt.
Potentia zeta est potentia inter stratum ionicum superficiei particulae adhaerens et solutionem aquosam, quae proprietates electrostaticas materiae determinat et stabilitatem eius metitur37. Analysis potentialis zeta compositorum nZVI, GO, et rGO/nZVI a plantis synthetizatorum stabilitatem eorum demonstravit propter praesentiam onerum negativarum -20.8, -22, et -27.4 mV, respective, in superficie earum, ut in Figura S1A-C demonstratur. Talia eventa congruunt cum pluribus relationibus quae mentionem faciunt solutiones continentes particulas cum valoribus potentialis zeta minoribus quam -25 mV plerumque gradum altum stabilitatis ostendere propter repulsionem electrostaticam inter has particulas. Combinatio rGO et nZVI permittit composito plures oneres negativas acquirere et ita stabilitatem maiorem habet quam vel GO vel nZVI solum. Ergo, phaenomenon repulsionis electrostaticae ad formationem compositorum rGO/nZVI39 stabilium ducet. Superficies negativa GO permittit ut aequaliter dispergatur in medio aquoso sine agglomeratione, quod condiciones favorabiles ad interactionem cum nZVI creat. Negativa onus fortasse cum praesentia diversorum gregum functionalium in extracto melonis amari coniungitur, quod etiam interactionem inter GO et praecursores ferri et extractum plantae ad formandum rGO et nZVI respective, et complexum rGO/nZVI, confirmat. Haec composita plantarum etiam ut agentes operculantes fungi possunt, cum aggregationem nanoparticularum resultantium impediant et sic earum stabilitatem augent40.
Compositio elementorum et status valentiae compositorum nZVI et rGO/nZVI per XPS determinati sunt (Fig. 4). Studium XPS totum demonstravit compositum rGO/nZVI praecipue ex elementis C, O, et Fe constare, quod congruit cum mappatione EDS (Fig. 4F–H). Spectrum C1s tribus cacuminibus constat ad 284.59 eV, 286.21 eV et 288.21 eV, qui CC, CO et C=O respective repraesentant. Spectrum O1s in tres cacumina divisum est, inter quae 531.17 eV, 532.97 eV, et 535.45 eV, quae gregibus O=CO, CO, et NO respective assignata sunt. Attamen cacumina ad 710.43, 714.57 et 724.79 eV ad Fe2p3/2, Fe+3 et Fep1/2 respective referuntur. Spectra XPS nZVI (Fig. 4C-E) cacumina elementorum C, O, et Fe ostenderunt. Cacumina ad 284.77, 286.25, et 287.62 eV praesentiam mixturarum ferri-carbonis confirmant, cum ad CC, C-OH, et CO respective referantur. Spectrum O1s tribus cacuminibus C–O/ferri carbonatis (531.19 eV), hydroxyli radicalis (532.4 eV) et O–C=O (533.47 eV) respondebat. Cacumen ad 719.6 Fe0 attribuitur, dum FeOOH cacumina ad 717.3 et 723.7 eV ostendit; praeterea, cacumen ad 725.8 eV praesentiam Fe2O3 indicat.
Studia XPS compositorum nZVI et rGO/nZVI, respective (A, B). Spectra completa compositorum nZVI C1s (C), Fe2p (D), et O1s (E) necnon rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), et O1s (H).
Isotherma adsorptionis/desorptionis N₂ (Fig. 5A, B) demonstrat composita nZVI et rGO/nZVI ad typum II pertinere. Praeterea, area superficialis specifica (SBET) nZVI ab 47.4549 ad 152.52 m²/g post excaecationem cum rGO aucta est. Hoc resultat explicari potest diminutione proprietatum magneticarum nZVI post excaecationem cum rGO, ita aggregationem particularum minuens et aream superficialem compositarum augens. Accedit quod, ut in Fig. 5C demonstratur, volumen pororum (8.94 nm) compositi rGO/nZVI maius est quam volumen nZVI originalis (2.873 nm). Hoc resultat congruit cum El-Monaem et al. 45.
Ad facultatem adsorptionis removendi DC inter composita rGO/nZVI et nZVI originale, pro incremento concentrationis initialis, aestimandam, comparatio facta est addendo dosem constantem cuiusque adsorbentis (0.05 g) ad DC variis concentrationibus initialibus. Solutio investigata [25]. –100 mg l–1] ad 25°C. Resultata demonstraverunt efficaciam removendi (94.6%) compositi rGO/nZVI maiorem fuisse quam nZVI originalis (90%) ad concentrationem inferiorem (25 mg L-1). Attamen, cum concentratio initialis ad 100 mg L-1 aucta est, efficacia removendi rGO/nZVI et nZVI parentalis ad 70% et 65% respective decrevit (Figura 6A), quod fortasse ob pauciores locos activos et degradationem particularum nZVI esse potest. Contra, rGO/nZVI maiorem efficaciam remotionis DC demonstravit, quod fortasse ob effectum synergicum inter rGO et nZVI debetur, in quibus loca activa stabilia ad adsorptionem praesto multo maiora sunt, et in casu rGO/nZVI, plus DC adsorbi potest quam nZVI intactum. Praeterea, in figura 6B apparet capacitatem adsorptionis compositorum rGO/nZVI et nZVI auctam esse ab 9.4 mg/g ad 30 mg/g et 9 mg/g respective, cum incremento concentrationis initialis ab 25-100 mg/L -1.1 ad 28.73 mg g-1. Ergo, proportio remotionis DC negative correlata erat cum concentratione DC initiali, quod ob numerum limitatum centrorum reactionis ab unoquoque adsorbente sustentatorum ad adsorptionem et remotionem DC in solutione erat. Ergo, ex his eventibus concludi potest composita rGO/nZVI maiorem adsorptionis et reductionis efficacitatem habere, et rGO in compositione rGO/nZVI et ut adsorbens et ut materia vectoria adhiberi posse.
Efficientia remotionis et facultas adsorptionis DC pro composito rGO/nZVI et nZVI erant (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, dosis = 0.05 g], pH in capacitate adsorptionis et efficientia remotionis DC in compositis rGO/nZVI (C) [Co = 50 mg L-1, pH = 3–11, T = 25°C, dosis = 0.05 g].
pH solutionis factor criticus est in studio processuum adsorptionis, cum gradum ionizationis, speciei, et ionizationis adsorbentis afficiat. Experimentum peractum est ad 25°C cum dosi adsorbentis constanti (0.05 g) et concentratione initiali 50 mg L-1 in ambitu pH (3-11). Secundum recensionem litterarum46, DC est molecula amphiphilica cum pluribus gregibus functionalibus ionizabilibus (phenolis, gregibus amino, alcoholibus) in variis gradibus pH. Propterea, variae functiones compositorum dendriti (DC) et structurae affines in superficie compositi rGO/nZVI electrostatice interagere possunt et ut cationes, zwitteriona, et aniones existere possunt; molecula DC ut cationica (DCH3+) ad pH < 3.3, zwitterionica (DCH20) 3.3 < pH < 7.7, et anionica (DCH− vel DC2−) ad pH 7.7 existit. Propterea, variae functiones acidi dendritici (DC) et structurae affines in superficie compositi rGO/nZVI electrostatice interagere possunt et ut cationes, zwitteriona, et aniones existere possunt; molecula DC ut cationica (DCH3+) ad pH < 3.3, zwitterionica (DCH20) 3.3 < pH < 7.7, et anionica (DCH- vel DC2-) ad pH 7.7 existit. результате различные ункции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI магуто взвать лектростатически и могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов; (DCH3+) при рН < 3,3, цвиттер-ионный (DCH20) 3,3
Effectus temperaturae in adsorptionem solutionis aquosae DC ad (25–55°C) peractus est. Figura 7A effectum augmenti temperaturae in efficaciam remotionis antibioticorum DC in rGO/nZVI ostendit; manifestum est capacitatem remotionis et capacitatem adsorptionis ab 83.44% et 13.9 mg/g ad 47% et 7.83 mg/g respective auctas esse. Haec significantis diminutio fortasse ob augmentum energiae thermalis ionum DC, quod ad desorptionem ducit,47.
Effectus Temperaturae in Efficientiam Remotionis et Capacitatem Adsorptionis CD in Compositis rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dosis = 0.05 g], Dosis Adsorbentis in Efficientiam Remotionis et Efficientiam Remotionis CD. Effectus Concentrationis Initialis in Capacitatem Adsorptionis et Efficientiam Remotionis DC in Composito 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].
Effectus auctae dosis adsorbentis compositi rGO/nZVI ab 0.01 g ad 0.07 g in efficaciam remotionis et capacitatem adsorptionis in Figura 7B ostenditur. Incrementum dosis adsorbentis ad diminutionem capacitatis adsorptionis ab 33.43 mg/g ad 6.74 mg/g duxit. Attamen, cum incremento dosis adsorbentis ab 0.01 g ad 0.07 g, efficacia remotionis ab 66.8% ad 96% augetur, quod, proinde, cum incremento numeri centrorum activorum in superficie nanocompositi coniungi potest.
Effectus concentrationis initialis in capacitatem adsorptionis et efficaciam remotionis [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, dosis 0.05 g] investigatus est. Cum concentratio initialis a 25 mg L-1 ad 100 mg L-1 aucta est, proportio remotionis compositi rGO/nZVI a 94.6% ad 65% decrevit (Fig. 7C), probabiliter propter absentiam locorum activorum desideratorum. Magnas concentrationes DC49 adsorbet. Ex altera parte, cum concentratio initialis augebatur, capacitas adsorptionis etiam a 9.4 mg/g ad 30 mg/g crevit donec aequilibrium perventum est (Fig. 7D). Haec inevitabilis reactio debetur incremento vis impulsivae cum concentratione DC initiali maiore quam resistentia translationis massae ionis DC ad superficiem 50 compositi rGO/nZVI perveniendam.
Studia temporis contactus et cinetica tempus aequilibrii adsorptionis intellegere student. Primo, quantitas DC adsorpta per prima 40 minuta temporis contactus circiter dimidia erat quantitatis totalis adsorptae per totum tempus (100 minuta). Dum moleculae DC in solutione collidunt, migrationem earum celerem ad superficiem compositi rGO/nZVI efficiunt, quod adsorptionem significantem efficit. Post 40 minuta, adsorptio DC gradatim et lente aucta est donec aequilibrium post 60 minuta attingebatur (Fig. 7D). Cum quantitas rationabilis intra prima 40 minuta adsorpta sit, pauciores collisiones cum moleculis DC erunt et pauciores loci activi moleculis non adsorptis praesto erunt. Ergo, ratio adsorptionis reduci potest51.
Ad melius intellegendam cineticam adsorptionis, delineationes linearum exemplorum cineticorum pseudo-primi ordinis (Fig. 8A), pseudo-secundi ordinis (Fig. 8B), et Elovich (Fig. 8C) adhibitae sunt. Ex parametris ex studiis cineticis obtentis (Tabula S1), apparet exemplum pseudo-secundum optimum esse ad describendam cineticam adsorptionis, ubi valor R2 altior quam in aliis duobus exemplis constituitur. Similitudo etiam inter capacitates adsorptionis computatas (qe, cal) invenitur. Valores pseudo-secundi ordinis et experimentales (qe, exp.) ulteriorem probationem praebent exemplum pseudo-secundi ordinis melius esse quam alia exempla. Ut in Tabula 1 demonstratur, valores α (ratio adsorptionis initialis) et β (constantis desorptionis) confirmant rationem adsorptionis altiorem esse quam rationem desorptionis, indicantes DC tendere ad adsorptionem efficaciter in composito rGO/nZVI52.
Diagrammata cinetica adsorptionis linearis pseudo-secundi ordinis (A), pseudo-primi ordinis (B) et Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25°C, dosis = 0.05 g].
Studia isothermarum adsorptionis adiuvant ad determinandam capacitatem adsorptionis adsorbentis (compositi RGO/nRVI) variis concentrationibus adsorbati (DC) et temperaturis systematis. Maxima capacitas adsorptionis calculata est utens isotherma Langmuir, quae indicavit adsorptionem homogeneam esse et formationem monostrati adsorbati in superficie adsorbentis sine interactione inter ea includere53. Alia duo exempla isothermarum late adhibita sunt exempla Freundlich et Temkin. Quamquam exemplar Freundlich non adhibetur ad calculandam capacitatem adsorptionis, adiuvat ad intellegendum processum heterogeneum adsorptionis et quod vacuitates in adsorbente diversas energias habent, dum exemplar Temkin adiuvat ad intellegendas proprietates physicas et chemicas adsorptionis54.
Figurae 9A-C delineationes linearum exemplorum Langmuir, Freindlich, et Temkin, respective, ostendunt. Valores R2 ex delineationibus linearum Freundlich (Fig. 9A) et Langmuir (Fig. 9B) computati et in Tabula 2 descripti ostendunt adsorptionem DC in composito rGO/nZVI exempla isothermarum Freundlich (0.996) et Langmuir (0.988) necnon Temkin (0.985) sequi. Capacitas maxima adsorptionis (qmax), utens exemplo isothermarum Langmuir computata, 31.61 mg g-1 erat. Praeterea, valor computatus factoris separationis adimensionalis (RL) inter 0 et 1 (0.097) est, quod processum adsorptionis favorabilem indicat. Alioquin, constans Freundlich computata (n = 2.756) praeferentiam pro hoc processu absorptionis indicat. Secundum exemplar lineare isothermae Temkin (Fig. 9C), adsorptio DC in composito rGO/nZVI est processus adsorptionis physicae, cum b sit ˂ 82 kJ mol⁻¹ (0.408)⁵⁵. Quamquam adsorptio physica plerumque viribus van der Waals debilibus mediatur, adsorptio currentis directae in compositis rGO/nZVI energias adsorptionis humiles requirit [56, 57].
Isothermae adsorptionis linearis Freundlich (A), Langmuir (B), et Temkin (C) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25°C, dosis = 0.05 g]. Delineatio aequationis van't Hoff pro adsorptione DC per composita rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg L-1, pH = 7, T = 25–55°C et dosis = 0.05 g].
Ad effectum mutationis temperaturae reactionis in remotionem DC ex compositis rGO/nZVI aestimandum, parametri thermodynamici, ut mutatio entropiae (ΔS), mutatio enthalpiae (ΔH), et mutatio energiae liberae (ΔG), ex aequationibus 3 et 458 calculati sunt.
ubi (K_{e}) = (C_{Ae}}{C_{e}}) – constans aequilibrii thermodynamici, Ce et CAe – rGO in solutione, respective /nZVI concentrationes DC ad aequilibrium superficiale. R et RT sunt constans gasis et temperatura adsorptionis, respective. Si lnKe contra 1/T describatur, linea recta (Fig. 9D) invenitur ex qua ∆S et ∆H determinari possunt.
Valor ΔH negativus indicat processum exothermicum esse. Contra, valor ΔH intra processum adsorptionis physicae est. Valores ΔG negativi in Tabula 3 indicant adsorptionem possibilem et spontaneam esse. Valores ΔS negativi ordinem altum molecularum adsorbentium ad interfaciem liquidi indicant (Tabula 3).
Tabula IV compositum rGO/nZVI cum aliis adsorbentibus in studiis prioribus relatis comparat. Patet compositum VGO/nCVI capacitatem adsorptionis magnam habere et materiam promittentem ad antibiotica DC ex aqua removenda esse posse. Praeterea, adsorptio compositorum rGO/nZVI processus celer est cum tempore aequilibrii 60 minutorum. Proprietates adsorptionis excellentes compositorum rGO/nZVI effectu synergistico rGO et nZVI explicari possunt.
Figurae 10A et B mechanismum rationalem ad remotionem antibioticorum DC per complexus rGO/nZVI et nZVI illustrant. Secundum eventus experimentorum de effectu pH in efficaciam adsorptionis DC, cum pH a 3 ad 7 auctus est, adsorptio DC in composito rGO/nZVI non per interactiones electrostaticas moderabatur, cum quasi zwitterion agebat; ergo, mutatio valoris pH processum adsorptionis non affecit. Deinde, mechanismus adsorptionis per interactiones non electrostaticas, ut nexus hydrogenii, effectus hydrophobici, et interactiones π-π stratificationis inter compositum rGO/nZVI et DC66, moderari potest. Bene notum est mechanismum adsorbatorum aromaticorum in superficiebus grapheni stratificati per interactiones stratificationis π-π ut vim principalem impulsivam explicatum esse. Compositum est materia stratificata similis grapheno cum maximo absorptionis ad 233 nm propter transitionem π-π*. Innixi praesentia quattuor anulorum aromaticorum in structura moleculari adsorbati DC, hypothesim fecimus mechanismum interactionis π-π-accumulationis inter DC aromaticum (acceptorem electronum π) et regionem π-electronibus divitem in superficie RGO. /nZVI composita. Praeterea, ut in figura 10B demonstratur, studia FTIR peracta sunt ad interactionem molecularem compositorum rGO/nZVI cum DC investigandam, et spectra FTIR compositorum rGO/nZVI post adsorptionem DC in Figura 10B.10b monstrantur. Novus apex observatur ad 2111 cm⁻¹, quod vibrationi structurae vinculi C=C respondet, quod praesentiam gregum functionalium organicorum correspondentium in superficie 67rGO/nZVI indicat. Aliae cacumina a 1561 ad 1548 cm⁻¹ et a 1399 ad 1360 cm⁻¹ transferuntur, quod etiam confirmat interactiones π-π partes magnas agere in adsorptione grapheni et polluentium organicorum68,69. Post adsorptionem DC, intensitas quorundam gregum oxygenium continentium, ut OH, ad 3270 cm⁻¹ decrevit, quod suggerit nexum hydrogenii unum e mechanismis adsorptionis esse. Ergo, secundum eventus, adsorptio DC in composito rGO/nZVI praecipue ob interactiones π-π accumulationis et nexus H fit.
Ratiocinatio adsorptionis antibioticorum dendriticarum (DC) per complexa rGO/nZVI et nZVI (A). Spectra adsorptionis FTIR dendriticarum in rGO/nZVI et nZVI (B).
Intensitas fasciarum absorptionis nZVI ad 3244, 1615, 1546, et 1011 cm–1 aucta est post adsorptionem DC in nZVI (Fig. 10B) comparata cum nZVI, quod cum interactione cum possibilibus gregibus functionalibus gregum O acidi carboxylici in DC referri debet. Attamen, haec minor proportio transmissionis in omnibus fasciis observatis nullam mutationem significantem in efficacia adsorptionis adsorbentis phytosynthetici (nZVI) comparata cum nZVI ante processum adsorptionis indicat. Secundum aliquas investigationes remotionis DC cum nZVI71, cum nZVI cum H2O reagit, electrones liberantur et deinde H+ adhibetur ad producendum hydrogenium activum valde reducibile. Denique, quaedam composita cationica electrones ab hydrogenio activo accipiunt, resultantes in -C=N et -C=C-, quod scissioni anuli benzenici attribuitur.
Tempus publicationis: XIV Novembris MMXXII