Merci fir Äre Besuch op Nature.com. D'Browserversioun, déi Dir benotzt, huet limitéiert CSS-Ënnerstëtzung. Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech, en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten). An der Zwëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, wäerte mir d'Websäit ouni Stiler a JavaScript duerstellen.
An dëser Aarbecht goufen rGO/nZVI-Kompositen fir d'éischt Kéier mat enger einfacher an ëmweltfrëndlecher Prozedur synthetiséiert, déi Sophora-gielzege Bliederextrakt als Reduktiounsmëttel a Stabilisator benotzt huet, fir de Prinzipie vun der "grénger" Chimie ze respektéieren, wéi zum Beispill manner schiedlech chemesch Synthese. Verschidde Tools goufen benotzt fir déi erfollegräich Synthese vu Kompositen ze validéieren, wéi SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR a Zeta-Potenzial, déi op eng erfollegräich Kompositfabrikatioun hiweisen. D'Entfernungskapazitéit vun den neie Kompositen a purem nZVI bei verschiddene Startkonzentratioune vum Antibiotikum Doxycyclin gouf verglach fir den synergisteschen Effekt tëscht rGO an nZVI z'ënnersichen. Ënner den Entfernungsbedingungen vun 25 mg L-1, 25 °C an 0,05 g war d'adsorptiv Entfernungsquote vu purem nZVI 90 %, während d'adsorptiv Entfernungsquote vun Doxycyclin duerch de rGO/nZVI-Komposit 94,6 % erreecht huet, wat bestätegt, datt nZVI an rGO... Den Adsorptiounsprozess entsprécht enger Pseudo-zweeter Uerdnung a stëmmt gutt mam Freundlich-Modell iwwereneen mat enger maximaler Adsorptiounskapazitéit vun 31,61 mg g-1 bei 25 °C a pH 7. E vernünftege Mechanismus fir d'Entfernung vun DC gouf virgeschloen. Zousätzlech war d'Wiederverwendbarkeet vum rGO/nZVI-Komposit no sechs hannereneen Regeneratiounszyklen 60%.
Waasserknappheet a Verschmotzung stellen elo eng eescht Bedrohung fir all Länner duer. An de leschte Joren ass d'Waasserverschmotzung, besonnesch d'Antibiotikaverschmotzung, duerch déi erhéicht Produktioun a Konsum während der COVID-19 Pandemie zougeholl1,2,3. Dofir ass d'Entwécklung vun enger effektiver Technologie fir d'Eliminatioun vun Antibiotike am Ofwaasser eng dréngend Aufgab.
Ee vun de resistente semi-syntheteschen Antibiotike aus der Tetracyclin-Grupp ass Doxycyclin (DC)4,5. Et gouf bericht, datt DC-Reschter am Grondwaasser a Surfacewaasser net metaboliséiert kënne ginn, nëmmen 20-50% metaboliséiert ginn an de Rescht an d'Ëmwelt fräigesat gëtt, wouduerch et zu eeschte Ëmwelt- a Gesondheetsproblemer féiere kann6.
Belaaschtung mat DC a geréngen Konzentratioune kann aquatesch photosynthetesch Mikroorganismen ëmbréngen, d'Verbreedung vun antimikrobiellen Bakterien menacéieren an d'antimikrobiell Resistenz erhéijen, dofir muss dëse Kontaminant aus dem Ofwaasser ewechgeholl ginn. Den natierlechen Ofbau vun DC am Waasser ass e ganz luese Prozess. Physikalesch-chemesch Prozesser wéi Photolyse, Biodegradatioun an Adsorptioun kënnen nëmmen a geréngen Konzentratiounen an zu ganz niddrege Geschwindegkeeten ofbauen7,8. Déi wirtschaftlechst, einfachst, ëmweltfrëndlechst, einfach ze handhaben an effizientst Method ass awer d'Adsorptioun9,10.
Nano-Nullvalent Eisen (nZVI) ass e ganz staarkt Material, dat vill Antibiotike aus Waasser ewechhuele kann, dorënner Metronidazol, Diazepam, Ciprofloxacin, Chloramphenicol an Tetracyclin. Dës Fäegkeet ass op déi erstaunlech Eegeschafte vum nZVI zeréckzeféieren, wéi eng héich Reaktivitéit, eng grouss Uewerfläch an eng Onmass extern Bindungsplazen11. Wéinst Van-der-Wells-Kräften an héije magnetesche Eegeschaften ass nZVI awer ufälleg fir Aggregatioun a wässerege Medien, wat seng Effizienz bei der Entfernung vu Kontaminanten reduzéiert, well Oxidschichten entstinn, déi d'Reaktivitéit vum nZVI10,12 hemmen. D'Agglomeratioun vun nZVI-Partikelen kann reduzéiert ginn, andeems hir Uewerfläche mat Tensiden a Polymeren modifizéiert ginn oder andeems se mat anere Nanomaterialien a Form vu Kompositmaterialien kombinéiert ginn, wat sech als e machbare Wee erwisen huet, fir hir Stabilitéit an der Ëmwelt ze verbesseren13,14.
Graphen ass en zweedimensionalt Kuelestoff-Nanomaterial, dat aus sp2-hybridiséierte Kuelestoffatome besteet, déi an engem Wabengitter arrangéiert sinn. Et huet eng grouss Uewerfläch, bedeitend mechanesch Stäerkt, exzellent elektrokatalytesch Aktivitéit, héich thermesch Leetfäegkeet, séier Elektronemobilitéit an e passend Trägermaterial fir anorganesch Nanopartikelen op senger Uewerfläch z'ënnerstëtzen. D'Kombinatioun vu Metall-Nanopartikelen a Graphen kann déi individuell Virdeeler vun all Material däitlech iwwerschreiden an, wéinst senge ieweschte physikaleschen a chemeschen Eegeschaften, eng optimal Verdeelung vun Nanopartikelen fir eng méi effizient Waasserbehandlung ubidden.
Planzenextrakter sinn déi bescht Alternativ zu schiedleche chemesche Reduktiounsmëttel, déi allgemeng bei der Synthese vu reduzéiertem Graphenoxid (rGO) an nZVI benotzt ginn, well se verfügbar, bëlleg, an engem Schrëtt, ëmweltfrëndlech sinn a kënnen als Reduktiounsmëttel benotzt ginn. Planze wéi Flavonoiden a Phenolverbindungen wierkt och als Stabilisator. Dofir gouf den Atriplex halimus L. Blatextrakt an dëser Studie als Reparatur- a Schliessmëttel fir d'Synthese vun rGO/nZVI-Kompositen benotzt. Atriplex halimus aus der Famill Amaranthaceae ass e Stéckstoff-léiwen Staudenstrauch mat engem breede geografesche Verbreedungsgebitt16.
Laut der verfügbarer Literatur gouf Atriplex halimus (A. halimus) fir d'éischt benotzt fir rGO/nZVI-Kompositen als wirtschaftlech an ëmweltfrëndlech Synthesemethod ze maachen. Dofir besteet d'Zil vun dëser Aarbecht aus véier Deeler: (1) Phytosynthese vun rGO/nZVI an elterlechen nZVI-Kompositen mat Hëllef vun engem aquateschen Blatextrakt vun A. halimus, (2) Charakteriséierung vu phytosynthetiséierte Kompositen mat Hëllef vu verschiddene Methoden fir hir erfollegräich Fabrikatioun ze bestätegen, (3) Studie vum synergisteschen Effekt vun rGO an nZVI bei der Adsorptioun an der Entfernung vun organesche Kontaminanten vun Doxycyclin-Antibiotike ënner verschiddene Reaktiounsparameteren, Optimiséierung vun de Konditioune vum Adsorptiounsprozess, (3) Ënnersichung vu Kompositmaterialien a verschiddene kontinuéierleche Behandlungen nom Veraarbechtungszyklus.
Doxycyclinhydrochlorid (DC, MM = 480,90, chemesch Formel C22H24N2O·HCl, 98%), Eisenchlorid-Hexahydrat (FeCl3,6H2O, 97%), Graphitpulver, kaaft vu Sigma-Aldrich, USA. Natriumhydroxid (NaOH, 97%), Ethanol (C2H5OH, 99,9%) a Salzsäure (HCl, 37%) goufen vu Merck, USA, kaaft. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 an MgCl2 goufen vun Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. kaaft. All Reagenzien hunn eng héich analytesch Rengheet. Duebeldestilléiert Waasser gouf benotzt fir all wässereg Léisungen ze preparéieren.
Representativ Exemplare vun A. halimus goufen aus hirem natierlechen Liewensraum am Nildelta a Lännereien laanscht d'Mëttelmierküst vun Egypten gesammelt. Planzematerial gouf am Aklang mat den uwendbare nationalen an internationalen Richtlinnen gesammelt17. Prof. Manal Fawzi huet Planzeexemplare no Boulos18 identifizéiert, an den Departement fir Ëmweltwëssenschaften vun der Universitéit Alexandria autoriséiert d'Sammlung vun ënnersichte Planzenaarten fir wëssenschaftlech Zwecker. Proufbongen ginn am Tanta University Herbarium (TANE) gehalen, Bongen Nr. 14 122–14 127, engem ëffentlechen Herbarium, deen Zougang zu deposéierte Materialien erméiglecht. Zousätzlech, fir Stëbs oder Dreck ze entfernen, d'Blieder vun der Planz a kleng Stécker schneiden, 3-mol mat Leitungswasser a destilléiertem Waasser spullen an dann bei 50°C dréchnen. D'Planz gouf zerquetscht, 5 g vum feine Pulver goufen an 100 ml destilléiert Waasser getippt an 20 Minutte bei 70°C geréiert fir en Extrakt ze kréien. Den extrahéierten Extrakt vu Bacillus nicotianae gouf duerch Whatman-Filterpabeier gefiltert an a propperen a steriliséierte Réier bei 4°C fir weider Benotzung gelagert.
Wéi an der Figur 1 gewisen, gouf de GO aus Graphitpulver mat der modifizéierter Hummers-Method hiergestallt. 10 mg GO-Pulver goufen 30 Minutte laang ënner Ultraschallbehandlung an 50 ml deioniséiertem Waasser dispergéiert, an duerno goufen 0,9 g FeCl3 an 2,9 g NaAc 60 Minutte laang gemëscht. 20 ml Atriplex-Blatextrakt goufen ënner Réieren an déi geréiert Léisung bäigefüügt a fir 8 Stonnen bei 80 °C stoe gelooss. Déi resultéierend schwaarz Suspension gouf gefiltert. Déi virbereet Nanokomposite goufen mat Ethanol a bidestilléiertem Waasser gewäsch an duerno 12 Stonnen an engem Vakuumuewen bei 50 °C gedréchent.
Schematesch an digital Fotoe vun der grénger Synthese vun rGO/nZVI an nZVI-Komplexer an der Entfernung vun DC-Antibiotike aus kontaminéiertem Waasser mat Hëllef vum Atriplex-Halimus-Extrakt.
Kuerz gesot, wéi an der Fig. 1 gewisen, goufen 10 ml vun enger Eisenchlorid-Léisung mat 0,05 M Fe3+-Ionen tropfenweis zu 20 ml vun enger Bitterblat-Extrakt-Léisung fir 60 Minutten ënner mëttlerer Erhëtzung a Réieren bäigefüügt, an duerno gouf d'Léisung 15 Minutte laang bei 14.000 rpm (Hermle, 15.000 rpm) zentrifugéiert, fir schwaarz Partikelen ze kréien, déi dann 3-mol mat Ethanol an destilléiertem Waasser gewäsch an dann iwwer Nuecht an engem Vakuumuewen bei 60°C gedréchent goufen.
Planzesynthetiséiert rGO/nZVI- a nZVI-Kompositmaterialien goufen duerch UV-Visibel Spektroskopie (T70/T80 Serie UV/Vis Spektrophotometer, PG Instruments Ltd, UK) am Scanberäich vun 200-800 nm charakteriséiert. Fir d'Topographie an d'Gréisstverdeelung vun den rGO/nZVI- a nZVI-Kompositmaterialien z'analyséieren, gouf TEM-Spektroskopie (JOEL, JEM-2100F, Japan, Beschleunigungsspannung 200 kV) benotzt. Fir déi funktionell Gruppen ze evaluéieren, déi a Planzenextrakter involvéiert kënne sinn, déi fir de Rekonstruktiouns- a Stabiliséierungsprozess verantwortlech sinn, gouf FT-IR-Spektroskopie duerchgefouert (JASCO Spektrometer am Beräich vun 4000-600 cm-1). Zousätzlech gouf en Zeta-Potenzialanalysator (Zetasizer Nano ZS Malvern) benotzt fir d'Uewerflächenladung vun den synthetiséierten Nanomaterialien ze studéieren. Fir d'Röntgendiffraktiounsmiessunge vu pulveriséierte Nanomaterialien gouf en Röntgendiffraktometer (X'PERT PRO, Holland) benotzt, deen mat engem Stroum (40 mA), enger Spannung (45 kV) am 2θ-Beräich vun 20° bis 80° an enger CuKa1-Stralung (\(\lambda = \) 1,54056 Ao funktionéiert. Den energiedispersive Röntgenspektrometer (EDX) (Modell JEOL JSM-IT100) war verantwortlech fir d'Elementarzesummesetzung ze studéieren, wann Al-K-α monochromatesch Röntgenstralung vun -10 bis 1350 eV op XPS, Punktgréisst 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) gesammelt gouf. D'Transmissiounsenergie vum Vollspektrum ass 200 eV an dem schmuele Spektrum ass 50 eV. D'Pulverprobe gëtt op en Proufhalter gedréckt, deen an eng Vakuumkammer placéiert gëtt. De C1s-Spektrum gouf als Referenz bei 284,58 eV benotzt fir d'Bindungsenergie ze bestëmmen.
Adsorptiounsexperimenter goufen duerchgefouert fir d'Effektivitéit vun den synthetiséierten rGO/nZVI Nanokompositen bei der Entfernung vun Doxycyclin (DC) aus wässerege Léisungen ze testen. Adsorptiounsexperimenter goufen a 25 ml Erlenmeyerkolben mat enger Schüttelgeschwindegkeet vun 200 rpm op engem Orbitalschützer (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) bei 298 K duerchgefouert. Duerch d'Verdënnung vun der DC-Stamléisung (1000 ppm) mat duebel destilléiertem Waasser. Fir den Effekt vun der rGO/nSVI-Dosis op d'Adsorptiounseffizienz ze bewäerten, goufen Nanokompositen mat verschiddene Gewiichter (0,01–0,07 g) zu 20 ml DC-Léisung bäigefüügt. Fir d'Kinetik an d'Adsorptiounsisothermen ze studéieren, goufen 0,05 g vum Adsorbens an eng wässereg Léisung vu CD mat enger initialer Konzentratioun (25–100 mg L–1) getippt. Den Effekt vum pH-Wäert op d'Entfernung vun DC gouf bei pH (3–11) an enger initialer Konzentratioun vu 50 mg L-1 bei 25°C ënnersicht. De pH-Wäert vum System gëtt ugepasst andeems eng kleng Quantitéit HCl oder NaOH-Léisung (Crison pH-Meter, pH-Meter, pH 25) bäigefüügt gëtt. Zousätzlech gouf den Afloss vun der Reaktiounstemperatur op Adsorptiounsexperimenter am Beräich vun 25-55°C ënnersicht. Den Effekt vun der Ionenstäerkt op den Adsorptiounsprozess gouf ënnersicht andeems verschidde Konzentratioune vun NaCl (0,01–4 mol L-1) bei enger initialer DC-Konzentratioun vu 50 mg L-1, pH 3 an 7), 25°C an enger Adsorbent-Dosis vun 0,05 g bäigefüügt goufen. D'Adsorptioun vun net-adsorbéiertem DC gouf mat engem Duebelstrahl-UV-Vis-Spektrophotometer (T70/T80 Serie, PG Instruments Ltd, UK) gemooss, deen mat Quarz-Kuvetten mat enger Weelängt vun 1,0 cm bei maximalen Wellelängten (λmax) vun 270 an 350 nm ausgestatt war. De Prozentsaz vun der Entfernung vun DC-Antibiotike (R%; Equatioun 1) an d'Adsorptiounsquantitéit vun DC, qt, Equatioun 2 (mg/g) goufen mat der folgender Equatioun gemooss.
wou %R d'DC-Entfernungskapazitéit ass (%), Co déi initial DC-Konzentratioun zum Zäitpunkt 0 ass, an C d'DC-Konzentratioun zum Zäitpunkt t ass, respektiv (mg L-1).
wou qe d'Quantitéit un DC ass, déi pro Masseenheet vum Adsorbens adsorbéiert gëtt (mg g-1), Co an Ce d'Konzentratioune zum Zäitpunkt Null respektiv am Gläichgewiicht sinn (mg l-1), V de Léisungsvolumen (l) ass, an m de Reagens vun der Adsorptiounsmass (g) ass.
SEM-Biller (Fig. 2A–C) weisen déi lamellar Morphologie vum rGO/nZVI-Komposit mat sphäreschen Eisen-Nanopartikelen, déi gläichméisseg op senger Uewerfläch verdeelt sinn, wat op eng erfollegräich Uschloss vun nZVI-NPs un d'rGO-Uewerfläch hiweist. Zousätzlech gëtt et e puer Falten am rGO-Blat, wat d'Entfernung vu sauerstoffhaltege Gruppen gläichzäiteg mat der Restauratioun vun A. halimus GO bestätegt. Dës grouss Falten déngen als Plazen fir aktiv Belaaschtung vun Eisen-NPs. nZVI-Biller (Fig. 2D-F) hunn gewisen, datt déi sphäresch Eisen-NPs staark verstreet waren an net aggregéiert hunn, wat op d'Beschichtungsnatur vun de botanesche Komponenten vum Planzenextrakt zréckzeféieren ass. D'Partikelgréisst variéiert tëscht 15–26 nm. Wéi och ëmmer, e puer Regiounen hunn eng mesoporös Morphologie mat enger Struktur vu Buchen an Huelraim, déi eng héich effektiv Adsorptiounskapazitéit vun nZVI kënne bidden, well se d'Méiglechkeet erhéije kënnen, DC-Moleküle op der Uewerfläch vun nZVI anzebannen. Wéi de Rosa Damascus-Extrakt fir d'Synthese vun nZVI benotzt gouf, waren déi kritt NPs inhomogen, mat Lächer a verschiddene Formen, wat hir Effizienz an der Cr(VI)-Adsorptioun reduzéiert an d'Reaktiounszäit erhéicht huet 23. D'Resultater stëmmen mat nZVI iwwereneen, dat aus Eechen- a Maulbeerblieder synthetiséiert gouf, déi haaptsächlech sphäresch Nanopartikel mat verschiddene Nanometergréissten ouni offensichtlech Agglomeratioun sinn.
SEM-Biller vun rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E)-Kompositen an EDX-Muster vun nZVI/rGO (G) an nZVI (H)-Kompositen.
D'elementar Zesummesetzung vu planzesynthetiséierten rGO/nZVI an nZVI-Kompositen gouf mat EDX ënnersicht (Fig. 2G, H). Studien weisen datt nZVI aus Kuelestoff (38,29 Masse-%), Sauerstoff (47,41 Masse-%) an Eisen (11,84 Masse-%) zesummegesat ass, awer aner Elementer wéi Phosphor24 sinn och präsent, déi aus Planzenextrakter gewonnen kënne ginn. Zousätzlech ass den héije Prozentsaz u Kuelestoff a Sauerstoff op d'Präsenz vu Phytochemikalien aus Planzenextrakter an ënnerierdesche nZVI-Prouwen zréckzeféieren. Dës Elementer sinn gläichméisseg op rGO verdeelt, awer a verschiddene Verhältnisser: C (39,16 Gew.-%), O (46,98 Gew.-%) a Fe (10,99 Gew.-%), EDX rGO/nZVI weist och d'Präsenz vun aneren Elementer wéi S, déi mat Planzenextrakter a Verbindung bruecht kënne ginn, ginn benotzt. Dat aktuellt C:O-Verhältnis an den Eisengehalt am rGO/nZVI-Komposit mat A. halimus ass vill besser wéi mat Eukalyptusbliederextrakt, well et d'Zesummesetzung vu C (23,44 Gew.-%), O (68,29 Gew.-%) a Fe (8,27 Gew.-%) charakteriséiert. 25. Nataša et al., 2022, hunn eng ähnlech elementar Zesummesetzung vun nZVI gemellt, deen aus Eechen- a Maulbeerblieder synthetiséiert gouf, a bestätegt, datt Polyphenolgruppen an aner Molekülen, déi am Bliederextrakt enthale sinn, fir de Reduktiounsprozess verantwortlech sinn.
D'Morphologie vum nZVI, deen a Planzen synthetiséiert gouf (Fig. S2A,B), war kugelfërmeg an deelweis onregelméisseg, mat enger duerchschnëttlecher Partikelgréisst vun 23,09 ± 3,54 nm, awer Kettenaggregater goufen duerch van der Waals-Kräften a Ferromagnetismus observéiert. Dës iwwerwiegend granulär a kugelfërmeg Partikelform stëmmt gutt mat de SEM-Resultater iwwereneen. Eng ähnlech Observatioun gouf vum Abdelfatah et al. am Joer 2021 fonnt, wéi Rizinusblattextrakt an der Synthese vun nZVI11 benotzt gouf. NPs vum Ruelas tuberosa Blattextrakt, déi als Reduktiounsmëttel an nZVI benotzt ginn, hunn och eng kugelfërmeg Form mat engem Duerchmiesser vun 20 bis 40 nm26.
Hybrid rGO/nZVI Komposit TEM Biller (Fig. S2C-D) hunn gewisen, datt rGO eng Basalfläch mat marginale Falten a Falten ass, déi verschidde Ladeplaze fir nZVI NPs bidden; dës lamellar Morphologie bestätegt och déi erfollegräich Fabrikatioun vun rGO. Zousätzlech hunn nZVI NPs eng sphäresch Form mat Partikelgréissten vu 5,32 bis 27 nm a sinn an der rGO Schicht mat enger bal gläichméisseger Dispersioun agebett. Eukalyptusblattextrakt gouf benotzt fir Fe NPs/rGO ze synthetiséieren; D'TEM Resultater hunn och bestätegt, datt Falten an der rGO Schicht d'Dispersioun vu Fe NPs méi verbessert hunn wéi reng Fe NPs an d'Reaktivitéit vun de Kompositen erhéicht hunn. Ähnlech Resultater goufe vum Bagheri et al. 28 kritt, wéi de Komposit mat Ultraschalltechnike mat enger duerchschnëttlecher Eisen-Nanopartikelgréisst vun ongeféier 17,70 nm hiergestallt gouf.
D'FTIR-Spektre vun den A. halimus, nZVI, GO, rGO, an rGO/nZVI-Kompositen sinn an de Fig. 3A gewisen. D'Präsenz vu funktionelle Gruppen op der Uewerfläch an de Blieder vun A. halimus erschéngt bei 3336 cm-1, wat Polyphenole entsprécht, an 1244 cm-1, wat Carbonylgruppen entsprécht, déi vum Protein produzéiert ginn. Aner Gruppen, wéi Alkane bei 2918 cm-1, Alkene bei 1647 cm-1 an CO-O-CO-Extensioune bei 1030 cm-1, goufen och observéiert, wat op d'Präsenz vu Planzekomponenten hiweist, déi als Versiegelungsmëttel wierken a fir d'Wiedergewinnung vu Fe2+ op Fe0 a GO op rGO29 verantwortlech sinn. Am Allgemengen weisen d'nZVI-Spektre déiselwecht Absorptiounspeaken wéi batter Zocker, awer mat enger liicht verréckelter Positioun. Eng intensiv Band erschéngt bei 3244 cm-1 a Verbindung mat OH-Streckvibratiounen (Phenoler), e Peak bei 1615 entsprécht C=C, a Bänner bei 1546 an 1011 cm-1 entstinn duerch d'Streckung vu C=O (Polyphenoler a Flavonoiden), CN-Gruppen vun aromateschen Aminen an aliphatesch Aminen goufen och bei 1310 cm-1 respektiv 1190 cm-1 observéiert13. Den FTIR-Spektrum vu GO weist d'Präsenz vu ville sauerstoffhaltege Gruppen mat héijer Intensitéit, dorënner d'Alkoxy (CO)-Streckband bei 1041 cm-1, d'Epoxy (CO)-Streckband bei 1291 cm-1, C=O-Streck. E Band vu C=C-Streckschwingungen bei 1619 cm-1, e Band bei 1708 cm-1 an e breede Band vun OH-Gruppen-Streckschwingungen bei 3384 cm-1 sinn opgetrueden, wat duerch déi verbessert Hummers-Method bestätegt gëtt, déi de Graphitprozess erfollegräich oxidéiert. Beim Verglach vun rGO- an rGO/nZVI-Kompositen mat GO-Spektre gëtt d'Intensitéit vun e puer sauerstoffhaltege Gruppen, wéi OH bei 3270 cm-1, däitlech reduzéiert, während aner, wéi C=O bei 1729 cm-1, komplett verschwonne sinn, wat op déi erfollegräich Entfernung vu sauerstoffhaltege funktionelle Gruppen am GO duerch den A. halimus-Extrakt hiweist. Nei schaarf charakteristesch Spëtzte vun rGO bei C=C-Spannung ginn ëm 1560 an 1405 cm-1 observéiert, wat d'Reduktioun vu GO zu rGO bestätegt. Variatioune vun 1043 bis 1015 cm-1 a vun 982 bis 918 cm-1 goufen observéiert, méiglecherweis wéinst der Inklusioun vu Planzematerial31,32. Weng et al., 2018 hunn och eng bedeitend Ofschwächung vun sauerstoffhaltege funktionelle Gruppen am GO observéiert, wat déi erfollegräich Bildung vun rGO duerch Bioreduktioun bestätegt, well Eukalyptusblattextrakter, déi fir d'Synthese vu reduzéierten Eisengraphenoxid-Kompositen benotzt goufen, méi enk FTIR-Spektre vun de funktionelle Gruppen vun de Planzekomponenten gewisen hunn.33.
A. FTIR-Spektrum vu Gallium, nZVI, rGO, GO, Komposit rGO/nZVI (A). Röntgenogramm-Kompositen rGO, GO, nZVI an rGO/nZVI (B).
D'Bildung vun rGO/nZVI- a nZVI-Kompositmaterialien gouf gréisstendeels duerch Röntgendiffraktiounsmuster bestätegt (Fig. 3B). E Fe0-Peak mat héijer Intensitéit gouf bei 2Ɵ 44,5° observéiert, wat dem Index (110) entsprécht (JCPDS Nr. 06–0696)11. En anere Peak bei 35,1° vun der (311)-Fläch gëtt dem Magnetit Fe3O4 zougeschriwwen, 63,2° kéint mam Miller-Index vun der (440)-Fläch verbonne sinn wéinst der Präsenz vun ϒ-FeOOH (JCPDS Nr. 17-0536)34. D'Röntgenmuster vu GO weist e schaarfe Peak bei 2Ɵ 10,3° an en anere Peak bei 21,1°, wat op eng komplett Peeling vum Graphit hiweist an d'Präsenz vu sauerstoffhaltege Gruppen op der Uewerfläch vu GO35 ervirhiewt. Kompositmuster vun rGO an rGO/nZVI hunn d'Verschwanne vu charakteristesche GO-Peaken an d'Bildung vu breede rGO-Peaken bei 2Ɵ 22,17 an 24,7° fir d'rGO- respektiv rGO/nZVI-Kompositen opgezeechent, wat déi erfollegräich Erëmgewinnung vu GO duerch Planzenextrakter bestätegt huet. Wéi och ëmmer, am komposite rGO/nZVI-Muster goufen zousätzlech Peaken, déi mat der Gitterfläch vum Fe0 (110) an bcc Fe0 (200) assoziéiert sinn, bei 44,9\(^\circ\) an 65,22\(^\circ\) observéiert.
D'Zeta-Potenzial ass d'Potenzial tëscht enger ionescher Schicht, déi un der Uewerfläch vun engem Partikel befestegt ass, an enger wässerlecher Léisung, déi d'elektrostatesch Eegeschafte vun engem Material bestëmmt a seng Stabilitéit moosst37. D'Zeta-Potenzialanalyse vu planzesynthetiséierten nZVI-, GO- an rGO/nZVI-Kompositen huet hir Stabilitéit wéinst der Präsenz vun negativen Ladungen vun -20,8, -22 respektiv -27,4 mV op hirer Uewerfläch gewisen, wéi an der Figur S1A-C gewisen. Dës Resultater stëmmen mat verschiddene Rapporten iwwereneen, déi erwähnen, datt Léisungen, déi Partikelen mat Zeta-Potenzialwäerter vu manner wéi -25 mV enthalen, allgemeng en héije Grad u Stabilitéit weisen wéinst der elektrostatescher Ofstoussung tëscht dëse Partikelen. D'Kombinatioun vun rGO an nZVI erlaabt et dem Komposit méi negativ Ladungen z'erreechen an dofir eng méi héich Stabilitéit ze hunn wéi entweder GO oder nZVI eleng. Dofir féiert de Phänomen vun der elektrostatescher Ofstoussung zu der Bildung vu stabile rGO/nZVI39-Kompositen. Déi negativ Uewerfläch vu GO erlaabt et, gläichméisseg an engem wässerege Medium ouni Agglomeratioun ze dispergéieren, wat gënschteg Konditioune fir d'Interaktioun mat nZVI schaaft. Déi negativ Ladung kéint mat der Präsenz vu verschiddene funktionelle Gruppen am Bittermelonenextrakt verbonne sinn, wat och d'Interaktioun tëscht GO an Eisenvirleefer an dem Planzenextrakt bestätegt, fir rGO respektiv nZVI an de rGO/nZVI-Komplex ze bilden. Dës Planzeverbindunge kënnen och als Ofdeckungsmëttel wierken, well se d'Aggregatioun vun den resultéierenden Nanopartikelen verhënneren an doduerch hir Stabilitéit erhéijen40.
D'Elementarzesummesetzung an d'Valenzzoustänn vun den nZVI- a rGO/nZVI-Kompositen goufen duerch XPS bestëmmt (Fig. 4). Déi allgemeng XPS-Studie huet gewisen, datt den rGO/nZVI-Komposit haaptsächlech aus den Elementer C, O a Fe besteet, wat mat der EDS-Mapping iwwereneestëmmt (Fig. 4F–H). De C1s-Spektrum besteet aus dräi Spëtzen bei 284,59 eV, 286,21 eV an 288,21 eV, déi CC, CO a C=O representéieren. Den O1s-Spektrum gouf an dräi Spëtzen opgedeelt, dorënner 531,17 eV, 532,97 eV a 535,45 eV, déi den O=CO-, CO- a NO-Gruppen zougewise goufen. D'Spëtzen bei 710,43, 714,57 an 724,79 eV bezéie sech awer op Fe 2p3/2, Fe+3 a Fe p1/2. D'XPS-Spektre vum nZVI (Fig. 4C-E) hunn Héchstwäerter fir d'Elementer C, O a Fe gewisen. Héchstwäerter bei 284,77, 286,25 an 287,62 eV bestätegen d'Präsenz vun Eisen-Kuelestofflegierungen, well se sech op CC, C-OH a CO bezéien. Den O1s-Spektrum entsprécht dräi Héchstwäerter C–O/Eisenkarbonat (531,19 eV), Hydroxylradikal (532,4 eV) an O–C=O (533,47 eV). De Héchstwäert bei 719,6 gëtt dem Fe0 zougeschriwwen, während FeOOH Héchstwäerter bei 717,3 an 723,7 eV weist, zousätzlech weist de Héchstwäert bei 725,8 eV d'Präsenz vu Fe2O342,43.
XPS-Studien vun nZVI respektiv rGO/nZVI-Kompositen (A, B). Voll Spektre vun nZVI C1s (C), Fe2p (D) an O1s (E) a rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H)-Kompositen.
D'N2-Adsorptiouns-/Desorptiounsisotherm (Fig. 5A, B) weist, datt d'nZVI- an rGO/nZVI-Kompositen zum Typ II gehéieren. Zousätzlech ass déi spezifesch Uewerfläch (SBET) vum nZVI no der Blindung mat rGO vun 47,4549 op 152,52 m2/g eropgaang. Dëst Resultat kann duerch d'Ofsenkung vun de magneteschen Eegeschafte vum nZVI no der rGO-Blindung erkläert ginn, wouduerch d'Partikelaggregatioun reduzéiert an d'Uewerfläch vun de Kompositen erhéicht gëtt. Zousätzlech, wéi an der Fig. 5C gewisen, ass de Porenvolumen (8,94 nm) vum rGO/nZVI-Komposit méi héich wéi dee vum ursprénglechen nZVI (2,873 nm). Dëst Resultat stëmmt mam El-Monaem et al. 45 iwwereneen.
Fir d'Adsorptiounskapazitéit fir DC tëscht den rGO/nZVI-Kompositen an dem ursprénglechen nZVI ze evaluéieren, ofhängeg vun der Erhéijung vun der initialer Konzentratioun, gouf e Verglach gemaach andeems eng konstant Dosis vun all Adsorbens (0,05 g) zu DC bei verschiddenen initialen Konzentratiounen bäigefüügt gouf. Ënnersicht Léisung [25]. –100 mg l–1] bei 25°C. D'Resultater hunn gewisen, datt d'Entfernungseffizienz (94,6%) vum rGO/nZVI-Komposit méi héich war wéi déi vum ursprénglechen nZVI (90%) bei enger méi niddreger Konzentratioun (25 mg L-1). Wéi d'Startkonzentratioun awer op 100 mg L-1 erhéicht gouf, ass d'Entfernungseffizienz vum rGO/nZVI an dem ursprénglechen nZVI op 70% respektiv 65% gefall (Figur 6A), wat op manner aktiv Plazen an den Ofbau vun nZVI-Partikelen zréckzeféiere kéint. Am Géigendeel huet rGO/nZVI eng méi héich Effizienz vun der DC-Entfernung gewisen, wat op en synergisteschen Effekt tëscht rGO an nZVI zréckzeféiere kéint, bei deem stabil aktiv Plazen, déi fir d'Adsorptioun verfügbar sinn, vill méi héich sinn, an am Fall vun rGO/nZVI méi DC adsorbéiert ka ginn wéi intakt nZVI. Zousätzlech weist Abb. 6B, datt d'Adsorptiounskapazitéit vun de rGO/nZVI- an nZVI-Kompositen vun 9,4 mg/g op 30 mg/g respektiv 9 mg/g eropgaang ass, mat enger Erhéijung vun der initialer Konzentratioun vun 25–100 mg/L. -1,1 op 28,73 mg g-1. Dofir war d'DC-Entfernungsquote negativ mat der initialer DC-Konzentratioun korreléiert, wat op déi limitéiert Zuel vu Reaktiounszentren zréckzeféieren war, déi vun all Adsorbens fir d'Adsorptioun an d'Entfernung vun DC an der Léisung ënnerstëtzt goufen. Dofir kann aus dëse Resultater geschloss ginn, datt d'rGO/nZVI-Kompositen eng méi héich Adsorptiouns- a Reduktiounseffizienz hunn, an rGO an der Zesummesetzung vun rGO/nZVI souwuel als Adsorbens wéi och als Trägermaterial ka benotzt ginn.
D'Entfernungseffizienz an d'DC-Adsorptiounskapazitéit fir den rGO/nZVI- an nZVI-Komposit waren (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, Dosis = 0,05 g], pH-Wäert vun der Adsorptiounskapazitéit an der DC-Entfernungseffizienz op rGO/nZVI-Kompositen (C) [Co = 50 mg L-1, pH = 3–11, T = 25 °C, Dosis = 0,05 g].
De pH-Wäert vun der Léisung ass e kritesche Faktor an der Studie vun Adsorptiounsprozesser, well en de Grad vun der Ioniséierung, der Speziatioun an der Ioniséierung vum Adsorbens beaflosst. D'Experiment gouf bei 25°C mat enger konstanter Adsorbensdosis (0,05 g) an enger initialer Konzentratioun vu 50 mg L-1 am pH-Beräich (3–11) duerchgefouert. Laut enger Literaturstudie46 ass DC en amphiphilt Molekül mat verschiddene ioniséierbare funktionelle Gruppen (Phenoler, Aminogruppen, Alkoholen) bei verschiddene pH-Wäerter. Dofir kënnen déi verschidde Funktioune vun DC an déi verwandte Strukturen op der Uewerfläch vum rGO/nZVI-Komposit elektrostatesch interagéieren a kënnen als Kationen, Zwitterionen an Anionen existéieren, woubäi d'DC-Molekül kationesch (DCH3+) bei pH < 3,3, zwitterionesch (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 an anionesch (DCH− oder DC2−) bei pH 7,7 existéiert. Dofir kënnen déi verschidde Funktioune vun DC an déi verwandte Strukturen op der Uewerfläch vum rGO/nZVI-Komposit elektrostatesch interagéieren a kënnen als Kationen, Zwitterionen an Anionen existéieren, woubäi d'DC-Molekül kationesch (DCH3+) bei pH < 3,3, zwitterionesch (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 an anionesch (DCH- oder DC2-) bei pH 7,7 existéiert. В результате различные функции ДК an связанных с ними структур op поверхности композита rGO/nZVI могутов (электростатически a могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов an анионов, молекула ДК существатиCHоD) при рН < 3,3, цвитер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 an анионный (DCH- oder DC2-) при pH 7,7. Dofir kënnen verschidde Funktioune vun DC a verwandte Strukturen op der Uewerfläch vum rGO/nZVI-Komposit elektrostatesch interagéieren a kënnen a Form vu Kationen, Zwitterionen an Anionen existéieren; d'DC-Molekül existéiert als Kation (DCH3+) bei pH < 3,3; ionesch (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 an anionesch (DCH- oder DC2-) bei pH 7,7.因此，DC 的各种功能和rGO/nZVI复合材料表面的相关结构可能会发生静电相互作用，并可能以阳离子、两性离子和阴离子的形式存在，DC分子在pH < 3.3 时以阳离子(DCH3+) 的形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH-或DC2-) 在PH 7.7.因此 ， dc 的 种 功能 和 和 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 锔 缯胏 因此 ,相互 ， 并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， DC 分子 在 阳阳 痦嘐 嘐黳 痦子 形式阳离子 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 ДК a родственных им структур op поверхности композита rGO/nZVI могут электростатические взаимодействия a существовать в виде катионов, цвиттер-ионов an анионов, a молекулявы катионными (ДЦГ3+) при рН < 3,3. Dofir kënnen verschidde Funktioune vun DC a verwandte Strukturen op der Uewerfläch vum rGO/nZVI-Komposit an elektrostatesch Interaktioune trieden an a Form vu Kationen, Zwitterionen an Anionen existéieren, während DC-Moleküle kationesch (DCH3+) bei pH < 3,3 sinn. Он существует в виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 an аниона (DCH- oder DC2-) при pH 7,7. Et existéiert als Zwitterion (DCH20) bei 3,3 < pH < 7,7 an als Anion (DCH- oder DC2-) bei pH 7,7.Mat enger Erhéijung vum pH-Wäert vun 3 op 7 sinn d'Adsorptiounskapazitéit an d'Effizienz vun der DC-Entfernung vun 11,2 mg/g (56%) op 17 mg/g (85%) eropgaang (Fig. 6C). Wéi de pH-Wäert awer op 9 an 11 eropgaang ass, sinn d'Adsorptiounskapazitéit an d'Entfernungseffizienz awer e bëssen erofgaang, vun 10,6 mg/g (53%) op 6 mg/g (30%). Mat enger Erhéijung vum pH-Wäert vun 3 op 7 existéierten DCs haaptsächlech a Form vun Zwitterionen, wouduerch se mat rGO/nZVI-Kompositen bal net elektrostatesch ugezunn oder ofgestouss goufen, haaptsächlech duerch elektrostatesch Interaktioun. Wéi de pH-Wäert iwwer 8,2 eropgaang ass, gouf d'Uewerfläch vum Adsorbens negativ gelueden, sou datt d'Adsorptiounskapazitéit duerch d'elektrostatesch Ofstouss tëscht dem negativ geluedenen Doxycyclin an der Uewerfläch vum Adsorbens erofgaangen ass. Dësen Trend weist drop hin, datt d'DC-Adsorptioun op rGO/nZVI-Kompositen staark pH-ofhängeg ass, an d'Resultater weisen och drop hin, datt rGO/nZVI-Kompositen als Adsorbentien ënner sauren an neutralen Konditiounen gëeegent sinn.
Den Afloss vun der Temperatur op d'Adsorptioun vun enger wässerlecher Léisung vun DC gouf bei (25–55°C) duerchgefouert. Figur 7A weist den Afloss vun der Temperaturerhéijung op d'Entfernungseffizienz vun DC-Antibiotike op rGO/nZVI, et ass kloer, datt d'Entfernungskapazitéit an d'Adsorptiounskapazitéit vun 83,44% an 13,9 mg/g op 47% an 7,83 mg/g eropgaange sinn. Dës bedeitend Ofsenkung kéint op eng Erhéijung vun der thermescher Energie vun DC-Ionen zréckzeféieren sinn, wat zu enger Desorptioun féiert47.
Afloss vun der Temperatur op d'Entfernungseffizienz an d'Adsorptiounskapazitéit vu CD op rGO/nZVI-Kompositen (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dosis = 0,05 g], Adsorbentdosis op d'Entfernungseffizienz an d'Entfernungseffizienz vu CD Effekt vun der initialer Konzentratioun op d'Adsorptiounskapazitéit an d'Effizienz vun der DC-Entfernung um rGO/nSVI-Komposit (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].
Den Effekt vun der Erhéijung vun der Dosis vum Komposit-Adsorbens rGO/nZVI vun 0,01 g op 0,07 g op d'Entfernungseffizienz an d'Adsorptiounskapazitéit gëtt an der Abb. 7B gewisen. Eng Erhéijung vun der Dosis vum Adsorbens huet zu enger Ofsenkung vun der Adsorptiounskapazitéit vun 33,43 mg/g op 6,74 mg/g gefouert. Mat enger Erhéijung vun der Adsorbentdosis vun 0,01 g op 0,07 g klëmmt awer d'Entfernungseffizienz vun 66,8% op 96%, wat deementspriechend mat enger Erhéijung vun der Zuel vun den aktiven Zentren op der Nanokomposituewerfläch verbonne ka sinn.
Den Effekt vun der initialer Konzentratioun op d'Adsorptiounskapazitéit an d'Entfernungseffizienz [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, Dosis 0,05 g] gouf ënnersicht. Wéi d'Ufankskonzentratioun vun 25 mg L-1 op 100 mg L-1 erhéicht gouf, ass de Prozentsaz vun der Entfernung vum rGO/nZVI-Komposit vun 94,6% op 65% erofgaang (Fig. 7C), wahrscheinlech wéinst der Feele vun de gewënschten aktiven Zentrum. . Adsorbéiert grouss Konzentratioune vun DC49. Op der anerer Säit, wéi d'Ufankskonzentratioun eropgaang ass, ass och d'Adsorptiounskapazitéit vun 9,4 mg/g op 30 mg/g eropgaang, bis d'Gläichgewiicht erreecht gouf (Fig. 7D). Dës inévitabel Reaktioun ass op eng Erhéijung vun der Undriffskraaft mat enger initialer DC-Konzentratioun méi grouss wéi den DC-Ionen-Massentransferwiderstand zeréckzeféieren, fir d'Uewerfläch 50 vum rGO/nZVI-Komposit z'erreechen.
Kontaktzäit- a kinetesch Studien zielen drop of, d'Gläichgewiichtszäit vun der Adsorptioun ze verstoen. Éischtens war d'Quantitéit un DC, déi während den éischte 40 Minutte vun der Kontaktzäit adsorbéiert gouf, ongeféier d'Halschent vun der Gesamtquantitéit, déi iwwer déi ganz Zäit (100 Minutten) adsorbéiert gouf. Wärend d'DC-Moleküle an der Léisung kollidéieren, wouduerch se séier op d'Uewerfläch vum rGO/nZVI-Komposit migréieren, wat zu enger bedeitender Adsorptioun féiert. No 40 Minutten ass d'DC-Adsorptioun graduell a lues eropgaang, bis d'Gläichgewiicht no 60 Minutten erreecht gouf (Fig. 7D). Well eng raisonnabel Quantitéit bannent den éischte 40 Minutten adsorbéiert gëtt, gëtt et manner Kollisiounen mat DC-Moleküle a manner aktiv Plaze fir net-adsorbéiert Moleküle verfügbar. Dofir kann d'Adsorptiounsquote reduzéiert ginn51.
Fir d'Adsorptiounskinetik besser ze verstoen, goufen Linnendiagrammer vu pseudo-éischter Uerdnung (Fig. 8A), pseudo-zweeter Uerdnung (Fig. 8B) an Elovich-kinetik (Fig. 8C) benotzt. Aus de Parameteren, déi aus de kinetesche Studien (Tabell S1) kritt goufen, gëtt et kloer, datt de Pseudosekonnenmodell dat bescht Modell fir d'Beschreiwung vun der Adsorptiounskinetik ass, wou den R2-Wäert méi héich gesat ass wéi an den aneren zwee Modeller. Et gëtt och eng Ähnlechkeet tëscht de berechenten Adsorptiounskapazitéiten (qe, cal). Déi pseudo-zweet Uerdnung an déi experimentell Wäerter (qe, exp.) sinn e weidere Beweis dofir, datt de pseudo-zweeter Uerdnung e besser Modell ass wéi aner Modeller. Wéi an der Tabell 1 gewisen, bestätegen d'Wäerter vun α (initialer Adsorptiounsquote) a β (Desorptiounskonstant), datt d'Adsorptiounsquote méi héich ass wéi d'Desorptiounsquote, wat drop hiweist, datt DC sech effizient um rGO/nZVI52-Komposit adsorbéiert.
Linear Adsorptiounskinetik-Diagrammer vu pseudo-zweeter Uerdnung (A), pseudo-éischter Uerdnung (B) an Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, Dosis = 0,05 g].
Studien iwwer Adsorptiounsisothermen hëllefen, d'Adsorptiounskapazitéit vum Adsorbens (RGO/nRVI-Komposit) bei verschiddenen Adsorbatkonzentratiounen (DC) a Systemtemperaturen ze bestëmmen. Déi maximal Adsorptiounskapazitéit gouf mat der Langmuir-Isotherm berechent, déi ugedeit huet, datt d'Adsorptioun homogen war an d'Bildung vun enger Adsorbat-Monoschicht op der Uewerfläch vum Adsorbens ouni Interaktioun tëscht hinnen53 abegraff huet. Zwee aner wäit verbreet Isothermmodeller sinn d'Freundlich- an d'Temkin-Modeller. Och wann de Freundlich-Modell net benotzt gëtt fir d'Adsorptiounskapazitéit ze berechnen, hëlleft et de heterogenen Adsorptiounsprozess ze verstoen an datt Vakanzen um Adsorbens verschidden Energien hunn, während den Temkin-Modell hëlleft, déi physikalesch a chemesch Eegeschafte vun der Adsorptioun54 ze verstoen.
D'Figuren 9A-C weisen Linnendiagrammer vun de Langmuir-, Freindlich- a Temkin-Modeller. Déi R2-Wäerter, déi aus de Freundlich- (Fig. 9A) a Langmuir- (Fig. 9B) Linnendiagrammer berechent a vun der Tabell 2 presentéiert ginn, weisen datt d'DC-Adsorptioun um rGO/nZVI-Komposit de Freundlich- (0,996) a Langmuir- (0,988) Isothermmodeller an Temkin (0,985) follegt. Déi maximal Adsorptiounskapazitéit (qmax), berechent mam Langmuir-Isothermmodell, war 31,61 mg g-1. Zousätzlech läit de berechente Wäert vum dimensiounslose Separatiounsfaktor (RL) tëscht 0 an 1 (0,097), wat op e favorabelen Adsorptiounsprozess hiweist. Soss weist déi berechent Freundlich-Konstant (n = 2,756) eng Präferenz fir dësen Absorptiounsprozess. Nom lineare Modell vun der Temkin-Isotherm (Fig. 9C) ass d'Adsorptioun vun DC um rGO/nZVI-Komposit e physikaleschen Adsorptiounsprozess, well b ˂ 82 kJ mol-1 (0,408)55 ass. Och wann d'physikalesch Adsorptioun normalerweis duerch schwaach van der Waals-Kräften verursaacht gëtt, erfuerdert d'Gläichstroumadsorptioun op rGO/nZVI-Kompositen niddreg Adsorptiounsenergien [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B), an Temkin (C) linear Adsorptiounsisothermen [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, Dosis = 0,05 g]. Diagramm vun der van't Hoff Equatioun fir DC Adsorptioun duerch rGO/nZVI Kompositen (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C an Dosis = 0,05 g].
Fir den Effekt vun der Ännerung vun der Reaktiounstemperatur op d'Entfernung vun DC aus rGO/nZVI-Kompositmaterialien ze evaluéieren, goufen thermodynamesch Parameter wéi d'Entropieännerung (ΔS), d'Enthalpieännerung (ΔH) an d'Ännerung vun der fräier Energie (ΔG) aus de Gleichungen 3 an 458 berechent.
woubei \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – thermodynamesch Gläichgewiichtskonstant, Ce an CAe – rGO an der Léisung, respektiv /nZVI DC Konzentratiounen am Uewerflächengläichgewiicht. R an RT sinn d'Gaskonstant respektiv d'Adsorptiounstemperatur. Wann Dir ln Ke géint 1/T opstellt, kritt Dir eng riicht Linn (Fig. 9D), aus där ∆S an ∆H bestëmmt kënne ginn.
En negativen ΔH-Wäert weist drop hin, datt de Prozess exotherm ass. Op der anerer Säit läit den ΔH-Wäert am physeschen Adsorptiounsprozess. Negativ ΔG-Wäerter an der Tabell 3 weisen drop hin, datt d'Adsorptioun méiglech a spontan ass. Negativ Wäerter vun ΔS weisen op eng héich Uerdnung vun Adsorbentmolekülen op der Flëssegkeetsgrenz hin (Tabell 3).
Tabelle 4 vergläicht de rGO/nZVI-Komposit mat aneren Adsorbentien, déi a fréiere Studien beschriwwe goufen. Et ass kloer, datt de VGO/nCVI-Komposit eng héich Adsorptiounskapazitéit huet a vläicht e villverspriechend Material fir d'Entfernung vun DC-Antibiotika aus Waasser ass. Zousätzlech ass d'Adsorptioun vun rGO/nZVI-Kompositen e schnelle Prozess mat enger Gläichgewiichtszäit vu 60 Minutten. Déi exzellent Adsorptiounseigenschaften vun de rGO/nZVI-Kompositen kënnen duerch de synergisteschen Effekt vun rGO an nZVI erkläert ginn.
D'Figuren 10A, B illustréieren de rationale Mechanismus fir d'Ewechhuele vun DC-Antibiotika duerch d'rGO/nZVI- an nZVI-Komplexer. No de Resultater vun Experimenter iwwer den Effekt vum pH-Wäert op d'Effizienz vun der DC-Adsorptioun, gouf d'DC-Adsorptioun um rGO/nZVI-Komposit mat enger Erhéijung vum pH-Wäert vun 3 op 7 net duerch elektrostatesch Interaktioune kontrolléiert, well en als Zwitterion gewierkt huet; dofir huet eng Ännerung vum pH-Wäert den Adsorptiounsprozess net beaflosst. Duerno kann den Adsorptiounsmechanismus duerch net-elektrostatesch Interaktioune wéi Waasserstoffbindungen, hydrophobesch Effekter a π-π-Stapelinteraktiounen tëscht dem rGO/nZVI-Komposit an DC66 kontrolléiert ginn. Et ass bekannt, datt de Mechanismus vun aromateschen Adsorbaten op den Uewerfläche vu geschichtetem Graphen duerch π-π-Stapelinteraktiounen als Haaptantriebskraaft erkläert gouf. De Komposit ass e geschichtete Material ähnlech wéi Graphen mat engem Absorptiounsmaximum bei 233 nm wéinst dem π-π*-Iwwergang. Baséierend op der Präsenz vu véier aromatesche Réng an der molekularer Struktur vum DC-Adsorbat, hu mir d'Hypothes opgestallt, datt et e Mechanismus vun der π-π-Stacking-Interaktioun tëscht dem aromateschen DC (π-Elektroneakzeptor) an der Regioun, déi räich u π-Elektrone ass, op der RGO-Uewerfläch gëtt. /nZVI-Kompositen. Zousätzlech, wéi an der Fig. 10B gewisen, goufen FTIR-Studien duerchgefouert fir déi molekular Interaktioun vun rGO/nZVI-Kompositen mat DC ze studéieren, an d'FTIR-Spektre vun rGO/nZVI-Kompositen no der DC-Adsorptioun sinn an der Figur 10B.10b gewisen. E neie Peak gëtt bei 2111 cm-1 observéiert, wat der Framework-Vibratioun vun der C=C-Bindung entsprécht, wat op d'Präsenz vun den entspriechende organesche funktionelle Gruppen op der Uewerfläch vun 67 rGO/nZVI hiweist. Aner Spëtze verréckele sech vun 1561 op 1548 cm-1 a vun 1399 op 1360 cm-1, wat och bestätegt, datt π-π-Interaktiounen eng wichteg Roll bei der Adsorptioun vu Graphen an organesche Schadstoffer spillen68,69. No der DC-Adsorptioun ass d'Intensitéit vu verschiddenen sauerstoffhaltege Gruppen, wéi OH, op 3270 cm-1 erofgaang, wat drop hiweist, datt Waasserstoffbindunge ee vun den Adsorptiounsmechanismen sinn. Dofir geschitt d'DC-Adsorptioun um rGO/nZVI-Komposit haaptsächlech wéinst π-π-Stapelinteraktiounen an H-Bindungen.
Rationale Mechanismus vun der Adsorptioun vun DC-Antibiotika duerch rGO/nZVI an nZVI-Komplexer (A). FTIR-Adsorptiounsspektre vun DC op rGO/nZVI an nZVI (B).
D'Intensitéit vun den Absorptiounsbänner vun nZVI bei 3244, 1615, 1546 an 1011 cm–1 ass no der DC-Adsorptioun op nZVI (Fig. 10B) am Verglach zu nZVI eropgaang, wat mat der Interaktioun mat méigleche funktionelle Gruppe vun de Carboxylsäure-O-Gruppen am DC a Verbindung sollt stoen. Dëse méi niddrege Prozentsaz vun der Transmissioun an allen observéierte Bänner weist awer keng bedeitend Ännerung vun der Adsorptiounseffizienz vum phytosyntheteschen Adsorbens (nZVI) am Verglach zu nZVI virum Adsorptiounsprozess. Laut e puer Fuerschunge zur DC-Entfernung mat nZVI71 ginn Elektronen fräigesat, wann nZVI mat H2O reagéiert, an dann gëtt H+ benotzt fir héich reduzéierbaren aktiven Waasserstoff ze produzéieren. Schlussendlech akzeptéieren e puer kationesch Verbindungen Elektronen aus aktiven Waasserstoff, wat zu -C=N an -C=C- féiert, wat op d'Spléckung vum Benzolrank zréckzeféieren ass.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 14. November 2022