Ви благодариме што ја посетивте Nature.com. Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS. За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот за компатибилност во Internet Explorer). Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја направиме страницата без стилови и JavaScript.
Во оваа работа, композитите RGO/NZVI за прв пат се синтетизираа со употреба на едноставна и еколошка постапка со употреба на екстракт од жолтеникава лисја со Софора како средство за намалување и стабилизатор за да се придржуваат кон принципите на „зелена“ хемија, како што е помалку штетна хемиска синтеза. Неколку алатки се користат за да се провери успешната синтеза на композитите, како што се SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR и Зета потенцијал, кои укажуваат на успешна композитна измислица. Капацитетот за отстранување на новите композити и чистиот NZVI при различни почетни концентрации на антибиотик доксициклин беше спореден за да се испита синергистичкиот ефект помеѓу RGO и NZVI. Под услови на отстранување од 25mg L-1, 25 ° C и 0,05g, стапката на адсорптивно отстранување на чистиот NZVI беше 90%, додека адсорптивната стапка на отстранување на доксициклин од страна на композитот RGO/NZVI достигна 94,6%, потврдувајќи дека NZVI и RGO. Процесот на адсорпција одговара на псевдо-втор ред и е во добра согласност со моделот Freundlich со максимален капацитет на адсорпција од 31,61 mg G-1 на 25 ° C и pH 7. Предлог е разумен механизам за отстранување на DC. Покрај тоа, повторната употреба на композитот RGO/NZVI беше 60% по шест последователни циклуси на регенерација.
Недостатокот на вода и загадувањето сега се сериозна закана за сите земји. Во последниве години, загадувањето на водата, особено загадувањето со антибиотици, се зголеми како резултат на зголемено производство и потрошувачка за време на пандемијата на Ковид-191,2,3. Затоа, развојот на ефективна технологија за елиминација на антибиотици во отпадните води е итна задача.
Една од отпорни полу-синтетички антибиотици од групата тетрациклин е доксициклин (ДЦ) 4,5. Пријавено е дека остатоците од ДЦ во подземните и површинските води не можат да се метаболизираат, само 20-50% се метаболизираат, а остатокот се ослободува во животната средина, предизвикувајќи сериозни еколошки и здравствени проблеми6.
Изложеноста на DC на ниско ниво може да убие водни фотосинтетички микроорганизми, да се загрози ширење на антимикробни бактерии и да се зголеми антимикробната отпорност, така што овој загадувач мора да се отстрани од отпадните води. Природната деградација на DC во вода е многу бавен процес. Физичко-хемиски процеси како што се фотолиза, биоразградливост и адсорпција можат да се деградираат само со ниски концентрации и со многу ниски стапки7,8. Сепак, најекономичен, едноставен, еколошки, лесен за ракување и ефикасен метод е адсорпција9,10.
Нано нула в Valentено в Valentено (NZVI) е многу моќен материјал што може да отстрани многу антибиотици од вода, вклучувајќи метронидазол, дијазепам, ципрофлоксацин, хлорамфеникол и тетрациклин. Оваа способност се должи на неверојатните својства што ги има NZVI, како што се висока реактивност, голема површина и бројни надворешни места за врзување 11. Како и да е, NZVI е склона кон агрегација во водните медиуми заради силите на Ван дер Велс и високите магнетни својства, што ја намалува неговата ефикасност во отстранувањето на загадувачите заради формирање на оксидни слоеви кои ја инхибираат реактивноста на NZVI10,12. Агломерацијата на честичките NZVI може да се намали со модифицирање на нивните површини со сурфактанти и полимери или со комбинирање на истите со други наноматеријали во форма на композити, што се покажа како одржлив пристап за подобрување на нивната стабилност во околината13,14.
Графен е дводимензионален јаглероден наноматеријал кој се состои од SP2-хибридизирани јаглеродни атоми распоредени во решетки за саќе. Има голема површина, значителна механичка јачина, одлична електрокалитичка активност, висока топлинска спроводливост, брза подвижност на електроните и соодветен носач на носач за поддршка на неоргански наночестички на нејзината површина. Комбинацијата на метални наночестички и графен може во голема мерка да ги надмине индивидуалните придобивки од секој материјал и, заради неговите супериорни физички и хемиски својства, да обезбеди оптимална дистрибуција на наночестички за поефикасен третман на вода15.
Екстрактите од растенијата се најдобрата алтернатива на штетните агенси за намалување на хемикалиите кои најчесто се користат во синтезата на намален графен оксид (RGO) и NZVI затоа што тие се достапни, ефтини, едностепени, еколошки безбедни и можат да се користат како агенси за намалување. Како флавоноидите и фенолните соединенија, исто така, делува како стабилизатор. Затоа, екстрактот од лисја Atriplex Halimus L. се користеше како агент за поправка и затворање за синтеза на композити RGO/NZVI во оваа студија. Atriplex halimus од семејството Amaranthaceae е повеќегодишен грмушка со азот со широк географски опсег16.
Според достапната литература, Atriplex halimus (A. halimus) за прв пат се користел за правење композити RGO/NZVI како економичен и еколошки метод на синтеза. Thus, the aim of this work consists of four parts: (1) phytosynthesis of rGO/nZVI and parental nZVI composites using A. halimus aquatic leaf extract, (2) characterization of phytosynthesized composites using multiple methods to confirm their successful fabrication, (3) study the synergistic effect of rGO and nZVI in the adsorption and removal of organic contaminants of Доксициклин антибиотици под различни параметри на реакција, оптимизирајте ги условите на процесот на адсорпција, (3) Истражете ги композитните материјали во различни континуирани третмани по циклусот на обработка.
Доксициклин хидрохлорид (DC, MM = 480,90, хемиска формула C22H24N2O · HCl, 98%), железо хлорид хексахидрат (FECL3.6H2O, 97%), графит во прав купена од Сигма-Алдрих, САД. Натриум хидроксид (NaOH, 97%), етанол (C2H5OH, 99,9%) и хлороводородна киселина (HCl, 37%) беа купени од Мерк, САД. NaCl, KCL, CaCl2, MNCL2 и MGCL2 беа купени од Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Сите реагенси се со голема аналитичка чистота. Дво-дестилирана вода се користеше за да се подготват сите водни раствори.
Претставнички примероци на A. halimus се собрани од нивното природно живеалиште во делтата на Нил и земјиште по медитеранскиот брег на Египет. Растителниот материјал беше собран во согласност со важечките национални и меѓународни упатства17. Проф. Манал Фавзи идентификуваше примероци на растенија според Булос18, а Министерството за науки за животната средина на универзитетот Александрија ја овластува колекцијата на испитувани растителни видови за научни цели. Ваучерите за примероци се одржуваат на Универзитетот Танта Хербариум (Тане), ваучери бр. 14 122–14 127, јавен хербариум што обезбедува пристап до депонирани материјали. Покрај тоа, за да се отстрани прашината или нечистотијата, исечете ги лисјата на растението на мали парчиња, исплакнете 3 пати со чешма и дестилирана вода, а потоа исушете на 50 ° C. Фабриката беше смачкана, 5 g од финиот прав беше потопен во 100 ml дестилирана вода и се мешаше на 70 ° C за 20 мин за да се добие екстракт. Добиениот екстракт од Bacillus nicotianae беше филтриран преку филтер -хартија Whatman и се чува во чисти и стерилизирани цевки на 4 ° C за понатамошна употреба.
Како што е прикажано на Слика 1, GO беше направено од графит во прав со модифицираниот метод на Hummers. 10 мг ГО во прав беше распрснато во 50 мл деонизирана вода за 30 мин под звук, а потоа 0,9 g FECL3 и 2,9 g на НААЦ беа измешани за 60 мин. Екстракт од лисја од 20 мл атриплекс е додаден во промешаниот раствор со мешање и оставен на 80 ° C за 8 часа. Добиената црна суспензија беше филтрирана. Подготвените нанокомпозити беа измиени со етанол и бидистилирана вода, а потоа се исушија во вакуумска рерна на 50 ° C за 12 часа.
Шематски и дигитални фотографии од зелена синтеза на комплекси RGO/NZVI и NZVI и отстранување на ДК антибиотици од загадена вода со помош на екстракт од атриплекс халимус.
Накратко, како што е прикажано на Сл. 1, 10 ml раствор на железо хлорид што содржи 0,05 M Fe3+ јони се додава на 20 ml раствор на екстракт од горчлив лист за 60 минути со умерено греење и мешање, а потоа растворот беше центрифугиран на 14,000 вртежи во минута (хермле, 15.000 вртежи во минута) за 15 мин. исушена во вакуумска рерна на 60 ° C во текот на ноќта.
Композитите на растително-синтетизирани RGO/NZVI и NZVI се карактеризираат со UV-видлива спектроскопија (T70/T80 серија UV/VIS спектрофотометри, PG Instrument Ltd, Велика Британија) во опсегот за скенирање од 200-800 nm. За да се анализира топографијата и дистрибуцијата на големината на композитите RGO/NZVI и NZVI, користена е спектроскопија на TEM (elоел, JEM-2100F, Јапонија, забрзувачки напон 200 kV). За да се проценат функционалните групи кои можат да бидат вклучени во растителни екстракти одговорни за процесот на обновување и стабилизација, беше спроведена спектроскопија FT-IR (JASCO спектрометар во опсег од 4000-600 cm-1). Покрај тоа, потенцијален анализатор на Зета (Zetasizer Nano ZS Malvern) беше користен за проучување на површинското полнење на синтетизираните наноматеријали. За мерења на дифракција на Х-зраци на наноматеријали во прав, се користеше дифрактометар на Х-зраци (X'Pert Pro, Холандија), работејќи на струја (40 mA), напон (45 kV) во опсегот 2θ од 20 ° до 80 ° и Cuka1 зрачење (\ (\ lambda = \) 1.54056). Енергетскиот дисперзивен рендгенски спектрометар (EDX) (Model Jeol JSM-IT100) беше одговорен за проучување на елементарниот состав при собирање на монохроматски х-зраци на Al K-α од -10 до 1350 EV на XPS, големината на самото место 400 μM K-алфа (Thermo Fisher Scientific, USA) на трансмисијата на енергијата на целиот спектар е 200 EV и TOROW Spectrum е 50 EV. Примерокот во прав се притиска на држач за примерок, кој е ставен во вакуумска комора. Спектарот C 1 S се користеше како референца на 284,58 EV за да се утврди врзувачката енергија.
Беа спроведени експерименти за адсорпција за да се тестира ефективноста на синтетизираните нанокомпозити RGO/NZVI при отстранување на доксициклин (DC) од водни раствори. Експериментите за адсорпција беа извршени во 25 мл колби Ерленмејер со брзина на тресење од 200 вртежи во минута на орбитален шејкер (Стјуарт, орбитал Шакер/SSL1) на 298 K. со разредување на растворот за залихи на DC (1000 ppm) со бидистилирана вода. За да се процени ефектот на дозата RGO/NSVI врз ефикасноста на адсорпцијата, нанокомпозитите на различни тежини (0,01–0,07 g) беа додадени на 20 ml раствор на DC. За да се проучат кинетиката и изотермите на адсорпција, 0,05 g на adsorbent беше потопен во воден раствор на ЦД со почетна концентрација (25-100 мг Л -1). Ефектот на pH-то врз отстранувањето на DC беше изучуван на pH (3–11) и почетна концентрација од 50 mg L-1 на 25 ° C. Наместете ја pH вредноста на системот со додавање на мала количина на раствор HCl или NaOH (мерач на pH -мерач, мерач на pH, pH 25). Покрај тоа, беше испитано влијанието на температурата на реакцијата врз експериментите за адсорпција во опсег од 25-55 ° C. Ефектот на јонската јачина врз процесот на адсорпција беше изучуван со додавање на различни концентрации на NaCl (0,01–4 mol l -1) при почетна концентрација на DC од 50 mg L -1, pH 3 и 7), 25 ° C и доза на adsorbent од 0,05 g. Адсорпцијата на не-adsorbed DC беше измерена со употреба на двојно зрак UV-VIS спектрофотометар (T70/T80 серија, PG Instrument Ltd, Велика Британија) опремена со 1,0 см патека со должина на патеката кварц на максимални бранови должини (λmax) од 270 и 350 nm. Процентно отстранување на ДК антибиотици (r%; пл. 1) и количина на адсорпција на DC, QT, Eq. 2 (mg/g) беа измерени со помош на следната равенка.
Онаму каде што %r е капацитетот за отстранување на DC ( %), CO е почетна концентрација на DC во времето 0, а C е концентрацијата на DC во времето t, соодветно (Mg L-1).
Онаму каде QE е количината на DC adsorbed по единица маса на adsorbent (Mg G-1), CO и CE се концентрациите во нула време и во рамнотежа, соодветно (Mg L-1), V е волуменот на растворот (L), а m е реагенсот на масата на адсорпција на масата на адсорпција (G).
СЕМ -сликите (Сл. 2А -Ц) ја прикажуваат ламеларната морфологија на композитот RGO/NZVI со сферично железо наночестички униформно распрснати на нејзината површина, што укажува на успешно прицврстување на NZVI NP на површината RGO. Покрај тоа, има неколку брчки во листот RGO, потврдувајќи го отстранувањето на групите што содржат кислород истовремено со реставрацијата на A. halimus GO. Овие големи брчки делуваат како места за активно вчитување на железо НП. Сликите на NZVI (Сл. 2Д-Ф) покажаа дека сферичните железо НП се многу расфрлани и не се собраа, што се должи на облогата на природата на ботаничките компоненти на екстрактот од растенијата. Големината на честичките варираше во рок од 15–26 nm. Како и да е, некои региони имаат мезопорна морфологија со структура на испакнатини и шуплини, што може да обезбеди висок ефикасен капацитет на адсорпција на NZVI, бидејќи тие можат да ја зголемат можноста за заробеништво на DC молекули на површината на NZVI. Кога екстрактот Роза Дамаск се користеше за синтеза на NZVI, добиените НП беа нехомогени, со празнини и различни форми, што ја намали нивната ефикасност во адсорпцијата CR (VI) и го зголеми времето на реакција 23. Резултатите се во согласност со NZVI синтетизирани од дабови и лисја од црница, кои главно се сферични наночестички со разни големини на нанометар без очигледна агломерација.
СЕМ слики на RGO/NZVI (AC), NZVI (D, E) композити и EDX модели на композити NZVI/RGO (G) и NZVI (H).
Елементарниот состав на растително-синтетизирани RGO/NZVI и NZVI композити беше изучуван со употреба на EDX (Сл. 2G, H). Студиите покажуваат дека NZVI е составен од јаглерод (38,29% по маса), кислород (47,41% по маса) и железо (11,84% по маса), но исто така се присутни и други елементи како што се фосфор24, кои можат да се добијат од растителни екстракти. Покрај тоа, високиот процент на јаглерод и кислород се должи на присуството на фитохемикалии од растителни екстракти во примероците на подземјето NZVI. Овие елементи се рамномерно распоредени на RGO, но во различни стапки: C (39,16 wt %), O (46,98 wt %) и Fe (10,99 wt %), EDX RGO/NZVI исто така покажува присуство на други елементи како што се како S, кои можат да бидат поврзани со екстракти од растенија. Тековниот сооднос C: O и содржината на железо во композитот RGO/NZVI со употреба на A. halimus е многу подобар од користењето на екстрактот од лисја од еукалиптус, бидејќи го карактеризира составот на C (23,44%тежини), O (68,29 wt.%) И Fe (8,27 wt.%). wt %) 25. Наташа и др., 2022 година пријавил сличен елементарен состав на NZVI синтетизиран од дабови и црница и потврди дека групите на полифенол и други молекули содржани во екстрактот од лисја се одговорни за процесот на намалување.
Морфологијата на NZVI синтетизирана во растенијата (Сл. S2A, B) беше сферична и делумно неправилна, со просечна големина на честички од 23,09 ± 3,54 nm, сепак агрегатите на ланецот беа забележани како резултат на силите на ван дер Валс и феромагнетизмот. Оваа претежно грануларна и сферична форма на честички е во добра согласност со резултатите од СЕМ. Слично набудување беше пронајдено од Абдулфата и сор. Во 2021 година кога екстрактот од лисја од рицинус грав се користеше во синтезата на NZVI11. Екстрактот од лисја од рубероса на Руелас, кој се користи како средство за намалување на NZVI, исто така, имаат сферична форма со дијаметар од 20 до 40 nm26.
Хибридни RGO/NZVI Composite TEM слики (Сл. S2C-D) покажаа дека RGO е базална рамнина со маргинални набори и брчки што обезбедуваат повеќе места за оптоварување за NZVI NPS; Оваа ламеларна морфологија исто така ја потврдува успешната измислица на RGO. Покрај тоа, NZVI NPs имаат сферична форма со големини на честички од 5,32 до 27 nm и се вградени во RGO слојот со скоро униформа дисперзија. Еукалиптус екстракт од лисја се користеше за синтетизирање на Fe NP/RGO; Резултатите од ТЕМ исто така потврдија дека брчките во слојот RGO ја подобрија дисперзијата на Fe NP повеќе од чистите FE NP и ја зголемија реактивноста на композитите. Слични резултати беа добиени од Багери и сор. 28 Кога композитот беше фабрикуван со употреба на ултразвучни техники со просечна големина на железо наночестички од приближно 17,70 nm.
Спектарот FTIR на композитите A. halimus, NZVI, GO, RGO и RGO/NZVI се прикажани на Сл. 3а. Присуството на површински функционални групи во лисјата на A. halimus се појавува на 3336 cm-1, што одговара на полифеноли, и 1244 cm-1, што одговара на карбонилни групи произведени од протеинот. Исто така, забележани се и други групи како што се алкани на 2918 см-1, алкени на 1647 см-1 и ко-о-ко-екстензии на 1030 см-1, што укажува на присуство на растителни компоненти кои делуваат како агенти за запечатување и се одговорни за закрепнување од FE2+ до FE0 и одат во RGO29. Во принцип, спектарот NZVI ги покажува истите врвови на апсорпција како горчливите шеќери, но со малку префрлена позиција. An intense band appears at 3244 cm-1 associated with OH stretching vibrations (phenols), a peak at 1615 corresponds to C=C, and bands at 1546 and 1011 cm-1 arise due to stretching of C=O (polyphenols and flavonoids), CN -groups of aromatic amines and aliphatic amines were also observed at 1310 cm-1 and 1190 CM-1, соодветно13. Спектарот FTIR на GO покажува присуство на многу групи што содржат кислород со висок интензитет, вклучувајќи го и опсегот за истегнување на алкокси (CO) на 1041 cm-1, опсегот за истегнување на епоксидот (CO) на 1291 cm-1, c = o истегнување. Се појави опсег на вибрации на истегнување на C = C на 1619 CM-1, опсег на 1708 cm-1 и широк опсег на вибрации што се протегаат во групата OH на 3384 cm-1, што е потврдено со подобрениот метод на Hummers, кој успешно го оксидира процесот на графит. Кога се споредуваат композитите RGO и RGO/NZVI со спектар GO, интензитетот на некои групи што содржат кислород, како што се ОХ на 3270 см-1, е значително намален, додека други, како што е C = O на 1729 cm-1, се целосно намалени. Исчезна, што укажува на успешно отстранување на функционалните групи што содржат кислород што содржат кислород во Екстрактот од A. halimus. Новите остри карактеристични врвови на RGO на затегнатоста C = C се забележани околу 1560 и 1405 cm-1, што го потврдува намалувањето на GO во RGO. Беа забележани варијации од 1043 до 1015 см-1 и од 982 до 918 см-1, евентуално заради вклучувањето на растителниот материјал31,32. Венг и др., 2018, исто така, забележа значително слабеење на кислородните функционални групи во ГО, потврдувајќи го успешното формирање на RGO со биоредукција, бидејќи екстрактите од лисја од еукалиптус, кои беа користени за синтетизирање на намалените композити на железо оксид оксид, покажаа поблиски FTIR спектар на функционални групи на растителни компоненти. 33.
A. ftir Спектар на Галиум, NZVI, RGO, GO, Composite RGO/NZVI (A). Roentgenogrammy композити RGO, GO, NZVI и RGO/NZVI (B).
Формирањето на композитите RGO/NZVI и NZVI во голема мерка беше потврдено со обрасци на дифракција на Х-зраци (Сл. 3Б). Врвот со висок интензитет Fe0 е забележан на 2ɵ 44,5 °, што одговара на индексот (110) (JCPDS бр. 06–0696) 11. Друг врв на 35,1 ° од авионот (311) се припишува на магнетит Fe3O4, 63,2 ° може да биде поврзан со индексот Милер на (440) рамнината поради присуството на ϒ-feOOH (JCPDS бр. 17-0536) 34. Х-зрачната шема на GO покажува остар врв на 2ɵ 10,3 ° и друг врв на 21,1 °, што укажува на целосна ексфолијација на графитот и истакнување на присуството на групи што содржат кислород на површината на GO35. Композитни обрасци на RGO и RGO/NZVI го забележаа исчезнувањето на карактеристичните врвови на GO и формирањето на широки врвови на RGO на 2ɵ 22,17 и 24,7 ° за RGO и RGO/NZVI композитите, соодветно, што го потврди успешното обновување на екстрактите од растенијата. Како и да е, во композитната шема RGO/NZVI, дополнителни врвови поврзани со решетката на решетката на Fe0 (110) и BCC Fe0 (200) беа забележани на 44.9 \ (^\ circ \) и 65,22 \ (^\ circ \), соодветно.
Потенцијалот на Зета е потенцијал помеѓу јонски слој прикачен на површината на честичка и воден раствор што ги одредува електростатските својства на материјалот и ја мери неговата стабилност37. Зета потенцијална анализа на растителни синтетизирани NZVI, GO и RGO/NZVI композити ја покажаа нивната стабилност заради присуството на негативни полнежи од -20,8, -22 и -27,4 mV, соодветно, на нивната површина, како што е прикажано на слика S1A -C. . Ваквите резултати се во согласност со неколку извештаи во кои се споменуваат дека растворите што содржат честички со потенцијални вредности на Зета помалку од -25 mV генерално покажуваат висок степен на стабилност како резултат на електростатска одбивност помеѓу овие честички. Комбинацијата на RGO и NZVI му овозможува на композитот да стекне повеќе негативни полнежи и со тоа има поголема стабилност од GO или NZVI само. Затоа, феноменот на електростатска одбивност ќе доведе до формирање на стабилни композити RGO/NZVI39. Негативната површина на Go овозможува да се распрсне во воден медиум без агломерација, што создава поволни услови за интеракција со NZVI. Негативното полнење може да биде поврзано со присуство на различни функционални групи во екстрактот од горчливата диња, што исто така ја потврдува интеракцијата помеѓу прекурсорите на GO и железо и екстрактот од растенијата за да формираат RGO и NZVI, соодветно, и комплексот RGO/NZVI. Овие растителни соединенија исто така можат да дејствуваат како агенси за опфаќање, бидејќи тие спречуваат агрегација на добиените наночестички и со тоа да ја зголемат нивната стабилност40.
Елементарните состојби и валентни состојби на композитите NZVI и RGO/NZVI беа утврдени со XPS (Сл. 4). Целокупната студија на XPS покажа дека композитот RGO/NZVI е главно составен од елементите C, O и Fe, во согласност со мапирањето на EDS (Сл. 4F -H). Спектарот C1S се состои од три врвови на 284,59 eV, 286,21 eV и 288,21 eV кои претставуваат CC, CO и C = O, соодветно. Спектарот O1S беше поделен на три врвови, вклучувајќи 531,17 EV, 532,97 EV, и 535,45 EV, кои беа доделени на O = CO, CO и нема групи, соодветно. Како и да е, врвовите на 710.43, 714.57 и 724,79 eV се однесуваат на Fe 2p3/2, Fe+3 и Fe P1/2, соодветно. XPS спектарот на NZVI (Сл. 4C-E) покажа врвови за елементите C, O и Fe. Врвовите на 284,77, 286,25 и 287,62 EV го потврдуваат присуството на легури на железо-јаглерод, бидејќи тие се однесуваат на CC, C-OH и CO, соодветно. Спектарот O1S одговараше на три врвови C -O/железо карбонат (531,19 EV), радикал на хидроксил (532,4 EV) и O -C = O (533,47 EV). Врвот на 719,6 се припишува на Fe0, додека Feooh покажува врвови на 717.3 и 723,7 eV, покрај тоа, врвот на 725,8 eV укажува на присуство на Fe2O342.43.
XPS студии на NZVI и RGO/NZVI композити, соодветно (A, B). Комплетни спектар на NZVI C1s (C), Fe2p (D) и O1s (E) и RGO/NZVI C1S (F), Fe2p (G), O1s (H) композит.
Изотерма на адсорпција/десорпција на N2 (Сл. 5А, б) покажува дека композитите NZVI и RGO/NZVI припаѓаат на типот II. Покрај тоа, специфичната површина (SBET) на NZVI се зголеми од 47.4549 на 152,52 m2/g по заслепувањето со RGO. Овој резултат може да се објасни со намалувањето на магнетните својства на NZVI по заслепувањето на RGO, а со тоа да се намали агрегацијата на честички и да се зголеми површината на композитите. Покрај тоа, како што е прикажано на Сл. 5С, волуменот на порите (8,94 nm) на композитот RGO/NZVI е повисок од оној на оригиналниот NZVI (2,873 nm). Овој резултат е во согласност со Ел-Монем и сор. 45.
За да се процени капацитетот на адсорпција за отстранување на DC помеѓу композитите RGO/NZVI и оригиналниот NZVI во зависност од зголемувањето на почетната концентрација, направена е споредба со додавање на постојана доза на секоја adsorbent (0,05 g) на DC на различни почетни концентрации. Истражено решение [25]. –100 mg l -1] на 25 ° C. Резултатите покажаа дека ефикасноста на отстранувањето (94,6%) на композитот RGO/NZVI е повисока од онаа на оригиналниот NZVI (90%) со помала концентрација (25 mg L-1). Меѓутоа, кога почетната концентрација е зголемена на 100 mg L-1, ефикасноста на отстранување на RGO/NZVI и родителскиот NZVI се спушти на 70% и 65%, соодветно (Слика 6А), што може да се должи на помалку активни места и деградација на честичките на NZVI. Напротив, RGO/NZVI покажа поголема ефикасност на отстранувањето на DC, што може да се должи на синергистички ефект помеѓу RGO и NZVI, во кои стабилните активни места што се достапни за адсорпција се многу повисоки, а во случај на RGO/NZVI, повеќе DC може да се рекламираат од Intact NZVI. Покрај тоа, на сл. 6B покажува дека капацитетот на адсорпција на композитите RGO/NZVI и NZVI се зголемил од 9,4 mg/g на 30 mg/g и 9 mg/g, соодветно, со зголемување на почетната концентрација од 25-100 mg/L. -1.1 до 28,73 мг Г-1. Затоа, стапката на отстранување на DC беше негативно поврзана со почетната концентрација на DC, што се должи на ограничениот број на центри за реакција поддржани од секој adsorbent за адсорпција и отстранување на DC во растворот. Така, од овие резултати може да се заклучи дека композитите RGO/NZVI имаат поголема ефикасност на адсорпција и намалување, а RGO во составот на RGO/NZVI може да се користи и како adsorbent и како носител материјал.
Ефикасноста на отстранувањето и капацитетот на адсорпција на DC за композитот RGO/NZVI и NZVI беа (A, B) [CO = 25 mg L-1–100 mg L-1, T = 25 ° C, доза = 0,05 g], pH. На капацитетот на адсорпција и ефикасноста на отстранувањето на DC на композитите RGO/NZVI (C) [CO = 50 mg L -1, pH = 3–11, t = 25 ° C, доза = 0,05 g].
PH на решението е клучен фактор во проучувањето на процесите на адсорпција, бидејќи влијае на степенот на јонизација, спецификација и јонизација на adsorbent. Експериментот беше спроведен на 25 ° C со постојана доза на adsorbent (0,05 g) и почетна концентрација од 50 mg L-1 во опсегот на pH (3–11). Според прегледот на литературата46, ДЦ е амфифилен молекул со неколку јонизирачки функционални групи (феноли, амино групи, алкохоли) на различни нивоа на pH вредност. Како резултат, различните функции на DC и сродните структури на површината на композитот RGO/NZVI можат да комуницираат електростатски и може да постојат како катјони, zwitterions и анјони, DC молекулата постои како катјонски (DCH3+) на ph <3,3, zwitterionic (dch20) 3,3 <ph <7.7 и an 77. As a result, the various functions of DC and the related structures on the surface of the rGO/nZVI composite may interact electrostatically and may exist as cations, zwitterions, and anions, the DC molecule exists as cationic (DCH3+) at pH < 3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 and anionic (DCH- or DC2-) at PH 7.7. V reзulьtatе raзliчnы grunkzyi k k is svззnnых c -ninmi нмими слмими слмими электротитатически и mogut oshertovetь vidе kатинов, цвтиттер-киноно и анинонов, мула, амолвала, акн сино. Котиона (dch3+) pre rn <3,3, цvittеr-sonnый (DCH20) 3,3 <ph <7,7 и анинонч (dch- ili dc2-) pri ph 7,7. Како резултат, разни функции на DC и сродни структури на површината на композитот RGO/NZVI можат да комуницираат електростатски и можат да постојат во форма на катјони, зитации и анјони; Молекулот DC постои како катјонски (DCH3+) на pH <3.3; Ionic (DCH20) 3.3 <ph <7,7 и анјонски (DCH- или DC2-) на 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 可能 会 发生 静电 相互 ， 并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 时 阳离子 阳离子 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 Следовальнон, ралиличе Наф Функиџи Дк и РодстВенных им Струхтхар од Поерхнононоссти Кокохит Рго/НЗВИ элегктротатические-Взаимодействия и Ссуествовать В ВДекакоко, юВитт-Аинов инсинов, а е ах-алглшцтњовтсцтњар Катиннњими (Дцг3+) ррн <3,3. Затоа, разни функции на DC и сродни структури на површината на композитот RGO/NZVI можат да влезат во електростатски интеракции и да постојат во форма на катјони, zwitterions и анјони, додека DC молекулите се катјонски (DCH3+) на pH <3.3. Он Ссуестват В Виде цВиттер-Иона (DCH20) pRI 3,3 <ph <7,7 и Анинона (DCH- ILI DC2-) pri ph 7,7. Постои како zwitterion (DCH20) на 3,3 <ph <7,7 и анјон (DCH- или DC2-) на pH 7,7.Со зголемување на pH вредноста од 3 на 7, капацитетот на адсорпција и ефикасноста на отстранувањето на DC се зголеми од 11,2 mg/g (56%) на 17 mg/g (85%) (Сл. 6С). Како и да е, како што pH вредноста се зголеми на 9 и 11, капацитетот на адсорпција и ефикасноста на отстранувањето се намали некаде, од 10,6 mg/g (53%) на 6 mg/g (30%), соодветно. Со зголемување на pH вредноста од 3 на 7, ДК главно постоеше во форма на zwitterions, што ги направи скоро неелектростатички привлечени или одбиени со композити RGO/NZVI, претежно со електростатска интеракција. Бидејќи pH вредноста се зголеми над 8.2, површината на adsorbent беше негативно наелектризирана, така што капацитетот на адсорпција се намали и се намали како резултат на електростатската одбивност помеѓу негативно наележната доксициклин и површината на adsorbent. Овој тренд сугерира дека адсорпцијата на DC на композитите RGO/NZVI зависи од pH, а резултатите исто така укажуваат дека композитите RGO/NZVI се соодветни како adsorbents под кисели и неутрални услови.
Ефектот на температурата врз адсорпцијата на воден раствор на DC беше спроведен на (25-55 ° C). Слика 7а го покажува ефектот на зголемување на температурата врз ефикасноста на отстранувањето на ДК антибиотиците на RGO/NZVI, јасно е дека капацитетот за отстранување и капацитетот на адсорпција се зголеми од 83,44% и 13,9 mg/g на 47% и 7,83 mg/g. , соодветно. Ова значително намалување може да се должи на зголемувањето на термичката енергија на DC јони, што доведува до десорпција47.
Ефект на температурата врз ефикасноста на отстранувањето и капацитетот на адсорпција на ЦД на композитите RGO/NZVI (A) [CO = 50 mg L -1, pH = 7, доза = 0,05 g], adsorbent доза на ефикасност на отстранување и ефикасност на отстранување на ефектот на ЦД -то на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на почетната концентрација на адсорпција на капацитетот и ефикасноста на DC отстранување на RGO/NSVI композит (B) [B) L -1, pH = 7, T = 25 ° C] (C, D) [CO = 25-100 mg L -1, pH = 7, T = 25 ° C, доза = 0,05 g].
Ефектот на зголемување на дозата на композитниот adsorbent RGO/NZVI од 0,01 g на 0,07 g на ефикасноста на отстранувањето и капацитетот на адсорпција е прикажан на Сл. 7б. Зголемувањето на дозата на adsorbent доведе до намалување на капацитетот на адсорпција од 33,43 mg/g на 6,74 mg/g. Како и да е, со зголемување на дозата на adsorbent од 0,01 g на 0,07 g, ефикасноста на отстранувањето се зголемува од 66,8% на 96%, што, според тоа, може да биде поврзано со зголемување на бројот на активни центри на површината на нанокомпозитот.
Студиран е ефектот на почетната концентрација врз капацитетот на адсорпција и ефикасноста на отстранувањето [25-100 мг Л-1, 25 ° С, pH 7, доза 0,05 g]. Кога почетната концентрација се зголеми од 25 mg L-1 на 100 mg L-1, процентот на отстранување на композитот RGO/NZVI се намали од 94,6% на 65% (Сл. 7С), веројатно поради отсуството на посакуваните активни места. . Adsorbs Големи концентрации на DC49. Од друга страна, како што се зголеми почетната концентрација, капацитетот на адсорпција исто така се зголеми од 9,4 mg/g на 30 mg/g сè додека не се постигне рамнотежа (Сл. 7Д). Оваа неизбежна реакција се должи на зголемување на движечката сила со почетна концентрација на DC поголема од отпорноста на пренесување на масовно масовно DC за да се достигне површината 50 од композитот RGO/NZVI.
Времето на контакт и кинетичките студии имаат за цел да го разберат времето на рамнотежа на адсорпцијата. Прво, количината на DC adsorbed во текот на првите 40 минути од времето на контакт беше приближно половина од вкупната сума adsorbed во текот на цело време (100 минути). Додека DC молекулите во растворот се судираат, предизвикувајќи нив брзо да мигрираат на површината на композитот RGO/NZVI, што резултира во значителна адсорпција. По 40 мин, адсорпцијата на ДЦ се зголеми постепено и полека сè додека не се достигне рамнотежа по 60 мин (Сл. 7Д). Бидејќи разумната сума е adsorbed во првите 40 минути, ќе има помалку судири со DC молекули и помалку активни места ќе бидат достапни за не-прилози молекули. Затоа, стапката на адсорпција може да се намали51.
За подобро да се разбере кинетиката на адсорпција, користени се линиски парцели на псевдо прв ред (Сл. 8а), псевдо втор ред (Сл. 8Б) и кинетички модели Елович (Сл. 8С). Од параметрите добиени од кинетичките студии (Табела S1), станува јасно дека моделот на псевдосекунд е најдобриот модел за опишување на кинетиката на адсорпција, каде вредноста R2 е поставена повисока отколку во другите два модела. Исто така, постои сличност помеѓу пресметаните капацитети за адсорпција (QE, CAL). Псевдо-втор ред и експерименталните вредности (QE, Exp.) Се дополнителни докази дека псевдо-втор ред е подобар модел од другите модели. Како што е прикажано на Табела 1, вредностите на α (почетна стапка на адсорпција) и β (константа на десорпција) потврдуваат дека стапката на адсорпција е повисока од стапката на десорпција, што укажува дека DC има тенденција да се adsorb ефикасно на композитот RGO/NZVI52. .
Линеарни кинетички парцели на адсорпција на псевдо-втор ред (А), псевдо-прв ред (Б) и Елович (Ц) [CO = 25–100 мг L-1, pH = 7, t = 25 ° C, доза = 0,05 g].
Студиите за изотерми на адсорпција помагаат да се утврди капацитетот на адсорпција на adsorbent (RGO/NRVI композит) на различни концентрации на adsorbate (DC) и температурите на системот. Максималниот капацитет на адсорпција беше пресметан со употреба на изотерма Langmuir, што укажува дека адсорпцијата е хомогена и вклучува формирање на адсорбатен монослоен на површината на adsorbent без интеракција помеѓу нив53. Два други широко користени модели на изотерма се модели Freundlich и Temkin. Иако моделот Freundlich не се користи за да се пресмета капацитетот на адсорпција, тој помага да се разбере хетерогениот процес на адсорпција и дека слободните работни места на adsorbent имаат различни енергии, додека моделот Темкин помага да се разберат физичките и хемиските својства на адсорпцијата54.
Сликите 9а-c покажуваат парцели на линиите на моделите Langmuir, Freindlich и Temkin, соодветно. Вредностите на R2 пресметани од парцелите Freundlich (Сл. 9А) и Langmuir (Сл. 9Б) и претставени во Табела 2 покажуваат дека адсорпцијата на DC на композитот RGO/NZVI ги следи моделите на RGO/NZVI (0,985). Максималниот капацитет на адсорпција (Qmax), пресметан со употреба на моделот на изотерма Langmuir, беше 31,61 mg G-1. Покрај тоа, пресметаната вредност на факторот на раздвојување без димензија (RL) е помеѓу 0 и 1 (0,097), што укажува на поволен процес на адсорпција. Инаку, пресметаната константа Freundlich (n = 2.756) укажува на предност за овој процес на апсорпција. Според линеарниот модел на изотермот на Темкин (Сл. 9С), адсорпцијата на DC на композитот RGO/NZVI е процес на физичка адсорпција, бидејќи B е 82 kJ mol-1 (0,408) 55. Иако физичката адсорпција обично се посредува од слабите сили на ван дер Валс, адсорпцијата на директна струја на композитите RGO/NZVI бара ниски енергии на адсорпција [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B) и Temkin (C) Линеарни изотерми на адсорпција [CO = 25–100 mg L -1, pH = 7, T = 25 ° C, доза = 0,05 g]. Заговор на равенката Вант Хоф за адсорпција на DC со композити RGO/NZVI (D) [CO = 25–100 mg L-1, pH = 7, T = 25-55 ° C и доза = 0,05 g].
За да се процени ефектот на промена на температурата на реакцијата врз отстранувањето на DC од композитите RGO/NZVI, од равенките беа пресметани термодинамички параметри како што се промена на ентропија (ΔS), промена на енталпијата (ΔH) и бесплатна промена на енергијата (ΔG). 3 и 458.
каде \ ({k} _ {e} \) = \ (\ frac {{c} _ {ae}} {{c} _ {e}} \) - Термодинамичка рамнотежа константа, CE и CAE - RGO во раствор, соодветно /nzvi dc концентрации на површински еквилибур. R и RT се константа на гас и температура на адсорпција, соодветно. Зацртувањето ln ke против 1/t дава права линија (Сл. 9Д) од која може да се утврдат ∆S и ∆H.
Негативна вредност ΔH означува дека процесот е егзотермичен. Од друга страна, вредноста ΔH е во рамките на процесот на физичка адсорпција. Негативните вредности на ΔG во Табела 3 укажуваат дека адсорпцијата е можна и спонтана. Негативните вредности на ΔS укажуваат на висока нарачка на адсорбетни молекули на течниот интерфејс (Табела 3).
Табелата 4 го споредува композитот RGO/NZVI со други adsorbents пријавени во претходните студии. Јасно е дека композитот VGO/NCVI има висок капацитет на адсорпција и може да биде ветувачки материјал за отстранување на ДК антибиотици од вода. Покрај тоа, адсорпцијата на композитите RGO/NZVI е брз процес со време на рамнотежа од 60 мин. Одличните својства на адсорпција на композитите RGO/NZVI можат да се објаснат со синергистичкиот ефект на RGO и NZVI.
Сликите 10А, Б го илустрираат рационалниот механизам за отстранување на ДК антибиотици од страна на комплексите RGO/NZVI и NZVI. Според резултатите од експериментите за ефектот на pH врз ефикасноста на адсорпцијата на DC, со зголемување на pH од 3 на 7, адсорпцијата на DC на композитот RGO/NZVI не била контролирана со електростатски интеракции, бидејќи делувала како zwitterion; Затоа, промената на pH вредноста не влијаеше на процесот на адсорпција. Последователно, механизмот за адсорпција може да се контролира со неелектростатски интеракции како што се сврзување со водород, хидрофобни ефекти и π-π редење интеракции помеѓу композитот RGO/NZVI и DC66. Добро е познато дека механизмот на ароматични adsorbates на површините на слоевит графен е објаснет со π -π редење интеракции како главна движечка сила. Композитот е слоевит материјал сличен на графен со максимум апсорпција на 233 nm заради транзицијата π-π*. Врз основа на присуството на четири ароматични прстени во молекуларната структура на DC adsorbate, ние претпоставивме дека постои механизам на π-π-интеракција помеѓу ароматичниот DC (π-електронски прифаќач) и регионот богат со π-електрони на површината на RGO. /NZVI композити. Покрај тоа, како што е прикажано на сл. 10b, Студиите за FTIR беа извршени за да се испита молекуларната интеракција на композитите RGO/NZVI со DC, а FTIR спектарот на композитите RGO/NZVI по адсорпцијата на DC се прикажани на Слика 10б. 10б. Нов врв е забележан на 2111 см-1, што одговара на рамковната вибрација на врската C = C, што укажува на присуство на соодветните органски функционални групи на површината од 67 RGO/NZVI. Другите врвови се менуваат од 1561 на 1548 см-1 и од 1399 на 1360 см-1, што исто така потврдува дека π-π интеракциите играат важна улога во адсорпцијата на графен и органски загадувачи68,69. По адсорпцијата на ДЦ, интензитетот на некои групи што содржат кислород, како што е ОХ, се намали на 3270 см-1, што укажува на тоа дека сврзувањето со водород е еден од механизмите за адсорпција. Така, врз основа на резултатите, адсорпцијата на ДЦ на композитот RGO/NZVI се јавува главно како резултат на интеракции со редење π-π и H-обврзници.
Рационален механизам на адсорпција на ДЦ антибиотици од страна на комплекси RGO/NZVI и NZVI (A). FTIR спектар на адсорпција на DC на RGO/NZVI и NZVI (B).
Интензитетот на апсорпционите ленти на NZVI на 3244, 1615, 1546 и 1011 cm -1 се зголеми по адсорпцијата на DC на NZVI (Сл. 10Б) во споредба со NZVI, што треба да биде поврзано со интеракцијата со можни функционални групи на карбоксилна киселина О групи во DC. Како и да е, овој помал процент на пренос во сите набудувани опсези не укажува на значителна промена во ефикасноста на адсорпцијата на фитосинтетичкиот адсорбент (NZVI) во споредба со NZVI пред процесот на адсорпција. Според некои истражувања за отстранување на DC со NZVI71, кога NZVI реагира со H2O, електроните се ослободуваат, а потоа H+ се користи за производство на високо намален активен водород. Конечно, некои катјонски соединенија прифаќаат електрони од активен водород, што резултира во -C = N и -C = C-, што се припишува на разделбата на прстенот на бензен.
Време на објавување: ноември-14-2022