Nature.com сайтад зочилсонд баярлалаа. Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй. Хамгийн сайн туршлагын тулд бид танд шинэчлэгдсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer дээр нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох). Энэ хооронд бид сайтыг хэв маяг болон JavaScriptгүйгээр үзүүлэх болно.
Энэхүү ажилд rGO/nZVI композитуудыг анх удаа Sophora шаргал навчны хандыг бууруулагч бодис болон тогтворжуулагч болгон ашиглан энгийн бөгөөд байгаль орчинд ээлтэй аргаар нэгтгэсэн бөгөөд энэ нь хор хөнөөл багатай химийн синтез гэх мэт "ногоон" химийн зарчмуудыг дагаж мөрддөг. SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, zeta потенциал зэрэг композитуудын амжилттай синтезийг баталгаажуулахын тулд хэд хэдэн хэрэгслийг ашигласан бөгөөд энэ нь нийлмэл үйлдвэрлэл амжилттай байгааг харуулж байна. rGO болон nZVI-ийн хоорондох синергетик нөлөөг судлахын тулд антибиотик доксициклиний янз бүрийн эхлэлийн концентрацид шинэ композитууд болон цэвэр nZVI-ийн зайлуулах чадварыг харьцуулсан. 25 мг L-1, 25°C ба 0.05 г зайлуулах нөхцөлд цэвэр nZVI-ийн адсорбцийн зайлуулах хурд 90% байсан бол rGO/nZVI композитоор доксициклиний адсорбцийн зайлуулах хурд 94.6% хүрч, nZVI болон rGO гэдгийг баталсан. Адсорбцийн процесс нь псевдо-секундын дараалалтай тохирч байгаа бөгөөд 25 °C ба рН 7-д хамгийн их адсорбцийн багтаамж нь 31.61 мг г-1 байх Фройндлихийн загвартай сайн тохирч байна. DC-г зайлуулах боломжийн механизмыг санал болгосон. Үүнээс гадна, зургаан дараалсан нөхөн төлжилтийн мөчлөгийн дараа rGO/nZVI нийлмэлийг дахин ашиглах боломжтой байдал 60% байв.
Усны хомсдол, бохирдол нь одоо бүх улс оронд ноцтой аюул заналхийлж байна. Сүүлийн жилүүдэд COVID-19 цар тахлын үед үйлдвэрлэл, хэрэглээ нэмэгдсэний улмаас усны бохирдол, ялангуяа антибиотикийн бохирдол нэмэгдсэн1,2,3. Тиймээс бохир усанд антибиотикийг устгах үр дүнтэй технологийг боловсруулах нь яаралтай ажил юм.
Тетрациклиний бүлгийн тэсвэртэй хагас синтетик антибиотикуудын нэг бол доксициклин (DC)4,5 юм. Газрын доорх болон гадаргын усанд DC үлдэгдэл бодисын солилцоонд ордоггүй, зөвхөн 20-50% нь бодисын солилцоонд ордог бөгөөд үлдсэн хэсэг нь хүрээлэн буй орчинд ялгарч, байгаль орчин, эрүүл мэндийн ноцтой асуудал үүсгэдэг гэж мэдээлсэн6.
Бага түвшинд DC-д өртөх нь усны фотосинтезийн бичил биетнийг устгаж, нянгийн эсрэг бактерийн тархалтыг заналхийлж, нянгийн эсрэг тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлдэг тул энэхүү бохирдуулагчийг бохир уснаас зайлуулах шаардлагатай. Усан дахь DC-ийн байгалийн задрал нь маш удаан үйл явц юм. Фотолиз, био задрал, адсорбци зэрэг физик-химийн процессууд нь зөвхөн бага концентрацитай, маш бага хурдтай үед л задардаг7,8. Гэсэн хэдий ч хамгийн хэмнэлттэй, энгийн, байгаль орчинд ээлтэй, зохицуулахад хялбар, үр ашигтай арга бол адсорбци9,10 юм.
Нано тэг валенттай төмөр (nZVI) нь метронидазол, диазепам, ципрофлоксацин, хлорамфеникол, тетрациклин зэрэг олон антибиотикийг уснаас зайлуулж чаддаг маш хүчтэй материал юм. Энэ чадвар нь nZVI-ийн өндөр урвалд орох чадвар, том гадаргуугийн талбай, олон тооны гадаад холболтын цэгүүд зэрэг гайхалтай шинж чанаруудтай холбоотой юм11. Гэсэн хэдий ч nZVI нь ван дер Уэллсийн хүч болон өндөр соронзон шинж чанараас шалтгаалан усан орчинд бөөгнөрөх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь nZVI10,12-ийн урвалд орох чадварыг дарангуйлдаг исэл давхарга үүссэний улмаас бохирдлыг зайлуулах үр нөлөөг бууруулдаг. nZVI хэсгүүдийн бөөгнөрөлийг гадаргууг нь гадаргуугийн идэвхт бодис болон полимерээр өөрчлөх эсвэл тэдгээрийг бусад наноматериалуудтай нийлмэл хэлбэрээр нэгтгэх замаар бууруулж болно. Энэ нь хүрээлэн буй орчинд тогтвортой байдлыг нь сайжруулах боломжит арга болох нь батлагдсан13,14.
Графен нь зөгийн сархинаг хэлбэртэй торонд байрлуулсан sp2-эрлийзжүүлсэн нүүрстөрөгчийн атомуудаас бүрдэх хоёр хэмжээст нүүрстөрөгчийн наноматериал юм. Энэ нь гадаргуугийн том талбай, мэдэгдэхүйц механик бат бэх, маш сайн электрокаталитик идэвхжил, өндөр дулаан дамжуулалт, хурдан электрон хөдөлгөөн, гадаргуу дээрээ органик бус нано хэсгүүдийг дэмжих тохиромжтой тээвэрлэгч материалтай. Металл нано хэсгүүд болон графенийн хослол нь материал бүрийн бие даасан ашиг тусаас хамаагүй давж гарах бөгөөд физик, химийн шинж чанараараа илүү үр дүнтэй ус цэвэршүүлэх зорилгоор нано хэсгүүдийн оновчтой тархалтыг хангадаг15.
Ургамлын ханд нь графен исэл (rGO) болон nZVI-ийн синтезд түгээмэл хэрэглэгддэг хортой химийн бууруулагч бодисын хамгийн сайн хувилбар юм. Учир нь тэдгээр нь боломжтой, хямд, нэг үе шаттай, байгаль орчинд аюулгүй бөгөөд бууруулагч бодис болгон ашиглаж болно. Флавоноид болон фенолын нэгдлүүд нь тогтворжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Тиймээс энэхүү судалгаанд Atriplex halimus L. навчны хандыг rGO/nZVI композитуудын синтезийн нөхөн сэргээх, хаах бодис болгон ашигласан. Amaranthaceae овгийн Atriplex halimus нь азотод дуртай, өргөн хүрээтэй газарзүйн тархалттай олон наст бут сөөг юм.
Боломжтой уран зохиолын дагуу Atriplex halimus (A. halimus)-ийг анх rGO/nZVI композитуудыг эдийн засгийн болон байгаль орчинд ээлтэй синтезийн аргаар хийхэд ашигласан. Тиймээс энэхүү ажлын зорилго нь дөрвөн хэсгээс бүрдэнэ: (1) A. halimus усны навчны хандыг ашиглан rGO/nZVI болон эцэг эхийн nZVI композитуудын фитосинтез, (2) амжилттай үйлдвэрлэлийг баталгаажуулахын тулд олон аргыг ашиглан фитосинтез хийсэн композитуудын шинж чанарыг тодорхойлох, (3) янз бүрийн урвалын параметрүүдийн дор доксициклины антибиотикийн органик бохирдуулагчийг адсорбци ба зайлуулахад rGO болон nZVI-ийн синергетик нөлөөг судлах, адсорбцийн процессын нөхцлийг оновчтой болгох, (3) боловсруулалтын мөчлөгийн дараа янз бүрийн тасралтгүй боловсруулалтад нийлмэл материалыг судлах.
Доксициклины гидрохлорид (DC, MM = 480.90, химийн томъёо C22H24N2O·HCl, 98%), төмрийн хлоридын гексагидрат (FeCl3.6H2O, 97%), АНУ-ын Сигма-Алдричаас худалдаж авсан бал чулууны нунтаг. Натрийн гидроксид (NaOH, 97%), этанол (C2H5OH, 99.9%) болон давсны хүчил (HCl, 37%)-ийг АНУ-ын Меркээс худалдаж авсан. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 болон MgCl2-ийг Тяньжин Комио Химийн Реагент ХХК-аас худалдаж авсан. Бүх урвалжууд нь өндөр аналитик цэвэршилттэй. Бүх усан уусмалыг бэлтгэхэд давхар нэрмэл ус ашигласан.
A. halimus-ийн төлөөллийн дээжийг Нил мөрний дельта болон Египетийн Газар дундын тэнгисийн эрэг орчмын байгалийн амьдрах орчноос цуглуулсан. Ургамлын материалыг холбогдох үндэсний болон олон улсын удирдамжийн дагуу цуглуулсан17. Профессор Манал Фавзи Булос18-ын дагуу ургамлын дээжийг тодорхойлсон бөгөөд Александрийн Их Сургуулийн Байгаль орчны шинжлэх ухааны тэнхим нь судлагдсан ургамлын төрөл зүйлийг шинжлэх ухааны зорилгоор цуглуулахыг зөвшөөрдөг. Дээжийн ваучерыг Танта Их Сургуулийн Herbarium (TANE), 14 122–14 127 дугаартай ваучерт хадгалдаг бөгөөд энэ нь хуримтлагдсан материалд нэвтрэх боломжийг олгодог олон нийтийн herbarium юм. Үүнээс гадна, тоос шороог арилгахын тулд ургамлын навчийг жижиг хэсэг болгон хувааж, цоргоны болон нэрмэл усаар 3 удаа зайлж, дараа нь 50°C-д хатаана. Ургамлыг буталж, 5 г нарийн нунтагыг 100 мл нэрмэл усанд дүрж, ханд авахын тулд 70°C-д 20 минут хутгана. Bacillus nicotianae-ийн гаргаж авсан хандыг Ватман шүүлтүүрийн цаасаар шүүж, цаашид хэрэглэхийн тулд цэвэр, ариутгасан хуруу шилэнд 4°C-д хадгалсан.
Зураг 1-т үзүүлсэнчлэн, GO-г өөрчлөгдсөн Хаммерсийн аргаар бал чулуун нунтагаар хийсэн. 10 мг GO нунтагыг 50 мл ионгүйжүүлсэн усанд 30 минутын турш хэт авианы дор уусгаж, дараа нь 0.9 г FeCl3 болон 2.9 г NaAc-ийг 60 минутын турш хольсон. Хутгасан уусмал дээр 20 мл атриплекс навчны хандыг нэмж хутгаад 80°C-д 8 цаг байлгасан. Үүссэн хар суспензийг шүүсэн. Бэлтгэсэн нанокомпозитуудыг этанол болон хоёр нэрмэл усаар угааж, дараа нь 50°C-д вакуум зууханд 12 цагийн турш хатаасан.
Atriplex halimus хандыг ашиглан бохирдсон уснаас DC антибиотикийг зайлуулах, rGO/nZVI болон nZVI цогцолборуудын ногоон синтезийн бүдүүвч болон дижитал зургууд.
Товчхондоо, Зураг 1-т үзүүлсэнчлэн, 0.05 М Fe3+ ион агуулсан 10 мл төмрийн хлоридын уусмалыг 20 мл гашуун навчны хандны уусмал дээр дуслаар 60 минутын турш дунд зэргийн халааж, хутгаж, дараа нь уусмалыг 14,000 эрг/мин (Hermle, 15,000 эрг/мин)-аар 15 минутын турш центрифугээр хийж, хар хэсгүүдийг гаргаж аваад этанол болон нэрмэл усаар 3 удаа угааж, дараа нь 60°C-д вакуум зууханд шөнийн турш хатаасан.
Ургамлын нийлэгжүүлсэн rGO/nZVI болон nZVI композитуудыг 200-800 нм сканнердах хүрээнд хэт ягаан туяаны харагдах спектроскопи (T70/T80 цувралын UV/Vis спектрофотометр, PG Instruments Ltd, UK) ашиглан тодорхойлсон. rGO/nZVI болон nZVI композитуудын топографи болон хэмжээний тархалтыг шинжлэхийн тулд TEM спектроскопи (JOEL, JEM-2100F, Япон, хурдасгуур хүчдэл 200 кВ) ашигласан. Сэргээх, тогтворжуулах үйл явцыг хариуцдаг ургамлын ханданд оролцож болох функциональ бүлгүүдийг үнэлэхийн тулд FT-IR спектроскопи хийсэн (4000-600 см-1 хүрээнд JASCO спектрометр). Үүнээс гадна, нийлэгжүүлсэн наноматериалын гадаргуугийн цэнэгийг судлахын тулд зета потенциал анализатор (Zetasizer Nano ZS Malvern) ашигласан. Нунтаг наноматериалын рентген дифракцийн хэмжилтийн хувьд 20°-80° хоорондох 2θ мужид гүйдэл (40 мА), хүчдэл (45 кВ) болон CuKa1 цацраг (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao) дээр ажилладаг рентген дифрактометр (X'PERT PRO, Нидерланд) ашигласан. Энерги тархалтын рентген спектрометр (EDX) (JEOL JSM-IT100 загвар) нь XPS дээр -10-1350 эВ хүртэлх Al K-α монохромат рентген туяаг цуглуулах үед элементийн найрлагыг судлах үүрэгтэй байсан, цэгийн хэмжээ 400 μм K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, АНУ), бүрэн спектрийн дамжуулах энерги нь 200 эВ, нарийн спектр нь 50 эВ байна. Нунтаг дээжийг дээжийн тавиур дээр дарж, вакуум камерт байрлуулна. Холболтын энергийг тодорхойлохын тулд 284.58 эВ-ийн C 1s спектрийг лавлагаа болгон ашигласан.
Усан уусмалаас доксициклин (DC)-ийг зайлуулахад нийлэгжүүлсэн rGO/nZVI нанокомпозитуудын үр нөлөөг шалгах зорилгоор адсорбцийн туршилтуудыг явуулсан. Адсорбцийн туршилтыг 25 мл-ийн Эрленмейер колбонд 200 эрг/мин хурдтайгаар тойрог замын сэгсрэгч (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) дээр 298 К температурт хийсэн. DC үндсэн уусмалыг (1000 ppm) хоёр нэрмэл усаар шингэлж. rGO/nSVI тунгийн адсорбцийн үр ашигт үзүүлэх нөлөөг үнэлэхийн тулд 20 мл DC уусмалд янз бүрийн жинтэй (0.01–0.07 г) нанокомпозитуудыг нэмсэн. Кинетик ба адсорбцийн изотермыг судлахын тулд 0.05 г адсорбентийг анхны концентрацитай (25–100 мг L–1) CD-ийн усан уусмалд дүрсэн. рН-ийн DC-ийг зайлуулах нөлөөг рН (3–11) болон 25°C-д 50 мг L-1 анхны концентрацид судалсан. Бага хэмжээний HCl эсвэл NaOH уусмал (Crison pH meter, pH meter, pH 25) нэмж системийн рН-ийг тохируулна. Үүнээс гадна, 25-55°C-ийн хүрээнд адсорбцийн туршилтад урвалын температурын нөлөөллийг судалсан. Ионы хүчний адсорбцийн процесст үзүүлэх нөлөөллийг 50 мг L-1, рН 3 ба 7), 25°C-ийн анхны концентрацид янз бүрийн концентрацитай NaCl (0.01–4 моль L-1) DC болон 0.05 г адсорбентийн тунг нэмж судалсан. Шингээгдээгүй тогтмол гүйдлийн адсорбцийг 270 ба 350 нм долгионы уртад (λmax) 1.0 см урттай кварц кюветээр тоноглогдсон хос цацрагт UV-Vis спектрофотометр (T70/T80 цуврал, PG Instruments Ltd, UK) ашиглан хэмжсэн. Тогтмол гүйдлийн антибиотикийн гадагшлуулах хувийг (R%; Тэгшитгэл 1) болон DC, qt, Тэгшитгэл 2-ын адсорбцийн хэмжээг (мг/г) дараах тэгшитгэлээр хэмжсэн.
энд %R нь DC зайлуулах хүчин чадал (%), Co нь 0 цаг дахь анхны DC концентраци, C нь тус тус t цаг дахь DC концентраци (мг L-1) байна.
энд qe нь адсорбентын нэгж масс тутамд адсорбцлогдсон DC-ийн хэмжээ (мг г-1), Co ба Ce нь тэг цаг болон тэнцвэрийн үеийн концентраци (мг л-1), V нь уусмалын эзэлхүүн (л), m нь адсорбцийн массын урвалж (г) юм.
SEM зургууд (Зураг 2A–C) нь бөмбөрцөг төмрийн нано хэсгүүд нь гадаргуу дээр жигд тархсан rGO/nZVI нийлмэлийн ламелляр морфологийг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь nZVI NP-үүдийг rGO гадаргуу дээр амжилттай наалдсаныг харуулж байна. Үүнээс гадна, rGO навчинд зарим үрчлээ байгаа нь A. halimus GO-г нөхөн сэргээхтэй зэрэгцэн хүчилтөрөгч агуулсан бүлгүүдийг зайлуулж байгааг баталж байна. Эдгээр том үрчлээ нь төмрийн NP-үүдийг идэвхтэй ачаалах цэг болж үйлчилдэг. nZVI зургууд (Зураг 2D-F) нь бөмбөрцөг төмрийн NP-үүд маш тархай бутархай бөгөөд нэгдээгүй болохыг харуулсан бөгөөд энэ нь ургамлын хандны ургамлын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн бүрхүүлийн шинж чанараас үүдэлтэй юм. Бөөмийн хэмжээ 15-26 нм-ийн хооронд хэлбэлздэг. Гэсэн хэдий ч зарим бүс нутгууд нь товойсон, хөндий бүтэцтэй мезосүв хэлбэртэй морфологитой бөгөөд энэ нь nZVI-ийн өндөр үр дүнтэй шингээлтийн чадварыг хангаж чаддаг, учир нь тэдгээр нь nZVI-ийн гадаргуу дээр DC молекулуудыг барих боломжийг нэмэгдүүлдэг. Роза Дамаскийн хандыг nZVI-ийн синтезд ашиглахад гаргаж авсан NP-үүд нь нэгэн төрлийн бус, хоосон зайтай, өөр өөр хэлбэртэй байсан нь Cr(VI)-ийн адсорбцийн үр ашгийг бууруулж, урвалын хугацааг нэмэгдүүлсэн 23. Үр дүн нь царс болон ялам модны навчнаас нийлэгжүүлсэн nZVI-тэй нийцэж байгаа бөгөөд эдгээр нь голчлон бөөгнөрөлгүй, янз бүрийн нанометрийн хэмжээтэй бөөгнөрөлгүй бөмбөрцөг хэлбэртэй нано хэсгүүд юм.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) нийлмэл материалуудын SEM зургууд болон nZVI/rGO (G) болон nZVI (H) нийлмэл материалуудын EDX хэв маяг.
Ургамлын нийлэгжүүлсэн rGO/nZVI болон nZVI композитуудын элементийн найрлагыг EDX ашиглан судалсан (Зураг 2G, H). Судалгаанаас харахад nZVI нь нүүрстөрөгч (массын 38.29%), хүчилтөрөгч (массын 47.41%) болон төмрөөс (массын 11.84%) бүрддэг боловч ургамлын ханднаас гаргаж авч болох фосфор24 зэрэг бусад элементүүд бас байдаг. Үүнээс гадна нүүрстөрөгч болон хүчилтөрөгчийн өндөр хувь нь nZVI-ийн газрын доорх дээжинд ургамлын ханднаас гаргаж авсан фитохимийн бодисууд байдагтай холбоотой юм. Эдгээр элементүүд нь rGO дээр жигд тархсан боловч өөр өөр харьцаатай байдаг: C (39.16 жин %), O (46.98 жин %) болон Fe (10.99 жин %), EDX rGO/nZVI нь ургамлын хандтай холбоотой байж болох S зэрэг бусад элементүүдийг ашиглаж байгааг харуулж байна. A. halimus ашиглан хийсэн rGO/nZVI нийлмэл найрлага дахь одоогийн C:O харьцаа болон төмрийн агууламж нь эвкалипт навчны хандыг ашиглахаас хамаагүй дээр бөгөөд энэ нь C (23.44 жинтэй%), O (68.29 жинтэй%) болон Fe (8.27 жинтэй%)-ийн найрлагыг тодорхойлдог. 25. Наташа нар, 2022 онд царс болон яламны навчнаас нийлэгжүүлсэн nZVI-ийн ижил төстэй элементийн найрлагыг мэдээлсэн бөгөөд навчны ханданд агуулагдах полифенолын бүлгүүд болон бусад молекулууд нь буурах процессыг хариуцдаг болохыг баталсан.
Ургамалд нийлэгжүүлсэн nZVI-ийн морфологи (Зураг S2A, B) нь бөмбөрцөг хэлбэртэй, хэсэгчлэн жигд бус хэлбэртэй байсан бөгөөд дундаж бөөмийн хэмжээ 23.09 ± 3.54 нм байсан боловч ван дер Ваалсын хүч болон ферромагнетизмын нөлөөгөөр гинжин агрегатууд ажиглагдсан. Энэхүү голчлон мөхлөгт ба бөмбөрцөг хэлбэртэй бөөмийн хэлбэр нь SEM-ийн үр дүнтэй сайн тохирч байна. Үүнтэй төстэй ажиглалтыг Абделфатах нар 2021 онд nZVI11-ийн нийлэгжилтэд кастор шошны навчны хандыг ашиглах үед олж мэдсэн. nZVI-д бууруулагч бодис болгон ашигладаг Ruelas tuberosa навчны хандны NP-үүд нь мөн 20-40 нм26 диаметртэй бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг.
Эрлийз rGO/nZVI нийлмэл TEM зургууд (Зураг S2C-D) нь rGO нь nZVI NP-үүдэд олон ачааллын цэгүүдийг хангадаг захын нугалаа, үрчлээстэй суурь хавтгай болохыг харуулсан; энэхүү ламелляр морфологи нь rGO-г амжилттай үйлдвэрлэсэн болохыг баталж байна. Үүнээс гадна, nZVI NP-үүд нь 5.32-27 нм хэмжээтэй бөөмийн хэмжээтэй бөмбөрцөг хэлбэртэй бөгөөд бараг жигд тархалттайгаар rGO давхаргад шингэсэн байдаг. Fe NP/rGO-г нийлэгжүүлэхэд эвкалипт навчны хандыг ашигласан; TEM-ийн үр дүнгээс харахад rGO давхарга дахь үрчлээс нь цэвэр Fe NP-үүдээс илүү Fe NP-үүдийн тархалтыг сайжруулж, нийлмэл бодисын урвалд орох чадварыг нэмэгдүүлсэн болохыг баталсан. Үүнтэй төстэй үр дүнг Багери нар 28 нь ойролцоогоор 17.70 нм дундаж төмрийн нано бөөмийн хэмжээтэй хэт авианы техник ашиглан нийлмэлийг үйлдвэрлэхэд олж авсан.
A. halimus, nZVI, GO, rGO, болон rGO/nZVI композитуудын FTIR спектрийг Зураг 3A-д үзүүлэв. A. halimus-ийн навчинд гадаргуугийн функциональ бүлгүүд байгаа нь 3336 см-1 дээр харагдаж байгаа нь полифенолтой тохирч байгаа бөгөөд 1244 см-1 нь уургийн үүсгэсэн карбонилын бүлгүүдтэй тохирч байна. 2918 см-1 дээрх алканууд, 1647 см-1 дээрх алкенүүд, 1030 см-1 дээрх CO-O-CO өргөтгөлүүд зэрэг бусад бүлгүүд ажиглагдсан бөгөөд энэ нь битүүмжлэх бодис болж үйлчилдэг, Fe2+-ээс Fe0, GO-оос rGO29 хүртэл нөхөн сэргээх үүрэгтэй ургамлын бүрэлдэхүүн хэсгүүд байгааг харуулж байна. Ерөнхийдөө nZVI спектрүүд нь гашуун элсэн чихэртэй ижил шингээлтийн оргилуудыг харуулдаг боловч байрлал нь бага зэрэг өөрчлөгдсөн байна. 3244 см-1 дээр OH суналтын чичиргээ (фенол)-тай холбоотой эрчимтэй зурвас гарч ирдэг бөгөөд 1615 дахь оргил нь C=C-тэй тохирч байгаа бөгөөд 1546 ба 1011 см-1 дээрх зурвасууд нь C=O (полифенол ба флавоноид)-ийн суналтын улмаас үүсдэг бөгөөд үнэрт аминуудын CN-бүлэг ба алифатик аминууд тус тус 1310 см-1 ба 1190 см-1 дээр ажиглагдсан13. GO-ийн FTIR спектр нь 1041 см-1 дээрх алкокси (CO) суналтын зурвас, 1291 см-1 дээрх эпокси (CO) суналтын зурвас, C=O суналт зэрэг олон өндөр эрчимтэй хүчилтөрөгч агуулсан бүлгүүд байгааг харуулж байна. 1619 см-1 дээр C=C суналтын чичиргээний зурвас, 1708 см-1 дээр зурвас, 3384 см-1 дээр OH бүлгийн суналтын чичиргээний өргөн зурвас гарч ирсэн нь бал чулууны процессыг амжилттай исэлдүүлдэг сайжруулсан Хаммерсын аргаар батлагдсан. rGO болон rGO/nZVI композитуудыг GO спектртэй харьцуулах үед 3270 см-1 дээрх OH зэрэг зарим хүчилтөрөгч агуулсан бүлгүүдийн эрчим мэдэгдэхүйц буурсан бол 1729 см-1 дээрх C=O зэрэг бусад нь бүрэн буурсан байна. Энэ нь A. halimus ханд нь GO дахь хүчилтөрөгч агуулсан функциональ бүлгүүдийг амжилттай арилгасныг харуулж байна. C=C хүчдэлийн үед rGO-ийн шинэ хурц шинж чанартай оргилууд 1560 ба 1405 см-1 орчимд ажиглагдсан нь GO-г rGO болгон бууруулж байгааг баталж байна. 1043-1015 см-1 болон 982-918 см-1 хүртэлх хэлбэлзэл ажиглагдсан бөгөөд энэ нь ургамлын материалыг оруулсантай холбоотой байж болох юм31,32. Венг нар, 2018 онд GO-д хүчилтөрөгчөөр баяжуулсан функциональ бүлгүүдийн мэдэгдэхүйц бууралтыг ажигласан бөгөөд энэ нь био-буулгалтаар rGO амжилттай үүссэнийг баталж байна, учир нь бууруулсан төмрийн графен оксидын нийлмэлүүдийг нэгтгэхэд ашигласан эвкалипт навчны ханд нь ургамлын бүрэлдэхүүн хэсгийн функциональ бүлгүүдийн FTIR спектрийг илүү ойр харуулсан. 33.
A. Галли, nZVI, rGO, GO, нийлмэл rGO/nZVI-ийн FTIR спектр (A). rGO, GO, nZVI болон rGO/nZVI нийлмэл рентген зураг (B).
rGO/nZVI болон nZVI композитуудын үүсэлтийг рентген дифракцийн хээгээр ихээхэн баталгаажуулсан (Зураг 3B). Өндөр эрчимтэй Fe0 оргил нь 2Ɵ 44.5°-д ажиглагдсан бөгөөд энэ нь (110) индекстэй тохирч байна (JCPDS дугаар 06–0696)11. (311) хавтгайн 35.1°-д байрлах өөр нэг оргил нь магнетит Fe3O4-тэй холбоотой бөгөөд ϒ-FeOOH (JCPDS дугаар 17-0536)34 байгаатай холбоотойгоор (440) хавтгайн Миллерийн индекстэй 63.2° холбоотой байж болно. GO-ийн рентген хээ нь 2Ɵ 10.3°-д огцом оргил, 21.1°-д өөр нэг оргил байгааг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь бал чулуу бүрэн гуужиж, GO35-ийн гадаргуу дээр хүчилтөрөгч агуулсан бүлгүүд байгааг харуулж байна. rGO болон rGO/nZVI-ийн нийлмэл хэв маяг нь rGO болон rGO/nZVI нийлмэлүүдийн хувьд GO-ийн онцлог оргилууд алга болж, 2Ɵ 22.17 болон 24.7°-д өргөн rGO оргилууд үүссэнийг бүртгэсэн бөгөөд энэ нь ургамлын хандаар GO-г амжилттай сэргээж байгааг баталсан. Гэсэн хэдий ч нийлмэл rGO/nZVI хэв маягт Fe0 (110) болон bcc Fe0 (200)-ийн торны хавтгайтай холбоотой нэмэлт оргилууд тус тус 44.9\(^\circ\) болон 65.22\(^\circ\)-д ажиглагдсан.
Зета потенциал нь бөөмсийн гадаргуу дээр наалдсан ионы давхарга болон материалын электростатик шинж чанарыг тодорхойлж, тогтвортой байдлыг нь хэмждэг усан уусмалын хоорондох потенциал юм37. Ургамлын нийлэгжүүлсэн nZVI, GO, болон rGO/nZVI композитуудын Зета потенциалын шинжилгээгээр тэдгээрийн гадаргуу дээр тус тус -20.8, -22, болон -27.4 мВ сөрөг цэнэгүүд байгаа тул тогтвортой байдлыг харуулсан бөгөөд үүнийг Зураг S1A-C-д үзүүлэв. Ийм үр дүн нь -25 мВ-аас бага зета потенциалын утгатай бөөмс агуулсан уусмалууд нь эдгээр бөөмсийн хоорондох электростатик түлхэлтийн улмаас ерөнхийдөө өндөр түвшний тогтвортой байдлыг харуулдаг болохыг дурдсан хэд хэдэн тайлантай нийцэж байна. rGO болон nZVI-ийн хослол нь композит нь илүү сөрөг цэнэг авах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр зөвхөн GO эсвэл nZVI-ээс илүү өндөр тогтвортой байдалтай байдаг. Тиймээс электростатик түлхэлтийн үзэгдэл нь тогтвортой rGO/nZVI39 композитууд үүсэхэд хүргэнэ. GO-ийн сөрөг гадаргуу нь түүнийг бөөгнөрөлгүйгээр усан орчинд жигд тараах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь nZVI-тай харилцан үйлчлэлцэх таатай нөхцлийг бүрдүүлдэг. Сөрөг цэнэг нь гашуун амтат гуаны ханданд өөр өөр функциональ бүлгүүд байгаатай холбоотой байж болох бөгөөд энэ нь GO болон төмрийн урьдал бодисууд болон ургамлын хандын харилцан үйлчлэлийг тус тус rGO болон nZVI, мөн rGO/nZVI цогцолборыг үүсгэдэг болохыг баталгаажуулдаг. Эдгээр ургамлын нэгдлүүд нь үүссэн нано хэсгүүдийн хуримтлалаас сэргийлж, улмаар тэдгээрийн тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлдэг тул таглах бодис болж чаддаг40.
nZVI болон rGO/nZVI композитуудын элементийн найрлага болон валентын төлөвийг XPS-ээр тодорхойлсон (Зураг 4). XPS-ийн ерөнхий судалгаагаар rGO/nZVI композит нь голчлон C, O, болон Fe элементүүдээс бүрддэг нь EDS зураглалтай нийцэж байгааг харуулсан (Зураг 4F–H). C1s спектр нь тус тус CC, CO болон C=O-г төлөөлсөн 284.59 эВ, 286.21 эВ ба 288.21 эВ гэсэн гурван оргилоос бүрдэнэ. O1s спектрийг тус тус O=CO, CO болон NO бүлгүүдэд хуваарилсан 531.17 эВ, 532.97 эВ, 535.45 эВ гэсэн гурван оргилд хуваасан. Гэсэн хэдий ч 710.43, 714.57 болон 724.79 эВ дээрх оргилууд нь тус тус Fe 2p3/2, Fe+3 болон Fe p1/2-г илэрхийлнэ. nZVI-ийн XPS спектрүүд (Зураг 4C-E) нь C, O, болон Fe элементүүдийн оргилуудыг харуулсан. 284.77, 286.25, болон 287.62 эВ оргилууд нь төмөр-нүүрстөрөгчийн хайлш байгааг баталж байгаа бөгөөд эдгээр нь тус тус CC, C-OH, болон CO-г хэлнэ. O1s спектр нь C–O/төмрийн карбонат (531.19 эВ), гидроксил радикал (532.4 эВ) болон O–C=O (533.47 эВ) гэсэн гурван оргилтой тохирч байв. 719.6 дахь оргил нь Fe0-тэй холбоотой бол FeOOH нь 717.3 ба 723.7 эВ оргилуудыг харуулж байгаа бөгөөд үүнээс гадна 725.8 эВ дахь оргил нь Fe2O342.43 байгааг харуулж байна.
nZVI болон rGO/nZVI нийлмэлүүдийн XPS судалгаа (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D), болон O1s (E) болон rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) нийлмэлүүдийн бүрэн спектрүүд.
N2 адсорбци/десорбцийн изотерм (Зураг 5A, B) нь nZVI болон rGO/nZVI композитууд нь II төрөлд хамаарах болохыг харуулж байна. Үүнээс гадна, rGO-оор сохорсны дараа nZVI-ийн хувийн гадаргуугийн талбай (SBET) 47.4549-өөс 152.52 м2/г болж нэмэгдсэн. Энэ үр дүнг rGO сохорсны дараа nZVI-ийн соронзон шинж чанар буурч, улмаар бөөмсийн агрегацийг бууруулж, композитуудын гадаргуугийн талбай нэмэгдсэнээр тайлбарлаж болно. Үүнээс гадна, Зураг 5C-д үзүүлсэнчлэн, rGO/nZVI композитын нүх сүвний эзэлхүүн (8.94 нм) нь анхны nZVI-ээс (2.873 нм) өндөр байна. Энэ үр дүн нь Эль-Монаем нартай нийцэж байна. 45.
Анхны концентрацийн өсөлтөөс хамааран rGO/nZVI нийлмэл болон анхны nZVI-ийн хоорондох DC-ийг арилгах адсорбцийн чадварыг үнэлэхийн тулд янз бүрийн анхны концентрацид DC-д адсорбент бүрийн тогтмол тунг (0.05 г) нэмж харьцуулсан. 25°C-д уусмалыг судалсан [25]. –100 мг л–1]. Үр дүнгээс харахад rGO/nZVI нийлмэлийн зайлуулах үр ашиг (94.6%) нь бага концентрацид (25 мг L-1) анхны nZVI-ийнхээс (90%) өндөр байсан. Гэсэн хэдий ч эхлэх концентрацийг 100 мг L-1 болгон нэмэгдүүлэхэд rGO/nZVI болон эцэг эхийн nZVI-ийн зайлуулах үр ашиг тус тус 70% ба 65% болж буурсан (Зураг 6A), энэ нь идэвхтэй цэгүүд багассан, nZVI хэсгүүдийн задралтай холбоотой байж болох юм. Харин ч эсрэгээрээ, rGO/nZVI нь DC-г зайлуулах өндөр үр ашигтай байсан бөгөөд энэ нь rGO болон nZVI-ийн хоорондох синергетик нөлөөтэй холбоотой байж болох бөгөөд адсорбцид зориулсан тогтвортой идэвхтэй цэгүүд хамаагүй өндөр байдаг бөгөөд rGO/nZVI-ийн хувьд бүрэн бүтэн nZVI-ээс илүү их DC-г адсорбцид оруулж болно. Үүнээс гадна, зураг 6B-д rGO/nZVI болон nZVI нийлмэлүүдийн адсорбцийн багтаамж тус тус 9.4 мг/г-аас 30 мг/г ба 9 мг/г болж, анхны концентраци 25–100 мг/л. -1.1-ээс 28.73 мг г-1 болж нэмэгдсэн болохыг харуулж байна. Тиймээс DC-г зайлуулах хурд нь анхны DC концентрацитай сөрөг хамааралтай байсан бөгөөд энэ нь уусмал дахь DC-г адсорбци болон зайлуулах зорилгоор адсорбент бүрээр дэмжигдсэн урвалын төвүүдийн тоо хязгаарлагдмал байсантай холбоотой юм. Тиймээс эдгээр үр дүнгээс харахад rGO/nZVI композитууд нь адсорбци ба бууралтын өндөр үр ашигтай бөгөөд rGO/nZVI-ийн найрлага дахь rGO-г адсорбент болон тээвэрлэгч материал болгон ашиглаж болно гэж дүгнэж болно.
rGO/nZVI болон nZVI нийлмэл материалын зайлуулах үр ашиг болон DC адсорбцийн багтаамж нь (A, B) [Co = 25 мг л-1–100 мг л-1, T = 25 °C, тун = 0.05 г], рН байв. rGO/nZVI нийлмэл материалын (C) адсорбцийн багтаамж болон DC адсорбцийн үр ашгийн хувьд [Co = 50 мг л–1, рН = 3–11, T = 25 °C, тун = 0.05 г] байв.
Уусмалын рН нь адсорбентын ионжуулалт, төрөлжилт, ионжуулалтын зэрэгт нөлөөлдөг тул адсорбцийн процессыг судлахад чухал хүчин зүйл болдог. Туршилтыг 25°C-д тогтмол адсорбент тун (0.05 г), рН-ийн хүрээнд (3-11) 50 мг L-1 анхны концентрацитайгаар явуулсан. Уран зохиолын тойм46-ын дагуу DC нь янз бүрийн рН түвшинд хэд хэдэн ионжих боломжтой функциональ бүлэг (фенол, амин бүлэг, спирт) бүхий амфифил молекул юм. Үүний үр дүнд rGO/nZVI нийлмэл гадаргуу дээрх DC-ийн янз бүрийн функцууд болон холбогдох бүтэцүүд нь электростатик харилцан үйлчлэлцэж, катион, цвиттерион, анион хэлбэрээр оршиж болох бөгөөд DC молекул нь рН < 3.3 үед катион (DCH3+), звиттерион (DCH20) 3.3 < рН < 7.7 болон анион (DCH− эсвэл DC2−) хэлбэрээр рН 7.7 үед оршдог. Үүний үр дүнд rGO/nZVI нийлмэл гадаргуу дээрх DC-ийн янз бүрийн функцууд болон холбогдох бүтэцүүд нь электростатик харилцан үйлчлэлцэж, катион, цвиттерион, анион хэлбэрээр оршиж болох бөгөөд DC молекул нь рН < 3.3 үед катион (DCH3+), звиттерион (DCH20) 3.3 < рН < 7.7 болон анион (DCH- эсвэл DC2-) хэлбэрээр рН 7.7 үед оршдог. Үүний үр дүнд DK болон связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI боломжтой цахилгаан статически болон существовать в виде катионов, цвиттер-ионов ба анионов, молекула ДК сущрона (
Температурын нөлөөг DC-ийн усан уусмалын адсорбцид (25–55°C) нөлөөлсөн. Зураг 7А-д температурын өсөлт нь DC антибиотикийн rGO/nZVI-д үзүүлэх нөлөөллийг харуулсан бөгөөд зайлуулах чадвар болон адсорбцийн чадвар нь тус тус 83.44% ба 13.9 мг/г-аас 47% ба 7.83 мг/г болж өссөн нь тодорхой байна. Энэхүү мэдэгдэхүйц бууралт нь DC ионуудын дулааны энерги нэмэгдсэнтэй холбоотой байж болох бөгөөд энэ нь десорбцид хүргэдэг47.
rGO/nZVI нийлмэл материал дээрх CD-ийн зайлуулах үр ашиг ба адсорбцийн багтаамжид температурын нөлөө (A) [Co = 50 мг L–1, рН = 7, Тун = 0.05 г], Адсорбентын тун нь CD-ийн зайлуулах үр ашиг ба зайлуулах үр ашигт Анхны концентрацийн rGO/nSVI нийлмэл материал дээрх DC зайлуулах адсорбцийн багтаамж ба үр ашигт үзүүлэх нөлөө (B) [Co = 50 мг L–1, рН = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 мг L–1, рН = 7, T = 25 °C, тун = 0.05 г].
Нийлмэл адсорбент rGO/nZVI-ийн тунг 0.01 г-аас 0.07 г хүртэл нэмэгдүүлэх нь зайлуулах үр ашиг болон адсорбцийн багтаамжид үзүүлэх нөлөөг Зураг 7B-д үзүүлэв. Адсорбентын тунг нэмэгдүүлснээр адсорбцийн багтаамж 33.43 мг/г-аас 6.74 мг/г хүртэл буурсан. Гэсэн хэдий ч адсорбентын тунг 0.01 г-аас 0.07 г хүртэл нэмэгдүүлэхэд зайлуулах үр ашиг 66.8%-иас 96% хүртэл нэмэгддэг бөгөөд энэ нь нанокомпозит гадаргуу дээрх идэвхтэй төвүүдийн тоо нэмэгдэхтэй холбоотой байж болох юм.
Анхны концентрацийн адсорбцийн багтаамж болон зайлуулах үр ашигт үзүүлэх нөлөөг [25–100 мг L-1, 25°C, рН 7, тун 0.05 г] судалсан. Анхны концентрацийг 25 мг L-1-ээс 100 мг L-1 болгон нэмэгдүүлэхэд rGO/nZVI нийлмэлийн зайлуулах хувь 94.6%-иас 65% болж буурсан (Зураг 7C), энэ нь хүссэн идэвхтэй цэгүүд байхгүйтэй холбоотой байж магадгүй юм. DC49-ийн их хэмжээний концентрацийг адсорбцолдог. Нөгөөтэйгүүр, анхны концентраци нэмэгдэхийн хэрээр тэнцвэрт байдалд хүрэх хүртэл адсорбцийн багтаамж 9.4 мг/г-аас 30 мг/г хүртэл нэмэгдсэн (Зураг 7D). Энэхүү зайлшгүй урвал нь rGO/nZVI нийлмэлийн гадаргуу 50 хүрэхийн тулд анхны DC концентраци нь DC ионы массын дамжуулалтын эсэргүүцлээс их байх үед хөдөлгөгч хүчний өсөлттэй холбоотой юм.
Холбоо барих хугацаа болон кинетик судалгаанууд нь адсорбцийн тэнцвэрт хугацааг ойлгоход чиглэгддэг. Нэгдүгээрт, холбоо барих хугацааны эхний 40 минутын хугацаанд адсорбцлогдсон DC-ийн хэмжээ нь бүх хугацаанд (100 минут) адсорбцлогдсон нийт хэмжээний тал орчим байв. Уусмал дахь DC молекулууд мөргөлдөж, rGO/nZVI нийлмэлийн гадаргуу руу хурдан шилжиж, улмаар мэдэгдэхүйц адсорбц үүсгэдэг. 40 минутын дараа DC адсорбц нь аажмаар аажмаар нэмэгдэж, 60 минутын дараа тэнцвэрт байдалд хүрэв (Зураг 7D). Эхний 40 минутын дотор зохих хэмжээгээр адсорбцлогдсон тул DC молекулуудтай мөргөлдөх нь багасч, адсорбцлогдоогүй молекулуудын идэвхтэй цэгүүд цөөн байх болно. Тиймээс адсорбцийн хурдыг бууруулж болно51.
Адсорбцийн кинетикийг илүү сайн ойлгохын тулд псевдо нэгдүгээр эрэмбийн (Зураг 8A), псевдо хоёрдугаар эрэмбийн (Зураг 8B) болон Эловичийн (Зураг 8C) кинетик загваруудын шугаман графикийг ашигласан. Кинетик судалгаанаас олж авсан параметрүүдээс (Хүснэгт S1) псевдосекундын загвар нь адсорбцийн кинетикийг тодорхойлох хамгийн сайн загвар болох нь тодорхой болсон бөгөөд R2 утга нь бусад хоёр загвараас өндөр байна. Тооцоолсон адсорбцийн багтаамж (qe, cal) хооронд ижил төстэй байдал бас бий. Псевдосекундын эрэмбийн болон туршилтын утгууд (qe, exp.) нь псевдосекундын эрэмбийн загвар нь бусад загваруудаас илүү сайн загвар болохыг нотлох баримт юм. Хүснэгт 1-т үзүүлсэнчлэн α (анхны адсорбцийн хурд) ба β (десорбцийн тогтмол)-ийн утгууд нь адсорбцийн хурд нь десорбцийн хурдаас өндөр байгааг баталж байгаа бөгөөд энэ нь DC нь rGO/nZVI52 нийлмэл дээр үр дүнтэй адсорбцлох хандлагатай байгааг харуулж байна.
Псевдо-хоёрдугаар эрэмбийн (A), псевдо-нэгдүгээр эрэмбийн (B) болон Эловичийн (C) шугаман адсорбцийн кинетик графикууд [Co = 25–100 мг л–1, рН = 7, T = 25 °C, тун = 0.05 г].
Адсорбцийн изотермийн судалгаа нь янз бүрийн адсорбатын концентраци (DC) болон системийн температурт адсорбентийн (RGO/nRVI нийлмэл) адсорбцийн багтаамжийг тодорхойлоход тусалдаг. Хамгийн их адсорбцийн багтаамжийг Лангмюр изотерм ашиглан тооцоолсон бөгөөд энэ нь адсорбци нь нэгэн төрлийн бөгөөд тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлгүйгээр адсорбентын гадаргуу дээр адсорбатын нэг давхарга үүсэхийг харуулсан53. Өөр хоёр өргөн хэрэглэгддэг изотермийн загвар бол Фройндлих ба Темкиний загварууд юм. Фройндлихийн загварыг адсорбцийн багтаамжийг тооцоолоход ашигладаггүй ч энэ нь гетероген адсорбцийн процесс болон адсорбент дээрх хоосон зай нь өөр өөр энергитэй болохыг ойлгоход тусалдаг бол Темкиний загвар нь адсорбцийн физик болон химийн шинж чанарыг ойлгоход тусалдаг54.
Зураг 9A-C нь Лангмюр, Фрейндлих, Темкиний загваруудын шугаман графикуудыг тус тус харуулав. Фрейндлих (Зураг 9A) болон Лангмюр (Зураг 9B) шугаман графикуудаас тооцоолж, Хүснэгт 2-т үзүүлсэн R2 утгууд нь rGO/nZVI нийлмэл дээрх DC адсорбци нь Фрейндлих (0.996) болон Лангмюр (0.988) изотермийн загварууд болон Темкиний (0.985) загваруудыг дагадаг болохыг харуулж байна. Лангмюрийн изотермийн загварыг ашиглан тооцоолсон хамгийн их адсорбцийн багтаамж (qmax) нь 31.61 мг г-1 байв. Үүнээс гадна, хэмжээсгүй тусгаарлах коэффициент (RL)-ийн тооцоолсон утга нь 0-1 (0.097) хооронд байгаа нь адсорбцийн таатай процессыг харуулж байна. Үгүй бол тооцоолсон Фрейндлих тогтмол (n = 2.756) нь энэхүү шингээлтийн процессын давуу талыг илтгэнэ. Темкиний изотермийн шугаман загварын дагуу (Зураг 9C), rGO/nZVI композит дээр тогтмол гүйдлийн адсорбци нь физик адсорбцийн процесс юм, учир нь b нь ˂ 82 кЖ моль-1 (0.408)55 байна. Хэдийгээр физик адсорбци нь ихэвчлэн сул ван дер Ваальсын хүчээр зуучилдаг боловч rGO/nZVI композит дээр шууд гүйдлийн адсорбци нь бага адсорбцийн энерги шаарддаг [56, 57].
Фройндлих (A), Лангмюр (B), болон Темкин (C) шугаман адсорбцийн изотермууд [Co = 25–100 мг L–1, рН = 7, T = 25 °C, тун = 0.05 г]. rGO/nZVI композитуудаар DC адсорбцийн вант Хоффын тэгшитгэлийн график (D) [Co = 25–100 мг л-1, рН = 7, T = 25–55 °C ба тун = 0.05 г].
rGO/nZVI композитуудаас DC гүйдлийг зайлуулахад урвалын температурын өөрчлөлтийн нөлөөг үнэлэхийн тулд энтропийн өөрчлөлт (ΔS), энтальпийн өөрчлөлт (ΔH), чөлөөт энергийн өөрчлөлт (ΔG) зэрэг термодинамик параметрүүдийг 3 ба 458 тэгшитгэлээс тооцоолсон.
энд \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) нь термодинамик тэнцвэрийн тогтмол, Ce ба CAe нь уусмал дахь rGO, тус тус /nZVI нь гадаргуугийн тэнцвэрт байдал дахь DC концентраци юм. R ба RT нь тус тус хийн тогтмол ба адсорбцийн температур юм. ln Ke-г 1/T-ийн эсрэг зурах нь ∆S ба ∆H-г тодорхойлж болох шулуун шугамыг (Зураг 9D) өгдөг.
Сөрөг ΔH утга нь процесс экзотермик болохыг илтгэнэ. Нөгөөтэйгүүр, ΔH утга нь физик адсорбцийн процессын дотор байна. Хүснэгт 3-т үзүүлсэн сөрөг ΔG утга нь адсорбци боломжтой бөгөөд аяндаа явагддаг болохыг харуулж байна. ΔS-ийн сөрөг утга нь шингэний интерфейс дээр адсорбент молекулуудын өндөр дараалал байгааг илтгэнэ (Хүснэгт 3).
Хүснэгт 4-т rGO/nZVI композитыг өмнөх судалгаануудад мэдээлсэн бусад адсорбентуудтай харьцуулсан болно. VGO/nCVI композит нь өндөр адсорбцийн чадвартай бөгөөд уснаас DC антибиотикийг зайлуулах ирээдүйтэй материал байж болох нь тодорхой байна. Үүнээс гадна, rGO/nZVI композитуудын адсорбци нь 60 минутын тэнцвэржүүлэх хугацаатай хурдан процесс юм. rGO/nZVI композитуудын маш сайн адсорбцийн шинж чанарыг rGO болон nZVI-ийн синергетик нөлөөгөөр тайлбарлаж болно.
Зураг 10A, B нь rGO/nZVI болон nZVI цогцолборуудаар DC антибиотикийг зайлуулах оновчтой механизмыг харуулж байна. DC адсорбцийн үр ашигт рН-ийн нөлөөллийн туршилтын үр дүнгээс харахад рН 3-аас 7 болж нэмэгдэхэд rGO/nZVI нийлмэл дээрх DC адсорбцийг электростатик харилцан үйлчлэлээр хянадаггүй байсан, учир нь энэ нь цвиттерион болж үйлчилдэг байсан; тиймээс рН-ийн утгын өөрчлөлт нь адсорбцийн процесст нөлөөлөөгүй. Үүний дараа адсорбцийн механизмыг устөрөгчийн холбоо, гидрофобик нөлөө, rGO/nZVI нийлмэл ба DC66-ийн хоорондох π-π давхаргын харилцан үйлчлэл зэрэг электростатик бус харилцан үйлчлэлээр хянаж болно. Давхарласан графены гадаргуу дээрх үнэрт адсорбатын механизмыг гол хөдөлгөгч хүч болох π-π давхаргын харилцан үйлчлэлээр тайлбарласан нь сайн мэдэгдэж байна. Нийлмэл материал нь π-π* шилжилтийн улмаас 233 нм-д шингээлтийн дээд хэмжээ бүхий графентой төстэй давхаргатай материал юм. DC адсорбатын молекулын бүтцэд дөрвөн ароматик цагираг байгааг үндэслэн бид ароматик DC (π-электрон хүлээн авагч) болон RGO гадаргуу дээрх π-электроноор баялаг бүсийн хооронд π-π-стекинг харилцан үйлчлэлийн механизм байдаг гэж таамагласан. /nZVI композитууд. Үүнээс гадна, зураг 10B-д үзүүлсэнчлэн, rGO/nZVI композитуудын DC-тэй молекулын харилцан үйлчлэлийг судлахын тулд FTIR судалгааг хийсэн бөгөөд DC адсорбцийн дараах rGO/nZVI композитуудын FTIR спектрийг Зураг 10B-д үзүүлэв. 10b. 2111 см-1 дээр шинэ оргил ажиглагдсан бөгөөд энэ нь C=C холбооны хүрээний чичиргээтэй тохирч байгаа бөгөөд энэ нь 67 rGO/nZVI гадаргуу дээр харгалзах органик функциональ бүлгүүд байгааг харуулж байна. Бусад оргилууд 1561-ээс 1548 см-1, 1399-өөс 1360 см-1 болж шилжсэн нь π-π харилцан үйлчлэл нь графен болон органик бохирдуулагчийн адсорбцид чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг баталж байна68,69. DC адсорбцийн дараа OH зэрэг хүчилтөрөгч агуулсан зарим бүлгүүдийн эрчим 3270 см-1 болж буурсан нь устөрөгчийн холбоо нь адсорбцийн механизмын нэг болохыг харуулж байна. Тиймээс үр дүнд үндэслэн rGO/nZVI нийлмэл дээрх DC адсорбци нь голчлон π-π давхаргын харилцан үйлчлэл ба H-холбоосын улмаас үүсдэг.
rGO/nZVI болон nZVI комплексүүдээр DC антибиотикийг адсорбцийн оновчтой механизм (A). rGO/nZVI болон nZVI дээрх DC-ийн FTIR адсорбцийн спектрүүд (B).
nZVI-ийн 3244, 1615, 1546, болон 1011 см–1 дэх шингээлтийн зурвасын эрчим нь nZVI-тэй харьцуулахад nZVI дээр DC адсорбцийн дараа нэмэгдсэн (Зураг 10B) бөгөөд энэ нь DC дахь карбоксилын хүчлийн O бүлгийн боломжит функциональ бүлгүүдтэй харилцан үйлчлэлцэхтэй холбоотой байх ёстой. Гэсэн хэдий ч ажиглагдсан бүх зурвас дахь дамжуулалтын энэхүү бага хувь нь адсорбцийн процессоос өмнө nZVI-тэй харьцуулахад фитосинтетик адсорбент (nZVI)-ийн адсорбцийн үр ашигт мэдэгдэхүйц өөрчлөлт ороогүй болохыг харуулж байна. nZVI71-тэй хийсэн DC зайлуулах зарим судалгаагаар nZVI нь H2O-той урвалд ороход электронууд ялгарч, дараа нь H+ нь өндөр буурдаг идэвхтэй устөрөгч үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Эцэст нь зарим катион нэгдлүүд нь идэвхтэй устөрөгчөөс электронуудыг хүлээн авч, -C=N ба -C=C- үүсгэдэг бөгөөд энэ нь бензолын цагираг хуваагдсантай холбоотой юм.
Нийтэлсэн цаг: 2022 оны 11-р сарын 14