Grazzi talli żort Nature.com. Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibilità fl-Internet Explorer). Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, se nirrendu s-sit mingħajr stili u JavaScript.
F'dan ix-xogħol, il-kompożiti rGO/nZVI ġew sintetizzati għall-ewwel darba bl-użu ta' proċedura sempliċi u li ma tagħmilx ħsara lill-ambjent bl-użu tal-estratt tal-weraq isfar tas-Sophora bħala aġent li jnaqqas u stabilizzatur biex jikkonformaw mal-prinċipji tal-kimika "ħadra", bħal sinteżi kimika inqas ta' ħsara. Intużaw diversi għodod biex jivvalidaw is-sinteżi b'suċċess tal-kompożiti, bħal SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, u potenzjal zeta, li jindikaw fabrikazzjoni ta' kompożiti b'suċċess. Il-kapaċità ta' tneħħija tal-kompożiti ġodda u nZVI pur f'diversi konċentrazzjonijiet inizjali tal-antibijotiku doxycycline ġiet imqabbla biex jiġi investigat l-effett sinerġistiku bejn rGO u nZVI. Taħt il-kundizzjonijiet ta' tneħħija ta' 25mg L-1, 25°C u 0.05g, ir-rata ta' tneħħija adsorbittiva ta' nZVI pur kienet ta' 90%, filwaqt li r-rata ta' tneħħija adsorbittiva ta' doxycycline mill-kompożit rGO/nZVI laħqet 94.6%, u dan jikkonferma li nZVI u rGO... Il-proċess ta' adsorbiment jikkorrispondi għal pseudo-tieni ordni u huwa fi qbil tajjeb mal-mudell ta' Freundlich b'kapaċità massima ta' adsorbiment ta' 31.61 mg g-1 f'25 °C u pH 7. Ġie propost mekkaniżmu raġonevoli għat-tneħħija tad-DC. Barra minn hekk, il-kapaċità ta' użu mill-ġdid tal-kompost rGO/nZVI kienet ta' 60% wara sitt ċikli ta' riġenerazzjoni konsekuttivi.
L-iskarsezza u t-tniġġis tal-ilma issa huma theddida serja għall-pajjiżi kollha. Fi snin reċenti, it-tniġġis tal-ilma, speċjalment it-tniġġis mill-antibijotiċi, żdied minħabba żieda fil-produzzjoni u l-konsum matul il-pandemija tal-COVID-191,2,3. Għalhekk, l-iżvilupp ta’ teknoloġija effettiva għall-eliminazzjoni tal-antibijotiċi fl-ilma tad-drenaġġ huwa kompitu urġenti.
Wieħed mill-antibijotiċi semi-sintetiċi reżistenti mill-grupp tat-tetraċiklina huwa doxycycline (DC)4,5. Ġie rrappurtat li r-residwi tad-DC fl-ilma ta’ taħt l-art u fl-ilmijiet tal-wiċċ ma jistgħux jiġu metabolizzati, 20-50% biss jiġu metabolizzati u l-bqija jiġi rilaxxat fl-ambjent, u jikkawża problemi ambjentali u ta’ saħħa serji6.
L-espożizzjoni għad-DC f'livelli baxxi tista' toqtol mikro-organiżmi fotosintetiċi akkwatiċi, thedded it-tixrid ta' batterji antimikrobiċi, u żżid ir-reżistenza antimikrobika, għalhekk dan il-kontaminant irid jitneħħa mill-ilma tad-drenaġġ. Id-degradazzjoni naturali tad-DC fl-ilma hija proċess bil-mod ħafna. Proċessi fiżiko-kimiċi bħall-fotoliżi, il-bijodegradazzjoni u l-assorbiment jistgħu jiddegradaw biss f'konċentrazzjonijiet baxxi u b'rati baxxi ħafna7,8. Madankollu, l-aktar metodu ekonomiku, sempliċi, li ma jagħmilx ħsara lill-ambjent, faċli biex timmaniġġah u effiċjenti huwa l-assorbiment9,10.
Il-ħadid żero valenti nano (nZVI) huwa materjal qawwi ħafna li jista' jneħħi ħafna antibijotiċi mill-ilma, inklużi metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol, u tetracycline. Din il-ħila hija dovuta għall-proprjetajiet tal-għaġeb li għandu n-nZVI, bħal reattività għolja, erja tal-wiċċ kbira, u bosta siti ta' rbit esterni11. Madankollu, in-nZVI huwa suxxettibbli għall-aggregazzjoni f'mezzi akweji minħabba l-forzi ta' van der Wells u l-proprjetajiet manjetiċi għoljin, li jnaqqas l-effettività tiegħu fit-tneħħija ta' kontaminanti minħabba l-formazzjoni ta' saffi ta' ossidu li jinibixxu r-reattività tan-nZVI10,12. L-agglomerazzjoni tal-partiċelli nZVI tista' titnaqqas billi l-uċuħ tagħhom jiġu modifikati b'surfactants u polimeri jew billi jiġu kkombinati ma' nanomaterjali oħra fil-forma ta' kompożiti, li wera li huwa approċċ vijabbli biex tittejjeb l-istabbiltà tagħhom fl-ambjent13,14.
Il-grafene huwa nanomaterjal tal-karbonju bidimensjonali li jikkonsisti minn atomi tal-karbonju ibridizzati sp2 irranġati f'kannizzata tax-xehda. Għandu erja tal-wiċċ kbira, saħħa mekkanika sinifikanti, attività elettrokatalitika eċċellenti, konduttività termali għolja, mobilità tal-elettroni mgħaġġla, u materjal trasportatur adattat biex isostni nanopartiċelli inorganiċi fuq il-wiċċ tiegħu. Il-kombinazzjoni ta' nanopartiċelli tal-metall u l-grafene tista' taqbeż bil-kbir il-benefiċċji individwali ta' kull materjal u, minħabba l-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi superjuri tiegħu, tipprovdi distribuzzjoni ottimali tan-nanopartiċelli għal trattament tal-ilma aktar effiċjenti15.
L-estratti tal-pjanti huma l-aħjar alternattiva għal aġenti kimiċi ta' tnaqqis li huma ta' ħsara u li jintużaw komunement fis-sintesi tal-ossidu tal-grafene mnaqqas (rGO) u nZVI għaliex huma disponibbli, irħas, f'pass wieħed, sikuri għall-ambjent, u jistgħu jintużaw bħala aġenti ta' tnaqqis. Bħall-flavonojdi u l-komposti fenoliċi jaġixxi wkoll bħala stabilizzatur. Għalhekk, l-estratt tal-weraq ta' Atriplex halimus L. intuża bħala aġent ta' tiswija u għeluq għas-sintesi ta' kompożiti rGO/nZVI f'dan l-istudju. Atriplex halimus mill-familja Amaranthaceae huwa arbuxxell perenni li jħobb in-nitroġenu b'firxa ġeografika wiesgħa16.
Skont il-letteratura disponibbli, Atriplex halimus (A. halimus) intuża għall-ewwel darba biex jagħmel kompożiti rGO/nZVI bħala metodu ta' sinteżi ekonomiku u li ma jagħmilx ħsara lill-ambjent. Għalhekk, l-għan ta' dan ix-xogħol jikkonsisti f'erba' partijiet: (1) fitosintesi ta' rGO/nZVI u kompożiti nZVI parentali bl-użu ta' estratt tal-weraq akkwatiku ta' A. halimus, (2) karatterizzazzjoni ta' kompożiti fitosintetizzati bl-użu ta' metodi multipli biex tiġi kkonfermata l-fabbrikazzjoni b'suċċess tagħhom, (3) studju tal-effett sinerġistiku ta' rGO u nZVI fl-assorbiment u t-tneħħija ta' kontaminanti organiċi ta' antibijotiċi doxycycline taħt parametri ta' reazzjoni differenti, ottimizzazzjoni tal-kundizzjonijiet tal-proċess ta' assorbiment, (3) investigazzjoni ta' materjali komposti f'diversi trattamenti kontinwi wara ċ-ċiklu tal-ipproċessar.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, formula kimika C22H24N2O·HCl, 98%), iron chloride hexahydrate (FeCl3.6H2O, 97%), trab tal-grafita mixtri minn Sigma-Aldrich, USA. Sodium hydroxide (NaOH, 97%), etanol (C2H5OH, 99.9%) u aċidu idrokloriku (HCl, 37%) inxtraw minn Merck, USA. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 u MgCl2 inxtraw minn Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Ir-reaġenti kollha huma ta' purità analitika għolja. Intuża ilma distillat darbtejn biex jiġu ppreparati s-soluzzjonijiet akweji kollha.
Kampjuni rappreżentattivi ta' A. halimus inġabru mill-ħabitat naturali tagħhom fid-Delta tan-Nil u artijiet tul il-kosta Mediterranja tal-Eġittu. Il-materjal tal-pjanti nġabar skont il-linji gwida nazzjonali u internazzjonali applikabbli17. Il-Prof. Manal Fawzi identifikat kampjuni ta' pjanti skont Boulos18, u d-Dipartiment tax-Xjenzi Ambjentali tal-Università ta' Alessandrija jawtorizza l-ġbir tal-ispeċi ta' pjanti studjati għal skopijiet xjentifiċi. Il-vawċers tal-kampjuni jinżammu fit-Tanta University Herbarium (TANE), vawċers numri 14 122–14 127, erbarju pubbliku li jipprovdi aċċess għal materjali depożitati. Barra minn hekk, biex tneħħi t-trab jew il-ħmieġ, qatta' l-weraq tal-pjanta f'biċċiet żgħar, laħlaħ 3 darbiet b'ilma tal-vit u distillat, u mbagħad nixxef f'50°C. Il-pjanta ġiet mgħaffġa, 5 g tat-trab fin ġew mgħaddsa f'100 ml ta' ilma distillat u mħawda f'70°C għal 20 minuta biex jinkiseb estratt. L-estratt miksub ta' Bacillus nicotianae ġie ffiltrat permezz ta' karta tal-filtru Whatman u maħżun f'tubi nodfa u sterilizzati f'4°C għal użu ulterjuri.
Kif muri fil-Figura 1, il-GO sar minn trab tal-grafita bil-metodu Hummers modifikat. 10 mg ta' trab GO ġew imxerrda f'50 ml ta' ilma dejonizzat għal 30 minuta taħt sonikazzjoni, u mbagħad 0.9 g ta' FeCl3 u 2.9 g ta' NaAc ġew imħallta għal 60 minuta. 20 ml ta' estratt tal-weraq atriplex ġew miżjuda mas-soluzzjoni mħawda waqt li tħawwad u ħalliet f'80°C għal 8 sigħat. Is-sospensjoni sewda li rriżultat ġiet iffiltrata. In-nanokomposti ppreparati nħaslu bl-etanol u ilma bidistillat u mbagħad nixxfu f'forn bil-vakwu f'50°C għal 12-il siegħa.
Ritratti skematiċi u diġitali tas-sintesi ekoloġika tal-kumplessjonijiet rGO/nZVI u nZVI u t-tneħħija tal-antibijotiċi DC minn ilma kkontaminat bl-użu tal-estratt tal-Atriplex halimus.
Fil-qosor, kif muri fil-Fig. 1, 10 ml ta' soluzzjoni ta' klorur tal-ħadid li fiha 0.05 M joni Fe3+ ġew miżjuda qatra ma' 20 ml ta' soluzzjoni ta' estratt ta' weraq morr għal 60 minuta b'tisħin u taħwid moderat, u mbagħad is-soluzzjoni ġiet ċentrifugata b'14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) għal 15-il minuta biex tagħti partiċelli suwed, li mbagħad inħaslu 3 darbiet bl-etanol u ilma distillat u mbagħad imnixxfa f'forn tal-vakwu f'60°C matul il-lejl.
Komposti rGO/nZVI u nZVI sintetizzati mill-pjanti ġew ikkaratterizzati permezz ta' spettroskopija UV-viżibbli (spettrofotometri UV/Vis tas-serje T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) fil-medda ta' skennjar ta' 200-800 nm. Biex tiġi analizzata t-topografija u d-distribuzzjoni tad-daqs tal-kompożiti rGO/nZVI u nZVI, intużat spettroskopija TEM (JOEL, JEM-2100F, Ġappun, vultaġġ ta' aċċelerazzjoni 200 kV). Biex jiġu evalwati l-gruppi funzjonali li jistgħu jkunu involuti fl-estratti tal-pjanti responsabbli għall-proċess ta' rkupru u stabbilizzazzjoni, twettqet spettroskopija FT-IR (spettrometru JASCO fil-medda ta' 4000-600 cm-1). Barra minn hekk, intuża analizzatur tal-potenzjal zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) biex jiġi studjat il-ċarġ tal-wiċċ tan-nanomaterjali sintetizzati. Għall-kejl tad-diffrazzjoni tar-raġġi-X ta' nanomaterjali fi trab, intuża diffrattometru tar-raġġi-X (X'PERT PRO, l-Olanda), li jopera b'kurrent (40 mA), vultaġġ (45 kV) fil-medda ta' 2θ minn 20° sa 80° u radjazzjoni CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). L-ispettrometru tar-raġġi-X li jxerred l-enerġija (EDX) (mudell JEOL JSM-IT100) kien responsabbli għall-istudju tal-kompożizzjoni elementali meta nġabru raġġi-X monokromatiċi Al K-α minn -10 sa 1350 eV fuq XPS, daqs tal-post 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) l-enerġija tat-trażmissjoni tal-ispettru sħiħ hija 200 eV u l-ispettru dejjaq huwa 50 eV. Il-kampjun tat-trab jiġi ppressat fuq detentur tal-kampjun, li jitqiegħed f'kamra tal-vakwu. L-ispettru C1s intuża bħala referenza f'284.58 eV biex tiġi ddeterminata l-enerġija tal-irbit.
Esperimenti ta' adsorbiment twettqu biex tiġi ttestjata l-effikaċja tan-nanokomposti sintetizzati rGO/nZVI fit-tneħħija tad-doxycycline (DC) minn soluzzjonijiet akwei. L-esperimenti ta' adsorbiment twettqu fi fliexken Erlenmeyer ta' 25 ml b'veloċità ta' tħawwid ta' 200 rpm fuq shaker orbitali (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) f'298 K. Billi s-soluzzjoni stokk tad-DC (1000 ppm) ġiet dilwita b'ilma bidistillat. Biex jiġi vvalutat l-effett tad-dożaġġ ta' rGO/nSVI fuq l-effiċjenza tal-adsorbiment, nanokomposti ta' piżijiet differenti (0.01–0.07 g) ġew miżjuda ma' 20 ml ta' soluzzjoni DC. Biex jiġu studjati l-kinetika u l-isotermi tal-adsorbiment, 0.05 g tal-adsorbent ġie mgħaddas f'soluzzjoni akwea ta' CD b'konċentrazzjoni inizjali (25–100 mg L–1). L-effett tal-pH fuq it-tneħħija tad-DC ġie studjat f'pH (3–11) u konċentrazzjoni inizjali ta' 50 mg L-1 f'25°C. Aġġusta l-pH tas-sistema billi żżid ammont żgħir ta' soluzzjoni ta' HCl jew NaOH (miter tal-pH Crison, miter tal-pH, pH 25). Barra minn hekk, ġiet investigata l-influwenza tat-temperatura tar-reazzjoni fuq l-esperimenti ta' adsorbiment fil-medda ta' 25-55°C. L-effett tas-saħħa jonika fuq il-proċess ta' adsorbiment ġie studjat billi żdiedu diversi konċentrazzjonijiet ta' NaCl (0.01–4 mol L–1) f'konċentrazzjoni inizjali ta' DC ta' 50 mg L–1, pH 3 u 7), 25°C, u doża ta' adsorbent ta' 0.05 g. L-assorbiment tad-DC mhux assorbit tkejjel bl-użu ta' spettrofotometru UV-Vis b'raġġ doppju (serje T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) mgħammar b'kuvetti tal-kwarz b'tul ta' passaġġ ta' 1.0 ċm f'tul ta' mewġ massimi (λmax) ta' 270 u 350 nm. Il-perċentwal ta' tneħħija tal-antibijotiċi DC (R%; Eq. 1) u l-ammont ta' assorbiment tad-DC, qt, Eq. 2 (mg/g) tkejlu bl-użu tal-ekwazzjoni li ġejja.
fejn %R hija l-kapaċità tat-tneħħija tad-DC (%), Co hija l-konċentrazzjoni inizjali tad-DC fil-ħin 0, u C hija l-konċentrazzjoni tad-DC fil-ħin t, rispettivament (mg L-1).
Fejn qe huwa l-ammont ta' DC assorbit għal kull unità ta' massa tal-assorbent (mg g-1), Co u Ce huma l-konċentrazzjonijiet f'ħin żero u f'ekwilibriju, rispettivament (mg l-1), V huwa l-volum tas-soluzzjoni (l), u m huwa r-reaġent tal-massa tal-adsorbiment (g).
L-immaġini SEM (Figuri 2A–C) juru l-morfoloġija lamellari tal-kompost rGO/nZVI b'nanopartiċelli sferiċi tal-ħadid imxerrda b'mod uniformi fuq il-wiċċ tiegħu, li jindika twaħħil b'suċċess ta' nanopartiċelli nZVI mal-wiċċ tal-rGO. Barra minn hekk, hemm xi tikmix fil-werqa tal-rGO, li jikkonferma t-tneħħija ta' gruppi li fihom l-ossiġnu simultanjament mar-restawr tal-A. halimus GO. Dawn it-tikmix kbar jaġixxu bħala siti għat-tagħbija attiva ta' NPs tal-ħadid. L-immaġini nZVI (Fig. 2D-F) urew li l-NPs sferiċi tal-ħadid kienu mxerrda ħafna u ma aggregawx, li huwa dovut għan-natura tal-kisi tal-komponenti botaniċi tal-estratt tal-pjanta. Id-daqs tal-partiċelli varja fi ħdan 15–26 nm. Madankollu, xi reġjuni għandhom morfoloġija mesoporuża bi struttura ta' nefħiet u kavitajiet, li jistgħu jipprovdu kapaċità ta' adsorbiment effettiva għolja ta' nZVI, peress li jistgħu jżidu l-possibbiltà li jinqabdu molekuli DC fuq il-wiċċ tal-nZVI. Meta l-estratt ta' Rosa Damascus intuża għas-sintesi ta' nZVI, l-NPs miksuba ma kinux omoġenji, b'vojt u forom differenti, li naqqsu l-effiċjenza tagħhom fl-assorbiment ta' Cr(VI) u żiedu l-ħin tar-reazzjoni 23. Ir-riżultati huma konsistenti ma' nZVI sintetizzat minn weraq tal-ballut u tal-għeneb, li huma prinċipalment nanopartiċelli sferiċi b'daqsijiet nanometriċi varji mingħajr agglomerazzjoni ovvja.
Immaġnijiet SEM ta' kompożiti rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) u mudelli EDX ta' kompożiti nZVI/rGO (G) u nZVI (H).
Il-kompożizzjoni elementali ta' rGO/nZVI u kompożiti nZVI sintetizzati mill-pjanti ġiet studjata bl-użu ta' EDX (Fig. 2G, H). Studji juru li nZVI huwa magħmul minn karbonju (38.29% bil-massa), ossiġnu (47.41% bil-massa) u ħadid (11.84% bil-massa), iżda huma preżenti wkoll elementi oħra bħall-fosfru24, li jistgħu jinkisbu minn estratti tal-pjanti. Barra minn hekk, il-perċentwal għoli ta' karbonju u ossiġnu huwa dovut għall-preżenza ta' fitokimiċi minn estratti tal-pjanti f'kampjuni nZVI taħt il-wiċċ. Dawn l-elementi huma mqassma b'mod uniformi fuq rGO iżda fi proporzjonijiet differenti: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) u Fe (10.99 wt %), EDX rGO/nZVI juri wkoll il-preżenza ta' elementi oħra bħal S, li jistgħu jkunu assoċjati ma' estratti tal-pjanti. Il-proporzjon attwali ta' C:O u l-kontenut tal-ħadid fil-kompost rGO/nZVI bl-użu ta' A. halimus huwa ħafna aħjar milli bl-użu tal-estratt tal-weraq tal-ewkaliptu, peress li jikkaratterizza l-kompożizzjoni ta' C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.% ) u Fe (8.27 wt.%). wt % 25. Nataša et al., 2022 irrappurtaw kompożizzjoni elementali simili ta' nZVI sintetizzata minn weraq tal-ballut u tal-għeneb u kkonfermaw li l-gruppi tal-polifenol u molekuli oħra li jinsabu fl-estratt tal-weraq huma responsabbli għall-proċess ta' tnaqqis.
Il-morfoloġija tan-nZVI sintetizzata fil-pjanti (Fig. S2A,B) kienet sferika u parzjalment irregolari, b'daqs medju tal-partiċelli ta' 23.09 ± 3.54 nm, madankollu ġew osservati aggregati ta' katina minħabba l-forzi ta' van der Waals u l-ferromagnetiżmu. Din il-forma predominantement granulari u sferika tal-partiċelli hija fi qbil tajjeb mar-riżultati tas-SEM. Osservazzjoni simili nstabet minn Abdelfatah et al. fl-2021 meta l-estratt tal-weraq tal-fażola tar-riġnu ntuża fis-sintesi tan-nZVI11. L-NPs tal-estratt tal-weraq tar-Ruelas tuberosa użati bħala aġent li jnaqqas fin-nZVI għandhom ukoll forma sferika b'dijametru ta' 20 sa 40 nm26.
Immaġnijiet TEM komposti ibridi rGO/nZVI (Fig. S2C-D) urew li rGO huwa pjan bażali b'tinjiet u tikmix marġinali li jipprovdu siti ta' tagħbija multipli għal nanopartiċelli nZVI; din il-morfoloġija lamellari tikkonferma wkoll il-fabbrikazzjoni b'suċċess ta' rGO. Barra minn hekk, in-nanopartiċelli nZVI għandhom forma sferika b'daqsijiet ta' partiċelli minn 5.32 sa 27 nm u huma inkorporati fis-saff rGO b'dispersjoni kważi uniformi. Estratt tal-weraq tal-ewkaliptu ntuża biex jissintetizza Fe NPs/rGO; Ir-riżultati TEM ikkonfermaw ukoll li t-tikmix fis-saff rGO tejbu d-dispersjoni ta' Fe NPs aktar minn Fe NPs puri u żiedu r-reattività tal-kompożiti. Riżultati simili nkisbu minn Bagheri et al. 28 meta l-kompożit ġie fabbrikat bl-użu ta' tekniki ultrasoniċi b'daqs medju ta' nanopartiċelli tal-ħadid ta' madwar 17.70 nm.
L-ispettri FTIR ta' A. halimus, nZVI, GO, rGO, u l-kompożiti rGO/nZVI huma murija fil-Figuri 3A. Il-preżenza ta' gruppi funzjonali tal-wiċċ fil-weraq ta' A. halimus tidher fi 3336 cm-1, li jikkorrispondi għal polifenoli, u 1244 cm-1, li jikkorrispondi għal gruppi karbonil prodotti mill-proteina. Gruppi oħra bħal alkani f'2918 cm-1, alkeni f'1647 cm-1 u estensjonijiet CO-O-CO f'1030 cm-1 ġew osservati wkoll, li jissuġġerixxu l-preżenza ta' komponenti tal-pjanti li jaġixxu bħala aġenti tas-siġillar u huma responsabbli għall-irkupru minn Fe2+ għal Fe0 u GO għal rGO29. B'mod ġenerali, l-ispettri nZVI juru l-istess qċaċet ta' assorbiment bħaz-zokkor morr, iżda b'pożizzjoni kemxejn imċaqalqa. Tidher strixxa intensa f'3244 cm-1 assoċjata ma' vibrazzjonijiet ta' tiġbid ta' OH (fenoli), quċċata f'1615 tikkorrispondi għal C=C, u strixxi f'1546 u 1011 cm-1 jinqalgħu minħabba t-tiġbid ta' C=O (polifenoli u flavonojdi), gruppi CN ta' amini aromatiċi u amini alifatiċi ġew osservati wkoll f'1310 cm-1 u 1190 cm-1, rispettivament13. L-ispettru FTIR ta' GO juri l-preżenza ta' ħafna gruppi li fihom ossiġnu b'intensità għolja, inkluża l-istrixxa ta' tiġbid tal-alkossi (CO) f'1041 cm-1, l-istrixxa ta' tiġbid tal-epossi (CO) f'1291 cm-1, u t-tiġbid ta' C=O. Dehret medda ta' vibrazzjonijiet ta' tiġbid C=C f'1619 cm-1, medda f'1708 cm-1 u medda wiesgħa ta' vibrazzjonijiet ta' tiġbid tal-grupp OH f'3384 cm-1, li huwa kkonfermat mill-metodu mtejjeb ta' Hummers, li jossida b'suċċess il-proċess tal-grafita. Meta jitqabblu l-kompożiti rGO u rGO/nZVI mal-ispettri GO, l-intensità ta' xi gruppi li fihom l-ossiġnu, bħal OH f'3270 cm-1, hija mnaqqsa b'mod sinifikanti, filwaqt li oħrajn, bħal C=O f'1729 cm-1, huma mnaqqsa kompletament. sparixxew, u dan jindika t-tneħħija b'suċċess ta' gruppi funzjonali li fihom l-ossiġnu fil-GO mill-estratt ta' A. halimus. Qċaċet karatteristiċi ġodda u qawwija ta' rGO f'tensjoni C=C huma osservati madwar 1560 u 1405 cm-1, li jikkonferma t-tnaqqis ta' GO għal rGO. Ġew osservati varjazzjonijiet minn 1043 sa 1015 cm-1 u minn 982 sa 918 cm-1, possibbilment minħabba l-inklużjoni ta' materjal tal-pjanti31,32. Weng et al., 2018 osservaw ukoll attenwazzjoni sinifikanti tal-gruppi funzjonali ossiġenati fil-GO, u dan jikkonferma l-formazzjoni b'suċċess ta' rGO permezz ta' bijotnaqqis, peress li l-estratti tal-weraq tal-ewkaliptu, li ntużaw biex jissintetizzaw kompożiti tal-ossidu tal-grafina tal-ħadid imnaqqas, urew spettri FTIR aktar mill-qrib tal-gruppi funzjonali tal-komponenti tal-pjanti. 33.
A. Spettru FTIR ta' gallju, nZVI, rGO, GO, kompost rGO/nZVI (A). Radjografija tal-komposti rGO, GO, nZVI u rGO/nZVI (B).
Il-formazzjoni ta' kompożiti rGO/nZVI u nZVI ġiet ikkonfermata fil-parti l-kbira minn mudelli ta' diffrazzjoni bir-raġġi-X (Fig. 3B). Qċaċet ta' Fe0 ta' intensità għolja ġiet osservata f'2Ɵ 44.5°, li tikkorrispondi għall-indiċi (110) (JCPDS nru. 06–0696)11. Qċaċet ieħor f'35.1° tal-pjan (311) huwa attribwit għall-manjetit Fe3O4, 63.2° jista' jkun assoċjat mal-indiċi Miller tal-pjan (440) minħabba l-preżenza ta' ϒ-FeOOH (JCPDS nru. 17-0536)34. Il-mudell tar-raġġi-X tal-GO juri quċċata qawwija f'2Ɵ 10.3° u quċċata oħra f'21.1°, li tindika esfoljazzjoni kompleta tal-grafita u tenfasizza l-preżenza ta' gruppi li fihom l-ossiġnu fuq il-wiċċ tal-GO35. Mudelli komposti ta' rGO u rGO/nZVI rreġistraw l-għajbien tal-qċaċet karatteristiċi tal-GO u l-formazzjoni ta' qċaċet wesgħin tal-rGO f'2Ɵ 22.17 u 24.7° għall-kompożiti rGO u rGO/nZVI, rispettivament, li kkonfermaw l-irkupru b'suċċess tal-GO permezz ta' estratti tal-pjanti. Madankollu, fil-mudell kompost rGO/nZVI, qċaċet addizzjonali assoċjati mal-pjan tal-kannizzata ta' Fe0 (110) u bcc Fe0 (200) ġew osservati f'44.9\(^\circ\) u 65.22\(^\circ\), rispettivament.
Il-potenzjal zeta huwa l-potenzjal bejn saff joniku mwaħħal mal-wiċċ ta' partiċella u soluzzjoni akwea li tiddetermina l-proprjetajiet elettrostatiċi ta' materjal u tkejjel l-istabbiltà tiegħu37. L-analiżi tal-potenzjal zeta ta' kompożiti nZVI, GO, u rGO/nZVI sintetizzati mill-pjanti wriet l-istabbiltà tagħhom minħabba l-preżenza ta' karigi negattivi ta' -20.8, -22, u -27.4 mV, rispettivament, fuq il-wiċċ tagħhom, kif muri fil-Figura S1A-C. . Dawn ir-riżultati huma konsistenti ma' diversi rapporti li jsemmi li soluzzjonijiet li fihom partiċelli b'valuri ta' potenzjal zeta inqas minn -25 mV ġeneralment juru grad għoli ta' stabbiltà minħabba repulsjoni elettrostatika bejn dawn il-partiċelli. Il-kombinazzjoni ta' rGO u nZVI tippermetti li l-kompost jakkwista aktar karigi negattivi u għalhekk għandu stabbiltà ogħla minn GO jew nZVI waħedhom. Għalhekk, il-fenomenu tar-repulsjoni elettrostatika jwassal għall-formazzjoni ta' kompożiti rGO/nZVI39 stabbli. Il-wiċċ negattiv tal-GO jippermettilu li jkun imxerred b'mod uniformi f'mezz akweju mingħajr agglomerazzjoni, li joħloq kundizzjonijiet favorevoli għall-interazzjoni ma' nZVI. Iċ-ċarġ negattiv jista' jkun assoċjat mal-preżenza ta' gruppi funzjonali differenti fl-estratt tal-bettieħa morra, li jikkonferma wkoll l-interazzjoni bejn il-GO u l-prekursuri tal-ħadid u l-estratt tal-pjanti biex jiffurmaw rGO u nZVI, rispettivament, u l-kumpless rGO/nZVI. Dawn il-komposti tal-pjanti jistgħu jaġixxu wkoll bħala aġenti tal-għeluq, peress li jipprevjenu l-aggregazzjoni tan-nanopartiċelli li jirriżultaw u b'hekk iżidu l-istabbiltà tagħhom40.
Il-kompożizzjoni elementali u l-istati ta' valenza tal-kompożiti nZVI u rGO/nZVI ġew determinati permezz ta' XPS (Fig. 4). L-istudju ġenerali tal-XPS wera li l-kompożit rGO/nZVI huwa magħmul prinċipalment mill-elementi C, O, u Fe, konsistenti mal-immappjar tal-EDS (Fig. 4F–H). L-ispettru C1s jikkonsisti fi tliet qċaċet f'284.59 eV, 286.21 eV u 288.21 eV li jirrappreżentaw CC, CO u C=O, rispettivament. L-ispettru O1s kien maqsum fi tliet qċaċet, inklużi 531.17 eV, 532.97 eV, u 535.45 eV, li ġew assenjati lill-gruppi O=CO, CO, u NO, rispettivament. Madankollu, il-qċaċet f'710.43, 714.57 u 724.79 eV jirreferu għal Fe2p3/2, Fe+3 u Fep1/2, rispettivament. L-ispettri XPS ta' nZVI (Fig. 4C-E) urew qċaċet għall-elementi C, O, u Fe. Il-qċaċet f'284.77, 286.25, u 287.62 eV jikkonfermaw il-preżenza ta' ligi tal-ħadid-karbonju, billi jirreferu għal CC, C-OH, u CO, rispettivament. L-ispettru O1s ikkorrispondi għal tliet qċaċet C–O/karbonat tal-ħadid (531.19 eV), radikali idrossiliku (532.4 eV) u O–C=O (533.47 eV). Il-qċaċet f'719.6 huwa attribwit għal Fe0, filwaqt li FeOOH juri qċaċet f'717.3 u 723.7 eV, barra minn hekk, il-qċaċet f'725.8 eV tindika l-preżenza ta' Fe2O342.43.
Studji XPS ta' kompożiti nZVI u rGO/nZVI, rispettivament (A, B). Spettri sħaħ ta' nZVI C1s (C), Fe2p (D), u O1s (E) u kompost rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H).
L-isoterma ta' adsorbiment/desorbiment N2 (Fig. 5A, B) turi li l-kompożiti nZVI u rGO/nZVI jappartjenu għat-tip II. Barra minn hekk, l-erja tal-wiċċ speċifika (SBET) ta' nZVI żdiedet minn 47.4549 għal 152.52 m2/g wara l-blinding b'rGO. Dan ir-riżultat jista' jiġi spjegat bit-tnaqqis fil-proprjetajiet manjetiċi ta' nZVI wara l-blinding ta' rGO, u b'hekk tnaqqas l-aggregazzjoni tal-partiċelli u żżid l-erja tal-wiċċ tal-kompożiti. Barra minn hekk, kif muri fil-Fig. 5C, il-volum tal-pori (8.94 nm) tal-kompożit rGO/nZVI huwa ogħla minn dak tal-nZVI oriġinali (2.873 nm). Dan ir-riżultat huwa fi qbil ma' El-Monaem et al. 45.
Biex tiġi evalwata l-kapaċità ta' adsorbiment biex jitneħħa d-DC bejn il-kompożiti rGO/nZVI u nZVI oriġinali skont iż-żieda fil-konċentrazzjoni inizjali, sar paragun billi żdiedet doża kostanti ta' kull adsorbent (0.05 g) mad-DC f'diversi konċentrazzjonijiet inizjali. Soluzzjoni investigata [25]. –100 mg l–1] f'25°C. Ir-riżultati wrew li l-effiċjenza tat-tneħħija (94.6%) tal-kompożit rGO/nZVI kienet ogħla minn dik tan-nZVI oriġinali (90%) f'konċentrazzjoni aktar baxxa (25 mg L-1). Madankollu, meta l-konċentrazzjoni tal-bidu żdiedet għal 100 mg L-1, l-effiċjenza tat-tneħħija ta' rGO/nZVI u nZVI parentali niżlet għal 70% u 65%, rispettivament (Figura 6A), li jista' jkun minħabba inqas siti attivi u degradazzjoni tal-partiċelli nZVI. Għall-kuntrarju, rGO/nZVI wera effiċjenza ogħla fit-tneħħija tad-DC, li tista' tkun dovuta għal effett sinerġistiku bejn rGO u nZVI, fejn is-siti attivi stabbli disponibbli għall-assorbiment huma ħafna ogħla, u fil-każ ta' rGO/nZVI, aktar DC jista' jiġi assorbit minn nZVI intatt. Barra minn hekk, fil-figura 6B jidher li l-kapaċità ta' assorbiment tal-kompożiti rGO/nZVI u nZVI żdiedet minn 9.4 mg/g għal 30 mg/g u 9 mg/g, rispettivament, b'żieda fil-konċentrazzjoni inizjali minn 25–100 mg/L. -1.1 għal 28.73 mg g-1. Għalhekk, ir-rata ta' tneħħija tad-DC kienet korrelata b'mod negattiv mal-konċentrazzjoni inizjali tad-DC, li kienet dovuta għan-numru limitat ta' ċentri ta' reazzjoni appoġġjati minn kull assorbent għall-assorbiment u t-tneħħija tad-DC fis-soluzzjoni. Għalhekk, minn dawn ir-riżultati jista' jiġi konkluż li l-kompożiti rGO/nZVI għandhom effiċjenza ogħla ta' adsorbiment u tnaqqis, u rGO fil-kompożizzjoni ta' rGO/nZVI jista' jintuża kemm bħala adsorbent kif ukoll bħala materjal trasportatur.
L-effiċjenza tat-tneħħija u l-kapaċità ta' adsorbiment tad-DC għall-kompożitu rGO/nZVI u nZVI kienu (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, doża = 0.05 g], pH fuq il-kapaċità ta' adsorbiment u l-effiċjenza tat-tneħħija tad-DC fuq il-kompożiti rGO/nZVI (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, doża = 0.05 g].
Il-pH tas-soluzzjoni huwa fattur kritiku fl-istudju tal-proċessi ta' adsorbiment, peress li jaffettwa l-grad ta' jonizzazzjoni, speċjazzjoni, u jonizzazzjoni tal-adsorbent. L-esperiment twettaq f'25°C b'doża kostanti ta' adsorbent (0.05 g) u konċentrazzjoni inizjali ta' 50 mg L-1 fil-medda ta' pH (3–11). Skont reviżjoni tal-letteratura46, id-DC hija molekula anfifilika b'diversi gruppi funzjonali jonizzabbli (fenoli, gruppi amminiċi, alkoħol) f'diversi livelli ta' pH. Bħala riżultat, id-diversi funzjonijiet tad-DC u l-istrutturi relatati fuq il-wiċċ tal-kompost rGO/nZVI jistgħu jinteraġixxu elettrostatikament u jistgħu jeżistu bħala katjonijiet, zwitterjoni, u anjoni, il-molekula DC teżisti bħala katjonika (DCH3+) f'pH < 3.3, zwitterjonika (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 u anjonika (DCH− jew DC2−) f'pH 7.7. Bħala riżultat, id-diversi funzjonijiet tad-DC u l-istrutturi relatati fuq il-wiċċ tal-kompost rGO/nZVI jistgħu jinteraġixxu elettrostatikament u jistgħu jeżistu bħala katjonijiet, zwitterjoni, u anjoni, il-molekula DC teżisti bħala katjonika (DCH3+) f'pH < 3.3, zwitterjonika (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 u anjonika (DCH- jew DC2-) f'pH 7.7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности комзанных связанных с ними структур на поверхности комтаности комтанных взаимодействовать электростатически и могут существовать в виде катионов, цвитростатически и могут существовать в виде катионов, цвитростатически, могут существовать ДК существует в виде катиона (DCH3+) при рН < 3,3, цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Bħala riżultat, diversi funzjonijiet tad-DC u strutturi relatati fuq il-wiċċ tal-kompost rGO/nZVI jistgħu jinteraġixxu elettrostatikament u jistgħu jeżistu fil-forma ta' katjonijiet, zwitterions, u anjoni; il-molekula DC teżisti bħala katjoni (DCH3+) f'pH < 3.3; jonika (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 u anjonika (DCH- jew DC2-) f'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
L-effett tat-temperatura fuq l-assorbiment ta' soluzzjoni akwea ta' DC twettaq f'temperatura ta' (25–55°C). Il-Figura 7A turi l-effett taż-żieda fit-temperatura fuq l-effiċjenza tat-tneħħija tal-antibijotiċi DC fuq rGO/nZVI, huwa ċar li l-kapaċità tat-tneħħija u l-kapaċità tal-assorbiment żdiedu minn 83.44% u 13.9 mg/g għal 47% u 7.83 mg/g, rispettivament. Dan it-tnaqqis sinifikanti jista' jkun dovut għal żieda fl-enerġija termali tal-joni DC, li twassal għal desorbiment47.
Effett tat-Temperatura fuq l-Effiċjenza tat-Tneħħija u l-Kapaċità tal-Assorbiment ta' CD fuq Komposti rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Doża = 0.05 g], Doża tal-Assorbent fuq l-Effiċjenza tat-Tneħħija u l-Effiċjenza tat-Tneħħija ta' CD Effett tal-Konċentrazzjoni Inizjali fuq il-kapaċità tal-assorbiment u l-effiċjenza tat-tneħħija tad-DC fuq il-kompost rGO/nSVI (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, doża = 0.05 g].
L-effett taż-żieda fid-doża tal-assorbent kompost rGO/nZVI minn 0.01 g għal 0.07 g fuq l-effiċjenza tat-tneħħija u l-kapaċità tal-assorbiment huwa muri fil-Fig. 7B. Żieda fid-doża tal-assorbent wasslet għal tnaqqis fil-kapaċità tal-assorbiment minn 33.43 mg/g għal 6.74 mg/g. Madankollu, b'żieda fid-doża tal-assorbent minn 0.01 g għal 0.07 g, l-effiċjenza tat-tneħħija tiżdied minn 66.8% għal 96%, li, għaldaqstant, tista' tkun assoċjata ma' żieda fin-numru ta' ċentri attivi fuq il-wiċċ tan-nanokompost.
L-effett tal-konċentrazzjoni inizjali fuq il-kapaċità ta' adsorbiment u l-effiċjenza tat-tneħħija [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, doża 0.05 g] ġie studjat. Meta l-konċentrazzjoni inizjali żdiedet minn 25 mg L-1 għal 100 mg L-1, il-perċentwal ta' tneħħija tal-kompost rGO/nZVI naqas minn 94.6% għal 65% (Fig. 7C), probabbilment minħabba n-nuqqas tas-siti attivi mixtieqa. Jassorbi konċentrazzjonijiet kbar ta' DC49. Min-naħa l-oħra, hekk kif il-konċentrazzjoni inizjali żdiedet, il-kapaċità ta' adsorbiment żdiedet ukoll minn 9.4 mg/g għal 30 mg/g sakemm intlaħaq l-ekwilibriju (Fig. 7D). Din ir-reazzjoni inevitabbli hija dovuta għal żieda fil-forza li tmexxi b'konċentrazzjoni inizjali ta' DC akbar mir-reżistenza għat-trasferiment tal-massa tal-jone DC biex jilħaq il-wiċċ 50 tal-kompost rGO/nZVI.
Studji dwar il-ħin tal-kuntatt u kinetiċi għandhom l-għan li jifhmu l-ħin tal-ekwilibriju tal-assorbiment. L-ewwel, l-ammont ta' DC assorbit matul l-ewwel 40 minuta tal-ħin tal-kuntatt kien madwar nofs l-ammont totali assorbit matul il-ħin kollu (100 minuta). Filwaqt li l-molekuli DC fis-soluzzjoni jaħbtu ma' xulxin, dan iwassal biex jemigraw malajr lejn il-wiċċ tal-kompost rGO/nZVI u dan irriżulta f'assorbiment sinifikanti. Wara 40 minuta, l-assorbiment tad-DC żdied gradwalment u bil-mod sakemm intlaħaq l-ekwilibriju wara 60 minuta (Fig. 7D). Peress li ammont raġonevoli jiġi assorbit fl-ewwel 40 minuta, ikun hemm inqas ħabtiet mal-molekuli DC u inqas siti attivi jkunu disponibbli għal molekuli mhux assorbiti. Għalhekk, ir-rata ta' assorbiment tista' titnaqqas51.
Biex tinftiehem aħjar il-kinetika tal-assorbiment, intużaw plots tal-linji tal-mudelli kinetiċi pseudo-ewwel ordni (Fig. 8A), pseudo-tieni ordni (Fig. 8B), u Elovich (Fig. 8C). Mill-parametri miksuba mill-istudji kinetiċi (Tabella S1), jidher ċar li l-mudell pseudo-tieni huwa l-aħjar mudell biex jiddeskrivi l-kinetika tal-assorbiment, fejn il-valur R2 huwa stabbilit ogħla milli fiż-żewġ mudelli l-oħra. Hemm ukoll xebh bejn il-kapaċitajiet ta' assorbiment ikkalkulati (qe, cal). Il-pseudo-tieni ordni u l-valuri sperimentali (qe, exp.) huma evidenza ulterjuri li l-pseudo-tieni ordni huwa mudell aħjar minn mudelli oħra. Kif muri fit-Tabella 1, il-valuri ta' α (rata inizjali ta' assorbiment) u β (kostanti ta' desorbiment) jikkonfermaw li r-rata ta' assorbiment hija ogħla mir-rata ta' desorbiment, li jindika li d-DC għandu t-tendenza li jassorbi b'mod effiċjenti fuq il-kompost rGO/nZVI52.
Plottijiet kinetiċi ta' adsorbiment lineari ta' pseudo-tieni ordni (A), pseudo-ewwel ordni (B) u Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, doża = 0.05 g].
Studji dwar l-isotermi tal-assorbiment jgħinu biex jiddeterminaw il-kapaċità ta' assorbiment tal-assorbent (kompost RGO/nRVI) f'diversi konċentrazzjonijiet ta' assorbent (DC) u temperaturi tas-sistema. Il-kapaċità massima ta' assorbiment ġiet ikkalkulata bl-użu tal-isoterma ta' Langmuir, li indikat li l-assorbiment kien omoġenju u inkluda l-formazzjoni ta' saff wieħed ta' assorbent fuq il-wiċċ tal-assorbent mingħajr interazzjoni bejniethom53. Żewġ mudelli oħra ta' isotermi użati ħafna huma l-mudelli Freundlich u Temkin. Għalkemm il-mudell Freundlich ma jintużax biex jiġi kkalkulat il-kapaċità ta' assorbiment, jgħin biex jinftiehem il-proċess eteroġenju ta' assorbiment u li l-postijiet vakanti fuq l-assorbent għandhom enerġiji differenti, filwaqt li l-mudell Temkin jgħin biex jinftiehmu l-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-assorbiment54.
Il-Figuri 9A-C juru l-plottijiet tal-linji tal-mudelli ta' Langmuir, Freindlich, u Temkin, rispettivament. Il-valuri R2 ikkalkulati mill-plottijiet tal-linji ta' Freundlich (Fig. 9A) u Langmuir (Fig. 9B) u ppreżentati fit-Tabella 2 juru li l-assorbiment tad-DC fuq il-kompost rGO/nZVI jsegwi l-mudelli tal-isotermi ta' Freundlich (0.996) u Langmuir (0.988) u Temkin (0.985). Il-kapaċità massima ta' assorbiment (qmax), ikkalkulata bl-użu tal-mudell tal-isotermi ta' Langmuir, kienet ta' 31.61 mg g-1. Barra minn hekk, il-valur ikkalkulat tal-fattur ta' separazzjoni mingħajr dimensjoni (RL) huwa bejn 0 u 1 (0.097), li jindika proċess ta' assorbiment favorevoli. Inkella, il-kostanti ta' Freundlich ikkalkulata (n = 2.756) tindika preferenza għal dan il-proċess ta' assorbiment. Skont il-mudell lineari tal-isoterma ta' Temkin (Fig. 9C), l-assorbiment tad-DC fuq il-kompożit rGO/nZVI huwa proċess ta' assorbiment fiżiku, peress li b huwa ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. Għalkemm l-assorbiment fiżiku ġeneralment ikun medjat minn forzi dgħajfa ta' van der Waals, l-assorbiment ta' kurrent dirett fuq il-kompożiti rGO/nZVI jeħtieġ enerġiji baxxi ta' assorbiment [56, 57].
Iżotermi ta' adsorbiment lineari ta' Freundlich (A), Langmuir (B), u Temkin (C) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, doża = 0.05 g]. Plott tal-ekwazzjoni ta' van't Hoff għall-assorbiment tad-DC minn kompożiti rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C u doża = 0.05 g].
Biex jiġi evalwat l-effett tal-bidla fit-temperatura tar-reazzjoni fuq it-tneħħija tad-DC minn kompożiti rGO/nZVI, ġew ikkalkulati parametri termodinamiċi bħall-bidla fl-entropija (ΔS), il-bidla fl-entalpija (ΔH), u l-bidla fl-enerġija libera (ΔG) mill-ekwazzjonijiet 3 u 458.
fejn \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – kostanti tal-ekwilibriju termodinamiku, Ce u CAe – rGO fis-soluzzjoni, rispettivament /nZVI konċentrazzjonijiet DC f'ekwilibriju tal-wiċċ. R u RT huma l-kostanti tal-gass u t-temperatura tal-assorbiment, rispettivament. It-tpinġija ta' ln Ke kontra 1/T tagħti linja dritta (Fig. 9D) li minnha jistgħu jiġu determinati ∆S u ∆H.
Valur ΔH negattiv jindika li l-proċess huwa eżotermiku. Min-naħa l-oħra, il-valur ΔH jinsab fil-proċess ta' adsorbiment fiżiku. Valuri ΔG negattivi fit-Tabella 3 jindikaw li l-adsorbiment huwa possibbli u spontanju. Valuri negattivi ta' ΔS jindikaw ordni għolja ta' molekuli assorbenti fl-interfaċċja tal-likwidu (Tabella 3).
It-Tabella 4 tqabbel il-kompożit rGO/nZVI ma' assorbenti oħra rrappurtati fi studji preċedenti. Jidher ċar li l-kompożit VGO/nCVI għandu kapaċità għolja ta' adsorbiment u jista' jkun materjal promettenti għat-tneħħija tal-antibijotiċi DC mill-ilma. Barra minn hekk, l-adsorbiment tal-kompożiti rGO/nZVI huwa proċess mgħaġġel b'ħin ta' ekwilibriju ta' 60 minuta. Il-proprjetajiet eċċellenti ta' adsorbiment tal-kompożiti rGO/nZVI jistgħu jiġu spjegati bl-effett sinerġistiku tal-rGO u nZVI.
Il-Figuri 10A, B juru l-mekkaniżmu razzjonali għat-tneħħija tal-antibijotiċi DC mill-kumplessjonijiet rGO/nZVI u nZVI. Skont ir-riżultati tal-esperimenti dwar l-effett tal-pH fuq l-effiċjenza tal-assorbiment tad-DC, b'żieda fil-pH minn 3 għal 7, l-assorbiment tad-DC fuq il-kompost rGO/nZVI ma kienx ikkontrollat minn interazzjonijiet elettrostatiċi, peress li aġixxa bħala zwitterion; għalhekk, bidla fil-valur tal-pH ma affettwatx il-proċess tal-assorbiment. Sussegwentement, il-mekkaniżmu tal-assorbiment jista' jiġi kkontrollat minn interazzjonijiet mhux elettrostatiċi bħal twaħħil tal-idroġenu, effetti idrofobiċi, u interazzjonijiet ta' stivar π-π bejn il-kompost rGO/nZVI u DC66. Huwa magħruf sew li l-mekkaniżmu tal-assorbati aromatiċi fuq l-uċuħ tal-grafene f'saffi ġie spjegat minn interazzjonijiet ta' stivar π-π bħala l-forza ewlenija li tmexxi. Il-kompost huwa materjal f'saffi simili għall-grafene b'massimu ta' assorbiment f'233 nm minħabba t-tranżizzjoni π-π*. Abbażi tal-preżenza ta' erba' ċrieki aromatiċi fl-istruttura molekulari tal-assorbat DC, ipoteżizzajna li hemm mekkaniżmu ta' interazzjoni π-π-stacking bejn id-DC aromatiku (aċċettur tal-π-elettroni) u r-reġjun rikk fl-π-elettroni fuq il-wiċċ tal-RGO. /nZVI kompożiti. Barra minn hekk, kif muri fil-fig. 10B, twettqu studji FTIR biex jistudjaw l-interazzjoni molekulari tal-kompożiti rGO/nZVI mad-DC, u l-ispettri FTIR tal-kompożiti rGO/nZVI wara l-assorbiment tad-DC huma murija fil-Figura 10B. 10b. Qċaċet ġdid huwa osservat f'2111 cm-1, li jikkorrispondi għall-vibrazzjoni tal-qafas tar-rabta C=C, li tindika l-preżenza tal-gruppi funzjonali organiċi korrispondenti fuq il-wiċċ ta' 67 rGO/nZVI. Qċaċet oħra jinbidlu minn 1561 għal 1548 cm-1 u minn 1399 għal 1360 cm-1, li jikkonferma wkoll li l-interazzjonijiet π-π għandhom rwol importanti fl-assorbiment tal-grafene u sustanzi niġġiesa organiċi68,69. Wara l-assorbiment tad-DC, l-intensità ta' xi gruppi li fihom l-ossiġnu, bħal OH, naqset għal 3270 cm-1, li jissuġġerixxi li r-rabta tal-idroġenu hija waħda mill-mekkaniżmi tal-assorbiment. Għalhekk, abbażi tar-riżultati, l-assorbiment tad-DC fuq il-kompożit rGO/nZVI jseħħ prinċipalment minħabba interazzjonijiet ta' stivar π-π u bonds tal-idroġenu.
Mekkaniżmu razzjonali ta' adsorbiment ta' antibijotiċi DC minn kumplessi rGO/nZVI u nZVI (A). Spettri ta' adsorbiment FTIR ta' DC fuq rGO/nZVI u nZVI (B).
L-intensità tal-meded ta' assorbiment ta' nZVI fi 3244, 1615, 1546, u 1011 cm–1 żdiedet wara l-assorbiment tad-DC fuq nZVI (Fig. 10B) meta mqabbel ma' nZVI, li għandu jkun relatat mal-interazzjoni ma' gruppi funzjonali possibbli tal-gruppi O tal-aċidu karbossiliku fid-DC. Madankollu, dan il-perċentwal aktar baxx ta' trasmissjoni fil-meded kollha osservati ma jindika l-ebda bidla sinifikanti fl-effiċjenza tal-assorbiment tal-assorbent fitosintetiku (nZVI) meta mqabbel ma' nZVI qabel il-proċess ta' assorbiment. Skont xi riċerka dwar it-tneħħija tad-DC b'nZVI71, meta nZVI jirreaġixxi ma' H2O, l-elettroni jiġu rilaxxati u mbagħad H+ jintuża biex jipproduċi idroġenu attiv li jitnaqqas ħafna. Fl-aħħar nett, xi komposti katjoniċi jaċċettaw elettroni mill-idroġenu attiv, li jirriżulta f'-C=N u -C=C-, li huwa attribwit għall-qsim taċ-ċirku tal-benżin.
Ħin tal-pubblikazzjoni: 14 ta' Novembru 2022