హరిత సంశ్లేషిత క్షయీకరించిన గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్ మరియు నానో-జీరో ఐరన్ కాంప్లెక్స్‌ల ద్వారా నీటి నుండి డాక్సీసైక్లిన్ యాంటీబయాటిక్‌లను సమన్వయంతో తొలగించడం

Nature.comను సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్‌లో CSS మద్దతు పరిమితంగా ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు అప్‌డేట్ చేయబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో కంపాటిబిలిటీ మోడ్‌ను నిలిపివేయాలని) మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము. ఈలోగా, మద్దతు కొనసాగేలా చూసేందుకు, మేము స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ను రెండర్ చేస్తాము.
ఈ పరిశోధనలో, తక్కువ హానికరమైన రసాయన సంశ్లేషణ వంటి "గ్రీన్" కెమిస్ట్రీ సూత్రాలకు అనుగుణంగా, సోఫోరా పసుపు ఆకు సారాన్ని క్షయకరణ కారకంగా మరియు స్థిరీకరణ కారకంగా ఉపయోగించి, ఒక సరళమైన మరియు పర్యావరణ అనుకూలమైన పద్ధతి ద్వారా rGO/nZVI మిశ్రమాలను మొదటిసారిగా సంశ్లేషణ చేయడం జరిగింది. మిశ్రమాల విజయవంతమైన సంశ్లేషణను ధృవీకరించడానికి SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, మరియు జీటా పొటెన్షియల్ వంటి అనేక సాధనాలను ఉపయోగించడం జరిగింది, ఇవి మిశ్రమాల తయారీ విజయవంతమైందని సూచిస్తున్నాయి. rGO మరియు nZVI మధ్య ఉన్న సినర్జిస్టిక్ ప్రభావాన్ని పరిశోధించడానికి, యాంటీబయాటిక్ డాక్సీసైక్లిన్ యొక్క వివిధ ప్రారంభ గాఢతల వద్ద ఈ నూతన మిశ్రమాలు మరియు స్వచ్ఛమైన nZVI యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని పోల్చడం జరిగింది. 25mg L-1, 25°C మరియు 0.05g తొలగింపు పరిస్థితులలో, స్వచ్ఛమైన nZVI యొక్క శోషణ తొలగింపు రేటు 90% కాగా, rGO/nZVI మిశ్రమం ద్వారా డాక్సీసైక్లిన్ యొక్క శోషణ తొలగింపు రేటు 94.6%కి చేరుకుంది, ఇది nZVI మరియు rGOల మధ్య ఉన్న సినర్జిస్టిక్ ప్రభావాన్ని ధృవీకరించింది. అధిశోషణ ప్రక్రియ సూడో-సెకండ్ ఆర్డర్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు 25 °C మరియు pH 7 వద్ద 31.61 mg g-1 గరిష్ట అధిశోషణ సామర్థ్యంతో ఫ్రాయిండ్లిచ్ మోడల్‌తో బాగా సరిపోలుతుంది. DC తొలగింపు కోసం ఒక సహేతుకమైన యంత్రాంగం ప్రతిపాదించబడింది. అదనంగా, వరుసగా ఆరు పునరుత్పత్తి చక్రాల తర్వాత rGO/nZVI కాంపోజిట్ యొక్క పునర్వినియోగ సామర్థ్యం 60%గా ఉంది.
నీటి కొరత మరియు కాలుష్యం ఇప్పుడు అన్ని దేశాలకు తీవ్రమైన ముప్పుగా పరిణమించాయి. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, కోవిడ్-19 మహమ్మారి సమయంలో పెరిగిన ఉత్పత్తి మరియు వినియోగం కారణంగా నీటి కాలుష్యం, ముఖ్యంగా యాంటీబయాటిక్ కాలుష్యం పెరిగింది¹,²,³. అందువల్ల, మురుగునీటి నుండి యాంటీబయాటిక్‌లను తొలగించడానికి సమర్థవంతమైన సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేయడం అత్యవసరమైన పని.
టెట్రాసైక్లిన్ సమూహానికి చెందిన నిరోధక సెమీ-సింథటిక్ యాంటీబయాటిక్స్‌లో డాక్సీసైక్లిన్ (DC)4,5 ఒకటి. భూగర్భజలాలు మరియు ఉపరితల జలాల్లోని DC అవశేషాలు జీవక్రియకు గురికావని, కేవలం 20-50% మాత్రమే జీవక్రియకు గురై, మిగిలినది పర్యావరణంలోకి విడుదలవుతుందని, దీనివల్ల తీవ్రమైన పర్యావరణ మరియు ఆరోగ్య సమస్యలు తలెత్తుతున్నాయని నివేదించబడింది6.
తక్కువ స్థాయిలో DCకి గురికావడం వల్ల జలచర కిరణజన్య సంయోగక్రియ సూక్ష్మజీవులు చనిపోతాయి, యాంటీమైక్రోబయల్ బ్యాక్టీరియా వ్యాప్తికి ముప్పు వాటిల్లుతుంది మరియు యాంటీమైక్రోబయల్ నిరోధకత పెరుగుతుంది, కాబట్టి ఈ కలుషితాన్ని మురుగునీటి నుండి తప్పనిసరిగా తొలగించాలి. నీటిలో DC యొక్క సహజ విచ్ఛిన్నం చాలా నెమ్మదైన ప్రక్రియ. ఫోటోలైసిస్, బయోడిగ్రేడేషన్ మరియు అధిశోషణం వంటి భౌతిక-రసాయన ప్రక్రియలు తక్కువ గాఢతలలో మరియు చాలా తక్కువ రేట్లలో మాత్రమే విచ్ఛిన్నం చేయగలవు7,8. అయితే, అత్యంత పొదుపైన, సరళమైన, పర్యావరణ అనుకూలమైన, నిర్వహించడానికి సులభమైన మరియు సమర్థవంతమైన పద్ధతి అధిశోషణం9,10.
నానో జీరో వాలెంట్ ఐరన్ (nZVI) అనేది చాలా శక్తివంతమైన పదార్థం, ఇది మెట్రోనిడజోల్, డయాజెపామ్, సిప్రోఫ్లోక్సాసిన్, క్లోరాంఫెనికాల్ మరియు టెట్రాసైక్లిన్‌తో సహా నీటి నుండి అనేక యాంటీబయాటిక్‌లను తొలగించగలదు. అధిక క్రియాశీలత, పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యం మరియు అనేక బాహ్య బంధన స్థానాలు వంటి nZVI కలిగి ఉన్న అద్భుతమైన లక్షణాల వల్ల ఈ సామర్థ్యం వస్తుంది¹¹. అయితే, వాన్ డెర్ వెల్స్ బలాలు మరియు అధిక అయస్కాంత లక్షణాల కారణంగా nZVI జల మాధ్యమాలలో సమూహాలుగా ఏర్పడటానికి గురవుతుంది, ఇది nZVI యొక్క క్రియాశీలతను నిరోధించే ఆక్సైడ్ పొరల ఏర్పాటు కారణంగా కలుషితాలను తొలగించడంలో దాని ప్రభావాన్ని తగ్గిస్తుంది¹⁰,¹². సర్ఫ్యాక్టెంట్లు మరియు పాలిమర్లతో వాటి ఉపరితలాలను సవరించడం ద్వారా లేదా వాటిని ఇతర నానోమెటీరియల్స్‌తో మిశ్రమాల రూపంలో కలపడం ద్వారా nZVI కణాల సమూహీకరణను తగ్గించవచ్చు, ఇది పర్యావరణంలో వాటి స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి ఆచరణీయమైన విధానంగా నిరూపించబడింది¹³,¹⁴.
గ్రాఫేన్ అనేది తేనెగూడు జాలకంలో అమర్చబడిన sp2-సంకరీకరణ చెందిన కార్బన్ అణువులతో కూడిన ఒక ద్విమితీయ కార్బన్ నానోపదార్థం. దీనికి పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యం, గణనీయమైన యాంత్రిక బలం, అద్భుతమైన విద్యుత్ ఉత్ప్రేరక క్రియాశీలత, అధిక ఉష్ణ వాహకత, వేగవంతమైన ఎలక్ట్రాన్ చలనశీలత ఉన్నాయి మరియు ఇది దాని ఉపరితలంపై అకర్బన నానోకణాలకు మద్దతు ఇవ్వడానికి అనువైన వాహక పదార్థం. లోహ నానోకణాలు మరియు గ్రాఫేన్ కలయిక, ప్రతి పదార్థం యొక్క వ్యక్తిగత ప్రయోజనాలను బాగా మించిపోతుంది మరియు దాని ఉన్నతమైన భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాల కారణంగా, మరింత సమర్థవంతమైన నీటి శుద్ధి కోసం నానోకణాల యొక్క సరైన పంపిణీని అందిస్తుంది¹⁵.
రిడ్యూస్డ్ గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్ (rGO) మరియు nZVI సంశ్లేషణలో సాధారణంగా ఉపయోగించే హానికరమైన రసాయన క్షయకరణ కారకాలకు మొక్కల సారాలు ఉత్తమ ప్రత్యామ్నాయం. ఎందుకంటే అవి అందుబాటులో ఉంటాయి, చవకైనవి, ఒకే దశలో పూర్తయ్యేవి, పర్యావరణానికి సురక్షితమైనవి మరియు క్షయకరణ కారకాలుగా ఉపయోగించవచ్చు. ఫ్లేవనాయిడ్లు మరియు ఫినాలిక్ సమ్మేళనాల వంటివి స్థిరీకరణ కారకంగా కూడా పనిచేస్తాయి. అందువల్ల, ఈ అధ్యయనంలో rGO/nZVI మిశ్రమాల సంశ్లేషణ కోసం అట్రిప్లెక్స్ హాలిమస్ L. ఆకు సారాన్ని మరమ్మత్తు మరియు సంధాన కారకంగా ఉపయోగించారు. అమరాంథేసి కుటుంబానికి చెందిన అట్రిప్లెక్స్ హాలిమస్, నత్రజనిని ఇష్టపడే బహువార్షిక పొద, ఇది విస్తృత భౌగోళిక పరిధిని కలిగి ఉంది¹⁶.
అందుబాటులో ఉన్న సాహిత్యం ప్రకారం, ఆర్థికంగా మరియు పర్యావరణ అనుకూలమైన సంశ్లేషణ పద్ధతిగా rGO/nZVI మిశ్రమాలను తయారు చేయడానికి అట్రిప్లెక్స్ హాలిమస్ (A. హాలిమస్) ను మొదట ఉపయోగించారు. అందువల్ల, ఈ పని యొక్క లక్ష్యం నాలుగు భాగాలుగా ఉంటుంది: (1) A. హాలిమస్ జల ఆకు సారాన్ని ఉపయోగించి rGO/nZVI మరియు మాతృ nZVI మిశ్రమాల ఫైటోసింథసిస్, (2) వాటి విజయవంతమైన తయారీని నిర్ధారించడానికి బహుళ పద్ధతులను ఉపయోగించి ఫైటోసింథసైజ్డ్ మిశ్రమాల లక్షణీకరణ, (3) విభిన్న ప్రతిచర్య పారామితుల కింద డాక్సీసైక్లిన్ యాంటీబయాటిక్స్ యొక్క సేంద్రీయ కలుషితాల శోషణ మరియు తొలగింపులో rGO మరియు nZVI యొక్క సినర్జిస్టిక్ ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేయడం, శోషణ ప్రక్రియ యొక్క పరిస్థితులను ఆప్టిమైజ్ చేయడం, (3) ప్రాసెసింగ్ చక్రం తర్వాత వివిధ నిరంతర చికిత్సలలో మిశ్రమ పదార్థాలను పరిశోధించడం.
డాక్సీసైక్లిన్ హైడ్రోక్లోరైడ్ (DC, MM = 480.90, రసాయన ఫార్ములా C22H24N2O·HCl, 98%), ఐరన్ క్లోరైడ్ హెక్సాహైడ్రేట్ (FeCl3.6H2O, 97%), మరియు గ్రాఫైట్ పౌడర్‌ను సిగ్మా-ఆల్డ్రిచ్, USA నుండి కొనుగోలు చేశారు. సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ (NaOH, 97%), ఇథనాల్ (C2H5OH, 99.9%) మరియు హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం (HCl, 37%) లను మెర్క్, USA నుండి కొనుగోలు చేశారు. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 మరియు MgCl2 లను టియాంజిన్ కోమియో కెమికల్ రిఏజెంట్ కో., లిమిటెడ్ నుండి కొనుగోలు చేశారు. అన్ని రిఏజెంట్లు అధిక విశ్లేషణాత్మక స్వచ్ఛత కలిగినవి. అన్ని జల ద్రావణాలను తయారు చేయడానికి డబుల్-డిస్టిల్డ్ వాటర్‌ను ఉపయోగించారు.
నైలు డెల్టాలోని వాటి సహజ ఆవాసం నుండి మరియు ఈజిప్టులోని మధ్యధరా తీరప్రాంత భూముల నుండి A. హాలిమస్ యొక్క ప్రతినిధి నమూనాలను సేకరించారు. వర్తించే జాతీయ మరియు అంతర్జాతీయ మార్గదర్శకాలకు అనుగుణంగా మొక్కల పదార్థాన్ని సేకరించారు¹⁷. ప్రొఫెసర్ మనల్ ఫౌజీ బౌలోస్¹⁸ ప్రకారం మొక్కల నమూనాలను గుర్తించారు, మరియు అలెగ్జాండ్రియా విశ్వవిద్యాలయం యొక్క పర్యావరణ శాస్త్ర విభాగం శాస్త్రీయ ప్రయోజనాల కోసం అధ్యయనం చేసిన మొక్కల జాతుల సేకరణకు అధికారం ఇస్తుంది. నమూనా వోచర్‌లు టాంటా యూనివర్సిటీ హెర్బేరియం (TANE)లో భద్రపరచబడ్డాయి, వోచర్ నెం. 14 122–14 127, ఇది నిక్షిప్తం చేయబడిన పదార్థాలకు ప్రాప్యతను అందించే ఒక పబ్లిక్ హెర్బేరియం. అదనంగా, దుమ్ము లేదా మట్టిని తొలగించడానికి, మొక్క యొక్క ఆకులను చిన్న ముక్కలుగా కత్తిరించి, కుళాయి నీరు మరియు స్వేదన జలంతో 3 సార్లు కడిగి, ఆపై 50°C వద్ద ఆరబెట్టాలి. మొక్కను నలిపి, 5 గ్రాముల మెత్తని పొడిని 100 ml స్వేదన జలంలో ముంచి, సారాన్ని పొందడానికి 70°C వద్ద 20 నిమిషాల పాటు కదిలించారు. పొందిన బాసిల్లస్ నికోటియానా సారాన్ని వాట్మాన్ ఫిల్టర్ పేపర్ ద్వారా వడపోసి, తదుపరి ఉపయోగం కోసం శుభ్రమైన మరియు క్రిమిరహితం చేసిన ట్యూబ్‌లలో 4°C వద్ద నిల్వ చేశారు.
పటం 1లో చూపిన విధంగా, సవరించిన హమ్మర్స్ పద్ధతి ద్వారా గ్రాఫైట్ పౌడర్ నుండి GO తయారు చేయబడింది. 10 mg GO పౌడర్‌ను 50 ml డీయోనైజ్డ్ నీటిలో 30 నిమిషాల పాటు సోనికేషన్ కింద చెదరగొట్టారు, ఆ తర్వాత 0.9 g FeCl3 మరియు 2.9 g NaAc లను 60 నిమిషాల పాటు కలిపారు. కలుపుతున్న ద్రావణానికి 20 ml అట్రిప్లెక్స్ ఆకు సారాన్ని కలిపి, 80°C వద్ద 8 గంటల పాటు వదిలివేశారు. ఫలితంగా ఏర్పడిన నల్లటి సస్పెన్షన్‌ను వడపోశారు. తయారుచేసిన నానోకాంపోజిట్‌లను ఇథనాల్ మరియు ద్విస్వేదన జలంతో కడిగి, ఆ తర్వాత 50°C వద్ద వాక్యూమ్ ఓవెన్‌లో 12 గంటల పాటు ఆరబెట్టారు.
rGO/nZVI మరియు nZVI కాంప్లెక్స్‌ల హరిత సంశ్లేషణ మరియు అట్రిప్లెక్స్ హాలిమస్ సారాన్ని ఉపయోగించి కలుషిత నీటి నుండి DC యాంటీబయాటిక్‌లను తొలగించడం యొక్క రేఖాచిత్రం మరియు డిజిటల్ ఫోటోగ్రాఫ్‌లు.
క్లుప్తంగా, పటం 1లో చూపిన విధంగా, 0.05 M Fe3+ అయాన్‌లను కలిగి ఉన్న 10 ml ఐరన్ క్లోరైడ్ ద్రావణాన్ని, 20 ml చేదు ఆకు సారం ద్రావణానికి 60 నిమిషాల పాటు మితమైన వేడిమి మరియు కదలికతో చుక్కల చుక్కలుగా కలిపారు, ఆ తర్వాత ఆ ద్రావణాన్ని 15 నిమిషాల పాటు 14,000 rpm (హెర్మ్లే, 15,000 rpm) వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేయగా నల్లని కణాలు లభించాయి, వాటిని ఇథనాల్ మరియు స్వేదన జలంతో 3 సార్లు కడిగి, ఆపై 60° C వద్ద వాక్యూమ్ ఓవెన్‌లో రాత్రంతా ఆరబెట్టారు.
మొక్కల నుండి సంశ్లేషణ చేయబడిన rGO/nZVI మరియు nZVI మిశ్రమాలను 200-800 nm స్కానింగ్ పరిధిలో UV-విజిబుల్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (T70/T80 సిరీస్ UV/Vis స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్లు, PG ఇన్స్ట్రుమెంట్స్ లిమిటెడ్, UK) ద్వారా వర్గీకరించారు. rGO/nZVI మరియు nZVI మిశ్రమాల యొక్క ఉపరితల స్వరూపం మరియు పరిమాణ పంపిణీని విశ్లేషించడానికి, TEM స్పెక్ట్రోస్కోపీని (JOEL, JEM-2100F, జపాన్, త్వరణ వోల్టేజ్ 200 kV) ఉపయోగించారు. పునరుద్ధరణ మరియు స్థిరీకరణ ప్రక్రియకు బాధ్యత వహించే మొక్కల సారాలలో పాల్గొనగల క్రియాత్మక సమూహాలను మూల్యాంకనం చేయడానికి, FT-IR స్పెక్ట్రోస్కోపీని నిర్వహించారు (JASCO స్పెక్ట్రోమీటర్ 4000-600 cm-1 పరిధిలో). అదనంగా, సంశ్లేషణ చేయబడిన నానోమెటీరియల్స్ యొక్క ఉపరితల ఆవేశాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి ఒక జీటా పొటెన్షియల్ విశ్లేషకాన్ని (Zetasizer Nano ZS Malvern) ఉపయోగించారు. పొడి నానోమెటీరియల్స్ యొక్క ఎక్స్-రే వివర్తన కొలతల కోసం, 2θ పరిధి 20° నుండి 80° వరకు మరియు CuKa1 వికిరణం (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao)లో, కరెంట్ (40 mA), వోల్టేజ్ (45 kV) వద్ద పనిచేసే ఒక ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్టోమీటర్ (X'PERT PRO, నెదర్లాండ్స్) ఉపయోగించబడింది. XPS పై -10 నుండి 1350 eV వరకు Al K-α మోనోక్రోమాటిక్ ఎక్స్-కిరణాలను సేకరిస్తున్నప్పుడు, మూలకాల కూర్పును అధ్యయనం చేయడానికి ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోమీటర్ (EDX) (మోడల్ JEOL JSM-IT100) బాధ్యత వహించింది. దీని స్పాట్ సైజు 400 μm K-ALPHA (థర్మో ఫిషర్ సైంటిఫిక్, USA), పూర్తి స్పెక్ట్రం యొక్క ప్రసార శక్తి 200 eV మరియు సంకుచిత స్పెక్ట్రం 50 eV. పొడి నమూనాను ఒక శాంపిల్ హోల్డర్‌పై నొక్కి ఉంచుతారు, దానిని ఒక వాక్యూమ్ ఛాంబర్‌లో ఉంచుతారు. బంధన శక్తిని నిర్ధారించడానికి 284.58 eV వద్ద C 1 s స్పెక్ట్రమ్‌ను రిఫరెన్స్‌గా ఉపయోగించారు.
జల ద్రావణాల నుండి డాక్సీసైక్లిన్ (DC) ను తొలగించడంలో సంశ్లేషణ చేయబడిన rGO/nZVI నానోకాంపోజిట్‌ల సామర్థ్యాన్ని పరీక్షించడానికి అధిశోషణ ప్రయోగాలు నిర్వహించబడ్డాయి. ఈ అధిశోషణ ప్రయోగాలను 298 K వద్ద, 25 ml ఎర్లెన్‌మేయర్ ఫ్లాస్క్‌లలో, ఆర్బిటల్ షేకర్ (స్టువర్ట్, ఆర్బిటల్ షేకర్/SSL1) పై 200 rpm షేకింగ్ వేగంతో నిర్వహించారు. DC స్టాక్ ద్రావణాన్ని (1000 ppm) ద్విస్వేదన జలంతో విలీనం చేయడం ద్వారా ఈ ప్రయోగాలు జరిగాయి. అధిశోషణ సామర్థ్యంపై rGO/nSVI మోతాదు ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి, వివిధ బరువులు (0.01–0.07 గ్రా) గల నానోకాంపోజిట్‌లను 20 ml DC ద్రావణానికి జోడించారు. గతిశాస్త్రం మరియు అధిశోషణ ఐసోథర్మ్‌లను అధ్యయనం చేయడానికి, 0.05 గ్రా అధిశోషకాన్ని, ప్రారంభ గాఢత (25–100 mg L–1) గల CD జల ద్రావణంలో ముంచారు. 25°C వద్ద, 50 mg L-1 ప్రారంభ గాఢత మరియు pH (3–11) పరిధిలో DC తొలగింపుపై pH ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేశారు. కొద్ది మొత్తంలో HCl లేదా NaOH ద్రావణాన్ని (క్రిసన్ pH మీటర్, pH 25) కలపడం ద్వారా వ్యవస్థ యొక్క pHని సర్దుబాటు చేయండి. అదనంగా, 25-55°C పరిధిలో అధిశోషణ ప్రయోగాలపై చర్య ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాన్ని పరిశోధించారు. 50 mg L–1 DC ప్రారంభ గాఢత, pH 3 మరియు 7), 25°C, మరియు 0.05 గ్రాముల అధిశోషక మోతాదు వద్ద, వివిధ గాఢతలలో (0.01–4 mol L–1) NaCl ను కలపడం ద్వారా అధిశోషణ ప్రక్రియపై అయానిక బలం ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేశారు. 270 మరియు 350 nm గరిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాల (λmax) వద్ద 1.0 cm మార్గ పొడవు గల క్వార్ట్జ్ క్యూవెట్‌లతో కూడిన డ్యూయల్ బీమ్ UV-Vis స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్ (T70/T80 సిరీస్, PG ఇన్స్ట్రుమెంట్స్ లిమిటెడ్, UK) ఉపయోగించి శోషించబడని DC యొక్క శోషణను కొలిచారు. DC యాంటీబయాటిక్స్ తొలగింపు శాతం (R%; సమీకరణం 1) మరియు DC యొక్క శోషణ పరిమాణం, qt, సమీకరణం 2 (mg/g) లను కింది సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి కొలిచారు.
ఇక్కడ %R అనేది DC తొలగింపు సామర్థ్యం (%), Co అనేది సమయం 0 వద్ద ప్రారంభ DC గాఢత, మరియు C అనేది సమయం t వద్ద DC గాఢత, వరుసగా (mg L-1).
ఇక్కడ qe అనేది శోషకం యొక్క యూనిట్ ద్రవ్యరాశికి శోషించబడిన DC పరిమాణం (mg g-1), Co మరియు Ce అనేవి వరుసగా సున్నా సమయంలో మరియు సమతుల్యత వద్ద ఉన్న గాఢతలు (mg l-1), V అనేది ద్రావణ ఘనపరిమాణం (l), మరియు m అనేది శోషణ ద్రవ్యరాశి కారకం (g).
SEM చిత్రాలు (పటాలు 2A–C) rGO/nZVI మిశ్రమం యొక్క పొరల వంటి నిర్మాణాన్ని చూపుతున్నాయి. దీని ఉపరితలంపై గోళాకార ఇనుము నానోకణాలు ఏకరీతిగా విస్తరించి ఉన్నాయి, ఇది nZVI NPs rGO ఉపరితలానికి విజయవంతంగా అతుక్కుపోయాయని సూచిస్తుంది. అదనంగా, rGO ఆకులో కొన్ని ముడతలు ఉన్నాయి, ఇది A. హాలిమస్ GO పునరుద్ధరణతో పాటు ఆక్సిజన్-కలిగిన సమూహాలు కూడా తొలగించబడ్డాయని నిర్ధారిస్తుంది. ఈ పెద్ద ముడతలు ఇనుము NPs యొక్క క్రియాశీల లోడింగ్ కోసం స్థలాలుగా పనిచేస్తాయి. nZVI చిత్రాలు (పటాలు 2D-F) గోళాకార ఇనుము NPs చాలా చెల్లాచెదురుగా ఉన్నాయని మరియు ఒకచోట చేరలేదని చూపించాయి, దీనికి కారణం మొక్కల సారం యొక్క వృక్షసంబంధ భాగాల పూత స్వభావం. కణ పరిమాణం 15–26 nm మధ్య ఉంది. అయినప్పటికీ, కొన్ని ప్రాంతాలు ఉబ్బెత్తులు మరియు కుహరాల నిర్మాణంతో మెసోపోరస్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్నాయి, ఇవి nZVI యొక్క అధిక ప్రభావవంతమైన శోషణ సామర్థ్యాన్ని అందిస్తాయి, ఎందుకంటే అవి nZVI ఉపరితలంపై DC అణువులను బంధించే అవకాశాన్ని పెంచుతాయి. nZVI సంశ్లేషణ కోసం రోసా డమాస్కస్ సారాన్ని ఉపయోగించినప్పుడు, పొందిన NPలు అసజాతీయంగా, ఖాళీలతో మరియు విభిన్న ఆకారాలతో ఉన్నాయి, ఇది Cr(VI) శోషణలో వాటి సామర్థ్యాన్ని తగ్గించి, ప్రతిచర్య సమయాన్ని పెంచింది 23. ఈ ఫలితాలు ఓక్ మరియు మల్బరీ ఆకుల నుండి సంశ్లేషణ చేయబడిన nZVIతో స్థిరంగా ఉన్నాయి, ఇవి ప్రధానంగా స్పష్టమైన సమూహీకరణ లేకుండా వివిధ నానోమీటర్ పరిమాణాలతో గోళాకార నానోపార్టికల్స్.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) మిశ్రమాల SEM చిత్రాలు మరియు nZVI/rGO (G) మరియు nZVI (H) మిశ్రమాల EDX నమూనాలు.
మొక్కల నుండి సంశ్లేషణ చేయబడిన rGO/nZVI మరియు nZVI మిశ్రమాల యొక్క మూలక కూర్పును EDX ఉపయోగించి అధ్యయనం చేశారు (పటం 2G, H). అధ్యయనాల ప్రకారం nZVI కార్బన్ (ద్రవ్యరాశి ప్రకారం 38.29%), ఆక్సిజన్ (ద్రవ్యరాశి ప్రకారం 47.41%) మరియు ఇనుము (ద్రవ్యరాశి ప్రకారం 11.84%) లతో కూడి ఉంటుంది, అయితే ఫాస్ఫరస్²⁴ వంటి ఇతర మూలకాలు కూడా ఉన్నాయి, వీటిని మొక్కల సారాల నుండి పొందవచ్చు. అదనంగా, భూగర్భ nZVI నమూనాలలో మొక్కల సారాల నుండి లభించే ఫైటోకెమికల్స్ ఉండటం వల్ల కార్బన్ మరియు ఆక్సిజన్ అధిక శాతంలో ఉన్నాయి. ఈ మూలకాలు rGO పై సమానంగా పంపిణీ చేయబడ్డాయి, కానీ వేర్వేరు నిష్పత్తులలో: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) మరియు Fe (10.99 wt %). EDX rGO/nZVI లో S వంటి ఇతర మూలకాల ఉనికి కూడా కనిపిస్తుంది, ఇవి మొక్కల సారాలతో సంబంధం కలిగి ఉండవచ్చు. యూకలిప్టస్ ఆకు సారాన్ని ఉపయోగించడంతో పోలిస్తే, A. హాలిమస్‌ను ఉపయోగించి తయారు చేసిన rGO/nZVI మిశ్రమంలోని ప్రస్తుత C:O నిష్పత్తి మరియు ఇనుము శాతం చాలా మెరుగ్గా ఉన్నాయి, ఎందుకంటే ఇది C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) మరియు Fe (8.27 wt.%) కూర్పును కలిగి ఉంటుంది. 25. నటాషా మరియు ఇతరులు, 2022లో ఓక్ మరియు మల్బరీ ఆకుల నుండి సంశ్లేషణ చేయబడిన nZVI యొక్క సారూప్య మూలక కూర్పును నివేదించారు మరియు ఆకు సారంలో ఉన్న పాలీఫెనాల్ సమూహాలు మరియు ఇతర అణువులు క్షయకరణ ప్రక్రియకు కారణమని ధృవీకరించారు.
మొక్కలలో సంశ్లేషణ చేయబడిన nZVI యొక్క స్వరూపం (Fig. S2A,B) గోళాకారంగా మరియు పాక్షికంగా క్రమరహితంగా ఉంది, దీని సగటు కణ పరిమాణం 23.09 ± 3.54 nm. అయినప్పటికీ, వాన్ డెర్ వాల్స్ బలాలు మరియు ఫెర్రోమాగ్నెటిజం కారణంగా గొలుసు సముదాయాలు గమనించబడ్డాయి. ఈ ప్రధానంగా రేణువుల వంటి మరియు గోళాకార కణ ఆకారం SEM ఫలితాలతో బాగా సరిపోలుతుంది. 2021లో అబ్దెల్ఫతా మరియు ఇతరులు nZVI11 సంశ్లేషణలో ఆముదం ఆకు సారాన్ని ఉపయోగించినప్పుడు ఇలాంటి పరిశీలననే కనుగొన్నారు. nZVIలో క్షయకరణ కారకంగా ఉపయోగించే రూలాస్ ట్యూబెరోసా ఆకు సారం NPలు కూడా 20 నుండి 40 nm26 వ్యాసంతో గోళాకారంలో ఉంటాయి.
హైబ్రిడ్ rGO/nZVI కాంపోజిట్ TEM చిత్రాలు (Fig. S2C-D) rGO ఒక ఆధార తలం అని, దాని అంచుల వద్ద ఉన్న మడతలు మరియు ముడతలు nZVI NPల కోసం బహుళ లోడింగ్ ప్రదేశాలను అందిస్తున్నాయని చూపించాయి; ఈ లామెల్లార్ స్వరూపం rGO యొక్క విజయవంతమైన తయారీని కూడా నిర్ధారిస్తుంది. అదనంగా, nZVI NPలు 5.32 నుండి 27 nm వరకు కణ పరిమాణాలతో గోళాకారంలో ఉండి, దాదాపు ఏకరీతి వ్యాప్తితో rGO పొరలో పొందుపరచబడి ఉన్నాయి. Fe NPలు/rGOను సంశ్లేషణ చేయడానికి యూకలిప్టస్ ఆకు సారాన్ని ఉపయోగించారు; స్వచ్ఛమైన Fe NPలతో పోలిస్తే rGO పొరలోని ముడతలు Fe NPల వ్యాప్తిని మెరుగుపరిచాయని మరియు కాంపోజిట్‌ల రియాక్టివిటీని పెంచాయని TEM ఫలితాలు కూడా నిర్ధారించాయి. బఘేరి మరియు ఇతరులు 28 కూడా ఇలాంటి ఫలితాలనే పొందారు, వారి అధ్యయనంలో సగటు ఐరన్ నానోపార్టికల్ పరిమాణం సుమారు 17.70 nmగా ఉండి, అల్ట్రాసోనిక్ పద్ధతులను ఉపయోగించి కాంపోజిట్‌ను తయారు చేశారు.
A. హాలిమస్, nZVI, GO, rGO, మరియు rGO/nZVI మిశ్రమాల యొక్క FTIR స్పెక్ట్రాలు చిత్రాలు 3Aలో చూపబడ్డాయి. A. హాలిమస్ ఆకులలోని ఉపరితల క్రియాత్మక సమూహాల ఉనికి 3336 cm-1 వద్ద కనిపిస్తుంది, ఇది పాలిఫెనాల్స్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది, మరియు 1244 cm-1 వద్ద, ఇది ప్రోటీన్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన కార్బోనిల్ సమూహాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. 2918 cm-1 వద్ద ఆల్కేన్‌లు, 1647 cm-1 వద్ద ఆల్కీన్‌లు మరియు 1030 cm-1 వద్ద CO-O-CO విస్తరణల వంటి ఇతర సమూహాలు కూడా గమనించబడ్డాయి, ఇవి సీలింగ్ ఏజెంట్లుగా పనిచేసే మరియు Fe2+ నుండి Fe0 మరియు GO నుండి rGO29కి పునరుద్ధరణకు బాధ్యత వహించే మొక్కల భాగాల ఉనికిని సూచిస్తున్నాయి. సాధారణంగా, nZVI స్పెక్ట్రాలు చేదు చక్కెరల వలె అదే శోషణ శిఖరాలను చూపుతాయి, కానీ కొద్దిగా మారిన స్థానంలో ఉంటాయి. OH స్ట్రెచింగ్ వైబ్రేషన్స్ (ఫినాల్స్) తో సంబంధం ఉన్న ఒక తీవ్రమైన బ్యాండ్ 3244 cm-1 వద్ద కనిపిస్తుంది, 1615 వద్ద ఉన్న పీక్ C=C కి అనుగుణంగా ఉంటుంది, మరియు 1546 మరియు 1011 cm-1 వద్ద ఉన్న బ్యాండ్‌లు C=O (పాలిఫినాల్స్ మరియు ఫ్లేవనాయిడ్స్) స్ట్రెచింగ్ కారణంగా ఏర్పడతాయి, ఆరోమాటిక్ అమైన్‌లు మరియు అలిఫాటిక్ అమైన్‌ల యొక్క CN- సమూహాలు కూడా వరుసగా 1310 cm-1 మరియు 1190 cm-1 వద్ద గమనించబడ్డాయి¹³. GO యొక్క FTIR స్పెక్ట్రం అనేక అధిక-తీవ్రత గల ఆక్సిజన్-కలిగిన సమూహాల ఉనికిని చూపిస్తుంది, వీటిలో 1041 cm-1 వద్ద ఆల్కాక్సీ (CO) స్ట్రెచింగ్ బ్యాండ్, 1291 cm-1 వద్ద ఎపాక్సీ (CO) స్ట్రెచింగ్ బ్యాండ్, C=O స్ట్రెచ్ ఉన్నాయి. 1619 cm-1 వద్ద C=C స్ట్రెచింగ్ వైబ్రేషన్ల బ్యాండ్, 1708 cm-1 వద్ద ఒక బ్యాండ్ మరియు 3384 cm-1 వద్ద OH గ్రూప్ స్ట్రెచింగ్ వైబ్రేషన్ల యొక్క విస్తృత బ్యాండ్ కనిపించాయి, ఇది గ్రాఫైట్‌ను విజయవంతంగా ఆక్సీకరణం చేసే మెరుగైన హమ్మర్స్ పద్ధతి ద్వారా నిర్ధారించబడింది. rGO మరియు rGO/nZVI కాంపోజిట్‌లను GO స్పెక్ట్రాతో పోల్చినప్పుడు, 3270 cm-1 వద్ద ఉన్న OH వంటి కొన్ని ఆక్సిజన్-కలిగిన గ్రూపుల తీవ్రత గణనీయంగా తగ్గింది, అయితే 1729 cm-1 వద్ద ఉన్న C=O వంటివి పూర్తిగా తగ్గిపోయి అదృశ్యమయ్యాయి, ఇది A. హాలిమస్ ఎక్స్‌ట్రాక్ట్ ద్వారా GOలోని ఆక్సిజన్-కలిగిన ఫంక్షనల్ గ్రూపులను విజయవంతంగా తొలగించడాన్ని సూచిస్తుంది. C=C టెన్షన్ వద్ద rGO యొక్క కొత్త పదునైన లక్షణ శిఖరాలు 1560 మరియు 1405 cm-1 చుట్టూ గమనించబడ్డాయి, ఇది GO నుండి rGOకి క్షయకరణం జరిగిందని నిర్ధారిస్తుంది. 1043 నుండి 1015 cm-1 మరియు 982 నుండి 918 cm-1 వరకు వైవిధ్యాలు గమనించబడ్డాయి, బహుశా మొక్కల పదార్థం చేర్చడం వల్ల కావచ్చు31,32. వెంగ్ మరియు ఇతరులు, 2018 కూడా GOలో ఆక్సిజనేటెడ్ ఫంక్షనల్ గ్రూపుల గణనీయమైన క్షీణతను గమనించారు, ఇది బయోరిడక్షన్ ద్వారా rGO విజయవంతంగా ఏర్పడటాన్ని నిర్ధారిస్తుంది, ఎందుకంటే రెడ్యూస్డ్ ఐరన్ గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్ కాంపోజిట్‌లను సంశ్లేషణ చేయడానికి ఉపయోగించిన యూకలిప్టస్ ఆకు సారాలు, మొక్కల భాగాల ఫంక్షనల్ గ్రూపుల యొక్క దగ్గరి FTIR స్పెక్ట్రాలను చూపించాయి. 33.
A. గాలియం, nZVI, rGO, GO, మిశ్రమ rGO/nZVI యొక్క FTIR స్పెక్ట్రం (A). మిశ్రమ rGO, GO, nZVI మరియు rGO/nZVI యొక్క రోంట్జెనోగ్రామీ (B).
rGO/nZVI మరియు nZVI మిశ్రమాల ఏర్పాటును X-రే వివర్తన నమూనాల ద్వారా చాలా వరకు నిర్ధారించారు (పటం 3B). 2Ɵ 44.5° వద్ద అధిక-తీవ్రత గల Fe0 శిఖరం గమనించబడింది, ఇది (110) సూచికకు (JCPDS సంఖ్య. 06–0696)11 అనుగుణంగా ఉంటుంది. (311) తలం యొక్క 35.1° వద్ద ఉన్న మరొక శిఖరం మాగ్నెటైట్ Fe3O4కు ఆపాదించబడింది, ϒ-FeOOH (JCPDS సంఖ్య. 17-0536)34 ఉండటం వలన 63.2° (440) తలం యొక్క మిల్లర్ సూచికతో సంబంధం కలిగి ఉండవచ్చు. GO యొక్క X-రే నమూనా 2Ɵ 10.3° వద్ద ఒక పదునైన శిఖరాన్ని మరియు 21.1° వద్ద మరొక శిఖరాన్ని చూపుతుంది, ఇది గ్రాఫైట్ యొక్క పూర్తి ఎక్స్‌ఫోలియేషన్‌ను సూచిస్తుంది మరియు GO35 ఉపరితలంపై ఆక్సిజన్-కలిగిన సమూహాల ఉనికిని హైలైట్ చేస్తుంది. rGO మరియు rGO/nZVI యొక్క మిశ్రమ నమూనాలు, వరుసగా rGO మరియు rGO/nZVI మిశ్రమాల కోసం 2Ɵ 22.17 మరియు 24.7° వద్ద లక్షణమైన GO శిఖరాల అదృశ్యం మరియు విస్తృత rGO శిఖరాల ఏర్పాటును నమోదు చేశాయి, ఇది మొక్కల సారాల ద్వారా GO విజయవంతంగా పునరుద్ధరించబడిందని నిర్ధారించింది. అయితే, rGO/nZVI మిశ్రమ నమూనాలో, Fe0 (110) మరియు bcc Fe0 (200) యొక్క లాటిస్ ప్లేన్‌కు సంబంధించిన అదనపు శిఖరాలు వరుసగా 44.9\(^\circ\) మరియు 65.22\(^\circ\) వద్ద గమనించబడ్డాయి.
జీటా పొటెన్షియల్ అనేది ఒక కణం యొక్క ఉపరితలానికి అంటుకొని ఉన్న అయానిక పొర మరియు జల ద్రావణం మధ్య ఉండే పొటెన్షియల్. ఇది ఒక పదార్థం యొక్క ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ లక్షణాలను నిర్ధారిస్తుంది మరియు దాని స్థిరత్వాన్ని కొలుస్తుంది37. మొక్కల నుండి సంశ్లేషణ చేయబడిన nZVI, GO, మరియు rGO/nZVI కాంపోజిట్‌ల జీటా పొటెన్షియల్ విశ్లేషణ, వాటి ఉపరితలంపై వరుసగా -20.8, -22, మరియు -27.4 mV ల రుణాత్మక ఆవేశాలు ఉండటం వల్ల వాటి స్థిరత్వాన్ని చూపించింది, ఇది చిత్రం S1A-Cలో చూపబడింది. -25 mV కంటే తక్కువ జీటా పొటెన్షియల్ విలువలు ఉన్న కణాలను కలిగిన ద్రావణాలు, ఈ కణాల మధ్య ఉండే ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ వికర్షణ కారణంగా సాధారణంగా అధిక స్థాయి స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శిస్తాయని పేర్కొన్న అనేక నివేదికలతో ఇటువంటి ఫలితాలు ఏకీభవిస్తున్నాయి. rGO మరియు nZVIల కలయిక, కాంపోజిట్‌ను ఎక్కువ రుణాత్మక ఆవేశాలను పొందేలా చేస్తుంది మరియు అందువల్ల కేవలం GO లేదా nZVI మాత్రమే ఉన్నదానికంటే అధిక స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ వికర్షణ అనే దృగ్విషయం స్థిరమైన rGO/nZVI39 కాంపోజిట్‌ల ఏర్పాటుకు దారితీస్తుంది. GO యొక్క రుణాత్మక ఉపరితలం, అది సముదాయంగా ఏర్పడకుండా జల మాధ్యమంలో సమానంగా వ్యాపించడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది nZVI తో పరస్పర చర్యకు అనుకూలమైన పరిస్థితులను సృష్టిస్తుంది. ఈ రుణాత్మక ఆవేశం కాకరకాయ సారంలో ఉండే వివిధ క్రియాత్మక సమూహాలతో ముడిపడి ఉండవచ్చు, ఇది GO మరియు ఐరన్ పూర్వగాములు మరియు మొక్కల సారం మధ్య పరస్పర చర్యను కూడా నిర్ధారిస్తుంది, తద్వారా వరుసగా rGO మరియు nZVI, మరియు rGO/nZVI సంక్లిష్టం ఏర్పడతాయి. ఈ మొక్కల సమ్మేళనాలు క్యాపింగ్ ఏజెంట్లుగా కూడా పనిచేయగలవు, ఎందుకంటే అవి ఫలితంగా ఏర్పడిన నానోపార్టికల్స్ యొక్క సముదాయాన్ని నిరోధించి, తద్వారా వాటి స్థిరత్వాన్ని పెంచుతాయి40.
nZVI మరియు rGO/nZVI మిశ్రమాల యొక్క మూలక కూర్పు మరియు సంయోజక స్థితులను XPS ద్వారా నిర్ధారించారు (పటం 4). మొత్తం XPS అధ్యయనం ప్రకారం, rGO/nZVI మిశ్రమం ప్రధానంగా C, O, మరియు Fe మూలకాలతో కూడి ఉందని తేలింది, ఇది EDS మ్యాపింగ్‌కు అనుగుణంగా ఉంది (పటం 4F–H). C1s స్పెక్ట్రమ్‌లో 284.59 eV, 286.21 eV మరియు 288.21 eV వద్ద మూడు శిఖరాలు ఉన్నాయి, ఇవి వరుసగా CC, CO మరియు C=O లను సూచిస్తాయి. O1s స్పెక్ట్రమ్ 531.17 eV, 532.97 eV, మరియు 535.45 eV వద్ద మూడు శిఖరాలుగా విభజించబడింది, ఇవి వరుసగా O=CO, CO, మరియు NO సమూహాలకు కేటాయించబడ్డాయి. అయితే, 710.43, 714.57 మరియు 724.79 eV వద్ద ఉన్న శిఖరాలు వరుసగా Fe 2p3/2, Fe+3 మరియు Fe p1/2 లను సూచిస్తాయి. nZVI యొక్క XPS స్పెక్ట్రా (పటం 4C-E) C, O, మరియు Fe మూలకాలకు సంబంధించిన శిఖరాలను చూపించింది. 284.77, 286.25, మరియు 287.62 eV వద్ద ఉన్న శిఖరాలు ఐరన్-కార్బన్ మిశ్రమలోహాల ఉనికిని నిర్ధారిస్తాయి, ఎందుకంటే అవి వరుసగా CC, C-OH, మరియు CO లను సూచిస్తాయి. O1s స్పెక్ట్రం మూడు శిఖరాలకు అనుగుణంగా ఉంది: C–O/ఐరన్ కార్బోనేట్ (531.19 eV), హైడ్రాక్సిల్ రాడికల్ (532.4 eV) మరియు O–C=O (533.47 eV). 719.6 వద్ద ఉన్న శిఖరం Fe0 కు ఆపాదించబడింది, అయితే FeOOH 717.3 మరియు 723.7 eV వద్ద శిఖరాలను చూపుతుంది, అదనంగా, 725.8 eV వద్ద ఉన్న శిఖరం Fe2O342.43 ఉనికిని సూచిస్తుంది.
వరుసగా nZVI మరియు rGO/nZVI మిశ్రమాల యొక్క XPS అధ్యయనాలు (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D), మరియు O1s (E) మరియు rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) మిశ్రమం యొక్క పూర్తి స్పెక్ట్రాలు.
N2 అధిశోషణ/విశోషణ ఐసోథర్మ్ (పటం 5A, B) nZVI మరియు rGO/nZVI మిశ్రమాలు టైప్ II కి చెందినవని చూపిస్తుంది. అదనంగా, rGO తో బంధించిన తర్వాత nZVI యొక్క నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం (SBET) 47.4549 నుండి 152.52 m2/g కి పెరిగింది. rGO బంధించిన తర్వాత nZVI యొక్క అయస్కాంత లక్షణాలు తగ్గడం, తద్వారా కణాల సమూహాన్ని తగ్గించడం మరియు మిశ్రమాల ఉపరితల వైశాల్యాన్ని పెంచడం ద్వారా ఈ ఫలితాన్ని వివరించవచ్చు. అదనంగా, పటం 5C లో చూపిన విధంగా, rGO/nZVI మిశ్రమం యొక్క రంధ్రాల ఘనపరిమాణం (8.94 nm) అసలు nZVI (2.873 nm) కంటే ఎక్కువగా ఉంది. ఈ ఫలితం ఎల్-మోనాయెం మరియు ఇతరుల పరిశోధన 45 తో ఏకీభవిస్తుంది.
ప్రారంభ గాఢతలో పెరుగుదలను బట్టి rGO/nZVI మిశ్రమాలు మరియు అసలు nZVI మధ్య DCని తొలగించే శోషణ సామర్థ్యాన్ని అంచనా వేయడానికి, వివిధ ప్రారంభ గాఢతల వద్ద DCకి ప్రతి శోషకం యొక్క స్థిరమైన మోతాదును (0.05 గ్రా) జోడించడం ద్వారా పోలిక చేయబడింది. పరిశోధించబడిన ద్రావణం [25]. –100 mg l–1] 25°C వద్ద. తక్కువ గాఢత (25 mg L-1) వద్ద rGO/nZVI మిశ్రమం యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యం (94.6%) అసలు nZVI (90%) కంటే ఎక్కువగా ఉందని ఫలితాలు చూపించాయి. అయితే, ప్రారంభ గాఢతను 100 mg L-1కి పెంచినప్పుడు, rGO/nZVI మరియు మాతృ nZVI యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యం వరుసగా 70% మరియు 65%కి పడిపోయింది (మూర్తి 6A), ఇది తక్కువ క్రియాశీల ప్రదేశాలు మరియు nZVI కణాల క్షీణత కారణంగా ఉండవచ్చు. దీనికి విరుద్ధంగా, rGO/nZVI DC తొలగింపులో అధిక సామర్థ్యాన్ని చూపించింది, దీనికి కారణం rGO మరియు nZVI మధ్య ఉన్న సినర్జిస్టిక్ ప్రభావం కావచ్చు. దీనిలో అధిశోషణకు అందుబాటులో ఉన్న స్థిరమైన క్రియాశీల ప్రదేశాలు చాలా ఎక్కువగా ఉంటాయి, మరియు rGO/nZVI విషయంలో, చెక్కుచెదరని nZVI కంటే ఎక్కువ DCని అధిశోషించుకోవచ్చు. అదనంగా, పటం 6Bలో చూపినట్లుగా, ప్రారంభ గాఢత 25–100 mg/L నుండి 28.73 mg g-1కి పెరిగినప్పుడు, rGO/nZVI మరియు nZVI మిశ్రమాల అధిశోషణ సామర్థ్యం వరుసగా 9.4 mg/g నుండి 30 mg/g మరియు 9 mg/gకి పెరిగింది. అందువల్ల, DC తొలగింపు రేటు ప్రారంభ DC గాఢతతో ప్రతికూల సంబంధాన్ని కలిగి ఉంది, దీనికి కారణం ద్రావణంలో DC యొక్క అధిశోషణ మరియు తొలగింపు కోసం ప్రతి అధిశోషకం ద్వారా మద్దతు ఇవ్వబడిన ప్రతిచర్య కేంద్రాల సంఖ్య పరిమితంగా ఉండటమే. అందువల్ల, ఈ ఫలితాల నుండి rGO/nZVI మిశ్రమాలు అధిక శోషణ మరియు క్షయకరణ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయని, మరియు rGO/nZVI కూర్పులోని rGOను శోషకంగా మరియు వాహక పదార్థంగా కూడా ఉపయోగించవచ్చని నిర్ధారించవచ్చు.
rGO/nZVI మరియు nZVI కాంపోజిట్ కోసం తొలగింపు సామర్థ్యం మరియు DC శోషణ సామర్థ్యం (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, మోతాదు = 0.05 g], pH. rGO/nZVI కాంపోజిట్‌లపై శోషణ సామర్థ్యం మరియు DC తొలగింపు సామర్థ్యం (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, మోతాదు = 0.05 g].
అధిశోషణ ప్రక్రియల అధ్యయనంలో ద్రావణ pH ఒక కీలకమైన అంశం, ఎందుకంటే ఇది అధిశోషకం యొక్క అయనీకరణ స్థాయి, స్పీసియేషన్ మరియు అయనీకరణను ప్రభావితం చేస్తుంది. ఈ ప్రయోగాన్ని 25°C వద్ద, స్థిరమైన అధిశోషక మోతాదు (0.05 గ్రా) మరియు 50 mg L-1 ప్రారంభ గాఢతతో pH పరిధి (3–11)లో నిర్వహించారు. ఒక సాహిత్య సమీక్ష46 ప్రకారం, DC అనేది వివిధ pH స్థాయిలలో అనేక అయనీకరణ చెందే క్రియాత్మక సమూహాలను (ఫినాల్స్, అమైనో సమూహాలు, ఆల్కహాల్‌లు) కలిగిన ఒక ఆంఫిఫిలిక్ అణువు. ఫలితంగా, rGO/nZVI కాంపోజిట్ ఉపరితలంపై ఉన్న DC యొక్క వివిధ విధులు మరియు సంబంధిత నిర్మాణాలు స్థిర విద్యుత్ పరంగా పరస్పరం చర్య జరపవచ్చు మరియు కాటయాన్లు, జ్విట్టరయాన్లు మరియు అనయాన్లుగా ఉండవచ్చు, DC అణువు pH < 3.3 వద్ద కాటయానిక్ (DCH3+), 3.3 < pH < 7.7 వద్ద జ్విట్టరయానిక్ (DCH20) మరియు pH 7.7 వద్ద అనయానిక్ (DCH− లేదా DC2−) గా ఉంటుంది. ఫలితంగా, rGO/nZVI కాంపోజిట్ ఉపరితలంపై ఉన్న DC యొక్క వివిధ విధులు మరియు సంబంధిత నిర్మాణాలు స్థిర విద్యుత్ పరంగా పరస్పరం చర్య జరపవచ్చు మరియు కాటయాన్లు, జ్విట్టరయాన్లు మరియు అనయాన్లుగా ఉండవచ్చు, DC అణువు pH < 3.3 వద్ద కాటయానిక్ (DCH3+), 3.3 < pH < 7.7 వద్ద జ్విట్టరయానిక్ (DCH20) మరియు pH 7.7 వద్ద అనయానిక్ (DCH- లేదా DC2-) గా ఉంటుంది. В результате различные функци ДК మరియు స్వభావి యొక్క నిమి స్ట్రక్చర్ లో పోవర్చ్నోస్టి కామ్పోజిట ఆర్జిఓ/ఎన్. взаимодействовать ఎలెక్ట్రోస్టాటిచెస్కీ మరియు మోగట్ సూషెస్ట్‌వాట్ వి వైడ్ కేటియోనోవ్, షావిటర్-ఇయోనోవ్ మరియు అనియోనోవ్, మోలేక్యులా వుడ్జెస్ కాటియోనా (DCH3+) ఉదాహరణకు < 3,3, цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7. ఫలితంగా, rGO/nZVI కాంపోజిట్ ఉపరితలంపై ఉన్న DC మరియు సంబంధిత నిర్మాణాల యొక్క వివిధ విధులు స్థిర విద్యుత్ పరంగా పరస్పరం చర్య జరపగలవు మరియు కాటయాన్లు, జ్విట్టరయాన్లు మరియు అనయాన్ల రూపంలో ఉండగలవు; DC అణువు pH < 3.3 వద్ద కాటయాన్‌గా (DCH3+); 3.3 < pH < 7.7 వద్ద అయానిక్‌గా (DCH20) మరియు pH 7.7 వద్ద అనయానిక్‌గా (DCH- లేదా DC2-) ఉంటుంది.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 复合 材料 表面 的 相关 结构 可能相互 ， 并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 时 阳 筐阳离子 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- 7。 .) స్లెడోవాటెల్నో, రజ్లిచ్ ఫంకిస్ డాక్ మరియు రోడ్‌స్ట్‌వెన్స్ ఇమ్ స్ట్రక్చర్‌లో పోవర్‌నోస్టి కాంపోజిట ఆర్జిఓ/ఎన్‌జిఓ ఎలెక్ట్రోస్టాటిచెస్కీ వివిధ రకాల కటియోనోవ్, షావిటర్-యోనోవ్ మరియు అనియోనోవ్, ఎ మోలేక్యులై డ్యాన్స్ (ДЦГ3+) ఉదాహరణకు < 3,3. అందువల్ల, rGO/nZVI కాంపోజిట్ ఉపరితలంపై ఉన్న DC మరియు సంబంధిత నిర్మాణాల యొక్క వివిధ విధులు స్థిర విద్యుత్ పరస్పర చర్యలలోకి ప్రవేశించి కాటయాన్లు, జ్విట్టరయాన్లు మరియు అనయాన్ల రూపంలో ఉండగలవు, అయితే pH < 3.3 వద్ద DC అణువులు కాటయానిక్ (DCH3+) గా ఉంటాయి. ఆన్‌లైన్ వెబ్‌సైట్‌లో స్విట్టెర్-ఇయోనా (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и ANIONA (DCH- లేదా DC2-) при pH 7,7. ఇది 3.3 < pH < 7.7 వద్ద జ్విట్టరియాన్ (DCH20) గా మరియు pH 7.7 వద్ద ఆనయాన్ (DCH- లేదా DC2-) గా ఉంటుంది.pH 3 నుండి 7కి పెరగడంతో, DC తొలగింపు యొక్క శోషణ సామర్థ్యం మరియు సమర్థత 11.2 mg/g (56%) నుండి 17 mg/g (85%)కి పెరిగాయి (Fig. 6C). అయితే, pH 9 మరియు 11కి పెరిగినప్పుడు, శోషణ సామర్థ్యం మరియు తొలగింపు సమర్థత వరుసగా 10.6 mg/g (53%) నుండి 6 mg/g (30%)కి కొంతవరకు తగ్గాయి. pH 3 నుండి 7కి పెరగడంతో, DCలు ప్రధానంగా జ్విట్టరయాన్ల రూపంలో ఉన్నాయి, దీనివల్ల అవి ప్రధానంగా స్థిర విద్యుత్ పరస్పర చర్య ద్వారా, rGO/nZVI మిశ్రమాలతో దాదాపుగా స్థిర విద్యుత్ ఆకర్షణకు లేదా వికర్షణకు గురికాలేదు. pH 8.2 కంటే పెరిగినప్పుడు, శోషకం యొక్క ఉపరితలం రుణాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడింది, అందువల్ల రుణాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన డాక్సీసైక్లిన్ మరియు శోషకం యొక్క ఉపరితలం మధ్య స్థిర విద్యుత్ వికర్షణ కారణంగా శోషణ సామర్థ్యం తగ్గింది. ఈ ధోరణి rGO/nZVI మిశ్రమాలపై DC అధిశోషణం pH పై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుందని సూచిస్తుంది, మరియు ఈ ఫలితాలు rGO/nZVI మిశ్రమాలు ఆమ్ల మరియు తటస్థ పరిస్థితులలో అధిశోషకాలుగా అనుకూలంగా ఉన్నాయని కూడా సూచిస్తున్నాయి.
DC యొక్క జల ద్రావణం యొక్క అధిశోషణపై ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాన్ని (25–55°C) వద్ద అధ్యయనం చేశారు. rGO/nZVI పై DC యాంటీబయాటిక్స్ తొలగింపు సామర్థ్యంపై ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల ప్రభావాన్ని పటం 7A చూపిస్తుంది, తొలగింపు సామర్థ్యం మరియు అధిశోషణ సామర్థ్యం వరుసగా 83.44% మరియు 13.9 mg/g నుండి 47% మరియు 7.83 mg/g కి పెరిగాయని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది. ఈ గణనీయమైన తగ్గుదల DC అయాన్ల ఉష్ణ శక్తిలో పెరుగుదల కారణంగా ఉండవచ్చు, ఇది విమోచనానికి దారితీస్తుంది47.
rGO/nZVI కాంపోజిట్‌లపై CD తొలగింపు సామర్థ్యం మరియు శోషణ సామర్థ్యంపై ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, మోతాదు = 0.05 గ్రా], తొలగింపు సామర్థ్యంపై శోషక మోతాదు మరియు CD తొలగింపు సామర్థ్యం rGO/nSVI కాంపోజిట్‌పై DC తొలగింపు యొక్క శోషణ సామర్థ్యం మరియు సామర్థ్యంపై ప్రారంభ గాఢత ప్రభావం (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, మోతాదు = 0.05 గ్రా].
మిశ్రమ శోషకం rGO/nZVI యొక్క మోతాదును 0.01 గ్రాముల నుండి 0.07 గ్రాములకు పెంచడం వల్ల తొలగింపు సామర్థ్యం మరియు శోషణ సామర్థ్యంపై కలిగే ప్రభావాన్ని పటం 7Bలో చూపబడింది. శోషకం యొక్క మోతాదు పెరగడం వల్ల శోషణ సామర్థ్యం 33.43 mg/g నుండి 6.74 mg/gకి తగ్గింది. అయితే, శోషకం మోతాదు 0.01 గ్రాముల నుండి 0.07 గ్రాములకు పెరగడంతో, తొలగింపు సామర్థ్యం 66.8% నుండి 96%కి పెరిగింది, దీనికి నానోమిశ్రమం ఉపరితలంపై క్రియాశీల కేంద్రాల సంఖ్య పెరగడమే కారణం కావచ్చు.
శోషణ సామర్థ్యం మరియు తొలగింపు సామర్థ్యంపై ప్రారంభ గాఢత యొక్క ప్రభావాన్ని [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, మోతాదు 0.05 గ్రా] అధ్యయనం చేశారు. ప్రారంభ గాఢతను 25 mg L-1 నుండి 100 mg L-1 కు పెంచినప్పుడు, rGO/nZVI మిశ్రమం యొక్క తొలగింపు శాతం 94.6% నుండి 65% కి తగ్గింది (పటం 7C), బహుశా ఆశించిన క్రియాశీల స్థానాలు లేకపోవడం దీనికి కారణం కావచ్చు. ఇది అధిక గాఢతలలో DC49 ను శోషించుకుంటుంది. మరోవైపు, ప్రారంభ గాఢత పెరిగేకొద్దీ, సమతుల్యత చేరే వరకు శోషణ సామర్థ్యం కూడా 9.4 mg/g నుండి 30 mg/g కి పెరిగింది (పటం 7D). ఈ అనివార్యమైన చర్యకు కారణం, rGO/nZVI మిశ్రమం యొక్క ఉపరితలం 50 ను చేరడానికి అవసరమైన DC అయాన్ ద్రవ్యరాశి బదిలీ నిరోధకత కంటే ప్రారంభ DC గాఢత ఎక్కువగా ఉండటంతో చోదక శక్తి పెరగడమే.
సంపర్క సమయం మరియు గతిశాస్త్ర అధ్యయనాలు అధిశోషణ యొక్క సమతాస్థితి సమయాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి. మొదట, సంపర్క సమయంలో మొదటి 40 నిమిషాలలో అధిశోషించబడిన DC మొత్తం, మొత్తం సమయం (100 నిమిషాలు)లో అధిశోషించబడిన మొత్తం పరిమాణంలో సుమారుగా సగం ఉంది. ద్రావణంలోని DC అణువులు ఢీకొనడం వలన అవి వేగంగా rGO/nZVI మిశ్రమం యొక్క ఉపరితలానికి వలస వెళ్తాయి, దీని ఫలితంగా గణనీయమైన అధిశోషణ జరుగుతుంది. 40 నిమిషాల తర్వాత, 60 నిమిషాల తర్వాత సమతాస్థితికి చేరుకునే వరకు DC అధిశోషణ క్రమంగా మరియు నెమ్మదిగా పెరిగింది (Fig. 7D). మొదటి 40 నిమిషాలలోనే తగినంత పరిమాణం అధిశోషించబడినందున, DC అణువులతో తక్కువ ఘర్షణలు ఉంటాయి మరియు అధిశోషించబడని అణువులకు తక్కువ క్రియాశీల స్థానాలు అందుబాటులో ఉంటాయి. అందువల్ల, అధిశోషణ రేటును తగ్గించవచ్చు51.
అధిశోషణ గతిశాస్త్రాన్ని మరింత బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి, సూడో ఫస్ట్ ఆర్డర్ (Fig. 8A), సూడో సెకండ్ ఆర్డర్ (Fig. 8B), మరియు ఎలోవిచ్ (Fig. 8C) గతిశాస్త్ర నమూనాల లైన్ ప్లాట్‌లను ఉపయోగించారు. గతిశాస్త్ర అధ్యయనాల నుండి పొందిన పారామితుల (పట్టిక S1) ప్రకారం, అధిశోషణ గతిశాస్త్రాన్ని వివరించడానికి సూడోసెకండ్ ఆర్డర్ నమూనా ఉత్తమమైనదని స్పష్టమవుతుంది, దీనిలో R2 విలువ ఇతర రెండు నమూనాల కంటే ఎక్కువగా ఉంది. లెక్కించిన అధిశోషణ సామర్థ్యాల (qe, cal) మధ్య కూడా సారూప్యత ఉంది. సూడో-సెకండ్ ఆర్డర్ మరియు ప్రయోగాత్మక విలువలు (qe, exp.) ఇతర నమూనాల కంటే సూడో-సెకండ్ ఆర్డర్ ఒక మెరుగైన నమూనా అనడానికి మరింత సాక్ష్యంగా ఉన్నాయి. పట్టిక 1లో చూపిన విధంగా, α (ప్రారంభ అధిశోషణ రేటు) మరియు β (విశోషణ స్థిరాంకం) విలువలు అధిశోషణ రేటు విశోషణ రేటు కంటే ఎక్కువగా ఉందని నిర్ధారిస్తున్నాయి, ఇది DC, rGO/nZVI52 కాంపోజిట్‌పై సమర్థవంతంగా అధిశోషించబడుతుందని సూచిస్తుంది.
సూడో-సెకండ్ ఆర్డర్ (A), సూడో-ఫస్ట్ ఆర్డర్ (B) మరియు ఎలోవిచ్ (C) యొక్క లీనియర్ అడ్సార్ప్షన్ కైనటిక్ ప్లాట్లు [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, డోస్ = 0.05 గ్రా].
వివిధ అధిశోష్య గాఢతలు (DC) మరియు వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అధిశోషకం (RGO/nRVI మిశ్రమం) యొక్క అధిశోషణ సామర్థ్యాన్ని నిర్ధారించడానికి అధిశోషణ ఐసోథర్మ్‌ల అధ్యయనాలు సహాయపడతాయి. గరిష్ట అధిశోషణ సామర్థ్యాన్ని లాంగ్‌ముయిర్ ఐసోథర్మ్ ఉపయోగించి లెక్కించారు, ఇది అధిశోషణ సజాతీయంగా ఉందని మరియు వాటి మధ్య ఎటువంటి పరస్పర చర్య లేకుండా అధిశోషకం ఉపరితలంపై అధిశోష్య ఏకపొర ఏర్పడటాన్ని కలిగి ఉందని సూచించింది53. విస్తృతంగా ఉపయోగించే మరో రెండు ఐసోథర్మ్ నమూనాలు ఫ్రెండ్లిచ్ మరియు టెంకిన్ నమూనాలు. ఫ్రెండ్లిచ్ నమూనా అధిశోషణ సామర్థ్యాన్ని లెక్కించడానికి ఉపయోగించనప్పటికీ, ఇది విజాతీయ అధిశోషణ ప్రక్రియను మరియు అధిశోషకంపై ఉన్న ఖాళీలు వేర్వేరు శక్తులను కలిగి ఉన్నాయని అర్థం చేసుకోవడానికి సహాయపడుతుంది, అయితే టెంకిన్ నమూనా అధిశోషణ యొక్క భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలను అర్థం చేసుకోవడానికి సహాయపడుతుంది54.
పటాలు 9A-C వరుసగా లాంగ్‌ముయిర్, ఫ్రెండ్లిచ్ మరియు టెంకిన్ నమూనాల యొక్క లైన్ ప్లాట్‌లను చూపుతాయి. ఫ్రెండ్లిచ్ (పటం 9A) మరియు లాంగ్‌ముయిర్ (పటం 9B) లైన్ ప్లాట్‌ల నుండి లెక్కించబడి, పట్టిక 2లో ప్రదర్శించబడిన R2 విలువలు, rGO/nZVI కాంపోజిట్‌పై DC అధిశోషణం ఫ్రెండ్లిచ్ (0.996), లాంగ్‌ముయిర్ (0.988) ఐసోథర్మ్ నమూనాలను మరియు టెంకిన్ (0.985)ను అనుసరిస్తుందని చూపిస్తున్నాయి. లాంగ్‌ముయిర్ ఐసోథర్మ్ నమూనాను ఉపయోగించి లెక్కించిన గరిష్ట అధిశోషణ సామర్థ్యం (qmax), 31.61 mg g-1గా ఉంది. అదనంగా, లెక్కించిన డైమెన్షన్‌లెస్ సెపరేషన్ ఫ్యాక్టర్ (RL) విలువ 0 మరియు 1 (0.097) మధ్య ఉంది, ఇది అనుకూలమైన అధిశోషణ ప్రక్రియను సూచిస్తుంది. మరోవైపు, లెక్కించిన ఫ్రెండ్లిచ్ స్థిరాంకం (n = 2.756) ఈ శోషణ ప్రక్రియకు ప్రాధాన్యతను సూచిస్తుంది. టెంకిన్ ఐసోథర్మ్ (Fig. 9C) యొక్క సరళ నమూనా ప్రకారం, rGO/nZVI కాంపోజిట్‌పై DC యొక్క అధిశోషణం ఒక భౌతిక అధిశోషణ ప్రక్రియ, ఎందుకంటే b అనేది ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. భౌతిక అధిశోషణం సాధారణంగా బలహీనమైన వాన్ డెర్ వాల్స్ బలాల ద్వారా మధ్యవర్తిత్వం వహించినప్పటికీ, rGO/nZVI కాంపోజిట్‌లపై డైరెక్ట్ కరెంట్ అధిశోషణకు తక్కువ అధిశోషణ శక్తులు అవసరం [56, 57].
ఫ్రాయిండ్లిచ్ (A), లాంగ్‌ముయిర్ (B), మరియు టెంకిన్ (C) రేఖీయ అధిశోషణ ఐసోథర్మ్‌లు [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, మోతాదు = 0.05 గ్రా]. rGO/nZVI కాంపోజిట్‌ల ద్వారా DC అధిశోషణ కోసం వాన్ట్ హాఫ్ సమీకరణం యొక్క ప్లాట్ (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C మరియు మోతాదు = 0.05 గ్రా].
rGO/nZVI మిశ్రమాల నుండి DC తొలగింపుపై చర్య ఉష్ణోగ్రత మార్పు ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి, ఎంట్రోపీ మార్పు (ΔS), ఎంతాల్పీ మార్పు (ΔH), మరియు స్వేచ్ఛా శక్తి మార్పు (ΔG) వంటి థర్మోడైనమిక్ పారామితులను సమీకరణాలు 3 మరియు 458 నుండి లెక్కించారు.
ఇక్కడ \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – ఉష్ణగతిక సమతాస్థితి స్థిరాంకం, Ce మరియు CAe – వరుసగా ద్రావణంలోని rGO / ఉపరితల సమతాస్థితి వద్ద nZVI DC గాఢతలు. R మరియు RT వరుసగా వాయు స్థిరాంకం మరియు అధిశోషణ ఉష్ణోగ్రత. ln Ke కు వ్యతిరేకంగా 1/T గ్రాఫ్ గీస్తే ఒక సరళ రేఖ వస్తుంది (పటం 9D), దీని నుండి ∆S మరియు ∆H లను నిర్ధారించవచ్చు.
రుణాత్మక ΔH విలువ ఈ ప్రక్రియ ఉష్ణమోచకమని సూచిస్తుంది. మరోవైపు, ΔH విలువ భౌతిక అధిశోషణ ప్రక్రియ పరిధిలో ఉంటుంది. పట్టిక 3లోని రుణాత్మక ΔG విలువలు అధిశోషణ సాధ్యమని మరియు ఆకస్మికంగా జరుగుతుందని సూచిస్తాయి. ΔS యొక్క రుణాత్మక విలువలు ద్రవ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద అధిశోషక అణువుల అధిక క్రమబద్ధతను సూచిస్తాయి (పట్టిక 3).
పట్టిక 4, rGO/nZVI మిశ్రమాన్ని మునుపటి అధ్యయనాలలో నివేదించబడిన ఇతర శోషకాలతో పోలుస్తుంది. VGO/nCVI మిశ్రమానికి అధిక శోషణ సామర్థ్యం ఉందని మరియు నీటి నుండి DC యాంటీబయాటిక్‌లను తొలగించడానికి ఇది ఒక ఆశాజనకమైన పదార్థం కాగలదని స్పష్టమవుతోంది. అదనంగా, rGO/nZVI మిశ్రమాల శోషణ అనేది 60 నిమిషాల సమతుల్య సమయంతో కూడిన ఒక వేగవంతమైన ప్రక్రియ. rGO మరియు nZVI ల సినర్జిస్టిక్ ప్రభావం ద్వారా rGO/nZVI మిశ్రమాల యొక్క అద్భుతమైన శోషణ లక్షణాలను వివరించవచ్చు.
పటాలు 10A, B, rGO/nZVI మరియు nZVI సంక్లిష్టాల ద్వారా DC యాంటీబయాటిక్స్ తొలగింపు యొక్క హేతుబద్ధమైన యంత్రాంగాన్ని వివరిస్తాయి. DC అధిశోషణ సామర్థ్యంపై pH ప్రభావం గురించిన ప్రయోగాల ఫలితాల ప్రకారం, pH 3 నుండి 7కి పెరిగినప్పుడు, rGO/nZVI మిశ్రమంపై DC అధిశోషణ స్థిర విద్యుత్ పరస్పర చర్యల ద్వారా నియంత్రించబడలేదు, ఎందుకంటే అది ఒక జ్విట్టరియాన్‌గా పనిచేసింది; అందువల్ల, pH విలువలో మార్పు అధిశోషణ ప్రక్రియను ప్రభావితం చేయలేదు. తదనంతరం, rGO/nZVI మిశ్రమానికి మరియు DC66కి మధ్య హైడ్రోజన్ బంధం, జలవిరోధి ప్రభావాలు మరియు π-π స్టాకింగ్ పరస్పర చర్యల వంటి స్థిర విద్యుత్-యేతర పరస్పర చర్యల ద్వారా అధిశోషణ యంత్రాంగాన్ని నియంత్రించవచ్చు. పొరల గ్రాఫేన్ ఉపరితలాలపై సుగంధ అధిశోషకాల యంత్రాంగాన్ని π–π స్టాకింగ్ పరస్పర చర్యల ద్వారా ప్రధాన చోదక శక్తిగా వివరించారని అందరికీ తెలిసిందే. ఈ మిశ్రమం, π-π* పరివర్తన కారణంగా 233 nm వద్ద గరిష్ఠ శోషణను కలిగి ఉన్న గ్రాఫేన్‌ను పోలిన ఒక పొరల పదార్థం. DC అధిశోషకం యొక్క అణు నిర్మాణంలో నాలుగు ఆరోమాటిక్ వలయాలు ఉండటం ఆధారంగా, ఆరోమాటిక్ DC (π-ఎలక్ట్రాన్ స్వీకర్త) మరియు RGO ఉపరితలంపై π-ఎలక్ట్రాన్లు అధికంగా ఉన్న ప్రాంతం మధ్య π-π-స్టాకింగ్ పరస్పర చర్య యొక్క యంత్రాంగం ఉందని మేము ఊహించాము. /nZVI మిశ్రమాలు. అదనంగా, పటం 10Bలో చూపిన విధంగా, rGO/nZVI మిశ్రమాల యొక్క DCతో అణు పరస్పర చర్యను అధ్యయనం చేయడానికి FTIR అధ్యయనాలు నిర్వహించబడ్డాయి, మరియు DC అధిశోషణం తర్వాత rGO/nZVI మిశ్రమాల యొక్క FTIR స్పెక్ట్రాలు పటం 10Bలో చూపబడ్డాయి. 2111 cm-1 వద్ద ఒక కొత్త శిఖరం గమనించబడింది, ఇది C=C బంధం యొక్క ఫ్రేమ్‌వర్క్ కంపనానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇది rGO/nZVI ఉపరితలంపై సంబంధిత సేంద్రీయ క్రియాత్మక సమూహాల ఉనికిని సూచిస్తుంది. ఇతర శిఖరాలు 1561 నుండి 1548 cm-1 కు మరియు 1399 నుండి 1360 cm-1 కు మారాయి, ఇది గ్రాఫేన్ మరియు సేంద్రీయ కాలుష్య కారకాల శోషణలో π-π పరస్పర చర్యలు ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయని కూడా నిర్ధారిస్తుంది68,69. DC శోషణ తర్వాత, OH వంటి కొన్ని ఆక్సిజన్-కలిగిన సమూహాల తీవ్రత 3270 cm-1 కు తగ్గింది, ఇది హైడ్రోజన్ బంధం శోషణ యంత్రాంగాలలో ఒకటి అని సూచిస్తుంది. అందువల్ల, ఫలితాల ఆధారంగా, rGO/nZVI కాంపోజిట్‌పై DC శోషణ ప్రధానంగా π-π స్టాకింగ్ పరస్పర చర్యలు మరియు H-బంధాల కారణంగా జరుగుతుంది.
rGO/nZVI మరియు nZVI కాంప్లెక్స్‌ల ద్వారా DC యాంటీబయాటిక్స్ శోషణ యొక్క హేతుబద్ధమైన విధానం (A). rGO/nZVI మరియు nZVI లపై DC యొక్క FTIR శోషణ స్పెక్ట్రా (B).
nZVI తో పోలిస్తే, nZVI పై DC అధిశోషణం తర్వాత 3244, 1615, 1546, మరియు 1011 cm–1 వద్ద ఉన్న nZVI శోషణ పట్టీల తీవ్రత పెరిగింది (పటం 10B). ఇది DC లోని కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్ల O సమూహాల యొక్క సాధ్యమయ్యే క్రియాత్మక సమూహాలతో పరస్పర చర్యకు సంబంధించినదిగా ఉండాలి. అయితే, గమనించిన అన్ని పట్టీలలో ఈ తక్కువ శాతం ప్రసారం, అధిశోషణ ప్రక్రియకు ముందు ఉన్న nZVI తో పోలిస్తే, ఫైటోసింథటిక్ అధిశోషకం (nZVI) యొక్క అధిశోషణ సామర్థ్యంలో ఎటువంటి గణనీయమైన మార్పును సూచించదు. nZVI71 తో చేసిన కొన్ని DC తొలగింపు పరిశోధనల ప్రకారం, nZVI, H2O తో చర్య జరిపినప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్లు విడుదలవుతాయి మరియు తరువాత H+ ను ఉపయోగించి అధికంగా క్షయకరణం చెందగల క్రియాశీల హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. చివరగా, కొన్ని కాటయానిక్ సమ్మేళనాలు క్రియాశీల హైడ్రోజన్ నుండి ఎలక్ట్రాన్లను స్వీకరిస్తాయి, దీని ఫలితంగా -C=N మరియు -C=C- ఏర్పడతాయి, ఇది బెంజీన్ వలయం విడిపోవడానికి కారణమని చెప్పవచ్చు.