Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо аз браузери навшуда истифода баред (ё Реҷаи Мутобиқатро дар Internet Explorer ғайрифаъол кунед). Дар айни замон, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript намоиш медиҳем.
Дар ин кор, композитҳои rGO/nZVI бори аввал бо истифода аз тартиби содда ва экологӣ бо истифода аз экстракти барги зардранги Софора ҳамчун агенти коҳишдиҳанда ва стабилизатор синтез карда шуданд, то ба принсипҳои химияи "сабз", ба монанди синтези кимиёвии камтар зараровар, мувофиқат кунанд. Якчанд асбобҳо барои тасдиқи синтези муваффақонаи композитҳо, ба монанди SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR ва потенсиали зета, ки аз истеҳсоли муваффақонаи композитӣ шаҳодат медиҳанд, истифода шудаанд. Қобилияти хориҷ кардани композитҳои нав ва nZVI-и холис дар консентратсияҳои гуногуни ибтидоии доксициклини антибиотик барои таҳқиқи таъсири синергетикӣ байни rGO ва nZVI муқоиса карда шуд. Дар шароити хориҷкунии 25 мг L-1, 25°C ва 0.05 г, суръати хориҷкунии адсорбсионии nZVI-и холис 90% -ро ташкил дод, дар ҳоле ки суръати хориҷкунии адсорбсионии доксициклин аз ҷониби композити rGO/nZVI ба 94.6% расид, ки тасдиқ мекунад, ки nZVI ва rGO. Раванди адсорбсия ба тартиби псевдо-дуюм мувофиқат мекунад ва бо модели Фройндлих бо иқтидори максималии адсорбсия 31,61 мг г-1 дар ҳарорати 25 °C ва рН 7 мувофиқати хуб дорад. Механизми оқилона барои хориҷ кардани DC пешниҳод шудааст. Илова бар ин, қобилияти истифодаи такрории композити rGO/nZVI пас аз шаш давраи пайдарпайи барқароршавӣ 60% буд.
Норасоии об ва ифлосшавӣ ҳоло барои ҳамаи кишварҳо таҳдиди ҷиддӣ аст. Дар солҳои охир, ифлосшавии об, бахусус ифлосшавии антибиотикҳо, бинобар афзоиши истеҳсол ва истеъмол дар давраи пандемияи COVID-19 афзоиш ёфтааст1,2,3. Аз ин рӯ, таҳияи технологияи муассир барои нест кардани антибиотикҳо дар обҳои партов вазифаи таъхирнопазир аст.
Яке аз антибиотикҳои нимсинтетикии тобовар аз гурӯҳи тетрациклин доксициклин (DC)4,5 мебошад. Гузориш дода шудааст, ки боқимондаҳои DC дар обҳои зеризаминӣ ва рӯизаминӣ мубодилаи моддаҳоро ба вуҷуд намеоранд, танҳо 20-50% мубодилаи моддаҳоро ба вуҷуд меоранд ва боқимонда ба муҳити зист партофта мешавад, ки боиси мушкилоти ҷиддии экологӣ ва саломатӣ мегардад6.
Таъсири DC дар сатҳи паст метавонад микроорганизмҳои фотосинтези обиро нобуд кунад, паҳншавии бактерияҳои зиддимикробӣ таҳдид кунад ва муқовимати зиддимикробӣ афзоиш ёбад, аз ин рӯ ин ифлоскунанда бояд аз оби партов хориҷ карда шавад. Таҷзияи табиии DC дар об раванди хеле суст аст. Равандҳои физикӣ-химиявӣ, ба монанди фотолиз, биодеградатсия ва адсорбсия метавонанд танҳо дар консентратсияҳои паст ва бо суръати хеле паст таҷзия шаванд7,8. Аммо, усули аз ҳама иқтисодӣ, содда, экологӣ тоза, осон истифодашаванда ва самаранок адсорбсия аст9,10.
Оҳани нано валентии сифр (nZVI) маводи хеле пурқувват аст, ки метавонад бисёр антибиотикҳоро аз об, аз ҷумла метронидазол, диазепам, ципрофлоксацин, хлорамфеникол ва тетрациклинро тоза кунад. Ин қобилият аз сабаби хосиятҳои аҷиби nZVI, ба монанди реактивии баланд, масоҳати калони сатҳ ва ҷойҳои сершумори пайвастшавии беруна11, ба вуҷуд меояд. Аммо, nZVI аз сабаби қувваҳои ван дер Уэллс ва хосиятҳои баланди магнитӣ ба агрегатсия дар муҳити обӣ майл дорад, ки самаранокии онро дар тоза кардани ифлоскунандаҳо аз сабаби пайдоиши қабатҳои оксид, ки реактивии nZVI10,12-ро бозмедоранд, коҳиш медиҳад. Агломератсияи зарраҳои nZVI-ро метавон бо тағир додани сатҳҳои онҳо бо сурфактантҳо ва полимерҳо ё бо якҷоя кардани онҳо бо дигар наноматериалҳо дар шакли композитҳо кам кард, ки ин як равиши қобили қабул барои беҳтар кардани устувории онҳо дар муҳити зист13,14 мебошад.
Графен як наноматериали карбонии дученака аст, ки аз атомҳои карбони гибридшудаи sp2 иборат аст, ки дар шабакаи асали мумдор ҷойгир шудаанд. Он дорои масоҳати калони сатҳ, қувваи назарраси механикӣ, фаъолияти аълои электрокаталитикӣ, гузаронандагии баланди гармӣ, ҳаракати босуръати электронҳо ва маводи интиқолдиҳандаи мувофиқ барои дастгирии нанозарраҳои ғайриорганикӣ дар сатҳи худ мебошад. Омезиши нанозарраҳои металлӣ ва графен метавонад аз манфиатҳои инфиродии ҳар як мавод хеле зиёдтар бошад ва бо сабаби хосиятҳои барҷастаи физикӣ ва химиявии он, тақсимоти оптималии нанозарраҳоро барои коркарди самараноктари об таъмин мекунад15.
Иқтибосҳои растанӣ беҳтарин алтернатива ба агентҳои зараровари кимиёвӣ мебошанд, ки одатан дар синтези оксиди графени коҳишёфта (rGO) ва nZVI истифода мешаванд, зеро онҳо дастрас, арзон, якмарҳилаӣ, аз ҷиҳати экологӣ бехатар ва метавонанд ҳамчун агентҳои коҳишдиҳанда истифода шаванд. Ба монанди флавоноидҳо ва пайвастагиҳои фенолӣ, онҳо инчунин ҳамчун стабилизатор амал мекунанд. Аз ин рӯ, дар ин таҳқиқот, иқтибоси барги Atriplex halimus L. ҳамчун агенти таъмиркунанда ва басташаванда барои синтези композитҳои rGO/nZVI истифода шудааст. Atriplex halimus аз оилаи Amaranthaceae як буттаи бисёрсолаи азотдӯст бо диапазони васеи ҷуғрофӣ мебошад16.
Тибқи адабиёти мавҷуда, Atriplex halimus (A. halimus) бори аввал барои истеҳсоли композитҳои rGO/nZVI ҳамчун усули синтези иқтисодӣ ва экологӣ истифода шудааст. Ҳамин тариқ, ҳадафи ин кор аз чор қисм иборат аст: (1) фитосинтези композитҳои rGO/nZVI ва волидайн nZVI бо истифода аз экстракти барги обии A. halimus, (2) тавсифи композитҳои фитосинтезшуда бо истифода аз усулҳои гуногун барои тасдиқи истеҳсоли муваффақонаи онҳо, (3) омӯзиши таъсири синергетикии rGO ва nZVI дар адсорбсия ва хориҷ кардани ифлоскунандаҳои органикии антибиотикҳои доксициклин дар зери параметрҳои гуногуни реаксия, беҳбуд бахшидани шароити раванди адсорбсия, (3) таҳқиқи маводҳои композитӣ дар коркардҳои гуногуни пайваста пас аз давраи коркард.
Доксициклин гидрохлорид (DC, MM = 480.90, формулаи химиявӣ C22H24N2O·HCl, 98%), гексагидрати хлориди оҳан (FeCl3.6H2O, 97%), хокаи графит, ки аз Sigma-Aldrich, ИМА харидорӣ шудааст. Гидроксиди натрий (NaOH, 97%), этанол (C2H5OH, 99.9%) ва кислотаи хлорид (HCl, 37%) аз Merck, ИМА харидорӣ шудаанд. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 ва MgCl2 аз Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd харидорӣ шудаанд. Ҳамаи реагентҳо дорои покии баланди таҳлилӣ мебошанд. Барои тайёр кардани ҳамаи маҳлулҳои обӣ оби дукарата дистилятсияшуда истифода шудааст.
Намунаҳои намояндагии A. halimus аз макони зисти табиии онҳо дар делтаи Нил ва заминҳои соҳили баҳри Миёназамини Миср ҷамъоварӣ карда шудаанд. Маводи растанӣ мувофиқи дастурҳои миллӣ ва байналмилалӣ17 ҷамъоварӣ карда шудааст. Профессор Манал Фавзӣ намунаҳои растаниро мувофиқи Булос18 муайян кардааст ва Департаменти илмҳои муҳити зисти Донишгоҳи Искандария ҷамъоварии намудҳои растаниҳои омӯхташударо барои мақсадҳои илмӣ иҷозат медиҳад. Ваучерҳои намунавӣ дар Гербарии Донишгоҳи Танта (TANE), ваучерҳои рақамҳои 14 122–14 127, гербарии оммавӣ, ки дастрасӣ ба маводҳои гузошташударо фароҳам меорад, нигоҳ дошта мешаванд. Илова бар ин, барои тоза кардани чанг ё лой, баргҳои растаниро ба қисмҳои хурд буред, 3 маротиба бо оби лӯла ва оби тозашуда бишӯед ва сипас дар ҳарорати 50°C хушк кунед. Растанӣ майда карда шуд, 5 г хокаи майда дар 100 мл оби тозашуда тар карда шуд ва дар ҳарорати 70°C барои 20 дақиқа омехта карда шуд, то экстракт гирифта шавад. Экстрактҳои бадастомада аз Bacillus nicotianae тавассути коғази филтри Ватман филтр карда шуда, барои истифодаи минбаъда дар найчаҳои тоза ва стерилизатсияшуда дар ҳарорати 4°C нигоҳ дошта шуданд.
Тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст, GO аз хокаи графит бо усули тағйирёфтаи Ҳаммерс тайёр карда шуд. 10 мг хокаи GO дар 50 мл оби деионизатсияшуда барои 30 дақиқа таҳти таъсири ултрасадо пароканда карда шуд ва сипас 0,9 г FeCl3 ва 2,9 г NaAc барои 60 дақиқа омехта карда шуданд. 20 мл экстракти барги атриплекс бо омехта кардан ба маҳлули омехташуда илова карда шуд ва дар ҳарорати 80°C барои 8 соат гузошта шуд. Суспензияи сиёҳи ҳосилшуда филтр карда шуд. Нанокомпозитҳои тайёр бо этанол ва оби дудистилӣ шуста шуда, сипас дар танӯри вакуумӣ дар ҳарорати 50°C барои 12 соат хушк карда шуданд.
Аксҳои схемавӣ ва рақамии синтези сабзи комплексҳои rGO/nZVI ва nZVI ва хориҷ кардани антибиотикҳои DC аз оби олуда бо истифода аз экстракти Atriplex halimus.
Хулоса, чунон ки дар расми 1 нишон дода шудааст, 10 мл маҳлули хлориди оҳан, ки дорои 0,05 М Fe3+ ионҳо буд, ба 20 мл маҳлули экстракти барги талх ба муддати 60 дақиқа бо гармкунии миёна ва омехтакунӣ илова карда шуд ва сипас маҳлул бо суръати 14,000 чархзанӣ (Hermle, 15,000 чархзанӣ) ба муддати 15 дақиқа сентрифуга карда шуд, то зарраҳои сиёҳ ҳосил шаванд, ки сипас 3 маротиба бо этанол ва оби дистилятсияшуда шуста шуда, дар танӯри вакуумӣ дар ҳарорати 60°C шабона хушк карда шуданд.
Композитҳои rGO/nZVI ва nZVI, ки аз ҷониби растанӣ синтез карда шудаанд, бо истифода аз спектроскопияи намоёни ултрабунафш (спектрофотометрҳои силсилаи T70/T80 UV/Vis, PG Instruments Ltd, Британияи Кабир) дар диапазони сканкунии 200-800 нм тавсиф карда шуданд. Барои таҳлили топография ва тақсимоти андозаи композитҳои rGO/nZVI ва nZVI, спектроскопияи TEM (JOEL, JEM-2100F, Ҷопон, шиддати суръатбахш 200 кВ) истифода шуд. Барои арзёбии гурӯҳҳои функсионалие, ки метавонанд дар экстрактҳои растанӣ, ки барои раванди барқарорсозӣ ва устуворсозӣ масъуланд, иштирок кунанд, спектроскопияи FT-IR гузаронида шуд (спектрометри JASCO дар диапазони 4000-600 см-1). Илова бар ин, барои омӯзиши заряди сатҳии наноматериалҳои синтезшуда аз анализатори потенсиали зета (Zetasizer Nano ZS Malvern) истифода шуд. Барои андозагирии дифракцияи рентгении наноматериалҳои хокадор, дифрактометри рентгенӣ (X'PERT PRO, Нидерландия) истифода шуд, ки дар ҷараён (40 мА), шиддат (45 кВ) дар диапазони 2θ аз 20° то 80° ва радиатсияи CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao кор мекард. Спектрометри рентгении парокандакунандаи энергия (EDX) (модели JEOL JSM-IT100) барои омӯзиши таркиби элементҳо ҳангоми ҷамъоварии нурҳои рентгении монохроматии Al K-α аз -10 то 1350 эВ дар XPS, андозаи нуқта 400 мкм K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, ИМА) масъул буд, энергияи интиқоли спектри пурра 200 эВ ва спектри танг 50 эВ аст. Намунаи хока ба нигоҳдорандаи намуна пахш карда мешавад, ки дар камераи вакуумӣ ҷойгир карда мешавад. Спектри C1s ҳамчун истинод дар 284.58 эВ барои муайян кардани энергияи пайвастшавӣ истифода шуд.
Таҷрибаҳои адсорбсия барои санҷидани самаранокии нанокомпозитҳои синтезшудаи rGO/nZVI дар тоза кардани доксициклин (DC) аз маҳлулҳои обӣ гузаронида шуданд. Таҷрибаҳои адсорбсия дар колбаҳои 25 мл Эрленмейер бо суръати ларзиши 200 чархзанӣ дар як дақиқа дар як ҷунбиши мадорӣ (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) дар ҳарорати 298 К анҷом дода шуданд. Бо роҳи маҳлули асосии DC (1000 ppm) бо оби дудистилӣ. Барои арзёбии таъсири миқдори rGO/nSVI ба самаранокии адсорбсия, нанокомпозитҳои вазнҳои гуногун (0.01-0.07 г) ба 20 мл маҳлули DC илова карда шуданд. Барои омӯзиши кинетика ва изотермҳои адсорбсия, 0.05 г адсорбент дар маҳлули обии CD бо консентратсияи ибтидоӣ (25-100 мг L-1) ғӯтонида шуд. Таъсири рН ба хориҷ кардани DC дар рН (3–11) ва консентратсияи ибтидоии 50 мг L-1 дар 25°C омӯхта шуд. рН-и системаро бо илова кардани миқдори ками маҳлули HCl ё NaOH (метри рН Crison, метри рН, рН 25) танзим кунед. Илова бар ин, таъсири ҳарорати реаксия ба таҷрибаҳои адсорбсия дар диапазони 25-55°C таҳқиқ карда шуд. Таъсири қувваи ионӣ ба раванди адсорбсия бо илова кардани консентратсияҳои гуногуни NaCl (0,01–4 мол L-1) дар консентратсияи ибтидоии DC 50 мг L-1, рН 3 ва 7), 25°C ва вояи адсорбенти 0,05 г омӯхта шуд. Адсорбсияи ҷараёни доимии ғайриадсорбсияшуда бо истифода аз спектрофотометри душуъбаи UV-Vis (силсилаи T70/T80, PG Instruments Ltd, Британияи Кабир), ки бо кюветаҳои кварсии дарозии роҳи 1.0 см бо дарозии максималии мавҷҳо (λmax) 270 ва 350 нм муҷаҳҳаз шудааст, чен карда шуд. Фоизи хориҷшавии антибиотикҳои DC (R; Eq. 1) ва миқдори адсорбсияи DC, qt, Eq. 2 (мг/г) бо истифода аз муодилаи зерин чен карда шуданд.
ки дар он %R қобилияти хориҷкунии DC (%) аст, Co консентратсияи ибтидоии DC дар вақти 0 ва C мутаносибан консентратсияи DC дар вақти t аст (мг L-1).
ки дар он qe миқдори DC-и адсорбсияшуда ба як массаи воҳидии адсорбент (мг g-1), Co ва Ce мутаносибан консентратсияҳо дар вақти сифр ва дар ҳолати мувозинат мебошанд (мг l-1), V ҳаҷми маҳлул (л) ва m реагенти массаи адсорбсия (г) мебошад.
Тасвирҳои SEM (Расми 2A–C) морфологияи ламелии таркибии rGO/nZVI-ро бо нанозарраҳои оҳани курашакл, ки дар сатҳи он яксон пароканда шудаанд, нишон медиҳанд, ки пайвастшавии бомуваффақияти NP-ҳои nZVI ба сатҳи rGO-ро нишон медиҳад. Ғайр аз ин, дар барги rGO баъзе чинҳо мавҷуданд, ки хориҷ кардани гурӯҳҳои дорои оксигенро ҳамзамон бо барқароршавии A. halimus GO тасдиқ мекунанд. Ин чинҳои калон ҳамчун маконҳои боркунии фаъоли NP-ҳои оҳан амал мекунанд. Тасвирҳои nZVI (Расми 2D-F) нишон доданд, ки NP-ҳои оҳани курашакл хеле пароканда буданд ва муттаҳид нашуданд, ки ин аз сабаби хусусияти пӯшиши ҷузъҳои ботаникии экстрактҳои растанӣ мебошад. Андозаи зарраҳо дар ҳудуди 15-26 нм фарқ мекард. Бо вуҷуди ин, баъзе минтақаҳо морфологияи мезопорӣ бо сохтори барҷастагӣ ва ковокиҳо доранд, ки метавонанд қобилияти баланди адсорбсияи nZVI-ро таъмин кунанд, зеро онҳо метавонанд имконияти дармонидани молекулаҳои DC-ро дар сатҳи nZVI зиёд кунанд. Вақте ки экстракт аз Роза Дамаск барои синтези nZVI истифода шуд, NP-ҳои ҳосилшуда ноҳамвор, бо холӣ ва шаклҳои гуногун буданд, ки самаранокии онҳоро дар адсорбсияи Cr(VI) коҳиш дод ва вақти реаксияро зиёд кард 23. Натиҷаҳо бо nZVI, ки аз баргҳои булут ва тут синтез шудааст, мувофиқанд, ки асосан нанозарраҳои курашакл бо андозаҳои гуногуни нанометрӣ бе агломератсияи возеҳ мебошанд.
Тасвирҳои SEM-и композитҳои rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) ва нақшҳои EDX-и композитҳои nZVI/rGO (G) ва nZVI (H).
Таркиби элементии rGO/nZVI ва композитҳои nZVI, ки аз ҷониби растанӣ синтез карда шудаанд, бо истифода аз EDX омӯхта шуд (Расми 2G, H). Таҳқиқотҳо нишон медиҳанд, ки nZVI аз карбон (38.29% аз рӯи масса), оксиген (47.41% аз рӯи масса) ва оҳан (11.84% аз рӯи масса) иборат аст, аммо унсурҳои дигар, ба монанди фосфор24, низ мавҷуданд, ки онҳоро аз экстрактҳои растанӣ ба даст овардан мумкин аст. Илова бар ин, фоизи баланди карбон ва оксиген аз мавҷудияти фитохимиявӣ аз экстрактҳои растанӣ дар намунаҳои nZVI зеризаминӣ вобаста аст. Ин унсурҳо дар rGO баробар тақсим шудаанд, аммо бо таносубҳои гуногун: C (39.16 вазн %), O (46.98 вазн %) ва Fe (10.99 вазн %), EDX rGO/nZVI инчунин мавҷудияти унсурҳои дигарро ба монанди S, ки метавонанд бо экстрактҳои растанӣ алоқаманд бошанд, нишон медиҳад. Таносуби кунунии C:O ва миқдори оҳан дар таркиби rGO/nZVI бо истифода аз A. halimus нисбат ба истифодаи экстракти барги эвкалипт хеле беҳтар аст, зеро он таркиби C (23.44 вазн), O (68.29 вазн%) ва Fe (8.27 вазн%)-ро тавсиф мекунад. 25. Наташа ва дигарон, 2022 таркиби элементии шабеҳи nZVI-ро, ки аз баргҳои булут ва тут синтез шудааст, гузориш доданд ва тасдиқ карданд, ки гурӯҳҳои полифенол ва дигар молекулаҳои дар экстракти барг мавҷудбуда барои раванди барқарорсозӣ масъуланд.
Морфологияи nZVI, ки дар растаниҳо синтез шудааст (Расми S2A, B) курашакл ва қисман номунтазам буд, андозаи миёнаи зарраҳо 23.09 ± 3.54 нм буд, аммо агрегатҳои занҷирӣ аз сабаби қувваҳои ван дер Ваалс ва ферромагнетизм мушоҳида шуданд. Ин шакли зарраҳои асосан донадор ва курашакл бо натиҷаҳои SEM мувофиқ аст. Мушоҳидаи монанд аз ҷониби Абдулфатоҳ ва ҳамкорон дар соли 2021 ҳангоми истифодаи экстракти барги лӯбиёи кастор дар синтези nZVI11 пайдо шуд. NP-ҳои экстракти барги Ruelas tuberosa, ки ҳамчун агенти коҳишдиҳанда дар nZVI истифода мешаванд, инчунин шакли курашакл бо диаметри аз 20 то 40 нм26 доранд.
Тасвирҳои TEM-и таркибии гибридии rGO/nZVI (Расми S2C-D) нишон доданд, ки rGO як сатҳи базавӣ бо пӯшишҳо ва узвҳои канорӣ мебошад, ки ҷойҳои боркунии сершумори NP-ҳои nZVI-ро таъмин мекунанд; ин морфологияи ламелӣ инчунин истеҳсоли бомуваффақияти rGO-ро тасдиқ мекунад. Илова бар ин, NP-ҳои nZVI шакли курашакл бо андозаи зарраҳо аз 5.32 то 27 нм доранд ва дар қабати rGO бо дисперсияи қариб якхела ҷойгир шудаанд. Экстракти барги эвкалипт барои синтези NP-ҳои Fe/rGO истифода шудааст; Натиҷаҳои TEM инчунин тасдиқ карданд, ки узвҳо дар қабати rGO дисперсияи NP-ҳои Fe-ро нисбат ба NP-ҳои холиси Fe беҳтар кардаанд ва реактивии композитҳоро зиёд кардаанд. Натиҷаҳои монанд аз ҷониби Багери ва ҳамкорон 28 ба даст оварда шуданд, вақте ки композит бо истифода аз усулҳои ултрасадо бо андозаи миёнаи нанозарраҳои оҳании тақрибан 17.70 нм сохта шуд.
Спектрҳои FTIR-и композитҳои A. halimus, nZVI, GO, rGO ва rGO/nZVI дар расмҳои 3A нишон дода шудаанд. Мавҷудияти гурӯҳҳои функсионалии сатҳӣ дар баргҳои A. halimus дар 3336 см-1, ки ба полифенолҳо мувофиқат мекунад ва 1244 см-1, ки ба гурӯҳҳои карбонили тавлидшуда аз ҷониби сафеда мувофиқат мекунад, зоҳир мешаванд. Гурӯҳҳои дигар, ба монанди алканҳо дар 2918 см-1, алкенҳо дар 1647 см-1 ва васеъшавии CO-O-CO дар 1030 см-1 низ мушоҳида шудаанд, ки мавҷудияти ҷузъҳои растаниро нишон медиҳанд, ки ҳамчун агентҳои мӯҳркунанда амал мекунанд ва барои барқароршавӣ аз Fe2+ ба Fe0 ва GO ба rGO29 масъуланд. Умуман, спектрҳои nZVI ҳамон қуллаҳои азхудкуниро ба монанди шакарҳои талх нишон медиҳанд, аммо бо мавқеи каме тағйирёфта. Дар 3244 см-1 банди шадид пайдо мешавад, ки бо ларзишҳои кашиши OH (фенолҳо) алоқаманд аст, қулла дар 1615 ба C=C мувофиқат мекунад ва бандҳо дар 1546 ва 1011 см-1 аз сабаби кашиши C=O (полифенолҳо ва флавоноидҳо) ба вуҷуд меоянд, гурӯҳҳои CN-и аминҳои ароматикӣ ва аминҳои алифатӣ низ мутаносибан дар 1310 см-1 ва 1190 см-1 мушоҳида шудаанд13. Спектри FTIR-и GO мавҷудияти бисёр гурӯҳҳои дорои оксигени дорои шиддати баландро нишон медиҳад, аз ҷумла банди кашиши алкокси (CO) дар 1041 см-1, банди кашиши эпокси (CO) дар 1291 см-1, кашиши C=O. як банди ларзишҳои дарозшавии C=C дар 1619 см-1, як банди 1708 см-1 ва як банди васеи ларзишҳои дарозшавии гурӯҳи OH дар 3384 см-1 пайдо шуданд, ки инро усули такмилёфтаи Hummers тасдиқ мекунад, ки раванди графитиро бомуваффақият оксид мекунад. Ҳангоми муқоисаи композитҳои rGO ва rGO/nZVI бо спектрҳои GO, шиддати баъзе гурӯҳҳои дорои оксиген, ба монанди OH дар 3270 см-1, ба таври назаррас коҳиш меёбад, дар ҳоле ки дигарон, ба монанди C=O дар 1729 см-1, комилан коҳиш меёбанд. нопадид мешаванд, ки аз хориҷшавии бомуваффақияти гурӯҳҳои функсионалии дорои оксиген дар GO аз ҷониби экстракт A. halimus шаҳодат медиҳад. Қуллаҳои нави тези хоси rGO дар шиддати C=C дар атрофи 1560 ва 1405 см-1 мушоҳида мешаванд, ки коҳиши GO-ро ба rGO тасдиқ мекунад. Тағйирот аз 1043 то 1015 см-1 ва аз 982 то 918 см-1 мушоҳида шуданд, ки эҳтимолан аз сабаби дохил кардани маводи растанӣ буд31,32. Венг ва ҳамкорон, 2018, инчунин коҳиши назарраси гурӯҳҳои функсионалии оксигендорро дар GO мушоҳида карданд, ки ташаккули бомуваффақияти rGO-ро тавассути биоредуксия тасдиқ мекунад, зеро экстрактҳои барги эвкалипт, ки барои синтези композитҳои оксиди графени оҳани редуксияшуда истифода мешуданд, спектрҳои FTIR-и наздиктари гурӯҳҳои функсионалии ҷузъҳои растаниро нишон доданд.33.
A. Спектри FTIR-и галлий, nZVI, rGO, GO, таркибии rGO/nZVI (A). Рентгенографияи таркибҳои rGO, GO, nZVI ва rGO/nZVI (B).
Ташаккули rGO/nZVI ва композитҳои nZVI асосан бо нақшаҳои дифракцияи рентгенӣ тасдиқ карда шуд (Расми 3B). Қуллаи Fe0 бо шиддати баланд дар 2Ɵ 44.5° мушоҳида шуд, ки ба индекси (110) мувофиқат мекунад (JCPDS № 06–0696)11. Қуллаи дигар дар 35.1° сатҳи (311) ба магнетит Fe3O4 нисбат дода мешавад, 63.2° метавонад бо индекси Миллер дар сатҳи (440) алоқаманд бошад, ки аз сабаби мавҷудияти ϒ-FeOOH (JCPDS № 17-0536)34 мебошад. Нақши рентгении GO қуллаи тезро дар 2Ɵ 10.3° ва қуллаи дигарро дар 21.1° нишон медиҳад, ки аз пажмурдашавии пурраи графит шаҳодат медиҳад ва мавҷудияти гурӯҳҳои дорои оксигенро дар сатҳи GO35 нишон медиҳад. Нақшҳои таркибии rGO ва rGO/nZVI нопадид шудани қуллаҳои хоси GO ва ташаккули қуллаҳои васеи rGO-ро дар 2Ɵ 22.17 ва 24.7° мутаносибан барои композитҳои rGO ва rGO/nZVI сабт карданд, ки барқароршавии бомуваффақияти GO-ро аз ҷониби экстрактҳои растанӣ тасдиқ кард. Аммо, дар нақшаи таркибии rGO/nZVI, қуллаҳои иловагии марбут ба сатҳи шабакавии Fe0 (110) ва bcc Fe0 (200) дар 44.9\(^\circ\) ва 65.22\(^\circ\) мутаносибан мушоҳида шуданд.
Потенсиали зета потенсиали байни қабати ионӣ, ки ба сатҳи зарра пайваст аст ва маҳлули обӣ мебошад, ки хосиятҳои электростатикии маводро муайян мекунад ва устувории онро чен мекунад37. Таҳлили потенсиали зетаи композитҳои nZVI, GO ва rGO/nZVI, ки аз ҷониби растанӣ синтез карда шудаанд, устувории онҳоро нишон дод, ки мутаносибан дар сатҳи онҳо мавҷудияти зарядҳои манфии -20.8, -22 ва -27.4 мВ мебошанд, чунон ки дар расми S1A-C нишон дода шудааст. Чунин натиҷаҳо бо якчанд гузоришҳое мувофиқанд, ки қайд мекунанд, ки маҳлулҳое, ки зарраҳо доранд, ки арзишҳои потенсиали зета камтар аз -25 мВ доранд, одатан дараҷаи баланди устувориро аз сабаби теладиҳии электростатикӣ байни ин зарраҳо нишон медиҳанд. Омезиши rGO ва nZVI ба композит имкон медиҳад, ки зарядҳои манфии бештарро ба даст орад ва аз ин рӯ, нисбат ба GO ё nZVI танҳо устувории баландтар дорад. Аз ин рӯ, падидаи теладиҳии электростатикӣ боиси пайдоиши композитҳои устувори rGO/nZVI39 мегардад. Сатҳи манфии GO имкон медиҳад, ки он дар муҳити обӣ бе агломератсия баробар пароканда шавад, ки барои таъсири мутақобила бо nZVI шароити мусоид фароҳам меорад. Заряди манфӣ метавонад бо мавҷудияти гурӯҳҳои гуногуни функсионалӣ дар экстракт харбузаи талх алоқаманд бошад, ки инчунин таъсири мутақобилаи байни GO ва пешгузаштагони оҳан ва экстракт растаниро барои ташкили мутаносибан rGO ва nZVI ва комплекси rGO/nZVI тасдиқ мекунад. Ин пайвастагиҳои растанӣ инчунин метавонанд ҳамчун агентҳои пӯшида амал кунанд, зеро онҳо аз агрегатсияи нанозарраҳои ҳосилшуда пешгирӣ мекунанд ва бо ин васила устувории онҳоро афзоиш медиҳанд40.
Таркиби элементӣ ва ҳолатҳои валентии композитҳои nZVI ва rGO/nZVI бо истифода аз XPS муайян карда шуданд (Расми 4). Тадқиқоти умумии XPS нишон дод, ки композити rGO/nZVI асосан аз унсурҳои C, O ва Fe иборат аст, ки бо харитасозии EDS мувофиқ аст (Расми 4F–H). Спектри C1s аз се қулла дар 284.59 эВ, 286.21 эВ ва 288.21 эВ иборат аст, ки мутаносибан CC, CO ва C=O-ро ифода мекунанд. Спектри O1s ба се қулла, аз ҷумла 531.17 эВ, 532.97 эВ ва 535.45 эВ тақсим карда шуд, ки мутаносибан ба гурӯҳҳои O=CO, CO ва NO мансуб дониста шуданд. Аммо, қуллаҳо дар 710.43, 714.57 ва 724.79 эВ мутаносибан ба Fe 2p3/2, Fe+3 ва Fe p1/2 ишора мекунанд. Спектрҳои XPS-и nZVI (Расми 4C-E) қуллаҳоро барои унсурҳои C, O ва Fe нишон доданд. Қуллаҳо дар 284.77, 286.25 ва 287.62 эВ мавҷудияти хӯлаҳои оҳан-карбонро тасдиқ мекунанд, зеро онҳо мутаносибан ба CC, C-OH ва CO ишора мекунанд. Спектри O1s ба се қулла мувофиқат мекард: C–O/карбонати оҳан (531.19 эВ), радикали гидроксил (532.4 эВ) ва O–C=O (533.47 эВ). Қулла дар 719.6 ба Fe0 нисбат дода мешавад, дар ҳоле ки FeOOH қуллаҳоро дар 717.3 ва 723.7 эВ нишон медиҳад, илова бар ин, қулла дар 725.8 эВ мавҷудияти Fe2O342.43-ро нишон медиҳад.
Таҳқиқоти XPS-и композитҳои nZVI ва rGO/nZVI мутаносибан (A, B). Спектрҳои пурраи композитҳои nZVI C1s (C), Fe2p (D) ва O1s (E) ва rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H).
Изотермаи адсорбсия/десорбсияи N2 (Расми 5A, B) нишон медиҳад, ки композитҳои nZVI ва rGO/nZVI ба намуди II тааллуқ доранд. Илова бар ин, масоҳати сатҳи хоси (SBET) nZVI пас аз пӯшидани rGO аз 47.4549 то 152.52 м2/г афзоиш ёфт. Ин натиҷаро метавон бо коҳиши хосиятҳои магнитии nZVI пас аз пӯшидани rGO шарҳ дод, ки бо ин васила ҷамъшавии зарраҳоро кам мекунад ва масоҳати сатҳи композитҳоро зиёд мекунад. Илова бар ин, тавре ки дар расми 5C нишон дода шудааст, ҳаҷми сӯрохиҳо (8.94 нм)-и композити rGO/nZVI нисбат ба ҳаҷми nZVI-и аслӣ (2.873 нм) баландтар аст. Ин натиҷа бо Эл-Монаем ва дигарон мувофиқ аст. 45.
Барои арзёбии қобилияти адсорбсия барои хориҷ кардани DC байни композитҳои rGO/nZVI ва nZVI-и аслӣ вобаста ба афзоиши консентратсияи ибтидоӣ, муқоиса бо илова кардани миқдори доимии ҳар як адсорбент (0,05 г) ба DC дар консентратсияҳои ибтидоии гуногун анҷом дода шуд. Маҳлули таҳқиқшуда [25]. –100 мг л–1] дар 25°C. Натиҷаҳо нишон доданд, ки самаранокии хориҷкунӣ (94,6%) композити rGO/nZVI нисбат ба самаранокии nZVI-и аслӣ (90%) дар консентратсияи пасттар (25 мг L-1) баландтар буд. Аммо, вақте ки консентратсияи ибтидоӣ то 100 мг L-1 зиёд карда шуд, самаранокии хориҷкунии rGO/nZVI ва nZVI-и волидайн мутаносибан то 70% ва 65% коҳиш ёфт (Расми 6A), ки метавонад аз сабаби камтар будани сайтҳои фаъол ва вайроншавии зарраҳои nZVI бошад. Баръакс, rGO/nZVI самаранокии баланди хориҷкунии DC-ро нишон дод, ки ин метавонад аз таъсири синергетикии байни rGO ва nZVI бошад, ки дар он маконҳои фаъоли устувор барои адсорбсия хеле баландтаранд ва дар мавриди rGO/nZVI, DC-и бештар метавонад нисбат ба nZVI-и солим адсорбсия карда шавад. Илова бар ин, дар расми 6B нишон дода шудааст, ки қобилияти адсорбсияи композитҳои rGO/nZVI ва nZVI мутаносибан аз 9,4 мг/г то 30 мг/г ва 9 мг/г афзоиш ёфтааст, ки бо афзоиши консентратсияи ибтидоӣ аз 25–100 мг/л. -1,1 то 28,73 мг г-1 афзоиш ёфтааст. Аз ин рӯ, суръати хориҷкунии DC бо консентратсияи ибтидоии DC робитаи манфӣ дошт, ки ин аз шумораи маҳдуди марказҳои реаксия, ки аз ҷониби ҳар як адсорбент барои адсорбсия ва хориҷкунии DC дар маҳлул дастгирӣ карда мешаванд, вобаста буд. Ҳамин тариқ, аз ин натиҷаҳо хулоса баровардан мумкин аст, ки композитҳои rGO/nZVI самаранокии баландтари адсорбсия ва барқароркунӣ доранд ва rGO дар таркиби rGO/nZVI метавонад ҳам ҳамчун адсорбент ва ҳам ҳамчун маводи интиқолдиҳанда истифода шавад.
Самаранокии бартарафкунӣ ва қобилияти адсорбсияи DC барои таркиби rGO/nZVI ва nZVI (A, B) [Co = 25 мг л-1–100 мг л-1, T = 25 °C, миқдор = 0.05 г], рН буд. аз рӯи қобилияти адсорбсия ва самаранокии бартарафсозии DC дар таркиби rGO/nZVI (C) [Co = 50 мг л-1, рН = 3–11, T = 25 °C, миқдор = 0.05 г] буд.
РН-и маҳлул омили муҳим дар омӯзиши равандҳои адсорбсия мебошад, зеро он ба дараҷаи ионизатсия, намудбандӣ ва ионизатсияи адсорбент таъсир мерасонад. Таҷриба дар ҳарорати 25°C бо миқдори доимии адсорбент (0,05 г) ва консентратсияи ибтидоии 50 мг L-1 дар диапазони рН (3-11) гузаронида шуд. Тибқи баррасии адабиёт46, DC як молекулаи амфифилӣ бо якчанд гурӯҳҳои функсионалии ионшаванда (фенолҳо, гурӯҳҳои аминокислотаҳо, спиртҳо) дар сатҳҳои гуногуни рН мебошад. Дар натиҷа, функсияҳои гуногуни DC ва сохторҳои марбут ба сатҳи таркиби rGO/nZVI метавонанд ба таври электростатикӣ бо ҳам таъсир расонанд ва метавонанд ҳамчун катионҳо, цвиттерионҳо ва анионҳо вуҷуд дошта бошанд, молекулаи DC дар pH < 3.3 ҳамчун катион (DCH3+), звиттерионӣ (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ва анионӣ (DCH− ё DC2−) дар PH 7.7 вуҷуд дорад. Дар натиҷа, функсияҳои гуногуни DC ва сохторҳои марбут ба сатҳи таркибии rGO/nZVI метавонанд ба таври электростатикӣ бо ҳам таъсир расонанд ва метавонанд ҳамчун катионҳо, цвиттерионҳо ва анионҳо вуҷуд дошта бошанд, молекулаи DC дар pH < 3.3 ҳамчун катион (DCH3+), звиттерионӣ (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ва анионӣ (DCH- ё DC2-) дар PH 7.7 вуҷуд дорад. Дар натиҷа функсияҳои гуногунҷабҳаи DK ва связанных с ними структура дар поверхности композита rGO/nZVI мумкин аст электростатические ва существовать дар виде катионов, цвиттер-ионов ва анионов, молекула ДК сущрона
Таъсири ҳарорат ба адсорбсияи маҳлули обии DC дар (25–55°C) анҷом дода шуд. Расми 7A таъсири афзоиши ҳароратро ба самаранокии хориҷкунии антибиотикҳои DC ба rGO/nZVI нишон медиҳад, маълум аст, ки қобилияти хориҷкунӣ ва қобилияти адсорбсия мутаносибан аз 83,44% ва 13,9 мг/г то 47% ва 7,83 мг/г афзоиш ёфтааст. Ин коҳиши назаррас метавонад аз ҳисоби афзоиши энергияи гармии ионҳои DC бошад, ки боиси десорбсия мегардад47.
Таъсири ҳарорат ба самаранокии тозакунӣ ва қобилияти адсорбсияи CD ба таркибҳои rGO/nZVI (A) [Co = 50 мг L–1, pH = 7, воя = 0.05 г], вояи адсорбент ба самаранокии тозакунӣ ва самаранокии тозакунии CD Таъсири консентратсияи ибтидоӣ ба қобилияти адсорбсия ва самаранокии тозакунии DC дар таркиби rGO/nSVI (B) [Co = 50 мг L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 мг L–1, pH = 7, T = 25 °C, воя = 0.05 г].
Таъсири зиёд кардани миқдори адсорбенти мураккаби rGO/nZVI аз 0,01 г то 0,07 г ба самаранокии тозакунӣ ва қобилияти адсорбсия дар расми 7B нишон дода шудааст. Афзоиши миқдори адсорбент боиси коҳиши қобилияти адсорбсия аз 33,43 мг/г то 6,74 мг/г гардид. Аммо, бо афзоиши миқдори адсорбент аз 0,01 г то 0,07 г, самаранокии тозакунӣ аз 66,8% то 96% меафзояд, ки мутаносибан метавонад бо афзоиши шумораи марказҳои фаъол дар сатҳи нанокомпозитӣ алоқаманд бошад.
Таъсири консентратсияи ибтидоӣ ба қобилияти адсорбсия ва самаранокии хориҷкунӣ [25–100 мг L-1, 25°C, рН 7, вояи 0.05 г] омӯхта шуд. Вақте ки консентратсияи ибтидоӣ аз 25 мг L-1 то 100 мг L-1 зиёд карда шуд, фоизи хориҷкунии таркиби rGO/nZVI аз 94.6% то 65% коҳиш ёфт (Расми 7C), эҳтимолан аз сабаби набудани марказҳои фаъоли дилхоҳ. Консентратсияҳои зиёди DC49-ро адсорбсия мекунад. Аз тарафи дигар, бо афзоиши консентратсияи ибтидоӣ, қобилияти адсорбсия низ аз 9.4 мг/г то 30 мг/г то расидан ба мувозинат афзоиш ёфт (Расми 7D). Ин аксуламали ногузир аз сабаби афзоиши қувваи ҳаракатдиҳанда бо консентратсияи ибтидоии DC, ки аз муқовимати интиқоли массаи ионҳои DC зиёдтар аст, барои расидан ба сатҳи 50-и таркиби rGO/nZVI ба амал меояд.
Вақти тамос ва таҳқиқоти кинетикӣ барои фаҳмидани вақти мувозинати адсорбсия равона карда шудаанд. Аввалан, миқдори ҷараёни доимии адсорбсияшуда дар давоми 40 дақиқаи аввали вақти тамос тақрибан нисфи миқдори умумии адсорбсияшуда дар тӯли тамоми вақт (100 дақиқа) буд. Дар ҳоле ки молекулаҳои ҷараёни доимии дар маҳлул бархӯрдкунанда боиси зуд кӯчидан ба сатҳи таркиби rGO/nZVI мешаванд, ки дар натиҷа адсорбсияи назаррас ба вуҷуд меояд. Пас аз 40 дақиқа, адсорбсияи ҷараёни доимӣ тадриҷан ва оҳиста афзоиш ёфт, то он даме ки пас аз 60 дақиқа мувозинат ба даст ояд (Расми 7D). Азбаски миқдори муносиб дар давоми 40 дақиқаи аввал адсорбсия мешавад, бархӯрдҳо бо молекулаҳои ҷараёни доимӣ камтар хоҳанд буд ва барои молекулаҳои ғайриадсорбсияшуда ҷойҳои фаъоли камтар дастрас хоҳанд буд. Аз ин рӯ, суръати адсорбсияро кам кардан мумкин аст51.
Барои беҳтар фаҳмидани кинетикаи адсорбсия, графикҳои хаттии моделҳои кинетикии псевдо-дараҷаи якум (Расми 8A), псевдо-дараҷаи дуюм (Расми 8B) ва Элович (Расми 8C) истифода шуданд. Аз параметрҳое, ки аз таҳқиқоти кинетикӣ ба даст оварда шудаанд (Ҷадвали S1), маълум мешавад, ки модели псевдо-сония беҳтарин модел барои тавсифи кинетикаи адсорбсия мебошад, ки дар он арзиши R2 нисбат ба ду модели дигар баландтар муқаррар шудааст. Байни иқтидорҳои адсорбсияи ҳисобшуда (qe, cal) низ шабоҳат вуҷуд дорад. Тартиби псевдо-сония ва арзишҳои таҷрибавӣ (qe, exp.) далели дигари он мебошанд, ки тартиби псевдо-сония нисбат ба дигар моделҳо модели беҳтар аст. Тавре ки дар Ҷадвали 1 нишон дода шудааст, арзишҳои α (суръати ибтидоии адсорбсия) ва β (доимии десорбсия) тасдиқ мекунанд, ки суръати адсорбсия аз суръати десорбсия баландтар аст, ки нишон медиҳад, ки DC майл дорад дар таркиби rGO/nZVI52 самаранок адсорбсия кунад.
Графикҳои кинетикии хаттии адсорбсияи тартиби псевдо-дуюм (A), тартиби псевдо-якум (B) ва Элович (C) [Co = 25–100 мг л–1, pH = 7, T = 25 °C, миқдор = 0.05 г].
Таҳқиқоти изотермаҳои адсорбсия барои муайян кардани қобилияти адсорбент (композити RGO/nRVI) дар консентратсияҳои гуногуни адсорбат (DC) ва ҳарорати система кӯмак мекунанд. Иқтидори максималии адсорбсия бо истифода аз изотермаи Ленгмюр ҳисоб карда шуд, ки нишон дод, ки адсорбсия якхела аст ва ташаккули як қабати адсорбатро дар сатҳи адсорбент бидуни таъсири мутақобилаи байни онҳо дар бар мегирад53. Ду модели дигари изотермавии васеъ истифодашаванда моделҳои Фройндлих ва Темкин мебошанд. Гарчанде ки модели Фройндлих барои ҳисоб кардани қобилияти адсорбсия истифода намешавад, он барои фаҳмидани раванди адсорбсияи гетерогенӣ ва он ки ҷойҳои холӣ дар адсорбент энергияҳои гуногун доранд, кӯмак мекунад, дар ҳоле ки модели Темкин барои фаҳмидани хосиятҳои физикӣ ва химиявии адсорбсия54 кӯмак мекунад.
Расмҳои 9A-C графикҳои хаттии моделҳои Ленгмюр, Фрейндлих ва Темкинро мутаносибан нишон медиҳанд. Арзишҳои R2, ки аз графикҳои хаттии Фрейндлих (Расми 9A) ва Ленгмюр (Расми 9B) ҳисоб карда шудаанд ва дар Ҷадвали 2 пешниҳод шудаанд, нишон медиҳанд, ки адсорбсияи DC дар таркиби rGO/nZVI аз моделҳои изотермии Фрейндлих (0.996) ва Ленгмюр (0.988) ва Темкин (0.985) пайравӣ мекунанд. Иқтидори максималии адсорбсия (qmax), ки бо истифода аз модели изотермии Ленгмюр ҳисоб карда шудааст, 31.61 мг г-1 буд. Илова бар ин, арзиши ҳисобшудаи омили ҷудокунии беандоза (RL) байни 0 ва 1 (0.097) аст, ки раванди мусоиди адсорбсияро нишон медиҳад. Дар акси ҳол, доимии ҳисобшудаи Фрейндлих (n = 2.756) афзалияти ин раванди ҷаббиро нишон медиҳад. Мувофиқи модели хаттии изотермаи Темкин (Расми 9C), адсорбсияи ҷараёни доимӣ дар таркиби rGO/nZVI раванди адсорбсияи физикӣ аст, зеро b ˂ 82 кҶ моль-1 (0.408)55 аст. Гарчанде ки адсорбсияи физикӣ одатан тавассути қувваҳои заифи ван дер Ваалс ба амал меояд, адсорбсияи ҷараёни мустақим дар таркиби rGO/nZVI энергияҳои пасти адсорбсияро талаб мекунад [56, 57].
Изотермҳои адсорбсияи хаттии Фройндлих (A), Ленгмюр (B) ва Темкин (C) [Co = 25–100 мг L–1, pH = 7, T = 25 °C, миқдор = 0.05 г]. Графики муодилаи вант-Хофф барои адсорбсияи DC аз ҷониби композитҳои rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 мг l-1, pH = 7, T = 25–55 °C ва миқдор = 0.05 г].
Барои арзёбии таъсири тағйирёбии ҳарорати реаксия ба хориҷ кардани ҷараёни доимӣ аз композитҳои rGO/nZVI, параметрҳои термодинамикӣ ба монанди тағйирёбии энтропия (ΔS), тағйирёбии энтальпия (ΔH) ва тағйирёбии энергияи озод (ΔG) аз муодилаҳои 3 ва 458 ҳисоб карда шуданд.
ки дар он \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – доимии мувозинати термодинамикӣ, Ce ва CAe – мутаносибан rGO дар маҳлул /nZVI консентратсияҳои DC дар мувозинати сатҳӣ. R ва RT мутаносибан доимии газ ва ҳарорати адсорбсия мебошанд. Графики ln Ke дар муқобили 1/T хати ростеро медиҳад (расми 9D), ки аз он ∆S ва ∆H-ро муайян кардан мумкин аст.
Қимати манфии ΔH нишон медиҳад, ки раванд экзотермикӣ аст. Аз тарафи дигар, қимати ΔH дар дохили раванди адсорбсияи физикӣ қарор дорад. Қиматҳои манфии ΔG дар Ҷадвали 3 нишон медиҳанд, ки адсорбсия имконпазир ва худ аз худ рух медиҳад. Қиматҳои манфии ΔS тартиби баланди молекулаҳои адсорбентро дар сатҳи моеъ нишон медиҳанд (Ҷадвали 3).
Дар Ҷадвали 4 композити rGO/nZVI бо дигар адсорбентҳое, ки дар таҳқиқоти қаблӣ гузориш шудаанд, муқоиса карда мешавад. Равшан аст, ки композити VGO/nCVI қобилияти баланди адсорбсия дорад ва метавонад маводи умедбахш барои хориҷ кардани антибиотикҳои DC аз об бошад. Илова бар ин, адсорбсияи композитҳои rGO/nZVI раванди зуд бо вақти мувозинат 60 дақиқа мебошад. Хусусиятҳои аълои адсорбсияи композитҳои rGO/nZVI-ро метавон бо таъсири синергетикии rGO ва nZVI шарҳ дод.
Расмҳои 10A, B механизми оқилонаи хориҷ кардани антибиотикҳои DC-ро аз ҷониби комплексҳои rGO/nZVI ва nZVI нишон медиҳанд. Тибқи натиҷаҳои таҷрибаҳо оид ба таъсири рН ба самаранокии адсорбсияи DC, бо афзоиши рН аз 3 то 7, адсорбсияи DC дар таркиби rGO/nZVI бо таъсири мутақобилаи электростатикӣ назорат карда нашуд, зеро он ҳамчун звиттерион амал мекард; аз ин рӯ, тағирёбии арзиши рН ба раванди адсорбсия таъсир нарасонд. Баъдан, механизми адсорбсияро метавон бо таъсири мутақобилаи ғайриэлектростатикӣ, ба монанди пайванди гидрогенӣ, таъсири гидрофобӣ ва таъсири мутақобилаи π-π байни таркиби rGO/nZVI ва DC66 идора кард. Маълум аст, ки механизми адсорбатҳои ароматикӣ дар сатҳҳои графени қабатӣ бо таъсири мутақобилаи π-π қабатӣ ҳамчун қувваи асосии пешбаранда шарҳ дода шудааст. Композит маводи қабатӣ монанд ба графен бо ҳадди аксар ҷаббидашавӣ дар 233 нм аз сабаби гузариши π-π* мебошад. Бар асоси мавҷудияти чор ҳалқаи ароматикӣ дар сохтори молекулавии адсорбати DC, мо фарзия кардем, ки механизми таъсири мутақобилаи π-π-қабатбандӣ байни DC ароматикӣ (аксептори π-электрон) ва минтақаи бой аз π-электронҳо дар сатҳи RGO вуҷуд дорад. /nZVI композитҳо. Илова бар ин, тавре ки дар расми 10B нишон дода шудааст, таҳқиқоти FTIR барои омӯзиши таъсири мутақобилаи молекулавии композитҳои rGO/nZVI бо DC гузаронида шуданд ва спектрҳои FTIR-и композитҳои rGO/nZVI пас аз адсорбсияи DC дар расми 10B нишон дода шудаанд. 10b. Дар 2111 см-1 қуллаи нав мушоҳида мешавад, ки ба ларзиши чаҳорчӯбаи пайванди C=C мувофиқат мекунад, ки мавҷудияти гурӯҳҳои функсионалии органикии мувофиқро дар сатҳи 67 rGO/nZVI нишон медиҳад. Қуллаҳои дигар аз 1561 то 1548 см-1 ва аз 1399 то 1360 см-1 тағйир меёбанд, ки ин инчунин тасдиқ мекунад, ки таъсири мутақобилаи π-π дар адсорбсияи графен ва ифлоскунандаҳои органикӣ нақши муҳим дорад68,69. Пас аз адсорбсияи DC, шиддати баъзе гурӯҳҳои дорои оксиген, ба монанди OH, то 3270 см-1 коҳиш ёфт, ки нишон медиҳад, ки пайванди гидрогенӣ яке аз механизмҳои адсорбсия мебошад. Ҳамин тариқ, бар асоси натиҷаҳо, адсорбсияи DC дар таркиби rGO/nZVI асосан аз ҳисоби таъсири мутақобилаи π-π ва пайвандҳои H ба амал меояд.
Механизми оқилонаи адсорбсияи антибиотикҳои DC аз ҷониби комплексҳои rGO/nZVI ва nZVI (A). Спектрҳои адсорбсияи FTIR DC дар rGO/nZVI ва nZVI (B).
Шиддати бандҳои ҷабби nZVI дар 3244, 1615, 1546 ва 1011 см–1 пас аз адсорбсияи DC дар nZVI (Расми 10B) дар муқоиса бо nZVI афзоиш ёфт, ки бояд бо таъсири мутақобила бо гурӯҳҳои функсионалии имконпазири гурӯҳҳои O кислотаи карбоксилӣ дар DC алоқаманд бошад. Аммо, ин фоизи пасти интиқол дар ҳамаи бандҳои мушоҳидашуда нишон медиҳад, ки дар самаранокии адсорбсияи адсорбенти фитосинтетикӣ (nZVI) дар муқоиса бо nZVI пеш аз раванди адсорбсия тағйироти назаррас вуҷуд надорад. Мувофиқи баъзе таҳқиқоти хориҷкунии DC бо nZVI71, вақте ки nZVI бо H2O реаксия мекунад, электронҳо ҷудо мешаванд ва сипас H+ барои истеҳсоли гидрогени фаъоли хеле барқароршаванда истифода мешавад. Ниҳоят, баъзе пайвастагиҳои катионӣ электронҳоро аз гидрогени фаъол қабул мекунанд, ки дар натиҷа -C=N ва -C=C- ба вуҷуд меоянд, ки ба шикастани ҳалқаи бензол нисбат дода мешавад.
Вақти нашр: 14 ноябри соли 2022