การกำจัดยาปฏิชีวนะแบบ doxycycline จากน้ำโดยการสังเคราะห์สีเขียวลดกราฟีนออกไซด์และคอมเพล็กซ์เหล็กนาโน-ศูนย์

ขอบคุณสำหรับการเยี่ยมชม Nature.com รุ่นเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการสนับสนุน CSS จำกัด สำหรับประสบการณ์ที่ดีที่สุดเราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดต (หรือปิดการใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่องเราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และจาวาสคริปต์
ในงานนี้คอมโพสิต RGO/NZVI ถูกสังเคราะห์เป็นครั้งแรกโดยใช้ขั้นตอนที่ง่ายและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมโดยใช้สารสกัดจากใบสีเหลือง Sophora ในฐานะสารลดและปรับให้สอดคล้องกับหลักการของเคมี“ สีเขียว” เช่นการสังเคราะห์เคมีที่เป็นอันตรายน้อยกว่า มีการใช้เครื่องมือหลายอย่างในการตรวจสอบการสังเคราะห์คอมโพสิตที่ประสบความสำเร็จเช่น SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR และ ZETA ซึ่งบ่งบอกถึงการผลิตคอมโพสิตที่ประสบความสำเร็จ ความสามารถในการกำจัดของคอมโพสิตนวนิยายและ NZVI บริสุทธิ์ที่ความเข้มข้นเริ่มต้นต่าง ๆ ของ doxycycline ยาปฏิชีวนะถูกนำมาเปรียบเทียบเพื่อตรวจสอบผลเสริมฤทธิ์กันระหว่าง RGO และ NZVI ภายใต้เงื่อนไขการกำจัดของ 25 มก. L-1, 25 ° C และ 0.05G อัตราการกำจัด adsorptive ของ NZVI บริสุทธิ์คือ 90%ในขณะที่อัตราการกำจัด adsorptive ของ doxycycline โดยคอมโพสิต RGO/NZVI ถึง 94.6%ยืนยันว่า NZVI และ RGO กระบวนการดูดซับสอดคล้องกับคำสั่งซื้อที่สองและเป็นข้อตกลงที่ดีกับโมเดล Freundlich ที่มีความสามารถในการดูดซับสูงสุด 31.61 mg G-1 ที่ 25 ° C และ pH 7 กลไกที่สมเหตุสมผลสำหรับการกำจัด DC ได้รับการเสนอ นอกจากนี้ความสามารถในการนำกลับมาใช้ใหม่ของคอมโพสิต RGO/NZVI คือ 60% หลังจากหกรอบการฟื้นฟูติดต่อกันหกรอบ
การขาดแคลนน้ำและมลพิษเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อทุกประเทศ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามลพิษทางน้ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งมลพิษยาปฏิชีวนะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการผลิตและการบริโภคที่เพิ่มขึ้นในช่วงการระบาดใหญ่ Covid-19,2,3 ดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสำหรับการกำจัดยาปฏิชีวนะในน้ำเสียจึงเป็นงานเร่งด่วน
หนึ่งในยาปฏิชีวนะกึ่งสังเคราะห์จากกลุ่ม tetracycline คือ doxycycline (DC) 4,5 มีรายงานว่า DC ตกค้างในน้ำใต้ดินและน้ำผิวดินไม่สามารถเผาผลาญได้มีเพียง 20-50% เท่านั้นที่ถูกเผาผลาญและส่วนที่เหลือจะถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมทำให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพที่ร้ายแรง 6
การสัมผัสกับ DC ในระดับต่ำสามารถฆ่าจุลินทรีย์สังเคราะห์ทางน้ำได้คุกคามการแพร่กระจายของแบคทีเรียต้านจุลชีพและเพิ่มความต้านทานต่อยาต้านจุลชีพดังนั้นสารปนเปื้อนนี้จะต้องถูกลบออกจากน้ำเสีย การย่อยสลายตามธรรมชาติของ DC ในน้ำเป็นกระบวนการที่ช้ามาก กระบวนการทางเคมีฟิสิกส์เช่นโฟโตไลซิสการย่อยสลายทางชีวภาพและการดูดซับสามารถลดลงที่ความเข้มข้นต่ำและในอัตราที่ต่ำมาก 7,8 อย่างไรก็ตามวิธีที่ประหยัดที่สุดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมง่ายต่อการจัดการและมีประสิทธิภาพคือ Adsorption9,10
Nano Zero Valent Iron (NZVI) เป็นวัสดุที่ทรงพลังมากที่สามารถกำจัดยาปฏิชีวนะจำนวนมากออกจากน้ำรวมถึง metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol และ tetracycline ความสามารถนี้เกิดจากคุณสมบัติที่น่าทึ่งที่ NZVI มีเช่นปฏิกิริยาที่สูงพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และไซต์ที่มีผลผูกพันภายนอกจำนวนมาก 11 อย่างไรก็ตาม NZVI มีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันในสื่อน้ำเนื่องจากกองกำลัง Van der Wells และคุณสมบัติแม่เหล็กสูงซึ่งช่วยลดประสิทธิภาพในการกำจัดสารปนเปื้อนเนื่องจากการก่อตัวของชั้นออกไซด์ที่ยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาของ NZVI10,12 การรวมตัวกันของอนุภาค NZVI สามารถลดลงได้โดยการปรับเปลี่ยนพื้นผิวด้วยสารลดแรงตึงผิวและโพลีเมอร์หรือโดยการรวมเข้ากับวัสดุนาโนอื่น ๆ ในรูปแบบของคอมโพสิตซึ่งได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการที่ทำงานได้เพื่อปรับปรุงความมั่นคงในสภาพแวดล้อม 13,14
กราฟีนเป็นวัสดุนาโนคาร์บอนสองมิติซึ่งประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนไฮบริดแบบ SP2-hybridized ที่จัดเรียงไว้ในตาข่ายรังผึ้ง มันมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ความแข็งแรงเชิงกลที่สำคัญกิจกรรมไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม, การนำความร้อนสูง, การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่รวดเร็วและวัสดุพาหะที่เหมาะสมเพื่อรองรับอนุภาคนาโนอนินทรีย์บนพื้นผิว การรวมกันของอนุภาคนาโนโลหะและกราฟีนสามารถเกินประโยชน์ส่วนบุคคลของวัสดุแต่ละชนิดได้อย่างมากและเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เหนือกว่าให้การกระจายของอนุภาคนาโนที่ดีที่สุดสำหรับการบำบัดน้ำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น 15
สารสกัดจากพืชเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสารลดสารเคมีที่เป็นอันตรายที่ใช้กันทั่วไปในการสังเคราะห์กราฟีนออกไซด์ลดลง (RGO) และ NZVI เนื่องจากมีให้บริการราคาไม่แพงหนึ่งขั้นตอนปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมและสามารถใช้เป็นตัวแทนลด เช่นเดียวกับฟลาโวนอยด์และสารประกอบฟีนอลิกก็ทำหน้าที่เป็นตัวทำให้เสถียร ดังนั้นสารสกัดจาก Atriplex Halimus L. Leaf จึงถูกใช้เป็นตัวแทนซ่อมและปิดสำหรับการสังเคราะห์คอมโพสิต RGO/NZVI ในการศึกษานี้ Atriplex Halimus จากครอบครัว Amaranthaceae เป็นไม้พุ่มไม้ยืนต้นที่รักไนโตรเจนที่มีช่วงทางภูมิศาสตร์ที่กว้าง 16
ตามวรรณกรรมที่มีอยู่ atriplex Halimus (A. Halimus) ถูกใช้เป็นครั้งแรกในการทำคอมโพสิต RGO/NZVI เป็นวิธีการสังเคราะห์ที่ประหยัดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจุดมุ่งหมายของงานนี้ประกอบด้วยสี่ส่วน: (1) ไฟโตซินของ RGO/NZVI และคอมโพสิต NZVI ของผู้ปกครองโดยใช้สารสกัดจากใบ A. Halimus (2) การศึกษาลักษณะของคอมโพสิต phytosynthesized ยาปฏิชีวนะ Doxycycline ภายใต้พารามิเตอร์ปฏิกิริยาที่แตกต่างกันปรับเงื่อนไขของกระบวนการดูดซับ (3) ตรวจสอบวัสดุคอมโพสิตในการรักษาอย่างต่อเนื่องต่างๆหลังจากรอบการประมวลผล
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, สูตรเคมี C22H24N2O · HCl, 98%), เหล็กคลอไรด์เฮกซาฮีไฮเดรต (FECL3.6H2O, 97%), ผงกราไฟท์ที่ซื้อจาก Sigma-Aldrich, สหรัฐอเมริกา โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH, 97%), เอทานอล (C2H5OH, 99.9%) และกรดไฮโดรคลอริก (HCL, 37%) ถูกซื้อจากเมอร์คสหรัฐอเมริกา NaCl, KCL, CACL2, MNCL2 และ MGCL2 ถูกซื้อจาก บริษัท Tianjin Comio Chemical Reagent, Ltd. Reagents ทั้งหมดเป็นความบริสุทธิ์ในการวิเคราะห์สูง น้ำสองสายถูกนำมาใช้เพื่อเตรียมสารละลายที่เป็นน้ำทั้งหมด
ตัวอย่างตัวแทนของ A. Halimus ได้รับการรวบรวมจากที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติของพวกเขาในสามเหลี่ยมปากแม่น้ำไนล์และดินแดนตามชายฝั่งทะเลเมดิเตอร์เรเนียนของอียิปต์ วัสดุพืชถูกรวบรวมตามแนวทางระดับชาติและนานาชาติที่ใช้บังคับได้ 17 ศ. Manal Fawzi ได้ระบุตัวอย่างพืชตาม Boulos18 และภาควิชาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมของมหาวิทยาลัยอเล็กซานเดรียอนุญาตให้มีการรวบรวมสายพันธุ์พืชที่ศึกษาเพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ บัตรกำนัลตัวอย่างจัดขึ้นที่ Tanta University Herbarium (Tane), บัตรกำนัล NOS 14 122–14 127 สมุนไพรสาธารณะที่ให้การเข้าถึงวัสดุที่ฝาก นอกจากนี้ในการกำจัดฝุ่นหรือสิ่งสกปรกให้ตัดใบของพืชเป็นชิ้นเล็ก ๆ ล้าง 3 ครั้งด้วยก๊อกน้ำและน้ำกลั่นแล้วแห้งที่อุณหภูมิ 50 ° C พืชถูกบดขยี้ 5 กรัมของผงละเอียดถูกแช่ในน้ำกลั่น 100 มล. และกวนที่ 70 ° C เป็นเวลา 20 นาทีเพื่อให้ได้สารสกัด สารสกัดที่ได้รับของ Bacillus nicotianae ถูกกรองผ่านกระดาษกรอง Whatman และเก็บไว้ในหลอดที่สะอาดและผ่านการฆ่าเชื้อที่ 4 ° C เพื่อใช้งานต่อไป
ดังที่แสดงในรูปที่ 1 การเดินทางนั้นทำจากผงกราไฟท์โดยวิธี Hummers ที่ได้รับการดัดแปลง ผง GO 10 มก. กระจายตัวในน้ำปราศจากไอออน 50 มล. เป็นเวลา 30 นาทีภายใต้ sonication และจากนั้น 0.9 กรัมของ FECL3 และ 2.9 กรัมของ NAAC ถูกผสมเป็นเวลา 60 นาที สารสกัดจากใบ atriplex 20 มล. ถูกเพิ่มเข้าไปในสารละลายกวนด้วยการกวนและทิ้งไว้ที่ 80 ° C เป็นเวลา 8 ชั่วโมง ระบบกันสะเทือนสีดำที่เกิดขึ้นถูกกรอง nanocomposites ที่เตรียมไว้นั้นถูกล้างด้วยเอทานอลและน้ำแบบไม่ใช้สิทธิจากนั้นทำให้แห้งในเตาอบสูญญากาศที่อุณหภูมิ 50 ° C เป็นเวลา 12 ชั่วโมง
แผนผังและภาพถ่ายดิจิตอลของการสังเคราะห์สีเขียวของคอมเพล็กซ์ RGO/NZVI และ NZVI และการกำจัดยาปฏิชีวนะ DC ออกจากน้ำที่ปนเปื้อนโดยใช้สารสกัด atriplex Halimus
โดยสังเขปดังที่แสดงในรูปที่ 1, 10 มล. ของสารละลายคลอไรด์เหล็กที่มี 0.05 m Fe3+ ไอออนถูกเพิ่มลงไปที่ 20 มล. ของสารสกัดจากใบขมเป็นเวลา 60 นาทีด้วยการให้ความร้อนปานกลาง เตาอบสูญญากาศที่ 60 ° C ข้ามคืน
คอมโพสิต RGO/NZVI และ NZVI ที่สังเคราะห์ขึ้นนั้นมีลักษณะเป็นสเปกโทรสโกปีที่มองเห็นได้ด้วยรังสี UV (T70/T80 Series UV/VIS Spectrophotometers, PG Instruments Ltd, สหราชอาณาจักร) ในช่วงการสแกน 200-800 นาโนเมตร ในการวิเคราะห์ภูมิประเทศและการกระจายขนาดของคอมโพสิต RGO/NZVI และ NZVI, TEM spectroscopy (Joel, JEM-2100F, ญี่ปุ่น, แรงดันไฟฟ้าเร่งความเร็ว 200 kV) ในการประเมินกลุ่มการทำงานที่สามารถมีส่วนร่วมในสารสกัดจากพืชที่รับผิดชอบในการกู้คืนและกระบวนการรักษาเสถียรภาพสเปกโทรสโกปี FT-IR ได้ดำเนินการ (Jasco spectrometer ในช่วง 4000-600 cm-1) นอกจากนี้ยังใช้เครื่องวิเคราะห์ที่มีศักยภาพซีตา (Zetasizer Nano ZS Malvern) เพื่อศึกษาประจุพื้นผิวของวัสดุนาโนสังเคราะห์ สำหรับการวัดการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของนาโนนาโนผงใช้การกระจายรังสีเอกซ์ (X'Pert Pro, เนเธอร์แลนด์), ทำงานที่กระแส (40 mA), แรงดันไฟฟ้า (45 kV) ในช่วง2θจาก 20 °ถึง 80 °และ CUKA1 สเปกโตรมิเตอร์ X-ray Spectrometer (EDX) (Model Jeol JSM-IT100) รับผิดชอบในการศึกษาองค์ประกอบองค์ประกอบเมื่อรวบรวมอัล K-αโมโนโครมเอ็กซ์เรย์จาก -10 ถึง 1350 eV บน XPS ขนาด 400 μm K-alpha (Thermo Fisher Scientific ตัวอย่างผงถูกกดลงบนที่ยึดตัวอย่างซึ่งวางไว้ในห้องสูญญากาศ สเปกตรัม C 1 S ถูกใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงที่ 284.58 EV เพื่อกำหนดพลังงานที่มีผลผูกพัน
การทดลองการดูดซับได้ดำเนินการเพื่อทดสอบประสิทธิภาพของ nanocomposites RGO/NZVI ที่สังเคราะห์ขึ้นในการกำจัด doxycycline (DC) ออกจากสารละลายน้ำ การทดลองการดูดซับได้ดำเนินการในขวด Erlenmeyer ขนาด 25 มล. ด้วยความเร็วในการสั่นสะเทือน 200 รอบต่อนาทีบนเครื่องปั่นวงโคจร (Stuart, orbital Shaker/SSL1) ที่ 298 K เพื่อประเมินผลของปริมาณ RGO/NSVI ต่อประสิทธิภาพการดูดซับได้เพิ่ม nanocomposites ที่มีน้ำหนักที่แตกต่างกัน (0.01–0.07 g) ลงในสารละลาย DC 20 มล. เพื่อศึกษาจลนพลศาสตร์และการดูดซับ isotherms, 0.05 กรัมของตัวดูดซับถูกแช่อยู่ในสารละลายน้ำของ CD ที่มีความเข้มข้นเริ่มต้น (25–100 mg L - 1) ศึกษาผลของค่า pH ต่อการกำจัด DC ที่ pH (3–11) และความเข้มข้นเริ่มต้น 50 mg L-1 ที่ 25 ° C ปรับค่า pH ของระบบโดยการเพิ่มสารละลาย HCL หรือ NAOH จำนวนเล็กน้อย (CRISON PH Meter, PH Meter, pH 25) นอกจากนี้ยังมีการศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิปฏิกิริยาต่อการทดลองการดูดซับในช่วง 25-55 ° C ผลของความแข็งแรงของไอออนิกต่อกระบวนการดูดซับถูกศึกษาโดยการเพิ่มความเข้มข้นต่าง ๆ ของ NaCl (0.01–4 mol L - 1) ที่ความเข้มข้นเริ่มต้นของ DC 50 mg L - 1, pH 3 และ 7), 25 ° C และปริมาณดูดซับ 0.05 กรัม การดูดซับของ DC ที่ไม่ได้รับการดูดซับถูกวัดโดยใช้เครื่องวัดคลื่น UV-VIS แบบคู่ (T70/T80 Series, PG Instruments Ltd, สหราชอาณาจักร) พร้อมกับความยาวเส้นทาง 1.0 ซม. Quartz Cuvettes ที่ความยาวคลื่นสูงสุด (λmax) ที่ 270 และ 350 NM เปอร์เซ็นต์การกำจัดยาปฏิชีวนะ DC (R%; Eq. 1) และจำนวนการดูดซับของ DC, QT, Eq 2 (mg/g) ถูกวัดโดยใช้สมการต่อไปนี้
โดยที่ %r คือความสามารถในการกำจัด DC ( %), CO คือความเข้มข้นของ DC เริ่มต้นที่เวลา 0 และ C คือความเข้มข้นของ DC ในเวลา T ตามลำดับ (Mg L-1)
ในกรณีที่ QE คือปริมาณของ DC ที่ดูดซับต่อมวลของตัวดูดซับ (Mg G-1), CO และ CE คือความเข้มข้นที่ศูนย์เวลาและที่สมดุลตามลำดับ (Mg L-1), V คือปริมาณสารละลาย (L) และ M คือการดูดซับมวลการดูดซับ (G)
ภาพ SEM (รูปที่ 2A - C) แสดงสัณฐานวิทยา lamellar ของคอมโพสิต RGO/NZVI กับอนุภาคนาโนเหล็กทรงกลมกระจายตัวกันอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของมันแสดงให้เห็นถึงความสำเร็จของ NZVI NPS ไปยังพื้นผิว RGO นอกจากนี้ยังมีริ้วรอยบางส่วนในใบ RGO ยืนยันการกำจัดกลุ่มที่มีออกซิเจนพร้อมกันพร้อมกับการฟื้นฟู A. halimus Go ริ้วรอยขนาดใหญ่เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นไซต์สำหรับการโหลด NPs เหล็กที่ใช้งานอยู่ ภาพ NZVI (รูปที่ 2D-F) แสดงให้เห็นว่า NPs เหล็กทรงกลมกระจัดกระจายมากและไม่รวมกันซึ่งเกิดจากลักษณะการเคลือบของส่วนประกอบพฤกษศาสตร์ของสารสกัดจากพืช ขนาดอนุภาคแตกต่างกันภายใน 15–26 นาโนเมตร อย่างไรก็ตามบางภูมิภาคมีสัณฐานวิทยา mesoporous ที่มีโครงสร้างของนูนและโพรงซึ่งสามารถให้ความสามารถในการดูดซับที่มีประสิทธิภาพสูงของ NZVI เนื่องจากพวกเขาสามารถเพิ่มความเป็นไปได้ของการดักจับโมเลกุล DC บนพื้นผิวของ NZVI เมื่อสารสกัด Rosa Damascus ถูกนำมาใช้สำหรับการสังเคราะห์ NZVI, NPs ที่ได้รับนั้นไม่เหมือนกันกับช่องว่างและรูปร่างที่แตกต่างกันซึ่งลดประสิทธิภาพในการดูดซับ Cr (VI) และเพิ่มเวลาตอบสนอง 23 ผลลัพธ์นั้นสอดคล้องกับ NZVI ที่สังเคราะห์จากใบโอ๊กและใบหม่อนซึ่งส่วนใหญ่เป็นอนุภาคนาโนทรงกลมที่มีขนาดนาโนเมตรต่างๆโดยไม่มีการรวมตัวกันอย่างชัดเจน
ภาพ SEM ของ RGO/NZVI (AC), NZVI (D, E) คอมโพสิตและรูปแบบ EDX ของ NZVI/RGO (G) และ NZVI (H) คอมโพสิต
การศึกษาองค์ประกอบองค์ประกอบของคอมโพสิต RGO/NZVI และ NZVI ที่สังเคราะห์แล้วโดยใช้ EDX (รูปที่ 2G, H) การศึกษาแสดงให้เห็นว่า NZVI ประกอบด้วยคาร์บอน (38.29% โดยมวล), ออกซิเจน (47.41% โดยมวล) และเหล็ก (11.84% โดยมวล) แต่องค์ประกอบอื่น ๆ เช่นฟอสฟอรัส 25 ก็มีอยู่ซึ่งสามารถรับได้จากสารสกัดจากพืช นอกจากนี้เปอร์เซ็นต์ที่สูงของคาร์บอนและออกซิเจนนั้นเกิดจากการปรากฏตัวของไฟโตเคมิคอลจากสารสกัดจากพืชในตัวอย่าง NZVI ใต้ผิวดิน องค์ประกอบเหล่านี้มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอใน RGO แต่ในอัตราส่วนที่แตกต่างกัน: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) และ Fe (10.99 wt %), EDX RGO/NZVI ยังแสดงให้เห็นว่ามีองค์ประกอบอื่น ๆ เช่น S ซึ่งสามารถเกี่ยวข้องกับสารสกัดจากพืช อัตราส่วน C: O ปัจจุบันและปริมาณเหล็กในคอมโพสิต RGO/NZVI โดยใช้ A. Halimus นั้นดีกว่าการใช้สารสกัดจากใบยูคาลิปตัสเนื่องจากเป็นลักษณะองค์ประกอบของ C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) และ Fe (8.27 wt.%) WT %) 25. Nataša et al., 2022 รายงานองค์ประกอบองค์ประกอบที่คล้ายกันของ NZVI สังเคราะห์จากใบโอ๊กและใบหม่อนและยืนยันว่ากลุ่มโพลีฟีนอลและโมเลกุลอื่น ๆ ที่มีอยู่ในสารสกัดจากใบมีหน้าที่ลดกระบวนการลด
สัณฐานวิทยาของ NZVI สังเคราะห์ในพืช (รูปที่ S2A, B) เป็นทรงกลมและผิดปกติบางส่วนโดยมีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 23.09 ± 3.54 นาโนเมตร รูปร่างของอนุภาคเม็ดและทรงกลมส่วนใหญ่นี้เป็นข้อตกลงที่ดีกับผลลัพธ์ SEM พบการสังเกตที่คล้ายกันโดย Abdelfatah และคณะ ในปี 2021 เมื่อใช้สารสกัดจากใบละหุ่งถั่วในการสังเคราะห์ NZVI11 Ruelas Tuberosa Leaf Extract NPs ที่ใช้เป็นสารลดใน NZVI ยังมีรูปร่างทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ถึง 40 nm26
ไฮบริด RGO/NZVI คอมโพสิตคอมโพสิต TEM (รูปที่ S2C-D) แสดงให้เห็นว่า RGO เป็นระนาบพื้นฐานที่มีรอยพับเล็กน้อยและริ้วรอยให้บริการหลายไซต์สำหรับ NZVI NPS; สัณฐานวิทยา lamellar นี้ยังยืนยันการผลิต RGO ที่ประสบความสำเร็จ นอกจากนี้ NZVI NPS มีรูปร่างทรงกลมที่มีขนาดอนุภาคจาก 5.32 ถึง 27 นาโนเมตรและถูกฝังอยู่ในชั้น RGO ด้วยการกระจายตัวเกือบสม่ำเสมอ สารสกัดจากใบยูคาลิปตัสถูกใช้เพื่อสังเคราะห์ Fe NPS/RGO; ผลลัพธ์ TEM ยังยืนยันว่าริ้วรอยในชั้น RGO ช่วยปรับปรุงการกระจายตัวของ Fe NP มากกว่า Fe NPs บริสุทธิ์และเพิ่มปฏิกิริยาของคอมโพสิต ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกันโดย Bagheri และคณะ 28 เมื่อคอมโพสิตถูกประดิษฐ์โดยใช้เทคนิคอัลตราโซนิกที่มีขนาดอนุภาคนาโนเหล็กเฉลี่ยประมาณ 17.70 นาโนเมตร
สเปกตรัม FTIR ของ A. Halimus, NZVI, GO, RGO และ RGO/NZVI จะแสดงในรูปที่ 3a. การปรากฏตัวของกลุ่มการทำงานของพื้นผิวในใบของ A. halimus ปรากฏที่ 3336 cm-1 ซึ่งสอดคล้องกับโพลีฟีนอลและ 1244 cm-1 ซึ่งสอดคล้องกับกลุ่มคาร์บอนิลที่ผลิตโดยโปรตีน กลุ่มอื่น ๆ เช่น Alkanes ที่ 2918 cm-1, Alkenes ที่ 1647 cm-1 และ Co-O-Co ที่ 1,030 cm-1 ได้รับการสังเกตเห็นว่ามีส่วนประกอบของพืชที่ทำหน้าที่เป็นตัวแทนการปิดผนึกและรับผิดชอบการกู้คืนจาก Fe2+ ถึง Fe0 และไปที่ RGO29 โดยทั่วไป NZVI spectra แสดงยอดการดูดซับเช่นเดียวกับน้ำตาลขม แต่มีตำแหน่งที่เปลี่ยนเล็กน้อย แถบที่รุนแรงปรากฏขึ้นที่ 3244 ซม. -1 ที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนของ OH (ฟีนอล), จุดสูงสุดที่ 1615 สอดคล้องกับ c = c, และแถบที่ 1546 และ 1,011 ซม. -1 เกิดขึ้นเนื่องจากการยืด C = O (polyphenols และ flavonoids) ตามลำดับ 13. สเปกตรัม FTIR ของ GO แสดงการปรากฏตัวของกลุ่มที่มีออกซิเจนความเข้มสูงจำนวนมากรวมถึงแถบยืด Alkoxy (CO) ที่ 1,041 ซม. -1, epoxy (CO) แถบยืดที่ 1291 cm-1, c = o ยืด แถบของ C = C การสั่นสะเทือนที่ 1619 cm-1, วงดนตรีที่ 1708 cm-1 และวงกว้างของกลุ่ม OH ยืดการสั่นสะเทือนที่ 3384 cm-1 ปรากฏขึ้นซึ่งได้รับการยืนยันโดยวิธี Hummers ที่ดีขึ้นซึ่งประสบความสำเร็จในการออกซิไดซ์กระบวนการกราไฟท์ เมื่อเปรียบเทียบคอมโพสิต RGO และ RGO/NZVI กับ GO spectra ความเข้มของกลุ่มที่มีออกซิเจนบางกลุ่มเช่น OH ที่ 3270 cm-1 จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่คนอื่น ๆ เช่น C = O ที่ 1729 cm-1 จะลดลงอย่างสมบูรณ์ หายไปแสดงให้เห็นถึงการกำจัดการกำจัดของกลุ่มการทำงานที่มีออกซิเจนใน GO โดย A. Halimus Extract ยอดเขาที่คมชัดใหม่ของ RGO ที่ C = C ความตึงเครียดจะอยู่ที่ประมาณปี ค.ศ. 1560 และ 1405 ซม. -1 ซึ่งเป็นการยืนยันการลดลงของ RGO การเปลี่ยนแปลงจาก 1,043 ถึง 1,015 cm-1 และจาก 982 ถึง 918 cm-1 ถูกสังเกตอาจเป็นเพราะการรวมวัสดุพืช 31,32 Weng et al., 2018 ยังสังเกตเห็นการลดทอนอย่างมีนัยสำคัญของกลุ่มการทำงานออกซิเจนใน GO ยืนยันการก่อตัวที่ประสบความสำเร็จของ RGO โดย bioreduction เนื่องจากสารสกัดจากใบยูคาลิปตัสซึ่งใช้ในการสังเคราะห์คอมโพสิตออกไซด์ของกราฟีนออกไซด์ 33.
A. สเปกตรัม FTIR ของแกลเลียม, NZVI, RGO, GO, คอมโพสิต RGO/NZVI (A) คอมโพสิต RoentGenogrammy RGO, GO, NZVI และ RGO/NZVI (B)
การก่อตัวของคอมโพสิต RGO/NZVI และ NZVI ได้รับการยืนยันเป็นส่วนใหญ่โดยรูปแบบการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (รูปที่ 3B) พบจุดสูงสุด Fe0 ที่มีความเข้มสูงที่2ɵ 44.5 °ซึ่งสอดคล้องกับดัชนี (110) (JCPDS หมายเลข 06–0696) 11 จุดสูงสุดอื่นที่ 35.1 °ของระนาบ (311) มีสาเหตุมาจาก Magnetite Fe3O4, 63.2 °อาจเกี่ยวข้องกับดัชนีมิลเลอร์ของระนาบ (440) เนื่องจากการปรากฏตัวของ ϒ-Feooh (JCPDS หมายเลข 17-0536) 34 รูปแบบ X-ray ของ GO แสดงจุดสูงสุดที่คมชัดที่2ɵ 10.3 °และอีกจุดสูงสุดที่ 21.1 °ซึ่งบ่งบอกถึงการขัดผิวที่สมบูรณ์ของกราไฟท์และเน้นการปรากฏตัวของกลุ่มที่มีออกซิเจนบนพื้นผิวของ GO35 รูปแบบคอมโพสิตของ RGO และ RGO/NZVI บันทึกการหายตัวไปของจุดสูงสุดและการก่อตัวของยอด RGO ในวงกว้างที่2ɵ 22.17 และ 24.7 °สำหรับคอมโพสิต RGO และ RGO/NZVI ตามลำดับ อย่างไรก็ตามในรูปแบบคอมโพสิต RGO/NZVI มียอดเขาเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับระนาบตาข่ายของ Fe0 (110) และ Bcc Fe0 (200) ที่ 44.9 \ (^\ circ \) และ 65.22 \ (^\ circ \) ตามลำดับ
ศักยภาพของซีตาคือศักยภาพระหว่างชั้นไอออนิกที่ติดอยู่กับพื้นผิวของอนุภาคและสารละลายน้ำที่กำหนดคุณสมบัติไฟฟ้าสถิตของวัสดุและวัดความเสถียร 37 การวิเคราะห์ที่เป็นไปได้ของซีตาของคอมโพสิตของพืชที่สังเคราะห์แล้ว, GO, และ RGO/NZVI แสดงให้เห็นถึงความมั่นคงของพวกเขาเนื่องจากการปรากฏตัวของค่าใช้จ่ายเชิงลบ -20.8, -22 และ -27.4 mV ตามลำดับบนพื้นผิวดังแสดงในรูปที่ S1A -C - ผลลัพธ์ดังกล่าวสอดคล้องกับรายงานหลายฉบับที่กล่าวถึงว่าการแก้ปัญหาที่มีอนุภาคที่มีค่าซีตาน้อยกว่า -25 mV โดยทั่วไปแสดงให้เห็นถึงความเสถียรในระดับสูงเนื่องจากแรงผลักดันไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคเหล่านี้ การรวมกันของ RGO และ NZVI ช่วยให้คอมโพสิตได้รับประจุลบมากขึ้นและมีความเสถียรสูงกว่า GO หรือ NZVI เพียงอย่างเดียว ดังนั้นปรากฏการณ์ของแรงผลักดันไฟฟ้าสถิตจะนำไปสู่การก่อตัวของคอมโพสิต RGO/NZVI39 ที่เสถียร พื้นผิวเชิงลบของ GO ช่วยให้มันกระจายอย่างสม่ำเสมอในสื่อน้ำโดยไม่มีการรวมตัวกันซึ่งสร้างเงื่อนไขที่ดีสำหรับการมีปฏิสัมพันธ์กับ NZVI ประจุลบอาจเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของกลุ่มการทำงานที่แตกต่างกันในสารสกัดแตงขมซึ่งยังยืนยันการทำงานร่วมกันระหว่าง GO และสารตั้งต้นเหล็กและสารสกัดจากพืชเพื่อสร้าง RGO และ NZVI ตามลำดับและ RGO/NZVI คอมเพล็กซ์ สารประกอบพืชเหล่านี้ยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวแทนที่มีการกำหนดเนื่องจากป้องกันการรวมตัวของอนุภาคนาโนที่เกิดขึ้นและเพิ่มเสถียรภาพ 40
องค์ประกอบองค์ประกอบและสถานะวาเลนซ์ของคอมโพสิต NZVI และ RGO/NZVI ถูกกำหนดโดย XPS (รูปที่ 4) การศึกษา XPS โดยรวมแสดงให้เห็นว่าคอมโพสิต RGO/NZVI ส่วนใหญ่ประกอบด้วยองค์ประกอบ C, O และ Fe ซึ่งสอดคล้องกับการทำแผนที่ EDS (รูปที่ 4F - H) สเปกตรัม C1S ประกอบด้วยสามยอดที่ 284.59 eV, 286.21 EV และ 288.21 EV แทน CC, CO และ C = O ตามลำดับ สเปกตรัม O1S ถูกแบ่งออกเป็นสามยอดรวมถึง 531.17 EV, 532.97 EV และ 535.45 EV ซึ่งได้รับมอบหมายให้ O = CO, CO และไม่มีกลุ่มตามลำดับ อย่างไรก็ตามยอดเขาที่ 710.43, 714.57 และ 724.79 EV อ้างถึง Fe 2p3/2, Fe+3 และ Fe P1/2 ตามลำดับ สเปกตรัม XPS ของ NZVI (รูปที่ 4C-E) แสดงยอดเขาสำหรับองค์ประกอบ C, O และ Fe ยอดเขาที่ 284.77, 286.25 และ 287.62 EV ยืนยันการปรากฏตัวของโลหะผสมเหล็กคาร์บอนขณะที่พวกเขาอ้างถึง CC, C-OH และ CO ตามลำดับ สเปกตรัม O1S สอดคล้องกับสามยอด C -O/เหล็กคาร์บอเนต (531.19 eV), ไฮดรอกซิลอนุมูลอิสระ (532.4 eV) และ O - C = O (533.47 eV) จุดสูงสุดที่ 719.6 มีสาเหตุมาจาก Fe0 ในขณะที่ Feooh แสดงยอดเขาที่ 717.3 และ 723.7 eV นอกจากนี้ยอดสูงสุดที่ 725.8 eV บ่งชี้ว่ามี Fe2o342.43
การศึกษา XPS ของคอมโพสิต NZVI และ RGO/NZVI ตามลำดับ (A, B) สเปกตรัมเต็มรูปแบบของ NZVI C1S (C), Fe2p (D) และ O1S (E) และ RGO/NZVI C1S (F), Fe2p (G), O1S (H) คอมโพสิต
isotherm การดูดซับ/desorption N2 (รูปที่ 5A, b) แสดงให้เห็นว่าคอมโพสิต NZVI และ RGO/NZVI เป็นของ Type II นอกจากนี้พื้นที่ผิวเฉพาะ (SBET) ของ NZVI เพิ่มขึ้นจาก 47.4549 เป็น 152.52 m2/g หลังจากทำให้ไม่เห็นด้วย RGO ผลลัพธ์นี้สามารถอธิบายได้โดยการลดลงของคุณสมบัติแม่เหล็กของ NZVI หลังจาก RGO ทำให้ไม่เห็นซึ่งจะช่วยลดการรวมอนุภาคและเพิ่มพื้นที่ผิวของคอมโพสิต นอกจากนี้ดังแสดงในรูปที่ 5C ปริมาณรูขุมขน (8.94 นาโนเมตร) ของคอมโพสิต RGO/NZVI สูงกว่าของ NZVI ดั้งเดิม (2.873 nm) ผลลัพธ์นี้สอดคล้องกับ El-Monaem และคณะ 45.
ในการประเมินความสามารถในการดูดซับเพื่อลบ DC ระหว่างคอมโพสิต RGO/NZVI และ NZVI ดั้งเดิมขึ้นอยู่กับการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นเริ่มต้นการเปรียบเทียบทำโดยการเพิ่มปริมาณคงที่ของตัวดูดซับแต่ละตัว (0.05 กรัม) กับ DC ที่ความเข้มข้นเริ่มต้นต่างๆ โซลูชันที่ตรวจสอบ [25] –100 mg L - 1] ที่ 25 ° C ผลการศึกษาพบว่าประสิทธิภาพการกำจัด (94.6%) ของคอมโพสิต RGO/NZVI สูงกว่า NZVI ดั้งเดิม (90%) ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า (25 mg L-1) อย่างไรก็ตามเมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นเพิ่มขึ้นเป็น 100 mg L-1 ประสิทธิภาพการกำจัดของ RGO/NZVI และ NZVI ของผู้ปกครองลดลงเหลือ 70% และ 65% ตามลำดับ (รูปที่ 6A) ซึ่งอาจเกิดจากไซต์ที่ใช้งานน้อยลงและการย่อยสลายของอนุภาค NZVI ในทางตรงกันข้าม RGO/NZVI แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นของการกำจัด DC ซึ่งอาจเกิดจากผลเสริมฤทธิ์กันระหว่าง RGO และ NZVI ซึ่งไซต์ที่มีความเสถียรสำหรับการดูดซับจะสูงกว่ามากและในกรณีของ RGO/NZVI นอกจากนี้ในรูปที่ 6B แสดงให้เห็นว่าความสามารถในการดูดซับของคอมโพสิต RGO/NZVI และ NZVI เพิ่มขึ้นจาก 9.4 mg/g เป็น 30 mg/g และ 9 mg/g ตามลำดับโดยเพิ่มความเข้มข้นเริ่มต้นจาก 25–100 mg/L -1.1 ถึง 28.73 mg G-1 ดังนั้นอัตราการกำจัด DC จึงมีความสัมพันธ์เชิงลบกับความเข้มข้นของ DC เริ่มต้นซึ่งเกิดจากจำนวนศูนย์ปฏิกิริยาที่ จำกัด โดยแต่ละตัวดูดซับสำหรับการดูดซับและการกำจัด DC ในการแก้ปัญหา ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้จากผลลัพธ์เหล่านี้ว่าคอมโพสิต RGO/NZVI มีประสิทธิภาพสูงกว่าการดูดซับและการลดลงและ RGO ในองค์ประกอบของ RGO/NZVI สามารถใช้ได้ทั้งเป็นตัวดูดซับและเป็นวัสดุพาหะ
ประสิทธิภาพการกำจัดและความสามารถในการดูดซับ DC สำหรับคอมโพสิต RGO/NZVI และ NZVI คือ (A, B) [CO = 25 mg L-1–100 mg L-1, T = 25 ° C, ปริมาณ = 0.05 g], pH เกี่ยวกับความสามารถในการดูดซับและประสิทธิภาพการกำจัด DC บนคอมโพสิต RGO/NZVI (C) [CO = 50 mg L - 1, pH = 3–11, t = 25 ° C, ปริมาณ = 0.05 g]
การแก้ปัญหาค่า pH เป็นปัจจัยสำคัญในการศึกษากระบวนการดูดซับเนื่องจากมีผลต่อระดับของการไอออนไนซ์การเก็งกำไรและไอออนไนซ์ของตัวดูดซับ การทดลองดำเนินการที่ 25 ° C ด้วยปริมาณการดูดซับคงที่ (0.05 กรัม) และความเข้มข้นเริ่มต้น 50 มก. L-1 ในช่วง pH (3–11) จากการทบทวนวรรณกรรม 46, DC เป็นโมเลกุล amphiphilic ที่มีกลุ่มการทำงานที่แตกต่างกันหลายกลุ่ม (ฟีนอล, กลุ่มอะมิโน, แอลกอฮอล์) ในระดับ pH ต่างๆ เป็นผลให้ฟังก์ชั่นต่าง ๆ ของ DC และโครงสร้างที่เกี่ยวข้องบนพื้นผิวของคอมโพสิต RGO/NZVI อาจมีปฏิสัมพันธ์กับไฟฟ้าสถิตและอาจมีอยู่เป็นไพเพอร์, zwitterions และแอนไอออน, โมเลกุล DC มีอยู่เป็นประจุบวก (DCH3+) ที่ pH <3.3, zwitterionic (DCH20) เป็นผลให้ฟังก์ชั่นต่าง ๆ ของ DC และโครงสร้างที่เกี่ยวข้องบนพื้นผิวของคอมโพสิต RGO/NZVI อาจมีปฏิสัมพันธ์กับไฟฟ้าสถิตและอาจมีอยู่เป็นไอออนบวก, zwitterions และแอนไอออน, โมเลกุล DC มีอยู่เป็นประจุบวก (DCH3+) ที่ pH <3.3, zwitterionic (DCH20) везтатеичныенкцииикианныхныхнимиструрнаоверхностиитаrита rgo эектростатическииимогутсществоватьвидекатионов, цвитер-Hep катиона (DCH3+) прирн <3,3, цвитер-Hepый (DCH20) 3,3 <Ph <7,7 инионый เป็นผลให้ฟังก์ชั่นต่าง ๆ ของ DC และโครงสร้างที่เกี่ยวข้องบนพื้นผิวของคอมโพสิต RGO/NZVI สามารถโต้ตอบกับไฟฟ้าสถิตและสามารถมีอยู่ในรูปแบบของไอออนบวก, zwitterions และแอนไอออน; โมเลกุล DC มีอยู่เป็นไอออนบวก (DCH3+) ที่ pH <3.3; Ionic (DCH20) 3.3 <Ph <7.7 และประจุลบ (DCH- หรือ DC2-) ที่ pH 7.7因此， dc 的各种功能和 rgo/nzvi 复合材料表面的相关结构可能会发生静电相互作用， 并可能以阳离子、两性离子和阴离子的形式存在， dc 分子在 pH <3.3 时以阳离子 (DCH3+) 的形式存在， 两性离子 (DCH20) 3.3 <Ph <7.7 和阴离子 (DCH- 或 DC2-) 在 pH 7.7 。。因此， dc 的功能和和可能， 相互，，，，，，，，，，，，，和阴离子 (DCH- 或 DC2-) 在 pH 7.7 。 седователно, разичныенкциикиродственныхимструрнаоверхностиозита rgo эектростатическиевзаимодействиตรง.ธ.ลี катионными (ццг3+) прирн <3,3 ดังนั้นฟังก์ชั่นต่าง ๆ ของ DC และโครงสร้างที่เกี่ยวข้องบนพื้นผิวของคอมโพสิต RGO/NZVI สามารถเข้าสู่ปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตและมีอยู่ในรูปแบบของไอออนบวก zwitterions และแอนไอออนในขณะที่โมเลกุล DC เป็นประจุบวก (DCH3+) ที่ pH <3.3 осествуетввидецвитер-Hep (DCH20) при 3,3 <Ph <7,7 иниона (DCH- иили dC2-) при Ph 7,7 มันมีอยู่เป็น zwitterion (DCH20) ที่ 3.3 <Ph <7.7 และประจุลบ (DCH- หรือ DC2-) ที่ pH 7.7ด้วยการเพิ่มขึ้นของค่า pH จาก 3 เป็น 7 ความสามารถในการดูดซับและประสิทธิภาพของการกำจัด DC เพิ่มขึ้นจาก 11.2 mg/g (56%) เป็น 17 mg/g (85%) (รูปที่ 6C) อย่างไรก็ตามเมื่อค่า pH เพิ่มขึ้นเป็น 9 และ 11 ความสามารถในการดูดซับและประสิทธิภาพการกำจัดลดลงค่อนข้างมากจาก 10.6 mg/g (53%) เป็น 6 mg/g (30%) ตามลำดับ ด้วยการเพิ่มขึ้นของค่า pH จาก 3 เป็น 7 DCs ส่วนใหญ่มีอยู่ในรูปแบบของ zwitterions ซึ่งทำให้พวกเขาเกือบจะไม่ได้รับการดึงดูดหรือถูกขับเคลื่อนด้วยคอมโพสิต RGO/NZVI ซึ่งส่วนใหญ่มีปฏิสัมพันธ์กับไฟฟ้าสถิต เมื่อค่า pH เพิ่มขึ้นสูงกว่า 8.2 พื้นผิวของตัวดูดซับจะถูกประจุลบดังนั้นความสามารถในการดูดซับลดลงและลดลงเนื่องจากแรงผลักดันไฟฟ้าสถิตระหว่าง doxycycline ที่มีประจุลบและพื้นผิวของตัวดูดซับ แนวโน้มนี้ชี้ให้เห็นว่าการดูดซับ DC ในคอมโพสิต RGO/NZVI นั้นขึ้นอยู่กับค่า pH สูงและผลการวิจัยยังบ่งชี้ว่าคอมโพสิต RGO/NZVI นั้นเหมาะสมกับตัวดูดซับภายใต้สภาวะที่เป็นกรดและเป็นกลาง
ผลกระทบของอุณหภูมิต่อการดูดซับสารละลายน้ำของ DC ได้ดำเนินการที่ (25–55 ° C) รูปที่ 7A แสดงผลของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิต่อประสิทธิภาพการกำจัดของยาปฏิชีวนะ DC ต่อ RGO/NZVI เป็นที่ชัดเจนว่าความสามารถในการกำจัดและความสามารถในการดูดซับเพิ่มขึ้นจาก 83.44% และ 13.9 mg/g เป็น 47% และ 7.83 mg/g ตามลำดับ การลดลงอย่างมีนัยสำคัญนี้อาจเกิดจากการเพิ่มขึ้นของพลังงานความร้อนของไอออน DC ซึ่งนำไปสู่ ​​desorption47
ผลของอุณหภูมิต่อประสิทธิภาพการกำจัดและความสามารถในการดูดซับของ CD ต่อคอมโพสิต RGO/NZVI (A) [CO = 50 mg L - 1, pH = 7, ปริมาณ = 0.05 g], ปริมาณตัวดูดซับในการกำจัดและประสิทธิภาพการกำจัดของ CD 7, t = 25 ° C] (C, D) [CO = 25–100 mg L - 1, pH = 7, t = 25 ° C, ปริมาณ = 0.05 g]
ผลของการเพิ่มปริมาณของคอมโพสิต adsorbent RGO/NZVI จาก 0.01 g เป็น 0.07 กรัมต่อประสิทธิภาพการกำจัดและความสามารถในการดูดซับแสดงในรูปที่ 7b. การเพิ่มปริมาณของตัวดูดซับนำไปสู่การลดลงของความสามารถในการดูดซับจาก 33.43 mg/g เป็น 6.74 mg/g อย่างไรก็ตามด้วยการเพิ่มขึ้นของขนาดตัวดูดซับจาก 0.01 กรัมเป็น 0.07 กรัมประสิทธิภาพการกำจัดจะเพิ่มขึ้นจาก 66.8% เป็น 96% ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการเพิ่มจำนวนศูนย์ที่ใช้งานอยู่บนพื้นผิวนาโนคอมโพสิต
ศึกษาผลของความเข้มข้นเริ่มต้นต่อความสามารถในการดูดซับและประสิทธิภาพการกำจัด [25–100 มก. L-1, 25 ° C, pH 7, ปริมาณ 0.05 กรัม] เมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นเพิ่มขึ้นจาก 25 มก. L-1 เป็น 100 มก. L-1 เปอร์เซ็นต์การกำจัดของคอมโพสิต RGO/NZVI ลดลงจาก 94.6% เป็น 65% (รูปที่ 7C) อาจเกิดจากการขาดไซต์ที่ต้องการ - ดูดซับความเข้มข้นขนาดใหญ่ของ DC49 ในทางกลับกันเมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นเพิ่มขึ้นความสามารถในการดูดซับก็เพิ่มขึ้นจาก 9.4 mg/g เป็น 30 mg/g จนกระทั่งถึงสมดุล (รูปที่ 7D) ปฏิกิริยาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้นี้เกิดจากการเพิ่มขึ้นของแรงผลักดันด้วยความเข้มข้น DC เริ่มต้นมากกว่าความต้านทานการถ่ายโอนมวล DC ไอออนเพื่อไปถึงพื้นผิว 50 ของคอมโพสิต RGO/NZVI
เวลาติดต่อและการศึกษาเกี่ยวกับจลนศาสตร์มีจุดมุ่งหมายเพื่อทำความเข้าใจกับเวลาดุลยภาพของการดูดซับ ขั้นแรกจำนวน DC ที่ดูดซับในช่วง 40 นาทีแรกของเวลาติดต่อคือประมาณครึ่งหนึ่งของจำนวนเงินทั้งหมดที่ดูดซับตลอดเวลา (100 นาที) ในขณะที่โมเลกุล DC ในสารละลายชนกันทำให้พวกเขาโยกย้ายไปยังพื้นผิวของคอมโพสิต RGO/NZVI อย่างรวดเร็วทำให้เกิดการดูดซับอย่างมีนัยสำคัญ หลังจาก 40 นาทีการดูดซับ DC เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ และช้าลงจนกระทั่งถึงสมดุลหลังจาก 60 นาที (รูปที่ 7D) เนื่องจากจำนวนที่เหมาะสมจะถูกดูดซับภายใน 40 นาทีแรกจะมีการชนกันน้อยลงกับโมเลกุล DC และไซต์ที่ใช้งานน้อยลงจะพร้อมใช้งานสำหรับโมเลกุลที่ไม่ได้รับการดูดซับ ดังนั้นอัตราการดูดซับสามารถลดลงได้ 51
เพื่อให้เข้าใจจลนพลศาสตร์การดูดซับได้ดีขึ้นบรรทัดของ Pseudo ลำดับแรก (รูปที่ 8A), pseudo ลำดับที่สอง (รูปที่ 8B) และ Elovich (รูปที่ 8C) แบบจำลองจลน์ จากพารามิเตอร์ที่ได้จากการศึกษาจลน์ (ตาราง S1) จะเห็นได้ชัดว่าโมเดล pseudosecond เป็นแบบจำลองที่ดีที่สุดสำหรับการอธิบายจลนพลศาสตร์การดูดซับซึ่งค่า R2 ถูกตั้งค่าสูงกว่าอีกสองรุ่น นอกจากนี้ยังมีความคล้ายคลึงกันระหว่างความสามารถในการดูดซับที่คำนวณได้ (QE, CAL) คำสั่งหลอกที่สองและค่าการทดลอง (QE, exp.) เป็นหลักฐานเพิ่มเติมว่าคำสั่งซื้อหลอกที่สองเป็นแบบจำลองที่ดีกว่ารุ่นอื่น ๆ ดังที่แสดงในตารางที่ 1 ค่าของα (อัตราการดูดซับเริ่มต้น) และβ (ค่าคงที่ desorption) ยืนยันว่าอัตราการดูดซับสูงกว่าอัตราการดูดซับซึ่งบ่งชี้ว่า DC มีแนวโน้มที่จะดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพในคอมโพสิต RGO/NZVI52 -
การดูดซับเชิงเส้นพล็อตจลน์ของคำสั่งหลอก-วินาที (A), คำสั่งหลอกครั้งแรก (B) และ Elovich (C) [CO = 25–100 mg L-1, pH = 7, t = 25 ° C, ปริมาณ = 0.05 G]
การศึกษาการดูดซับ isotherms ช่วยในการกำหนดความสามารถในการดูดซับของตัวดูดซับ (คอมโพสิต RGO/NRVI) ที่ความเข้มข้นของการดูดซับ (DC) และอุณหภูมิของระบบ ความสามารถในการดูดซับสูงสุดถูกคำนวณโดยใช้ Langmuir isotherm ซึ่งชี้ให้เห็นว่าการดูดซับเป็นเนื้อเดียวกันและรวมถึงการก่อตัวของ monolayer ดูดซับบนพื้นผิวของตัวดูดซับโดยไม่มีการโต้ตอบระหว่างพวกเขา 53 อีกสองรุ่น isotherm ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือรุ่น Freundlich และ Temkin แม้ว่าแบบจำลอง Freundlich ไม่ได้ใช้ในการคำนวณความสามารถในการดูดซับ แต่ก็ช่วยให้เข้าใจกระบวนการดูดซับที่แตกต่างกันและตำแหน่งงานว่างบนตัวดูดซับมีพลังงานที่แตกต่างกันในขณะที่แบบจำลอง Temkin ช่วยให้เข้าใจคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของ Adsorption54
รูปที่ 9a-c แสดงพล็อตบรรทัดของโมเดล Langmuir, Freindlich และ Temkin ตามลำดับ ค่า R2 ที่คำนวณจาก Freundlich (รูปที่ 9a) และ Langmuir (รูปที่ 9b) พล็อตและนำเสนอในตารางที่ 2 แสดงว่าการดูดซับ DC บนคอมโพสิต RGO/NZVI นั้นเป็นไปตาม Freundlich (0.996) และ Langmuir (0.988) ความสามารถในการดูดซับสูงสุด (QMAX) คำนวณโดยใช้แบบจำลอง Langmuir isotherm คือ 31.61 mg G-1 นอกจากนี้ค่าที่คำนวณได้ของปัจจัยการแยกแบบไร้มิติ (RL) อยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 (0.097) ซึ่งบ่งบอกถึงกระบวนการดูดซับที่ดี มิฉะนั้นค่าคงที่ freundlich ที่คำนวณได้ (n = 2.756) หมายถึงการตั้งค่าสำหรับกระบวนการดูดซับนี้ ตามแบบจำลองเชิงเส้นของ temkin isotherm (รูปที่ 9C) การดูดซับ DC บนคอมโพสิต RGO/NZVI เป็นกระบวนการดูดซับทางกายภาพเนื่องจาก B คือ˂ 82 kJ mol-1 (0.408) 55 แม้ว่าการดูดซับทางกายภาพมักจะเป็นสื่อกลางโดยกองกำลัง van van der Waals แต่การดูดซับกระแสโดยตรงในคอมโพสิต RGO/NZVI นั้นต้องการพลังงานการดูดซับต่ำ [56, 57]
Freundlich (a), langmuir (b), และ temkin (c) isotherms การดูดซับเชิงเส้น [CO = 25–100 mg L - 1, pH = 7, t = 25 ° C, ปริมาณ = 0.05 g] พล็อตของสมการ Van't Hoff สำหรับการดูดซับ DC โดยคอมโพสิต RGO/NZVI (D) [CO = 25–100 mg L-1, pH = 7, t = 25–55 ° C และปริมาณ = 0.05 G]
เพื่อประเมินผลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของปฏิกิริยาต่อการกำจัด DC จากคอมโพสิต RGO/NZVI พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์เช่นการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี (ΔS) การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปี (ΔH) และการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระ (ΔG) คำนวณจากสมการ 3 และ 458
โดยที่ \ ({k} _ {e} \) = \ (\ frac {{c} _ {ae}} {{c} _ {e}} \) - ความสมดุลของพื้นผิว R และ RT เป็นค่าคงที่ก๊าซและอุณหภูมิการดูดซับตามลำดับ การพล็อต ln ke กับ 1/t ให้เส้นตรง (รูปที่ 9d) ซึ่งสามารถกำหนด ∆S และ ∆H ได้
ค่าΔHเชิงลบบ่งชี้ว่ากระบวนการเป็นคายความร้อน ในทางกลับกันค่าΔHอยู่ในกระบวนการดูดซับทางกายภาพ ค่าลบΔGในตารางที่ 3 ระบุว่าการดูดซับเป็นไปได้และเป็นไปตามธรรมชาติ ค่าลบของΔSบ่งบอกถึงการสั่งซื้อโมเลกุลตัวดูดซับสูงที่อินเตอร์เฟสของเหลว (ตารางที่ 3)
ตารางที่ 4 เปรียบเทียบคอมโพสิต RGO/NZVI กับตัวดูดซับอื่น ๆ ที่รายงานในการศึกษาก่อนหน้านี้ เป็นที่ชัดเจนว่าคอมโพสิต VGO/NCVI มีความสามารถในการดูดซับสูงและอาจเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับการกำจัดยาปฏิชีวนะ DC ออกจากน้ำ นอกจากนี้การดูดซับของคอมโพสิต RGO/NZVI เป็นกระบวนการที่รวดเร็วด้วยเวลาปรับสมดุล 60 นาที คุณสมบัติการดูดซับที่ยอดเยี่ยมของคอมโพสิต RGO/NZVI สามารถอธิบายได้โดยผลเสริมฤทธิ์กันของ RGO และ NZVI
รูปที่ 10A, B แสดงให้เห็นถึงกลไกที่มีเหตุผลสำหรับการกำจัดยาปฏิชีวนะ DC โดยคอมเพล็กซ์ RGO/NZVI และ NZVI จากผลการทดลองเกี่ยวกับผลกระทบของค่า pH ต่อประสิทธิภาพของการดูดซับ DC โดยเพิ่มค่า pH จาก 3 เป็น 7 การดูดซับ DC ในคอมโพสิต RGO/NZVI ไม่ได้ถูกควบคุมโดยปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตเนื่องจากทำหน้าที่เป็น zwitterion; ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของค่า pH จึงไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการดูดซับ ต่อจากนั้นกลไกการดูดซับสามารถควบคุมได้โดยปฏิกิริยาที่ไม่ใช่อิเล็กโทรตต์เช่นพันธะไฮโดรเจนผลที่ไม่เข้ากับน้ำและการทำงานแบบสแต็กπ-πระหว่างคอมโพสิต RGO/NZVI และ DC66 เป็นที่ทราบกันดีว่ากลไกของการดูดซับอะโรมาติกบนพื้นผิวของกราฟีนแบบเลเยอร์ได้รับการอธิบายโดยการโต้ตอบแบบสแต็กπ - πเป็นแรงผลักดันหลัก คอมโพสิตเป็นวัสดุชั้นที่คล้ายกับกราฟีนที่มีการดูดซับสูงสุดที่ 233 นาโนเมตรเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงπ-π* ขึ้นอยู่กับการปรากฏตัวของแหวนอะโรมาติกสี่วงในโครงสร้างโมเลกุลของ DC adsorbate เราตั้งสมมติฐานว่ามีกลไกของการทำงานร่วมกันระหว่างπ-π-stacking ระหว่าง DC อะโรมาติก (π-electron acceptor) และภูมิภาคที่อุดมไปด้วยπ-electrons บนพื้นผิว RGO /คอมโพสิต NZVI นอกจากนี้ดังแสดงในรูปที่ 10B, การศึกษา FTIR ได้ดำเนินการเพื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลของคอมโพสิต RGO/NZVI กับ DC และสเปกตรัม FTIR ของคอมโพสิต RGO/NZVI หลังจากการดูดซับ DC แสดงในรูปที่ 10B 10b. จุดสูงสุดใหม่จะพบได้ที่ 2111 ซม. -1 ซึ่งสอดคล้องกับการสั่นสะเทือนของเฟรมเวิร์กของพันธะ C = C ซึ่งบ่งชี้ว่ามีกลุ่มการทำงานอินทรีย์ที่สอดคล้องกันบนพื้นผิวของ 67 RGO/NZVI การเปลี่ยนแปลงยอดเขาอื่น ๆ จาก 1561 เป็น 1548 cm-1 และจาก 1399 เป็น 1360 cm-1 ซึ่งยืนยันว่าการโต้ตอบπ-πมีบทบาทสำคัญในการดูดซับกราฟีนและมลพิษอินทรีย์ 68,69 หลังจากการดูดซับ DC ความเข้มของกลุ่มที่มีออกซิเจนบางกลุ่มเช่น OH ลดลงเป็น 3270 cm-1 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าพันธะไฮโดรเจนเป็นหนึ่งในกลไกการดูดซับ ดังนั้นขึ้นอยู่กับผลลัพธ์การดูดซับ DC บนคอมโพสิต RGO/NZVI เกิดขึ้นส่วนใหญ่เกิดจากการโต้ตอบการซ้อนπ-πและพันธะ H
กลไกเหตุผลของการดูดซับยาปฏิชีวนะ DC โดย RGO/NZVI และ NZVI คอมเพล็กซ์ (A) FTIR การดูดซับสเปกตรัมของ DC บน RGO/NZVI และ NZVI (B)
ความเข้มของแถบการดูดซับของ NZVI ที่ 3244, 1615, 1546 และ 1011 ซม. - 1 เพิ่มขึ้นหลังจากการดูดซับ DC ใน NZVI (รูปที่ 10B) เมื่อเทียบกับ NZVI ซึ่งควรเกี่ยวข้องกับการโต้ตอบกับกลุ่มการทำงานที่เป็นไปได้ของกลุ่มกรดคาร์บอกซิลิก อย่างไรก็ตามเปอร์เซ็นต์การส่งสัญญาณที่ต่ำกว่านี้ในแถบที่สังเกตทั้งหมดบ่งชี้ว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในประสิทธิภาพการดูดซับของการดูดซับไฟโตซินเทติก (NZVI) เมื่อเทียบกับ NZVI ก่อนกระบวนการดูดซับ จากการวิจัยการกำจัด DC บางอย่างกับ NZVI71 เมื่อ NZVI ทำปฏิกิริยากับ H2O อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาจากนั้น H+ จะถูกใช้เพื่อผลิตไฮโดรเจนที่ใช้งานได้มาก ในที่สุดสารประกอบประจุบวกบางชนิดยอมรับอิเล็กตรอนจากไฮโดรเจนที่ใช้งานได้ส่งผลให้ -c = n และ -c = c- ซึ่งเป็นผลมาจากการแยกของวงแหวนเบนซีน