Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Limitado ang suporta sa CSS sa bersyon ng browser na iyong ginagamit. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng updated na browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ire-render namin ang site nang walang mga style at JavaScript.
Sa gawaing ito, ang mga rGO/nZVI composites ay unang na-synthesize gamit ang isang simple at environment-friendly na pamamaraan gamit ang Sophora yellowish leaf extract bilang reducing agent at stabilizer upang sumunod sa mga prinsipyo ng "green" chemistry, tulad ng hindi gaanong nakakapinsalang chemical synthesis. Ilang tool ang ginamit upang mapatunayan ang matagumpay na synthesis ng mga composites, tulad ng SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, at zeta potential, na nagpapahiwatig ng matagumpay na composite fabrication. Ang kapasidad sa pag-alis ng mga nobelang composites at purong nZVI sa iba't ibang panimulang konsentrasyon ng antibiotic na doxycycline ay inihambing upang siyasatin ang synergistic effect sa pagitan ng rGO at nZVI. Sa ilalim ng mga kondisyon ng pag-alis ng 25 mg L-1, 25°C at 0.05 g, ang adsorptive removal rate ng purong nZVI ay 90%, habang ang adsorptive removal rate ng doxycycline ng rGO/nZVI composite ay umabot sa 94.6%, na nagpapatunay na ang nZVI at rGO. Ang proseso ng adsorption ay tumutugma sa isang pseudo-second order at naaayon sa modelo ng Freundlich na may pinakamataas na kapasidad ng adsorption na 31.61 mg g-1 sa 25 °C at pH 7. Isang makatwirang mekanismo para sa pag-aalis ng DC ang iminungkahi. Bukod pa rito, ang reusability ng rGO/nZVI composite ay 60% pagkatapos ng anim na magkakasunod na cycle ng regeneration.
Ang kakulangan at polusyon sa tubig ay isang seryosong banta ngayon sa lahat ng bansa. Sa mga nakaraang taon, ang polusyon sa tubig, lalo na ang polusyon sa antibiotic, ay tumaas dahil sa pagtaas ng produksyon at pagkonsumo sa panahon ng pandemya ng COVID-191,2,3. Samakatuwid, ang pagbuo ng isang epektibong teknolohiya para sa pag-aalis ng antibiotics sa wastewater ay isang agarang gawain.
Isa sa mga semi-synthetic antibiotic na lumalaban mula sa grupo ng tetracycline ay ang doxycycline (DC)4,5. Naiulat na ang mga DC residue sa tubig sa lupa at tubig sa ibabaw ay hindi maaaring ma-metabolize, 20-50% lamang ang na-metabolize at ang natitira ay inilalabas sa kapaligiran, na nagdudulot ng malubhang problema sa kapaligiran at kalusugan6.
Ang pagkakalantad sa DC sa mababang antas ay maaaring pumatay sa mga aquatic photosynthetic microorganism, magbanta sa pagkalat ng antimicrobial bacteria, at magpataas ng antimicrobial resistance, kaya ang contaminant na ito ay dapat alisin sa wastewater. Ang natural na pagkasira ng DC sa tubig ay isang napakabagal na proseso. Ang mga prosesong physico-chemical tulad ng photolysis, biodegradation at adsorption ay maaari lamang masira sa mababang konsentrasyon at sa napakababang rate7,8. Gayunpaman, ang pinaka-matipid, simple, environment-friendly, madaling gamitin at mahusay na paraan ay ang adsorption9,10.
Ang Nano zero valent iron (nZVI) ay isang napakalakas na materyal na kayang mag-alis ng maraming antibiotic mula sa tubig, kabilang ang metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol, at tetracycline. Ang kakayahang ito ay dahil sa mga kamangha-manghang katangian ng nZVI, tulad ng mataas na reaktibiti, malaking surface area, at maraming external binding sites11. Gayunpaman, ang nZVI ay madaling kapitan ng aggregation sa aqueous media dahil sa van der Wells forces at mataas na magnetic properties, na nagpapababa sa bisa nito sa pag-alis ng mga contaminant dahil sa pagbuo ng mga oxide layer na pumipigil sa reaktibiti ng nZVI10,12. Ang agglomeration ng mga nZVI particle ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagbabago ng kanilang mga ibabaw gamit ang mga surfactant at polymer o sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga ito sa iba pang nanomaterials sa anyo ng mga composite, na napatunayang isang mabisang paraan upang mapabuti ang kanilang katatagan sa kapaligiran13,14.
Ang Graphene ay isang two-dimensional carbon nanomaterial na binubuo ng sp2-hybridized carbon atoms na nakaayos sa isang honeycomb lattice. Ito ay may malaking surface area, makabuluhang mechanical strength, mahusay na electrocatalytic activity, mataas na thermal conductivity, mabilis na electron mobility, at isang angkop na carrier material upang suportahan ang mga inorganic nanoparticle sa ibabaw nito. Ang kombinasyon ng metal nanoparticles at graphene ay maaaring higit na lumampas sa mga indibidwal na benepisyo ng bawat materyal at, dahil sa superior na pisikal at kemikal na katangian nito, ay nagbibigay ng pinakamainam na distribusyon ng mga nanoparticle para sa mas mahusay na paggamot ng tubig15.
Ang mga katas ng halaman ang pinakamahusay na alternatibo sa mga mapaminsalang kemikal na reducing agent na karaniwang ginagamit sa synthesis ng reduced graphene oxide (rGO) at nZVI dahil ang mga ito ay makukuha, mura, one-step, ligtas sa kapaligiran, at maaaring gamitin bilang mga reducing agent. Ang mga flavonoid at phenolic compound ay nagsisilbi ring stabilizer. Samakatuwid, ang katas ng dahon ng Atriplex halimus L. ay ginamit bilang repairing at closing agent para sa synthesis ng rGO/nZVI composites sa pag-aaral na ito. Ang Atriplex halimus mula sa pamilyang Amaranthaceae ay isang perennial shrub na mahilig sa nitrogen na may malawak na saklaw ng heograpiya16.
Ayon sa mga magagamit na literatura, ang Atriplex halimus (A. halimus) ay unang ginamit upang gumawa ng mga rGO/nZVI composites bilang isang matipid at environment-friendly na paraan ng synthesis. Kaya, ang layunin ng gawaing ito ay binubuo ng apat na bahagi: (1) phytosynthesis ng rGO/nZVI at parental nZVI composites gamit ang A. halimus aquatic leaf extract, (2) characterization ng mga phytosynthesized composites gamit ang maraming paraan upang kumpirmahin ang kanilang matagumpay na paggawa, (3) pag-aralan ang synergistic effect ng rGO at nZVI sa adsorption at pag-alis ng mga organic contaminants ng doxycycline antibiotics sa ilalim ng iba't ibang reaction parameters, i-optimize ang mga kondisyon ng proseso ng adsorption, (3) siyasatin ang mga composite materials sa iba't ibang tuloy-tuloy na treatment pagkatapos ng processing cycle.
Ang Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, kemikal na pormulang C22H24N2O·HCl, 98%), iron chloride hexahydrate (FeCl3.6H2O, 97%), graphite powder na binili mula sa Sigma-Aldrich, USA. Ang sodium hydroxide (NaOH, 97%), ethanol (C2H5OH, 99.9%) at hydrochloric acid (HCl, 37%) ay binili mula sa Merck, USA. Ang NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 at MgCl2 ay binili mula sa Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Lahat ng reagent ay may mataas na analytical purity. Ginamit ang double-distilled water upang ihanda ang lahat ng aqueous solution.
Ang mga kinatawan na ispesimen ng A. halimus ay nakolekta mula sa kanilang natural na tirahan sa Nile Delta at mga lupain sa baybayin ng Mediterranean ng Egypt. Ang materyal ng halaman ay nakolekta alinsunod sa naaangkop na pambansa at internasyonal na mga alituntunin17. Natukoy ni Prof. Manal Fawzi ang mga ispesimen ng halaman ayon sa Boulos18, at ang Department of Environmental Sciences ng Alexandria University ay nagpapahintulot sa pagkolekta ng mga pinag-aralang uri ng halaman para sa mga layuning siyentipiko. Ang mga sample voucher ay nakaimbak sa Tanta University Herbarium (TANE), mga voucher blg. 14 122–14 127, isang pampublikong herbarium na nagbibigay ng access sa mga idinepositong materyales. Bilang karagdagan, upang maalis ang alikabok o dumi, hiwain ang mga dahon ng halaman sa maliliit na piraso, banlawan ng 3 beses gamit ang gripo at distilled water, at pagkatapos ay patuyuin sa 50°C. Dinurog ang halaman, 5 g ng pinong pulbos ay inilubog sa 100 ml ng distilled water at hinalo sa 70°C sa loob ng 20 minuto upang makakuha ng katas. Ang nakuha na katas ng Bacillus nicotianae ay sinala sa pamamagitan ng Whatman filter paper at itinago sa malinis at isterilisadong mga tubo sa 4°C para sa karagdagang paggamit.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 1, ang GO ay ginawa mula sa graphite powder gamit ang modified Hummers method. 10 mg ng GO powder ay inihalo sa 50 ml ng deionized water sa loob ng 30 minuto sa ilalim ng sonication, at pagkatapos ay 0.9 g ng FeCl3 at 2.9 g ng NaAc ang hinalo sa loob ng 60 minuto. 20 ml ng atriplex leaf extract ang idinagdag sa hinalong solusyon habang hinahalo at iniwan sa 80°C sa loob ng 8 oras. Ang nagresultang black suspension ay sinala. Ang mga inihandang nanocomposites ay hinugasan gamit ang ethanol at bidistilled water at pagkatapos ay pinatuyo sa vacuum oven sa 50°C sa loob ng 12 oras.
Mga eskematiko at digital na litrato ng berdeng sintesis ng rGO/nZVI at nZVI complexes at pag-aalis ng mga DC antibiotics mula sa kontaminadong tubig gamit ang Atriplex halimus extract.
Sa madaling salita, gaya ng ipinapakita sa Fig. 1, 10 ml ng solusyon ng iron chloride na naglalaman ng 0.05 M Fe3+ ions ay idinagdag nang patak sa 20 ml ng solusyon ng katas ng dahon ng mapait sa loob ng 60 minuto na may katamtamang pag-init at paghahalo, at pagkatapos ay isinailalim sa centrifugation ang solusyon sa 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) sa loob ng 15 minuto upang makakuha ng mga itim na partikulo, na pagkatapos ay hinugasan nang 3 beses gamit ang ethanol at distilled water at pagkatapos ay pinatuyo sa vacuum oven sa 60° C. magdamag.
Ang mga plant-synthesized na rGO/nZVI at nZVI composites ay kinilala gamit ang UV-visible spectroscopy (T70/T80 series UV/Vis spectrophotometers, PG Instruments Ltd, UK) sa scanning range na 200-800 nm. Upang masuri ang topograpiya at distribusyon ng laki ng rGO/nZVI at nZVI composites, ginamit ang TEM spectroscopy (JOEL, JEM-2100F, Japan, accelerating voltage 200 kV). Upang masuri ang mga functional group na maaaring kasangkot sa mga katas ng halaman na responsable para sa proseso ng pagbawi at pagpapanatag, isinagawa ang FT-IR spectroscopy (JASCO spectrometer sa hanay na 4000-600 cm-1). Bilang karagdagan, isang zeta potential analyzer (Zetasizer Nano ZS Malvern) ang ginamit upang pag-aralan ang surface charge ng mga na-synthesize na nanomaterials. Para sa mga pagsukat ng X-ray diffraction ng mga powdered nanomaterial, isang X-ray diffractometer (X'PERT PRO, Netherlands) ang ginamit, na gumagana sa isang current (40 mA), boltahe (45 kV) sa 2θ range mula 20° hanggang 80° at CuKa1 radiation (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). Ang energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) (model JEOL JSM-IT100) ang responsable sa pag-aaral ng elemental composition kapag kinokolekta ang Al K-α monochromatic X-rays mula -10 hanggang 1350 eV sa XPS, spot size na 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) ang transmission energy ng full spectrum ay 200 eV at ang narrow spectrum ay 50 eV. Ang powder sample ay idinidiin sa isang sample holder, na inilalagay sa isang vacuum chamber. Ang C1s spectrum ay ginamit bilang sanggunian sa 284.58 eV upang matukoy ang binding energy.
Isinagawa ang mga eksperimento sa adsorption upang masubukan ang bisa ng mga na-synthesize na rGO/nZVI nanocomposites sa pag-alis ng doxycycline (DC) mula sa mga aqueous solution. Ang mga eksperimento sa adsorption ay isinagawa sa 25 ml na Erlenmeyer flasks sa bilis ng pag-alog na 200 rpm sa isang orbital shaker (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) sa 298 K. Sa pamamagitan ng pagpapalabnaw ng DC stock solution (1000 ppm) gamit ang bidistilled water. Upang masuri ang epekto ng dosis ng rGO/nSVI sa kahusayan ng adsorption, ang mga nanocomposites na may iba't ibang timbang (0.01–0.07 g) ay idinagdag sa 20 ml ng DC solution. Upang pag-aralan ang kinetics at adsorption isotherms, 0.05 g ng adsorbent ang inilubog sa isang aqueous solution ng CD na may initial concentration (25–100 mg L–1). Ang epekto ng pH sa pag-alis ng DC ay pinag-aralan sa pH (3–11) at isang initial concentration na 50 mg L-1 sa 25°C. Ayusin ang pH ng sistema sa pamamagitan ng pagdaragdag ng kaunting HCl o NaOH solution (Crison pH meter, pH meter, pH 25). Bukod pa rito, sinuri ang impluwensya ng temperatura ng reaksyon sa mga eksperimento sa adsorption sa hanay na 25-55°C. Pinag-aralan ang epekto ng ionic strength sa proseso ng adsorption sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba't ibang konsentrasyon ng NaCl (0.01–4 mol L–1) sa panimulang konsentrasyon ng DC na 50 mg L–1, pH 3 at 7), 25°C, at isang adsorbent dose na 0.05 g. Ang adsorption ng non-adsorbed DC ay sinukat gamit ang isang dual beam UV-Vis spectrophotometer (T70/T80 series, PG Instruments Ltd, UK) na may 1.0 cm na path length quartz cuvettes sa maximum wavelengths (λmax) na 270 at 350 nm. Ang porsyento ng pag-alis ng DC antibiotics (R%; Eq. 1) at ang adsorption amount ng DC, qt, Eq. 2 (mg/g) ang sinukat gamit ang sumusunod na ekwasyon.
kung saan ang %R ay ang kapasidad sa pag-alis ng DC (%), ang Co ay ang paunang konsentrasyon ng DC sa oras na 0, at ang C ay ang konsentrasyon ng DC sa oras na t, ayon sa pagkakabanggit (mg L-1).
kung saan ang qe ay ang dami ng DC na na-adsorb sa bawat unit mass ng adsorbent (mg g-1), ang Co at Ce ay ang mga konsentrasyon sa oras na sero at sa ekwilibriyo, ayon sa pagkakabanggit (mg l-1), ang V ay ang volume ng solusyon (l), at ang m ay ang adsorption mass reagent (g).
Ang mga imahe ng SEM (Figs. 2A–C) ay nagpapakita ng lamellar morphology ng rGO/nZVI composite na may spherical iron nanoparticles na pantay na nakakalat sa ibabaw nito, na nagpapahiwatig ng matagumpay na pagkakabit ng mga nZVI NP sa ibabaw ng rGO. Bukod pa rito, may ilang mga kulubot sa dahon ng rGO, na nagpapatunay sa pag-alis ng mga grupong naglalaman ng oxygen kasabay ng pagpapanumbalik ng A. halimus GO. Ang malalaking kulubot na ito ay nagsisilbing mga lugar para sa aktibong pagkarga ng mga iron NP. Ipinakita ng mga imahe ng nZVI (Fig. 2D-F) na ang mga spherical iron NP ay napakakalat at hindi nagsama-sama, na dahil sa katangian ng patong ng mga botanical component ng plant extract. Ang laki ng particle ay iba-iba sa loob ng 15–26 nm. Gayunpaman, ang ilang mga rehiyon ay may mesoporous morphology na may istruktura ng mga umbok at cavity, na maaaring magbigay ng mataas na epektibong kapasidad ng adsorption ng nZVI, dahil maaari nilang dagdagan ang posibilidad ng pag-trap ng mga DC molecule sa ibabaw ng nZVI. Nang gamitin ang Rosa Damascus extract para sa synthesis ng nZVI, ang mga nakuha na NP ay hindi homogenous, may mga voids at iba't ibang hugis, na nagbawas sa kanilang kahusayan sa Cr(VI) adsorption at nagpapataas sa oras ng reaksyon 23. Ang mga resulta ay naaayon sa nZVI na na-synthesize mula sa mga dahon ng oak at mulberry, na pangunahing mga spherical nanoparticle na may iba't ibang laki ng nanometer nang walang halatang agglomeration.
Mga imahe ng SEM ng rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) composites at mga pattern ng EDX ng nZVI/rGO (G) at nZVI (H) composites.
Ang elementong komposisyon ng mga plant-synthesized na rGO/nZVI at nZVI composites ay pinag-aralan gamit ang EDX (Fig. 2G, H). Ipinapakita ng mga pag-aaral na ang nZVI ay binubuo ng carbon (38.29% ayon sa masa), oxygen (47.41% ayon sa masa) at iron (11.84% ayon sa masa), ngunit mayroon ding iba pang mga elemento tulad ng phosphorus24, na maaaring makuha mula sa mga katas ng halaman. Bukod pa rito, ang mataas na porsyento ng carbon at oxygen ay dahil sa pagkakaroon ng mga phytochemical mula sa mga katas ng halaman sa mga sample ng nZVI sa ilalim ng lupa. Ang mga elementong ito ay pantay na ipinamamahagi sa rGO ngunit sa iba't ibang ratio: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) at Fe (10.99 wt %), ang EDX rGO/nZVI ay nagpapakita rin ng pagkakaroon ng iba pang mga elemento tulad ng S, na maaaring maiugnay sa mga katas ng halaman, ay ginagamit. Ang kasalukuyang C:O ratio at iron content sa rGO/nZVI composite gamit ang A. halimus ay mas mainam kaysa sa paggamit ng eucalyptus leaf extract, dahil kinikilala nito ang komposisyon ng C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) at Fe (8.27 wt.%). wt %). 25. Iniulat nina Nataša et al., 2022 ang isang katulad na elemental na komposisyon ng nZVI na na-synthesize mula sa mga dahon ng oak at mulberry at kinumpirma na ang mga polyphenol group at iba pang mga molekula na nakapaloob sa leaf extract ang responsable para sa proseso ng reduction.
Ang morpolohiya ng nZVI na na-synthesize sa mga halaman (Fig. S2A,B) ay spherical at bahagyang irregular, na may average na laki ng particle na 23.09 ± 3.54 nm, gayunpaman, naobserbahan ang mga chain aggregate dahil sa van der Waals forces at ferromagnetism. Ang hugis ng particle na ito na kadalasang granular at spherical ay naaayon sa mga resulta ng SEM. Isang katulad na obserbasyon ang natagpuan nina Abdelfatah et al. noong 2021 nang gamitin ang castor bean leaf extract sa synthesis ng nZVI11. Ang mga NP ng Ruelas tuberosa leaf extract na ginamit bilang reducing agent sa nZVI ay mayroon ding spherical na hugis na may diameter na 20 hanggang 40 nm26.
Ang mga imahe ng hybrid rGO/nZVI composite TEM (Fig. S2C-D) ay nagpakita na ang rGO ay isang basal plane na may marginal folds at wrinkles na nagbibigay ng maraming loading sites para sa mga nZVI NP; kinukumpirma rin ng lamellar morphology na ito ang matagumpay na paggawa ng rGO. Bukod pa rito, ang mga nZVI NP ay may spherical na hugis na may mga laki ng particle mula 5.32 hanggang 27 nm at naka-embed sa rGO layer na may halos pare-parehong dispersion. Ginamit ang eucalyptus leaf extract upang i-synthesize ang Fe NPs/rGO; Kinumpirma rin ng mga resulta ng TEM na ang mga wrinkles sa rGO layer ay mas nagpabuti sa dispersion ng Fe NPs kaysa sa purong Fe NPs at nagpataas sa reactivity ng mga composite. Katulad na mga resulta ang nakuha nina Bagheri et al. 28 nang ang composite ay ginawa gamit ang mga ultrasonic techniques na may average na laki ng iron nanoparticle na humigit-kumulang 17.70 nm.
Ang FTIR spectra ng A. halimus, nZVI, GO, rGO, at rGO/nZVI composites ay ipinapakita sa Figs. 3A. Ang presensya ng mga surface functional group sa mga dahon ng A. halimus ay lumilitaw sa 3336 cm-1, na katumbas ng mga polyphenol, at 1244 cm-1, na katumbas ng mga carbonyl group na ginawa ng protina. Naobserbahan din ang iba pang mga grupo tulad ng mga alkane sa 2918 cm-1, mga alkene sa 1647 cm-1 at mga extension ng CO-O-CO sa 1030 cm-1, na nagmumungkahi ng presensya ng mga bahagi ng halaman na nagsisilbing mga sealing agent at responsable para sa pagbawi mula sa Fe2+ hanggang Fe0 at GO hanggang rGO29. Sa pangkalahatan, ang mga nZVI spectra ay nagpapakita ng parehong mga peak ng pagsipsip tulad ng mga mapait na asukal, ngunit may bahagyang pagbabago sa posisyon. Isang matinding banda ang lumilitaw sa 3244 cm-1 na nauugnay sa mga OH stretching vibrations (phenols), ang peak sa 1615 ay katumbas ng C=C, at ang mga banda sa 1546 at 1011 cm-1 ay lumilitaw dahil sa pag-unat ng C=O (polyphenols at flavonoids), CN-groups ng aromatic amines at aliphatic amines ay naobserbahan din sa 1310 cm-1 at 1190 cm-1, ayon sa pagkakabanggit13. Ang FTIR spectrum ng GO ay nagpapakita ng presensya ng maraming high-intensity oxygen-containing groups, kabilang ang alkoxy (CO) stretching band sa 1041 cm-1, ang epoxy (CO) stretching band sa 1291 cm-1, at C=O stretch. Lumitaw ang isang banda ng mga vibration na lumalawak na C=C sa 1619 cm-1, isang banda sa 1708 cm-1 at isang malawak na banda ng mga vibration na lumalawak na OH group sa 3384 cm-1, na kinumpirma ng pinahusay na pamamaraan ng Hummers, na matagumpay na nag-o-oxidize sa proseso ng graphite. Kapag inihahambing ang mga composite ng rGO at rGO/nZVI sa mga GO spectra, ang intensity ng ilang mga grupong naglalaman ng oxygen, tulad ng OH sa 3270 cm-1, ay makabuluhang nabawasan, habang ang iba, tulad ng C=O sa 1729 cm-1, ay ganap na nabawasan. Naglaho, na nagpapahiwatig ng matagumpay na pag-alis ng mga functional group na naglalaman ng oxygen sa GO ng katas ng A. halimus. May mga bagong matutulis na katangiang peak ng rGO sa tensyon ng C=C na naobserbahan sa bandang 1560 at 1405 cm-1, na kinukumpirma ang pagbawas ng GO sa rGO. Naobserbahan ang mga pagkakaiba-iba mula 1043 hanggang 1015 cm-1 at mula 982 hanggang 918 cm-1, posibleng dahil sa pagsasama ng materyal ng halaman31,32. Naobserbahan din nina Weng et al., 2018 ang isang makabuluhang paghina ng mga oxygenated functional group sa GO, na nagpapatunay sa matagumpay na pagbuo ng rGO sa pamamagitan ng bioreduction, dahil ang mga katas ng dahon ng eucalyptus, na ginamit upang i-synthesize ang mga reduced iron graphene oxide composites, ay nagpakita ng mas malapit na FTIR spectra ng mga functional group ng bahagi ng halaman.33.
A. FTIR spectrum ng gallium, nZVI, rGO, GO, composite rGO/nZVI (A). Roentgenogrammy composites rGO, GO, nZVI at rGO/nZVI (B).
Ang pagbuo ng rGO/nZVI at nZVI composites ay higit na nakumpirma ng mga X-ray diffraction pattern (Fig. 3B). Isang mataas na intensidad na Fe0 peak ang naobserbahan sa 2Ɵ 44.5°, na katumbas ng index (110) (JCPDS no. 06–0696)11. Ang isa pang peak sa 35.1° ng (311) plane ay maiuugnay sa magnetite Fe3O4, ang 63.2° ay maaaring nauugnay sa Miller index ng (440) plane dahil sa presensya ng ϒ-FeOOH (JCPDS no. 17-0536)34. Ang X-ray pattern ng GO ay nagpapakita ng matalim na peak sa 2Ɵ 10.3° at isa pang peak sa 21.1°, na nagpapahiwatig ng kumpletong pag-exfoliate ng graphite at nagpapakita ng presensya ng mga oxygen-containing group sa ibabaw ng GO35. Naitala ng mga composite pattern ng rGO at rGO/nZVI ang pagkawala ng mga katangiang GO peak at ang pagbuo ng malalawak na rGO peak sa 2Ɵ 22.17 at 24.7° para sa mga rGO at rGO/nZVI composites, ayon sa pagkakabanggit, na nagpatunay sa matagumpay na pagbawi ng GO sa pamamagitan ng mga katas ng halaman. Gayunpaman, sa composite rGO/nZVI pattern, ang mga karagdagang peak na nauugnay sa lattice plane ng Fe0 (110) at bcc Fe0 (200) ay naobserbahan sa 44.9\(^\circ\) at 65.22\(^\circ\), ayon sa pagkakabanggit.
Ang zeta potential ay ang potential sa pagitan ng isang ionic layer na nakakabit sa ibabaw ng isang particle at isang aqueous solution na tumutukoy sa mga electrostatic properties ng isang materyal at sumusukat sa stability nito37. Ang Zeta potential analysis ng mga plant-synthesized na nZVI, GO, at rGO/nZVI composites ay nagpakita ng kanilang stability dahil sa pagkakaroon ng mga negative charge na -20.8, -22, at -27.4 mV, ayon sa pagkakabanggit, sa kanilang ibabaw, tulad ng ipinapakita sa Figure S1A-C. . Ang ganitong mga resulta ay naaayon sa ilang mga ulat na binabanggit na ang mga solusyon na naglalaman ng mga particle na may mga zeta potential value na mas mababa sa -25 mV sa pangkalahatan ay nagpapakita ng mataas na antas ng stability dahil sa electrostatic repulsion sa pagitan ng mga particle na ito. Ang kumbinasyon ng rGO at nZVI ay nagbibigay-daan sa composite na makakuha ng mas maraming negative charges at sa gayon ay may mas mataas na stability kaysa sa GO o nZVI lamang. Samakatuwid, ang phenomenon ng electrostatic repulsion ay hahantong sa pagbuo ng stable na rGO/nZVI39 composites. Ang negative surface ng GO ay nagbibigay-daan dito na pantay na maipakalat sa isang aqueous medium nang walang agglomeration, na lumilikha ng mga kanais-nais na kondisyon para sa interaksyon sa nZVI. Ang negatibong karga ay maaaring nauugnay sa presensya ng iba't ibang functional groups sa bitter melon extract, na nagpapatunay din sa interaksyon sa pagitan ng GO at iron precursors at ng plant extract upang mabuo ang rGO at nZVI, ayon sa pagkakabanggit, at ang rGO/nZVI complex. Ang mga plant compound na ito ay maaari ring magsilbing capping agent, dahil pinipigilan nila ang pagsasama-sama ng mga nagresultang nanoparticles at sa gayon ay pinapataas ang kanilang katatagan40.
Ang elementong komposisyon at mga estado ng valence ng mga composites na nZVI at rGO/nZVI ay natukoy gamit ang XPS (Larawan 4). Ipinakita ng pangkalahatang pag-aaral ng XPS na ang composite na rGO/nZVI ay pangunahing binubuo ng mga elementong C, O, at Fe, na naaayon sa EDS mapping (Larawan 4F–H). Ang spectrum ng C1s ay binubuo ng tatlong peak sa 284.59 eV, 286.21 eV at 288.21 eV na kumakatawan sa CC, CO at C=O, ayon sa pagkakabanggit. Ang spectrum ng O1s ay hinati sa tatlong peak, kabilang ang 531.17 eV, 532.97 eV, at 535.45 eV, na itinalaga sa mga grupong O=CO, CO, at NO, ayon sa pagkakabanggit. Gayunpaman, ang mga peak sa 710.43, 714.57 at 724.79 eV ay tumutukoy sa Fe 2p3/2, Fe+3 at Fe p1/2, ayon sa pagkakabanggit. Ang XPS spectra ng nZVI (Fig. 4C-E) ay nagpakita ng mga peak para sa mga elementong C, O, at Fe. Ang mga peak sa 284.77, 286.25, at 287.62 eV ay nagpapatunay sa presensya ng mga iron-carbon alloy, dahil tumutukoy ang mga ito sa CC, C-OH, at CO, ayon sa pagkakabanggit. Ang O1s spectrum ay tumutugma sa tatlong peak na C–O/iron carbonate (531.19 eV), hydroxyl radical (532.4 eV) at O–C=O (533.47 eV). Ang peak sa 719.6 ay maiuugnay sa Fe0, habang ang FeOOH ay nagpapakita ng mga peak sa 717.3 at 723.7 eV, bilang karagdagan, ang peak sa 725.8 eV ay nagpapahiwatig ng presensya ng Fe2O342.43.
Mga pag-aaral ng XPS ng mga composite ng nZVI at rGO/nZVI, ayon sa pagkakabanggit (A, B). Kumpletong spectra ng nZVI C1s (C), Fe2p (D), at O1s (E) at rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) composite.
Ang N2 adsorption/desorption isotherm (Fig. 5A, B) ay nagpapakita na ang nZVI at rGO/nZVI composites ay kabilang sa type II. Bukod pa rito, ang specific surface area (SBET) ng nZVI ay tumaas mula 47.4549 patungong 152.52 m2/g pagkatapos ng rGO blinding. Ang resultang ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pagbaba ng magnetic properties ng nZVI pagkatapos ng rGO blinding, sa gayon ay binabawasan ang particle aggregation at pinapataas ang surface area ng mga composites. Bukod pa rito, gaya ng ipinapakita sa Fig. 5C, ang pore volume (8.94 nm) ng rGO/nZVI composite ay mas mataas kaysa sa orihinal na nZVI (2.873 nm). Ang resultang ito ay naaayon kay El-Monaem et al. 45.
Upang masuri ang kapasidad ng adsorption na alisin ang DC sa pagitan ng mga rGO/nZVI composites at ng orihinal na nZVI depende sa pagtaas ng inisyal na konsentrasyon, isang paghahambing ang ginawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang pare-parehong dosis ng bawat adsorbent (0.05 g) sa DC sa iba't ibang inisyal na konsentrasyon. Sinuri ang solusyon [25]. –100 mg l–1] sa 25°C. Ipinakita ng mga resulta na ang kahusayan sa pag-alis (94.6%) ng rGO/nZVI composite ay mas mataas kaysa sa orihinal na nZVI (90%) sa mas mababang konsentrasyon (25 mg L-1). Gayunpaman, nang ang panimulang konsentrasyon ay tumaas sa 100 mg L-1, ang kahusayan sa pag-alis ng rGO/nZVI at parental nZVI ay bumaba sa 70% at 65%, ayon sa pagkakabanggit (Larawan 6A), na maaaring dahil sa mas kaunting aktibong site at pagkasira ng mga particle ng nZVI. Sa kabaligtaran, ang rGO/nZVI ay nagpakita ng mas mataas na kahusayan sa pag-alis ng DC, na maaaring dahil sa isang synergistic na epekto sa pagitan ng rGO at nZVI, kung saan ang mga matatag na aktibong site na magagamit para sa adsorption ay mas mataas, at sa kaso ng rGO/nZVI, mas maraming DC ang maaaring ma-adsorb kaysa sa buo na nZVI. Bukod pa rito, sa fig. 6B ay nagpapakita na ang kapasidad ng adsorption ng rGO/nZVI at nZVI composites ay tumaas mula 9.4 mg/g hanggang 30 mg/g at 9 mg/g, ayon sa pagkakabanggit, na may pagtaas sa paunang konsentrasyon mula 25–100 mg/L. -1.1 hanggang 28.73 mg g-1. Samakatuwid, ang rate ng pag-alis ng DC ay negatibong nauugnay sa paunang konsentrasyon ng DC, na dahil sa limitadong bilang ng mga reaction center na sinusuportahan ng bawat adsorbent para sa adsorption at pag-alis ng DC sa solusyon. Kaya, maaaring mahinuha mula sa mga resultang ito na ang mga rGO/nZVI composites ay may mas mataas na kahusayan ng adsorption at reduction, at ang rGO sa komposisyon ng rGO/nZVI ay maaaring gamitin bilang isang adsorbent at bilang isang carrier material.
Ang kahusayan sa pag-alis at kapasidad ng adsorption ng DC para sa rGO/nZVI at nZVI composite ay (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, dosis = 0.05 g], pH. sa kapasidad ng adsorption at kahusayan sa pag-alis ng DC sa mga rGO/nZVI composite (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, dosis = 0.05 g].
Ang pH ng solusyon ay isang kritikal na salik sa pag-aaral ng mga proseso ng adsorption, dahil nakakaapekto ito sa antas ng ionization, speciation, at ionization ng adsorbent. Isinagawa ang eksperimento sa 25°C na may pare-parehong dosis ng adsorbent (0.05 g) at isang panimulang konsentrasyon na 50 mg L-1 sa hanay ng pH (3–11). Ayon sa isang pagsusuri sa literatura46, ang DC ay isang amphiphilic molecule na may ilang ionizable functional groups (phenols, amino groups, alcohols) sa iba't ibang antas ng pH. Bilang resulta, ang iba't ibang tungkulin ng DC at ang mga kaugnay na istruktura sa ibabaw ng rGO/nZVI composite ay maaaring makipag-ugnayan nang electrostatic at maaaring umiral bilang mga cation, zwitterion, at anion, ang molekula ng DC ay umiral bilang cationic (DCH3+) sa pH < 3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 at anionic (DCH− o DC2−) sa PH 7.7. Bilang resulta, ang iba't ibang tungkulin ng DC at ang mga kaugnay na istruktura sa ibabaw ng rGO/nZVI composite ay maaaring makipag-ugnayan nang electrostatic at maaaring umiral bilang mga cation, zwitterion, at anion, ang molekula ng DC ay umiral bilang cationic (DCH3+) sa pH < 3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 at anionic (DCH- o DC2-) sa PH 7.7. В результате различные функции ДК at связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могут взативоткистрод и могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в виде катиона (DCH3,р3+), <3 цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 at анионный (DCH- o DC2-) sa pH 7,7. Bilang resulta, ang iba't ibang tungkulin ng DC at mga kaugnay na istruktura sa ibabaw ng rGO/nZVI composite ay maaaring makipag-ugnayan nang electrostatic at maaaring umiral sa anyo ng mga cation, zwitterion, at anion; ang molekula ng DC ay umiiral bilang isang cation (DCH3+) sa pH < 3.3; ionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 at anionic (DCH- o DC2-) sa 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 种 功能 和 和 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 可能 会 可能 会 可生并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 时 阳离子 阳筐子 阳筐阳离子 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-) 在PH 7.7. Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI могут вступлестеть взаимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионы катионы катионов и анионов 3,3. Samakatuwid, ang iba't ibang tungkulin ng DC at mga kaugnay na istruktura sa ibabaw ng rGO/nZVI composite ay maaaring pumasok sa mga electrostatic interaction at umiiral sa anyo ng mga cation, zwitterion, at anion, habang ang mga DC molecule ay cationic (DCH3+) sa pH < 3.3. Он существует виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 at аниона (DCH- o DC2-) sa pH 7,7. Ito ay umiiral bilang isang zwitterion (DCH20) sa 3.3 < pH < 7.7 at isang anion (DCH- o DC2-) sa pH 7.7.Sa pagtaas ng pH mula 3 patungong 7, ang kapasidad ng adsorption at kahusayan ng pag-alis ng DC ay tumaas mula 11.2 mg/g (56%) hanggang 17 mg/g (85%) (Fig. 6C). Gayunpaman, habang tumataas ang pH sa 9 at 11, ang kapasidad ng adsorption at kahusayan ng pag-alis ay bahagyang bumaba, mula 10.6 mg/g (53%) hanggang 6 mg/g (30%), ayon sa pagkakabanggit. Sa pagtaas ng pH mula 3 patungong 7, ang mga DC ay pangunahing umiiral sa anyo ng mga zwitterion, na naging dahilan upang halos hindi sila maakit o maitaboy ng electrostatic gamit ang mga rGO/nZVI composites, pangunahin na sa pamamagitan ng electrostatic interaction. Habang tumataas ang pH sa itaas ng 8.2, ang ibabaw ng adsorbent ay negatibong naka-charge, kaya ang kapasidad ng adsorption ay bumaba nang bumaba dahil sa electrostatic repulsion sa pagitan ng negatibong naka-charge na doxycycline at ng ibabaw ng adsorbent. Ang trend na ito ay nagmumungkahi na ang DC adsorption sa rGO/nZVI composites ay lubos na nakadepende sa pH, at ipinapahiwatig din ng mga resulta na ang rGO/nZVI composites ay angkop bilang adsorbent sa ilalim ng acidic at neutral na mga kondisyon.
Ang epekto ng temperatura sa adsorption ng isang aqueous solution ng DC ay isinagawa sa (25–55°C). Ipinapakita ng Figure 7A ang epekto ng pagtaas ng temperatura sa kahusayan sa pag-alis ng mga DC antibiotic sa rGO/nZVI, malinaw na ang kapasidad sa pag-alis at kapasidad sa adsorption ay tumaas mula 83.44% at 13.9 mg/g hanggang 47% at 7.83 mg/g, ayon sa pagkakabanggit. Ang makabuluhang pagbaba na ito ay maaaring dahil sa pagtaas ng thermal energy ng mga DC ion, na humahantong sa desorption47.
Epekto ng Temperatura sa Kahusayan sa Pag-alis at Kapasidad ng Adsorption ng CD sa mga Composites ng rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dosis = 0.05 g], Dosis ng Adsorbent sa Kahusayan sa Pag-alis at Kahusayan sa Pag-alis ng CD Epekto ng Paunang Konsentrasyon sa kapasidad ng adsorption at kahusayan ng pag-alis ng DC sa composite ng rGO/nSVI (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0.05 g].
Ang epekto ng pagtaas ng dosis ng composite adsorbent rGO/nZVI mula 0.01 g hanggang 0.07 g sa kahusayan sa pag-alis at kapasidad ng adsorption ay ipinapakita sa Fig. 7B. Ang pagtaas sa dosis ng adsorbent ay humantong sa pagbaba sa kapasidad ng adsorption mula 33.43 mg/g hanggang 6.74 mg/g. Gayunpaman, sa pagtaas ng dosis ng adsorbent mula 0.01 g hanggang 0.07 g, ang kahusayan sa pag-alis ay tumataas mula 66.8% hanggang 96%, na, ayon dito, ay maaaring nauugnay sa pagtaas ng bilang ng mga aktibong sentro sa ibabaw ng nanocomposite.
Pinag-aralan ang epekto ng panimulang konsentrasyon sa kapasidad ng adsorption at kahusayan sa pag-alis [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, dosis 0.05 g]. Nang ang panimulang konsentrasyon ay tumaas mula 25 mg L-1 patungong 100 mg L-1, ang porsyento ng pag-alis ng rGO/nZVI composite ay bumaba mula 94.6% patungong 65% (Fig. 7C), marahil dahil sa kawalan ng ninanais na aktibong site. . Sumisipsip ng malalaking konsentrasyon ng DC49. Sa kabilang banda, habang tumataas ang panimulang konsentrasyon, ang kapasidad ng adsorption ay tumaas din mula 9.4 mg/g patungong 30 mg/g hanggang sa maabot ang ekwilibriyo (Fig. 7D). Ang hindi maiiwasang reaksyong ito ay dahil sa pagtaas ng puwersang nagtutulak na may panimulang konsentrasyon ng DC na mas malaki kaysa sa resistensya ng paglipat ng masa ng ion ng DC upang maabot ang ibabaw 50 ng rGO/nZVI composite.
Nilalayon ng mga pag-aaral sa oras ng pakikipag-ugnayan at kinetic na maunawaan ang oras ng ekwilibriyo ng adsorption. Una, ang dami ng DC na na-adsorb sa unang 40 minuto ng oras ng pakikipag-ugnayan ay humigit-kumulang kalahati ng kabuuang dami na na-adsorb sa buong oras (100 minuto). Habang ang mga molekula ng DC sa solusyon ay nagbabanggaan na nagiging sanhi ng mabilis na paglipat ng mga ito sa ibabaw ng rGO/nZVI composite na nagresulta sa makabuluhang adsorption. Pagkatapos ng 40 minuto, ang DC adsorption ay unti-unting tumaas at dahan-dahan hanggang sa maabot ang ekwilibriyo pagkatapos ng 60 minuto (Fig. 7D). Dahil ang isang makatwirang dami ay na-adsorb sa loob ng unang 40 minuto, magkakaroon ng mas kaunting banggaan sa mga molekula ng DC at mas kaunting aktibong site ang magiging magagamit para sa mga molekulang hindi na-adsorb. Samakatuwid, maaaring mabawasan ang adsorption rate51.
Upang mas maunawaan ang adsorption kinetics, ginamit ang mga line plot ng pseudo first order (Fig. 8A), pseudo second order (Fig. 8B), at Elovich (Fig. 8C) kinetic models. Mula sa mga parameter na nakuha mula sa mga kinetic studies (Table S1), nagiging malinaw na ang pseudosecond model ang pinakamahusay na modelo para sa paglalarawan ng adsorption kinetics, kung saan ang R2 value ay nakatakda nang mas mataas kaysa sa iba pang dalawang modelo. Mayroon ding pagkakatulad sa pagitan ng kinakalkulang adsorption capacities (qe, cal). Ang pseudo-second order at ang mga experimental values (qe, exp.) ay karagdagang ebidensya na ang pseudo-second order ay isang mas mahusay na modelo kaysa sa iba pang mga modelo. Gaya ng ipinapakita sa Table 1, ang mga halaga ng α (initial adsorption rate) at β (desorption constant) ay nagpapatunay na ang adsorption rate ay mas mataas kaysa sa desorption rate, na nagpapahiwatig na ang DC ay may posibilidad na mag-adsorb nang mahusay sa rGO/nZVI52 composite.
Mga linear adsorption kinetic plot ng pseudo-second order (A), pseudo-first order (B) at Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0.05 g].
Ang mga pag-aaral sa mga isotherm ng adsorption ay nakakatulong upang matukoy ang kapasidad ng adsorption ng adsorbent (RGO/nRVI composite) sa iba't ibang konsentrasyon ng adsorbate (DC) at temperatura ng sistema. Ang pinakamataas na kapasidad ng adsorption ay kinalkula gamit ang Langmuir isotherm, na nagpapahiwatig na ang adsorption ay homogenous at kasama ang pagbuo ng isang adsorbate monolayer sa ibabaw ng adsorbent nang walang interaksyon sa pagitan ng mga ito53. Dalawa pang malawakang ginagamit na mga modelo ng isotherm ay ang mga modelo ng Freundlich at Temkin. Bagama't ang modelo ng Freundlich ay hindi ginagamit upang kalkulahin ang kapasidad ng adsorption, nakakatulong ito upang maunawaan ang heterogeneous na proseso ng adsorption at na ang mga bakante sa adsorbent ay may iba't ibang enerhiya, habang ang modelo ng Temkin ay nakakatulong upang maunawaan ang mga pisikal at kemikal na katangian ng adsorption54.
Ipinapakita ng mga Figure 9A-C ang mga line plot ng mga modelong Langmuir, Freindlich, at Temkin, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga halaga ng R2 na kinalkula mula sa mga line plot ng Freundlich (Fig. 9A) at Langmuir (Fig. 9B) at ipinakita sa Table 2 ay nagpapakita na ang DC adsorption sa rGO/nZVI composite ay sumusunod sa mga modelong isotherm ng Freundlich (0.996) at Langmuir (0.988) at Temkin (0.985). Ang maximum adsorption capacity (qmax), na kinalkula gamit ang modelong isotherm ng Langmuir, ay 31.61 mg g-1. Bukod pa rito, ang kinalkulang halaga ng dimensionless separation factor (RL) ay nasa pagitan ng 0 at 1 (0.097), na nagpapahiwatig ng isang kanais-nais na proseso ng adsorption. Kung hindi, ang kinalkulang Freundlich constant (n = 2.756) ay nagpapahiwatig ng kagustuhan para sa prosesong ito ng pagsipsip. Ayon sa linear model ng Temkin isotherm (Fig. 9C), ang adsorption ng DC sa rGO/nZVI composite ay isang proseso ng pisikal na adsorption, dahil ang b ay ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. Bagama't ang pisikal na adsorption ay karaniwang namamagitan sa mahinang pwersa ng van der Waals, ang direct current adsorption sa rGO/nZVI composite ay nangangailangan ng mababang enerhiya ng adsorption [56, 57].
Mga linear adsorption isotherm nina Freundlich (A), Langmuir (B), at Temkin (C) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0.05 g]. Plot ng van't Hoff equation para sa DC adsorption sa pamamagitan ng rGO/nZVI composites (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C at dosis = 0.05 g].
Upang masuri ang epekto ng pagbabago ng temperatura ng reaksyon sa pag-alis ng DC mula sa mga composite ng rGO/nZVI, ang mga thermodynamic parameter tulad ng pagbabago ng entropy (ΔS), pagbabago ng enthalpy (ΔH), at pagbabago ng libreng enerhiya (ΔG) ay kinalkula mula sa mga equation. 3 at 458.
kung saan ang \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – thermodynamic equilibrium constant, Ce at CAe – rGO sa solusyon, ayon sa pagkakabanggit /nZVI DC concentrations sa surface equilibrium. Ang R at RT ay ang gas constant at adsorption temperature, ayon sa pagkakabanggit. Ang pag-plot ng ln Ke laban sa 1/T ay nagbibigay ng tuwid na linya (Fig. 9D) kung saan maaaring matukoy ang ∆S at ∆H.
Ang negatibong halaga ng ΔH ay nagpapahiwatig na ang proseso ay exothermic. Sa kabilang banda, ang halaga ng ΔH ay nasa loob ng proseso ng pisikal na adsorption. Ang mga negatibong halaga ng ΔG sa Table 3 ay nagpapahiwatig na ang adsorption ay posible at kusang nangyayari. Ang mga negatibong halaga ng ΔS ay nagpapahiwatig ng mataas na pagkakasunod-sunod ng mga molekula ng adsorbent sa liquid interface (Table 3).
Inihahambing ng Talahanayan 4 ang rGO/nZVI composite sa iba pang mga adsorbent na naiulat sa mga nakaraang pag-aaral. Malinaw na ang VGO/nCVI composite ay may mataas na kapasidad sa adsorption at maaaring isang promising na materyal para sa pag-alis ng mga DC antibiotic mula sa tubig. Bukod pa rito, ang adsorption ng rGO/nZVI composite ay isang mabilis na proseso na may oras ng equilibration na 60 minuto. Ang mahusay na mga katangian ng adsorption ng rGO/nZVI composite ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng synergistic effect ng rGO at nZVI.
Inilalarawan ng mga Larawan 10A at B ang makatwirang mekanismo para sa pag-alis ng mga DC antibiotic sa pamamagitan ng mga rGO/nZVI at nZVI complex. Ayon sa mga resulta ng mga eksperimento sa epekto ng pH sa kahusayan ng DC adsorption, na may pagtaas ng pH mula 3 hanggang 7, ang DC adsorption sa rGO/nZVI composite ay hindi kinokontrol ng mga electrostatic interaction, dahil ito ay gumanap bilang isang zwitterion; samakatuwid, ang pagbabago sa halaga ng pH ay hindi nakakaapekto sa proseso ng adsorption. Kasunod nito, ang mekanismo ng adsorption ay maaaring kontrolin ng mga non-electrostatic interaction tulad ng hydrogen bonding, hydrophobic effect, at π-π stacking interaction sa pagitan ng rGO/nZVI composite at DC66. Kilalang-kilala na ang mekanismo ng mga aromatic adsorbates sa mga ibabaw ng layered graphene ay ipinaliwanag ng π–π stacking interaction bilang pangunahing puwersang nagtutulak. Ang composite ay isang layered material na katulad ng graphene na may absorption maximum sa 233 nm dahil sa π-π* transition. Batay sa presensya ng apat na aromatic rings sa istrukturang molekular ng DC adsorbate, naghipotesis kami na mayroong mekanismo ng π-π-stacking interaction sa pagitan ng aromatic DC (π-electron acceptor) at ng rehiyon na mayaman sa π-electrons sa ibabaw ng RGO. /nZVI composites. Bukod pa rito, gaya ng ipinapakita sa fig. 10B, isinagawa ang mga pag-aaral ng FTIR upang pag-aralan ang molekular na interaksyon ng rGO/nZVI composites sa DC, at ang FTIR spectra ng rGO/nZVI composites pagkatapos ng DC adsorption ay ipinapakita sa Figure 10B. 10b. Isang bagong peak ang naobserbahan sa 2111 cm-1, na tumutugma sa framework vibration ng C=C bond, na nagpapahiwatig ng presensya ng kaukulang organic functional groups sa ibabaw ng 67 rGO/nZVI. Ang ibang mga peak ay nagbabago mula 1561 patungong 1548 cm-1 at mula 1399 patungong 1360 cm-1, na nagpapatunay din na ang mga interaksyon ng π-π ay may mahalagang papel sa adsorption ng graphene at mga organikong pollutant68,69. Pagkatapos ng DC adsorption, ang intensity ng ilang mga grupong naglalaman ng oxygen, tulad ng OH, ay bumaba sa 3270 cm-1, na nagmumungkahi na ang hydrogen bonding ay isa sa mga mekanismo ng adsorption. Kaya, batay sa mga resulta, ang DC adsorption sa rGO/nZVI composite ay nangyayari pangunahin dahil sa mga interaksyon ng π-π stacking at mga H-bond.
Makatwirang mekanismo ng adsorption ng mga DC antibiotic sa pamamagitan ng rGO/nZVI at nZVI complexes (A). FTIR adsorption spectra ng DC sa rGO/nZVI at nZVI (B).
Ang intensidad ng mga absorption band ng nZVI sa 3244, 1615, 1546, at 1011 cm–1 ay tumaas pagkatapos ng DC adsorption sa nZVI (Fig. 10B) kumpara sa nZVI, na dapat ay may kaugnayan sa interaksyon sa mga posibleng functional group ng carboxylic acid O groups sa DC. Gayunpaman, ang mas mababang porsyento ng transmission sa lahat ng naobserbahang band ay nagpapahiwatig ng walang makabuluhang pagbabago sa adsorption efficiency ng phytosynthetic adsorbent (nZVI) kumpara sa nZVI bago ang proseso ng adsorption. Ayon sa ilang pananaliksik sa pag-alis ng DC gamit ang nZVI71, kapag ang nZVI ay nag-react sa H2O, ang mga electron ay inilalabas at pagkatapos ay ginagamit ang H+ upang makagawa ng highly reducible active hydrogen. Panghuli, ang ilang cationic compound ay tumatanggap ng mga electron mula sa active hydrogen, na nagreresulta sa -C=N at -C=C-, na maiuugnay sa paghahati ng benzene ring.
Oras ng pag-post: Nob-14-2022