Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümü sınırlı CSS desteğine sahiptir. En iyi deneyim için güncel bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modu'nu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli destek sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan sunacağız.
Bu çalışmada, "yeşil" kimyanın, örneğin daha az zararlı kimyasal sentezin prensiplerine uymak amacıyla, indirgeyici madde ve stabilizatör olarak Sophora sarımsı yaprak özütü kullanılarak basit ve çevre dostu bir prosedür kullanılarak rGO/nZVI kompozitleri ilk kez sentezlendi. Kompozitlerin başarılı sentezini doğrulamak için SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR ve başarılı kompozit üretimini gösteren zeta potansiyeli gibi çeşitli araçlar kullanıldı. rGO ve nZVI arasındaki sinerjik etkiyi araştırmak amacıyla, yeni kompozitlerin ve saf nZVI'nin çeşitli başlangıç konsantrasyonlarındaki antibiyotik doksisiklinin giderim kapasitesi karşılaştırıldı. 25 mg L-1, 25 °C ve 0,05 g giderim koşulları altında, saf nZVI'nin adsorptif giderim oranı %90 iken, rGO/nZVI kompoziti tarafından doksisiklinin adsorptif giderim oranı %94,6'ya ulaştı ve nZVI ve rGO'nun doğrulandığını doğruladı. Adsorpsiyon süreci, sözde ikinci mertebedendir ve 25 °C ve pH 7'de maksimum 31,61 mg g-1 adsorpsiyon kapasitesiyle Freundlich modeliyle büyük ölçüde uyumludur. DC'nin uzaklaştırılması için makul bir mekanizma önerilmiştir. Ayrıca, rGO/nZVI kompozitinin tekrar kullanılabilirliği, altı ardışık rejenerasyon döngüsünden sonra %60 olmuştur.
Su kıtlığı ve kirliliği artık tüm ülkeler için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Son yıllarda, COVID-19 pandemisi sırasında artan üretim ve tüketim nedeniyle su kirliliği, özellikle antibiyotik kirliliği artmıştır1,2,3. Bu nedenle, atık sulardaki antibiyotiklerin giderilmesi için etkili bir teknolojinin geliştirilmesi acil bir görevdir.
Tetrasiklin grubundan dirençli yarı sentetik antibiyotiklerden biri de doksisiklindir (DC)4,5. Yeraltı ve yüzey sularındaki DC kalıntılarının metabolize edilemediği, sadece %20-50'sinin metabolize edildiği, geri kalanının ise çevreye salındığı, ciddi çevre ve sağlık sorunlarına yol açtığı bildirilmiştir6.
Düşük seviyelerde DC'ye maruz kalmak, suda yaşayan fotosentetik mikroorganizmaları öldürebilir, antimikrobiyal bakterilerin yayılmasını tehdit edebilir ve antimikrobiyal direnci artırabilir, bu nedenle bu kirleticinin atık sudan uzaklaştırılması gerekir. DC'nin sudaki doğal bozunması çok yavaş bir süreçtir. Fotoliz, biyolojik bozunma ve adsorpsiyon gibi fiziko-kimyasal süreçler yalnızca düşük konsantrasyonlarda ve çok düşük hızlarda bozunabilir7,8. Ancak en ekonomik, basit, çevre dostu, kullanımı kolay ve verimli yöntem adsorpsiyondur9,10.
Nano sıfır değerlikli demir (nZVI), metronidazol, diazepam, siprofloksasin, kloramfenikol ve tetrasiklin dahil olmak üzere sudan birçok antibiyotiği uzaklaştırabilen çok güçlü bir malzemedir. Bu yetenek, nZVI'nın yüksek reaktivite, geniş yüzey alanı ve çok sayıda harici bağlanma noktası gibi sahip olduğu şaşırtıcı özelliklerden kaynaklanmaktadır11. Ancak nZVI, van der Wells kuvvetleri ve yüksek manyetik özellikleri nedeniyle sulu ortamda agregasyona eğilimlidir ve bu da nZVI'nın reaktivitesini engelleyen oksit tabakalarının oluşumu nedeniyle kirleticileri uzaklaştırmadaki etkinliğini azaltır10,12. nZVI parçacıklarının aglomerasyonu, yüzeylerinin yüzey aktif maddeler ve polimerlerle modifiye edilmesi veya bunların kompozit formunda diğer nanomalzemelerle birleştirilmesiyle azaltılabilir; bu, çevresel kararlılıklarını artırmak için uygulanabilir bir yaklaşım olduğu kanıtlanmıştır13,14.
Grafen, sp2 hibritlenmiş karbon atomlarının petek örgüsü şeklinde dizilmesiyle oluşan iki boyutlu bir karbon nanomalzemesidir. Geniş bir yüzey alanına, önemli mekanik mukavemete, mükemmel elektrokatalitik aktiviteye, yüksek ısıl iletkenliğe, hızlı elektron hareketliliğine ve yüzeyindeki inorganik nanopartikülleri desteklemek için uygun bir taşıyıcı malzemeye sahiptir. Metal nanopartiküller ve grafenin birleşimi, her bir malzemenin bireysel faydalarını büyük ölçüde aşabilir ve üstün fiziksel ve kimyasal özellikleri sayesinde, daha verimli su arıtımı için nanopartiküllerin optimum dağılımını sağlayabilir15.
Bitki özleri, indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve nZVI sentezinde yaygın olarak kullanılan zararlı kimyasal indirgeyici ajanlara en iyi alternatiftir çünkü kolay bulunabilir, ucuzdur, tek adımlıdır, çevre dostudur ve indirgeyici ajan olarak kullanılabilir. Flavonoidler ve fenolik bileşikler gibi diğer bileşenler de stabilizatör görevi görür. Bu nedenle, bu çalışmada rGO/nZVI kompozitlerinin sentezi için onarıcı ve kapatıcı ajan olarak Atriplex halimus L. kullanılmıştır. Amaranthaceae familyasından Atriplex halimus, geniş bir coğrafi alana yayılmış azot seven çok yıllık bir çalıdır16.
Mevcut literatüre göre, Atriplex halimus (A. halimus), ekonomik ve çevre dostu bir sentez yöntemi olarak ilk kez rGO/nZVI kompozitleri üretmek için kullanılmıştır. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı dört bölümden oluşmaktadır: (1) A. halimus sucul yaprak özütü kullanılarak rGO/nZVI ve ana nZVI kompozitlerinin fitosentezi, (2) fitosentezlenen kompozitlerin başarılı bir şekilde üretildiğini doğrulamak için birden fazla yöntem kullanılarak karakterizasyonu, (3) farklı reaksiyon parametreleri altında doksisiklin antibiyotiklerinin organik kirleticilerinin adsorpsiyonu ve giderilmesinde rGO ve nZVI'nın sinerjik etkisinin incelenmesi, adsorpsiyon sürecinin koşullarının optimize edilmesi, (3) işleme döngüsünden sonra çeşitli sürekli işlemlerdeki kompozit malzemelerin incelenmesi.
Doksisiklin hidroklorür (DC, MM = 480.90, kimyasal formülü C22H24N2O·HCl, %98), demir klorür hekzahidrat (FeCl3.6H2O, %97), grafit tozu Sigma-Aldrich, ABD'den satın alındı. Sodyum hidroksit (NaOH, %97), etanol (C2H5OH, %99.9) ve hidroklorik asit (HCl, %37) Merck, ABD'den satın alındı. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 ve MgCl2, Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. şirketinden satın alındı. Tüm reaktifler yüksek analitik saflıktadır. Tüm sulu çözeltileri hazırlamak için çift damıtılmış su kullanıldı.
A. halimus'un temsili örnekleri, Nil Deltası'ndaki doğal yaşam alanlarından ve Mısır'ın Akdeniz kıyısı boyunca uzanan topraklarından toplanmıştır. Bitki materyali, geçerli ulusal ve uluslararası yönergelere17 uygun olarak toplanmıştır. Prof. Manal Fawzi, Boulos'a18 göre bitki örneklerini tanımlamıştır ve İskenderiye Üniversitesi Çevre Bilimleri Bölümü, incelenen bitki türlerinin bilimsel amaçlarla toplanmasını yetkilendirmiştir. Örnek fişleri, depolanan materyallere erişim sağlayan halka açık bir herbaryum olan Tanta Üniversitesi Herbaryumu'nda (TANE) 14 122–14 127 numaralı fişlerde tutulmaktadır. Ayrıca, toz veya kiri gidermek için bitkinin yaprakları küçük parçalara kesilmeli, musluk ve damıtılmış suyla 3 kez durulanmalı ve ardından 50°C'de kurutulmalıdır. Bitki ezildi, ince tozun 5 g'ı 100 ml damıtılmış suya batırıldı ve bir özüt elde etmek için 70°C'de 20 dakika karıştırıldı. Elde edilen Bacillus nicotianae ekstresi Whatman filtre kağıdından süzülerek temiz ve sterilize edilmiş tüplere konularak daha sonraki kullanım için 4°C'de saklandı.
Şekil 1'de görüldüğü gibi, GO, grafit tozundan modifiye Hummers yöntemiyle üretildi. 10 mg GO tozu, 50 ml deiyonize suda 30 dakika boyunca sonikasyon altında dağıtıldı ve ardından 0,9 g FeCl3 ve 2,9 g NaAc 60 dakika boyunca karıştırıldı. Karıştırılan çözeltiye 20 ml atriplex yaprak özütü karıştırılarak eklendi ve 80°C'de 8 saat bekletildi. Elde edilen siyah süspansiyon süzüldü. Hazırlanan nanokompozitler etanol ve bidistile su ile yıkandı ve ardından 50°C'de vakumlu fırında 12 saat kurutuldu.
Atriplex halimus ekstresi kullanılarak rGO/nZVI ve nZVI komplekslerinin yeşil sentezinin ve kirli sudan DC antibiyotiklerinin uzaklaştırılmasının şematik ve dijital fotoğrafları.
Kısaca, Şekil 1'de gösterildiği gibi, 0,05 M Fe3+ iyonları içeren 10 ml demir klorür çözeltisi, 20 ml acı yaprak özütü çözeltisine orta derecede ısıtma ve karıştırma ile 60 dakika boyunca damla damla eklendi ve daha sonra çözelti 14.000 rpm'de (Hermle, 15.000 rpm) 15 dakika santrifüj edilerek siyah parçacıklar elde edildi, daha sonra bu parçacıklar etanol ve damıtılmış su ile 3 kez yıkandı ve daha sonra 60° C'de vakumlu fırında bir gece boyunca kurutuldu.
Bitkilerden sentezlenen rGO/nZVI ve nZVI kompozitleri, 200-800 nm tarama aralığında UV-görünür bölge spektroskopisi (T70/T80 serisi UV/Vis spektrofotometreler, PG Instruments Ltd, İngiltere) ile karakterize edildi. rGO/nZVI ve nZVI kompozitlerinin topografisini ve boyut dağılımını analiz etmek için TEM spektroskopisi (JOEL, JEM-2100F, Japonya, hızlandırma voltajı 200 kV) kullanıldı. Bitki özütlerinde geri kazanım ve stabilizasyon sürecinden sorumlu olabilecek fonksiyonel grupları değerlendirmek için FT-IR spektroskopisi (4000-600 cm-1 aralığında JASCO spektrometresi) gerçekleştirildi. Ayrıca, sentezlenen nanomalzemelerin yüzey yükünü incelemek için bir zeta potansiyel analizörü (Zetasizer Nano ZS Malvern) kullanıldı. Toz halindeki nanomalzemelerin X-ışını kırınımı ölçümleri için, 20° ile 80° arasında 2θ aralığında akım (40 mA), voltaj (45 kV) ve CuKa1 radyasyonu (\(\lambda =\ ) 1,54056 Ao) ile çalışan bir X-ışını difraktometresi (X'PERT PRO, Hollanda) kullanıldı. Enerji dağılımlı X-ışını spektrometresi (EDX) (model JEOL JSM-IT100), XPS üzerinde -10 ila 1350 eV arasında Al K-α monokromatik X-ışınları toplarken element bileşimini incelemekten sorumluydu, nokta boyutu 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, ABD), tam spektrumun iletim enerjisi 200 eV ve dar spektrumun iletim enerjisi 50 eV'dir. Toz numune, vakum odasına yerleştirilen bir numune tutucuya bastırılır. Bağlanma enerjisini belirlemek için 284,58 eV'de C 1 s spektrumu referans olarak kullanıldı.
Sentezlenen rGO/nZVI nanokompozitlerinin doksisiklini (DC) sulu çözeltilerden uzaklaştırmadaki etkinliğini test etmek için adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirildi. Adsorpsiyon deneyleri, 298 K'de bir orbital çalkalayıcıda (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) 200 rpm çalkalama hızıyla 25 ml'lik Erlenmeyer şişelerinde gerçekleştirildi. DC stok çözeltisi (1000 ppm) bidistile su ile seyreltilerek. rGO/nSVI dozajının adsorpsiyon verimliliği üzerindeki etkisini değerlendirmek için, farklı ağırlıklarda (0,01-0,07 g) nanokompozitler 20 ml DC çözeltisine eklendi. Kinetik ve adsorpsiyon izotermlerini incelemek için, 0,05 g adsorban, başlangıç konsantrasyonu (25-100 mg L-1) olan bir CD sulu çözeltisine daldırıldı. pH'ın DC giderimi üzerindeki etkisi, pH (3-11) ve 25°C'de 50 mg L-1'lik başlangıç konsantrasyonunda incelenmiştir. Sistemin pH'ını, az miktarda HCl veya NaOH çözeltisi (Crison pH metre, pH metre, pH 25) ekleyerek ayarlayın. Ayrıca, 25-55°C aralığındaki adsorpsiyon deneyleri üzerinde reaksiyon sıcaklığının etkisi incelenmiştir. İyonik kuvvetin adsorpsiyon süreci üzerindeki etkisi, 25°C'de 50 mg L-1'lik başlangıç DC konsantrasyonunda (pH 3 ve 7), ve 0,05 g'lık bir adsorban dozunda çeşitli NaCl (0,01-4 mol L-1) konsantrasyonları eklenerek incelenmiştir. Adsorpsiyona uğramamış DC'nin adsorpsiyonu, 270 ve 350 nm maksimum dalga boylarında (λmax) 1,0 cm yol uzunluğuna sahip kuvars küvetlerle donatılmış çift ışınlı bir UV-Vis spektrofotometre (T70/T80 serisi, PG Instruments Ltd, İngiltere) kullanılarak ölçüldü. DC antibiyotiklerinin giderim yüzdesi (%R; Denklem 1) ve DC'nin adsorpsiyon miktarı, qt, Denklem 2 (mg/g), aşağıdaki denklem kullanılarak ölçüldü.
Burada %R DC giderme kapasitesidir (%), Co 0 anındaki başlangıç DC konsantrasyonudur ve C sırasıyla t anındaki DC konsantrasyonudur (mg L-1).
Burada qe, adsorbanın birim kütlesi başına adsorbe edilen DC miktarıdır (mg g-1), Co ve Ce sırasıyla sıfır anındaki ve dengedeki konsantrasyonlardır (mg l-1), V çözelti hacmidir (l) ve m, adsorpsiyon kütle reaktifidir (g).
SEM görüntüleri (Şekil 2A–C), küresel demir nanopartiküllerinin yüzeyinde eşit olarak dağıldığı rGO/nZVI kompozitinin lameller morfolojisini göstermektedir ve bu da nZVI NP'lerinin rGO yüzeyine başarılı bir şekilde bağlandığını göstermektedir. Ayrıca, rGO yaprağında bazı kırışıklıklar bulunmakta olup, bu da oksijen içeren grupların A. halimus GO'nun restorasyonuyla eş zamanlı olarak uzaklaştırıldığını doğrulamaktadır. Bu büyük kırışıklıklar, demir NP'lerinin aktif olarak yüklendiği alanlar olarak işlev görmektedir. nZVI görüntüleri (Şekil 2D-F), küresel demir NP'lerinin oldukça dağınık olduğunu ve bitki özütünün botanik bileşenlerinin kaplama özelliğinden kaynaklanan birikmediğini göstermiştir. Partikül boyutu 15-26 nm arasında değişmektedir. Bununla birlikte, bazı bölgeler şişkinlik ve boşluklardan oluşan bir yapıya sahip mezogözenekli bir morfolojiye sahiptir ve bu da nZVI'nin yüksek etkili adsorpsiyon kapasitesi sağlayabilir, çünkü bunlar DC moleküllerinin nZVI yüzeyinde tutulma olasılığını artırabilir. Rosa Damascus özütü nZVI sentezi için kullanıldığında, elde edilen NP'ler homojen değildi, boşluklar ve farklı şekiller içeriyordu, bu da Cr(VI) adsorpsiyonundaki etkinliklerini azalttı ve reaksiyon süresini artırdı 23 . Sonuçlar, çoğunlukla belirgin bir aglomerasyon olmaksızın çeşitli nanometre boyutlarına sahip küresel nanopartiküller olan meşe ve dut yapraklarından sentezlenen nZVI ile tutarlıdır.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) kompozitlerinin SEM görüntüleri ve nZVI/rGO (G) ve nZVI (H) kompozitlerinin EDX desenleri.
Bitkilerden sentezlenen rGO/nZVI ve nZVI kompozitlerinin element bileşimi EDX kullanılarak incelenmiştir (Şekil 2G, H). Çalışmalar nZVI'nın karbon (%38,29 kütle), oksijen (%47,41 kütle) ve demir (%11,84 kütle) içerdiğini, ancak fosfor24 gibi diğer elementlerin de bitki özlerinden elde edilebildiğini göstermektedir. Ek olarak, yüksek karbon ve oksijen yüzdesi, yer altı nZVI örneklerinde bitki özlerinden elde edilen fitokimyasalların varlığından kaynaklanmaktadır. Bu elementler rGO üzerinde eşit olarak dağılmıştır ancak farklı oranlardadır: C (%39,16 ağırlık), O (%46,98 ağırlık) ve Fe (%10,99 ağırlık), EDX rGO/nZVI ayrıca bitki özleriyle ilişkilendirilebilen S gibi diğer elementlerin varlığını da göstermektedir, bunlar kullanılır. A. halimus kullanılarak elde edilen rGO/nZVI kompozitindeki mevcut C:O oranı ve demir içeriği, C (%23,44 ağırlık), O (%68,29 ağırlık) ve Fe (%8,27 ağırlık) kompozisyonunu karakterize ettiği için okaliptüs yaprağı ekstresinin kullanılmasından çok daha iyidir. ağırlık %) 25. Nataša ve diğerleri, 2022 meşe ve dut yapraklarından sentezlenen nZVI'nın benzer bir element kompozisyonunu bildirmiş ve yaprak ekstresinde bulunan polifenol grupları ve diğer moleküllerin indirgeme sürecinden sorumlu olduğunu doğrulamıştır.
Bitkilerde sentezlenen nZVI'nin morfolojisi (Şekil S2A,B) küresel ve kısmen düzensizdi, ortalama partikül boyutu 23,09 ± 3,54 nm idi, ancak van der Waals kuvvetleri ve ferromanyetizma nedeniyle zincir kümeleri gözlendi. Bu baskın olarak granüler ve küresel partikül şekli, SEM sonuçlarıyla oldukça uyumludur. Benzer bir gözlem, 2021 yılında Abdelfatah ve arkadaşları tarafından nZVI sentezinde hint yağı bitkisi yaprağı ekstresi kullanıldığında da bulunmuştur11. nZVI'de indirgeyici madde olarak kullanılan Ruelas tuberosa yaprağı ekstresi NP'leri de 20 ila 40 nm çapında küresel bir şekle sahiptir26.
Hibrit rGO/nZVI kompozit TEM görüntüleri (Şekil S2C-D), rGO'nun nZVI NP'leri için çoklu yükleme alanları sağlayan marjinal kıvrımlar ve kırışıklıklar içeren bir bazal düzlem olduğunu gösterdi; bu lamel morfoloji de rGO'nun başarılı bir şekilde üretildiğini doğruluyor. Ek olarak, nZVI NP'leri 5,32 ila 27 nm arasında parçacık boyutlarına sahip küresel bir şekle sahiptir ve neredeyse düzgün bir dağılımla rGO katmanına gömülüdür. Fe NP'leri/rGO sentezlemek için okaliptüs yaprağı özütü kullanıldı; TEM sonuçları ayrıca rGO katmanındaki kırışıklıkların Fe NP'lerinin dağılımını saf Fe NP'lerinden daha fazla iyileştirdiğini ve kompozitlerin reaktivitesini artırdığını doğruladı. Benzer sonuçlar Bagheri ve ark. tarafından, yaklaşık 17,70 nm ortalama demir nanopartikül boyutu ile kompozit ultrasonik teknikler kullanılarak üretildiğinde elde edildi.
A. halimus, nZVI, GO, rGO ve rGO/nZVI kompozitlerinin FTIR spektrumları Şekil 3A'da gösterilmiştir. A. halimus yapraklarındaki yüzey fonksiyonel gruplarının varlığı, polifenollere karşılık gelen 3336 cm-1'de ve protein tarafından üretilen karbonil gruplarına karşılık gelen 1244 cm-1'de görülmektedir. 2918 cm-1'de alkanlar, 1647 cm-1'de alkenler ve 1030 cm-1'de CO-O-CO uzantıları gibi diğer gruplar da gözlemlenmiştir. Bu, sızdırmazlık maddesi görevi gören ve Fe2+'dan Fe0'a ve GO'dan rGO29'a geri kazanımdan sorumlu bitki bileşenlerinin varlığını düşündürmektedir. Genel olarak, nZVI spektrumları acı şekerlerle aynı emilim piklerini göstermektedir, ancak konumları biraz değişmiştir. 3244 cm-1'de OH gerilme titreşimleriyle (fenoller) ilişkili yoğun bir bant belirir, 1615'teki bir tepe C=C'ye karşılık gelir ve 1546 ve 1011 cm-1'deki bantlar C=O'nun (polifenoller ve flavonoidler) gerilmesinden dolayı ortaya çıkar, aromatik aminlerin ve alifatik aminlerin CN grupları da sırasıyla 1310 cm-1 ve 1190 cm-1'de gözlenmiştir13. GO'nun FTIR spektrumu, 1041 cm-1'deki alkoksi (CO) gerilme bandı, 1291 cm-1'deki epoksi (CO) gerilme bandı, C=O gerilmesi dahil olmak üzere birçok yüksek yoğunluklu oksijen içeren grubun varlığını gösterir. 1619 cm-1'de C=C gerilme titreşimlerinden oluşan bir bant, 1708 cm-1'de bir bant ve 3384 cm-1'de geniş bir OH grubu gerilme titreşimleri bandı ortaya çıktı; bu, grafit işlemini başarıyla oksitleyen geliştirilmiş Hummers yöntemiyle doğrulandı. rGO ve rGO/nZVI kompozitleri GO spektrumlarıyla karşılaştırıldığında, 3270 cm-1'deki OH gibi bazı oksijen içeren grupların yoğunluğu önemli ölçüde azalırken, 1729 cm-1'deki C=O gibi diğerleri tamamen azaldı. kayboldu ve bu, A. halimus özütüyle GO'daki oksijen içeren fonksiyonel grupların başarılı bir şekilde giderildiğini gösteriyor. 1560 ve 1405 cm-1 civarında C=C geriliminde rGO'nun yeni keskin karakteristik tepeleri gözlemlendi; bu da GO'nun rGO'ya indirgendiğini doğruluyor. 1043 ila 1015 cm-1 ve 982 ila 918 cm-1 arasında varyasyonlar gözlemlendi; bu muhtemelen bitki materyalinin dahil edilmesinden kaynaklanmaktadır31,32. Weng ve diğerleri, 2018 ayrıca GO'daki oksijenli fonksiyonel gruplarda önemli bir zayıflama gözlemlediler ve bu da biyoredüksiyon yoluyla rGO'nun başarılı bir şekilde oluştuğunu doğruladı, çünkü indirgenmiş demir grafen oksit kompozitlerini sentezlemek için kullanılan okaliptüs yaprağı özütleri, bitki bileşeni fonksiyonel gruplarının daha yakın FTIR spektrumlarını gösterdi.33
A. Galyum, nZVI, rGO, GO ve kompozit rGO/nZVI'nın FTIR spektrumu (A). Röntgenogram kompozitleri rGO, GO, nZVI ve rGO/nZVI (B).
rGO/nZVI ve nZVI kompozitlerinin oluşumu büyük ölçüde X-ışını kırınım desenleriyle doğrulandı (Şekil 3B). 2Ɵ 44,5°'de yüksek yoğunluklu bir Fe0 zirvesi gözlemlendi ve bu, (110) indeksine (JCPDS no. 06–0696)11 karşılık geliyor. (311) düzleminin 35,1°'sindeki bir başka zirve, manyetit Fe3O4'e atfedilir; 63,2°, ϒ-FeOOH'nin (JCPDS no. 17-0536)34 varlığı nedeniyle (440) düzleminin Miller indeksiyle ilişkili olabilir. GO'nun X-ışını deseni, 2Ɵ 10,3°'de keskin bir zirve ve 21,1°'de başka bir zirve gösterir; bu, grafitin tamamen soyulduğunu gösterir ve GO35 yüzeyinde oksijen içeren grupların varlığını vurgular. rGO ve rGO/nZVI kompozitlerinin bileşik desenleri, karakteristik GO tepelerinin kaybolduğunu ve rGO ve rGO/nZVI kompozitleri için sırasıyla 2Ɵ 22.17 ve 24.7°'de geniş rGO tepelerinin oluştuğunu kaydetmiştir. Bu da bitki özleri ile GO'nun başarılı bir şekilde geri kazanıldığını doğrulamıştır. Bununla birlikte, bileşik rGO/nZVI deseninde, Fe0 (110) ve bcc Fe0 (200) kafes düzlemiyle ilişkili ek tepeler sırasıyla 44.9\(^\circ\) ve 65.22\(^\circ\)'de gözlemlenmiştir.
Zeta potansiyeli, bir parçacığın yüzeyine bağlı iyonik bir tabaka ile sulu bir çözelti arasındaki potansiyeldir ve bir malzemenin elektrostatik özelliklerini belirler ve kararlılığını ölçer37. Bitkilerde sentezlenen nZVI, GO ve rGO/nZVI kompozitlerinin zeta potansiyeli analizi, Şekil S1A-C'de gösterildiği gibi, yüzeylerinde sırasıyla -20,8, -22 ve -27,4 mV'luk negatif yüklerin varlığı nedeniyle kararlı olduklarını göstermiştir. Bu tür sonuçlar, zeta potansiyeli değerleri -25 mV'den düşük olan parçacıklar içeren çözeltilerin genellikle bu parçacıklar arasındaki elektrostatik itme nedeniyle yüksek derecede kararlılık gösterdiğini belirten birkaç raporla tutarlıdır. rGO ve nZVI kombinasyonu, kompozitin daha fazla negatif yük edinmesini sağlar ve böylece GO veya nZVI'nın tek başına olduğundan daha yüksek kararlılığa sahiptir. Bu nedenle, elektrostatik itme olgusu kararlı rGO/nZVI39 kompozitlerinin oluşumuna yol açacaktır. GO'nun negatif yüzeyi, sulu ortamda aglomerasyon olmadan eşit şekilde dağılmasını sağlayarak nZVI ile etkileşim için elverişli koşullar yaratır. Negatif yük, acı kavun özündeki farklı fonksiyonel grupların varlığıyla ilişkili olabilir; bu da GO ile demir öncülleri ve bitki özütü arasında sırasıyla rGO ve nZVI ve rGO/nZVI kompleksinin oluşumu için etkileşim olduğunu doğrular. Bu bitki bileşikleri, ortaya çıkan nanopartiküllerin agregasyonunu önleyerek stabilitelerini artırdıkları için aynı zamanda kapatıcı ajanlar olarak da işlev görebilirler40.
nZVI ve rGO/nZVI kompozitlerinin element bileşimi ve değerlik durumları XPS ile belirlendi (Şekil 4). Genel XPS çalışması, rGO/nZVI kompozitinin esas olarak EDS haritalamasıyla tutarlı olarak C, O ve Fe elementlerinden oluştuğunu gösterdi (Şekil 4F–H). C1s spektrumu, sırasıyla CC, CO ve C=O'yu temsil eden 284,59 eV, 286,21 eV ve 288,21 eV'de üç tepeden oluşur. O1s spektrumu, sırasıyla O=CO, CO ve NO gruplarına atanan 531,17 eV, 532,97 eV ve 535,45 eV olmak üzere üç tepeye bölündü. Ancak, 710.43, 714.57 ve 724.79 eV'deki tepeler sırasıyla Fe 2p3/2, Fe+3 ve Fe p1/2'ye atıfta bulunur. nZVI'nin XPS spektrumları (Şekil 4C-E) C, O ve Fe elementleri için tepeler gösterdi. 284.77, 286.25 ve 287.62 eV'deki tepeler sırasıyla CC, C-OH ve CO'ya atıfta bulundukları için demir-karbon alaşımlarının varlığını doğrular. O1s spektrumu C–O/demir karbonat (531.19 eV), hidroksil radikali (532.4 eV) ve O–C=O (533.47 eV) olmak üzere üç tepeye karşılık geldi. 719,6'daki tepe Fe0'a atfedilirken, FeOOH 717,3 ve 723,7 eV'de tepeler gösteriyor, ayrıca 725,8 eV'deki tepe Fe2O342,43'ün varlığına işaret ediyor.
Sırasıyla nZVI ve rGO/nZVI kompozitlerinin XPS çalışmaları (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D) ve O1s (E) ile rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) kompozitinin tam spektrumları.
N2 adsorpsiyon/desorpsiyon izotermi (Şekil 5A, B), nZVI ve rGO/nZVI kompozitlerinin tip II'ye ait olduğunu göstermektedir. Ayrıca, nZVI'nin özgül yüzey alanı (SBET), rGO ile körleme işleminden sonra 47,4549'dan 152,52 m2/g'a yükselmiştir. Bu sonuç, rGO körleme işleminden sonra nZVI'nin manyetik özelliklerinde meydana gelen azalma ile açıklanabilir; bu sayede partikül agregasyonu azalır ve kompozitlerin yüzey alanı artar. Ayrıca, Şekil 5C'de gösterildiği gibi, rGO/nZVI kompozitinin gözenek hacmi (8,94 nm), orijinal nZVI'ninkinden (2,873 nm) daha yüksektir. Bu sonuç, El-Monaem ve ark. 45 ile uyumludur.
rGO/nZVI kompozitleri ile orijinal nZVI arasındaki DC'yi giderme adsorpsiyon kapasitesini başlangıç konsantrasyonundaki artışa bağlı olarak değerlendirmek için, her bir adsorbanın sabit bir dozu (0,05 g) DC'ye çeşitli başlangıç konsantrasyonlarında eklenerek bir karşılaştırma yapıldı. Araştırılan çözelti [25]. –100 mg l–1] 25°C'de. Sonuçlar, rGO/nZVI kompozitinin giderme verimliliğinin (%94,6), daha düşük bir konsantrasyonda (25 mg L-1) orijinal nZVI'nin (%90) giderme verimliliğinden daha yüksek olduğunu gösterdi. Ancak, başlangıç konsantrasyonu 100 mg L-1'e çıkarıldığında, rGO/nZVI ve ana nZVI'nin giderme verimliliği sırasıyla %70 ve %65'e düştü (Şekil 6A), bu durum daha az aktif bölge ve nZVI parçacıklarının bozunmasından kaynaklanıyor olabilir. Aksine, rGO/nZVI, daha yüksek bir DC giderim verimliliği gösterdi; bu, rGO ve nZVI arasındaki sinerjik bir etkiye bağlı olabilir; adsorpsiyon için mevcut kararlı aktif merkezler çok daha yüksektir ve rGO/nZVI durumunda, sağlam nZVI'dan daha fazla DC adsorbe edilebilir. Ek olarak, Şekil 6B'de, rGO/nZVI ve nZVI kompozitlerinin adsorpsiyon kapasitesinin, başlangıç konsantrasyonunun 25-100 mg/L -1,1'den 28,73 mg g-1'e artmasıyla sırasıyla 9,4 mg/g'dan 30 mg/g ve 9 mg/g'a yükseldiği gösterilmektedir. Bu nedenle, DC giderim oranı, çözeltideki DC'nin adsorpsiyonu ve giderimi için her bir adsorban tarafından desteklenen sınırlı sayıda reaksiyon merkezinden kaynaklanmıştır. Bu sonuçlardan, rGO/nZVI kompozitlerinin daha yüksek adsorpsiyon ve redüksiyon etkinliğine sahip olduğu ve rGO/nZVI bileşimindeki rGO’nun hem adsorban hem de taşıyıcı malzeme olarak kullanılabileceği sonucuna varılabilir.
rGO/nZVI ve nZVI kompoziti için giderme verimliliği ve DC adsorpsiyon kapasitesi (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, doz = 0,05 g], pH. rGO/nZVI kompozitleri üzerindeki adsorpsiyon kapasitesi ve DC giderme verimliliği (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25 °C, doz = 0,05 g].
Çözelti pH'ı, adsorbanın iyonlaşma, türleşme ve iyonlaşma derecesini etkilediği için adsorpsiyon süreçlerinin incelenmesinde kritik bir faktördür. Deney, 25°C'de sabit bir adsorban dozu (0,05 g) ve pH aralığında (3-11) 50 mg L-1'lik bir başlangıç konsantrasyonu ile gerçekleştirilmiştir. Bir literatür taramasına göre46, DC, çeşitli pH seviyelerinde birkaç iyonlaşabilir fonksiyonel grup (fenoller, amino grupları, alkoller) içeren amfifilik bir moleküldür. Sonuç olarak, DC'nin çeşitli fonksiyonları ve rGO/nZVI kompozitinin yüzeyindeki ilgili yapılar elektrostatik olarak etkileşime girebilir ve katyonlar, zwitteryonlar ve anyonlar olarak var olabilir, DC molekülü pH < 3,3'te katyonik (DCH3+), 3,3 < pH < 7,7'de zwitteriyonik (DCH20) ve pH 7,7'de anyonik (DCH− veya DC2−) olarak var olur. Sonuç olarak, DC'nin çeşitli fonksiyonları ve rGO/nZVI kompozitinin yüzeyindeki ilgili yapılar elektrostatik olarak etkileşime girebilir ve katyonlar, zwitteryonlar ve anyonlar olarak var olabilir, DC molekülü pH < 3,3'te katyonik (DCH3+), 3,3 < pH < 7,7'de zwitteriyonik (DCH20) ve pH 7,7'de anyonik (DCH- veya DC2-) olarak var olur. RGO/nZVI moguet bilgisayarındaki en yeni yapıyla tüm ayarları yeniden düzenleyin взаимодействовать электростатически ve могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов ve анионов, молекула ДК существует виде катиона (DCH3+) при рН < 3,3, цвиттер-ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ve анионный (DCH- veya DC2-) veya pH 7,7. Sonuç olarak, rGO/nZVI kompozitinin yüzeyindeki DC ve ilgili yapıların çeşitli işlevleri elektrostatik olarak etkileşime girebilir ve katyonlar, zwitterionlar ve anyonlar şeklinde var olabilir; DC molekülü pH < 3,3'te katyon (DCH3+); 3,3 < pH < 7,7'de iyonik (DCH20) ve pH 7,7'de anyonik (DCH- veya DC2-) olarak bulunur.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, DC pH < 3,3 时以阳离子(DCH3+) 的形式存在，两性离子(DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ve(DCH- 或DC2-) ve 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 发生 静电相互 ， 并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3,3 时 阳离子 阳离子阳离子 阳离子 阳离子 (dch3+)形式存在，两性离子(DCH20) 3,3 < pH < 7,7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7,7。 Следовательно, различные функции ДК ve родственных ve поверхности композита rGO/nZVI могут вступать в электростатические взаимодействия ve существовать в виде катионов, цвиттер-ионов ve анионов, а молекулы ДК являются катионными (ДЦГ3+) при рН < 3,3. Bu nedenle, rGO/nZVI kompozitinin yüzeyindeki DC ve ilgili yapıların çeşitli fonksiyonları elektrostatik etkileşimlere girebilir ve katyonlar, zwitterionlar ve anyonlar şeklinde var olabilirken, DC molekülleri pH < 3,3'te katyoniktir (DCH3+). 3,3 < pH < 7,7 ve anyon (DCH- veya DC2-) pH 7,7'ye kadar bir video akışı (DCH20). 3,3 < pH < 7,7'de zwitterion (DCH20) ve pH 7,7'de anyon (DCH- veya DC2-) olarak bulunur.pH'ın 3'ten 7'ye çıkmasıyla adsorpsiyon kapasitesi ve DC gideriminin verimliliği 11,2 mg/g'dan (%56) 17 mg/g'a (%85) yükseldi (Şekil 6C). Ancak, pH 9 ve 11'e çıktığında adsorpsiyon kapasitesi ve giderim verimliliği sırasıyla 10,6 mg/g'dan (%53) 6 mg/g'a (%30) bir miktar düştü. pH'ın 3'ten 7'ye çıkmasıyla, DC'ler çoğunlukla zwitterionlar şeklinde var oldu ve bu da onları rGO/nZVI kompozitleri tarafından çoğunlukla elektrostatik etkileşimle neredeyse elektrostatik olmayan bir şekilde çekilme veya itilme durumuna getirdi. pH 8,2'nin üzerine çıktığında, adsorbanın yüzeyi negatif yüklendi, böylece adsorpsiyon kapasitesi azaldı ve negatif yüklü doksisiklin ile adsorbanın yüzeyi arasındaki elektrostatik itme nedeniyle azaldı. Bu eğilim, rGO/nZVI kompozitlerindeki DC adsorpsiyonunun pH'a oldukça bağlı olduğunu ve sonuçların ayrıca rGO/nZVI kompozitlerinin asidik ve nötr koşullar altında adsorban olarak uygun olduğunu gösterdiğini ortaya koymaktadır.
Sıcaklığın DC'nin sulu çözeltisinin adsorpsiyonu üzerindeki etkisi (25–55°C) sıcaklıkta gerçekleştirildi. Şekil 7A, sıcaklık artışının DC antibiyotiklerinin rGO/nZVI üzerindeki giderim etkinliği üzerindeki etkisini göstermektedir; giderim kapasitesi ve adsorpsiyon kapasitesinin sırasıyla %83,44 ve 13,9 mg/g'dan %47 ve 7,83 mg/g'a yükseldiği açıktır. Bu önemli azalma, desorpsiyona yol açan DC iyonlarının termal enerjisindeki artıştan kaynaklanıyor olabilir47.
Sıcaklığın rGO/nZVI Kompozitlerindeki CD'nin Giderme Verimliliği ve Adsorpsiyon Kapasitesi Üzerindeki Etkisi (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Doz = 0,05 g], Adsorban Dozunun CD'nin Giderme Verimliliği ve Giderme Verimliliği Üzerindeki Etkisi rGO/nSVI kompozitindeki DC gideriminin adsorpsiyon kapasitesi ve verimliliği üzerinde başlangıç konsantrasyonunun etkisi (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, doz = 0,05 g].
Kompozit adsorban rGO/nZVI dozunun 0,01 g'dan 0,07 g'a çıkarılmasının giderim verimliliği ve adsorpsiyon kapasitesi üzerindeki etkisi Şekil 7B'de gösterilmiştir. Adsorban dozunun artırılması, adsorpsiyon kapasitesinde 33,43 mg/g'dan 6,74 mg/g'a düşüşe yol açmıştır. Ancak, adsorban dozunun 0,01 g'dan 0,07 g'a çıkarılmasıyla giderim verimliliği %66,8'den %96'ya yükselmekte ve bu durum, nanokompozit yüzeyindeki aktif merkez sayısının artmasıyla ilişkili olabilir.
Başlangıç konsantrasyonunun adsorpsiyon kapasitesi ve giderim verimliliği üzerindeki etkisi [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, doz 0,05 g] incelenmiştir. Başlangıç konsantrasyonu 25 mg L-1'den 100 mg L-1'e çıkarıldığında, rGO/nZVI kompozitinin giderim yüzdesi muhtemelen istenen aktif bölgelerin yokluğundan dolayı %94,6'dan %65'e düşmüştür (Şekil 7C). Büyük DC49 konsantrasyonlarını adsorbe eder. Diğer taraftan, başlangıç konsantrasyonu arttıkça adsorpsiyon kapasitesi de dengeye ulaşılana kadar 9,4 mg/g'dan 30 mg/g'a yükselmiştir (Şekil 7D). Bu kaçınılmaz reaksiyon, rGO/nZVI kompozitinin yüzey 50'sine ulaşmak için DC iyon kütle transfer direncinden daha büyük bir başlangıç DC konsantrasyonu ile itici kuvvetteki artıştan kaynaklanmaktadır.
Temas süresi ve kinetik çalışmalar, adsorpsiyonun denge süresini anlamayı amaçlamaktadır. İlk olarak, temas süresinin ilk 40 dakikasında adsorbe edilen DC miktarı, tüm süre boyunca (100 dakika) adsorbe edilen toplam miktarın yaklaşık yarısı kadardır. Çözeltideki DC molekülleri çarpışırken, rGO/nZVI kompozitinin yüzeyine hızla göç ederek önemli bir adsorpsiyona neden olmuştur. 40 dakika sonra, DC adsorpsiyonu kademeli ve yavaş bir şekilde artarak 60 dakika sonra dengeye ulaşmıştır (Şekil 7D). İlk 40 dakika içinde makul bir miktar adsorplandığı için, DC molekülleriyle daha az çarpışma olacak ve adsorplanmamış moleküller için daha az aktif bölge mevcut olacaktır. Bu nedenle, adsorpsiyon hızı azaltılabilir51.
Adsorpsiyon kinetiğini daha iyi anlamak için, yalancı birinci mertebeden (Şekil 8A), yalancı ikinci mertebeden (Şekil 8B) ve Elovich (Şekil 8C) kinetik modellerinin çizgi grafikleri kullanılmıştır. Kinetik çalışmalardan elde edilen parametrelerden (Tablo S1), yalancı saniye modelinin, R2 değerinin diğer iki modelden daha yüksek ayarlandığı, adsorpsiyon kinetiğini tanımlamak için en iyi model olduğu açıkça görülmektedir. Hesaplanan adsorpsiyon kapasiteleri (qe, cal) arasında da benzerlik bulunmaktadır. Yalancı ikinci mertebe ve deneysel değerler (qe, exp.), yalancı ikinci mertebenin diğer modellerden daha iyi bir model olduğunun bir başka kanıtıdır. Tablo 1'de görüldüğü gibi, α (başlangıç adsorpsiyon hızı) ve β (desorpsiyon sabiti) değerleri, adsorpsiyon hızının desorpsiyon hızından daha yüksek olduğunu doğrulayarak DC'nin rGO/nZVI52 kompozitinde verimli bir şekilde adsorpsiyon eğiliminde olduğunu göstermektedir.
Yalancı ikinci mertebeden (A), yalancı birinci mertebeden (B) ve Elovich'in (C) doğrusal adsorpsiyon kinetik çizimleri [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, doz = 0,05 g].
Adsorpsiyon izotermleri çalışmaları, çeşitli adsorbat konsantrasyonlarında (DC) ve sistem sıcaklıklarında adsorbanın (RGO/nRVI kompoziti) adsorpsiyon kapasitesini belirlemeye yardımcı olur. Maksimum adsorpsiyon kapasitesi, adsorpsiyonun homojen olduğunu ve aralarında etkileşim olmadan adsorban yüzeyinde bir adsorbat monotabakasının oluşumunu içerdiğini gösteren Langmuir izotermi kullanılarak hesaplanmıştır53. Yaygın olarak kullanılan diğer iki izoterm modeli Freundlich ve Temkin modelleridir. Freundlich modeli adsorpsiyon kapasitesini hesaplamak için kullanılmasa da, heterojen adsorpsiyon sürecini ve adsorban üzerindeki boşlukların farklı enerjilere sahip olduğunu anlamaya yardımcı olurken, Temkin modeli adsorpsiyonun fiziksel ve kimyasal özelliklerini anlamaya yardımcı olur54.
Şekil 9A-C, sırasıyla Langmuir, Freindlich ve Temkin modellerinin çizgi grafiklerini göstermektedir. Freundlich (Şekil 9A) ve Langmuir (Şekil 9B) çizgi grafiklerinden hesaplanan ve Tablo 2'de sunulan R2 değerleri, rGO/nZVI kompozitindeki DC adsorpsiyonunun Freundlich (0,996) ve Langmuir (0,988) izoterm modellerini ve Temkin (0,985) modelini takip ettiğini göstermektedir. Langmuir izoterm modeli kullanılarak hesaplanan maksimum adsorpsiyon kapasitesi (qmax) 31,61 mg g-1'dir. Ayrıca, boyutsuz ayırma faktörünün (RL) hesaplanan değeri 0 ile 1 (0,097) arasında olup, bu da uygun bir adsorpsiyon sürecini göstermektedir. Aksi takdirde, hesaplanan Freundlich sabiti (n = 2,756), bu absorpsiyon sürecinin tercih edildiğini göstermektedir. Temkin izoterminin doğrusal modeline göre (Şekil 9C), rGO/nZVI kompoziti üzerindeki DC adsorpsiyonu, b'nin ˂ 82 kJ mol-1 (0,408)55 olması nedeniyle fiziksel bir adsorpsiyon sürecidir. Fiziksel adsorpsiyon genellikle zayıf van der Waals kuvvetleri aracılığıyla gerçekleşse de, rGO/nZVI kompozitleri üzerindeki doğru akım adsorpsiyonu düşük adsorpsiyon enerjileri gerektirir [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B) ve Temkin (C) doğrusal adsorpsiyon izotermleri [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, doz = 0,05 g]. rGO/nZVI kompozitleri tarafından DC adsorpsiyonu için van't Hoff denkleminin çizimi (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C ve doz = 0,05 g].
rGO/nZVI kompozitlerinden DC giderimi üzerinde reaksiyon sıcaklığı değişiminin etkisini değerlendirmek için entropi değişimi (ΔS), entalpi değişimi (ΔH) ve serbest enerji değişimi (ΔG) gibi termodinamik parametreler 3 ve 458 numaralı denklemlerden hesaplandı.
Burada \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – termodinamik denge sabiti, Ce ve CAe – çözeltideki rGO, sırasıyla /nZVI DC konsantrasyonları yüzey dengesinde. R ve RT sırasıyla gaz sabiti ve adsorpsiyon sıcaklığıdır. ln Ke'yi 1/T'ye karşı çizmek, ∆S ve ∆H'nin belirlenebileceği düz bir çizgi (Şekil 9D) verir.
Negatif bir ΔH değeri, sürecin ekzotermik olduğunu gösterir. Öte yandan, ΔH değeri fiziksel adsorpsiyon sürecinin bir parçasıdır. Tablo 3'teki negatif ΔG değerleri, adsorpsiyonun mümkün ve kendiliğinden gerçekleştiğini gösterir. Negatif ΔS değerleri ise, sıvı arayüzünde adsorban moleküllerinin yüksek bir düzende olduğunu gösterir (Tablo 3).
Tablo 4, rGO/nZVI kompozitini önceki çalışmalarda bildirilen diğer adsorbanlarla karşılaştırmaktadır. VGO/nCVI kompozitinin yüksek bir adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu ve sudan DC antibiyotiklerinin uzaklaştırılması için umut verici bir malzeme olabileceği açıktır. Ayrıca, rGO/nZVI kompozitlerinin adsorpsiyonu, 60 dakikalık dengelenme süresiyle hızlı bir işlemdir. rGO/nZVI kompozitlerinin mükemmel adsorpsiyon özellikleri, rGO ve nZVI'nın sinerjik etkisiyle açıklanabilir.
Şekil 10A ve B, rGO/nZVI ve nZVI kompleksleri tarafından DC antibiyotiklerinin uzaklaştırılmasının rasyonel mekanizmasını göstermektedir. pH'ın DC adsorpsiyonunun verimliliği üzerindeki etkisine dair deneylerin sonuçlarına göre, pH 3'ten 7'ye çıktığında, rGO/nZVI kompozitindeki DC adsorpsiyonu, zwitterion gibi davrandığı için elektrostatik etkileşimlerle kontrol edilmemiştir; bu nedenle pH değerindeki bir değişiklik adsorpsiyon sürecini etkilememiştir. Sonuç olarak, adsorpsiyon mekanizması, rGO/nZVI kompoziti ile DC66 arasındaki hidrojen bağı, hidrofobik etkiler ve π-π istifleme etkileşimleri gibi elektrostatik olmayan etkileşimlerle kontrol edilebilir. Katmanlı grafen yüzeylerindeki aromatik adsorbatların mekanizmasının, ana itici güç olarak π–π istifleme etkileşimleriyle açıklandığı iyi bilinmektedir. Kompozit, π-π* geçişi nedeniyle 233 nm'de maksimum emilim değerine sahip, grafene benzer katmanlı bir malzemedir. DC adsorbatının moleküler yapısında dört aromatik halkanın varlığına dayanarak, aromatik DC (π-elektron alıcısı) ile RGO yüzeyindeki π-elektronlarca zengin bölge arasında bir π-π-istifleme etkileşim mekanizması olduğunu varsaydık. /nZVI kompozitleri. Ayrıca, Şekil 10B'de gösterildiği gibi, rGO/nZVI kompozitlerinin DC ile moleküler etkileşimini incelemek için FTIR çalışmaları yapıldı ve DC adsorpsiyonundan sonra rGO/nZVI kompozitlerinin FTIR spektrumları Şekil 10B'de gösterilmiştir. 10b. 2111 cm-1'de yeni bir tepe gözlendi; bu, C=C bağının çerçeve titreşimine karşılık gelir ve 67 rGO/nZVI yüzeyindeki ilgili organik fonksiyonel grupların varlığını gösterir. Diğer pikler 1561 cm-1'den 1548 cm-1'e ve 1399 cm-1'den 1360 cm-1'e kaymıştır; bu da π-π etkileşimlerinin grafen ve organik kirleticilerin adsorpsiyonunda önemli bir rol oynadığını doğrulamaktadır68,69. DC adsorpsiyonundan sonra, OH gibi bazı oksijen içeren grupların yoğunluğu 3270 cm-1'e düşmüştür; bu da hidrojen bağının adsorpsiyon mekanizmalarından biri olduğunu düşündürmektedir. Dolayısıyla, sonuçlara göre, rGO/nZVI kompozitindeki DC adsorpsiyonu esas olarak π-π istifleme etkileşimleri ve H-bağları nedeniyle meydana gelmektedir.
rGO/nZVI ve nZVI kompleksleri tarafından DC antibiyotiklerinin adsorpsiyonunun rasyonel mekanizması (A). rGO/nZVI ve nZVI üzerindeki DC'nin FTIR adsorpsiyon spektrumları (B).
nZVI'nin 3244, 1615, 1546 ve 1011 cm–1'deki absorpsiyon bantlarının yoğunluğu, nZVI ile karşılaştırıldığında nZVI'ye DC adsorpsiyonundan sonra (Şekil 10B) artmıştır; bu, DC'deki karboksilik asit O gruplarının olası fonksiyonel gruplarıyla etkileşime bağlı olmalıdır. Ancak, gözlenen tüm bantlardaki bu daha düşük iletim yüzdesi, adsorpsiyon işleminden önce nZVI ile karşılaştırıldığında fitosentetik adsorbanın (nZVI) adsorpsiyon verimliliğinde önemli bir değişiklik olmadığını göstermektedir. nZVI71 ile yapılan bazı DC uzaklaştırma araştırmalarına göre, nZVI, H2O ile reaksiyona girdiğinde elektronlar serbest kalır ve daha sonra H+, yüksek oranda indirgenebilir aktif hidrojen üretmek için kullanılır. Son olarak, bazı katyonik bileşikler aktif hidrojenden elektron kabul ederek -C=N ve -C=C- ile sonuçlanır; bu da benzen halkasının bölünmesine atfedilir.
Gönderim zamanı: 14-11-2022