Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt được cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web mà không có kiểu dáng và JavaScript.
Trong nghiên cứu này, vật liệu composite rGO/nZVI được tổng hợp lần đầu tiên bằng quy trình đơn giản và thân thiện với môi trường, sử dụng chiết xuất lá Sophora yellowish làm chất khử và chất ổn định, tuân thủ các nguyên tắc của hóa học “xanh”, chẳng hạn như tổng hợp hóa học ít gây hại. Một số công cụ đã được sử dụng để xác nhận sự tổng hợp thành công của vật liệu composite, như SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR và điện thế zeta, cho thấy quá trình chế tạo composite đã thành công. Khả năng loại bỏ kháng sinh doxycycline của vật liệu composite mới và nZVI nguyên chất ở các nồng độ ban đầu khác nhau đã được so sánh để nghiên cứu hiệu ứng hiệp đồng giữa rGO và nZVI. Trong điều kiện loại bỏ 25 mg L-1, 25 °C và 0,05 g, tỷ lệ loại bỏ hấp phụ của nZVI nguyên chất là 90%, trong khi tỷ lệ loại bỏ hấp phụ doxycycline của vật liệu composite rGO/nZVI đạt 94,6%, khẳng định hiệu quả của nZVI và rGO. Quá trình hấp phụ tương ứng với động học bậc hai giả và phù hợp tốt với mô hình Freundlich với dung lượng hấp phụ tối đa là 31,61 mg g-1 ở 25 °C và pH 7. Một cơ chế hợp lý cho việc loại bỏ DC đã được đề xuất. Ngoài ra, khả năng tái sử dụng của vật liệu composite rGO/nZVI đạt 60% sau sáu chu kỳ tái tạo liên tiếp.
Tình trạng khan hiếm và ô nhiễm nước hiện đang là mối đe dọa nghiêm trọng đối với tất cả các quốc gia. Trong những năm gần đây, ô nhiễm nước, đặc biệt là ô nhiễm kháng sinh, đã gia tăng do sản xuất và tiêu thụ tăng cao trong đại dịch COVID-191,2,3. Do đó, việc phát triển một công nghệ hiệu quả để loại bỏ kháng sinh trong nước thải là một nhiệm vụ cấp bách.
Một trong những loại kháng sinh bán tổng hợp kháng thuốc thuộc nhóm tetracycline là doxycycline (DC)4,5. Người ta đã báo cáo rằng dư lượng DC trong nước ngầm và nước mặt không thể được chuyển hóa, chỉ có 20-50% được chuyển hóa và phần còn lại được thải ra môi trường, gây ra các vấn đề nghiêm trọng về môi trường và sức khỏe6.
Tiếp xúc với DC ở nồng độ thấp có thể tiêu diệt các vi sinh vật quang hợp dưới nước, đe dọa sự lan rộng của vi khuẩn kháng thuốc và làm tăng khả năng kháng thuốc, do đó chất gây ô nhiễm này phải được loại bỏ khỏi nước thải. Sự phân hủy tự nhiên của DC trong nước là một quá trình rất chậm. Các quá trình vật lý-hóa học như quang phân, phân hủy sinh học và hấp phụ chỉ có thể phân hủy ở nồng độ thấp và với tốc độ rất chậm7,8. Tuy nhiên, phương pháp tiết kiệm nhất, đơn giản, thân thiện với môi trường, dễ xử lý và hiệu quả nhất là hấp phụ9,10.
Sắt nano không hóa trị (nZVI) là một vật liệu rất mạnh có thể loại bỏ nhiều loại kháng sinh khỏi nước, bao gồm metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol và tetracycline. Khả năng này là nhờ các đặc tính tuyệt vời mà nZVI sở hữu, chẳng hạn như khả năng phản ứng cao, diện tích bề mặt lớn và nhiều vị trí liên kết bên ngoài11. Tuy nhiên, nZVI dễ bị kết tụ trong môi trường nước do lực van der Wells và tính chất từ tính cao, làm giảm hiệu quả loại bỏ chất gây ô nhiễm do sự hình thành các lớp oxit ức chế khả năng phản ứng của nZVI10,12. Sự kết tụ của các hạt nZVI có thể được giảm thiểu bằng cách sửa đổi bề mặt của chúng bằng chất hoạt động bề mặt và polyme hoặc bằng cách kết hợp chúng với các vật liệu nano khác dưới dạng vật liệu composite, điều này đã được chứng minh là một phương pháp khả thi để cải thiện tính ổn định của chúng trong môi trường13,14.
Graphene là một vật liệu nano carbon hai chiều bao gồm các nguyên tử carbon lai hóa sp2 được sắp xếp theo cấu trúc mạng lưới hình tổ ong. Nó có diện tích bề mặt lớn, độ bền cơ học đáng kể, hoạt tính xúc tác điện tuyệt vời, độ dẫn nhiệt cao, khả năng di chuyển điện tử nhanh và là vật liệu mang phù hợp để hỗ trợ các hạt nano vô cơ trên bề mặt của nó. Sự kết hợp giữa các hạt nano kim loại và graphene có thể vượt trội hơn nhiều so với lợi ích riêng lẻ của từng vật liệu và, nhờ các đặc tính vật lý và hóa học vượt trội, cung cấp sự phân bố tối ưu các hạt nano để xử lý nước hiệu quả hơn15.
Chiết xuất thực vật là lựa chọn thay thế tốt nhất cho các chất khử hóa học độc hại thường được sử dụng trong quá trình tổng hợp oxit graphene khử (rGO) và nZVI vì chúng có sẵn, giá rẻ, quy trình một bước, an toàn cho môi trường và có thể được sử dụng làm chất khử. Các hợp chất như flavonoid và phenolic cũng hoạt động như chất ổn định. Do đó, chiết xuất lá Atriplex halimus L. đã được sử dụng làm chất sửa chữa và chất bịt kín cho quá trình tổng hợp vật liệu composite rGO/nZVI trong nghiên cứu này. Atriplex halimus thuộc họ Amaranthaceae là một loại cây bụi lâu năm ưa nitơ với phạm vi phân bố địa lý rộng lớn16.
Theo các tài liệu hiện có, Atriplex halimus (A. halimus) lần đầu tiên được sử dụng để chế tạo vật liệu composite rGO/nZVI như một phương pháp tổng hợp tiết kiệm và thân thiện với môi trường. Do đó, mục tiêu của công việc này bao gồm bốn phần: (1) tổng hợp thực vật các vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI ban đầu bằng cách sử dụng chiết xuất lá thủy sinh của A. halimus, (2) đặc trưng hóa các vật liệu composite được tổng hợp thực vật bằng nhiều phương pháp để xác nhận sự chế tạo thành công của chúng, (3) nghiên cứu tác dụng hiệp đồng của rGO và nZVI trong quá trình hấp phụ và loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ của kháng sinh doxycycline dưới các thông số phản ứng khác nhau, tối ưu hóa các điều kiện của quá trình hấp phụ, (3) nghiên cứu các vật liệu composite trong các quá trình xử lý liên tục khác nhau sau chu kỳ xử lý.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480,90, công thức hóa học C22H24N2O·HCl, 98%), sắt clorua hexahydrat (FeCl3.6H2O, 97%), bột than chì được mua từ Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ. Natri hydroxit (NaOH, 97%), etanol (C2H5OH, 99,9%) và axit clohydric (HCl, 37%) được mua từ Merck, Hoa Kỳ. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 và MgCl2 được mua từ Công ty TNHH Hóa chất Thuốc thử Tianjin Comio. Tất cả các thuốc thử đều có độ tinh khiết phân tích cao. Nước cất hai lần được sử dụng để pha chế tất cả các dung dịch nước.
Các mẫu vật tiêu biểu của A. halimus đã được thu thập từ môi trường sống tự nhiên của chúng ở Đồng bằng sông Nile và các vùng đất dọc theo bờ biển Địa Trung Hải của Ai Cập. Vật liệu thực vật được thu thập theo các hướng dẫn quốc gia và quốc tế hiện hành17. Giáo sư Manal Fawzi đã xác định các mẫu thực vật theo Boulos18, và Khoa Khoa học Môi trường của Đại học Alexandria cho phép thu thập các loài thực vật được nghiên cứu cho mục đích khoa học. Các mẫu vật được lưu giữ tại Vườn thực vật Đại học Tanta (TANE), số hiệu mẫu vật 14 122–14 127, một vườn thực vật công cộng cung cấp quyền truy cập vào các vật liệu được lưu trữ. Ngoài ra, để loại bỏ bụi bẩn, cắt lá cây thành từng mảnh nhỏ, rửa sạch 3 lần bằng nước máy và nước cất, sau đó sấy khô ở 50°C. Cây được nghiền nát, 5 g bột mịn được ngâm trong 100 ml nước cất và khuấy ở 70°C trong 20 phút để thu được dịch chiết. Dịch chiết Bacillus nicotianae thu được được lọc qua giấy lọc Whatman và bảo quản trong các ống nghiệm sạch và vô trùng ở 4°C để sử dụng tiếp.
Như thể hiện trong Hình 1, GO được chế tạo từ bột than chì bằng phương pháp Hummers cải tiến. 10 mg bột GO được phân tán trong 50 ml nước khử ion trong 30 phút dưới tác động siêu âm, sau đó trộn 0,9 g FeCl3 và 2,9 g NaAc trong 60 phút. Thêm 20 ml chiết xuất lá atriplex vào dung dịch đang khuấy và để ở 80°C trong 8 giờ. Hỗn dịch màu đen thu được được lọc. Các vật liệu nano tổng hợp đã chuẩn bị được rửa bằng etanol và nước cất hai lần, sau đó sấy khô trong lò chân không ở 50°C trong 12 giờ.
Sơ đồ và hình ảnh kỹ thuật số về quá trình tổng hợp xanh rGO/nZVI và phức hợp nZVI, cũng như việc loại bỏ kháng sinh DC khỏi nước bị ô nhiễm bằng chiết xuất Atriplex halimus.
Tóm lại, như thể hiện trong Hình 1, 10 ml dung dịch sắt clorua chứa 0,05 M ion Fe3+ được thêm nhỏ giọt vào 20 ml dung dịch chiết xuất lá đắng trong 60 phút với nhiệt độ vừa phải và khuấy đều, sau đó dung dịch được ly tâm ở 14.000 vòng/phút (Hermle, 15.000 vòng/phút) trong 15 phút để thu được các hạt màu đen, sau đó được rửa 3 lần bằng etanol và nước cất rồi sấy khô trong lò chân không ở 60°C qua đêm.
Vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI tổng hợp từ thực vật được đặc trưng bằng quang phổ UV-Vis (máy quang phổ UV/Vis dòng T70/T80, PG Instruments Ltd, Anh) trong phạm vi quét 200-800 nm. Để phân tích cấu trúc bề mặt và sự phân bố kích thước của vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI, quang phổ TEM (JOEL, JEM-2100F, Nhật Bản, điện áp gia tốc 200 kV) đã được sử dụng. Để đánh giá các nhóm chức có thể tham gia vào quá trình phục hồi và ổn định trong chiết xuất thực vật, quang phổ FT-IR đã được thực hiện (máy quang phổ JASCO trong phạm vi 4000-600 cm-1). Ngoài ra, máy phân tích điện thế zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) được sử dụng để nghiên cứu điện tích bề mặt của các vật liệu nano tổng hợp. Để đo nhiễu xạ tia X của vật liệu nano dạng bột, người ta sử dụng máy nhiễu xạ tia X (X'PERT PRO, Hà Lan), hoạt động ở dòng điện (40 mA), điện áp (45 kV) trong phạm vi 2θ từ 20° đến 80° và bức xạ CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1,54056 Ao). Máy quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDX) (mẫu JEOL JSM-IT100) chịu trách nhiệm nghiên cứu thành phần nguyên tố khi thu thập tia X đơn sắc Al K-α từ -10 đến 1350 eV trên XPS, kích thước điểm 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, Hoa Kỳ), năng lượng truyền của toàn phổ là 200 eV và phổ hẹp là 50 eV. Mẫu bột được ép lên giá đỡ mẫu, sau đó được đặt trong buồng chân không. Phổ C 1s được sử dụng làm tham chiếu ở mức 284,58 eV để xác định năng lượng liên kết.
Các thí nghiệm hấp phụ được thực hiện để kiểm tra hiệu quả của các nanocomposite rGO/nZVI tổng hợp trong việc loại bỏ doxycycline (DC) khỏi dung dịch nước. Thí nghiệm hấp phụ được tiến hành trong bình Erlenmeyer 25 ml với tốc độ lắc 200 vòng/phút trên máy lắc quỹ đạo (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) ở 298 K. Bằng cách pha loãng dung dịch DC gốc (1000 ppm) với nước cất hai lần. Để đánh giá ảnh hưởng của liều lượng rGO/nZVI đến hiệu quả hấp phụ, các nanocomposite có khối lượng khác nhau (0,01–0,07 g) được thêm vào 20 ml dung dịch DC. Để nghiên cứu động học và đường đẳng nhiệt hấp phụ, 0,05 g chất hấp phụ được ngâm trong dung dịch nước của DC với nồng độ ban đầu (25–100 mg L–1). Ảnh hưởng của pH đến việc loại bỏ DC được nghiên cứu ở pH (3–11) và nồng độ ban đầu là 50 mg L-1 ở 25°C. Điều chỉnh độ pH của hệ thống bằng cách thêm một lượng nhỏ dung dịch HCl hoặc NaOH (máy đo pH Crison, máy đo pH, pH 25). Ngoài ra, ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến các thí nghiệm hấp phụ trong khoảng 25-55°C cũng được nghiên cứu. Ảnh hưởng của cường độ ion đến quá trình hấp phụ được nghiên cứu bằng cách thêm các nồng độ NaCl khác nhau (0,01–4 mol L–1) ở nồng độ ban đầu của DC là 50 mg L–1, pH 3 và 7), 25°C và liều lượng chất hấp phụ là 0,05 g. Sự hấp phụ của DC không bị hấp phụ được đo bằng máy quang phổ UV-Vis hai chùm tia (dòng T70/T80, PG Instruments Ltd, Anh) được trang bị cuvet thạch anh có chiều dài đường truyền 1,0 cm ở bước sóng cực đại (λmax) là 270 và 350 nm. Phần trăm loại bỏ kháng sinh DC (R%; Phương trình 1) và lượng DC hấp phụ, qt, Phương trình 2. 2 (mg/g) được đo bằng phương trình sau.
trong đó %R là khả năng loại bỏ DC (%), Co là nồng độ DC ban đầu tại thời điểm 0, và C là nồng độ DC tại thời điểm t (mg L-1).
trong đó qe là lượng DC được hấp phụ trên mỗi đơn vị khối lượng chất hấp phụ (mg g-1), Co và Ce lần lượt là nồng độ tại thời điểm ban đầu và tại trạng thái cân bằng (mg l-1), V là thể tích dung dịch (l), và m là khối lượng chất phản ứng hấp phụ (g).
Ảnh SEM (Hình 2A–C) cho thấy cấu trúc dạng lớp của vật liệu composite rGO/nZVI với các hạt nano sắt hình cầu phân tán đồng đều trên bề mặt, cho thấy sự gắn kết thành công của các hạt nano nZVI lên bề mặt rGO. Ngoài ra, có một số nếp nhăn trên bề mặt rGO dạng lá, xác nhận việc loại bỏ các nhóm chứa oxy đồng thời với sự phục hồi GO của A. halimus. Những nếp nhăn lớn này đóng vai trò là vị trí để tải các hạt nano sắt một cách hiệu quả. Ảnh nZVI (Hình 2D-F) cho thấy các hạt nano sắt hình cầu phân tán rất nhiều và không kết tụ, điều này là do tính chất bao phủ của các thành phần thực vật trong chiết xuất cây. Kích thước hạt dao động trong khoảng 15–26 nm. Tuy nhiên, một số vùng có cấu trúc xốp với các chỗ phồng và lõm, có thể cung cấp khả năng hấp phụ hiệu quả cao của nZVI, vì chúng có thể làm tăng khả năng giữ lại các phân tử DC trên bề mặt của nZVI. Khi sử dụng chiết xuất Rosa Damascus để tổng hợp nZVI, các NP thu được không đồng nhất, có lỗ rỗng và hình dạng khác nhau, làm giảm hiệu quả hấp phụ Cr(VI) và tăng thời gian phản ứng 23. Kết quả này phù hợp với nZVI được tổng hợp từ lá sồi và lá dâu tằm, chủ yếu là các hạt nano hình cầu với kích thước nanomet khác nhau mà không có sự kết tụ rõ ràng.
Ảnh SEM của vật liệu composite rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) và phổ EDX của vật liệu composite nZVI/rGO (G) và nZVI (H).
Thành phần nguyên tố của rGO/nZVI tổng hợp từ thực vật và các vật liệu composite nZVI đã được nghiên cứu bằng EDX (Hình 2G, H). Các nghiên cứu cho thấy nZVI bao gồm carbon (38,29% theo khối lượng), oxy (47,41% theo khối lượng) và sắt (11,84% theo khối lượng), nhưng các nguyên tố khác như phốt pho24 cũng có mặt, có thể thu được từ chiết xuất thực vật. Ngoài ra, tỷ lệ phần trăm cao của carbon và oxy là do sự hiện diện của các chất phytochemical từ chiết xuất thực vật trong các mẫu nZVI dưới lòng đất. Các nguyên tố này được phân bố đều trên rGO nhưng với tỷ lệ khác nhau: C (39,16% theo khối lượng), O (46,98% theo khối lượng) và Fe (10,99% theo khối lượng). EDX rGO/nZVI cũng cho thấy sự hiện diện của các nguyên tố khác như S, có thể liên quan đến chiết xuất thực vật. Tỷ lệ C:O hiện tại và hàm lượng sắt trong vật liệu composite rGO/nZVI sử dụng A. halimus tốt hơn nhiều so với việc sử dụng chiết xuất lá bạch đàn, vì nó đặc trưng cho thành phần C (23,44 wt.%), O (68,29 wt.%) và Fe (8,27 wt.%). 25. Nataša et al., 2022 đã báo cáo thành phần nguyên tố tương tự của nZVI được tổng hợp từ lá sồi và lá dâu tằm và xác nhận rằng các nhóm polyphenol và các phân tử khác có trong chiết xuất lá chịu trách nhiệm cho quá trình khử.
Hình thái của nZVI được tổng hợp trong thực vật (Hình S2A,B) có dạng hình cầu và một phần không đều, với kích thước hạt trung bình là 23,09 ± 3,54 nm, tuy nhiên, các cụm chuỗi được quan sát thấy do lực van der Waals và tính chất từ tính. Hình dạng hạt chủ yếu là dạng hình cầu này phù hợp với kết quả SEM. Một quan sát tương tự đã được Abdelfatah et al. tìm thấy vào năm 2021 khi sử dụng chiết xuất lá cây thầu dầu trong quá trình tổng hợp nZVI11. Các hạt nano chiết xuất lá Ruelas tuberosa được sử dụng làm chất khử trong nZVI cũng có hình dạng hình cầu với đường kính từ 20 đến 40 nm26.
Hình ảnh TEM của vật liệu composite lai rGO/nZVI (Hình S2C-D) cho thấy rGO là một mặt phẳng đáy với các nếp gấp và nếp nhăn ở rìa, cung cấp nhiều vị trí tải cho các hạt nano nZVI; hình thái dạng lớp này cũng xác nhận việc chế tạo rGO thành công. Ngoài ra, các hạt nano nZVI có hình cầu với kích thước hạt từ 5,32 đến 27 nm và được nhúng trong lớp rGO với sự phân tán gần như đồng đều. Chiết xuất lá bạch đàn được sử dụng để tổng hợp Fe NPs/rGO; kết quả TEM cũng xác nhận rằng các nếp nhăn trong lớp rGO đã cải thiện sự phân tán của các hạt nano Fe hơn so với các hạt nano Fe nguyên chất và làm tăng khả năng phản ứng của vật liệu composite. Kết quả tương tự đã được Bagheri et al. 28 thu được khi vật liệu composite được chế tạo bằng kỹ thuật siêu âm với kích thước hạt nano sắt trung bình khoảng 17,70 nm.
Phổ FTIR của A. halimus, nZVI, GO, rGO và vật liệu composite rGO/nZVI được thể hiện trong Hình 3A. Sự hiện diện của các nhóm chức bề mặt trong lá A. halimus xuất hiện ở 3336 cm-1, tương ứng với polyphenol, và 1244 cm-1, tương ứng với các nhóm carbonyl được tạo ra bởi protein. Các nhóm khác như ankan ở 2918 cm-1, anken ở 1647 cm-1 và các phần mở rộng CO-O-CO ở 1030 cm-1 cũng được quan sát thấy, cho thấy sự hiện diện của các thành phần thực vật hoạt động như chất bịt kín và chịu trách nhiệm chuyển đổi từ Fe2+ thành Fe0 và GO thành rGO29. Nhìn chung, phổ nZVI cho thấy các đỉnh hấp thụ tương tự như đường đắng, nhưng với vị trí hơi dịch chuyển. Một dải hấp thụ mạnh xuất hiện ở 3244 cm-1 liên quan đến dao động kéo giãn OH (phenol), một đỉnh ở 1615 tương ứng với C=C, và các dải ở 1546 và 1011 cm-1 xuất hiện do sự kéo giãn của C=O (polyphenol và flavonoid), các nhóm CN của amin thơm và amin béo cũng được quan sát thấy lần lượt ở 1310 cm-1 và 1190 cm-113. Phổ FTIR của GO cho thấy sự hiện diện của nhiều nhóm chứa oxy có cường độ cao, bao gồm dải kéo giãn alkoxy (CO) ở 1041 cm-1, dải kéo giãn epoxy (CO) ở 1291 cm-1, kéo giãn C=O. Một dải dao động kéo giãn C=C ở 1619 cm⁻¹, một dải ở 1708 cm⁻¹ và một dải rộng dao động kéo giãn nhóm OH ở 3384 cm⁻¹ xuất hiện, điều này được xác nhận bằng phương pháp Hummers cải tiến, cho thấy quá trình oxy hóa than chì đã thành công. Khi so sánh rGO và vật liệu composite rGO/nZVI với phổ GO, cường độ của một số nhóm chứa oxy, chẳng hạn như OH ở 3270 cm⁻¹, giảm đáng kể, trong khi các nhóm khác, chẳng hạn như C=O ở 1729 cm⁻¹, biến mất hoàn toàn, cho thấy sự loại bỏ thành công các nhóm chức chứa oxy trong GO bằng chiết xuất A. halimus. Các đỉnh đặc trưng sắc nét mới của rGO ở dao động kéo giãn C=C được quan sát thấy xung quanh 1560 và 1405 cm⁻¹, xác nhận sự khử GO thành rGO. Sự biến thiên từ 1043 đến 1015 cm-1 và từ 982 đến 918 cm-1 đã được quan sát, có thể là do sự bao gồm vật liệu thực vật31,32. Weng et al., 2018 cũng quan sát thấy sự suy giảm đáng kể của các nhóm chức oxy hóa trong GO, xác nhận sự hình thành thành công rGO bằng phương pháp khử sinh học, vì chiết xuất lá bạch đàn, được sử dụng để tổng hợp các hợp chất oxit graphene sắt khử, cho thấy phổ FTIR gần hơn với các nhóm chức của thành phần thực vật. 33 .
A. Phổ FTIR của gali, nZVI, rGO, GO, vật liệu composite rGO/nZVI (A). Hình ảnh X-quang của vật liệu composite rGO, GO, nZVI và rGO/nZVI (B).
Sự hình thành của rGO/nZVI và các vật liệu composite nZVI phần lớn được xác nhận bằng các mẫu nhiễu xạ tia X (Hình 3B). Một đỉnh Fe0 cường độ cao được quan sát thấy ở 2Ɵ 44,5°, tương ứng với chỉ số (110) (JCPDS số 06–0696)11. Một đỉnh khác ở 35,1° của mặt phẳng (311) được cho là do magnetit Fe3O4, 63,2° có thể liên quan đến chỉ số Miller của mặt phẳng (440) do sự hiện diện của ϒ-FeOOH (JCPDS số 17-0536)34. Mẫu tia X của GO cho thấy một đỉnh sắc nét ở 2Ɵ 10,3° và một đỉnh khác ở 21,1°, cho thấy sự tách lớp hoàn toàn của than chì và làm nổi bật sự hiện diện của các nhóm chứa oxy trên bề mặt GO35. Các mẫu phức hợp của rGO và rGO/nZVI ghi nhận sự biến mất của các đỉnh GO đặc trưng và sự hình thành các đỉnh rGO rộng ở 2Ɵ 22,17 và 24,7° đối với các vật liệu phức hợp rGO và rGO/nZVI tương ứng, điều này xác nhận sự phục hồi thành công GO bằng chiết xuất thực vật. Tuy nhiên, trong mẫu phức hợp rGO/nZVI, các đỉnh bổ sung liên quan đến mặt phẳng mạng tinh thể của Fe0 (110) và bcc Fe0 (200) được quan sát thấy ở 44,9\(^\circ\) và 65,22\(^\circ\), tương ứng.
Điện thế zeta là điện thế giữa lớp ion gắn trên bề mặt hạt và dung dịch nước, quyết định các tính chất tĩnh điện của vật liệu và đo độ ổn định của nó37. Phân tích điện thế zeta của nZVI, GO và vật liệu composite rGO/nZVI tổng hợp từ thực vật cho thấy độ ổn định của chúng nhờ sự hiện diện của các điện tích âm lần lượt là -20,8, -22 và -27,4 mV trên bề mặt, như thể hiện trong Hình S1A-C. Những kết quả này phù hợp với một số báo cáo đề cập rằng các dung dịch chứa các hạt có giá trị điện thế zeta nhỏ hơn -25 mV thường thể hiện độ ổn định cao do lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt này. Sự kết hợp của rGO và nZVI cho phép vật liệu composite tích lũy nhiều điện tích âm hơn và do đó có độ ổn định cao hơn so với GO hoặc nZVI riêng lẻ. Vì vậy, hiện tượng lực đẩy tĩnh điện sẽ dẫn đến sự hình thành vật liệu composite rGO/nZVI39 ổn định. Bề mặt tích điện âm của GO cho phép nó phân tán đều trong môi trường nước mà không bị vón cục, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác với nZVI. Điện tích âm có thể liên quan đến sự hiện diện của các nhóm chức khác nhau trong chiết xuất mướp đắng, điều này cũng xác nhận sự tương tác giữa GO và tiền chất sắt cũng như chiết xuất thực vật để tạo thành rGO và nZVI, tương ứng, và phức hợp rGO/nZVI. Các hợp chất thực vật này cũng có thể hoạt động như chất bao phủ, vì chúng ngăn chặn sự kết tụ của các hạt nano tạo thành và do đó làm tăng độ ổn định của chúng40.
Thành phần nguyên tố và trạng thái hóa trị của nZVI và vật liệu composite rGO/nZVI được xác định bằng XPS (Hình 4). Nghiên cứu XPS tổng thể cho thấy vật liệu composite rGO/nZVI chủ yếu bao gồm các nguyên tố C, O và Fe, phù hợp với bản đồ EDS (Hình 4F–H). Phổ C1s bao gồm ba đỉnh ở 284,59 eV, 286,21 eV và 288,21 eV lần lượt đại diện cho CC, CO và C=O. Phổ O1s được chia thành ba đỉnh, bao gồm 531,17 eV, 532,97 eV và 535,45 eV, được gán cho các nhóm O=CO, CO và NO tương ứng. Tuy nhiên, các đỉnh ở 710,43, 714,57 và 724,79 eV lần lượt đề cập đến Fe 2p3/2, Fe+3 và Fe p1/2. Phổ XPS của nZVI (Hình 4C-E) cho thấy các đỉnh tương ứng với các nguyên tố C, O và Fe. Các đỉnh ở 284,77, 286,25 và 287,62 eV xác nhận sự hiện diện của hợp kim sắt-cacbon, tương ứng với CC, C-OH và CO. Phổ O1s tương ứng với ba đỉnh C–O/cacbonat sắt (531,19 eV), gốc hydroxyl (532,4 eV) và O–C=O (533,47 eV). Đỉnh ở 719,6 được quy cho Fe0, trong khi FeOOH cho thấy các đỉnh ở 717,3 và 723,7 eV, ngoài ra, đỉnh ở 725,8 eV cho thấy sự hiện diện của Fe2O342,43.
Nghiên cứu XPS của nZVI và vật liệu composite rGO/nZVI (A, B). Phổ đầy đủ của nZVI C1s (C), Fe2p (D) và O1s (E) và vật liệu composite rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H).
Đường đẳng nhiệt hấp phụ/giải hấp N2 (Hình 5A, B) cho thấy nZVI và vật liệu composite rGO/nZVI thuộc loại II. Ngoài ra, diện tích bề mặt riêng (SBET) của nZVI tăng từ 47,4549 lên 152,52 m2/g sau khi phủ rGO. Kết quả này có thể được giải thích bằng sự giảm tính chất từ tính của nZVI sau khi phủ rGO, do đó làm giảm sự kết tụ hạt và tăng diện tích bề mặt của vật liệu composite. Thêm vào đó, như thể hiện trong Hình 5C, thể tích lỗ xốp (8,94 nm) của vật liệu composite rGO/nZVI cao hơn so với nZVI ban đầu (2,873 nm). Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của El-Monaem et al. 45.
Để đánh giá khả năng hấp phụ loại bỏ DC giữa vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI ban đầu tùy thuộc vào sự gia tăng nồng độ ban đầu, một phép so sánh đã được thực hiện bằng cách thêm một liều lượng không đổi của mỗi chất hấp phụ (0,05 g) vào DC ở các nồng độ ban đầu khác nhau. Dung dịch được nghiên cứu [25]. –100 mg l–1] ở 25°C. Kết quả cho thấy hiệu quả loại bỏ (94,6%) của vật liệu composite rGO/nZVI cao hơn so với nZVI ban đầu (90%) ở nồng độ thấp hơn (25 mg L-1). Tuy nhiên, khi nồng độ ban đầu tăng lên 100 mg L-1, hiệu quả loại bỏ của rGO/nZVI và nZVI ban đầu giảm xuống lần lượt là 70% và 65% (Hình 6A), điều này có thể là do số lượng vị trí hoạt động ít hơn và sự phân hủy của các hạt nZVI. Ngược lại, rGO/nZVI cho thấy hiệu quả loại bỏ DC cao hơn, điều này có thể là do hiệu ứng hiệp đồng giữa rGO và nZVI, trong đó số lượng vị trí hoạt tính ổn định có sẵn cho quá trình hấp phụ cao hơn nhiều, và trong trường hợp rGO/nZVI, lượng DC được hấp phụ nhiều hơn so với nZVI nguyên chất. Ngoài ra, hình 6B cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI tăng từ 9,4 mg/g lên 30 mg/g và 9 mg/g tương ứng, khi nồng độ ban đầu tăng từ 25–100 mg/L lên 28,73 mg g-1. Do đó, tỷ lệ loại bỏ DC tỷ lệ nghịch với nồng độ DC ban đầu, điều này là do số lượng trung tâm phản ứng được hỗ trợ bởi mỗi chất hấp phụ để hấp phụ và loại bỏ DC trong dung dịch là có hạn. Như vậy, từ những kết quả này có thể kết luận rằng vật liệu composite rGO/nZVI có hiệu quả hấp phụ và khử cao hơn, và rGO trong thành phần rGO/nZVI có thể được sử dụng vừa làm chất hấp phụ vừa làm vật liệu mang.
Hiệu quả loại bỏ và khả năng hấp phụ DC của rGO/nZVI và vật liệu composite nZVI được thể hiện như sau (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, liều lượng = 0,05 g], pH. Ảnh hưởng của khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ DC lên vật liệu composite rGO/nZVI (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, liều lượng = 0,05 g].
Độ pH của dung dịch là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu các quá trình hấp phụ, vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa, phân loại và ion hóa của chất hấp phụ. Thí nghiệm được thực hiện ở 25°C với liều lượng chất hấp phụ không đổi (0,05 g) và nồng độ ban đầu là 50 mg L-1 trong phạm vi pH (3–11). Theo một bài tổng quan tài liệu46, DC là một phân tử lưỡng tính với một số nhóm chức có thể ion hóa (phenol, nhóm amino, rượu) ở các mức pH khác nhau. Do đó, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt của vật liệu composite rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion; phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3, zwitterion (DCH20) ở 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH− hoặc DC2−) ở pH 7,7. Do đó, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt của vật liệu composite rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion; phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3, zwitterion (DCH20) ở 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH- hoặc DC2-) ở pH 7,7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могут взаимодействовать электростатически và могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов và анионов, молекула ДК существует в виде катиона (DCH3+) при рН < 3,3, chất lỏng (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 và анионный (DCH- hoặc DC2-) có độ pH 7,7. Kết quả là, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt của vật liệu composite rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion; phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3; ion (DCH2O) 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH- hoặc DC2-) ở pH 7,7.因此, DC 的各种功能和rGO/nZVI Bạn có thể làm được điều đó không? DC Độ 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。DC , 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 и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI могут bạn đang ở đâu взаимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов và анионов, а молекулы ДК являются катионными (ДЦГ3+) при рН < 3,3. Do đó, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt của vật liệu composite rGO/nZVI có thể tham gia vào tương tác tĩnh điện và tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion, trong khi các phân tử DC là cation (DCH3+) ở pH < 3,3. Độ pH của nó là виде цвиттер-иона (DCH20) với 3,3 < pH < 7,7 và аниона (DCH- hoặc DC2-) với pH 7,7. Nó tồn tại dưới dạng zwitterion (DCH2O) ở pH 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH- hoặc DC2-) ở pH 7,7.Khi pH tăng từ 3 lên 7, khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ DC tăng từ 11,2 mg/g (56%) lên 17 mg/g (85%) (Hình 6C). Tuy nhiên, khi pH tăng lên 9 và 11, khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ giảm đi một chút, từ 10,6 mg/g (53%) xuống 6 mg/g (30%). Khi pH tăng từ 3 lên 7, DC chủ yếu tồn tại ở dạng zwitterion, khiến chúng hầu như không bị hút hoặc đẩy bởi tương tác tĩnh điện với vật liệu composite rGO/nZVI, chủ yếu là do tương tác tĩnh điện. Khi pH tăng trên 8,2, bề mặt chất hấp phụ bị tích điện âm, do đó khả năng hấp phụ giảm do lực đẩy tĩnh điện giữa doxycycline tích điện âm và bề mặt chất hấp phụ. Xu hướng này cho thấy sự hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI phụ thuộc rất nhiều vào độ pH, và kết quả cũng chỉ ra rằng vật liệu composite rGO/nZVI phù hợp làm chất hấp phụ trong điều kiện axit và trung tính.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hấp phụ dung dịch DC trong nước được thực hiện ở (25–55°C). Hình 7A cho thấy ảnh hưởng của việc tăng nhiệt độ đến hiệu quả loại bỏ kháng sinh DC trên rGO/nZVI, rõ ràng là khả năng loại bỏ và khả năng hấp phụ tăng từ 83,44% và 13,9 mg/g lên 47% và 7,83 mg/g, tương ứng. Sự giảm đáng kể này có thể là do sự gia tăng năng lượng nhiệt của các ion DC, dẫn đến sự giải hấp47.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả loại bỏ và khả năng hấp phụ CD trên vật liệu composite rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Liều lượng = 0,05 g], Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đến hiệu quả loại bỏ và hiệu quả loại bỏ CD. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ DC trên vật liệu composite 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, liều lượng = 0,05 g].
Hình 7B thể hiện ảnh hưởng của việc tăng liều lượng chất hấp phụ hỗn hợp rGO/nZVI từ 0,01 g lên 0,07 g đến hiệu quả loại bỏ và khả năng hấp phụ. Việc tăng liều lượng chất hấp phụ dẫn đến giảm khả năng hấp phụ từ 33,43 mg/g xuống 6,74 mg/g. Tuy nhiên, khi tăng liều lượng chất hấp phụ từ 0,01 g lên 0,07 g, hiệu quả loại bỏ tăng từ 66,8% lên 96%, điều này có thể liên quan đến sự gia tăng số lượng trung tâm hoạt tính trên bề mặt nanocomposite.
Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, liều lượng 0,05 g] đã được nghiên cứu. Khi nồng độ ban đầu tăng từ 25 mg L-1 lên 100 mg L-1, tỷ lệ loại bỏ của vật liệu composite rGO/nZVI giảm từ 94,6% xuống 65% (Hình 7C), có thể do sự thiếu hụt các vị trí hoạt tính mong muốn. Vật liệu này hấp phụ nồng độ DC49 cao. Mặt khác, khi nồng độ ban đầu tăng, khả năng hấp phụ cũng tăng từ 9,4 mg/g lên 30 mg/g cho đến khi đạt trạng thái cân bằng (Hình 7D). Phản ứng tất yếu này là do sự gia tăng lực đẩy khi nồng độ DC ban đầu lớn hơn điện trở truyền khối ion DC để đến bề mặt của vật liệu composite rGO/nZVI.
Các nghiên cứu về thời gian tiếp xúc và động học nhằm mục đích hiểu thời gian đạt trạng thái cân bằng của quá trình hấp phụ. Đầu tiên, lượng DC được hấp phụ trong 40 phút đầu tiên của thời gian tiếp xúc xấp xỉ bằng một nửa tổng lượng được hấp phụ trong toàn bộ thời gian (100 phút). Trong khi đó, các phân tử DC trong dung dịch va chạm khiến chúng nhanh chóng di chuyển đến bề mặt của vật liệu composite rGO/nZVI dẫn đến sự hấp phụ đáng kể. Sau 40 phút, sự hấp phụ DC tăng dần và chậm cho đến khi đạt trạng thái cân bằng sau 60 phút (Hình 7D). Vì một lượng đáng kể được hấp phụ trong 40 phút đầu tiên, sẽ có ít va chạm với các phân tử DC hơn và sẽ có ít vị trí hoạt động hơn cho các phân tử không bị hấp phụ. Do đó, tốc độ hấp phụ có thể giảm đi51.
Để hiểu rõ hơn về động học hấp phụ, chúng tôi đã sử dụng đồ thị đường của các mô hình động học bậc nhất giả (Hình 8A), bậc hai giả (Hình 8B) và Elovich (Hình 8C). Từ các thông số thu được từ các nghiên cứu động học (Bảng S1), rõ ràng mô hình bậc hai giả là mô hình tốt nhất để mô tả động học hấp phụ, với giá trị R2 cao hơn so với hai mô hình còn lại. Ngoài ra, còn có sự tương đồng giữa dung lượng hấp phụ được tính toán (qe, cal). Giá trị bậc hai giả và giá trị thực nghiệm (qe, exp.) là bằng chứng cho thấy mô hình bậc hai giả tốt hơn các mô hình khác. Như thể hiện trong Bảng 1, các giá trị của α (tốc độ hấp phụ ban đầu) và β (hằng số giải hấp) xác nhận rằng tốc độ hấp phụ cao hơn tốc độ giải hấp, cho thấy DC có xu hướng hấp phụ hiệu quả trên vật liệu composite rGO/nZVI52.
Đồ thị động học hấp phụ tuyến tính bậc hai giả (A), bậc nhất giả (B) và Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, liều lượng = 0,05 g].
Các nghiên cứu về đường cong hấp phụ giúp xác định khả năng hấp phụ của chất hấp phụ (vật liệu composite RGO/nRVI) ở các nồng độ chất hấp phụ (DC) và nhiệt độ hệ thống khác nhau. Khả năng hấp phụ tối đa được tính toán bằng cách sử dụng đường cong hấp phụ Langmuir, cho thấy quá trình hấp phụ là đồng nhất và bao gồm sự hình thành một lớp đơn chất hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ mà không có sự tương tác giữa chúng53. Hai mô hình đường cong hấp phụ được sử dụng rộng rãi khác là mô hình Freundlich và Temkin. Mặc dù mô hình Freundlich không được sử dụng để tính toán khả năng hấp phụ, nhưng nó giúp hiểu được quá trình hấp phụ không đồng nhất và các vị trí trống trên chất hấp phụ có năng lượng khác nhau, trong khi mô hình Temkin giúp hiểu được các tính chất vật lý và hóa học của quá trình hấp phụ54.
Hình 9A-C lần lượt hiển thị đồ thị đường của các mô hình Langmuir, Freundlich và Temkin. Giá trị R2 được tính toán từ đồ thị đường Freundlich (Hình 9A) và Langmuir (Hình 9B) và được trình bày trong Bảng 2 cho thấy sự hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI tuân theo mô hình đẳng nhiệt Freundlich (0,996), Langmuir (0,988) và Temkin (0,985). Dung lượng hấp phụ tối đa (qmax), được tính toán bằng mô hình đẳng nhiệt Langmuir, là 31,61 mg g-1. Ngoài ra, giá trị tính toán của hệ số phân tách không thứ nguyên (RL) nằm giữa 0 và 1 (0,097), cho thấy quá trình hấp phụ thuận lợi. Mặt khác, hằng số Freundlich tính toán (n = 2,756) cho thấy sự ưu tiên cho quá trình hấp phụ này. Theo mô hình tuyến tính của đẳng nhiệt Temkin (Hình 9C), sự hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI là một quá trình hấp phụ vật lý, vì b < 82 kJ mol-1 (0,408)55. Mặc dù sự hấp phụ vật lý thường được trung gian bởi lực van der Waals yếu, nhưng sự hấp phụ dòng điện một chiều trên vật liệu composite rGO/nZVI đòi hỏi năng lượng hấp phụ thấp [56, 57].
Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ tuyến tính Freundlich (A), Langmuir (B) và Temkin (C) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, liều lượng = 0,05 g]. Đồ thị phương trình van't Hoff cho sự hấp phụ DC bởi vật liệu composite rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C và liều lượng = 0,05 g].
Để đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ phản ứng đến việc loại bỏ DC khỏi vật liệu composite rGO/nZVI, các thông số nhiệt động học như thay đổi entropy (ΔS), thay đổi enthalpy (ΔH) và thay đổi năng lượng tự do (ΔG) được tính toán từ phương trình 3 và 458.
trong đó \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – hằng số cân bằng nhiệt động học, Ce và CAe – nồng độ rGO trong dung dịch, tương ứng /nZVI DC ở trạng thái cân bằng bề mặt. R và RT lần lượt là hằng số khí và nhiệt độ hấp phụ. Vẽ đồ thị ln Ke theo 1/T sẽ cho một đường thẳng (Hình 9D), từ đó có thể xác định được ∆S và ∆H.
Giá trị ΔH âm cho thấy quá trình này tỏa nhiệt. Mặt khác, giá trị ΔH nằm trong phạm vi của quá trình hấp phụ vật lý. Giá trị ΔG âm trong Bảng 3 cho thấy quá trình hấp phụ có thể xảy ra và tự phát. Giá trị ΔS âm cho thấy sự sắp xếp trật tự cao của các phân tử chất hấp phụ tại giao diện chất lỏng (Bảng 3).
Bảng 4 so sánh vật liệu composite rGO/nZVI với các chất hấp phụ khác được báo cáo trong các nghiên cứu trước đây. Rõ ràng là vật liệu composite VGO/nCVI có khả năng hấp phụ cao và có thể là vật liệu đầy triển vọng để loại bỏ kháng sinh DC khỏi nước. Ngoài ra, quá trình hấp phụ của vật liệu composite rGO/nZVI diễn ra nhanh chóng với thời gian cân bằng là 60 phút. Tính chất hấp phụ tuyệt vời của vật liệu composite rGO/nZVI có thể được giải thích bằng hiệu ứng hiệp đồng giữa rGO và nZVI.
Hình 10A, B minh họa cơ chế hợp lý cho việc loại bỏ kháng sinh DC bằng phức hợp rGO/nZVI và nZVI. Theo kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ DC, khi pH tăng từ 3 đến 7, quá trình hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI không bị chi phối bởi tương tác tĩnh điện, vì nó hoạt động như một zwitterion; do đó, sự thay đổi giá trị pH không ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Sau đó, cơ chế hấp phụ có thể được kiểm soát bởi các tương tác phi tĩnh điện như liên kết hydro, hiệu ứng kỵ nước và tương tác xếp chồng π-π giữa vật liệu composite rGO/nZVI và DC66. Người ta biết rằng cơ chế hấp phụ các chất thơm trên bề mặt graphene nhiều lớp được giải thích bằng tương tác xếp chồng π-π như là động lực chính. Vật liệu composite là một vật liệu nhiều lớp tương tự như graphene với cực đại hấp thụ ở 233 nm do chuyển tiếp π-π*. Dựa trên sự hiện diện của bốn vòng thơm trong cấu trúc phân tử của chất hấp phụ DC, chúng tôi giả thuyết rằng có một cơ chế tương tác xếp chồng π-π giữa DC thơm (chất nhận electron π) và vùng giàu electron π trên bề mặt RGO/nZVI. Ngoài ra, như thể hiện trong hình 10B, các nghiên cứu FTIR đã được thực hiện để nghiên cứu tương tác phân tử của vật liệu composite rGO/nZVI với DC, và phổ FTIR của vật liệu composite rGO/nZVI sau khi hấp phụ DC được thể hiện trong Hình 10B. Một đỉnh mới được quan sát thấy ở 2111 cm-1, tương ứng với dao động khung của liên kết C=C, cho thấy sự hiện diện của các nhóm chức hữu cơ tương ứng trên bề mặt của rGO/nZVI. Các đỉnh khác dịch chuyển từ 1561 đến 1548 cm-1 và từ 1399 đến 1360 cm-1, điều này cũng xác nhận rằng tương tác π-π đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ graphene và các chất ô nhiễm hữu cơ68,69. Sau quá trình hấp phụ DC, cường độ của một số nhóm chứa oxy, chẳng hạn như OH, giảm xuống còn 3270 cm-1, cho thấy liên kết hydro là một trong các cơ chế hấp phụ. Do đó, dựa trên kết quả, quá trình hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI chủ yếu xảy ra do tương tác xếp chồng π-π và liên kết hydro.
Cơ chế hợp lý của quá trình hấp phụ kháng sinh DC bởi phức hợp rGO/nZVI và nZVI (A). Phổ hấp phụ FTIR của DC trên rGO/nZVI và nZVI (B).
Cường độ của các dải hấp thụ của nZVI ở 3244, 1615, 1546 và 1011 cm–1 tăng lên sau khi DC hấp phụ trên nZVI (Hình 10B) so với nZVI trước đó, điều này có thể liên quan đến sự tương tác với các nhóm chức có thể có của nhóm O axit cacboxylic trong DC. Tuy nhiên, tỷ lệ truyền thấp hơn ở tất cả các dải quan sát được cho thấy không có sự thay đổi đáng kể về hiệu quả hấp phụ của chất hấp phụ tổng hợp thực vật (nZVI) so với nZVI trước quá trình hấp phụ. Theo một số nghiên cứu loại bỏ DC bằng nZVI71, khi nZVI phản ứng với H2O, các electron được giải phóng và sau đó H+ được sử dụng để tạo ra hydro hoạt tính có khả năng khử cao. Cuối cùng, một số hợp chất cation nhận electron từ hydro hoạt tính, dẫn đến -C=N và -C=C-, được cho là do sự phân tách vòng benzen.
Thời gian đăng bài: 14/11/2022