Cảm ơn bạn đã truy cập 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 đã 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 style và JavaScript.
Trong công trình này, vật liệu composite rGO/nZVI đã được tổng hợp lần đầu tiên bằng một quy trình đơn giản và thân thiện với môi trường, sử dụng chiết xuất lá vàng Sophora làm chất khử và chất ổn định để tuân thủ các nguyên tắc của hóa học "xanh", chẳng hạn như tổng hợp hóa học ít gây hại hơn. Một số công cụ đã được sử dụng để xác nhận quá trình tổng hợp thành công vật liệu composite, chẳng hạn như SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR và điện thế zeta, cho thấy quá trình chế tạo vật liệu composite thành công. Khả năng loại bỏ của vật liệu composite mới và nZVI tinh khiết ở các nồng độ ban đầu khác nhau của kháng sinh doxycycline đã được so sánh để nghiên cứu tác dụng hiệp đồng giữa rGO và nZVI. Trong điều kiện loại bỏ 25mg L-1, 25°C và 0,05g, tỷ lệ loại bỏ hấp phụ nZVI tinh khiết là 90%, trong khi tỷ lệ loại bỏ hấp phụ doxycycline của vật liệu composite rGO/nZVI đạt 94,6%, xác nhận rằng nZVI và rGO. Quá trình hấp phụ tương ứng với bậc giả bậc hai và phù hợp tốt với mô hình Freundlich với khả năng hấp phụ tối đa là 31,61 mg g-1 ở 25 °C và pH 7. Một cơ chế hợp lý để 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 sinh liên tiếp.
Tình trạng khan hiếm nước và ô nhiễm 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 kháng sinh bán tổng hợp kháng thuốc thuộc nhóm tetracycline là doxycycline (DC)4,5. Có báo cáo cho thấy dư lượng DC trong nước ngầm và nước mặt không thể 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 vi sinh vật quang hợp dưới nước, đe dọa sự lây lan của vi khuẩn kháng khuẩn 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 lý hóa như quang phân, phân hủy sinh học và hấp phụ chỉ có thể phân hủy ở nồng độ thấp và tốc độ rất thấp7,8. Tuy nhiên, phương pháp kinh tế nhất, đơn giản, thân thiện với môi trường, dễ xử lý và hiệu quả nhất là hấp phụ9,10.
Nano sắt hóa trị không (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 do 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 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 bớt bằng cách biến 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 độ ổn định của chúng trong môi trường13,14.
Graphene là vật liệu nano carbon hai chiều gồm các nguyên tử carbon lai hóa sp2 được sắp xếp theo mạng lưới tổ ong. Graphene 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 electron nhanh và là vật liệu mang phù hợp để hỗ trợ các hạt nano vô cơ trên bề mặt. Sự kết hợp giữa các hạt nano kim loại và graphene có thể vượt trội hơn hẳn những lợi ích riêng lẻ của từng vật liệu, và nhờ các đặc tính vật lý và hóa học vượt trội, nó mang lại sự phân bố hạt nano tối ưu, giúp 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 graphene oxide (rGO) và nZVI vì chúng sẵn có, giá thành rẻ, chỉ cần một bước, an toàn với môi trường và có thể được sử dụng làm chất khử. Giống như flavonoid và các hợp chất phenolic, chiết xuất lá Atriplex halimus L. cũng hoạt động như một chất ổn định. Do đó, chiết xuất lá Atriplex halimus L. đã được sử dụng làm chất sửa chữa và đóng kín cho quá trình tổng hợp vật liệu composite rGO/nZVI trong nghiên cứu này. Atriplex halimus thuộc họ Rau dền (Amaranthaceae) là một loại cây bụi lâu năm ưa nitơ với phạm vi phân bố rộng16.
Theo các tài liệu hiện có, Atriplex halimus (A. halimus) lần đầu tiên được sử dụng để tạo vật liệu composite rGO/nZVI như một phương pháp tổng hợp kinh tế và thân thiện với môi trường. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này bao gồm bốn phần: (1) tổng hợp thực vật các vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI gốc bằng chiết xuất lá thủy sinh A. halimus, (2) đặc tính của các vật liệu composite tổng hợp thực vật bằng nhiều phương pháp để xác nhận thành công trong quá trình chế tạo, (3) nghiên cứu tác dụng hiệp đồng của rGO và nZVI trong quá trình hấp phụ và loại bỏ các tạp chất 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 vật liệu composite trong các 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 mua từ Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ. Natri hydroxit (NaOH, 97%), etanol (C2H5OH, 99,9%) và axit clohydric (HCl, 37%) mua từ Merck, Hoa Kỳ. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 và MgCl2 mua từ Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. 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 đại diện 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 đã được thu thập theo các hướng dẫn quốc gia và quốc tế hiện hành17. Giáo sư Manal Fawzi đã xác định các mẫu vật thực vật theo Boulos18 và Khoa Khoa học Môi trường của Đại học Alexandria cho phép thu thập các loài thực vật đã nghiên cứu cho mục đích khoa học. Phiếu mẫu được lưu giữ tại Viện mẫu vật Đại học Tanta (TANE), phiếu số 14 122–14 127, một viện mẫu vật công cộng cung cấp quyền truy cập vào các vật liệu được gửi. Ngoài ra, để loại bỏ bụi bẩn, hãy cắt lá cây thành từng mảnh nhỏ, rửa sạch 3 lần bằng vòi 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 chiết xuất. Chiết xuất thu được từ Bacillus nicotianae được lọc qua giấy lọc Whatman và bảo quản trong các ống sạch và vô trùng ở nhiệt độ 4°C để sử dụng tiếp.
Như thể hiện trong Hình 1, GO được tạo ra 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 của sóng siêu âm, sau đó trộn 0,9 g FeCl3 và 2,9 g NaAc trong 60 phút. 20 ml chiết xuất lá atriplex được thêm vào dung dịch đã khuấy, khuấy đều và để ở 80°C trong 8 giờ. Hỗn dịch đen thu được được lọc. Các nanocomposite 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 ảnh kỹ thuật số về quá trình tổng hợp xanh các phức hợp rGO/nZVI và nZVI và loại bỏ kháng sinh DC khỏi nước bị ô nhiễm bằng cách sử dụng 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 nhỏ từng giọt vào 20 ml dung dịch chiết xuất lá đắng trong 60 phút, vừa đun vừa khuấy, sau đó ly tâm dung dịch ở tốc độ 14.000 vòng/phút (Hermle, 15.000 vòng/phút) trong 15 phút để tạo ra các hạt màu đen, sau đó 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 phương pháp quang phổ UV-Vis (máy quang phổ UV/Vis dòng T70/T80, PG Instruments Ltd, Anh Quốc) trong dải quét 200-800 nm. Để phân tích cấu trúc và phân bố kích thước của vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI, phương pháp quang phổ TEM (JOEL, JEM-2100F, Nhật Bản, điện áp gia tốc 200 kV) đã được sử dụng. Để đánh giá các nhóm chức năng có thể tham gia vào quá trình phục hồi và ổn định trong chiết xuất thực vật, phương pháp quang phổ FT-IR đã được thực hiện (máy quang phổ JASCO trong dải 4000-600 cm-1). Ngoài ra, một máy phân tích thế zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) đã được sử dụng để nghiên cứu điện tích bề mặt của vật liệu nano tổng hợp. Đối với phép đo nhiễu xạ tia X của vật liệu nano dạng bột, máy đo nhiễu xạ tia X (X'PERT PRO, Hà Lan) đã được sử dụng, 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 tán xạ năng lượng (EDX) (model 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 vào giá đỡ mẫu, được đặt trong buồng chân không. Phổ C 1 s được sử dụng làm chuẩn ở mức 284,58 eV để xác định năng lượng liên kết.
Các thí nghiệm hấp phụ đã được tiến hành để kiểm tra hiệu quả của nanocomposite rGO/nZVI tổng hợp trong việc loại bỏ doxycycline (DC) khỏi dung dịch nước. Các thí nghiệm hấp phụ đã được thực hiện 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 gốc DC (1000 ppm) với nước cất hai lần. Để đánh giá ảnh hưởng của liều lượng rGO/nSVI đến hiệu suất hấp phụ, các nanocomposite có khối lượng khác nhau (0,01–0,07 g) đã 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 CD nước có nồng độ ban đầu (25–100 mg L–1). Ảnh hưởng của pH đến quá trình 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 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 đã được nghiên cứu. Ảnh hưởng của cường độ ion đến quá trình hấp phụ đã được nghiên cứu bằng cách thêm các nồng độ khác nhau của NaCl (0,01–4 mol L–1) ở nồng độ DC ban đầu 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 hấp phụ được đo bằng máy quang phổ UV-Vis chùm kép (dòng T70/T80, PG Instruments Ltd, Vương quốc Anh) được trang bị cuvet thạch anh có chiều dài đường truyền 1,0 cm ở bước sóng tối đa (λmax) là 270 và 350 nm. Tỷ lệ loại bỏ kháng sinh DC (R%; Công thức 1) và lượng hấp phụ của DC, qt, Công thức 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, tương ứng (mg L-1).
trong đó qe là lượng DC hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ (mg g-1), Co và Ce lần lượt là nồng độ tại thời điểm bằng không và ở trạng thái cân bằng (mg l-1), V là thể tích dung dịch (l) và m là thuốc thử khối lượng hấp phụ (g).
Hình ảnh SEM (Hình 2A–C) cho thấy hình thái phiến của vật liệu composite rGO/nZVI với các hạt nano sắt hình cầu phân tán đều trên bề mặt của nó, cho thấy sự bám dính thành công của các hạt nano nZVI vào bề mặt rGO. Ngoài ra, có một số nếp nhăn trên lá rGO, xác nhận việc loại bỏ các nhóm chứa oxy đồng thời với việc phục hồi A. halimus GO. Những nếp nhăn lớn này hoạt động như các vị trí để nạp hạt nano sắt chủ động. Hình ảnh nZVI (Hình 2D-F) cho thấy các hạt nano sắt hình cầu rất phân tán và không kết tụ, điều này là do bản chất phủ của các thành phần thực vật trong chiết xuất thực vật. Kích thước hạt thay đổi trong khoảng 15–26 nm. Tuy nhiên, một số vùng có hình thái mesoporous với cấu trúc phình và khoang, có thể cung cấp khả năng hấp phụ hiệu quả cao của nZVI, vì chúng có thể làm tăng khả năng bẫy các phân tử DC trên bề mặt của nZVI. Khi chiết xuất Rosa Damascus được sử dụng để tổng hợp nZVI, các hạt NP thu được không đồng nhất, có nhiều lỗ rỗng và hình dạng khác nhau, làm giảm hiệu quả hấp phụ Cr(VI) và tăng thời gian phản ứng 23 . Kết quả phù hợp với nZVI tổng hợp từ lá sồi và lá dâu tằm, chủ yếu là các hạt nano hình cầu có nhiều kích thước nanomet khác nhau mà không có sự kết tụ rõ ràng.
Hình ảnh SEM của vật liệu composite rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) và mẫu EDX của vật liệu composite nZVI/rGO (G) và nZVI (H).
Thành phần nguyên tố của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI và nZVI từ thực vật đã được nghiên cứu bằng phương pháp EDX (Hình 2G, H). Các nghiên cứu cho thấy nZVI bao gồm carbon (38,29% khối lượng), oxy (47,41% khối lượng) và sắt (11,84% 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 carbon và oxy cao là do sự hiện diện của các hợp chất thực vật từ chiết xuất thực vật trong các mẫu nZVI dưới bề mặt. Các nguyên tố này phân bố đều trên rGO nhưng theo các tỷ lệ khác nhau: C (39,16 wt %), O (46,98 wt %) và Fe (10,99 wt %), EDX rGO/nZVI cũng cho thấy sự hiện diện của các nguyên tố khác như S, có thể liên kết với chiết xuất thực vật, được sử dụng. Tỷ lệ C:O hiện tại và hàm lượng sắt trong hợp chất rGO/nZVI sử dụng A. halimus tốt hơn nhiều so với sử dụng chiết xuất lá bạch đàn, vì nó đặc trưng cho thành phần của C (23,44 wt.%), O (68,29 wt.%) và Fe (8,27 wt.%). wt %) 25. Nataša và cộng sự, 2022 đã báo cáo thành phần nguyên tố tương tự của nZVI 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 tổng hợp ở 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 chuỗi kết tụ đã được quan sát thấy do lực van der Waals và tính sắt từ. Hình dạng hạt chủ yếu dạng hạt và hình cầu này phù hợp tốt với kết quả SEM. Một quan sát tương tự đã được Abdelfatah và cộng sự phát hiện vào năm 2021 khi chiết xuất lá thầu dầu được sử dụng trong quá trình tổng hợp nZVI11. Các hạt nano chiết xuất từ lá cây Ruelas tuberosa được sử dụng làm chất khử trong nZVI cũng có hình cầu với đường kính từ 20 đến 40 nm26.
Ảnh TEM hỗn hợp rGO/nZVI (Hình S2C-D) cho thấy rGO là mặt phẳng cơ bản với các nếp gấp và nếp nhăn ở rìa tạo ra nhiều vị trí tải cho các hạt nano nZVI; hình thái phiến mỏng này cũng xác nhận việc chế tạo thành công rGO. 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 độ phân tán gần như đồng đều. Chiết xuất lá bạch đàn được sử dụng để tổng hợp hạt nano Fe/rGO; Kết quả TEM cũng xác nhận rằng các nếp nhăn trên lớp rGO cải thiện độ phân tán của hạt nano Fe nhiều hơn hạt nano Fe tinh khiết và tăng khả năng phản ứng của vật liệu composite. Bagheri và cộng sự cũng thu được kết quả tương tự khi chế tạo vật liệu composite bằng kỹ thuật siêu âm với kích thước hạt nano sắt trung bình khoảng 17,70 nm.
Phổ FTIR của hợp chất A. halimus, nZVI, GO, rGO và rGO/nZVI được thể hiện trong Hình 3A. Sự hiện diện của các nhóm chức năng bề mặt trong lá của A. halimus xuất hiện ở 3336 cm-1, tương ứng với polyphenol và 1244 cm-1, tương ứng với các nhóm cacbonyl do protein tạo ra. Các nhóm khác như ankan ở 2918 cm-1, anken ở 1647 cm-1 và phần mở rộng CO-O-CO ở 1030 cm-1 cũng đã được quan sát thấy, cho thấy sự hiện diện của các thành phần thực vật hoạt động như tác nhân bịt kín và chịu trách nhiệm phục hồi từ Fe2+ thành Fe0 và GO thành rGO29. Nhìn chung, phổ nZVI cho thấy các đỉnh hấp thụ giống như đường đắng, nhưng có vị trí hơi dịch chuyển. Một dải cường độ cao xuất hiện ở 3244 cm-1 liên quan đến dao động kéo dài OH (phenol), một đỉnh ở 1615 tương ứng với C=C, và các dải ở 1546 và 1011 cm-1 phát sinh do sự kéo dài của C=O (polyphenol và flavonoid), nhóm CN của amin thơm và amin aliphatic 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 cường độ cao, bao gồm dải kéo dài alkoxy (CO) ở 1041 cm-1, dải kéo dài epoxy (CO) ở 1291 cm-1, sự kéo dài 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, phương pháp này oxy hóa thành công quá trình than chì. Khi so sánh các hợp chất rGO và 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 một số nhóm khác, chẳng hạn như C=O ở 1729 cm-1, giảm hoàn toàn. biến mất, cho thấy chiết xuất A. halimus đã loại bỏ thành công các nhóm chức chứa oxy trong GO. Các đỉnh đặc trưng sắc nét mới của rGO ở độ căng C=C được quan sát thấy xung quanh 1560 và 1405 cm-1, điều này xác nhận quá trình khử GO thành rGO. Các biến thể từ 1043 đến 1015 cm-1 và từ 982 đến 918 cm-1 đã được quan sát thấy, có thể là do sự bao gồm của vật liệu thực vật31,32. Weng et al., 2018 cũng quan sát thấy sự suy giảm đáng kể các nhóm chức năng có oxy trong GO, xác nhận sự hình thành thành công của rGO bằng phương pháp khử sinh học, vì chiết xuất lá bạch đàn, được sử dụng để tổng hợp vật liệu composite oxit graphene sắt khử, cho thấy phổ FTIR gần hơn của các nhóm chức năng thành phần thực vật. 33 .
A. Phổ FTIR của gali, nZVI, rGO, GO, hợp chất rGO/nZVI (A). Phổ hồng ngoại của hợp chất rGO, GO, nZVI và rGO/nZVI (B).
Sự hình thành của hợp chất rGO/nZVI và 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 của 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 bong tróc hoàn toàn của than chì và làm nổi bật sự hiện diện của các nhóm chứa oxy trên bề mặt của GO35. Các mẫu hình tổng hợp của rGO và rGO/nZVI đã ghi nhận sự biến mất của các đỉnh GO đặc trưng và sự hình thành các đỉnh rGO rộng ở góc 2°22,17° và 24,7° lần lượt cho các mẫu hình tổng hợp rGO và rGO/nZVI, điều này xác nhận sự phục hồi thành công của GO bằng chiết xuất thực vật. Tuy nhiên, trong mẫu hình tổng hợp rGO/nZVI, các đỉnh bổ sung liên quan đến mặt phẳng mạng của Fe0 (110) và bcc Fe0 (200) đã được quan sát thấy ở 44,9° và 65,22°.
Điện thế zeta là điện thế giữa lớp ion bám trên bề mặt hạt và dung dịch nước, điện thế này quyết định tính chất tĩnh điện của vật liệu và đo độ ổn định của vật liệu37. Phân tích điện thế zeta của vật liệu composite nZVI, GO và rGO/nZVI tổng hợp từ thực vật cho thấy tính ổn định của chúng do sự hiện diện của các điện tích âm lần lượt là -20,8, -22 và -27,4 mV trên bề mặt của chúng, như thể hiện trong Hình S1A-C. Những kết quả như vậy 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 cho thấy 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 thu được nhiều điện tích âm hơn và do đó có độ ổn định cao hơn so với GO hoặc nZVI riêng lẻ. Do đó, hiện tượng đẩy tĩnh điện sẽ dẫn đến sự hình thành vật liệu composite rGO/nZVI39 ổn định. Bề mặt âm của GO cho phép nó phân tán đều trong môi trường nước mà không bị kết tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho tương tác với nZVI. Điện tích âm có thể liên quan đến sự hiện diện của các nhóm chức năng khác nhau trong chiết xuất mướp đắng, điều này cũng xác nhận sự tương tác giữa GO và các tiền chất sắt với 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 tác nhân bao phủ, vì chúng ngăn chặn sự kết tụ của các hạt nano thu được và do đó làm tăng độ ổn định của chúng40.
Thành phần nguyên tố và trạng thái hóa trị của hợp chất nZVI và rGO/nZVI được xác định bằng XPS (Hình 4). Nghiên cứu XPS tổng thể cho thấy hợp chất rGO/nZVI chủ yếu bao gồm các nguyên tố C, O và Fe, phù hợp với ánh xạ EDS (Hình 4F–H). Phổ C1s bao gồm ba đỉnh ở 284,59 eV, 286,21 eV và 288,21 eV tương ứng với 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 tương ứng với Fe2p3/2, Fe+3 và Fep1/2. Phổ XPS của nZVI (Hình 4C-E) cho thấy các đỉnh của 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/sắt cacbonat (531,19 eV), gốc hydroxyl (532,4 eV) và O–C=O (533,47 eV). Đỉnh ở 719,6 được cho là của 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 vật liệu composite nZVI và rGO/nZVI (A, B). Phổ đầy đủ của vật liệu composite 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 vật liệu composite nZVI và 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 làm mù với rGO. Kết quả này có thể được giải thích là do tính chất từ của nZVI giảm sau khi làm mù rGO, do đó làm giảm sự kết tụ hạt và tăng diện tích bề mặt của vật liệu composite. Ngoài ra, như thể hiện trong Hình 5C, thể tích lỗ xốp (8,94 nm) của vật liệu composite rGO/nZVI cao hơn vật liệu composite nZVI ban đầu (2,873 nm). Kết quả này phù hợp với El-Monaem và cộng sự. 45.
Để đánh giá khả năng hấp phụ để loại bỏ DC giữa vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI ban đầu tùy thuộc vào sự gia tăng nồng độ ban đầu, một so sánh đã được thực hiện bằng cách thêm một liều không đổi của mỗi chất hấp phụ (0,05 g) vào DC ở các nồng độ ban đầu khác nhau. Dung dịch đã nghiên cứu [25]. –100 mg l–1] ở 25°C. Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ (94,6%) của vật liệu composite rGO/nZVI cao hơn hiệu suất của nZVI ban đầu (90%) ở nồng độ thấp hơn (25 mg L-1). Tuy nhiên, khi nồng độ ban đầu được tăng lên 100 mg L-1, hiệu suất loại bỏ của rGO/nZVI và nZVI gốc giảm xuống còn 70% và 65% (Hình 6A), nguyên nhân có thể là do ít vị trí hoạt động 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 các vị trí hoạt động ổn định có sẵn để hấp phụ cao hơn nhiều và trong trường hợp rGO/nZVI, có thể hấp phụ nhiều DC hơn so với nZVI nguyên vẹn. Ngoài ra, trong 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, với sự gia tăng nồng độ ban đầu từ 25–100 mg/L. -1,1 đến 28,73 mg g-1. Do đó, tốc độ loại bỏ DC có tương quan nghịch với nồng độ DC ban đầu, nguyên nhân là do số lượng trung tâm phản ứng hạn chế được mỗi chất hấp phụ hỗ trợ để hấp phụ và loại bỏ DC trong dung dịch. Như vậy, có thể kết luận từ những kết quả này rằng vật liệu composite rGO/nZVI có hiệu suất hấp phụ và khử cao hơn, và rGO trong thành phần của rGO/nZVI có thể được sử dụng làm chất hấp phụ và vật liệu mang.
Hiệu quả loại bỏ và khả năng hấp phụ DC đối với vật liệu composite rGO/nZVI và nZVI là (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, liều lượng = 0,05 g], pH. đối với khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ DC trên 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, sự hình thành loài và sự 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 khoảng 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 amin, ancol) ở các mức pH khác nhau. Kết quả là, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và có thể tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion, phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3, zwitterionic (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH− hoặc DC2−) ở 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 tổng hợp rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và có thể tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion, phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3, zwitterionic (DCH20) 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, nhiều chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và có thể tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion; phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3; ion (DCH20) 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, nhiều chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt của vật liệu tổng hợp 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 ion lưỡng tính (DCH20) ở 3,3 < pH < 7,7 và dạng ion anion (DCH- hoặc DC2-) ở pH 7,7.Khi pH tăng từ 3 đến 7, khả năng hấp phụ và hiệu suất 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 suất loại bỏ giảm phần nào, lần lượt từ 10,6 mg/g (53%) xuống 6 mg/g (30%). Khi pH tăng từ 3 đến 7, DC chủ yếu tồn tại dưới dạng ion lưỡng cực, khiến chúng hầu như không bị thu hút hoặc đẩy ra khỏi vật liệu composite rGO/nZVI về mặt tĩnh điện, chủ yếu thông qua tương tác tĩnh điện. Khi pH tăng trên 8,2, bề mặt của chất hấp phụ tích điện âm, do đó khả năng hấp phụ giảm và giảm do lực đẩy tĩnh điện giữa doxycycline tích điện âm và bề mặt của chất hấp phụ. Xu hướng này cho thấy sự hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI phụ thuộc rất nhiều vào 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 khả năng hấp phụ dung dịch DC trong nước được thực hiện ở nhiệt độ (25–55°C). Hình 7A cho thấy ảnh hưởng của việc tăng nhiệt độ đến hiệu suất loại bỏ kháng sinh DC trên rGO/nZVI, cho thấy rõ ràng 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. Sự giảm đáng kể này có thể là do năng lượng nhiệt của các ion DC tăng, dẫn đến sự giải hấp47.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất loại bỏ và khả năng hấp phụ của CD trên vật liệu composite rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Liều lượng = 0,05 g], Liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất loại bỏ và hiệu suất loại bỏ của CD Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ và hiệu suất 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].
Ảnh hưởng của việc tăng liều lượng chất hấp phụ tổng hợp rGO/nZVI từ 0,01 g lên 0,07 g lên hiệu suất loại bỏ và khả năng hấp phụ được thể hiện trong Hình 7B. 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 suất loại bỏ tăng từ 66,8% lên 96%, do đó, có thể liên quan đến sự gia tăng số lượng tâm hoạt động trên bề mặt nanocomposite.
Tác động của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ và hiệu suất loại bỏ [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, liều 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 hỗn hợp rGO/nZVI giảm từ 94,6% xuống 65% (Hình 7C), có thể là do thiếu các vị trí hoạt động mong muốn. . Hấp phụ nồng độ lớn DC49. 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 lực đẩy tăng lên với nồng độ DC ban đầu lớn hơn điện trở truyền khối ion DC để tiếp cận bề mặt 50 của hỗn hợp rGO/nZVI.
Các nghiên cứu về thời gian tiếp xúc và động học nhằm mục đích tìm hiểu thời gian cân bằng của quá trình hấp phụ. Đầu tiên, lượng DC được hấp phụ trong 40 phút đầu tiên của thời gian tiếp xúc bằng khoảng một nửa tổng lượng được hấp phụ trong toàn bộ thời gian (100 phút). Trong khi các phân tử DC trong dung dịch va chạm khiến chúng di chuyển nhanh 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 hợp lý được hấp phụ trong 40 phút đầu tiên, sẽ có ít va chạm hơn với các phân tử DC và ít vị trí hoạt động hơn cho các phân tử không bị hấp phụ. Do đó, tốc độ hấp phụ có thể được giảm51.
Để hiểu rõ hơn về động học hấp phụ, các biểu đồ đường của mô hình động học bậc nhất giả (Hình 8A), bậc hai giả (Hình 8B) và Elovich (Hình 8C) đã được sử dụng. Từ các thông số thu được từ các nghiên cứu động học (Bảng S1), có thể thấy rõ rằng mô hình bậc hai giả là mô hình tốt nhất để mô tả động học hấp phụ, trong đó giá trị R2 được đặt cao hơn so với hai mô hình còn lại. Cũng có sự tương đồng giữa các khả năng hấp phụ được tính toán (qe, cal). Bậc hai giả và các giá trị thực nghiệm (qe, exp.) là bằng chứng nữa cho thấy bậc hai giả là mô hình tốt hơn so với các mô hình khác. Như thể hiện trong Bảng 1, các giá trị 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.
Biểu đồ động học hấp phụ tuyến tính bậc hai giả (A), bậc một giả (B) và Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, liều = 0,05 g].
Các nghiên cứu về đường đẳng nhiệt hấp phụ giúp xác định khả năng hấp phụ của chất hấp phụ (composite RGO/nRVI) ở các nồng độ chất bị hấp phụ (DC) và nhiệt độ hệ thống khác nhau. Khả năng hấp phụ cực đại được tính toán bằng đường đẳng nhiệt Langmuir, cho thấy quá trình hấp phụ là đồng nhất và bao gồm sự hình thành một lớp đơn chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ mà không có tương tác giữa chúng53. Hai mô hình đẳng nhiệt được sử dụng rộng rãi khác là mô hình Freundlich và mô hình 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 lỗ 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 thể hiện đồ thị đường của các mô hình Langmuir, Freindlich và Temkin tương ứng. 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 quá trình hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI tuân theo mô hình đẳng nhiệt Freundlich (0,996) và Langmuir (0,988) và Temkin (0,985). Dung lượng hấp phụ cực đại (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 trong khoảng từ 0 đến 1 (0,097), cho thấy quá trình hấp phụ thuận lợi. Ngược lại, hằng số Freundlich tính toán (n = 2,756) cho thấy quá trình hấp thụ này được ưa chuộng. Theo mô hình tuyến tính của đường đẳng nhiệt Temkin (Hình 9C), quá trình hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI là một quá trình hấp phụ vật lý, vì b là ˂ 82 kJ mol-1 (0,408)55. Mặc dù quá trình hấp phụ vật lý thường được trung gian bởi lực van der Waals yếu, nhưng quá trình hấp phụ dòng điện một chiều trên vật liệu composite rGO/nZVI lại yêu cầu năng lượng hấp phụ thấp [56, 57].
Đường 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 = 0,05 g]. Biểu đồ phương trình van't Hoff cho quá trình hấp phụ DC của vật liệu composite rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C và liều = 0,05 g].
Để đánh giá tác động của sự thay đổi nhiệt độ phản ứng đối với việc loại bỏ DC khỏi vật liệu composite rGO/nZVI, các thông số nhiệt động lực học như thay đổi entropy (ΔS), thay đổi enthalpy (ΔH) và thay đổi năng lượng tự do (ΔG) đã được tính toán từ các phương trình 3 và 458.
trong đó \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – hằng số cân bằng nhiệt động lực học, Ce và CAe – rGO trong dung dịch, tương ứng là nồng độ DC /nZVI tại 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 ∆S và ∆H.
Giá trị ΔH âm biểu thị quá trình tỏa nhiệt. Mặt khác, giá trị ΔH nằm trong quá trình hấp phụ vật lý. Giá trị ΔG âm trong Bảng 3 biểu thị quá trình hấp phụ có thể xảy ra và tự phát. Giá trị ΔS âm biểu thị sự phân bố cao của các phân tử chất hấp phụ tại giao diện lỏng (Bảng 3).
Bảng 4 so sánh vật liệu composite rGO/nZVI với các chất hấp phụ khác đã được báo cáo trong các nghiên cứu trước đây. Rõ ràng, vật liệu composite VGO/nCVI có khả năng hấp phụ cao và có thể là một vật liệu đầy hứa hẹn để loại bỏ kháng sinh DC khỏi nước. Hơn nữa, 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 bởi hiệu ứng hiệp đồng của rGO và nZVI.
Hình 10A, B minh họa cơ chế hợp lý để loại bỏ kháng sinh DC bởi các phức hợp rGO/nZVI và nZVI. Theo kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ DC, khi pH tăng từ 3 đến 7, sự hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI không bị kiểm soát bởi tương tác tĩnh điện, vì nó hoạt động như một ion lưỡng cực; 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 đã biết rằng cơ chế của các chất hấp phụ thơm trên bề mặt của graphene phân lớp đã được giải thích bởi tương tác xếp chồng π–π là động lực chính. Vật liệu composite là vật liệu phân lớp tương tự như graphene với độ hấp thụ cực đại 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 đưa ra 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 composite. 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. 10b. Một đỉnh mới được quan sát thấy ở 2111 cm-1, tương ứng với dao động khung của liên kết C=C, chỉ ra sự hiện diện của các nhóm chức hữu cơ tương ứng trên bề mặt của 67 rGO/nZVI. Các đỉnh khác dịch chuyển từ 1561 đến 1548 cm-1 và từ 1399 đến 1360 cm-1, điều này cũng khẳng định tương tác π-π đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ graphene và các chất ô nhiễm hữu cơ68,69. Sau khi 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 những cơ chế hấp phụ. Do đó, dựa trên kết quả, sự hấp phụ DC trên vật liệu composite rGO/nZVI chủ yếu xảy ra do tương tác xếp chồng π-π và liên kết H.
Cơ chế hợp lý của sự 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 các dải hấp thụ của nZVI tại 3244, 1615, 1546 và 1011 cm–1 tăng lên sau khi hấp phụ DC trên nZVI (Hình 10B) so với nZVI, điều này có thể liên quan đến sự tương tác với các nhóm chức năng có thể có của nhóm O của axit cacboxylic trong DC. Tuy nhiên, tỷ lệ truyền thấp hơn này trong tất cả các dải quan sát được chỉ ra không có thay đổi đáng kể nào về hiệu suất 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 với nZVI71, khi nZVI phản ứng với H2O, các electron được giải phóng và sau đó H+ được sử dụng để tạo ra hydro hoạt động có khả năng khử cao. Cuối cùng, một số hợp chất cation chấp nhận các electron từ hydro hoạt động, dẫn đến -C=N và -C=C-, được cho là do sự phân tách vòng benzen.
Thời gian đăng: 14-11-2022