Hvala vam što ste posjetili prirodu.com. Verzija pretraživača koju koristite ima ograničenu podršku CSS-a. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite režim kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bi se osigurala kontinuirana podrška, mjesto ćemo učiniti bez stilova i JavaScripta.
U ovom radu, RGO / NZVI kompoziti su prvi put sintetizirani koristeći jednostavan i ekološki prihvatljiv postupak koristeći sophora žućkasti ekstrakt lišća kao smanjujući agent i stabilizator da se pridržavaju načela "zelene" hemijske sinteze ", poput manje štetne kemijske sinteze. Nekoliko alata korišteno je za potvrđivanje uspješne sinteze kompozita, poput SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR-a i Zete potencijala koji ukazuju na uspješnu kompozitnu izradu. Kapacitet uklanjanja romanskih kompozita i čisti NZVI u raznim početnim koncentracijama antibiotičkog dokxyciklina upoređen je sa istraživanjem sinergijskog efekta između RGO i NZVI. Pod uvjetima uklanjanja od 25 mg L-1, 25 ° C i 0,05g, pristojbu od čistog NZVI iznosila je 90%, dok je adsorptivno uklanjanje dokxyciklina od strane RGO / NZVI kompozita dostigla 94,6%, potvrđujući da je NZVI i RGO. Proces adsorpcije odgovara pseudo-drugom reduku i u dobrom je dogovoru sa Freundlich modelom s maksimalnim adsorpcijskim kapacitetom od 31,61 mg g-1 na 25 ° C i pH 7. Predložen je razuman mehanizam za uklanjanje DC-a. Pored toga, ponovo upotrebljivost RGO / NZVI kompozita bila je 60% nakon šest uzastopnih ciklusa regeneracije.
Poštovanje vode i zagađenje sada su ozbiljna prijetnja svim zemljama. Posljednjih godina, zagađenje vode, posebno zagađenje antibioticima, povećalo se zbog povećane proizvodnje i potrošnje tokom Pandemika na Covidu 19.2,3. Stoga je razvoj efikasne tehnologije za eliminaciju antibiotika u otpadnoj vodi hitan zadatak.
Jedan od otpornih polu-sintetičkih antibiotika iz tetraciklinske grupe je doksiciklin (DC) 4,5. Izvješteno je da ostaci DC-a u podzemnim vodama i površinskim vodama ne mogu se metabolizirati, samo 20-50% metabolizirano i ostalo se oslobađa u okoliš, uzrokujući ozbiljne ekološke i zdravstvene probleme6.
Izloženost DC-u na niskim nivoima može ubiti vodeni fotontintetički mikroorganizmi, prijeti širenju antimikrobnih bakterija i povećati antimikrobni otpor, tako da ovaj zagađenje mora biti uklonjen iz otpadnih voda. Prirodna degradacija DC-a u vodi je vrlo spor proces. Fiziko-kemijski procesi kao što su fotoliza, biorazgradnja i adsorpcija mogu se degradirati samo na niskim koncentracijama i pri vrlo niskim cijenama7,8. Međutim, najekonomičniji, jednostavniji, ekološki prihvatljivi, jednostavan za rukovanje i efikasan način je adsorpcija9,10.
Nano nulta valentno željezo (NZVI) je vrlo moćan materijal koji može ukloniti mnoge antibiotike iz vode, uključujući metronidazol, diazepam, ciprofloksacin, kloramfenikol i tetraciklin. Ova sposobnost nastala je zbog neverovatnih svojstava koja NZVI ima, poput visoke reaktivnosti, velike površine i brojne vanjske veze11. Međutim, NZVI je sklon agregaciji u vodenim medijima zbog snaga Van der Wells snage i visokih magnetskih svojstava, što smanjuje njegovu efikasnost u uklanjanju kontaminanata zbog formiranja oksidnih slojeva koji inhibiraju reaktivnost NZVI10,12. Aglomeracija NZVI čestica može se smanjiti modificiranjem njihovih površina s površinskim aktivnim aktivnim aktivnim aktima ili kombiniranjem s drugim nanomaterijalima u obliku kompozita, koji se pokazao kao održiv pristup u pogledu poboljšanja njihove stabilnosti u okolišu13,14.
Grafen je dvodimenzionalni ugljični nanomaterijal koji se sastoji od SP2-hibridiziranih atoma ugljika raspoređenih u rešetki saća. Ima veliku površinu, značajnu mehaničku čvrstoću, izvrsnu elektrokatalitičku aktivnost, visoku toplotnu provodljivost, brzu elektron mobilnost i odgovarajući nosač za podršku anorganskim nanočesticama na njenoj površini. Kombinacija metalnih nanočestica i grafena može u velikoj mjeri prelaziti pojedinačne prednosti svakog materijala i, zbog njegovih vrhunskih fizičkih i hemijskih svojstava, pružite optimalnu raspodjelu nanočestica za efikasniji pročišćavanje vode15.
Biljni ekstrakti su najbolja alternativa štetnim hemijskim sredstvima za smanjenje hemikalija koje se obično koriste u sintezi smanjenog grafenskog oksida (RGO) i NZVI jer su dostupni, jeftini, jedan korak, ekološki siguran, a mogu se koristiti kao smanjenje sredstava. Kao i flavonoidi i fenolni spojevi djeluju kao stabilizator. Stoga je Atriplex Halimus L. ekstrakt lista korišten kao sredstvo za popravak i zatvaranje za sintezu RGO / NZVI kompozita u ovoj studiji. Atriplex Halimus iz porodice Amaranthaceae je višegodišnji grm koji voli dušik sa širokim geografskim rasponom16.
Prema dostupnoj literaturi, atriplex Halimus (A. Halimus) prvi put je korišten za pravljenje RGO / NZVI kompozita kao ekonomski i ekološki prihvatljiv način sinteze. Stoga se cilj ovog rada sastoji od četiri dijela: (1) fitosinteza RGO / NZVI i roditeljskih NZVI kompozita, (2) karakterizacija fitosintetiziranih kompozita, (3) proučavaju sinergistički učinak RGO i NZVI u adsorpciju i uklanjanje organskih kontaminanata od Doxycycline antibiotici pod različitim reakcijskim parametrima optimiziraju uvjete adsorpcijskog procesa, (3) istražuju kompozitne materijale u različitim kontinuiranim tretmanima nakon ciklusa obrade.
Doxycycline hidroklorid (DC, mm = 480,90, hemijska formula C22H24N2O · HCl, 98%), željezo hlorid heksahidrat (FECL3.6H2O, 97%), grafitni prah kupljen iz Sigma-Aldricha, SAD. Natrijum hidroksid (NaOH, 97%), etanol (C2H5OH, 99,9%) i hlorovodonična kiselina (HCl, 37%) kupljeni su iz Mercka, SAD-a. NaCl, KCL, CACL2, MNCL2 i MGCL2 kupljeni su iz Tianjina Comio Chemical Reagenteent Co, Ltd. Svi reagensi su visoke analitičke čistoće. Dvokrajna voda korištena je za pripremu svih vodenih rješenja.
Reprezentativni uzorci A. Halimus sakupljeni su iz svog prirodnog staništa u Delti i zemljišta na Nilu duž mediteranske obale Egipta. Biljni materijal prikupljen je u skladu s važećim nacionalnim i međunarodnim smjernicama17. Prof. Manal Fawzi identifikovala je postrojenje uzorkama prema Boulos18, a Odjel za nauke o okolišu Aleksandria univerziteta ovlašćuje prikupljanje studiranih biljnih vrsta u naučne svrhe. Uzorak vaučera održavaju se na Herbarijuma Univerziteta Tanta (Tane), vaučerima br. 14 122-14 127, javni herbarijum koji pruža pristup deponiranim materijalima. Pored toga, za uklanjanje prašine ili prljavštine, odsjecite listove postrojenja na male komade, isperite 3 puta slatkim i destiliranim vodom, a zatim osušite na 50 ° C. Postrojenje je srušeno, 5 g finog praha bio je uronjen u 100 ml destilirane vode i miješati se na 70 ° C za 20 min za dobivanje ekstrakta. Dobiveni ekstrakt Bacillus Nicotianae filtriran je putem Whatman filtarskog papira i pohranjen u čistim i steriliziranim cijevima na 4 ° C za dalju upotrebu.
Kao što je prikazano na slici 1, kreiran je od grafitnog praha po modificiranim metodom Hummera. 10 mg ivica pudera raspršeno je u 50 ml deionizirane vode za 30 min u zonama, a zatim 0,9 g FECL3 i 2,9 g NAAC-a pomiješano je 60 min. 20 ml atriplex ekstrakta lišća dodano je u mišarno rješenje uz miješanje i lijevo na 80 ° C 8 sati. Rezultirajući crni ovjes je filtriran. Pripremljeni nanokompositi bili su oprani etanolom i biseliziranom vodom, a zatim su osušeni u vakuumskoj peći na 50 ° C 12 sati.
Sheške i digitalne fotografije zelene sinteze RGO / NZVI i NZVI kompleksa i uklanjanje DC antibiotika iz kontaminirane vode pomoću Atriplex Halimus ekstrakta halimusa.
Ukratko, kao što je prikazano na slici 1, 10 ml željeznog hloridnog otopina koji sadrži 0,05 m FE3 + ione do 20 ml gorkih listova, a zatim je rastvor, a zatim je centrifugirano na 14.000 o / min (hermle, da bi se potom uronio crnim česticama, a zatim su 3 puta s etanolom i destilirane vode, a zatim su osušene u a Vakuumska pećnica na 60 ° C. Noćenje.
Biljni sintetizirani RGO / NZVI i NZVI kompozitima karakterizirao je Spektroskopija UV vidljiva (T70 / T80 serije UV / Vis spektrofotometri, PG Instruments Ltd, UK) u rasponu skeniranja od 200-800 Nm. Da biste analizirali distribuciju topografije i veličine RGO / NZVI i NZVI kompozita, TEMPtroskopija Tem (Joel, Jem-2100F, Japan, ubrzanje napona 200 kV). Za procjenu funkcionalnih grupa koje se mogu uključiti u biljne ekstrakte odgovorne za proces oporavka i stabilizacije, provedeno je FT-IR spektroskopija (Jasco spektrometar u rasponu od 4000-600 cm-1). Pored toga, za proučavanje površinskog nanomaterijaze korišten je Zeta potencijalni analizator (Zetazizer Nano Z-ov Malvern) za proučavanje površine sintetiziranih nanomaterijala. Za rendgenski difrakcijski mjerenja nanomaterijala u prahu, korišćen je rendgenski difraktometar (X'pert Pro, Holandija), koji djeluje na struju (40 mA), napon (45 kV) u 2θ rasponu od 20 ° do 80 ° i Cuka1 zračenje (\ (\ lambda = \) 1.54056 AO). Energetski disperzivni rendgenski spektrometar (EDX) (model Jeol JSM-IT100) bio je odgovoran za prikupljanje al K-α monohromatskih rendgenskih zraka od -10 do 1350 eV na XPS, na licu mjesta 400 μm K-Alpha (Thermo Fisher Naučni, SAD) The Thermo Fisher Naučni, SAD) je 200 eV, a uski spektar je 50 ev. Uzorak praha pritisnut je na držač uzorka koji se nalazi u vakuumskoj komori. C 1 S spektar korišten je kao referenca na 284.58 eV kako bi se utvrdila vezu energiju.
Provedeni su eksperimenti adsorpcije koji će testirati efikasnost sintetiziranih RGO / NZVI nanokomita u uklanjanju doksiciklina (DC) iz vodenih rješenja. Adsorpcijske eksperimente izvedeni su u 25 ml tikvice za šištanje u brzini tresenja od 200 o / min u orbitalnom shakeru (Stuart, orbital Shaker / SSL1) na 298 K. razrjeđivanjem DC zaliha (1000 ppm) s biseripalomnom vodom. Da bi se procijenila efekte doziranja RGO / NSVI na efikasnosti adsorpcije, nanokompoziti različitih težina (0,01-0,07 g) dodan su na 20 ml DC rješenja. Za proučavanje kinetike i adsorpcijskog izoterma, 0,05 g adsorbenta uronjeno je u vodenu otopinu CD-a s početnom koncentracijom (25-100 mg L-1). Učinak pH na uklanjanje DC-a proučavan je u pH (3-11) i početnu koncentraciju od 50 mg L-1 na 25 ° C. Podesite pH sustava dodavanjem male količine HCl ili NaOH rješenja (CRINE PH metar, pH metar, pH 25). Pored toga, istražen je uticaj temperature reakcije na adsorpcijske eksperimente u rasponu od 25-55 ° C. Učinak jonske čvrstoće na adsorpcijski proces proučavan je dodavanjem različitih koncentracija NACL-a (0,01-4 MOL L-1) na početnoj koncentraciji DC-a od 50 mg L-1, pH 3 i 7), 25 ° C i dozu adsorbiraj 0,05 g. Adsorpcija ne-adsorbovanog DC-a mjerena je dvostrukim snopom UV-Vis spektrofotometra (T70 / T80 serija, PG Instruments Ltd, UK) opremljena sa 1,0 cm Dužina staze kvarcne kivete na maksimalnim talasnim dužinama (λmax) od 270 i 350 Nm. Postotak uklanjanja DC antibiotika (R%; EQ. 1) i iznos adsorpcije DC, QT, EQ. 2 (mg / g) su mjerene pomoću sljedeće jednadžbe.
Tamo gdje je% R DC kapacitet uklanjanja (%), CO je početna koncentracija DC-a u vrijeme 0, a C je koncentracija DC-a u vrijeme T, respektivno (Mg L-1).
Ako je QE iznos istosmjernog adsorbiranog po jedinici mase adsorbenta (MG G-1), CO i CE su koncentracije u nula vremena i u ravnoteži (MG L-1), V je jačina rješenja (L) i M je adsorpcijski misovni reagens (G).
SEM slike (Sl. 2A-C) pokazuju lamelarni morfologiju RGO / NZVI kompozita sa sfernim željeznim nanočesticama ravnomjerno raspršene na njenoj površini, što ukazuje na uspješnu pričvršćivanje NZVI NZ-a na površinu RGO. Pored toga, u RGO-u postoje bore u listu RGO, potvrđujući uklanjanje grupa koji sadrže kisik istovremeno sa obnavljanjem A. Halimusa ide. Ove velike bore djeluju kao mjesta za aktivno utovar željeza NPS-a. NZVI slike (Sl. 2D-F) pokazale su da su sferni željezo NPS vrlo raštrkani i nisu bili agregirani, što je zbog prirode obloga botaničkih komponenti biljnog ekstrakta. Veličina čestica varirala je u roku od 15-26 Nm. Međutim, neke regije imaju mezoporoznu morfologiju sa strukturom ispupčenih i šupljina, što može pružiti visok efektivni adsorpcijski kapacitet NZVI, jer mogu povećati mogućnost zamki na površini NZVi. Kada je ekstrakt Rosa Damask korišten za sintezu NZVI, dobiveni NPS bili su nehomogeni, s prazninima i različitim oblicima, koji su umanjili svoju efikasnost u CR (VI) adsorpciji i povećali vrijeme reakcije 23. Rezultati su u skladu sa NZVI sintetizirani iz odlaska od hrasta i malberry, koji su uglavnom sferni nanočestici sa različitim veličinama nanometra bez očigledne aglomeracije.
SEM Slike RGO / NZVI (AC), NZVI (D, E) kompozita i EDX obrazaca NZVI / RGO (G) i NZVI (H) kompozita.
Elementarni sastav biljnog sintetisanog RGO / NZVI i NZVI kompozita proučavan je pomoću EDX-a (Sl. 2G, H). Studije pokazuju da se NZVI sastoji od ugljika (38,29% masom), kisikom (47,41% masom) i željezo (11,84% masom), ali prisutni su i drugi elementi poput fosfora24, koji se mogu dobiti iz biljnih ekstrakata. Pored toga, visok procenat ugljika i kisika nastaje zbog prisustva fitokemijskih sredstava iz biljnih ekstrakata u uzorcima podzemnih NZVI. Ovi su elementi ravnomjerno raspoređeni na RGO, ali u različitim omjerima: c (39.98 WT%), O (10,99 WT%) i FE (10,99 WT%), EDX RGO / NZVI također pokazuje prisustvo drugih elemenata koji se mogu povezati s biljnim ekstraktima. Struja C: o omjer i sadržaj gvožđa u RGO / NZVI kompozitu koriste se mnogo bolji od upotrebe eukaliptusnog ekstrakta lista, jer karakterizira kompoziciju C (23.44 Wt.%) I FE (8,27 Wt.%). WT%) 25. Nataša i dr., 2022. izvijestio je o sličnom elementarnom sastavu NZI-je.
Morfologija NZVI sintetizirana u biljkama (Sl. S2A, b) bila je sferna i djelomično nepravilna, s prosječnom veličinom čestica od 23,09 ± 3,54 Nm, međutim primijećene su lančane agregate zbog van der Waals sila i feromagnetizma. Ovaj pretežno zrnati i sferni oblik čestica u dobrom je dogovoru sa SEM rezultatima. Slično zapažanje pronašlo je Abdelfatah i sur. 2021. godine kada je u sintezi NZVI11 iskorišten ekstrakt lista od Cantora Beant. Ekstrakt lišća Ruelas Tuberosa NPS koji se koriste kao smanjujući agent u NZVI također imaju sferni oblik promjera od 20 do 40 Nm26.
Hybrid RGO / NZVI Composite tem slike (Sl. S2C-D) pokazali su da je RGO bazalni ravnina s marginalnim naborima i bore koje pružaju više mjesta za učitavanje za NZVI NPS; Ova lamelarna morfologija također potvrđuje uspješnu izradu RGO-a. Pored toga, NZVI NPS imaju sferni oblik sa veličinom čestica od 5,32 do 27 Nm i ugrađeni su u RGO sloj s gotovo ujednačenom disperzijom. Ekstrakt lišća eukaliptusa korišten je za sinteza FE NPS / RGO; Rezultati TEM-a također su potvrdili da su bore u RGO sloj poboljšali disperziju Fe NPS-a više od čistih FE NPS-a i povećalo reaktivnost kompozita. Slični rezultati dobivali su Bagheri i sur. 28 Kada je kompozit izmišljen koristeći ultrazvučne tehnike sa prosječnim željeznim nanopartikom veličine oko 17,70 Nm.
FTIR spektra A. Halimus, NZVI, GO, RGO i RGO / NZVI kompoziti prikazani su na Sl. 3a. Prisutnost površinskih funkcionalnih grupa u listovima A. Halimus pojavljuje se na 3336 cm-1, što odgovara polifenolima i 1244 cm-1, što odgovara karbonil grupama koje proizvodi protein. Ostalih grupa poput Alkanesa na 2918 cm-1, uglednici su primijećene i 1647 cm-1 i ko-O-CO-1 i sugerirajući prisustvo biljnih komponenti koje djeluju kao brtveni agenti i odgovorni su za oporavak od FE2 + do FE02. Općenito, NZVI spektra pokazuje iste vrhove apsorpcije kao gorki šećer, ali s blago pomjerenim položajem. Intenzivni pojas pojavljuje se na 3244 cm-1 povezanim sa oh istezanjem vibracija (fenoli), a pojavi se na 1615. godine i pojasevi su se pojavili C = C i 1011 cm-1, CN-Grupe aromatičnog aminama i alifatskog aminama, odnosno na 1310 cm-1 i 1190 cm-1, respektivno 13. FTIR spektar Gost prikazuje prisustvo mnogih visokoinsenzinskog skupina koji sadrže kisik, uključujući alkoksi (CO) istezanje na 1041 cm-1, epoksidnoj (CO) raspon bendu na 1291 cm-1, c = o rastezanje. Pojavio se opseg c = c-c na 1619 cm-1, pojavio se na 1708 cm-1 i širokom pojasu OH grupnih vibracija na 3384 cm-1, što potvrđuje poboljšani Hummers metoda, koji uspješno oksidira proces grafita. Kada uspoređujete RGO i RGO / NZVI komposove s Igrama, intenzitet nekih skupina koji sadrže kisik, poput oh na 3270 cm-1, značajno je smanjen, dok su drugi, poput C = o na 1729 cm-1, u potpunosti smanjeni. nestao, što ukazuje na uspješno uklanjanje funkcionalnih grupa koji sadrže kisik koji sadrži ekstrakt A. Halimusa. Novi oštri karakteristični vrhovi RGO-a na c = c primijećeni su oko 1560 i 1405 cm-1, što potvrđuje smanjenje odlaska u RGO. Promjenjene su varijacije od 1043 do 1015 cm-1 i od 982 do 918 cm-1, moguće zbog uključivanja biljnog materijala31,32. Weng i sur., 2018. takođe je primijetilo značajno prigušenje oksigeniziranih funkcionalnih grupa, potvrđujući uspešno stvaranje RGO-a od strane eukaliptusa odstupanja od lista, koji su korišteni za sintetisanje smanjenih komponenti za oksid od gvožđa, pokazali su bliže FTIR spektra funkcionalnih grupa biljnih komponenti. 33.
A. FTIR spektar galija, NZVI, RGO, Idite, kompozitni RGO / NZVI (a). Roentgenogrammy kompoziti RGO, GO, NZVI i RGO / NZVI (B).
Formiranje RGO / NZVI i NZVI kompozita u velikoj je mjeri potvrđeno rendgenskim difrakcijskim uzorcima (Sl. 3b). Vrhunski vrh visokog intenziteta primijećen je na 2ɵ 44,5 °, što odgovara indeksu (110) (JCPDS br. 06-0696) 11. Drugi vršak na 35,1 ° (311) avionima se pripisuje magnetitu FE3O4, 63,2 ° može biti povezan sa indeksom Miller-a (440) aviona zbog prisutnosti υ-feooh (JCPDS br. 17-0536) 34. Rendgenski uzorak Goa prikazuje oštar vrh na 2ɵ 10,3 ° i još jedan vrh na 21,1 °, što ukazuje na potpunu piling grafita i isticanje prisutnosti grupa koji sadrže kisik na površini Go35. Kompozitni obrasci RGO i RGO / NZVI zabilježili su nestanke karakterističnih IN-ovih vrhova i formiranje širokih ružnih vrhova na 2ɵ 22,17 i 24,7 ° za RGO i RGO / NZVI kompozite, koji su potvrdili uspješan oporavak postrojenja postrojenja. Međutim, u kompozitnom RGO / NZVI uzorku, primijećeni su dodatni vrhovi povezani s rešetkanskim ravninom FE0 (110) i BCC FE0 (200) na 44,9 \ (^ \ circ \) i 65.22 \ (^ \ circ \), respektivno.
ZETA potencijal potencijal je ionskog sloja pričvršćenog na površinu čestice i vodenog rješenja koji određuje elektrostatička svojstva materijala i mjeri svoju stabilnost37. ZETA Potencijalna analiza biljnog sintetiziranog NZVI, GO-a i RGO / NZVI komposova pokazala je svoju stabilnost zbog prisustva negativnih optužbi od -20,8, -22, i -27,4 mV, na njihovoj površini, kao što je prikazano na slici S1A-C. . Takvi rezultati su u skladu s nekoliko izvještaja koji spominjuju da rješenja koja sadrže čestice sa zeta potencijalnim vrijednostima manje od -25 mV-a uglavnom pokazuju visok stupanj stabilnosti zbog elektrostatičkih odbojnosti između ovih čestica. Kombinacija RGO-a i NZVI omogućava kompozitu da nabavi negativnije troškove i na taj način ima veću stabilnost nego samo ili NZVI. Stoga će fenomen elektrostatičkog odbojnosti dovesti do formiranja stabilnih RGO / NZVI39 komposova. Negativnu površinu odlaska omogućava da se ravnomjerno rasprši u vodenom mediju bez aglomeracije, što stvara povoljne uvjete za interakciju sa NZVI. Negativnu naknadu može biti povezana sa prisustvom različitih funkcionalnih grupa u gorkom izdvajanju dinje, što takođe potvrđuje interakciju između prekursora odlaska i željeza i biljnog ekstrakta kako bi se formirao RGO i NZVI kompleks, odnosno kompleks RGO / NZVI. Ovi biljni spojevi mogu se djelovati i kao savjeti za zatvaranje, jer sprečavaju združivanje nastalih nanočestica i na taj način povećavaju svoju stabilnost40.
Elementarni sastav i valencije stanja NZVI i RGO / NZVI komposova odredili su XPS (Sl. 4). Ukupna XPS studija pokazala je da se RGO / NZVI kompozit uglavnom sastoji od elemenata C, O i FE, u skladu sa mapiranjem EDS-a (Sl. 4F-H). C1S spektar sastoji se od tri vrha na 284,59 eV, 286,21 EV i 288,21 EV koji predstavlja CC, CO i C = O, respektivno. Spektar O1-a podijeljen je u tri vrha, uključujući 531.17 EV, 532.97 EV, i 535.45 EV, koji su dodijeljeni O = CO, CO, i nema skupina, respektivno. Međutim, vrhovi na 710,43, 714,57 i 724,79 eV odnose se na FE 2P3 / 2, Fe + 3 i FE P1 / 2, respektivno. XPS spektra NZVI (Sl. 4C-E) pokazali su vrhove za elemente C, O i Fe. Vrhovi na 284.77, 286.25, i 287.62 EV potvrđuju prisustvo legura gvožđe-ugljika, jer se odnose na CC, C-oh i CO, odnosno CO. Spektar O1-a odgovarao je tri vrha C-O / Iron karbonata (531.19 EV), hidroksil radikal (532.4 EV) i O-C = O (533.47 eV). Vrhunac na 719,6 pripisuje se FE0, dok Feooh prikazuje vrhove na 717.3 i 723.7 EV, pored vrhunca na 725,8 eV ukazuje na prisustvo FE2O342.43.
XPS studije NZVI i RGO / NZVI komposova, respektivno (a, b). Potpuni spektar NZVI C1S (C), FE2P (D) i O1S (E) i RGO / NZVI C1S (F), FE2P (G), O1S (h) Kompozit.
N2 adsorpcijski / desorpcijski izoterm (Sl. 5a, b) pokazuje da NZVI i RGO / NZVI komposovi pripadaju tipu II. Pored toga, specifična površina (SBET) NZVI povećala se sa 47.4549 na 152,52 m2 / g nakon zaslepljenja sa RGO. Ovaj se rezultat može objasniti smanjenjem magnetskih svojstava NZVI nakon zasljepljenja RGO, na taj način smanjuju združivanje čestica i povećavanje površine kompozita. Pored toga, kao što je prikazano na slici 5c, jačinu pora pore (8,94 Nm) RGO / NZVI kompozita je veća od onog izvornog NZVI (2.873 Nm). Ovaj rezultat je u dogovoru sa El-Monaem i sur. 45.
Za procjenu adsorpcijskog kapaciteta za uklanjanje DC-a između RGO / NZVI kompozita i originalnih NZVI, ovisno o povećanju početne koncentracije, uspoređivanje stalne doze svakog adsorbenta (0,05 g) u DC u različitim početnim koncentracijama. Istraženo rješenje [25]. -100 mg L-1] na 25 ° C. Rezultati su pokazali da je efikasnost uklanjanja (94,6%) RGO / NZVI kompozita bila veća od onog originalnog NZVI (90%) u nižoj koncentraciji (25 mg L-1). Međutim, kada je početna koncentracija povećana na 100 mg L-1, efikasnost uklanjanja RGO / NZVI i roditeljskog NZVI pala je na 70% i 65% (Slika 6a), što može biti posljedica manje aktivnih stranica i degradacije NZVI čestica. Naprotiv, RGO / NZVI pokazao je veću efikasnost DC uklanjanja, koja može biti nastala sa sinergijskim efektom između RGO-a i NZVI-e, na kojima su stabilna aktivna mjesta dostupna za adsorpciju, a u slučaju RGO / NZVI, više DC-a može biti adsorbiran od netaknutih NZVI. Pored toga, na slici. 6b pokazuje da je adsorpcijski kapacitet RGO / NZVI i NZVI kompozita povećan sa 9,4 mg / g do 30 mg / g i 9 mg / g, odnosno s povećanjem početne koncentracije od 25-100 mg / l. -1.1 do 28,73 mg g-1. Stoga je brzina uklanjanja DC negativno povezana s početnom koncentracijom DC-a, koja je bila zbog ograničenog broja reakcijskih centara koji podržava svaki adsorbent za adsorpciju i uklanjanje DC-a u rješenju. Stoga se može zaključiti iz ovih rezultata da RGO / NZVI komposovi imaju veću efikasnost adsorpcije i smanjenja, a RGO u sastavu RGO / NZVI mogu se koristiti i kao adsorbent i kao nosač.
Učinkovitost uklanjanja i DC adsorpcijski kapacitet za RGO / NZVI i NZVI kompozit bili su (A, B) [CO = 25 mg L-1-100 mg L-1, T = 25 ° C, doza = 0,05 g], dose = 0,05 g] O adsorpcijskom kapacitetu i efikasnosti isključivanja DC-a na RGO / NZVI kompozitima (c) [CO = 50 mg L-1, pH = 3-11, T = 25 ° C, doza = 0,05 g].
Rješenje je kritični faktor u proučavanju adsorpcijskih procesa, jer utječe na stepen ionizacije, specifikacije i jonizacije adsorbenta. Eksperiment je izveden na 25 ° C sa stalnom adsorbilnom dozom (0,05 g) i početnom koncentracijom od 50 mg L-1 u pH rasponu (3-11). Prema recenziji literature46, DC je amfifilni molekul s nekoliko jonizabilnih funkcionalnih grupa (fenoli, amino grupe, alkoholi) na različitim nivoima pH. Kao rezultat toga, različite funkcije DC-a i povezane strukture na površini RGO / NZVI kompozita mogu komunicirati i mogu postojati kao kations, zwitterions i anioni, DC molekul (DCH3, Zwitterionic (DCH20) 3.3 <pH <7,7 i anion (DCH- ili DC2-) u pH 7.7. Kao rezultat toga, različite funkcije DC-a i povezane strukture na površini RGO / NZVI kompozita mogu komunicirati i mogu postojati kao kations, zwitterions i anioni, DC molekul (DCH3, Zwitterionic (DCH20) 3.3 <pH <7,7 i anion (DCH- ili DC2-) u pH 7.7. U rezul'tate različki Funkcii dk i svezannyh s nimi struktur na povremenu kompozi RGO / NZVI mogut Vzaimodejstvovat' Élektrostacija i mogut su estvat' u vide kationa, cijevi-i sonov i aniona, molekula dk suщestvaet v Vide Kationa (DCH3 +) pri Rn <3,3, cijev-ionnyj (DCH20) 3,3 <7,7 i Anionnyj (DCH- ILI DC2-) PH 7,7. Kao rezultat toga, razne funkcije DC-a i povezanih struktura na površini RGO / NZVI kompozita mogu interakterirati elektrostatički i mogu postojati u obliku kationa, zwitterions i aniona; DC molekula postoji kao kation (DCH3 +) na pH <3.3; JONIC (DCH20) 3.3 <pH <7,7 i anion (DCH- ili DC2-) u pH 7.7.因此, DC 的各种功能和 RGO / NZVI 复合材料表面的相关结构可能会发生静电相互作用, 并可能以阳离子, 两性离子和阴离子的形式存在, DC 分子在 pH <3,3 时以阳离子 (DCH3 +) 的形式存在, 两性离子 (DCH20) 3.3 <pH <7,7 和阴离子 (DCH- 或 DC2-) 在 pH 7.7..或 DC2-) 在 pH 7.7. Slušajte, različke Funkcii DK i Rodstvonyh Im Struktur na Poverosti Kompozita RGO / NZVI Mogut Vrijeme u Élektrostastičke usluge i su estvat' u Vide kationov, cijev i sonov i aniona, a molery dk Âvlâûtsâ kationnymi (dcg3 +) pri rn <3,3. Stoga različite funkcije DC-a i povezanih struktura na površini RGO / NZVI kompozita mogu ući u elektrostatičke interakcije i postojati u obliku kationa, zwitterions i aniona, dok su DC molekuli na pH <3.3. Onuщestvaet v Vide cijevite-iona (DCH20) PI 3,3 <7,7 i Aniona (DCH- ILI DC2-) PH 7,7. Postoji kao Zwitterion (DCH20) na 3,3 <pH <7,7 i anion (DCH ili DC2-) u pH 7.7.Uz povećanje pH od 3 do 7, adsorpcijski kapacitet i efikasnost DC uklanjanja povećana su sa 11,2 mg / g (56%) na 17 mg / g (85%) (Sl. 6c). Međutim, kako je PH povećao na 9 i 11, sposobnost adsorpcije i efikasnost uklanjanja donekle se smanjila, od 10,6 mg / g (53%) do 6 mg / g (30%). Povećanjem pH od 3 do 7, DCS je uglavnom postojao u obliku zwittereons, što ih je gotovo ne-elektrostatički privuklo ili odbijalo s RGO / NZVI kompozitima, pretežno elektrostatičkim interakcijama. Kako se pH povećao iznad 8.2, površina adsorbenta nije se negativno naplaćivala, pa se sa adsorpcijskim kapacitetima smanjio i smanjio zbog elektrostatičkog odboja između negativnog napunjenog doksiciklina i površine adsorbenta. Ovaj trend sugerira da je DC adsorpcija na RGO / NZVI kompozitima ovisi o pH, a rezultati također naznaču da su RGO / NZVI kompoziti pogodni kao adsorbenti pod kiselim i neutralnim uvjetima.
Učinak temperature na adsorpciju vodene otopine DC-a izvršen je na (25-55 ° C). Slika 7a prikazuje učinak povećanja temperature na efikasnost uklanjanja DC antibiotika na RGO / NZVI, jasno je da se kapacitet uklanjanja i adsorpcijski kapacitet povećali sa 83,44% i 13,9 mg / g na 47% i 7,83 mg / g. , respektivno. Ovo značajno smanjenje može biti posljedica povećanja toplotne energije DC jona, što dovodi do desorpcije47.
Efekat temperature na uklanjanju i adsorpcijski kapacitet CD-a na RGO / NZVI kompozitima (a) [CO = 50 mg L-1, adsorbiranje efikasnosti i uklanjanja CD-a i efikasnosti DC uklanjanja na RGO / NSVI Composite (B) [CO = 50 mg L-1, pH = 7, t = 25 ° C] (C, D) [CO = 25-100 mg L-1, pH = 7, t = 25 ° C, doza = 0,05 g].
Učinak povećanja doze kompozitnog adsorbentnog RGO / NZVI od 0,01 g na 0,07 g na štanku uklanjanja i kapaciteta adsorpcije prikazan je na slici. 7b. Povećanje doze Adsorbenta dovelo je do smanjenja adsorpcijskog kapaciteta od 33,43 mg / g do 6,74 mg / g. Međutim, uz povećanje doze Adsorbent od 0,01 g na 0,07 g, efikasnost uklanjanja povećava se sa 66,8% na 96%, što u skladu s tim može biti povezano s povećanjem broja aktivnih centara na površini nanokompozita.
Učinak početne koncentracije na adsorpcijsku kapacitet i efikasnost uklanjanja [25-100 mg L-1, 25 ° C, proučavano je doze 0,05 g]. Kada je početna koncentracija povećana sa 25 mg L-1 do 100 mg L-1, postotak uklanjanja RGO / NZVI kompozita smanjen je sa 94,6% na 65% (Sl. 7c), vjerovatno zbog nepostojanja željenih aktivnih web lokacija. . Adsorbbs velike koncentracije DC49. S druge strane, kao što se povećala početna koncentracija, adsorpcijski kapacitet također se povećao sa 9,4 mg / g na 30 mg / g dok se nije postignu ravnoteže (Sl. 7D). Ova neizbježna reakcija nastaje zbog povećanja pokretačke snage s početnom koncentracijom DC veće od otpornosti na DC ion mase da bi se dostigao površinu 50 RGO / NZVI kompozita.
Kontakt vrijeme i kinetičke studije imaju za cilj razumjeti ravnotežnu vrijeme adsorpcije. Prvo, iznos DC adsorbiranog tokom prvih 40 minuta kontakta bio je otprilike polovina ukupnog iznosa koji je čitavo vrijeme (100 minuta). Dok se molekuli DC-a u rješenju sudaraju nanošenje da se brzo premještaju na površinu RGO / NZVI kompozita što rezultira značajnim adsorpcijom. Nakon 40 min, DC adsorpcija povećala se postepeno i sporo dok se ravnoteža nije postigla nakon 60 min (Sl. 7D). Budući da je razumna količina adsorbirana u prvih 40 minuta, postojat će manje sudara s molekulama DC-a i manje aktivnih nalazišta bit će dostupna za molekule bez adsorbiranja. Stoga se stopa adsorpcije može smanjiti51.
Da biste bolje razumjeli adsorpcijsku kinetiku, linijske parcele Pseudo prvog reda (Sl. 8A), Pseudo drugi red (Sl. 8b) i Elovič (Sl. 8c) korišteni su kinetički modeli. Od parametara dobivenih iz kinetičkih studija (Tabela S1) postaje jasno da je pseudosecond model najbolji model za opisivanje adsorpcijsko kinetike, gdje je vrijednost R2 postavljena veća nego u ostala dva modela. Postoji i sličnost između izračunatih adsorpcijskih kapaciteta (QE, CAL). Pseudo-drugi red i eksperimentalne vrijednosti (QE, Exp.) Daljnji su dokazi da je pseudo-drugi red bolji model od ostalih modela. Kao što je prikazano u tablici 1, vrijednosti α (početna brzina adsorpcije) i β (desorpcija konstanta) potvrđuju da je brzina adsorpcije veća od brzine desorpcije, što ukazuje da je DC učinkovito adsorbiran na kompozitu RGO / NZVI52. .
Linear adsorpcijske kinetičke parcele pseudo-drugog reda (a), pseudo-prvi nalog (b) i elovich (c) [CO = 25-100 mg L-1, pH = 7, t = 25 ° C, doza = 0,05 g].
Studije adsorpcijskog izotermi pomažu u određivanju adsorpcijskog kapaciteta Adsorbent (RGO / NRVI kompozitni) u različitim koncentracijama adsorbata (DC) i temperaturi sustava. Maksimalni adsorpcijski kapacitet izračunat je pomoću Isotherm Langmuir, što je naznačeno da je adsorpcija homogena i uključivala je formiranje adsorbiranog monolaja na površini Adsorbenta bez interakcije između njih53. Dva druga široko korištena izoterma modela su Freundlich i Temikin modeli. Iako se Freundlich model ne koristi za izračunavanje adsorpcijskog kapaciteta, pomaže u razumijevanju heterogenog adsorpcijskog procesa i da slobodna radna mjesta na Adsorbent imaju različite energije, dok temkin model pomaže u razumijevanju fizičkih i hemijskih svojstava adsorpcije54.
Slike 9A-C prikazuju linijske parcele langmuir, Freindlich i Temikin modeli, respektivno. Vrijednosti R2 izračunate iz Freundlich-a i Langmuir (Sl. 9B) linije i predstavljene u tablici 2 pokazuju da DC adsorpcija na RGO / NZVI kompozitu slijedi Freundlich (0.996) i Langmuir (0.988) Isotherm modele i temkin (0,985). Maksimalni adsorpcijski kapacitet (qmax), izračunat korištenjem modela LANGMUIR ISOTHERM, iznosio je 31,61 mg g-1. Pored toga, izračunata vrijednost faktora odvajanja bez dimenzije (RL) je između 0 i 1 (0.097), što ukazuje na povoljan proces adsorpcije. Inače, izračunata Comstanca Freundlich (n = 2.756) označava sklonost ovoj procesu apsorpcije. Prema linearnom modelu temkinskih izoterm (Sl. 9c), adsorpcija DC-a na RGO / NZVI kompozitu je fizički adsorpcijski proces, jer je B ˂ 82 KJ MOL-1 (0.408) 55. Iako se fizička adsorpcija obično posreduje slabim Van der Waals Silama, direktno tekuće adsorpcije na RGO / NZVI kompozitima zahtijeva niske adsorpcijske energije [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B) i Temkin (c) linearna adsorpcija izotermi [CO = 25-100 mg L-1, pH = 7, t = 25 ° C, doza = 0,05 g]. Plac vanjskog prefinjača za DC adsorpciju RGO / NZVI komposova (D) [CO = 25-100 mg L-1, pH = 7, t = 25-55 ° C i doza = 0,05 g].
Za procjenu efekta promjene temperature reakcije na DC uklanjanje iz RGO / NZVI kompozita, termodinamičkih parametara kao što su entropijska promjena (ΔS), entalpy promjene (ΔH) izračunati su iz jednadžbi. 3 i 458.
Gdje \ ({k} _ {e} \) = \ (\ frac {{{c} _ {ae}} {{{c} _ {e}} \) - termodinamička ravnoteža konstanta, CE i CAE - RGO u rješenju, respektivno / NZVI DC koncentracije na površini ravnoteže. R i RT su konstantna i adsorpcijsku temperaturu plina. Plotanje LN KE protiv 1 / t daje ravnu liniju (Sl. 9D) iz koje se mogu odrediti ΔS i ΔH.
Negativna vrijednost ΔH označava da je proces egzotermičan. S druge strane, vrijednost ΔH je u okviru fizičkog adsorpcijskog procesa. Negativne vrijednosti Δg u tablici 3 ukazuju na to da je adsorpcija moguća i spontana. Negativne vrijednosti Δs ukazuju na visoke naručivanje adsorbirne molekula na tečnom sučelju (Tabela 3).
Tabela 4 uspoređuje RGO / NZVI kompozit s drugim adsorptemsom izviještene u prethodnim studijama. Jasno je da VGO / NCVI kompozit ima visoki adsorpcijski kapacitet i može biti obećavajući materijal za uklanjanje DC antibiotika iz vode. Pored toga, adsorpcija RGO / NZVI komposova je brzi proces sa vremenom ravnoteže od 60 min. Odlična svojstva adsorpcije RGO / NZVI kompozita mogu se objasniti sinergijskim efektom RGO i NZVI.
Slike 10a, B ilustriraju racionalni mehanizam za uklanjanje DC antibiotika RGO / NZVI i NZVI kompleksima. Prema rezultatima eksperimenata o efektu pH o efikasnosti DC adsorpcije, s povećanjem PH-a od 3 do 7, DC adsorpcija na RGO / NZVI kompozitu nisu kontrolirali elektrostatičke interakcije, jer je djelovao kao zwitterion; Stoga promjena pH vrijednosti nije utjecala na proces adsorpcije. Nakon toga, mehanizam adsorpcije mogu se kontrolirati neelektrostatičkim interakcijama kao što su vezanje vodika, hidrofobnih efekata i interakcije π-π između rezonacije između RGO / NZVI kompozita i DC66. Poznato je da je mehanizam aromatičnog adsorptora na površinama slojevitih grafena objašnjena interakcijama slaganja π-π kao glavne pokretačke snage. Kompozit je slojeviti materijal sličan grafikonu sa apsorpcijom maksimalno pri 233 nm zbog tranzicije π-π *. Na osnovu prisutnosti četiri aromatične prstenove u molekulirnoj strukturi DC Adsorbata, hipotezali smo da postoji mehanizam interakcije π-π-slaganja između aromatičnog DC-a (π-elektronskog akceptora) i regije bogat π-elektronima na površinu RGO. / NZVI kompoziti. Pored toga, kao što je prikazano na Sl. 10B, FTIR studije su izvedene za proučavanje molekularne interakcije RGO / NZVI kompozita sa DC-om, a FTIR spektra RGO / NZVI kompozita nakon DC adsorpcije prikazane su na slici 10b. 10b. Novi vršak se primjećuje na 2111 cm-1, što odgovara okvirnom vibracijom C = C veze, što ukazuje na prisustvo odgovarajućih organskih funkcionalnih grupa na površini od 67 RGO / NZVI. Ostali vrhovi se pomakne od 1561 do 1548 cm-1 i od 1399 do 1360 cm-1, koji također potvrđuje da interakcije π-π igraju važnu ulogu u adsorpciji grafena i organskih zagađivača68,69. Nakon DC adsorpcije, intenzitet nekih grupa koji sadrže kiseonik, poput oh, smanjen je na 3270 cm-1, što sugerira da je vezanje vodika jedan od adsorpcijskih mehanizama. Stoga se na osnovu rezultata, DC adsorpcija na RGO / NZVI kompozitu javlja se uglavnom zbog interakcija sa slaganjem π-π i H-veza.
Racionalni mehanizam adsorpcije DC antibiotika RGO / NZVI i NZVI kompleksi (a). FTIR adsorpcijski spektar DC na RGO / NZVI i NZVI (B).
Intenzitet apsorpcijskih bendova NZVI na 3244, 1615, 1546, i 1011 cm-1 povećali se nakon DC adsorpcije na NZVI (Sl. 10b) u odnosu na NZVI, koji bi se trebali povezati sa interakcijom s mogućnošću funkcionalnih grupa u DC-u. Međutim, ovaj niži postotak prijenosa u svim promatranim opsezima ukazuje na značajnu promjenu adsorpcijskog učinkovitosti fitosintetičkog adsorbenta (NZVI) u odnosu na NZVI prije adsorpcijskih procesa. Prema nekom istraživanju za uklanjanje DC-a sa NZVI71, kada NZVI reagira s H2O, elektroni su pušteni, a zatim H + koristi za proizvodnju visoko smanjenog aktivnog vodika. Konačno, neki kationski spojevi prihvaćaju elektrone iz aktivnog vodonika, što rezultira -c = n i -c = c-, koji se pripisuje cijepanje benzenskog prstena.
Vrijeme objavljivanja: Nov-14-2022