Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina uwezo mdogo wa kutumia CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutatoa tovuti bila mitindo na JavaScript.
Katika kazi hii, composites za rGO/nZVI ziliundwa kwa mara ya kwanza kwa kutumia utaratibu rahisi na rafiki wa mazingira kwa kutumia dondoo la majani ya manjano ya Sophora kama wakala wa kupunguza na kiimarishaji ili kutii kanuni za kemia ya "kijani", kama vile usanisi wa kemikali hatari kidogo. Zana kadhaa zimetumika kuthibitisha usanisi uliofaulu wa composites, kama vile SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, na uwezo wa zeta, ambao unaonyesha uundaji wa utunzi uliofanikiwa. Uwezo wa uondoaji wa viunzi vya riwaya na NZVI safi katika viwango mbalimbali vya kuanzia vya antibiotiki doxycycline ililinganishwa ili kuchunguza athari ya upatanishi kati ya rGO na NZVI. Chini ya masharti ya uondoaji ya 25mg L-1, 25°C na 0.05g, kiwango cha uondoaji cha adsorptive cha NZVI safi kilikuwa 90%, wakati kiwango cha uondoaji wa doxycycline na mchanganyiko wa rGO/nZVI kilifikia 94.6%, kuthibitisha kuwa NZVI na rGO. . Mchakato wa utangazaji unalingana na mpangilio wa pili wa uwongo na unakubaliana vyema na mtindo wa Freundlich wenye uwezo wa juu wa utangazaji wa 31.61 mg g-1 katika 25 °C na pH 7. Utaratibu unaofaa wa kuondolewa kwa DC umependekezwa. Kwa kuongeza, utumiaji upya wa mchanganyiko wa rGO/nZVI ulikuwa 60% baada ya mizunguko sita mfululizo ya kuzaliwa upya.
Uhaba wa maji na uchafuzi wa mazingira sasa ni tishio kubwa kwa nchi zote. Katika miaka ya hivi majuzi, uchafuzi wa maji, haswa uchafuzi wa viuavijasumu, umeongezeka kwa sababu ya kuongezeka kwa uzalishaji na matumizi wakati wa janga la COVID-191,2,3. Kwa hiyo, maendeleo ya teknolojia ya ufanisi kwa ajili ya kuondoa antibiotics katika maji machafu ni kazi ya haraka.
Moja ya antibiotics sugu ya nusu-synthetic kutoka kwa kundi la tetracycline ni doxycycline (DC)4,5. Imeripotiwa kuwa mabaki ya DC katika maji ya chini ya ardhi na maji ya juu ya ardhi hayawezi kubadilishwa, ni 20-50% tu yametaboli na iliyobaki hutolewa kwenye mazingira, na kusababisha matatizo makubwa ya mazingira na afya6.
Mfiduo wa DC katika viwango vya chini unaweza kuua vijidudu vya photosynthetic vya majini, kutishia kuenea kwa bakteria ya antimicrobial, na kuongeza upinzani wa antimicrobial, kwa hivyo uchafu huu lazima uondolewe kutoka kwa maji machafu. Uharibifu wa asili wa DC katika maji ni mchakato wa polepole sana. Michakato ya kifizikia-kemikali kama vile upigaji picha, uharibifu wa viumbe na utangazaji inaweza tu kuharibika katika viwango vya chini na kwa viwango vya chini sana7,8. Hata hivyo, njia ya kiuchumi zaidi, rahisi, rafiki wa mazingira, rahisi kushughulikia na ufanisi ni adsorption9,10.
Nano zero valent iron (nZVI) ni nyenzo yenye nguvu sana inayoweza kuondoa antibiotics nyingi kutoka kwa maji, ikiwa ni pamoja na metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol, na tetracycline. Uwezo huu unatokana na sifa za ajabu ambazo NZVI inayo, kama vile utendakazi wa hali ya juu, eneo kubwa la uso, na tovuti nyingi za kuunganisha nje11. Hata hivyo, NZVI inakabiliwa na mkusanyiko katika vyombo vya habari vya maji kutokana na nguvu za van der Wells na mali ya juu ya magnetic, ambayo inapunguza ufanisi wake katika kuondoa uchafu kutokana na kuundwa kwa tabaka za oksidi zinazozuia reactivity ya nZVI10,12. Mkusanyiko wa chembe za nZVI zinaweza kupunguzwa kwa kurekebisha nyuso zao na surfactants na polima au kwa kuchanganya na nanomaterials nyingine katika mfumo wa composites, ambayo imeonekana kuwa mbinu inayofaa ya kuboresha utulivu wao katika mazingira13,14.
Graphene ni nanomaterial ya kaboni yenye pande mbili inayojumuisha atomi za kaboni zilizochanganywa za sp2 zilizopangwa katika kimiani cha asali. Ina eneo kubwa la uso, nguvu kubwa ya kimitambo, shughuli bora ya kielektroniki, upitishaji joto wa juu, uhamaji wa elektroni haraka, na nyenzo inayofaa ya kubeba ili kusaidia nanoparticles isokaboni kwenye uso wake. Mchanganyiko wa nanoparticles za chuma na graphene zinaweza kuzidi sana faida za kibinafsi za kila nyenzo na, kwa sababu ya sifa zake bora za kimwili na kemikali, hutoa usambazaji bora wa nanoparticles kwa matibabu ya maji yenye ufanisi zaidi15.
Dondoo za mimea ni mbadala bora kwa vipunguza kemikali hatari vinavyotumika sana katika usanisi wa oksidi ya graphene iliyopunguzwa (rGO) na NZVI kwa sababu zinapatikana, bei nafuu, za hatua moja, salama kimazingira, na zinaweza kutumika kama vidhibiti. kama vile flavonoids na misombo ya phenolic pia hufanya kama kiimarishaji. Kwa hivyo, dondoo la jani la Atriplex halimus L. lilitumika kama wakala wa kurekebisha na kufunga kwa usanisi wa rGO/nZVI composites katika utafiti huu. Atriplex halimus kutoka kwa familia ya Amaranthaceae ni kichaka cha kudumu kinachopenda nitrojeni na anuwai ya kijiografia16.
Kulingana na fasihi inayopatikana, Atriplex halimus (A. halimus) ilitumiwa kwanza kutengeneza rGO/nZVI kama mbinu ya usanisi ya kiuchumi na rafiki wa mazingira. Kwa hivyo, lengo la kazi hii lina sehemu nne: (1) phytosynthesis ya rGO/nZVI na composites ya nZVI ya wazazi kwa kutumia dondoo la jani la majini la A. halimus, (2) sifa za composites zilizosainishwa kwa kutumia mbinu nyingi ili kuthibitisha uundaji wao wenye mafanikio, (3) ) soma athari ya upatanishi ya rGO na NZVI katika utangazaji na uondoaji wa vichafuzi vya kikaboni vya viuavijasumu vya doxycycline chini ya vigezo tofauti vya athari, kuboresha hali ya mchakato wa utangazaji, (3) kuchunguza nyenzo zenye mchanganyiko katika matibabu mbalimbali mfululizo baada ya mzunguko wa usindikaji.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, fomula ya kemikali C22H24N2O·HCl, 98%), kloridi ya chuma hexahydrate (FeCl3.6H2O, 97%), poda ya grafiti iliyonunuliwa kutoka Sigma-Aldrich, Marekani. Hidroksidi ya sodiamu (NaOH, 97%), ethanoli (C2H5OH, 99.9%) na asidi hidrokloriki (HCl, 37%) zilinunuliwa kutoka Merck, Marekani. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 na MgCl2 zilinunuliwa kutoka Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Vitendanishi vyote vina ubora wa juu wa uchanganuzi. Maji yaliyotengenezwa mara mbili yalitumiwa kuandaa miyeyusho yote ya maji.
Vielelezo wakilishi vya A. halimus vimekusanywa kutoka kwa makazi yao ya asili katika Delta ya Nile na ardhi kwenye pwani ya Mediterania ya Misri. Nyenzo za mmea zilikusanywa kwa mujibu wa miongozo inayotumika ya kitaifa na kimataifa17. Prof. Manal Fawzi ametambua vielelezo vya mimea kulingana na Boulos18, na Idara ya Sayansi ya Mazingira ya Chuo Kikuu cha Alexandria inaidhinisha ukusanyaji wa aina za mimea zilizofanyiwa utafiti kwa madhumuni ya kisayansi. Sampuli za vocha zinafanyika katika Chuo Kikuu cha Tanta Herbarium (TANE), vocha no. 14 122–14 127, kituo cha mitishamba cha umma ambacho hutoa ufikiaji wa nyenzo zilizowekwa. Kwa kuongeza, ili kuondoa vumbi au uchafu, kata majani ya mmea vipande vidogo, suuza mara 3 na bomba na maji yaliyotengenezwa, na kisha kavu kwenye 50 ° C. Mimea hiyo ilivunjwa, 5 g ya poda nzuri iliingizwa katika 100 ml ya maji yaliyotengenezwa na kuchochewa saa 70 ° C kwa dakika 20 ili kupata dondoo. Dondoo lililopatikana la Bacillus nicotianae lilichujwa kupitia karatasi ya kichujio cha Whatman na kuhifadhiwa kwenye mirija safi na iliyozaa kwa 4°C kwa matumizi zaidi.
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro wa 1, GO ilitengenezwa kutoka kwa unga wa grafiti kwa mbinu iliyorekebishwa ya Hummers. 10 mg ya poda GO ilitawanywa katika 50 ml ya maji deionized kwa dakika 30 chini ya sonication, na kisha 0.9 g ya FeCl3 na 2.9 g ya NaAc walikuwa mchanganyiko kwa 60 min. 20 ml ya dondoo la jani la atriplex iliongezwa kwenye suluhisho lililochochewa na kuchochea na kushoto kwa 80 ° C kwa masaa 8. Usimamishaji mweusi uliosababishwa ulichujwa. Nanocomposites zilizotayarishwa zilioshwa na ethanol na maji ya bidistilled na kisha kukaushwa katika tanuri ya utupu kwa 50 ° C kwa saa 12.
Picha za kimkakati na za kidijitali za usanisi wa kijani wa rGO/nZVI na nZVI changamano na kuondolewa kwa viuavijasumu vya DC kutoka kwa maji machafu kwa kutumia dondoo ya halimus ya Atriplex.
Kwa ufupi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, 10 ml ya mmumunyo wa kloridi ya chuma iliyo na ioni 0.05 M Fe3+ iliongezwa kwa njia ya kushuka hadi 20 ml ya dondoo la jani chungu kwa dakika 60 kwa joto la wastani na kuchochea, na kisha myeyusho huo uliwekwa katikati. 14,000 rpm (Hermle , 15,000 rpm) kwa dakika 15 kutoa chembe nyeusi, ambazo ziliosha mara 3 na ethanol na maji ya distilled na kisha kukaushwa katika tanuri ya utupu saa 60 ° C. usiku mmoja.
Michanganyiko ya rGO/nZVI na nZVI iliyosanifiwa kwenye mmea iliainishwa kwa mwonekano unaoonekana wa UV (T70/T80 mfululizo wa UV/Vis spectrophotometers, PG Instruments Ltd, Uingereza) katika safu ya kuchanganua ya nm 200-800. Ili kuchambua topografia na usambazaji wa ukubwa wa rGO/nZVI na nZVI composites, uchunguzi wa TEM (JOEL, JEM-2100F, Japan, kuongeza kasi ya voltage 200 kV) ilitumiwa. Ili kutathmini vikundi vya kazi vinavyoweza kuhusika katika dondoo za mimea zinazohusika na mchakato wa kurejesha na kuimarisha, spectroscopy ya FT-IR ilifanyika (spectrometer ya JASCO katika safu ya 4000-600 cm-1). Zaidi ya hayo, kichanganuzi chenye uwezo wa zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) kilitumiwa kuchunguza malipo ya uso wa nanomaterials zilizosanisi. Kwa vipimo vya mgawanyiko wa X-ray wa nanomateria za unga, kipima sauti cha X-ray cha diffractometer (X'PERT PRO, Uholanzi) kilitumika, kinachofanya kazi kwa sasa (40 mA), voltage (45 kV) katika safu ya 2θ kutoka 20° hadi 80. ° na mionzi ya CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). Kipimo cha X-ray cha kutawanya nishati (EDX) (mfano JEOL JSM-IT100) kiliwajibika kusoma utunzi wa msingi wakati wa kukusanya X-rays ya Al K-α monochromatic kutoka -10 hadi 1350 eV kwenye XPS, ukubwa wa doa 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) nishati ya upitishaji ya wigo kamili ni eV 200 na wigo mwembamba ni 50 eV. Sampuli ya poda inasisitizwa kwenye kishikilia sampuli, ambacho huwekwa kwenye chumba cha utupu. Wigo wa C 1 ulitumiwa kama marejeleo katika 284.58 eV kubainisha nishati inayofunga.
Majaribio ya adsorption yalifanywa ili kupima ufanisi wa nanocomposites za rGO/nZVI zilizounganishwa katika kuondoa doxycycline (DC) kutoka kwa miyeyusho yenye maji. Majaribio ya adsorption yalifanywa katika chupa za 25 ml za Erlenmeyer kwa kasi ya kutetemeka ya 200 rpm kwenye shaker ya orbital (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) saa 298 K. Kwa kuzimua suluhisho la hisa la DC (1000 ppm) na maji yaliyotiwa mafuta. Ili kutathmini athari za kipimo cha rGO/nSVI juu ya ufanisi wa adsorption, nanocomposites ya uzito tofauti (0.01-0.07 g) iliongezwa kwa 20 ml ya suluhisho la DC. Ili kusoma kinetiki na isothermu za adsorption, 0.05 g ya adsorbent iliwekwa kwenye mmumunyo wa maji wa CD na mkusanyiko wa awali (25-100 mg L-1). Athari ya pH kwenye uondoaji wa DC ilichunguzwa kwa pH (3-11) na ukolezi wa awali wa 50 mg L-1 saa 25°C. Rekebisha pH ya mfumo kwa kuongeza kiasi kidogo cha HCl au NaOH ufumbuzi (Crison pH mita, pH mita, pH 25). Kwa kuongeza, athari za joto la mmenyuko kwenye majaribio ya adsorption katika anuwai ya 25-55 ° C ilichunguzwa. Athari ya nguvu ya ioni kwenye mchakato wa utangazaji ilichunguzwa kwa kuongeza viwango mbalimbali vya NaCl (0.01–4 mol L–1) katika mkusanyiko wa awali wa DC wa 50 mg L–1, pH 3 na 7), 25°C, na dozi ya adsorbent ya 0.05 g. Utangazaji wa DC isiyo na adsorbed ulipimwa kwa kutumia spectrophotometer ya boriti mbili ya UV-Vis (mfululizo wa T70/T80, PG Instruments Ltd, Uingereza) iliyo na urefu wa njia ya quartz cuvettes ya urefu wa 1.0 kwa urefu wa juu wa wavelengths (λmax) wa 270 na 350 nm. Asilimia ya kuondolewa kwa viuavijasumu vya DC (R%; Eq. 1) na kiasi cha utangazaji cha DC, qt, Eq. 2 (mg/g) zilipimwa kwa kutumia mlingano ufuatao.
ambapo %R ni uwezo wa kuondoa DC (%), Co ni mkusanyiko wa awali wa DC kwa wakati 0, na C ni mkusanyiko wa DC kwa wakati t, mtawalia (mg L-1).
ambapo qe ni kiasi cha DC kinachotangazwa kwa kila kitengo cha uzito wa adsorbent (mg g-1), Co na Ce ni viwango vya saa sifuri na kwa usawa, mtawalia (mg l-1), V ni ujazo wa suluhisho (l) , na m ni kitendanishi cha wingi wa adsorption (g).
Picha za SEM (Mtini. 2A-C) zinaonyesha mofolojia ya lamela ya mchanganyiko wa rGO/nZVI yenye nanoparticles za chuma zenye umbo la duara zilizotawanywa kwa usawa kwenye uso wake, ikionyesha kuambatishwa kwa NZVI NPs kwa uso wa rGO. Kwa kuongeza, kuna baadhi ya wrinkles katika jani la rGO, kuthibitisha kuondolewa kwa makundi yenye oksijeni wakati huo huo na urejesho wa A. halimus GO. Makunyanzi haya makubwa hufanya kama tovuti za upakiaji hai wa NPs za chuma. Picha za nZVI (Kielelezo 2D-F) zilionyesha kuwa NP za chuma za spherical zilitawanyika sana na hazikujumuisha, ambayo ni kutokana na asili ya mipako ya vipengele vya mimea vya dondoo la mmea. Ukubwa wa chembe ulitofautiana ndani ya nm 15-26. Hata hivyo, baadhi ya mikoa ina morphology ya mesoporous yenye muundo wa bulges na cavities, ambayo inaweza kutoa uwezo wa juu wa adsorption wa NZVI, kwa kuwa wanaweza kuongeza uwezekano wa kunasa molekuli za DC kwenye uso wa NZVI. Wakati dondoo la Rosa Damascus lilipotumiwa kwa ajili ya usanisi wa nZVI, NP zilizopatikana hazikuwa sawa, zenye voids na maumbo tofauti, ambayo yalipunguza ufanisi wao katika utangazaji wa Cr(VI) na kuongeza muda wa majibu 23 . Matokeo yanawiana na nZVI iliyosanifiwa kutoka kwa majani ya mwaloni na mulberry, ambayo ni nanoparticles ya spherical na saizi tofauti za nanometa bila muunganisho dhahiri.
Picha za SEM za mchanganyiko wa rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) na muundo wa EDX wa nZVI/rGO (G) na nZVI (H).
Muundo wa kimsingi wa mchanganyiko wa rGO/nZVI na nZVI uliounganishwa na mmea ulichunguzwa kwa kutumia EDX (Mchoro 2G, H). Uchunguzi unaonyesha kuwa NZVI inaundwa na kaboni (38.29% kwa wingi), oksijeni (47.41% kwa wingi) na chuma (11.84% kwa wingi), lakini vipengele vingine kama vile fosforasi24 pia vipo, vinavyoweza kupatikana kutoka kwa mimea. Aidha, asilimia kubwa ya kaboni na oksijeni inatokana na kuwepo kwa phytochemicals kutoka kwa dondoo za mimea katika sampuli za NZVI za chini ya ardhi. Vipengele hivi vinasambazwa sawasawa kwenye rGO lakini kwa uwiano tofauti: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) na Fe (10.99 wt %), EDX rGO/nZVI pia inaonyesha kuwepo kwa vipengele vingine kama vile S, ambayo inaweza kuhusishwa na miche ya mimea, hutumiwa. Uwiano wa sasa wa C:O na maudhui ya chuma katika mchanganyiko wa rGO/nZVI kwa kutumia A. halimus ni bora zaidi kuliko kutumia dondoo ya jani la mikaratusi, kwani ina sifa ya muundo wa C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) na Fe (8.27 wt.%). wt %) 25. Nataša et al., 2022 aliripoti muundo wa msingi sawa wa NZVI uliounganishwa kutoka kwa majani ya mwaloni na mulberry na kuthibitisha kuwa vikundi vya polyphenoli na molekuli zingine zilizomo kwenye dondoo la jani zinawajibika kwa mchakato wa kupunguza.
Mofolojia ya NZVI iliyounganishwa katika mimea (Mchoro S2A, B) ilikuwa ya duara na isiyo ya kawaida, ikiwa na wastani wa ukubwa wa 23.09 ± 3.54 nm, hata hivyo misururu ya jumla ilizingatiwa kutokana na nguvu za van der Waals na ferromagnetism. Umbo hili la chembe chembe chembe kwa wingi na duara linakubaliana vyema na matokeo ya SEM. Uchunguzi kama huo ulipatikana na Abdelfatah et al. mnamo 2021 wakati dondoo ya jani la maharagwe ya castor ilitumiwa katika usanisi wa nZVI11. Dondoo la jani la Ruelas tuberosa NP zinazotumika kama kikali katika nZVI pia zina umbo la duara lenye kipenyo cha nm26 20 hadi 40.
Picha mseto za TEM za rGO/nZVI (Mtini. S2C-D) zilionyesha kuwa rGO ni ndege ya msingi yenye mikunjo ya kando na mikunjo inayotoa tovuti nyingi za upakiaji kwa NZVI NPs; morphology hii ya lamellar pia inathibitisha uundaji wa mafanikio wa rGO. Kwa kuongezea, NZVI NPs zina umbo la duara na saizi za chembe kutoka 5.32 hadi 27 nm na zimewekwa kwenye safu ya rGO na utawanyiko wa karibu sare. Dondoo la jani la Eucalyptus lilitumiwa kuunganisha Fe NPs/rGO; Matokeo ya TEM pia yalithibitisha kuwa mikunjo kwenye safu ya rGO iliboresha mtawanyiko wa Fe NP zaidi ya Fe NPs safi na kuongeza utendakazi wa viunzi. Matokeo sawa yalipatikana na Bagheri et al. 28 wakati mchanganyiko ulipotungwa kwa kutumia mbinu za ultrasonic na wastani wa saizi ya nanoparticle ya chuma ya takriban nm 17.70.
Mwonekano wa FTIR wa viunzi vya A. halimus, nZVI, GO, rGO, na rGO/nZVI vinaonyeshwa kwenye Mtini. 3A. Uwepo wa makundi ya kazi ya uso katika majani ya A. halimus inaonekana kwa 3336 cm-1, ambayo inalingana na polyphenols, na 1244 cm-1, ambayo inafanana na makundi ya carbonyl zinazozalishwa na protini. Vikundi vingine kama vile alkanes katika 2918 cm-1, alkenes katika 1647 cm-1 na upanuzi wa CO-O-CO katika 1030 cm-1 pia vimezingatiwa, na kupendekeza kuwepo kwa vipengele vya mimea vinavyofanya kazi kama mawakala wa kuziba na kuwajibika kwa kurejesha. kutoka Fe2+ hadi Fe0 na GO hadi rGO29. Kwa ujumla, mwonekano wa NZVI unaonyesha kilele sawa cha kunyonya kama sukari chungu, lakini kwa nafasi iliyobadilishwa kidogo. Mkanda mkali huonekana kwa 3244 cm-1 unaohusishwa na mitetemo ya kunyoosha ya OH (phenoli), kilele cha 1615 kinalingana na C=C, na bendi kwenye 1546 na 1011 cm-1 huibuka kwa sababu ya kunyoosha kwa C=O (polyphenols na flavonoids). , CN -vikundi vya amini kunukia na amini aliphatic pia aliona katika 1310 cm-1 na 1190 cm-1, kwa mtiririko huo13. Wigo wa FTIR wa GO unaonyesha kuwepo kwa vikundi vingi vilivyo na oksijeni ya kiwango cha juu, ikijumuisha mkanda wa kunyoosha alkoksi (CO) katika 1041 cm-1, mkanda wa epoxy (CO) wa 1291 cm-1, C=O kunyoosha. bendi ya C=C kunyoosha vibrations katika 1619 cm-1, bendi katika 1708 cm-1 na bendi pana ya OH ya kunyoosha vibrations katika 3384 cm-1 ilionekana, ambayo inathibitishwa na njia iliyoboreshwa ya Hummers, ambayo inafanikiwa oxidizes. mchakato wa grafiti. Wakati kulinganisha rGO na rGO/nZVI composites na GO spectra, ukubwa wa baadhi ya vikundi vyenye oksijeni, kama vile OH katika 3270 cm-1, ni kupunguzwa kwa kiasi kikubwa, wakati wengine, kama vile C=O katika 1729 cm-1, ni kabisa. kupunguzwa. ilitoweka, ikionyesha uondoaji kwa ufanisi wa vikundi vya utendaji vilivyo na oksijeni katika GO by dondoo ya A. halimus. Vilele vipya vya tabia vikali vya rGO katika mvutano wa C = C huzingatiwa karibu na 1560 na 1405 cm-1, ambayo inathibitisha kupunguzwa kwa GO hadi rGO. Tofauti kutoka 1043 hadi 1015 cm-1 na kutoka 982 hadi 918 cm-1 zilionekana, labda kutokana na kuingizwa kwa nyenzo za mimea31,32. Weng et al., 2018 pia iliona upungufu mkubwa wa vikundi vya utendaji vilivyojaa oksijeni katika GO, ikithibitisha uundaji mzuri wa rGO kwa upunguzaji wa kibayolojia, kwani dondoo za jani la mikaratusi, ambazo zilitumika kuunganisha composites za oksidi za chuma za graphene, zilionyesha karibu spectra ya FTIR ya sehemu ya mmea. vikundi vya kazi. 33 .
A. FTIR wigo wa gallium, nZVI, rGO, GO, mchanganyiko rGO/nZVI (A). Roentgenogrammy inajumuisha rGO, GO, nZVI na rGO/nZVI (B).
Uundaji wa mchanganyiko wa rGO/nZVI na NZVI ulithibitishwa kwa kiasi kikubwa na mifumo ya mseto wa X-ray (Mchoro 3B). Kiwango cha juu cha kiwango cha juu cha Fe0 kilizingatiwa katika 2Ɵ 44.5 °, sambamba na index (110) (JCPDS no. 06-0696)11. Upeo mwingine wa 35.1 ° wa ndege (311) unahusishwa na magnetite Fe3O4, 63.2 ° inaweza kuhusishwa na ripoti ya Miller ya ndege (440) kutokana na kuwepo kwa ϒ-FeOOH (JCPDS no. 17-0536)34. Mchoro wa X-ray wa GO huonyesha kilele chenye kasi cha 2Ɵ 10.3° na kilele kingine 21.1°, ikionyesha utaftaji kamili wa grafiti na kuangazia uwepo wa vikundi vilivyo na oksijeni kwenye uso wa GO35. Miundo ya mchanganyiko wa rGO na rGO/nZVI ilirekodi kutoweka kwa vilele vya GO bainifu na uundaji wa vilele vipana vya rGO katika 2Ɵ 22.17 na 24.7° kwa rGO na rGO/nZVI compositive, mtawalia, ambayo ilithibitisha urejeshaji kwa mafanikio wa GO kwa dondoo za mimea. Walakini, katika muundo wa mchanganyiko wa rGO/nZVI, vilele vya ziada vinavyohusishwa na ndege ya kimiani ya Fe0 (110) na bcc Fe0 (200) vilizingatiwa katika 44.9\(^\circ\) na 65.22\(^\circ\), mtawalia. .
Uwezo wa zeta ni uwezo kati ya safu ya ioni iliyounganishwa kwenye uso wa chembe na mmumunyo wa maji ambao huamua sifa za kielektroniki za nyenzo na kupima uthabiti wake37. Uchanganuzi unaowezekana wa Zeta wa viunzi vya nZVI, GO, na rGO/nZVI vilivyoundwa na mmea ulionyesha uthabiti wao kutokana na kuwepo kwa malipo hasi ya -20.8, -22, na -27.4 mV, mtawalia, kwenye uso wao, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro S1A- C. . Matokeo kama haya yanalingana na ripoti kadhaa zinazotaja kwamba suluhu zilizo na chembe chembe zenye thamani ya zeta chini ya -25 mV kwa ujumla huonyesha kiwango cha juu cha uthabiti kutokana na msukosuko wa kielektroniki kati ya chembe hizi. Mchanganyiko wa rGO na NZVI huruhusu mchanganyiko kupata malipo hasi zaidi na hivyo kuwa na utulivu wa juu kuliko GO au NZVI pekee. Kwa hivyo, hali ya kurudisha nyuma kielektroniki itasababisha uundaji wa composites thabiti za rGO/nZVI39. Uso hasi wa GO huiruhusu kutawanywa sawasawa katika kati ya maji bila agglomeration, ambayo inaunda hali nzuri za mwingiliano na NZVI. Chaji hasi inaweza kuhusishwa na uwepo wa vikundi tofauti vya utendaji katika dondoo la tikiti chungu, ambalo pia linathibitisha mwingiliano kati ya GO na watangulizi wa chuma na dondoo la mmea kuunda rGO na nZVI, kwa mtiririko huo, na tata ya rGO/nZVI. Michanganyiko hii ya mimea pia inaweza kufanya kazi kama mawakala wa kuzuia, kwani huzuia mkusanyiko wa nanoparticles kusababisha na hivyo kuongeza utulivu wao40.
Muundo wa kimsingi na hali za valence za mchanganyiko wa nZVI na rGO/nZVI ziliamuliwa na XPS (Mchoro 4). Utafiti wa jumla wa XPS ulionyesha kuwa mchanganyiko wa rGO/nZVI unaundwa hasa na vipengele C, O, na Fe, sambamba na upangaji ramani wa EDS (Mchoro 4F–H). Wigo wa C1s huwa na vilele vitatu vya 284.59 eV, 286.21 eV na 288.21 eV vinavyowakilisha CC, CO na C=O, mtawalia. Wigo wa O1s uligawanywa katika vilele vitatu, ikiwa ni pamoja na 531.17 eV, 532.97 eV, na 535.45 eV, ambazo ziliwekwa kwa O=CO, CO, na NO vikundi, kwa mtiririko huo. Hata hivyo, kilele cha 710.43, 714.57 na 724.79 eV kinarejelea Fe 2p3/2, Fe+3 na Fe p1/2, mtawalia. Mwonekano wa XPS wa nZVI (Kielelezo 4C-E) ulionyesha kilele cha vipengele C, O, na Fe. Vilele vya 284.77, 286.25, na 287.62 eV vinathibitisha kuwepo kwa aloi za chuma-kaboni, kama zinavyorejelea CC, C-OH, na CO, mtawalia. Wigo wa O1s ulilingana na vilele vitatu vya C–O/iron carbonate (531.19 eV), hydroxyl radical (532.4 eV) na O-C=O (533.47 eV). Kilele cha 719.6 kinahusishwa na Fe0, wakati FeOOH inaonyesha kilele cha 717.3 na 723.7 eV, kwa kuongeza, kilele cha 725.8 eV kinaonyesha uwepo wa Fe2O342.43.
Uchunguzi wa XPS wa viunzi vya nZVI na rGO/nZVI, mtawalia (A, B). Mwonekano kamili wa nZVI C1s (C), Fe2p (D), na O1s (E) na mchanganyiko wa rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H).
N2 adsorption/desorption isotherm (Kielelezo 5A, B) inaonyesha kuwa viunzi vya nZVI na rGO/nZVI ni vya aina ya II. Kwa kuongeza, eneo maalum la uso (SBET) la nZVI liliongezeka kutoka 47.4549 hadi 152.52 m2 / g baada ya kupofusha na rGO. Matokeo haya yanaweza kuelezewa na kupungua kwa mali ya sumaku ya NZVI baada ya upofu wa rGO, na hivyo kupunguza mkusanyiko wa chembe na kuongeza eneo la uso wa composites. Kwa kuongezea, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5C, ujazo wa pore (8.94 nm) wa mchanganyiko wa rGO/nZVI ni wa juu kuliko ule wa NZVI ya asili (2.873 nm). Matokeo haya yanakubaliana na El-Monaem et al. 45 .
Ili kutathmini uwezo wa utangazaji wa kuondoa DC kati ya rGO/nZVI composites na NZVI ya awali kulingana na ongezeko la mkusanyiko wa awali, ulinganisho ulifanywa kwa kuongeza kipimo cha mara kwa mara cha kila adsorbent (0.05 g) kwa DC katika viwango mbalimbali vya awali. Suluhisho lililochunguzwa [25]. -100 mg l–1] kwa 25°C. Matokeo yalionyesha kuwa ufanisi wa uondoaji (94.6%) wa mchanganyiko wa rGO/nZVI ulikuwa wa juu kuliko ule wa NZVI ya awali (90%) katika mkusanyiko wa chini (25 mg L-1). Walakini, wakati mkusanyiko wa kuanzia ulipoongezeka hadi 100 mg L-1, ufanisi wa kuondolewa kwa rGO/nZVI na NZVI ya wazazi ulipungua hadi 70% na 65%, mtawaliwa (Mchoro 6A), ambayo inaweza kuwa kwa sababu ya tovuti chache zinazofanya kazi na uharibifu wa tovuti. chembe za nZVI. Kinyume chake, rGO/nZVI ilionyesha ufanisi wa juu wa kuondolewa kwa DC, ambayo inaweza kuwa kutokana na athari ya synergistic kati ya rGO na NZVI, ambayo tovuti thabiti zinazopatikana kwa adsorption ni za juu zaidi, na kwa upande wa rGO/nZVI, zaidi. DC inaweza kuwa adsorbed kuliko NZVI intact. Kwa kuongeza, katika mtini. 6B inaonyesha kuwa uwezo wa utangazaji wa rGO/nZVI na composites za NZVI uliongezeka kutoka 9.4 mg/g hadi 30 mg/g na 9 mg/g, mtawaliwa, na ongezeko la mkusanyiko wa awali kutoka 25-100 mg/L. -1.1 hadi 28.73 mg g-1. Kwa hiyo, kiwango cha uondoaji wa DC kilihusishwa vibaya na mkusanyiko wa awali wa DC, ambayo ilitokana na idadi ndogo ya vituo vya majibu vinavyoungwa mkono na kila adsorbent kwa adsorption na kuondolewa kwa DC katika ufumbuzi. Kwa hivyo, inaweza kuhitimishwa kutoka kwa matokeo haya kuwa composites za rGO/nZVI zina ufanisi wa juu wa utangazaji na upunguzaji, na rGO katika muundo wa rGO/nZVI inaweza kutumika kama adsorbent na kama nyenzo ya kubeba.
Ufanisi wa uondoaji na uwezo wa utangazaji wa DC kwa mchanganyiko wa rGO/nZVI na NZVI ulikuwa (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, kipimo = 0.05 g], pH. juu ya uwezo wa utangazaji na ufanisi wa kuondoa DC kwenye viunzi vya rGO/nZVI (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, dozi = 0.05 g].
Suluhisho la pH ni jambo muhimu katika utafiti wa michakato ya adsorption, kwani inathiri kiwango cha ionization, speciation, na ionization ya adsorbent. Jaribio lilifanywa kwa 25°C kwa kipimo cha kila mara cha adsorbent (0.05 g) na mkusanyiko wa awali wa 50 mg L-1 katika safu ya pH (3-11). Kulingana na mapitio ya fasihi46, DC ni molekuli ya amfifili yenye vikundi kadhaa vya utendaji vinavyoweza kuonwa (fenoli, vikundi vya amino, alkoholi) katika viwango mbalimbali vya pH. Kwa hivyo, utendaji kazi mbalimbali wa DC na miundo inayohusiana kwenye uso wa mchanganyiko wa rGO/nZVI inaweza kuingiliana kielektroniki na inaweza kuwepo kama cations, zwitterions, na anions, molekuli ya DC inapatikana kama cationic (DCH3+) katika pH <3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 na anionic (DCH- au DC2-) katika PH 7.7. Kwa hivyo, utendaji kazi mbalimbali wa DC na miundo inayohusiana kwenye uso wa mchanganyiko wa rGO/nZVI inaweza kuingiliana kielektroniki na inaweza kuwepo kama cations, zwitterions, na anions, molekuli ya DC inapatikana kama cationic (DCH3+) katika pH <3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH <7.7 na anionic (DCH- au DC2-) katika PH 7.7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита пункции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита взаимодействовать электствовать электровые песни нов, цвиттер-ионов na анионов, молекула ДК существует kwenye виде катиона (DCH3+) при рН < 3,3, цвиттер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Matokeo yake, kazi mbalimbali za DC na miundo inayohusiana kwenye uso wa rGO/nZVI Composite inaweza kuingiliana electrostatically na inaweza kuwepo kwa namna ya cations, zwitterions, na anions; molekuli ya DC inapatikana kama mkutano (DCH3+) katika pH <3.3; ionic (DCH20) 3.3 < pH <7.7 na anionic (DCH- au DC2-) katika pH 7.7.因此，DC 的各子子功能和rGO/nZVI 复合材料表面的相关结构可能会发生黙电相互作用，并理恶以阳、关结构形式存在，DC 分子在pH <3.3 时以阳离子(DCH3+) 的形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 <pH <7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7.7.因此 , dc 的 种 功能 和 和 和 复合 材料 表面 相关 结构 可能 会 发生 静生 静生 相关 结构性 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 (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 вступать вступать вступать вступать вступать им структур на поверхности композита rGO/nZVI могут вступать вступать вступать вступать вступать вступать вступать вступать им катионов, цвиттер-ионов na анионов, а молекулы ДК являются катионными (ДЦГ3+) при рН < 3,3. Kwa hivyo, utendakazi mbalimbali wa DC na miundo inayohusiana kwenye uso wa mchanganyiko wa rGO/nZVI inaweza kuingia katika mwingiliano wa kielektroniki na kuwepo katika mfumo wa cations, zwitterions, na anions, wakati molekuli za DC ni cationic (DCH3+) katika pH <3.3. Он существует в виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH <7,7 и аниона (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Inapatikana kama zwitterion (DCH20) katika 3.3 <pH <7.7 na anion (DCH- au DC2-) katika pH 7.7.Kwa ongezeko la pH kutoka 3 hadi 7, uwezo wa adsorption na ufanisi wa kuondolewa kwa DC uliongezeka kutoka 11.2 mg/g (56%) hadi 17 mg/g (85%) (Mchoro 6C). Hata hivyo, pH ilipoongezeka hadi 9 na 11, uwezo wa utangazaji na ufanisi wa uondoaji ulipungua kwa kiasi fulani, kutoka 10.6 mg/g (53%) hadi 6 mg/g (30%), mtawalia. Pamoja na ongezeko la pH kutoka 3 hadi 7, DCs zilikuwepo hasa katika mfumo wa zwitterioni, ambayo ilizifanya ziwe karibu zisizo za kielektroniki au kuchukizwa na composites za rGO/nZVI, hasa kutokana na mwingiliano wa kielektroniki. pH ilipoongezeka zaidi ya 8.2, uso wa adsorbent ulichajiwa hasi, kwa hivyo uwezo wa utangazaji ulipungua na kupungua kutokana na msukosuko wa kielektroniki kati ya doksicycline yenye chaji hasi na uso wa adsorbent. Mwelekeo huu unapendekeza kwamba utangazaji wa DC kwenye viunzi vya rGO/nZVI unategemea sana pH, na matokeo pia yanaonyesha kuwa viunzi vya rGO/nZVI vinafaa kama viboreshaji chini ya hali ya tindikali na upande wowote.
Athari ya joto juu ya adsorption ya ufumbuzi wa maji ya DC ilifanyika saa (25-55 ° C). Kielelezo 7A kinaonyesha athari za ongezeko la joto kwenye ufanisi wa uondoaji wa viuavijasumu vya DC kwenye rGO/nZVI, ni wazi kwamba uwezo wa kuondoa na uwezo wa utangazaji uliongezeka kutoka 83.44% na 13.9 mg/g hadi 47% na 7.83 mg/g. , kwa mtiririko huo. Upungufu huu mkubwa unaweza kuwa kutokana na ongezeko la nishati ya joto ya ioni za DC, ambayo husababisha desorption47.
Madhara ya Halijoto kwenye Ufanisi wa Uondoaji na Uwezo wa Kutangaza wa CD kwenye Viunzi vya rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dozi = 0.05 g], Kipimo cha Adsorbent kwenye Ufanisi wa Kuondoa na Uondoaji wa Athari ya CD Mkazo wa Awali kwenye uwezo wa utangazaji na ufanisi wa uondoaji wa DC kwenye mchanganyiko wa 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, dozi = 0.05 g].
Athari ya kuongeza kipimo cha mchanganyiko wa adsorbent rGO/nZVI kutoka 0.01 g hadi 0.07 g juu ya ufanisi wa kuondolewa na uwezo wa adsorption inavyoonekana kwenye Mchoro. 7B. Kuongezeka kwa kipimo cha adsorbent kilisababisha kupungua kwa uwezo wa adsorption kutoka 33.43 mg / g hadi 6.74 mg / g. Walakini, pamoja na kuongezeka kwa kipimo cha adsorbent kutoka 0.01 g hadi 0.07 g, ufanisi wa kuondolewa huongezeka kutoka 66.8% hadi 96%, ambayo, ipasavyo, inaweza kuhusishwa na kuongezeka kwa idadi ya vituo vya kazi kwenye uso wa nanocomposite.
Athari ya mkusanyiko wa awali kwenye uwezo wa utangazaji na ufanisi wa uondoaji [25-100 mg L-1, 25°C, pH 7, dozi 0.05 g] ilichunguzwa. Wakati mkusanyiko wa awali ulipoongezwa kutoka 25 mg L-1 hadi 100 mg L-1, asilimia ya kuondolewa kwa mchanganyiko wa rGO/nZVI ilipungua kutoka 94.6% hadi 65% (Mchoro 7C), labda kutokana na kutokuwepo kwa kazi inayotakiwa. tovuti. . Adsorbs viwango vikubwa vya DC49. Kwa upande mwingine, mkusanyiko wa awali ulipoongezeka, uwezo wa adsorption pia uliongezeka kutoka 9.4 mg / g hadi 30 mg / g hadi usawa ulipofikiwa (Mchoro 7D). Mmenyuko huu usioepukika unatokana na ongezeko la nguvu ya kuendesha gari na mkusanyiko wa awali wa DC zaidi ya upinzani wa uhamishaji wa ioni wa DC kufikia uso wa 50 wa mchanganyiko wa rGO/nZVI.
Muda wa mawasiliano na masomo ya kinetic yanalenga kuelewa wakati wa usawa wa adsorption. Kwanza, kiasi cha DC kilichotangazwa katika dakika 40 za kwanza za muda wa mawasiliano kilikuwa takriban nusu ya jumla ya kiasi kilichotangazwa kwa muda wote (dakika 100). Wakati molekuli za DC katika myeyusho hugongana na kuzifanya kuhamia kwa haraka hadi kwenye uso wa mchanganyiko wa rGO/nZVI na kusababisha mtangazo mkubwa. Baada ya dakika 40, utangazaji wa DC uliongezeka polepole na polepole hadi usawa ulipofikiwa baada ya dakika 60 (Mchoro 7D). Kwa kuwa kiasi kinachofaa kinatangazwa ndani ya dakika 40 za kwanza, kutakuwa na migongano machache na molekuli za DC na tovuti chache amilifu zitapatikana kwa molekuli zisizo na adsorbed. Kwa hiyo, kiwango cha utangazaji kinaweza kupunguzwa51.
Ili kuelewa vizuri kinetics ya adsorption, mistari ya mstari wa utaratibu wa kwanza wa pseudo (Mchoro 8A), utaratibu wa pili wa pseudo (Mchoro 8B), na Elovich (Mchoro 8C) mifano ya kinetic ilitumiwa. Kutoka kwa vigezo vilivyopatikana kutoka kwa masomo ya kinetic (Jedwali S1), inakuwa wazi kuwa mfano wa pseudosecond ni mfano bora wa kuelezea kinetics ya adsorption, ambapo thamani ya R2 imewekwa juu zaidi kuliko mifano mingine miwili. Pia kuna mfanano kati ya uwezo wa utangazaji uliokokotolewa (qe, cal). Agizo la uwongo la pili na thamani za majaribio (qe, exp.) ni ushahidi zaidi kwamba mpangilio wa ulaghai wa pili ni muundo bora kuliko miundo mingine. Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 1, thamani za α (kiwango cha awali cha utangazaji) na β (kutobadilika mara kwa mara) huthibitisha kwamba kiwango cha utangazaji ni cha juu kuliko kiwango cha uchakavu, ikionyesha kuwa DC huwa na tabia ya kutangaza kwa ufanisi kwenye mchanganyiko wa rGO/nZVI52. .
Linear adsorption kinetic plots ya pseudo-second order (A), pseudo-first order (B) na Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, dozi = 0.05 g ].
Uchunguzi wa isothermu za adsorption husaidia kuamua uwezo wa adsorption wa adsorbent (composite ya RGO/nRVI) katika viwango mbalimbali vya adsorbate (DC) na joto la mfumo. Upeo wa uwezo wa utangazaji ulihesabiwa kwa kutumia isotherm ya Langmuir, ambayo ilionyesha kuwa adsorption ilikuwa homogeneous na ilijumuisha uundaji wa monolayer ya adsorbate kwenye uso wa adsorbent bila mwingiliano kati yao53. Mifano nyingine mbili za isotherm zinazotumiwa sana ni aina za Freundlich na Temkin. Ingawa modeli ya Freundlich haitumiwi kukokotoa uwezo wa utangazaji, inasaidia kuelewa mchakato wa utangazaji usio tofauti na kwamba nafasi kwenye adsorbent zina nishati tofauti, wakati muundo wa Temkin husaidia kuelewa sifa za kimwili na kemikali za adsorption54.
Takwimu 9A-C zinaonyesha mistari ya miundo ya Langmuir, Freindlich, na Temkin, mtawalia. Thamani za R2 zilizokokotwa kutoka kwa mistari ya Freundlich (Kielelezo 9A) na Langmuir (Kielelezo 9B) na kuwasilishwa katika Jedwali la 2 zinaonyesha kuwa utangazaji wa DC kwenye mchanganyiko wa rGO/nZVI hufuata isothermu ya Freundlich (0.996) na Langmuir (0.988) mifano na Temkin (0.985). Kiwango cha juu cha uwezo wa utangazaji (qmax), kilichokokotolewa kwa kutumia kielelezo cha isotherm cha Langmuir, kilikuwa 31.61 mg g-1. Kwa kuongeza, thamani iliyohesabiwa ya kipengele cha kutenganisha kisicho na mwelekeo (RL) ni kati ya 0 na 1 (0.097), ikionyesha mchakato mzuri wa utangazaji. Vinginevyo, Freundlich iliyohesabiwa mara kwa mara (n = 2.756) inaonyesha upendeleo kwa mchakato huu wa kunyonya. Kulingana na mfano wa mstari wa isotherm ya Temkin (Kielelezo 9C), utangazaji wa DC kwenye mchanganyiko wa rGO/nZVI ni mchakato wa utangazaji wa kimwili, kwani b ni ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. Ingawa utangazaji wa kimwili kwa kawaida hupatanishwa na nguvu dhaifu za van der Waals, utangazaji wa moja kwa moja wa sasa kwenye viunzi vya rGO/nZVI huhitaji nishati ya chini ya utangazaji [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B), na Temkin (C) isothermu za mstari wa adsorption [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dozi = 0.05 g]. Mpangilio wa mlinganyo wa van't Hoff kwa utangazaji wa DC kwa viunzi vya rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C na kipimo = 0.05 g].
Ili kutathmini athari ya mabadiliko ya halijoto kwenye uondoaji wa DC kutoka kwa viunzi vya rGO/nZVI, vigezo vya halijoto kama vile mabadiliko ya entropy (ΔS), mabadiliko ya enthalpy (ΔH), na mabadiliko ya nishati bila malipo (ΔG) vilikokotolewa kutoka kwa milinganyo. 3 na 458.
ambapo \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) - msawazo wa thermodynamic, Ce na CAe - rGO katika suluhisho, kwa mtiririko /nZVI viwango vya DC katika usawa wa uso. R na RT ni joto la kawaida la gesi na la adsorption, mtawaliwa. Kupanga ln Ke dhidi ya 1/T kunatoa mstari ulionyooka (Kielelezo 9D) ambapo ∆S na ∆H zinaweza kubainishwa.
Thamani hasi ya ΔH inaonyesha kuwa mchakato huo ni wa hali ya juu sana. Kwa upande mwingine, thamani ya ΔH iko ndani ya mchakato wa utangazaji wa kimwili. Thamani hasi za ΔG katika Jedwali la 3 zinaonyesha kuwa utangazaji unawezekana na unajitokeza moja kwa moja. Thamani hasi za ΔS zinaonyesha mpangilio wa juu wa molekuli za adsorbent kwenye kiolesura cha kioevu (Jedwali 3).
Jedwali la 4 linalinganisha mchanganyiko wa rGO/nZVI na vitangazaji vingine vilivyoripotiwa katika masomo ya awali. Ni wazi kwamba mchanganyiko wa VGO/nCVI una uwezo wa juu wa adsorption na inaweza kuwa nyenzo ya kuahidi kwa kuondolewa kwa antibiotics DC kutoka kwa maji. Kwa kuongezea, utangazaji wa viunzi vya rGO/nZVI ni mchakato wa haraka na muda wa kusawazisha wa dakika 60. Sifa bora za utangazaji za composites za rGO/nZVI zinaweza kuelezewa na athari ya upatanishi ya rGO na nZVI.
Kielelezo 10A, B kinaonyesha utaratibu wa kimantiki wa kuondolewa kwa viuavijasumu vya DC kwa muundo wa rGO/nZVI na nZVI. Kulingana na matokeo ya majaribio juu ya athari ya pH juu ya ufanisi wa utangazaji wa DC, na ongezeko la pH kutoka 3 hadi 7, utangazaji wa DC kwenye mchanganyiko wa rGO/nZVI haukudhibitiwa na mwingiliano wa umeme, kwani ilifanya kazi kama zwitterion; kwa hiyo, mabadiliko katika thamani ya pH hayakuathiri mchakato wa utangazaji. Baadaye, utaratibu wa utangazaji unaweza kudhibitiwa na mwingiliano usio wa kielektroniki kama vile uunganishaji wa hidrojeni, athari za haidrofobu, na mwingiliano wa π-π kati ya mchanganyiko wa rGO/nZVI na DC66. Inajulikana vyema kuwa utaratibu wa adsorbeti zenye kunukia kwenye nyuso za graphene zilizowekwa tabaka umefafanuliwa na mwingiliano wa π–π kama nguvu kuu ya kuendesha. Mchanganyiko ni nyenzo yenye safu sawa na graphene yenye upeo wa juu wa kunyonya saa 233 nm kutokana na mpito wa π-π*. Kulingana na uwepo wa pete nne za kunukia katika muundo wa molekuli ya adsorbate ya DC, tulidhania kuwa kuna utaratibu wa mwingiliano wa π-π-stacking kati ya DC yenye kunukia (kipokezi cha elektroni π) na eneo lenye elektroni π kwenye. uso wa RGO. /nZVI composites. Kwa kuongeza, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 10B, tafiti za FTIR zilifanywa ili kuchunguza mwingiliano wa molekuli ya vijenzi vya rGO/nZVI na DC, na mwonekano wa FTIR wa viunzi vya rGO/nZVI baada ya utangazaji wa DC umeonyeshwa kwenye Mchoro 10B. 10b. Kilele kipya kinazingatiwa kwa 2111 cm-1, ambayo inalingana na vibration ya mfumo wa dhamana ya C = C, ambayo inaonyesha uwepo wa vikundi vya kazi vya kikaboni vinavyofanana kwenye uso wa 67 rGO/nZVI. Vilele vingine huhama kutoka 1561 hadi 1548 cm-1 na kutoka 1399 hadi 1360 cm-1, ambayo pia inathibitisha kwamba mwingiliano wa π-π una jukumu muhimu katika utangazaji wa graphene na uchafuzi wa kikaboni68,69. Baada ya adsorption ya DC, ukubwa wa baadhi ya vikundi vilivyo na oksijeni, kama vile OH, ulipungua hadi 3270 cm-1, ambayo inaonyesha kuwa kuunganisha hidrojeni ni mojawapo ya njia za utangazaji. Kwa hivyo, kulingana na matokeo, utangazaji wa DC kwenye mchanganyiko wa rGO/nZVI hutokea hasa kutokana na mwingiliano wa π-π stacking na vifungo vya H.
Utaratibu wa busara wa utangazaji wa antibiotics ya DC kwa rGO/nZVI na tata za NZVI (A). FTIR adsorption spectra ya DC kwenye rGO/nZVI na nZVI (B).
Uzito wa bendi za kunyonya za NZVI katika 3244, 1615, 1546, na 1011 cm-1 uliongezeka baada ya utangazaji wa DC kwenye NZVI (Mchoro 10B) ikilinganishwa na NZVI, ambayo inapaswa kuhusishwa na mwingiliano na vikundi vinavyowezekana vya utendaji vya asidi ya kaboksili. O vikundi katika DC. Hata hivyo, asilimia hii ya chini ya maambukizi katika bendi zote zilizoangaliwa inaonyesha hakuna mabadiliko makubwa katika ufanisi wa utangazaji wa adsorbent ya phytosynthetic (nZVI) ikilinganishwa na NZVI kabla ya mchakato wa utangazaji. Kulingana na baadhi ya utafiti wa uondoaji wa DC na nZVI71, nZVI inapoguswa na H2O, elektroni hutolewa na kisha H+ hutumika kutoa hidrojeni amilifu inayoweza kupunguza sana. Hatimaye, baadhi ya misombo ya cationic hukubali elektroni kutoka kwa hidrojeni hai, kusababisha -C=N na -C=C-, ambayo inahusishwa na mgawanyiko wa pete ya benzene.
Muda wa kutuma: Nov-14-2022