Хвала вам што сте посетили Натуре.цом. Верзија претраживача коју користите има ограничену подршку за ЦСС. За најбоље искуство препоручујемо да користите ажурирани прегледач (или онемогућите режим компатибилности у Интернет Екплорер-у). У међувремену, да бисмо обезбедили сталну подршку, приказаћемо сајт без стилова и ЈаваСцрипт-а.
У овом раду, рГО/нЗВИ композити су по први пут синтетизовани једноставним и еколошки прихватљивим поступком коришћењем екстракта жућкастог листа Сопхоре као редукционог агенса и стабилизатора да би се ускладили са принципима „зелене“ хемије, као што је мање штетна хемијска синтеза. Неколико алата је коришћено за валидацију успешне синтезе композита, као што су СЕМ, ЕДКС, КСПС, КСРД, ФТИР и зета потенцијал, који указују на успешну производњу композита. Упоређен је капацитет уклањања нових композита и чистог нЗВИ при различитим почетним концентрацијама антибиотика доксициклина да би се истражио синергистички ефекат између рГО и нЗВИ. Под условима уклањања од 25мг Л-1, 25°Ц и 0,05г, брзина адсорптивног уклањања чистог нЗВИ била је 90%, док је брзина адсорптивног уклањања доксициклина композитом рГО/нЗВИ достигла 94,6%, што потврђује да су нЗВИ и рГО . Процес адсорпције одговара псеудо-другом реду и добро се слаже са Фројндлиховим моделом са максималним капацитетом адсорпције од 31,61 мг г-1 на 25 °Ц и пХ 7. Предложен је разуман механизам за уклањање ДЦ. Поред тога, поновна употреба рГО/нЗВИ композита била је 60% након шест узастопних циклуса регенерације.
Недостатак воде и загађење сада представљају озбиљну претњу за све земље. Последњих година повећано је загађење воде, посебно антибиотицима, због повећане производње и потрошње током пандемије ЦОВИД-191,2,3. Стога је хитан задатак развој ефикасне технологије за елиминацију антибиотика у отпадним водама.
Један од резистентних полусинтетичких антибиотика из групе тетрациклина је доксициклин (ДЦ)4,5. Пријављено је да се ДЦ остаци у подземним и површинским водама не могу метаболисати, само 20-50% се метаболише, а остатак се ослобађа у животну средину, изазивајући озбиљне еколошке и здравствене проблеме6.
Изложеност ДЦ на ниским нивоима може убити водене фотосинтетичке микроорганизме, угрозити ширење антимикробних бактерија и повећати антимикробну отпорност, тако да се овај загађивач мора уклонити из отпадних вода. Природна деградација ДЦ у води је веома спор процес. Физичко-хемијски процеси као што су фотолиза, биоразградња и адсорпција могу се разградити само при ниским концентрацијама и веома ниским брзинама7,8. Међутим, најекономичнији, једноставан, еколошки прихватљив, лак за руковање и најефикаснији метод је адсорпција9,10.
Нано нулто валентно гвожђе (нЗВИ) је веома моћан материјал који може уклонити многе антибиотике из воде, укључујући метронидазол, диазепам, ципрофлоксацин, хлорамфеникол и тетрациклин. Ова способност је због невероватних својстава које нЗВИ има, као што су висока реактивност, велика површина и бројна спољна места везивања11. Међутим, нЗВИ је склон агрегацији у воденим срединама због ван дер Велсових сила и високих магнетних својстава, што смањује његову ефикасност у уклањању загађивача услед формирања оксидних слојева који инхибирају реактивност нЗВИ10,12. Агломерација нЗВИ честица може се смањити модификовањем њихове површине сурфактантима и полимерима или комбиновањем са другим наноматеријалима у облику композита, што се показало као одржив приступ за побољшање њихове стабилности у животној средини13,14.
Графен је дводимензионални угљенични наноматеријал који се састоји од сп2-хибридизованих атома угљеника распоређених у решетку саћа. Има велику површину, значајну механичку чврстоћу, одличну електрокаталитичку активност, високу топлотну проводљивост, брзу покретљивост електрона и одговарајући материјал носача који подржава неорганске наночестице на својој површини. Комбинација металних наночестица и графена може увелико премашити појединачне предности сваког материјала и, због својих супериорних физичких и хемијских својстава, обезбедити оптималну дистрибуцију наночестица за ефикаснији третман воде15.
Екстракти биљака су најбоља алтернатива штетним хемијским редукционим агенсима који се обично користе у синтези редукованог графенског оксида (рГО) и нЗВИ јер су доступни, јефтини, једностепени, еколошки безбедни и могу се користити као редукциони агенси. попут флавоноида и фенолних једињења такође делује као стабилизатор. Стога је екстракт листа Атриплек халимус Л. коришћен као средство за поправку и затварање за синтезу рГО/нЗВИ композита у овој студији. Атриплек халимус из породице Амарантхацеае је вишегодишњи жбун који воли азот и има широк географски распон16.
Према доступној литератури, Атриплек халимус (А. халимус) је први пут коришћен за израду рГО/нЗВИ композита као економична и еколошки прихватљива метода синтезе. Дакле, циљ овог рада састоји се од четири дела: (1) фитосинтеза рГО/нЗВИ и родитељских нЗВИ композита коришћењем екстракта воденог листа А. халимус, (2) карактеризација фитосинтетизованих композита коришћењем више метода за потврду њихове успешне производње, (3) ) проучавају синергистички ефекат рГО и нЗВИ у адсорпцији и уклањању органских контаминаната доксициклинских антибиотика под различитим реакционим параметрима, оптимизују услове процеса адсорпције, (3) истражују композитне материјале у различитим континуираним третманима након циклуса обраде.
Доксициклин хидрохлорид (ДЦ, ММ = 480,90, хемијска формула Ц22Х24Н2О·ХЦл, 98%), гвожђе хлорид хексахидрат (ФеЦл3.6Х2О, 97%), графитни прах купљен од Сигма-Алдрицх, САД. Натријум хидроксид (НаОХ, 97%), етанол (Ц2Х5ОХ, 99,9%) и хлороводонична киселина (ХЦл, 37%) набављени су од Мерцк-а, САД. НаЦл, КЦл, ЦаЦл2, МнЦл2 и МгЦл2 су набављени од Тиањин Цомио Цхемицал Реагент Цо., Лтд. Сви реагенси су високе аналитичке чистоће. За припрему свих водених раствора коришћена је двоструко дестилована вода.
Репрезентативни примерци А. халимус сакупљени су из њиховог природног станишта у делти Нила и са копна дуж медитеранске обале Египта. Биљни материјал је сакупљен у складу са важећим националним и међународним смерницама17. Проф. Манал Фавзи је идентификовао биљне примерке према Боулосу18, а Одељење за науке о животној средини Александријског универзитета овлашћује сакупљање проучаваних биљних врста у научне сврхе. Узорци ваучера се држе у хербаријуму Универзитета Танта (ТАНЕ), ваучери бр. 14 122–14 127, јавни хербаријум који омогућава приступ депонованој грађи. Поред тога, да бисте уклонили прашину или прљавштину, листове биљке исеците на мале комаде, исперите 3 пута водом из славине и дестилованом водом, а затим осушите на 50°Ц. Биљка је здробљена, 5 г финог праха је потопљено у 100 мл дестиловане воде и мешано на 70°Ц 20 мин да би се добио екстракт. Добијени екстракт Бациллус ницотианае је филтриран кроз Вхатман филтер папир и чуван у чистим и стерилизованим епруветама на 4°Ц за даљу употребу.
Као што је приказано на слици 1, ГО је направљен од графитног праха модификованом Хамерсовом методом. 10 мг ГО праха је дисперговано у 50 мл дејонизоване воде током 30 минута под соникацијом, а затим су мешани 0,9 г ФеЦл3 и 2,9 г НаАц током 60 минута. 20 мл екстракта листа атриплека је додато у мешани раствор уз мешање и остављено на 80°Ц током 8 сати. Добијена црна суспензија је филтрирана. Припремљени нанокомпозити су испрани етанолом и бидестилованом водом, а затим сушени у вакуум пећници на 50°Ц током 12 сати.
Шематске и дигиталне фотографије зелене синтезе рГО/нЗВИ и нЗВИ комплекса и уклањања ДЦ антибиотика из контаминиране воде коришћењем Атриплек халимус екстракта.
Укратко, као што је приказано на слици 1, 10 мл раствора гвожђе хлорида који садржи 0,05 М Фе3+ јона додавано је у капима у 20 мл раствора горког екстракта листа 60 минута уз умерено загревање и мешање, а затим је раствор центрифугиран на 14,000 рпм (Хермле, 15,000 рпм) током 15 мин да би се добиле црне честице, које су затим испране 3 пута са етанолом и дестилованом водом и затим сушене у вакуум пећници на 60°Ц преко ноћи.
Композити рГО/нЗВИ и нЗВИ синтетизовани у биљкама су окарактерисани УВ-видљивом спектроскопијом (УВ/Вис спектрофотометри серије Т70/Т80, ПГ Инструментс Лтд, УК) у опсегу скенирања од 200-800 нм. За анализу топографије и дистрибуције величина композита рГО/нЗВИ и нЗВИ коришћена је ТЕМ спектроскопија (ЈОЕЛ, ЈЕМ-2100Ф, Јапан, убрзавајући напон 200 кВ). Да би се процениле функционалне групе које могу бити укључене у биљне екстракте одговорне за процес опоравка и стабилизације, спроведена је ФТ-ИР спектроскопија (ЈАСЦО спектрометар у опсегу 4000-600 цм-1). Поред тога, за проучавање површинског набоја синтетизованих наноматеријала коришћен је анализатор зета потенцијала (Зетасизер Нано ЗС Малверн). За мерења рендгенске дифракције прашкастих наноматеријала коришћен је рендгенски дифрактометар (КС'ПЕРТ ПРО, Холандија) који ради на струји (40 мА), напону (45 кВ) у опсегу 2θ од 20° до 80 ° и ЦуКа1 зрачење (\(\ламбда =\ ) 1,54056 Ао). Енергетски дисперзивни рендгенски спектрометар (ЕДКС) (модел ЈЕОЛ ЈСМ-ИТ100) био је одговоран за проучавање елементарног састава при прикупљању Ал К-α монохроматских Кс-зрака од -10 до 1350 еВ на КСПС, величине тачке 400 μм К-АЛПХА (Тхермо Фисхер Сциентифиц, САД) енергија преноса пуног спектра је 200 еВ, а уског спектра је 50 еВ. Узорак праха се утискује на држач узорка, који се поставља у вакуумску комору. Ц1 с спектар је коришћен као референца на 284,58 еВ за одређивање енергије везивања.
Експерименти адсорпције су спроведени да би се испитала ефикасност синтетизованих рГО/нЗВИ нанокомпозита у уклањању доксициклина (ДЦ) из водених раствора. Експерименти адсорпције су изведени у ерленмајеровим боцама од 25 мл при брзини мућкања од 200 рпм на орбиталном шејкеру (Стуарт, Орбитал Схакер/ССЛ1) на 298 К. Разблаживањем основног раствора ДЦ (1000 ппм) са бидестилованом водом. Да би се проценио ефекат дозе рГО/нСВИ на ефикасност адсорпције, нанокомпозити различите тежине (0,01–0,07 г) су додати у 20 мл ДЦ раствора. За проучавање кинетике и изотерме адсорпције, 0,05 г адсорбента је потопљено у водени раствор ЦД-а почетне концентрације (25–100 мг Л–1). Утицај пХ на уклањање ДЦ проучаван је при пХ (3–11) и почетној концентрацији од 50 мг Л-1 на 25°Ц. Подесите пХ система додавањем мале количине раствора ХЦл или НаОХ (Црисон пХ метар, пХ метар, пХ 25). Поред тога, истражен је утицај температуре реакције на адсорпционе експерименте у опсегу од 25-55°Ц. Утицај јонске снаге на процес адсорпције проучаван је додавањем различитих концентрација НаЦл (0,01–4 мол Л–1) при почетној концентрацији ДЦ од 50 мг Л–1, пХ 3 и 7), 25°Ц и доза адсорбента од 0,05 г. Адсорпција неадсорбоване једносмерне струје је мерена коришћењем УВ-Вис спектрофотометра са двоструким снопом (Т70/Т80 серија, ПГ Инструментс Лтд, УК) опремљеног кварцним киветама дужине путање од 1,0 цм на максималним таласним дужинама (λмак) од 270 и 350 нм. Проценат уклањања ДЦ антибиотика (Р%; једначина 1) и количина адсорпције ДЦ, кт, екв. 2 (мг/г) је измерено коришћењем следеће једначине.
где је %Р капацитет уклањања једносмерне струје (%), Цо је почетна концентрација једносмерне струје у тренутку 0, а Ц је концентрација једносмерне струје у тренутку т, респективно (мг Л-1).
где је ке количина ДЦ адсорбоване по јединици масе адсорбента (мг г-1), Цо и Це су концентрације у нултом времену иу равнотежи, респективно (мг л-1), В је запремина раствора (л) , а м је адсорпциони масени реагенс (г).
СЕМ слике (слике 2А–Ц) показују ламеларну морфологију рГО/нЗВИ композита са сферичним наночестицама гвожђа које су равномерно дисперговане на његовој површини, што указује на успешно везивање нЗВИ НП на површину рГО. Поред тога, постоје неке боре на листу рГО, што потврђује уклањање група које садрже кисеоник истовремено са рестаурацијом А. халимус ГО. Ове велике боре делују као места за активно пуњење НП гвожђа. нЗВИ слике (слика 2Д-Ф) су показале да су сферни гвожђе НП били веома расути и да се нису агрегирали, што је због природе превлаке ботаничких компоненти биљног екстракта. Величина честица варира унутар 15-26 нм. Међутим, неки региони имају мезопорозну морфологију са структуром избочина и шупљина, што може обезбедити висок ефективни капацитет адсорпције нЗВИ, пошто могу повећати могућност хватања ДЦ молекула на површини нЗВИ. Када је екстракт Роса Дамасцус коришћен за синтезу нЗВИ, добијени НП су били нехомогени, са шупљинама и различитим облицима, што је смањило њихову ефикасност у адсорпцији Цр(ВИ) и повећало време реакције 23 . Резултати су у складу са нЗВИ синтетизованим од храстовог и дудовог лишћа, који су углавном сферне наночестице различитих нанометарских величина без очигледне агломерације.
СЕМ слике композита рГО/нЗВИ (АЦ), нЗВИ (Д, Е) и ЕДКС узорака нЗВИ/рГО (Г) и нЗВИ (Х) композита.
Елементарни састав рГО/нЗВИ и нЗВИ композита синтетизованих у биљкама проучаван је коришћењем ЕДКС (Слика 2Г, Х). Истраживања показују да се нЗВИ састоји од угљеника (38,29% по маси), кисеоника (47,41% по маси) и гвожђа (11,84% по маси), али су присутни и други елементи попут фосфора24, који се могу добити из биљних екстраката. Поред тога, висок проценат угљеника и кисеоника је последица присуства фитокемикалија из биљних екстраката у подземним узорцима нЗВИ. Ови елементи су равномерно распоређени на рГО али у различитим односима: Ц (39,16 теж. %), О (46,98 теж. %) и Фе (10,99 теж. %), ЕДКС рГО/нЗВИ такође показује присуство других елемената као што је С, који могу бити повезани са биљним екстрактима, користе се. Тренутни однос Ц:О и садржај гвожђа у рГО/нЗВИ композиту који користи А. халимус је много бољи од коришћења екстракта листа еукалиптуса, јер карактерише састав Ц (23,44 теж.%), О (68,29 теж.%) и Фе (8,27 теж.%). теж. %) 25. Наташа и сар., 2022. пријавили су сличан елементарни састав нЗВИ синтетизованог из листова храста и дуда и потврдили да су полифенолне групе и други молекули садржани у екстракту листа одговорни за процес редукције.
Морфологија нЗВИ синтетизованог у биљкама (Сл. С2А, Б) била је сферична и делимично неправилна, са просечном величином честица од 23,09 ± 3,54 нм, међутим уочени су ланчани агрегати услед ван дер Валсових сила и феромагнетизма. Овај претежно грануларни и сферни облик честица је у добром складу са резултатима СЕМ. Слично запажање су пронашли Абделфатах ет ал. 2021. када је екстракт листа рицинусовог пасуља коришћен у синтези нЗВИ11. НП-ови екстракта листа Руелас тубероса који се користе као редукционо средство у нЗВИ такође имају сферни облик пречника од 20 до 40 нм26.
Хибридни рГО/нЗВИ композитни ТЕМ снимци (слика С2Ц-Д) показали су да је рГО базална раван са маргиналним наборима и борама које обезбеђују вишеструка места учитавања за нЗВИ НП; ова ламеларна морфологија такође потврђује успешну производњу рГО. Поред тога, нЗВИ НП имају сферни облик са величинама честица од 5, 32 до 27 нм и уграђени су у рГО слој са скоро равномерном дисперзијом. Екстракт листа еукалиптуса је коришћен за синтезу Фе НПс/рГО; Резултати ТЕМ-а су такође потврдили да су боре у рГО слоју побољшале дисперзију Фе НП више од чистих Фе НП и повећале реактивност композита. Сличне резултате су добили Багхери ет ал. 28 када је композит произведен коришћењем ултразвучних техника са просечном величином наночестица гвожђа од приближно 17,70 нм.
ФТИР спектри композита А. халимус, нЗВИ, ГО, рГО и рГО/нЗВИ приказани су на сл. 3А. Присуство површинских функционалних група у листовима А. халимус јавља се на 3336 цм-1, што одговара полифенолима, и 1244 цм-1, што одговара карбонилним групама које производи протеин. Друге групе као што су алкани на 2918 цм-1, алкени на 1647 цм-1 и ЦО-О-ЦО екстензије на 1030 цм-1 су такође примећене, што сугерише присуство биљних компоненти које делују као заптивачи и одговорни су за опоравак од Фе2+ до Фе0 и ГО до рГО29. Генерално, нЗВИ спектри показују исте апсорпционе врхове као и горки шећери, али са благо помереним положајем. Интензивна трака се појављује на 3244 цм-1 повезана са ОХ вибрацијама истезања (феноли), пик на 1615 одговара Ц=Ц, а траке на 1546 и 1011 цм-1 настају услед истезања Ц=О (полифеноли и флавоноиди) , ЦН -групе ароматичних амина и алифатичних амина такође су примећене на 1310 цм-1 и 1190 цм-1, респективно13. ФТИР спектар ГО показује присуство многих група које садрже кисеоник високог интензитета, укључујући алкокси (ЦО) растезну траку на 1041 цм-1, епокси (ЦО) растезну траку на 1291 цм-1, Ц=О растезање. појавила се трака Ц=Ц растезних вибрација на 1619 цм-1, трака на 1708 цм-1 и широка трака растезних вибрација ОХ групе на 3384 цм-1, што је потврђено побољшаном Хамерсовом методом, која успешно оксидише процес графита. Када се пореде рГО и рГО/нЗВИ композити са ГО спектрима, интензитет неких група које садрже кисеоник, као што је ОХ на 3270 цм-1, је значајно смањен, док су друге, као што је Ц=О на 1729 цм-1, потпуно смањена. нестао, што указује на успешно уклањање функционалних група које садрже кисеоник у ГО екстрактом А. халимус. Нови оштри карактеристични пикови рГО при Ц=Ц напетости примећују се око 1560 и 1405 цм-1, што потврђује редукцију ГО на рГО. Уочене су варијације од 1043 до 1015 цм-1 и од 982 до 918 цм-1, вероватно због укључивања биљног материјала31,32. Венг и сарадници, 2018. такође су приметили значајно слабљење оксигенисаних функционалних група у ГО, потврђујући успешно формирање рГО биоредукцијом, пошто су екстракти листова еукалиптуса, који су коришћени за синтезу композита редукованог гвожђа графен оксида, показали ближе ФТИР спектре биљне компоненте. функционалне групе. 33 .
А. ФТИР спектар галијума, нЗВИ, рГО, ГО, композитни рГО/нЗВИ (А). Рендгенски композити рГО, ГО, нЗВИ и рГО/нЗВИ (Б).
Формирање рГО/нЗВИ и нЗВИ композита је у великој мери потврђено узорцима дифракције рендгенских зрака (слика 3Б). Фе0 пик високог интензитета је примећен на 2Ɵ 44,5°, што одговара индексу (110) (ЈЦПДС бр. 06–0696)11. Други врх на 35,1° равни (311) приписује се магнетиту Фе3О4, 63,2° може бити повезано са Милеровим индексом равни (440) због присуства ϒ-ФеООХ (ЈЦПДС бр. 17-0536)34. Рендгенски узорак ГО показује оштар врх на 2Ɵ 10,3° и други врх на 21,1°, што указује на потпуну ексфолијацију графита и наглашава присуство група које садрже кисеоник на површини ГО35. Композитни обрасци рГО и рГО/нЗВИ забележили су нестанак карактеристичних ГО пикова и формирање широких рГО пикова на 2Ɵ 22,17 и 24,7° за композите рГО и рГО/нЗВИ, респективно, што је потврдило успешан опоравак ГО биљним екстрактима. Међутим, у композитном рГО/нЗВИ обрасцу, уочени су додатни пикови повезани са равнином решетке Фе0 (110) и бцц Фе0 (200) на 44,9\(^\цирц\) и 65,22\(^\цирц\), респективно. .
Зета потенцијал је потенцијал између јонског слоја причвршћеног за површину честице и воденог раствора који одређује електростатичка својства материјала и мери његову стабилност37. Анализа Зета потенцијала нЗВИ, ГО и рГО/нЗВИ композита синтетизованих у биљкама показала је њихову стабилност због присуства негативних наелектрисања од -20,8, -22 и -27,4 мВ, респективно, на њиховој површини, као што је приказано на слици С1А- Ц. . Такви резултати су у складу са неколико извештаја који помињу да раствори који садрже честице са вредностима зета потенцијала мањим од -25 мВ генерално показују висок степен стабилности због електростатичког одбијања између ових честица. Комбинација рГО и нЗВИ омогућава композиту да добије више негативних наелектрисања и самим тим има већу стабилност од ГО или нЗВИ самог. Стога ће феномен електростатичког одбијања довести до формирања стабилних рГО/нЗВИ39 композита. Негативна површина ГО омогућава да се равномерно распрши у воденом медијуму без агломерације, што ствара повољне услове за интеракцију са нЗВИ. Негативни набој може бити повезан са присуством различитих функционалних група у екстракту горке диње, што такође потврђује интеракцију између ГО и прекурсора гвожђа и биљног екстракта да формирају рГО и нЗВИ, односно комплекс рГО/нЗВИ. Ова биљна једињења такође могу деловати као средства за затварање, јер спречавају агрегацију насталих наночестица и на тај начин повећавају њихову стабилност40.
Елементарни састав и валентна стања композита нЗВИ и рГО/нЗВИ одређени су КСПС (слика 4). Укупна КСПС студија је показала да се композит рГО/нЗВИ углавном састоји од елемената Ц, О и Фе, у складу са ЕДС мапирањем (Слика 4Ф–Х). Ц1с спектар се састоји од три пика на 284,59 еВ, 286,21 еВ и 288,21 еВ који представљају ЦЦ, ЦО и Ц=О, респективно. Спектар О1с је подељен на три пика, укључујући 531,17 еВ, 532,97 еВ и 535,45 еВ, који су додељени групама О=ЦО, ЦО и НО. Међутим, пикови на 710,43, 714,57 и 724,79 еВ односе се на Фе 2п3/2, Фе+3 и Фе п1/2, респективно. КСПС спектри нЗВИ (слика 4Ц-Е) показали су пикове за елементе Ц, О и Фе. Пикови на 284,77, 286,25 и 287,62 еВ потврђују присуство легура гвожђа и угљеника, јер се односе на ЦЦ, Ц-ОХ и ЦО, респективно. О1с спектар одговара три пика Ц–О/гвожђе карбонат (531,19 еВ), хидроксил радикал (532,4 еВ) и О–Ц=О (533,47 еВ). Пик на 719,6 се приписује Фе0, док ФеООХ показује врхове на 717,3 и 723,7 еВ, поред тога, пик на 725,8 еВ указује на присуство Фе2О342,43.
КСПС студије композита нЗВИ и рГО/нЗВИ (А, Б). Пуни спектри композита нЗВИ Ц1с (Ц), Фе2п (Д) и О1с (Е) и рГО/нЗВИ Ц1с (Ф), Фе2п (Г), О1с (Х).
Изотерма адсорпције/десорпције Н2 (слика 5А, Б) показује да композити нЗВИ и рГО/нЗВИ припадају типу ИИ. Поред тога, специфична површина (СБЕТ) нЗВИ се повећала са 47,4549 на 152,52 м2/г након заслепљивања са рГО. Овај резултат се може објаснити смањењем магнетних својстава нЗВИ након заслепљивања рГО, чиме се смањује агрегација честица и повећава површина композита. Поред тога, као што је приказано на слици 5Ц, запремина пора (8,94 нм) композита рГО/нЗВИ је већа од оне оригиналног нЗВИ (2,873 нм). Овај резултат је у сагласности са Ел-Монаемом ет ал. 45 .
Да би се проценио капацитет адсорпције за уклањање ДЦ између рГО/нЗВИ композита и оригиналног нЗВИ у зависности од повећања почетне концентрације, направљено је поређење додавањем константне дозе сваког адсорбента (0,05 г) у ДЦ при различитим почетним концентрацијама. Испитано решење [25]. –100 мг л–1] на 25°Ц. Резултати су показали да је ефикасност уклањања (94,6%) композита рГО/нЗВИ већа од оне оригиналног нЗВИ (90%) при нижој концентрацији (25 мг Л-1). Међутим, када је почетна концентрација повећана на 100 мг Л-1, ефикасност уклањања рГО/нЗВИ и родитељског нЗВИ пала је на 70% и 65%, респективно (слика 6А), што може бити због мање активних места и деградације нЗВИ честице. Напротив, рГО/нЗВИ је показао већу ефикасност уклањања ДЦ, што може бити последица синергистичког ефекта између рГО и нЗВИ, у којима су стабилна активна места доступна за адсорпцију много већа, ау случају рГО/нЗВИ, више ДЦ се може адсорбовати од нетакнутог нЗВИ. Поред тога, на сл. 6Б показује да се адсорпциони капацитет рГО/нЗВИ и нЗВИ композита повећао са 9,4 мг/г на 30 мг/г и 9 мг/г, респективно, са повећањем почетне концентрације од 25–100 мг/Л. -1,1 до 28,73 мг г-1. Стога је брзина уклањања ДЦ била у негативној корелацији са почетном концентрацијом ДЦ, што је било због ограниченог броја реакционих центара које подржава сваки адсорбент за адсорпцију и уклањање ДЦ у раствору. Дакле, из ових резултата се може закључити да композити рГО/нЗВИ имају већу ефикасност адсорпције и редукције, а рГО у саставу рГО/нЗВИ може да се користи и као адсорбент и као материјал носач.
Ефикасност уклањања и ДЦ адсорпциони капацитет за композит рГО/нЗВИ и нЗВИ били су (А, Б) [Цо = 25 мг л-1–100 мг л-1, Т = 25 °Ц, доза = 0,05 г], пХ. о капацитету адсорпције и ефикасности уклањања ДЦ на композитима рГО/нЗВИ (Ц) [Цо = 50 мг Л–1, пХ = 3–11, Т = 25°Ц, доза = 0,05 г].
пХ раствора је критичан фактор у проучавању процеса адсорпције, јер утиче на степен јонизације, специјације и јонизације адсорбента. Експеримент је изведен на 25°Ц са константном дозом адсорбента (0,05 г) и почетном концентрацијом од 50 мг Л-1 у пХ опсегу (3–11). Према прегледу литературе46, ДЦ је амфифилни молекул са неколико функционалних група које се јонизују (феноли, амино групе, алкохоли) на различитим нивоима пХ. Као резултат тога, различите функције ДЦ и сродних структура на површини рГО/нЗВИ композита могу да делују електростатички и могу постојати као катјони, цвитерјони и ањони, ДЦ молекул постоји као катјон (ДЦХ3+) при пХ < 3,3, цвитерјонски (ДЦХ20) 3,3 < пХ < 7,7 и ањонски (ДЦХ− или ДЦ2−) при пХ 7,7. Као резултат тога, различите функције ДЦ и сродних структура на површини рГО/нЗВИ композита могу да делују електростатички и могу постојати као катјони, цвитерјони и ањони, ДЦ молекул постоји као катјон (ДЦХ3+) при пХ < 3,3, цвитерјонски (ДЦХ20) 3,3 < пХ < 7,7 и ањонски (ДЦХ- или ДЦ2-) на ПХ 7,7. Због различитих функција ДК и повезаних са њима структура на површини композиције рГО/нЗВИ могу међусобно деловати електростатички и могу постојати у виду катиона, цвиттер-ионова и анионова, молекула ДК постоји у виду катиона (ДЦХ3+) при рН < 3,3, цвиттер- јонски (ДЦХ20) 3,3 < пХ < 7,7 и анионски (ДЦХ- или ДЦ2-) при пХ 7,7. Као резултат, различите функције једносмерне струје и сродних структура на површини рГО/нЗВИ композита могу да делују електростатички и могу постојати у облику катјона, цвитерјона и ањона; ДЦ молекул постоји као катјон (ДЦХ3+) при пХ < 3,3; јонски (ДЦХ20) 3,3 < пХ < 7,7 и ањонски (ДЦХ- или ДЦ2-) на пХ 7,7.因此，ДЦ 的各种功能和рГО/нЗВИ 复合材料表面的相关结构可能会发生静电相烽会发生静电相静电相云离子、两性离子和阴离子的形式存在, ДЦ 分子在пХ < 3,3 时以阳离子(ДЦХ3+) 的形式存在，两性离子(ДЦХ20) 3,3 < пХ < 7,7 和阴离子(ДЦХ- 或ДЦ2-) 在ПХ 7,7。因此 ， дц 的 种 功能 和 和 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 縚郏 并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， дц 分子 在 пХ <3,3 时 阳离子 阳离子阳离子 (дцх3+)形式存在，两性离子(ДЦХ20) 3,3 < пХ < 7,7 和阴离子(ДЦХ- 或ДЦ2-) 在ПХ 7,7。 Следовательно, различние ДК и родственних им структур на поверхности композита рГО/нЗВИ могут ступити в електростатические взаимства и сусествовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекули ДК су катионними функции (ДЦГ3+) при рН < 3,3. Дакле, различите функције ДЦ и сродних структура на површини рГО/нЗВИ композита могу да уђу у електростатичке интеракције и постоје у облику катјона, цвитерјона и ањона, док су ДЦ молекули катјонски (ДЦХ3+) при пХ < 3,3. Он постоји у виду цвиттер-иона (ДЦХ20) при 3,3 < пХ < 7,7 и аниона (ДЦХ- или ДЦ2-) при пХ 7,7. Постоји као цвитерион (ДЦХ20) на 3,3 < пХ < 7,7 и ањон (ДЦХ- или ДЦ2-) при пХ 7,7.Са повећањем пХ са 3 на 7, капацитет адсорпције и ефикасност уклањања ДЦ повећани су са 11,2 мг/г (56%) на 17 мг/г (85%) (слика 6Ц). Међутим, како се пХ повећао на 9 и 11, капацитет адсорпције и ефикасност уклањања су се донекле смањили, са 10,6 мг/г (53%) на 6 мг/г (30%), респективно. Са повећањем пХ са 3 на 7, ДЦ-ови су углавном постојали у облику цвитерјона, што их је учинило готово неелектростатски привученим или одбијеним са рГО/нЗВИ композитима, претежно електростатичком интеракцијом. Како се пХ повећао изнад 8,2, површина адсорбента је била негативно наелектрисана, па се капацитет адсорпције смањивао и смањивао услед електростатичког одбијања између негативно наелектрисаног доксициклина и површине адсорбента. Овај тренд сугерише да ДЦ адсорпција на рГО/нЗВИ композитима у великој мери зависи од пХ вредности, а резултати такође указују да су рГО/нЗВИ композити погодни као адсорбенти у киселим и неутралним условима.
Утицај температуре на адсорпцију воденог раствора ДЦ спроведен је на (25–55°Ц). Слика 7А показује ефекат повећања температуре на ефикасност уклањања ДЦ антибиотика на рГО/нЗВИ, јасно је да су капацитет уклањања и капацитет адсорпције повећан са 83,44% и 13,9 мг/г на 47% и 7,83 мг/г. , односно. Ово значајно смањење може бити последица повећања топлотне енергије једносмерних јона, што доводи до десорпције47.
Утицај температуре на ефикасност уклањања и адсорпциони капацитет ЦД-а на рГО/нЗВИ композитима (А) [Цо = 50 мг Л–1, пХ = 7, доза = 0,05 г], доза адсорбента на ефикасност уклањања и ефикасност уклањања ЦД-а Ефекат Почетна концентрација на капацитет адсорпције и ефикасност уклањања ДЦ на композиту рГО/нСВИ (Б) [Цо = 50 мг Л–1, пХ = 7, Т = 25°Ц] (Ц, Д) [Цо = 25–100 мг Л–1, пХ = 7, Т = 25 °Ц, доза = 0,05 г].
Ефекат повећања дозе композитног адсорбента рГО/нЗВИ са 0,01 г на 0,07 г на ефикасност уклањања и капацитет адсорпције приказан је на Сл. 7Б. Повећање дозе адсорбента довело је до смањења адсорпционог капацитета са 33,43 мг/г на 6,74 мг/г. Међутим, са повећањем дозе адсорбента са 0,01 г на 0,07 г, ефикасност уклањања се повећава са 66,8% на 96%, што, сходно томе, може бити повезано са повећањем броја активних центара на површини нанокомпозита.
Испитиван је утицај почетне концентрације на капацитет адсорпције и ефикасност уклањања [25–100 мг Л-1, 25°Ц, пХ 7, доза 0,05 г]. Када је почетна концентрација повећана са 25 мг Л-1 на 100 мг Л-1, проценат уклањања рГО/нЗВИ композита се смањио са 94,6% на 65% (слика 7Ц), вероватно због одсуства жељене активне супстанце. сајтова. . Адсорбује велике концентрације ДЦ49. С друге стране, како се почетна концентрација повећавала, капацитет адсорпције је такође порастао са 9,4 мг/г на 30 мг/г док се не постигне равнотежа (слика 7Д). Ова неизбежна реакција је због повећања покретачке силе са почетном концентрацијом једносмерне струје која је већа од отпора преноса масе једносмерних јона да би се достигла површина 50 композита рГО/нЗВИ.
Време контакта и кинетичке студије имају за циљ да разумеју равнотежно време адсорпције. Прво, количина ДЦ адсорбоване током првих 40 минута времена контакта била је приближно половина укупне количине адсорбоване током целог времена (100 минута). Док се ДЦ молекули у раствору сударају узрокујући њихову брзу миграцију на површину рГО/нЗВИ композита што резултира значајном адсорпцијом. После 40 минута, ДЦ адсорпција се постепено повећавала и полако док се равнотежа није постигла после 60 минута (слика 7Д). Пошто се разумна количина адсорбује у првих 40 минута, биће мање судара са ДЦ молекулима и мање активних места ће бити доступно за неадсорбоване молекуле. Стога се брзина адсорпције може смањити51.
Да би се боље разумела кинетика адсорпције, коришћени су линијски графикони псеудо првог реда (слика 8А), псеудо другог реда (слика 8Б) и Еловицх (слика 8Ц) кинетичких модела. Из параметара добијених из кинетичких студија (Табела С1), постаје јасно да је псеудосекундни модел најбољи модел за описивање кинетике адсорпције, где је вредност Р2 постављена на више него у друга два модела. Такође постоји сличност између израчунатих капацитета адсорпције (ке, цал). Псеудо-други ред и експерименталне вредности (ке, екп.) су додатни доказ да је псеудо-други ред бољи модел од других модела. Као што је приказано у табели 1, вредности α (почетна брзина адсорпције) и β (константа десорпције) потврђују да је брзина адсорпције већа од брзине десорпције, што указује да ДЦ има тенденцију да се ефикасно адсорбује на композиту рГО/нЗВИ52. .
Кинетички дијаграми линеарне адсорпције псеудо-другог реда (А), псеудо-првог реда (Б) и Еловича (Ц) [Цо = 25–100 мг л–1, пХ = 7, Т = 25 °Ц, доза = 0,05 г ].
Студије изотерми адсорпције помажу да се одреди адсорпциони капацитет адсорбента (РГО/нРВИ композит) при различитим концентрацијама адсорбата (ДЦ) и температурама система. Максимални капацитет адсорпције израчунат је коришћењем Лангмуирове изотерме, што је показало да је адсорпција била хомогена и укључивала формирање монослоја адсорбата на површини адсорбента без интеракције између њих53. Друга два широко коришћена модела изотерме су модели Фреундлицх и Темкин. Иако се Фројндлихов модел не користи за израчунавање капацитета адсорпције, он помаже да се разуме хетерогени процес адсорпције и да слободна места на адсорбенту имају различите енергије, док Темкин модел помаже да се разумеју физичка и хемијска својства адсорпције54.
Слике 9А-Ц приказују линије Лангмуир, Фреиндлицх и Темкин модела, респективно. Вредности Р2 израчунате из линија Фреундлицх (Слика 9А) и Лангмуир (Слика 9Б) и представљене у табели 2 показују да ДЦ адсорпција на рГО/нЗВИ композиту прати Фреундлицх (0,996) и Лангмуир (0,988) изотерму модели и Темкин (0,985). Максимални капацитет адсорпције (кмак), израчунат коришћењем Лангмуировог модела изотерме, износио је 31,61 мг г-1. Поред тога, израчуната вредност бездимензионалног фактора раздвајања (РЛ) је између 0 и 1 (0,097), што указује на повољан процес адсорпције. Иначе, израчуната Фројндлихова константа (н = 2,756) указује на преференцију за овај процес апсорпције. Према линеарном моделу Темкинове изотерме (слика 9Ц), адсорпција ДЦ на композиту рГО/нЗВИ је физички адсорпциони процес, пошто је б ˂ 82 кЈ мол-1 (0,408)55. Иако је физичка адсорпција обично посредована слабим ван дер Валсовим силама, адсорпција једносмерне струје на рГО/нЗВИ композитима захтева ниске енергије адсорпције [56, 57].
Изотерме линеарне адсорпције Фреундлицх (А), Лангмуир (Б) и Темкин (Ц) [Цо = 25–100 мг Л–1, пХ = 7, Т = 25 °Ц, доза = 0,05 г]. Графикон Вант Хофове једначине за ДЦ адсорпцију композитима рГО/нЗВИ (Д) [Цо = 25–100 мг л-1, пХ = 7, Т = 25–55 °Ц и доза = 0,05 г].
Да би се проценио ефекат промене температуре реакције на уклањање једносмерне струје из рГО/нЗВИ композита, термодинамички параметри као што су промена ентропије (ΔС), промена енталпије (ΔХ) и промена слободне енергије (ΔГ) су израчунати из једначина. 3 и 458.
где је \({К}_{е}\)=\(\фрац{{Ц}_{Ае}}{{Ц}_{е}}\) – константа термодинамичке равнотеже, Це и ЦАе – рГО у раствору, односно /нЗВИ ДЦ концентрације у површинској равнотежи. Р и РТ су гасна константа и температура адсорпције, респективно. Графикон лн Ке наспрам 1/Т даје праву линију (слика 9Д) из које се могу одредити ∆С и ∆Х.
Негативна вредност ΔХ указује да је процес егзотерман. С друге стране, вредност ΔХ је унутар процеса физичке адсорпције. Негативне вредности ΔГ у табели 3 указују на то да је адсорпција могућа и спонтана. Негативне вредности ΔС указују на висок редослед молекула адсорбента на интерфејсу течности (Табела 3).
Табела 4 упоређује композит рГО/нЗВИ са другим адсорбентима пријављеним у претходним студијама. Јасно је да ВГО/нЦВИ композит има висок капацитет адсорпције и може бити обећавајући материјал за уклањање ДЦ антибиотика из воде. Поред тога, адсорпција рГО/нЗВИ композита је брз процес са временом равнотеже од 60 мин. Одлична својства адсорпције рГО/нЗВИ композита могу се објаснити синергистичким ефектом рГО и нЗВИ.
Слике 10А, Б илуструју рационалан механизам за уклањање ДЦ антибиотика комплексима рГО/нЗВИ и нЗВИ. Према резултатима експеримената о утицају пХ на ефикасност адсорпције једносмерне струје, са повећањем пХ од 3 до 7, адсорпција једносмерне струје на композиту рГО/нЗВИ није контролисана електростатичким интеракцијама, пошто је деловао као цвитерион; стога промена пХ вредности није утицала на процес адсорпције. Након тога, механизам адсорпције може се контролисати неелектростатичким интеракцијама као што су водоничне везе, хидрофобни ефекти и интеракције π-π слагања између рГО/нЗВИ композита и ДЦ66. Добро је познато да је механизам ароматичних адсорбата на површинама слојевитог графена објашњен интеракцијама π–π слагања као главне покретачке силе. Композит је слојевити материјал сличан графену са максимумом апсорпције на 233 нм због π-π* прелаза. На основу присуства четири ароматична прстена у молекуларној структури ДЦ адсорбата, претпоставили смо да постоји механизам интеракције π-π-слагања између ароматичног ДЦ (π-акцептора електрона) и региона богатог π-електронима на РГО површину. /нЗВИ композити. Поред тога, као што је приказано на сл. 10Б, ФТИР студије су спроведене ради проучавања молекуларне интеракције рГО/нЗВИ композита са ДЦ, а ФТИР спектри рГО/нЗВИ композита након ДЦ адсорпције су приказани на слици 10Б. 10б. Нови пик се примећује на 2111 цм-1, што одговара оквирној вибрацији везе Ц=Ц, што указује на присуство одговарајућих органских функционалних група на површини 67 рГО/нЗВИ. Други врхови се померају са 1561 на 1548 цм-1 и са 1399 на 1360 цм-1, што такође потврђује да π-π интеракције играју важну улогу у адсорпцији графена и органских загађивача68,69. Након адсорпције ДЦ, интензитет неких група које садрже кисеоник, као што је ОХ, опао је на 3270 цм-1, што сугерише да је водонична веза један од механизама адсорпције. Дакле, на основу резултата, ДЦ адсорпција на рГО/нЗВИ композиту се дешава углавном због π-π интеракција слагања и Х-веза.
Рационални механизам адсорпције ДЦ антибиотика комплексима рГО/нЗВИ и нЗВИ (А). ФТИР адсорпциони спектри ДЦ на рГО/нЗВИ и нЗВИ (Б).
Интензитет апсорпционих трака нЗВИ на 3244, 1615, 1546 и 1011 цм–1 повећао се након ДЦ адсорпције на нЗВИ (слика 10Б) у поређењу са нЗВИ, што би требало да се односи на интеракцију са могућим функционалним групама карбоксилне киселине О групе у ДЦ. Међутим, овај нижи проценат трансмисије у свим посматраним тракама не указује на значајну промену у ефикасности адсорпције фитосинтетичког адсорбента (нЗВИ) у поређењу са нЗВИ пре процеса адсорпције. Према неким истраживањима уклањања једносмерне струје са нЗВИ71, када нЗВИ реагује са Х2О, ослобађају се електрони, а затим се Х+ користи за производњу активног водоника који се може редуковати. Коначно, нека катјонска једињења прихватају електроне из активног водоника, што резултира -Ц=Н и -Ц=Ц-, што се приписује цепању бензенског прстена.
Време поста: 14.11.2022