हरियो सिंथेटिक कम गरिएको ग्राफिन अक्साइड र न्यानो-शून्य फलाम कम्प्लेक्सहरूद्वारा पानीबाट डोक्सीसाइक्लिन एन्टिबायोटिक्सको सिनर्जीस्टिक हटाउने

Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद। तपाईंले प्रयोग गरिरहनुभएको ब्राउजर संस्करणमा सीमित CSS समर्थन छ। उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)। यस बीचमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैली र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट रेन्डर गर्नेछौं।
यस कार्यमा, rGO/nZVI कम्पोजिटहरू कम हानिकारक रासायनिक संश्लेषण जस्ता "हरियो" रसायनको सिद्धान्तहरूको पालना गर्न कम गर्ने एजेन्ट र स्टेबलाइजरको रूपमा सोफोरा पहेंलो पातको निकासी प्रयोग गरेर सरल र वातावरण मैत्री प्रक्रिया प्रयोग गरेर पहिलो पटक संश्लेषित गरियो। SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, र zeta सम्भाव्यता जस्ता कम्पोजिटहरूको सफल संश्लेषण प्रमाणित गर्न धेरै उपकरणहरू प्रयोग गरिएको छ, जसले सफल कम्पोजिट निर्माणलाई संकेत गर्दछ। एन्टिबायोटिक डोक्सीसाइक्लिनको विभिन्न प्रारम्भिक सांद्रतामा उपन्यास कम्पोजिट र शुद्ध nZVI को हटाउने क्षमता rGO र nZVI बीचको समन्वयात्मक प्रभावको अनुसन्धान गर्न तुलना गरिएको थियो। 25mg L-1, 25°C र 0.05g को हटाउने अवस्थाहरूमा, शुद्ध nZVI को शोषक हटाउने दर 90% थियो, जबकि rGO/nZVI कम्पोजिट द्वारा doxycycline को सोख्ने हटाउने दर 94.6% पुग्यो, GO nZVI र पुष्टि गर्दै। । अवशोषण प्रक्रिया छद्म-सेकेन्ड अर्डरसँग मेल खान्छ र 25 °C र pH 7 मा 31.61 mg g-1 को अधिकतम शोषण क्षमताको साथ Freundlich मोडेलसँग राम्रो सम्झौतामा छ। DC हटाउनको लागि एक उचित संयन्त्र प्रस्तावित गरिएको छ। थप रूपमा, rGO/nZVI कम्पोजिटको पुन: प्रयोज्यता छ लगातार पुनर्जनन चक्र पछि 60% थियो।
पानीको अभाव र प्रदूषण अहिले सबै देशका लागि गम्भीर खतरा बनेको छ। हालैका वर्षहरूमा, कोभिड-१९ महामारी १,२,३ को समयमा उत्पादन र उपभोगमा वृद्धि भएका कारण जल प्रदूषण, विशेष गरी एन्टिबायोटिक प्रदूषण बढेको छ। तसर्थ, फोहोर पानीमा एन्टिबायोटिकको उन्मूलनको लागि प्रभावकारी प्रविधिको विकास अत्यावश्यक कार्य हो।
टेट्रासाइक्लिन समूहको प्रतिरोधी अर्ध-सिंथेटिक एन्टिबायोटिक मध्ये एक हो डोक्सीसाइक्लिन (DC) 4,5। यो रिपोर्ट गरिएको छ कि भूमिगत पानी र सतहको पानीमा DC अवशेषहरू मेटाबोलाइज गर्न सकिँदैन, केवल 20-50% चयापचय हुन्छ र बाँकी वातावरणमा छोडिन्छ, जसले गम्भीर वातावरणीय र स्वास्थ्य समस्याहरू निम्त्याउँछ।
कम स्तरमा DC को एक्सपोजरले जलीय फोटोसिन्थेटिक सूक्ष्मजीवहरूलाई मार्न सक्छ, एन्टिमाइक्रोबियल ब्याक्टेरियाको फैलावटलाई धम्की दिन्छ, र एन्टिमाइक्रोबियल प्रतिरोध बढाउन सक्छ, त्यसैले यो दूषित पदार्थ फोहोर पानीबाट हटाउनु पर्छ। पानीमा DC को प्राकृतिक क्षरण एक धेरै ढिलो प्रक्रिया हो। भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाहरू जस्तै फोटोलिसिस, बायोडिग्रेडेसन र सोस्सनले कम सांद्रता र धेरै कम दरमा मात्र घटाउन सक्छ। तर, सबैभन्दा किफायती, सरल, वातावरणमैत्री, ह्यान्डल गर्न सजिलो र प्रभावकारी विधि भनेको adsorption9,10 हो।
नानो शून्य भ्यालेन्ट आइरन (nZVI) एक धेरै शक्तिशाली सामग्री हो जसले पानीबाट धेरै एन्टिबायोटिकहरू हटाउन सक्छ, जस्तै मेट्रोनिडाजोल, डायजेपाम, सिप्रोफ्लोक्सासिन, क्लोराम्फेनिकोल, र टेट्रासाइक्लिन। यो क्षमता nZVI सँग भएका अचम्मको गुणहरूको कारण हो, जस्तै उच्च प्रतिक्रियाशीलता, ठूलो सतह क्षेत्र, र धेरै बाह्य बाइन्डिङ साइटहरू11। यद्यपि, nZVI भ्यान डेर वेल्स बलहरू र उच्च चुम्बकीय गुणहरूको कारण जलीय मिडियामा एकत्रीकरणको खतरामा छ, जसले nZVI10,12 को प्रतिक्रियालाई रोक्ने अक्साइड तहहरूको गठनको कारण दूषित पदार्थहरू हटाउनमा यसको प्रभावकारिता कम गर्दछ। nZVI कणहरूको जमघटलाई तिनीहरूको सतहहरूलाई सर्फ्याक्टेन्टहरू र पोलिमरहरूसँग परिमार्जन गरेर वा कम्पोजिटको रूपमा अन्य न्यानोमटेरियलहरूसँग संयोजन गरेर घटाउन सकिन्छ, जुन वातावरणमा तिनीहरूको स्थिरता सुधार गर्न एक व्यवहार्य दृष्टिकोण साबित भएको छ।
Graphene दुई-आयामी कार्बन न्यानोमटेरियल हो जसमा sp2-हाइब्रिडाइज्ड कार्बन एटमहरू हनीकोम्ब जालीमा व्यवस्थित हुन्छन्। योसँग ठूलो सतह क्षेत्र, महत्त्वपूर्ण मेकानिकल बल, उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकाटालिटिक गतिविधि, उच्च थर्मल चालकता, द्रुत इलेक्ट्रोन गतिशीलता, र यसको सतहमा अकार्बनिक न्यानो कणहरूलाई समर्थन गर्न उपयुक्त क्यारियर सामग्री छ। धातु न्यानोकणहरू र ग्राफिनको संयोजनले प्रत्येक सामग्रीको व्यक्तिगत फाइदाहरू धेरै पार गर्न सक्छ र यसको उच्च भौतिक र रासायनिक गुणहरूको कारणले, अधिक कुशल पानी उपचारको लागि न्यानोकणहरूको इष्टतम वितरण प्रदान गर्दछ15।
प्लान्ट एक्स्ट्र्याक्टहरू हानिकारक केमिकल रिड्युसिङ एजेन्टहरूको लागि उत्तम विकल्प हो जुन सामान्यतया कम गरिएको ग्राफिन अक्साइड (rGO) र nZVI को संश्लेषणमा प्रयोग गरिन्छ किनभने तिनीहरू उपलब्ध, सस्तो, एक-चरण, वातावरणीय रूपमा सुरक्षित छन्, र घटाउने एजेन्टहरूको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। जस्तै फ्लेभोनोइड्स र फेनोलिक यौगिकहरूले पनि स्थिरताको रूपमा काम गर्दछ। तसर्थ, एट्रिप्लेक्स हलिमस एल. पातको अर्कलाई यस अध्ययनमा rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको संश्लेषणको लागि मर्मत र बन्द गर्ने एजेन्टको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो। Amaranthaceae परिवारको एट्रिप्लेक्स हलिमस नाइट्रोजन-माया गर्ने बारहमासी झाडी हो जसको विस्तृत भौगोलिक दायरा छ।
उपलब्ध साहित्यका अनुसार, एट्रिप्लेक्स हलिमस (ए. हलिमस) पहिलो पटक किफायती र वातावरणमैत्री संश्लेषण विधिको रूपमा rGO/nZVI कम्पोजिटहरू बनाउन प्रयोग गरिएको थियो। तसर्थ, यस कार्यको उद्देश्यले चार भागहरू समावेश गर्दछ: (1) rGO/nZVI को फाइटोसिन्थेसिस र A. halimus एक्वाटिक लीफ एक्स्ट्र्याक्ट प्रयोग गरेर अभिभावकीय nZVI कम्पोजिटहरू, (2) फाइटोसिन्थेसाइज्ड कम्पोजिटहरूको चरित्रीकरण तिनीहरूको सफल निर्माण पुष्टि गर्न धेरै विधिहरू प्रयोग गरेर, (3) ) विभिन्न प्रतिक्रिया प्यारामिटरहरू अन्तर्गत डोक्सीसाइक्लिन एन्टिबायोटिकको कार्बनिक प्रदूषकहरूको शोषण र हटाउने कार्यमा rGO र nZVI को समन्वयात्मक प्रभावको अध्ययन गर्नुहोस्, सोखन प्रक्रियाको अवस्थाहरूलाई अनुकूलन गर्नुहोस्, (3) प्रशोधन चक्र पछि विभिन्न निरन्तर उपचारहरूमा मिश्रित सामग्रीहरूको अनुसन्धान गर्नुहोस्।
Doxycycline हाइड्रोक्लोराइड (DC, MM = 480.90, रासायनिक सूत्र C22H24N2O·HCl, 98%), आइरन क्लोराइड हेक्साहाइड्रेट (FeCl3.6H2O, 97%), Sigma-Aldrich, USA बाट खरिद गरिएको ग्रेफाइट पाउडर। सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH, 97%), इथानोल (C2H5OH, 99.9%) र हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl, 37%) Merck, USA बाट खरिद गरिएको थियो। NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 र MgCl2 टियांजिन कोमियो केमिकल रिएजेन्ट कं, लिमिटेडबाट खरिद गरिएको थियो। सबै अभिकर्मकहरू उच्च विश्लेषणात्मक शुद्धताका छन्। सबै जलीय समाधानहरू तयार गर्न डबल-डिस्टिल्ड पानी प्रयोग गरियो।
ए हलिमसका प्रतिनिधि नमूनाहरू नाइल डेल्टा र इजिप्टको भूमध्यसागरीय तटमा रहेको भूमिमा तिनीहरूको प्राकृतिक बासस्थानबाट सङ्कलन गरिएको छ। लागू हुने राष्ट्रिय र अन्तर्राष्ट्रिय दिशानिर्देशहरू बमोजिम बिरुवा सामग्री सङ्कलन गरिएको थियो। प्रो. मनाल फाउजीले Boulos18 अनुसार बिरुवाका नमूनाहरू पहिचान गरेका छन्, र अलेक्जान्ड्रिया विश्वविद्यालयको पर्यावरण विज्ञान विभागले वैज्ञानिक उद्देश्यका लागि अध्ययन गरिएका बोट प्रजातिहरूको सङ्कलनलाई अधिकार दिन्छ। नमूना भाउचरहरू टान्टा युनिभर्सिटी हर्बेरियम (TANE) मा राखिएको छ, भाउचर संख्या। 14 122-14 127, एक सार्वजनिक हर्बेरियम जसले जम्मा गरिएका सामग्रीहरूमा पहुँच प्रदान गर्दछ। थप रूपमा, धूलो वा फोहोर हटाउन, बिरुवाको पातहरूलाई सानो टुक्रामा काट्नुहोस्, ट्याप र डिस्टिल्ड पानीले 3 पटक कुल्ला गर्नुहोस्, र त्यसपछि 50 डिग्री सेल्सियसमा सुकाउनुहोस्। बिरुवालाई कुचलिएको थियो, 5 ग्राम राम्रो पाउडरलाई 100 मिलीलीटर डिस्टिल्ड पानीमा डुबाइएको थियो र 70 डिग्री सेल्सियसमा 20 मिनेटको लागि हलचल गरिएको थियो। Bacillus nicotianae को प्राप्त अर्क Whatman फिल्टर पेपर मार्फत फिल्टर गरिएको थियो र थप प्रयोगको लागि 4 डिग्री सेल्सियस मा सफा र निर्जंतुक ट्युबमा भण्डारण गरिएको थियो।
चित्र 1 मा देखाइएको रूपमा, GO परिमार्जित Hummers विधि द्वारा ग्रेफाइट पाउडरबाट बनाइएको थियो। 10 मिलीग्राम GO पाउडर 50 मिलीलीटर डियोनाइज्ड पानीमा 30 मिनेटको लागि सोनिकेशन अन्तर्गत छरिएको थियो, र त्यसपछि 60 मिनेटको लागि 0.9 ग्राम FeCl3 र 2.9 ग्राम NaAc मिलाइयो। हलचलको साथ हलचल गरिएको घोलमा एट्रिप्लेक्स पातको 20 मिलीलीटर एक्स्ट्र्याक्ट थपियो र 80 डिग्री सेल्सियसमा 8 घण्टाको लागि छोडियो। परिणामस्वरूप कालो निलम्बन फिल्टर गरिएको थियो। तयार न्यानोकम्पोजिटहरू इथेनोल र बिडस्टिल्ड पानीले धोइयो र त्यसपछि भ्याकुम ओभनमा 50 डिग्री सेल्सियसमा 12 घण्टाको लागि सुकाइयो।
rGO/nZVI र nZVI कम्प्लेक्सहरूको हरियो संश्लेषणको योजनाबद्ध र डिजिटल फोटोग्राफहरू र एट्रिप्लेक्स हलिमस एक्स्ट्र्याक्ट प्रयोग गरेर दूषित पानीबाट DC एन्टिबायोटिक हटाउने।
छोटकरीमा, चित्र १ मा देखाइएझैं, ०.०५ एम Fe3+ आयन भएको आइरन क्लोराइड घोलको १० एमएललाई तीतो पातको निकासी घोलको २० एमएलमा ६० मिनेटको लागि मध्यम तताएर र हलचल गरी सो घोललाई त्यसपछि सेन्ट्रीफ्युज गरिएको थियो। 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) कालो कणहरू दिन 15 मिनेटको लागि, जसलाई त्यसपछि 3 पटक इथानोल र डिस्टिल्ड पानीले धोइन्छ र त्यसपछि 60° C. मा भ्याकुम ओभनमा रातभर सुकाइन्छ।
प्लान्ट-सिंथेसाइज्ड rGO/nZVI र nZVI कम्पोजिटहरू 200-800 nm को स्क्यानिङ दायरामा UV-दृश्य स्पेक्ट्रोस्कोपी (T70/T80 श्रृंखला UV/Vis spectrophotometers, PG Instruments Ltd, UK) द्वारा विशेषता थिए। rGO/nZVI र nZVI कम्पोजिटहरूको स्थलाकृति र आकार वितरणको विश्लेषण गर्न, TEM स्पेक्ट्रोस्कोपी (JOEL, JEM-2100F, जापान, एक्सेलेरेटिङ भोल्टेज 200 kV) प्रयोग गरिएको थियो। रिकभरी र स्थिरीकरण प्रक्रियाको लागि जिम्मेवार बिरुवाको अर्कमा संलग्न हुन सक्ने कार्यात्मक समूहहरूको मूल्याङ्कन गर्न, FT-IR स्पेक्ट्रोस्कोपी गरिएको थियो (4000-600 cm-1 को दायरामा JASCO स्पेक्ट्रोमिटर)। थप रूपमा, एक zeta सम्भावित विश्लेषक (Zetasizer Nano ZS Malvern) को संश्लेषित न्यानोमटेरियलहरूको सतह चार्ज अध्ययन गर्न प्रयोग गरिएको थियो। पाउडर गरिएको न्यानोमटेरियलहरूको एक्स-रे विवर्तन मापनको लागि, एक्स-रे डिफ्र्याक्टोमिटर (X'PERT PRO, नेदरल्यान्ड्स) प्रयोग गरिएको थियो, 2θ दायरामा 20° देखि 80 सम्मको करन्ट (40 mA), भोल्टेज (45 kV) मा सञ्चालन गरिएको थियो। ° र CuKa1 विकिरण (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao)। ऊर्जा फैलाउने एक्स-रे स्पेक्ट्रोमिटर (EDX) (मोडेल JEOL JSM-IT100) XPS मा -10 देखि 1350 eV सम्म Al K-α मोनोक्रोमेटिक एक्स-रेहरू सङ्कलन गर्दा मौलिक संरचना अध्ययन गर्न जिम्मेवार थियो, स्पट साइज 400 μm K-ALPHA (थर्मो फिशर साइन्टिफिक, संयुक्त राज्य अमेरिका) पूर्ण स्पेक्ट्रमको प्रसारण ऊर्जा 200 eV र संकीर्ण स्पेक्ट्रम 50 eV छ। पाउडर नमूना नमूना होल्डरमा थिचिएको छ, जुन भ्याकुम चेम्बरमा राखिएको छ। C 1 s स्पेक्ट्रम 284.58 eV मा बाध्यकारी ऊर्जा निर्धारण गर्न सन्दर्भको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो।
जलीय समाधानबाट डोक्सीसाइक्लिन (DC) हटाउन संश्लेषित rGO/nZVI न्यानोकम्पोजिटहरूको प्रभावकारिता परीक्षण गर्न सोखन प्रयोगहरू गरियो। 25 ml Erlenmeyer फ्लास्कमा 200 rpm को हल्की गतिमा 298 K मा अर्बिटल शेकर (स्टुअर्ट, अर्बिटल शेकर/SSL1) मा 298 K. मा DC स्टक समाधान (1000 ppm) बिडस्टिल्ड पानीमा पातलो गरेर सोखन प्रयोगहरू प्रदर्शन गरियो। शोषण दक्षतामा rGO/nSVI खुराकको प्रभावको मूल्याङ्कन गर्न, विभिन्न तौलहरू (0.01–0.07 g) को नानोकम्पोजिटहरू 20 ml DC समाधानमा थपियो। गतिविज्ञान र सोखन आइसोथर्महरू अध्ययन गर्न, 0.05 ग्राम adsorbent प्रारम्भिक एकाग्रता (25-100 mg L-1) को साथ CD को जलीय घोलमा डुबाइएको थियो। DC को हटाउने मा pH को प्रभाव pH (3-11) मा अध्ययन गरियो र 50 mg L-1 को प्रारम्भिक एकाग्रता 25 ° C मा। HCl वा NaOH समाधान (क्रिसन pH मीटर, pH मीटर, pH 25) को सानो मात्रा थपेर प्रणालीको pH समायोजन गर्नुहोस्। थप रूपमा, 25-55 डिग्री सेल्सियसको दायरामा सोखन प्रयोगहरूमा प्रतिक्रिया तापमानको प्रभावको अनुसन्धान गरिएको थियो। 50 mg L-1, pH 3 र 7, 25°C, र 0.05 ग्राम को एक शोषक खुराक। गैर-अशोर्बड DC को शोषण डुअल बीम UV-Vis स्पेक्ट्रोफोटोमिटर (T70/T80 श्रृंखला, PG Instruments Ltd, UK) 270 र 350m को अधिकतम तरंग लम्बाइ (λmax) मा 1.0 cm पथ लम्बाइ क्वार्ट्ज क्युवेट्सले सुसज्जित प्रयोग गरी मापन गरिएको थियो। DC एन्टिबायोटिकको प्रतिशत हटाउने (R%; Eq. 1) र DC, qt, Eq को सोखने मात्रा। 2 (mg/g) निम्न समीकरण प्रयोग गरेर मापन गरियो।
जहाँ %R DC हटाउने क्षमता (%) हो, Co समय 0 मा प्रारम्भिक DC एकाग्रता हो, र C समय t मा DC एकाग्रता हो, क्रमशः (mg L-1)।
जहाँ qe शोषक (mg g-1) को प्रति एकाइ द्रव्यमानमा DC adsorbed को मात्रा हो, Co र Ce क्रमशः शून्य समयमा र सन्तुलनमा सांद्रता हो (mg l-1), V समाधान भोल्युम हो (l) , र m शोषण मास अभिकर्मक (g) हो।
SEM छविहरू (Figs. 2A-C) ले rGO/nZVI कम्पोजिटको गोलाकार फलामका न्यानोकणहरू यसको सतहमा समान रूपमा फैलिएको लेमेलर मोर्फोलजी देखाउँदछ, rGO सतहमा nZVI NPs को सफल संलग्नतालाई संकेत गर्दछ। थप रूपमा, त्यहाँ rGO पातमा केही झुर्रियाँहरू छन्, A. halimus GO को पुनर्स्थापनाको साथमा अक्सिजन युक्त समूहहरू हटाउने पुष्टि गर्दछ। यी ठूला झुर्रीहरूले फलामको NPs को सक्रिय लोडिङको लागि साइटहरूको रूपमा काम गर्दछ। nZVI छविहरू (चित्र 2D-F) ले गोलाकार फलामको NPs धेरै छरिएका थिए र जम्मा भएनन्, जुन बिरुवाको अर्कको वनस्पति अवयवहरूको कोटिंग प्रकृतिको कारणले देखाएको छ। कण आकार 15-26 nm भित्र भिन्न हुन्छ। यद्यपि, केही क्षेत्रहरूमा बल्ज र गुहाहरूको संरचनाको साथ मेसोपोरस मोर्फोलोजी हुन्छ, जसले nZVI को उच्च प्रभावकारी शोषण क्षमता प्रदान गर्न सक्छ, किनकि तिनीहरूले nZVI को सतहमा DC अणुहरू फसाउने सम्भावना बढाउन सक्छ। जब रोजा दमास्कस एक्स्ट्र्याक्ट nZVI को संश्लेषणको लागि प्रयोग गरिएको थियो, प्राप्त NPs inhomogeneous थिए, voids र विभिन्न आकारहरू, जसले Cr(VI) सोखनमा उनीहरूको दक्षता कम गर्यो र प्रतिक्रिया समय 23 बढ्यो। नतिजाहरू ओक र मलबेरी पातहरूबाट संश्लेषित nZVI सँग मिल्दोजुल्दो छन्, जुन मुख्यतया गोलाकार न्यानोकणहरू हुन् जसमा स्पष्ट समूहीकरण बिना नै विभिन्न नानोमिटर आकारहरू हुन्छन्।
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) कम्पोजिटहरू र nZVI/rGO (G) र nZVI (H) कम्पोजिटहरूको EDX ढाँचाहरूको SEM छविहरू।
प्लान्ट-सिंथेसाइज्ड rGO/nZVI र nZVI कम्पोजिटहरूको मौलिक संरचना EDX (चित्र 2G, H) प्रयोग गरेर अध्ययन गरिएको थियो। अध्ययनले देखाउँछ कि nZVI कार्बन (38.29% मास द्वारा), अक्सिजन (47.41% मास द्वारा) र फलाम (11.84% मास द्वारा) मिलेर बनेको छ, तर फस्फोरस24 जस्ता अन्य तत्वहरू पनि छन्, जुन बिरुवाको अर्कबाट प्राप्त गर्न सकिन्छ। थप रूपमा, कार्बन र अक्सिजनको उच्च प्रतिशत उपसतह nZVI नमूनाहरूमा बिरुवाको अर्कबाट फाइटोकेमिकल्सको उपस्थितिको कारण हो। यी तत्वहरू rGO मा समान रूपमा वितरण गरिन्छ तर विभिन्न अनुपातहरूमा: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) र Fe (10.99 wt %), EDX rGO/nZVI ले अन्य तत्वहरूको उपस्थिति पनि देखाउँदछ जस्तै S, जुन। बिरुवाको अर्कसँग सम्बन्धित हुन सक्छ, प्रयोग गरिन्छ। हालको C:O अनुपात र rGO/nZVI कम्पोजिटमा रहेको फलामको सामग्री A. halimus को प्रयोग गरेर eucalyptus leaf extract को प्रयोग गर्नु भन्दा धेरै राम्रो छ, किनकि यसले C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) को संरचनाको विशेषता गर्दछ। र Fe (8.27 wt.%)। wt %) 25. Natasha et al., 2022 ले ओक र मलबेरी पातहरूबाट संश्लेषित nZVI को समान मौलिक संरचना रिपोर्ट गर्‍यो र पुष्टि गर्‍यो कि पातको निकासीमा रहेका पोलिफेनोल समूहहरू र अन्य अणुहरू घटाउने प्रक्रियाका लागि जिम्मेवार छन्।
बिरुवाहरूमा संश्लेषित nZVI को आकारविज्ञान (चित्र S2A,B) गोलाकार र आंशिक रूपमा अनियमित थियो, 23.09 ± 3.54 एनएमको औसत कण आकारको साथ, यद्यपि भ्यान डेर वाल्स बलहरू र फेरोमॅग्नेटिज्मको कारणले चेन एग्रीगेटहरू अवलोकन गरियो। यो मुख्यतया दानेदार र गोलाकार कण आकार SEM नतिजाहरु संग राम्रो सम्झौता मा छ। यस्तै अवलोकन अब्देलफताह एट अल द्वारा फेला पर्यो। 2021 मा जब क्यास्टर बीन लीफ एक्स्ट्र्याक्ट nZVI11 को संश्लेषणमा प्रयोग गरिएको थियो। nZVI मा घटाउने एजेन्टको रूपमा प्रयोग गरिने Ruelas tuberosa leaf extract NPs को 20 देखि 40 nm26 व्यासको गोलाकार आकार पनि हुन्छ।
हाइब्रिड rGO/nZVI कम्पोजिट TEM छविहरू (Fig. S2C-D) ले देखायो कि rGO मार्जिनल फोल्डहरू र झिम्काहरू भएको आधारभूत विमान हो जसले nZVI NPs को लागि धेरै लोडिङ साइटहरू प्रदान गर्दछ; यो लेमेलर मोर्फोलोजीले पनि आरजीओको सफल निर्माणको पुष्टि गर्दछ। थप रूपमा, nZVI NPs सँग 5.32 देखि 27 nm सम्मको कण आकारको गोलाकार आकार हुन्छ र लगभग एकसमान फैलावटको साथ rGO तहमा इम्बेड गरिएको हुन्छ। Fe NPs/rGO को संश्लेषण गर्न युकेलिप्टस पातको अर्क प्रयोग गरिएको थियो; TEM नतिजाहरूले यो पनि पुष्टि गर्‍यो कि rGO तहमा झुर्रीहरूले शुद्ध Fe NPs भन्दा बढि Fe NPs को फैलावट सुधार गर्‍यो र कम्पोजिटहरूको प्रतिक्रियाशीलता बढायो। समान परिणामहरू Bagheri et al द्वारा प्राप्त गरिएको थियो। 28 जब कम्पोजिट लगभग 17.70 nm को औसत फलामको न्यानोपार्टिकल साइजको साथ अल्ट्रासोनिक प्रविधिहरू प्रयोग गरेर बनाइएको थियो।
A. halimus, nZVI, GO, rGO, र rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको FTIR स्पेक्ट्रा चित्रमा देखाइएको छ। 3A। A. halimus को पातहरूमा सतही कार्यात्मक समूहहरूको उपस्थिति 3336 cm-1 मा देखिन्छ, जुन polyphenols सँग मेल खान्छ, र 1244 cm-1, जो प्रोटीन द्वारा उत्पादित कार्बोनिल समूहसँग मेल खान्छ। अन्य समूहहरू जस्तै 2918 cm-1 मा alkanes, 1647 cm-1 मा alkenes र 1030 cm-1 मा CO-O-CO एक्सटेन्सनहरू पनि अवलोकन गरिएको छ, जसले सिलिंग एजेन्टको रूपमा काम गर्ने र रिकभरीको लागि जिम्मेवार हुने बिरुवाका अवयवहरूको उपस्थितिलाई सुझाव दिन्छ। Fe2+ ​​बाट Fe0 र GO मा rGO29। सामान्यतया, nZVI स्पेक्ट्राले तीतो चिनीहरू जस्तै अवशोषण शिखरहरू देखाउँदछ, तर थोरै स्थानान्तरणको साथ। OH स्ट्रेचिङ कम्पन (फेनोल्स) सँग सम्बन्धित ३२४४ सेमी-१ मा तीव्र ब्यान्ड देखिन्छ, १६१५ मा भएको शिखर C=C सँग मेल खान्छ, र १५४६ र १०११ सेमी-१ मा ब्यान्डहरू C=O (पोलिफेनोल र फ्लेभोनोइड्स) को स्ट्रेचिङका कारण उत्पन्न हुन्छन्। , CN -सुगन्धित amines र aliphatic amines को समूह क्रमशः 1310 cm-1 र 1190 cm-1 मा पनि अवलोकन गरियो। GO को FTIR स्पेक्ट्रमले 1041 cm-1 मा alkoxy (CO) स्ट्रेचिङ ब्यान्ड, 1291 cm-1 मा epoxy (CO) स्ट्रेचिङ ब्यान्ड, C=O स्ट्रेच सहित धेरै उच्च-तीव्रता अक्सिजन युक्त समूहहरूको उपस्थिति देखाउँछ। 1619 सेमी-1 मा C=C स्ट्रेचिङ कम्पनहरूको ब्यान्ड, 1708 सेमी-1 मा एक ब्यान्ड र 3384 सेमी-1 मा OH समूह स्ट्रेचिङ भाइब्रेसनहरूको एक ब्यान्ड देखा पर्‍यो, जुन सुधारिएको हमर्स विधिद्वारा पुष्टि हुन्छ, जसले सफलतापूर्वक अक्सिडाइज गर्छ। ग्रेफाइट प्रक्रिया। GO स्पेक्ट्रासँग rGO र rGO/nZVI कम्पोजिटहरू तुलना गर्दा, केही अक्सिजन युक्त समूहहरूको तीव्रता, जस्तै 3270 cm-1 मा OH, उल्लेखनीय रूपमा कम हुन्छ, जबकि अन्य, जस्तै C=O 1729 cm-1 मा, पूर्ण रूपमा। घटाइएको। गायब भएको, A. halimus एक्स्ट्र्याक्ट द्वारा GO मा अक्सिजन युक्त कार्यात्मक समूहहरूलाई सफलतापूर्वक हटाउने संकेत गर्दछ। C=C तनावमा rGO को नयाँ तीखा विशेषता शिखरहरू 1560 र 1405 cm-1 वरिपरि अवलोकन गरिन्छ, जसले GO मा rGO घटेको पुष्टि गर्छ। 1043 देखि 1015 cm-1 र 982 देखि 918 cm-1 सम्मको भिन्नताहरू अवलोकन गरियो, सम्भवतः बिरुवा सामग्रीको समावेशको कारणले गर्दा 31,32। Weng et al., 2018 ले GO मा अक्सिजनयुक्त कार्यात्मक समूहहरूको महत्त्वपूर्ण क्षीणता पनि अवलोकन गर्‍यो, बायोरिडक्शनद्वारा rGO को सफल गठनको पुष्टि गर्दै, किनकि कम आयरन ग्राफिन अक्साइड कम्पोजिटहरू संश्लेषण गर्न प्रयोग गरिएको युकलिप्टस पातका अर्कहरूले प्लान्टको FTIR कम्पोजिटको नजिक देखाएको थियो। कार्यात्मक समूहहरू। ३३।
A. ग्यालियमको FTIR स्पेक्ट्रम, nZVI, rGO, GO, कम्पोजिट rGO/nZVI (A)। Roentgenogrammy कम्पोजिट rGO, GO, nZVI र rGO/nZVI (B)।
rGO/nZVI र nZVI कम्पोजिटहरूको गठन ठूलो मात्रामा एक्स-रे विवर्तन ढाँचाहरू (चित्र 3B) द्वारा पुष्टि भएको थियो। एक उच्च-तीव्रता Fe0 शिखर 2Ɵ 44.5° मा अवलोकन गरिएको थियो, अनुक्रमणिका (110) (JCPDS नम्बर 06–0696)11 सँग सम्बन्धित। (311) प्लेनको 35.1° मा अर्को चुचुरो म्याग्नेटाइट Fe3O4 को श्रेय दिइएको छ, ϒ-FeOOH (JCPDS नम्बर 17-0536)34 को उपस्थितिको कारणले (440) विमानको मिलर सूचकांकसँग 63.2° सम्बन्धित हुन सक्छ। GO को एक्स-रे ढाँचाले 2Ɵ 10.3° मा तीव्र शिखर र 21.1° मा अर्को चोटी देखाउँछ, ग्रेफाइटको पूर्ण एक्सफोलिएशन र GO35 को सतहमा अक्सिजन युक्त समूहहरूको उपस्थितिलाई हाइलाइट गर्दै। rGO र rGO/nZVI को कम्पोजिट ढाँचाहरूले विशेषता GO शिखरहरू हराएको र rGO र rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको लागि क्रमशः 2Ɵ 22.17 र 24.7° मा फराकिलो rGO चुचुराहरूको गठन रेकर्ड गर्यो, जसले बिरुवाद्वारा GO को सफल रिकभरी पुष्टि गर्‍यो। यद्यपि, कम्पोजिट rGO/nZVI ढाँचामा, Fe0 (110) र bcc Fe0 (200) को लेटिस प्लेनसँग सम्बन्धित थप चुचुराहरू क्रमशः 44.9\(^\circ\) र 65.22\(^\circ\) मा अवलोकन गरियो। ।
zeta सम्भाव्यता भनेको कणको सतहमा जोडिएको आयनिक तह र कुनै पदार्थको इलेक्ट्रोस्ट्याटिक गुणहरू निर्धारण गर्ने र यसको स्थिरता मापन गर्ने जलीय घोलको बीचको सम्भाव्यता हो। प्लान्ट-सिंथेसाइज्ड nZVI, GO, र rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको Zeta सम्भावित विश्लेषणले तिनीहरूको सतहमा क्रमशः -20.8, -22, र -27.4 mV को नकारात्मक चार्जहरूको उपस्थितिको कारण तिनीहरूको स्थिरता देखायो, चित्र S1A- मा देखाइएको छ। सी। । त्यस्ता नतिजाहरू धेरै रिपोर्टहरूसँग मिल्दोजुल्दो छन् जुन उल्लेख गरिएको छ कि -25 mV भन्दा कम जीटा सम्भावित मानहरू भएका कणहरू भएका समाधानहरूले सामान्यतया यी कणहरू बीचको इलेक्ट्रोस्ट्याटिक प्रतिकर्षणको कारणले उच्च डिग्री स्थिरता देखाउँदछ। rGO र nZVI को संयोजनले कम्पोजिटलाई थप नकारात्मक शुल्कहरू प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ र यसरी GO वा nZVI एक्लै भन्दा उच्च स्थिरता छ। तसर्थ, इलेक्ट्रोस्टेटिक प्रतिकर्षणको घटनाले स्थिर rGO/nZVI39 कम्पोजिटहरूको गठनमा नेतृत्व गर्नेछ। GO को नकारात्मक सतहले यसलाई जलीय माध्यममा जम्मा नगरी समान रूपमा फैलाउन अनुमति दिन्छ, जसले nZVI सँग अन्तरक्रियाको लागि अनुकूल अवस्था सिर्जना गर्दछ। नकारात्मक चार्ज तितो खरबूजको निकासीमा विभिन्न कार्यात्मक समूहहरूको उपस्थितिसँग सम्बन्धित हुन सक्छ, जसले GO र फलामको पूर्ववर्तीहरू र बिरुवाको अर्कलाई क्रमशः rGO र nZVI, र rGO/nZVI कम्प्लेक्स बनाउनको लागि अन्तरक्रियाको पुष्टि गर्दछ। यी बिरुवाको यौगिकहरूले क्यापिङ एजेन्टको रूपमा पनि काम गर्न सक्छन्, किनकि तिनीहरूले परिणामस्वरूप न्यानो कणहरूको एकत्रीकरणलाई रोक्छन् र यसरी तिनीहरूको स्थिरता बढाउँछन्।
nZVI र rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको मौलिक संरचना र भ्यालेन्स अवस्थाहरू XPS (चित्र 4) द्वारा निर्धारण गरिएको थियो। समग्र XPS अध्ययनले देखायो कि rGO/nZVI कम्पोजिट मुख्यतया C, O, र Fe तत्वहरू मिलेर बनेको छ, EDS म्यापिङ (चित्र 4F–H) सँग सुसंगत छ। C1s स्पेक्ट्रममा 284.59 eV, 286.21 eV र 288.21 eV मा क्रमशः CC, CO र C=O को प्रतिनिधित्व गर्ने तीन चोटीहरू छन्। O1s स्पेक्ट्रमलाई 531.17 eV, 532.97 eV, र 535.45 eV सहित तीन चुचुराहरूमा विभाजन गरिएको थियो, जुन क्रमशः O=CO, CO, र NO समूहहरूलाई तोकिएको थियो। यद्यपि, 710.43, 714.57 र 724.79 eV मा शिखरहरूले क्रमशः Fe 2p3/2, Fe+3 र Fe p1/2 लाई जनाउँछ। nZVI (चित्र 4C-E) को XPS स्पेक्ट्राले C, O, र Fe तत्वहरूको चुचुरो देखाएको छ। 284.77, 286.25, र 287.62 eV मा शिखरहरूले फलाम-कार्बन मिश्रहरूको उपस्थिति पुष्टि गर्दछ, किनकि तिनीहरूले क्रमशः CC, C-OH, र CO लाई जनाउँछन्। O1s स्पेक्ट्रम तीन चोटी C–O/आयरन कार्बोनेट (531.19 eV), हाइड्रोक्सिल रेडिकल (532.4 eV) र O–C=O (533.47 eV) सँग मेल खान्छ। 719.6 मा शिखर Fe0 को श्रेय दिइएको छ, जबकि FeOOH ले 717.3 र 723.7 eV मा शिखरहरू देखाउँछ, साथै, 725.8 eV मा शिखरले Fe2O342.43 को उपस्थितिलाई संकेत गर्दछ।
nZVI र rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको XPS अध्ययन क्रमशः (A, B)। nZVI C1s (C), Fe2p (D), र O1s (E) र rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) कम्पोजिटको पूर्ण स्पेक्ट्रा।
N2 सोर्स्प्शन/डिसोर्प्शन आइसोथर्म (चित्र 5A, B) ले nZVI र rGO/nZVI कम्पोजिटहरू टाइप II मा पर्छ भनेर देखाउँछ। थप रूपमा, nZVI को विशिष्ट सतह क्षेत्र (SBET) 47.4549 बाट बढेर 152.52 m2/g मा rGO को साथ अन्धा पारे पछि। यो नतिजा rGO ब्लाइन्डिङ पछि nZVI को चुम्बकीय गुणहरूमा कमी द्वारा व्याख्या गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा कण एकत्रीकरण घटाउँछ र कम्पोजिटको सतह क्षेत्र बढ्छ। थप रूपमा, चित्र 5C मा देखाइए अनुसार, rGO/nZVI कम्पोजिटको छिद्र भोल्युम (8.94 nm) मूल nZVI (2.873 nm) भन्दा बढी छ। यो नतिजा El-Monaem et al सँग सहमत छ। ४५
प्रारम्भिक एकाग्रतामा भएको बृद्धिको आधारमा rGO/nZVI कम्पोजिटहरू र मूल nZVI बीच DC हटाउन सोखन क्षमताको मूल्याङ्कन गर्न, विभिन्न प्रारम्भिक सांद्रताहरूमा DC मा प्रत्येक adsorbent (0.05 g) को स्थिर खुराक थपेर तुलना गरिएको थियो। अनुसन्धान समाधान [25]। -100 मिलीग्राम l–1] 25 डिग्री सेल्सियसमा। परिणामहरूले देखाए कि rGO/nZVI कम्पोजिटको हटाउने दक्षता (94.6%) कम एकाग्रता (25 mg L-1) मा मूल nZVI (90%) भन्दा बढी थियो। यद्यपि, जब प्रारम्भिक एकाग्रता 100 mg L-1 मा बढाइयो, rGO/nZVI र अभिभावकीय nZVI को हटाउने दक्षता क्रमशः 70% र 65% मा झर्यो (चित्र 6A), जुन कम सक्रिय साइटहरू र ह्रासको कारण हुन सक्छ। nZVI कणहरू। यसको विपरित, rGO/nZVI ले DC हटाउने उच्च दक्षता देखायो, जुन rGO र nZVI बीचको समन्वयात्मक प्रभावको कारण हुन सक्छ, जसमा सोखनको लागि उपलब्ध स्थिर सक्रिय साइटहरू धेरै उच्च छन्, र rGO/nZVI को मामलामा, थप। DC अक्षुण्ण nZVI भन्दा सोख्न सकिन्छ। यसको अतिरिक्त, अंजीर मा। 6B ले देखाउँछ कि rGO/nZVI र nZVI कम्पोजिटहरूको शोषण क्षमता 9.4 mg/g बाट क्रमशः 30 mg/g र 9 mg/g, 25-100 mg/L बाट प्रारम्भिक एकाग्रतामा वृद्धि भएको छ। -१.१ देखि २८.७३ मिलीग्राम जी-१। त्यसकारण, DC हटाउने दरलाई प्रारम्भिक DC एकाग्रतासँग नकारात्मक रूपमा सहसंबद्ध गरिएको थियो, जुन समाधानमा DC को शोषण र हटाउनका लागि प्रत्येक adsorbent द्वारा समर्थित प्रतिक्रिया केन्द्रहरूको सीमित संख्याको कारण थियो। तसर्थ, यी नतिजाहरूबाट यो निष्कर्षमा पुग्न सकिन्छ कि rGO/nZVI कम्पोजिटहरूमा सोख्ने र घटाउने उच्च दक्षता हुन्छ, र rGO/nZVI को संरचनामा rGO लाई शोषक र वाहक सामग्रीको रूपमा दुवै प्रयोग गर्न सकिन्छ।
rGO/nZVI र nZVI कम्पोजिटको लागि हटाउने दक्षता र DC सोख्ने क्षमता (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, खुराक = 0.05 g], pH थियो। rGO/nZVI कम्पोजिट (C) मा शोषण क्षमता र DC हटाउने दक्षतामा [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, खुराक = 0.05 g]।
समाधान pH सोखन प्रक्रियाहरूको अध्ययनमा एक महत्वपूर्ण कारक हो, किनकि यसले ionization, विशिष्टता, र adsorbent को ionization को डिग्रीलाई असर गर्छ। प्रयोग 25°C मा एक स्थिर शोषक खुराक (0.05 g) र pH दायरा (3-11) मा 50 mg L-1 को प्रारम्भिक एकाग्रता संग गरिएको थियो। साहित्य समीक्षा ४६ अनुसार, DC विभिन्न pH स्तरहरूमा धेरै ionizable कार्यात्मक समूहहरू (फिनोलहरू, एमिनो समूहहरू, अल्कोहलहरू) भएको एम्फिफिलिक अणु हो। नतिजाको रूपमा, DC को विभिन्न कार्यहरू र rGO/nZVI कम्पोजिटको सतहमा सम्बन्धित संरचनाहरूले इलेक्ट्रोस्ट्याटिक रूपमा अन्तरक्रिया गर्न सक्छन् र cations, zwitterions, र anions को रूपमा अवस्थित हुन सक्छ, DC अणु cationic (DCH3+) को रूपमा pH <3.3 मा अवस्थित छ। zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 र anionic (DCH− वा DC2−) PH 7.7 मा। नतिजाको रूपमा, DC को विभिन्न कार्यहरू र rGO/nZVI कम्पोजिटको सतहमा सम्बन्धित संरचनाहरूले इलेक्ट्रोस्ट्याटिक रूपमा अन्तरक्रिया गर्न सक्छन् र cations, zwitterions, र anions को रूपमा अवस्थित हुन सक्छ, DC अणु cationic (DCH3+) को रूपमा pH <3.3 मा अवस्थित छ। zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 र anionic (DCH- वा DC2-) PH 7.7 मा। В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI मा ут существовать виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует виде катиона (DCH3+) при , <3 ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 र anonnыy (DCH- वा DC2-) बाट pH 7,7। नतिजाको रूपमा, DC को विभिन्न प्रकार्यहरू र rGO/nZVI कम्पोजिटको सतहमा सम्बन्धित संरचनाहरूले इलेक्ट्रोस्ट्याटिक रूपमा अन्तरक्रिया गर्न सक्छन् र cations, zwitterions, र anions को रूपमा अवस्थित हुन सक्छन्; DC अणु pH < 3.3 मा cation (DCH3+) को रूपमा अवस्थित छ; ionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 र anionic (DCH- वा DC2-) pH 7.7 मा।因此, DC 的各种功能和rGO/nZVI 、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-) PH 7.7 मा।因此, DC 的 的 种 功能 和 和 和 和和 复合 材料 材料 的 的 的 相互 相互 相互 相互 相互 相互 相互 相互 相互 相互静电 相互 相互 形式 形式 形式 形式 形式 形式 形式 形式 形式 形式 形式 形式 形式 形式 在 在 在 时 时 时 时 时 时 时 时 时 时 时 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子存在，两性离子(DCH20) 3.3 <pH <7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) PH 7.7 मा। Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI могут вступать вступать вступать вступатель я и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионными (ДЦГ3+) при,3р. तसर्थ, DC को विभिन्न प्रकार्यहरू र rGO/nZVI कम्पोजिटको सतहमा सम्बन्धित संरचनाहरूले इलेक्ट्रोस्टेटिक अन्तरक्रियामा प्रवेश गर्न सक्छन् र cations, zwitterions, र anions को रूपमा अवस्थित हुन सक्छन्, जबकि DC अणुहरू cationic (DCH3+) pH <3.3 मा हुन्छन्। цвиттер-иона (DCH20) मा 3,3 < pH < 7,7 र एनिओना (DCH- и DC2-) मा pH 7,7 मा देख्न सकिन्छ। यो 3.3 < pH < 7.7 मा zwitterion (DCH20) र pH 7.7 मा anion (DCH- वा DC2-) को रूपमा अवस्थित छ।3 देखि 7 सम्म pH मा वृद्धि संग, DC हटाउने को शोषण क्षमता र दक्षता 11.2 mg/g (56%) बाट 17 mg/g (85%) (चित्र 6C) मा बढ्यो। यद्यपि, pH 9 र 11 मा बढ्दै जाँदा, सोखन क्षमता र हटाउने दक्षता केही हदसम्म घट्यो, क्रमशः 10.6 mg/g (53%) बाट 6 mg/g (30%),। 3 देखि 7 सम्मको pH मा वृद्धि संग, DCs मुख्यतया zwitterions को रूप मा अवस्थित छ, जसले तिनीहरूलाई लगभग गैर-इलेक्ट्रोस्टेटिक रूप देखि आकर्षित वा rGO/nZVI कम्पोजिटहरु संग विकृत बनायो, मुख्यतया इलेक्ट्रोस्टेटिक अन्तरक्रिया द्वारा। 8.2 भन्दा माथि pH बढ्दै जाँदा, शोषकको सतहलाई नकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको थियो, यसरी नकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको डोक्सीसाइक्लिन र शोषकको सतह बीचको इलेक्ट्रोस्ट्याटिक प्रतिकर्षणको कारणले शोषण क्षमता घट्यो र घट्यो। यो प्रवृत्तिले सुझाव दिन्छ कि rGO/nZVI कम्पोजिटहरूमा DC सोखन अत्यधिक pH निर्भर छ, र परिणामहरूले पनि संकेत गर्दछ कि rGO/nZVI कम्पोजिटहरू अम्लीय र तटस्थ अवस्थाहरूमा adsorbents रूपमा उपयुक्त छन्।
DC को जलीय घोलको अवशोषणमा तापक्रमको प्रभाव (25–55°C) मा गरिएको थियो। चित्र 7A ले rGO/nZVI मा DC एन्टिबायोटिक्सको हटाउने क्षमतामा तापमान वृद्धिको प्रभाव देखाउँछ, यो स्पष्ट छ कि हटाउने क्षमता र सोस्ने क्षमता 83.44% र 13.9 mg/g बाट 47% र 7.83 mg/g मा बढेको छ। , क्रमशः। यो महत्वपूर्ण कमी DC आयनों को थर्मल ऊर्जा मा वृद्धि को कारण हुन सक्छ, जो desorption47 को नेतृत्व गर्दछ।
rGO/nZVI कम्पोजिटहरू (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dose = 0.05 g], CD Effect को हटाउने क्षमता र हटाउने क्षमतामा adsorbent dose मा CD को हटाउने दक्षता र सोस्ने क्षमतामा तापमानको प्रभाव। rGO/nSVI कम्पोजिट (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25-100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, खुराक = 0.05 g]।
कम्पोजिट adsorbent rGO/nZVI को खुराक 0.01 g बाट 0.07 g मा हटाउने दक्षता र सोखन क्षमता मा वृद्धि को प्रभाव चित्र मा देखाइएको छ। 7B। adsorbent को खुराक मा वृद्धि ले 33.43 mg/g बाट 6.74 mg/g मा सोखन क्षमता मा कमी भयो। यद्यपि, 0.01 g बाट 0.07 g मा adsorbent खुराक मा वृद्धि संग, हटाउने दक्षता 66.8% बाट 96% मा बढ्छ, जुन, तदनुसार, nanocomposite सतह मा सक्रिय केन्द्रहरु को संख्या मा वृद्धि संग सम्बन्धित हुन सक्छ।
अवशोषण क्षमता र हटाउने दक्षतामा प्रारम्भिक एकाग्रताको प्रभाव [25-100 mg L-1, 25°C, pH 7, खुराक 0.05 g] अध्ययन गरिएको थियो। जब प्रारम्भिक एकाग्रता 25 mg L-1 बाट 100 mg L-1 मा बढाइएको थियो, rGO/nZVI कम्पोजिटको हटाउने प्रतिशत 94.6% बाट 65% (चित्र 7C) मा घट्यो, सम्भवतः इच्छित सक्रियको अनुपस्थितिको कारणले। साइटहरू। । DC49 को ठूलो सांद्रता सोख्छ। अर्कोतर्फ, प्रारम्भिक एकाग्रता बढ्दै जाँदा, सन्तुलन नपुगेसम्म शोषण क्षमता ९.४ मिलीग्राम/जीबाट ३० मिलीग्राम/जीमा बढ्यो (चित्र ७डी)। यो अपरिहार्य प्रतिक्रिया rGO/nZVI कम्पोजिटको सतह 50 सम्म पुग्न DC आयन मास ट्रान्सफर प्रतिरोध भन्दा बढी प्रारम्भिक DC एकाग्रताको साथ ड्राइभिङ फोर्समा वृद्धिको कारण हो।
सम्पर्क समय र काइनेटिक अध्ययनहरू सोखनको सन्तुलन समय बुझ्नको लागि लक्ष्य राख्छन्। पहिलो, सम्पर्क समयको पहिलो 40 मिनेटमा DC सोखिएको मात्रा सम्पूर्ण समय (100 मिनेट) मा सोखिएको कुल रकमको लगभग आधा थियो। जब समाधानमा DC अणुहरू टकराउँछन् जसले तिनीहरूलाई द्रुत रूपमा rGO/nZVI कम्पोजिटको सतहमा माइग्रेट गर्दछ जसको परिणामस्वरूप महत्त्वपूर्ण सोखन हुन्छ। 40 मिनेट पछि, DC शोषण बिस्तारै र बिस्तारै बढ्यो जब सम्म सन्तुलन 60 मिनेट पछि पुग्यो (चित्र 7D)। पहिलो 40 मिनेट भित्र उचित मात्रामा सोखिएको हुनाले, त्यहाँ DC अणुहरूसँग कम टक्कर हुनेछ र गैर-शोषित अणुहरूको लागि कम सक्रिय साइटहरू उपलब्ध हुनेछन्। तसर्थ, अवशोषण दर घटाउन सकिन्छ51।
अवशोषण गतिविज्ञानलाई अझ राम्ररी बुझ्नको लागि, छद्म पहिलो अर्डर (चित्र 8A), छद्म दोस्रो अर्डर (चित्र 8B), र एलोविच (चित्र 8C) काइनेटिक मोडेलहरूको लाइन प्लटहरू प्रयोग गरियो। काइनेटिक अध्ययनहरू (तालिका S1) बाट प्राप्त प्यारामिटरहरूबाट, यो स्पष्ट हुन्छ कि स्यूडोसेकेन्ड मोडेल शोषण गतिविज्ञान वर्णन गर्नको लागि उत्तम मोडेल हो, जहाँ R2 मान अन्य दुई मोडेलहरू भन्दा उच्च सेट गरिएको छ। गणना गरिएको शोषण क्षमताहरू (qe, cal) बीच पनि समानता छ। स्यूडो-सेकेन्ड अर्डर र प्रयोगात्मक मानहरू (qe, exp.) थप प्रमाण हुन् कि स्यूडो-सेकेन्ड अर्डर अन्य मोडेलहरू भन्दा राम्रो मोडेल हो। तालिका 1 मा देखाइए अनुसार, α (प्रारम्भिक सोखन दर) र β (desorption स्थिर) को मानहरूले सोखन दर desorption दर भन्दा उच्च छ भनेर पुष्टि गर्दछ, संकेत गर्दछ कि DC ले rGO/nZVI52 कम्पोजिटमा कुशलतापूर्वक सोख्छ। ।
स्यूडो-सेकेन्ड अर्डर (A), स्यूडो-फर्स्ट अर्डर (B) र एलोविच (C) का रैखिक शोषण काइनेटिक प्लटहरू [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, खुराक = 0.05 g ]।
सोखन आइसोथर्म्स को अध्ययनले विभिन्न adsorbate सांद्रता (DC) र प्रणाली तापमान मा adsorbent (RGO/nRVI कम्पोजिट) ​​को सोखन क्षमता निर्धारण गर्न मद्दत गर्छ। अधिकतम सोखन क्षमता Langmuir isotherm को प्रयोग गरेर गणना गरिएको थियो, जसले सोखन एकरूप थियो र तिनीहरू बीच अन्तरक्रिया बिना adsorbent को सतह मा एक adsorbate monolayer को गठन समावेश गर्दछ। दुई अन्य व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको आइसोथर्म मोडेलहरू फ्रुन्डलिच र टेम्किन मोडेलहरू हुन्। यद्यपि Freundlich मोडेल सोखन क्षमता गणना गर्न प्रयोग गरिएको छैन, यसले विषम सोखन प्रक्रिया बुझ्न मद्दत गर्दछ र सोखनकर्तामा रिक्त स्थानहरूमा विभिन्न ऊर्जाहरू छन्, जबकि Temkin मोडेलले सोखन54 को भौतिक र रासायनिक गुणहरू बुझ्न मद्दत गर्दछ।
आंकडा 9A-C ले क्रमशः Langmuir, Freindlich, र Temkin मोडेलहरूको लाइन प्लटहरू देखाउँछ। Fig. 9A) र Langmuir (Fig. 9B) रेखा प्लटहरूबाट गणना गरिएको र तालिका 2 मा प्रस्तुत गरिएको R2 मानहरूले rGO/nZVI कम्पोजिटमा DC शोषणले Freundlich (0.996) र Langmuir (0.988) isother लाई पछ्याउँछ भनेर देखाउँछ। मोडेल र टेम्किन (०.९८५)। अधिकतम शोषण क्षमता (qmax), Langmuir isotherm मोडेल प्रयोग गरेर गणना गरिएको, 31.61 mg g-1 थियो। थप रूपमा, आयामरहित विभाजन कारक (RL) को गणना गरिएको मान ० र १ (०.०९७) को बीचमा छ, जसले अनुकूल सोखन प्रक्रियालाई संकेत गर्दछ। अन्यथा, गणना गरिएको Freundlich स्थिरता (n = 2.756) ले यो अवशोषण प्रक्रियाको लागि प्राथमिकतालाई संकेत गर्दछ। Temkin isotherm (Fig. 9C) को रैखिक मोडेल अनुसार, rGO/nZVI कम्पोजिटमा DC को शोषण एक भौतिक सोखन प्रक्रिया हो, किनकि b ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55 छ। यद्यपि शारीरिक सोखना सामान्यतया कमजोर भ्यान डेर वाल्स बलहरू द्वारा मध्यस्थता गरिन्छ, rGO/nZVI कम्पोजिटहरूमा प्रत्यक्ष वर्तमान सोखनलाई कम सोखन ऊर्जा चाहिन्छ [56, 57]।
Freundlich (A), Langmuir (B), र Temkin (C) रैखिक शोषण आइसोथर्म्स [Co = 25-100 mg L-1, pH = 7, T = 25 °C, खुराक = 0.05 g]। rGO/nZVI कम्पोजिट (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C र खुराक = 0.05 g] द्वारा DC सोखनका लागि van't Hoff समीकरणको प्लट।
rGO/nZVI कम्पोजिटहरूबाट DC हटाउने प्रतिक्रिया तापमान परिवर्तनको प्रभाव मूल्याङ्कन गर्न, थर्मोडायनामिक प्यारामिटरहरू जस्तै एन्ट्रोपी परिवर्तन (ΔS), एन्थाल्पी परिवर्तन (ΔH), र मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG) समीकरणहरूबाट गणना गरिएको थियो। ३ र ४५८।
जहाँ \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) - थर्मोडायनामिक सन्तुलन स्थिर, Ce र CAe - समाधानमा rGO, सतह सन्तुलनमा क्रमशः /nZVI DC सांद्रता। R र RT क्रमशः ग्याँस स्थिर र सोख्ने तापमान हो। 1/T को बिरूद्ध ln Ke प्लटिङले एक सीधा रेखा (चित्र 9D) दिन्छ जसबाट ∆S र ∆H निर्धारण गर्न सकिन्छ।
एक नकारात्मक ΔH मानले प्रक्रिया एक्जोथर्मिक हो भनेर संकेत गर्दछ। अर्कोतर्फ, ΔH मान भौतिक अवशोषण प्रक्रिया भित्र छ। तालिका 3 मा नकारात्मक ΔG मानहरूले संकेत गर्दछ कि सोखन सम्भव र सहज छ। ΔS को नकारात्मक मानहरूले तरल इन्टरफेस (तालिका 3) मा adsorbent अणुहरूको उच्च क्रमलाई संकेत गर्दछ।
तालिका 4 ले rGO/nZVI कम्पोजिटलाई अघिल्लो अध्ययनहरूमा रिपोर्ट गरिएका अन्य adsorbents सँग तुलना गर्दछ। यो स्पष्ट छ कि VGO/nCVI कम्पोजिटमा उच्च शोषण क्षमता छ र पानीबाट DC एन्टिबायोटिक्स हटाउनको लागि एक आशाजनक सामग्री हुन सक्छ। थप रूपमा, rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको अवशोषण 60 मिनेटको सन्तुलन समयको साथ द्रुत प्रक्रिया हो। rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको उत्कृष्ट अवशोषण गुणहरू rGO र nZVI को synergistic प्रभावद्वारा व्याख्या गर्न सकिन्छ।
चित्रहरू 10A, B ले rGO/nZVI र nZVI कम्प्लेक्सहरूद्वारा DC एन्टिबायोटिकहरू हटाउने तर्कसंगत संयन्त्रलाई चित्रण गर्दछ। डीसी शोषण को दक्षता मा pH को प्रभाव मा प्रयोग को नतीजाहरु को अनुसार, 3 देखि 7 सम्म pH मा वृद्धि संग, rGO/nZVI कम्पोजिट मा DC सोखन इलेक्ट्रोस्टेटिक अन्तरक्रियाहरु द्वारा नियन्त्रित थिएन, किनकि यो एक zwitterion को रूप मा काम गर्यो; त्यसकारण, pH मानमा भएको परिवर्तनले सोखन प्रक्रियालाई असर गर्दैन। पछि, सोखन तंत्रलाई गैर-इलेक्ट्रोस्टेटिक अन्तरक्रियाहरू जस्तै हाइड्रोजन बन्धन, हाइड्रोफोबिक प्रभावहरू, र rGO/nZVI कम्पोजिट र DC66 बीचको π-π स्ट्याकिङ अन्तरक्रियाहरूद्वारा नियन्त्रण गर्न सकिन्छ। यो राम्रोसँग थाहा छ कि स्तरित graphene को सतहहरु मा सुगन्धित adsorbates को संयन्त्र मुख्य चालक शक्ति को रूप मा π–π स्ट्याकिंग अन्तरक्रिया द्वारा व्याख्या गरिएको छ। कम्पोजिट π-π* ट्रान्जिसनको कारणले अधिकतम 233 एनएममा अवशोषणको साथ ग्राफिन जस्तै स्तरित सामग्री हो। DC adsorbate को आणविक ढाँचामा चार सुगन्धित घण्टीहरूको उपस्थितिको आधारमा, हामीले परिकल्पना गर्यौं कि त्यहाँ सुगन्धित DC (π-इलेक्ट्रोन स्वीकारकर्ता) र π-इलेक्ट्रोनहरूमा धनी क्षेत्र बीच π-π-स्ट्याकिंग अन्तरक्रियाको एक संयन्त्र छ। RGO सतह। /nZVI कम्पोजिट। थप रूपमा, चित्रमा देखाइएको रूपमा। 10B, FTIR अध्ययनहरू DC सँग rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको आणविक अन्तरक्रियाको अध्ययन गर्न प्रदर्शन गरिएको थियो, र DC सोखन पछि rGO/nZVI कम्पोजिटहरूको FTIR स्पेक्ट्रा चित्र 10B मा देखाइएको छ। १० ख। 2111 cm-1 मा नयाँ शिखर अवलोकन गरिएको छ, जुन C=C बन्डको फ्रेमवर्क कम्पनसँग मेल खान्छ, जसले 67 rGO/nZVI को सतहमा सम्बन्धित जैविक कार्यात्मक समूहहरूको उपस्थितिलाई संकेत गर्दछ। अन्य चुचुराहरू 1561 बाट 1548 cm-1 र 1399 देखि 1360 cm-1 सम्म परिवर्तन हुन्छन्, जसले यो पनि पुष्टि गर्छ कि π-π अन्तरक्रियाहरूले ग्राफिन र जैविक प्रदूषकहरू 68,69 को अवशोषणमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। DC अवशोषण पछि, OH जस्ता केही अक्सिजन युक्त समूहहरूको तीव्रता 3270 cm-1 मा घट्यो, जसले हाइड्रोजन बन्धन सोखन तंत्र मध्ये एक हो भनेर सुझाव दिन्छ। तसर्थ, परिणामहरूमा आधारित, rGO/nZVI कम्पोजिटमा DC सोखन मुख्यतया π-π स्ट्याकिंग अन्तरक्रिया र H-बन्डहरूको कारणले हुन्छ।
rGO/nZVI र nZVI कम्प्लेक्स (A) द्वारा DC एन्टिबायोटिकको अवशोषणको तर्कसंगत संयन्त्र। rGO/nZVI र nZVI (B) मा DC को FTIR अवशोषण स्पेक्ट्रा।
3244, 1615, 1546, र 1011 cm–1 मा nZVI को अवशोषण ब्यान्डको तीव्रता nZVI (चित्र 10B) मा nZVI को तुलनामा DC सोखना पछि बढ्यो, जुन कार्बोक्जिलिक एसिडको सम्भावित कार्यात्मक समूहहरूसँगको अन्तरक्रियासँग सम्बन्धित हुनुपर्छ। DC मा O समूहहरू। यद्यपि, सबै अवलोकन गरिएका ब्यान्डहरूमा प्रसारणको यो कम प्रतिशतले सोखन प्रक्रिया अघि nZVI को तुलनामा phytosynthetic adsorbent (nZVI) को सोखन दक्षतामा कुनै महत्त्वपूर्ण परिवर्तन भएको संकेत गर्दैन। nZVI71 को साथ केही DC हटाउने अनुसन्धानका अनुसार, जब nZVI ले H2O सँग प्रतिक्रिया गर्छ, इलेक्ट्रोनहरू रिलिज हुन्छन् र त्यसपछि H+ अत्यधिक कम गर्न सकिने सक्रिय हाइड्रोजन उत्पादन गर्न प्रयोग गरिन्छ। अन्तमा, केही cationic यौगिकहरूले सक्रिय हाइड्रोजनबाट इलेक्ट्रोनहरू स्वीकार गर्छन्, परिणामस्वरूप -C=N र -C=C-, जुन बेन्जिन रिंगको विभाजनलाई श्रेय दिइएको छ।