Դոքսիցիկլին հակաբիոտիկների սիներգետիկ հեռացում ջրից կանաչ սինթետիկ կրճատված գրաֆենի օքսիդի և նանո-զրոյական երկաթի համալիրներով

Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար: Ձեր օգտագործած բրաուզերի տարբերակը ունի սահմանափակ CSS աջակցություն: Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում): Միևնույն ժամանակ, շարունակական աջակցությունն ապահովելու համար մենք կայքը կներկայացնենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Այս աշխատանքում rGO/nZVI կոմպոզիտները առաջին անգամ սինթեզվեցին՝ օգտագործելով պարզ և էկոլոգիապես մաքուր պրոցեդուրա՝ օգտագործելով Sophora դեղնավուն տերևի էքստրակտը որպես նվազեցնող նյութ և կայունացուցիչ՝ «կանաչ» քիմիայի սկզբունքներին համապատասխանելու համար, ինչպիսին է քիչ վնասակար քիմիական սինթեզը: Կոմպոզիտների հաջող սինթեզը վավերացնելու համար օգտագործվել են մի քանի գործիքներ, ինչպիսիք են SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR և zeta պոտենցիալը, որոնք ցույց են տալիս կոմպոզիտային հաջող արտադրությունը: Նոր կոմպոզիտների և մաքուր nZVI-ի հեռացման հզորությունը հակաբիոտիկի դոքսիցիկլինի տարբեր մեկնարկային կոնցենտրացիաներում համեմատվել է rGO-ի և nZVI-ի միջև սիներգետիկ ազդեցությունը հետազոտելու համար: 25 մգ L-1, 25°C և 0,05 գ հեռացման պայմաններում մաքուր nZVI-ի ադսորբտիվ հեռացման արագությունը 90% էր, մինչդեռ դոքսիցիկլինի ադսորբտիվ հեռացման արագությունը rGO/nZVI կոմպոզիտով հասել է 94,6%-ի՝ հաստատելով, որ nZVI և rGO-ն: . Կլանման գործընթացը համապատասխանում է կեղծ երկրորդ կարգին և լավ համընկնում է Freundlich մոդելի հետ՝ 31,61 մգգ-1 առավելագույն կլանման հզորությամբ 25 °C և pH 7: Առաջարկվել է DC-ի հեռացման ողջամիտ մեխանիզմ: Բացի այդ, rGO/nZVI կոմպոզիտի կրկնակի օգտագործման հնարավորությունը 60% էր՝ վերածնման վեց հաջորդական ցիկլերից հետո:
Ջրի սակավությունն ու աղտոտվածությունն այժմ լուրջ սպառնալիք են բոլոր երկրների համար։ Վերջին տարիներին ջրի աղտոտվածությունը, հատկապես հակաբիոտիկներով աղտոտվածությունը, աճել է COVID-19 համաճարակի ընթացքում արտադրության և սպառման ավելացման պատճառով1,2,3: Ուստի, կեղտաջրերում հակաբիոտիկների վերացման արդյունավետ տեխնոլոգիայի մշակումը հրատապ խնդիր է:
Tetracycline խմբի դիմացկուն կիսասինթետիկ հակաբիոտիկներից մեկը դոքսիցիկլինն է (DC)4,5: Զեկուցվել է, որ ստորերկրյա և մակերևութային ջրերում DC մնացորդները չեն կարող մետաբոլիզացվել, միայն 20-50%-ն է նյութափոխանակվում, իսկ մնացածը արտանետվում է շրջակա միջավայր՝ առաջացնելով բնապահպանական և առողջական լուրջ խնդիրներ6:
Ցածր մակարդակներում DC-ի ազդեցությունը կարող է սպանել ջրային ֆոտոսինթետիկ միկրոօրգանիզմներին, սպառնալ հակամանրէային բակտերիաների տարածմանը և բարձրացնել հակամանրէային դիմադրությունը, ուստի այս աղտոտիչը պետք է հեռացվի կեղտաջրերից: Ջրի մեջ DC-ի բնական քայքայումը շատ դանդաղ գործընթաց է: Ֆիզիկա-քիմիական պրոցեսները, ինչպիսիք են ֆոտոլիզը, կենսաքայքայումը և ադսորբցիան, կարող են քայքայվել միայն ցածր կոնցենտրացիաների և շատ ցածր արագության դեպքում7,8: Այնուամենայնիվ, ամենատնտեսող, պարզ, էկոլոգիապես մաքուր, հեշտ կառավարվող և արդյունավետ մեթոդը կլանումը9,10 է:
Նանո զրոյական վալենտ երկաթը (nZVI) շատ հզոր նյութ է, որը կարող է ջրից հեռացնել բազմաթիվ հակաբիոտիկներ, այդ թվում՝ մետրոնիդազոլը, դիազեպամը, ցիպրոֆլոքասինը, քլորամֆենիկոլը և տետրացիկլինը: Այս ունակությունը պայմանավորված է nZVI-ի զարմանալի հատկություններով, ինչպիսիք են բարձր ռեակտիվությունը, մեծ մակերեսը և բազմաթիվ արտաքին կապող վայրեր11: Այնուամենայնիվ, nZVI-ն հակված է ջրային միջավայրում ագրեգացմանը՝ վան դեր Ուելսի ուժերի և բարձր մագնիսական հատկությունների պատճառով, ինչը նվազեցնում է դրա արդյունավետությունը աղտոտիչները հեռացնելու համար՝ օքսիդային շերտերի ձևավորման պատճառով, որոնք արգելակում են nZVI10,12-ի ռեակտիվությունը: nZVI մասնիկների ագլոմերացիան կարող է կրճատվել՝ փոփոխելով դրանց մակերևույթը մակերևութային ակտիվ նյութերով և պոլիմերներով կամ դրանք կոմպոզիտների տեսքով այլ նանոնյութերի հետ համատեղելով, ինչը ապացուցված է, որ կենսունակ մոտեցում է շրջակա միջավայրում դրանց կայունությունը բարելավելու համար13,14:
Գրաֆենը երկչափ ածխածնային նանոնյութ է, որը բաղկացած է sp2-հիբրիդացված ածխածնի ատոմներից, որոնք դասավորված են բջիջների ցանցի մեջ: Այն ունի մեծ մակերես, զգալի մեխանիկական ուժ, գերազանց էլեկտրակատալիտիկ ակտիվություն, բարձր ջերմային հաղորդունակություն, արագ էլեկտրոնների շարժունակություն և հարմար կրող նյութ՝ իր մակերեսին անօրգանական նանոմասնիկներին աջակցելու համար: Մետաղական նանոմասնիկների և գրաֆենի համադրությունը կարող է զգալիորեն գերազանցել յուրաքանչյուր նյութի անհատական ​​առավելությունները և, շնորհիվ իր գերազանց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների, ապահովել նանոմասնիկների օպտիմալ բաշխում ջրի ավելի արդյունավետ մաքրման համար15:
Բույսերի քաղվածքները վնասակար քիմիական վերականգնող նյութերի լավագույն այլընտրանքն են, որոնք սովորաբար օգտագործվում են նվազեցված գրաֆենի օքսիդի (rGO) և nZVI-ի սինթեզում, քանի որ դրանք մատչելի են, էժան, մեկ քայլով, էկոլոգիապես անվտանգ և կարող են օգտագործվել որպես նվազեցնող նյութեր: ինչպես ֆլավոնոիդները և ֆենոլային միացությունները, նույնպես գործում է որպես կայունացուցիչ: Հետևաբար, Atriplex halimus L. տերևի էքստրակտը օգտագործվել է որպես վերականգնող և փակող միջոց rGO/nZVI կոմպոզիտների սինթեզի համար այս հետազոտության մեջ: Atriplex halimus-ը Amaranthaceae ընտանիքից ազոտասեր բազմամյա թուփ է՝ աշխարհագրական լայն տիրույթով16:
Ըստ առկա գրականության, Atriplex halimus-ը (A. halimus) առաջին անգամ օգտագործվել է rGO/nZVI կոմպոզիտների պատրաստման համար՝ որպես տնտեսող և էկոլոգիապես մաքուր սինթեզի մեթոդ: Այսպիսով, այս աշխատանքի նպատակը բաղկացած է չորս մասից՝ (1) rGO/nZVI և ծնողական nZVI կոմպոզիտների ֆիտոսինթեզ՝ օգտագործելով A. halimus ջրային տերևի էքստրակտ, (2) ֆիտոսինթեզված կոմպոզիտների բնութագրում՝ օգտագործելով բազմաթիվ մեթոդներ՝ դրանց հաջող արտադրությունը հաստատելու համար, (3) ) ուսումնասիրել rGO-ի և nZVI-ի սիներգիստական ​​ազդեցությունը դոքսիցիկլինային հակաբիոտիկների օրգանական աղտոտիչների կլանման և հեռացման ժամանակ տարբեր ռեակցիաների պարամետրերի ներքո, օպտիմալացնել կլանման գործընթացի պայմանները.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, քիմիական բանաձեւ C22H24N2O·HCl, 98%), երկաթի քլորիդ hexahydrate (FeCl3.6H2O, 97%), գրաֆիտի փոշի գնված Sigma-Aldrich, ԱՄՆ-ից: Նատրիումի հիդրօքսիդ (NaOH, 97%), էթանոլ (C2H5OH, 99,9%) և աղաթթու (HCl, 37%) գնվել են ԱՄՆ Merck-ից։ NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 և MgCl2 գնվել են Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd.-ից: Բոլոր ռեակտիվներն ունեն բարձր անալիտիկ մաքրություն: Բոլոր ջրային լուծույթները պատրաստելու համար օգտագործվել է կրկնակի թորած ջուր։
A. halimus-ի ներկայացուցչական նմուշներ հավաքվել են Նեղոսի դելտայի իրենց բնական միջավայրից և Եգիպտոսի միջերկրածովյան ափերի երկայնքով: Բուսական նյութը հավաքագրվել է ազգային և միջազգային գործող ուղեցույցների համաձայն17: Պրոֆեսոր Մանալ Ֆաուզին հայտնաբերել է բույսերի նմուշներ՝ ըստ Boulos18-ի, և Ալեքսանդրիայի համալսարանի բնապահպանական գիտությունների վարչությունը թույլատրում է ուսումնասիրված բույսերի տեսակների հավաքագրումը գիտական ​​նպատակներով: Նմուշի վաուչերները պահվում են Տանտա Համալսարանի Հերբարիումում (TANE), վաուչերների համար. 14 122–14 127, հանրային հերբարիում, որն ապահովում է մուտք դեպի պահված նյութեր: Բացի այդ, փոշին կամ կեղտը հեռացնելու համար բույսի տերևները մանր կտրատել, 3 անգամ լվանալ ծորակով և թորած ջրով, ապա չորացնել 50°C ջերմաստիճանում։ Բույսը մանրացրել են, 5 գ նուրբ փոշին ընկղմել 100 մլ թորած ջրի մեջ և խառնել 70°C ջերմաստիճանում 20 րոպե՝ քաղվածք ստանալու համար։ Bacillus nicotianae-ի ստացված էքստրակտը զտվել է Whatman ֆիլտրի թղթի միջով և պահել մաքուր և ստերիլիզացված խողովակների մեջ 4°C ջերմաստիճանում՝ հետագա օգտագործման համար:
Ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում, GO-ն պատրաստվել է գրաֆիտի փոշուց՝ փոփոխված Hummers մեթոդով: 10 մգ GO փոշի ցրվել է 50 մլ դեիոնացված ջրի մեջ 30 րոպեի ընթացքում ձայնային լուծույթով, իսկ հետո 0,9 գ FeCl3 և 2,9 գ NaAc խառնել են 60 րոպե: 20 մլ ատրիպլեքսի տերևի էքստրակտ ավելացվել է հարած լուծույթին խառնելով և թողնել 80°C-ում 8 ժամ: Ստացված սև կախոցը զտվել է: Պատրաստված նանոկոմպոզիտները լվացվեցին էթանոլով և բիթորած ջրով, ապա չորացրին վակուումային ջեռոցում 50°C ջերմաստիճանում 12 ժամ:
rGO/nZVI և nZVI համալիրների կանաչ սինթեզի սխեմատիկ և թվային լուսանկարները և աղտոտված ջրից DC հակաբիոտիկների հեռացումը Atriplex halimus էքստրակտի միջոցով:
Համառոտ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում, 10 մլ երկաթի քլորիդի լուծույթ, որը պարունակում է 0,05 M Fe3+ իոններ, կաթիլաբար ավելացվել է 20 մլ դառը տերևի էքստրակտի լուծույթին 60 րոպե չափավոր տաքացումով և խառնելով, այնուհետև լուծույթը ցենտրիֆուգվել է ժ. 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) 15 րոպեի ընթացքում սև մասնիկներ ստանալու համար, որոնք այնուհետև 3 անգամ լվացվեցին էթանոլով և թորած ջրով, ապա չորացրին վակուումային ջեռոցում 60°C-ում մեկ գիշերվա ընթացքում:
Բույսերի կողմից սինթեզված rGO/nZVI և nZVI կոմպոզիտները բնութագրվել են ուլտրամանուշակագույն տեսանելի սպեկտրոսկոպիայի միջոցով (T70/T80 սերիայի UV/Vis սպեկտրոֆոտոմետրեր, PG Instruments Ltd, Մեծ Բրիտանիա) 200-800 նմ սկանավորման տիրույթում: rGO/nZVI և nZVI կոմպոզիտների տեղագրությունը և չափերի բաշխումը վերլուծելու համար օգտագործվել է TEM սպեկտրոսկոպիա (JOEL, JEM-2100F, Ճապոնիա, արագացնող լարում 200 կՎ): Ֆունկցիոնալ խմբերը գնահատելու համար, որոնք կարող են ներգրավվել բույսերի քաղվածքներում, որոնք պատասխանատու են վերականգնման և կայունացման գործընթացի համար, իրականացվել է FT-IR սպեկտրոսկոպիա (JASCO սպեկտրոմետր 4000-600 սմ-1 միջակայքում): Բացի այդ, սինթեզված նանոնյութերի մակերեսային լիցքը ուսումնասիրելու համար օգտագործվել է զետա պոտենցիալ անալիզատոր (Zetasizer Nano ZS Malvern): Փոշի նանոնյութերի ռենտգենյան դիֆրակցիոն չափումների համար օգտագործվել է ռենտգենյան դիֆրակտոմետր (X'PERT PRO, Նիդեռլանդներ), որն աշխատում է հոսանքի (40 մԱ), լարման (45 կՎ) 2 θ միջակայքում 20°-ից մինչև 80: ° և CuKa1 ճառագայթում (\(\lambda =\ ) 1,54056 Ao): Էներգիայի ցրման ռենտգենյան սպեկտրոմետրը (EDX) (մոդել JEOL JSM-IT100) պատասխանատու էր տարրական կազմի ուսումնասիրության համար, երբ հավաքում էր Al K-α մոնոխրոմատիկ ռենտգենյան ճառագայթները -10-ից մինչև 1350 eV XPS-ի վրա, կետի չափը 400 μm K-ALPHA: (Thermo Fisher Scientific, ԱՄՆ) ամբողջ սպեկտրի հաղորդման էներգիան 200 էՎ է, իսկ նեղը՝ 50 էՎ։ Փոշու նմուշը սեղմվում է նմուշի պահարանի վրա, որը տեղադրվում է վակուումային խցիկում: C 1 s սպեկտրը օգտագործվել է որպես հղում 284,58 էՎ-ում՝ որոշելու կապի էներգիան:
Կատարվել են ադսորբցիոն փորձեր՝ սինթեզված rGO/nZVI նանոկոմպոզիտների արդյունավետությունը ջրային լուծույթներից դոքսիցիկլինը (DC) հեռացնելու համար: Ադսորբցիոն փորձեր են կատարվել 25 մլ Էրլենմայերի կոլբայի մեջ 200 պտ/րոպե թափահարման արագությամբ ուղեծրային թափահարողի վրա (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) 298 Կ. ջերմաստիճանում: RGO/nSVI դեղաչափի ազդեցությունը կլանման արդյունավետության վրա գնահատելու համար 20 մլ DC լուծույթին ավելացվել են տարբեր քաշի նանոկոմպոզիտներ (0,01–0,07 գ): Կինետիկան և ադսորբցիոն իզոթերմները ուսումնասիրելու համար 0,05 գ ադսորբենտը ընկղմվել է սկզբնական կոնցենտրացիայով (25–100 մգ L–1) CD–ի ջրային լուծույթի մեջ։ pH-ի ազդեցությունը DC-ի հեռացման վրա ուսումնասիրվել է pH (3–11) և 50 մգ L-1 նախնական կոնցենտրացիան 25°C-ում: Կարգավորեք համակարգի pH-ը` ավելացնելով փոքր քանակությամբ HCl կամ NaOH լուծույթ (Crison pH meter, pH meter, pH 25): Բացի այդ, հետազոտվել է ռեակցիայի ջերմաստիճանի ազդեցությունը կլանման փորձերի վրա 25-55°C միջակայքում: Իոնային ուժի ազդեցությունը կլանման գործընթացի վրա ուսումնասիրվել է՝ ավելացնելով NaCl-ի տարբեր կոնցենտրացիաներ (0,01–4 մոլ L–1) DC-ի սկզբնական կոնցենտրացիաներում 50 մգ L–1, pH 3 և 7), 25°C և ներծծող դոզան 0,05 գ: Չադսորբված DC-ի կլանումը չափվել է կրկնակի ճառագայթով UV-Vis սպեկտրոֆոտոմետրի միջոցով (T70/T80 սերիա, PG Instruments Ltd, UK), որը հագեցած է 1,0 սմ ուղու երկարությամբ կվարցային կուվետներով առավելագույն ալիքի երկարությամբ (λmax) 270 և 350 նմ: DC հակաբիոտիկների տոկոսային հեռացումը (R%; Eq. 1) և DC-ի կլանման քանակը, qt, Eq. 2 (մգ/գ) չափվել է՝ օգտագործելով հետևյալ հավասարումը.
որտեղ %R-ը DC-ի հեռացման հզորությունն է (%), Co-ն DC-ի սկզբնական կոնցենտրացիան 0-ում, իսկ C-ն DC-ի կոնցենտրացիան է համապատասխանաբար t ժամանակում (մգ L-1):
որտեղ qe-ն ներծծվող DC-ի քանակն է ներծծվող նյութի միավորի զանգվածի վրա (mgg-1), Co և Ce-ն կոնցենտրացիաներն են զրոյական ժամանակում և հավասարակշռության ժամանակ, համապատասխանաբար (մգ l-1), V-ը լուծույթի ծավալն է (l) , իսկ m-ը կլանման զանգվածի ռեագենտն է (g):
SEM պատկերները (նկ. 2A–C) ցույց են տալիս rGO/nZVI կոմպոզիտի շերտավոր մորֆոլոգիան, որի մակերևույթի վրա միատեսակ ցրված են երկաթի գնդաձև նանոմասնիկներ, ինչը ցույց է տալիս nZVI NP-ների հաջող կցումը rGO մակերեսին: Բացի այդ, rGO տերևում կան որոշ կնճիռներ, որոնք հաստատում են թթվածին պարունակող խմբերի հեռացումը A. halimus GO-ի վերականգնման հետ միաժամանակ: Այս խոշոր կնճիռները գործում են որպես երկաթի NP-ների ակտիվ բեռնման վայրեր: nZVI պատկերները (նկ. 2D-F) ցույց են տվել, որ գնդաձև երկաթի NP-ները շատ ցրված են և չեն համախմբվել, ինչը պայմանավորված է բույսի էքստրակտի բուսաբանական բաղադրիչների ծածկույթով: Մասնիկների չափը տատանվում էր 15–26 նմ-ի սահմաններում։ Այնուամենայնիվ, որոշ շրջաններ ունեն մեզոպորոզ մորֆոլոգիա՝ ուռուցիկության և խոռոչների կառուցվածքով, ինչը կարող է ապահովել nZVI-ի բարձր արդյունավետ կլանման կարողություն, քանի որ դրանք կարող են մեծացնել DC մոլեկուլները nZVI-ի մակերեսին թակարդելու հնարավորությունը: Երբ Ռոզա Դամասկոսի էքստրակտն օգտագործվում էր nZVI-ի սինթեզի համար, ստացված NP-ները միատարր էին, դատարկություններով և տարբեր ձևերով, ինչը նվազեցրեց դրանց արդյունավետությունը Cr(VI) կլանման մեջ և մեծացրեց ռեակցիայի ժամանակը 23: Արդյունքները համահունչ են կաղնու և թթի տերևներից սինթեզված nZVI-ին, որոնք հիմնականում գնդաձև նանոմասնիկներ են՝ տարբեր նանոմետրային չափերով՝ առանց ակնհայտ ագլոմերացիայի։
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) կոմպոզիտների SEM պատկերներ և nZVI/rGO (G) և nZVI (H) կոմպոզիտների EDX նախշեր:
Բույսերի կողմից սինթեզված rGO/nZVI և nZVI կոմպոզիտների տարերային բաղադրությունը ուսումնասիրվել է EDX-ի միջոցով (նկ. 2G, H): Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ nZVI-ն կազմված է ածխածնից (38,29% զանգվածով), թթվածնից (47,41% զանգվածով) և երկաթից (11,84% զանգվածով), սակայն կան նաև այլ տարրեր, ինչպիսիք են ֆոսֆորը24, որոնք կարելի է ստանալ բույսերի քաղվածքներից։ Բացի այդ, ածխածնի և թթվածնի բարձր տոկոսը պայմանավորված է ստորգետնյա nZVI նմուշներում բույսերի էքստրակտներից ֆիտոքիմիկատների առկայությամբ: Այս տարրերը հավասարապես բաշխված են rGO-ի վրա, բայց տարբեր հարաբերակցությամբ՝ C (39,16 wt %), O (46,98 wt %) և Fe (10,99 wt %), EDX rGO/nZVI նաև ցույց է տալիս այլ տարրերի առկայությունը, ինչպիսիք են S, որը կարող են կապված լինել բույսերի քաղվածքների հետ, օգտագործվում են. Ներկայիս C:O հարաբերակցությունը և երկաթի պարունակությունը rGO/nZVI կոմպոզիտում՝ օգտագործելով A. halimus, շատ ավելի լավ է, քան էվկալիպտի տերևի էքստրակտը, քանի որ այն բնութագրում է C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) կազմը: և Fe (8.27 wt.%): wt %) 25. Nataša et al., 2022-ը զեկուցել է կաղնու և թթի տերևներից սինթեզված nZVI-ի նմանատիպ տարրական բաղադրություն և հաստատել է, որ տերևի էքստրակտում պարունակվող պոլիֆենոլային խմբերը և այլ մոլեկուլները պատասխանատու են կրճատման գործընթացի համար:
Բույսերում սինթեզված nZVI-ի մորֆոլոգիան (նկ. S2A,B) գնդաձև էր և մասամբ անկանոն, 23,09 ± 3,54 նմ մասնիկների միջին չափով, սակայն շղթայական ագրեգատներ նկատվեցին վան դեր Վալսյան ուժերի և ֆերոմագնիսականության պատճառով: Այս հիմնականում հատիկավոր և գնդաձև մասնիկի ձևը լավ համընկնում է SEM արդյունքների հետ: Նմանատիպ դիտարկում են գտել Աբդելֆաթահը և այլք: 2021 թվականին, երբ գերչակի տերևի քաղվածքն օգտագործվեց nZVI11-ի սինթեզում: Ruelas tuberosa տերևի էքստրակտ NP-ները, որոնք օգտագործվում են որպես nZVI-ում որպես վերականգնող նյութ, ունեն նաև գնդաձև ձև՝ 20-ից 40 նմ26 տրամագծով:
Հիբրիդ rGO/nZVI կոմպոզիտային TEM պատկերները (նկ. S2C-D) ցույց են տվել, որ rGO-ն եզրային ծալքերով և կնճիռներով բազալ հարթություն է, որը ապահովում է բազմաթիվ բեռնման վայրեր nZVI NP-ների համար; այս շերտավոր մորֆոլոգիան նույնպես հաստատում է rGO-ի հաջող արտադրությունը: Բացի այդ, nZVI NP-ներն ունեն գնդաձև ձև՝ մասնիկների չափսերով 5,32-ից մինչև 27 նմ և ներկառուցված են rGO շերտում գրեթե միատեսակ դիսպերսիայով: Էվկալիպտի տերևի քաղվածքն օգտագործվել է Fe NPs/rGO սինթեզելու համար; TEM-ի արդյունքները նաև հաստատեցին, որ rGO շերտում կնճիռները բարելավեցին Fe NP-ների ցրվածությունը ավելի, քան մաքուր Fe NP-ները և ավելացրին կոմպոզիտների ռեակտիվությունը: Նմանատիպ արդյունքներ են ստացել Բաղերին և այլք: 28, երբ կոմպոզիտը արտադրվել է ուլտրաձայնային տեխնիկայի միջոցով՝ մոտավորապես 17,70 նմ երկաթի նանոմասնիկի միջին չափով:
A. halimus, nZVI, GO, rGO և rGO/nZVI կոմպոզիտների FTIR սպեկտրները ներկայացված են Նկ. 3Ա. A. halimus-ի տերեւներում մակերեսային ֆունկցիոնալ խմբերի առկայությունը հայտնվում է 3336 սմ-1, որը համապատասխանում է պոլիֆենոլներին, և 1244 սմ-1, որը համապատասխանում է սպիտակուցի արտադրած կարբոնիլ խմբերին: Դիտարկվել են նաև այլ խմբեր, ինչպիսիք են ալկանները 2918 սմ-1, ալկենները 1647 սմ-1 և CO-O-CO ընդլայնումները 1030 սմ-1, ինչը ենթադրում է բույսերի բաղադրիչների առկայություն, որոնք գործում են որպես կնքող և պատասխանատու են վերականգնման համար: Fe2+-ից մինչև Fe0 և GO դեպի rGO29: Ընդհանուր առմամբ, nZVI սպեկտրները ցույց են տալիս կլանման նույն գագաթները, ինչ դառը շաքարները, բայց մի փոքր շեղված դիրքով: 3244 սմ-1-ում հայտնվում է ինտենսիվ գոտի՝ կապված OH ձգվող թրթռումների (ֆենոլների) հետ, 1615-ի գագաթնակետը համապատասխանում է C=C-ին, իսկ 1546 և 1011 սմ-1 գոտիները առաջանում են C=O-ի (պոլիֆենոլներ և ֆլավոնոիդներ) ձգման պատճառով: , CN - անուշաբույր ամինների և ալիֆատիկ ամինների խմբերը նույնպես դիտվել են համապատասխանաբար 1310 սմ-1 և 1190 սմ-1 չափերով13: GO-ի FTIR սպեկտրը ցույց է տալիս թթվածին պարունակող բազմաթիվ բարձր ինտենսիվության խմբերի առկայությունը, ներառյալ ալկօքսի (CO) ձգվող գոտին 1041 սմ-1, էպոքսիդային (CO) ձգվող գոտին 1291 սմ-1, C=O ձգվող գոտին: առաջացել է C=C ձգվող թրթռումների գոտի 1619 սմ-1, 1708 սմ-1 և OH խմբի ձգվող թրթռումների լայն գոտի 3384 սմ-1, ինչը հաստատվում է բարելավված Hummers մեթոդով, որը հաջողությամբ օքսիդացնում է գրաֆիտի գործընթաց: rGO և rGO/nZVI կոմպոզիտները GO սպեկտրների հետ համեմատելիս թթվածին պարունակող որոշ խմբերի ինտենսիվությունը, ինչպիսին է OH-ը 3270 սմ-1-ում, զգալիորեն կրճատվում է, իսկ մյուսները, օրինակ՝ C=O 1729 սմ-1-ում, ամբողջությամբ: կրճատվել է. անհետացել է, ինչը ցույց է տալիս GO-ում թթվածին պարունակող ֆունկցիոնալ խմբերի հաջող հեռացումը A. halimus էքստրակտով: 1560 և 1405 սմ-1 մոտ նկատվում են rGO-ի նոր սուր բնութագրական գագաթներ C=C լարվածության դեպքում, ինչը հաստատում է GO-ի կրճատումը rGO-ի: Դիտարկվել են տատանումներ 1043-ից 1015 սմ-1 և 982-ից 918 սմ-1 տատանումներ, հնարավոր է, որ պայմանավորված է բուսանյութի ընդգրկմամբ31,32: Weng-ը և այլոք, 2018-ը նաև նկատեցին GO-ում թթվածնով հագեցած ֆունկցիոնալ խմբերի զգալի թուլացում՝ հաստատելով rGO-ի հաջող ձևավորումը բիոռեդուկցիայի միջոցով, քանի որ էվկալիպտի տերևների էքստրակտները, որոնք օգտագործվում էին երկաթի կրճատված գրաֆեն օքսիդի կոմպոզիտների սինթեզման համար, ցույց տվեցին բույսերի բաղադրիչի ավելի մոտ FTIR սպեկտրները: ֆունկցիոնալ խմբեր. 33 .
A. Գալիումի FTIR սպեկտր, nZVI, rGO, GO, կոմպոզիտային rGO/nZVI (A): Ռենտգենոգրամմիական կոմպոզիտներ rGO, GO, nZVI և rGO/nZVI (B):
rGO/nZVI և nZVI կոմպոզիտների առաջացումը մեծապես հաստատվել է ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափություններով (նկ. 3B): Բարձր ինտենսիվության Fe0 գագաթնակետը դիտվել է 2Ɵ 44,5°-ում, որը համապատասխանում է ինդեքսին (110) (JCPDS No. 06–0696)11: Մեկ այլ գագաթ (311) հարթության 35,1°-ում վերագրվում է մագնիտիտ Fe3O4-ին, 63,2°-ը կարող է կապված լինել (440) հարթության Միլլերի ինդեքսի հետ ϒ-FeOOH (JCPDS No. 17-0536)34 առկայության պատճառով: GO-ի ռենտգենյան պատկերը ցույց է տալիս կտրուկ գագաթ 2Ɵ 10,3° և մեկ այլ գագաթ՝ 21,1°, ինչը ցույց է տալիս գրաֆիտի ամբողջական շերտավորումը և ընդգծում GO35-ի մակերեսին թթվածին պարունակող խմբերի առկայությունը: rGO-ի և rGO/nZVI-ի կոմպոզիտային օրինաչափություններն արձանագրել են բնորոշ GO գագաթների անհետացում և լայն rGO գագաթների ձևավորում 2Ɵ 22.17 և 24.7°-ով rGO և rGO/nZVI կոմպոզիտների համար, համապատասխանաբար, ինչը հաստատեց GO-ի հաջող վերականգնումը բույսերի էքստրակտներով: Այնուամենայնիվ, կոմպոզիտային rGO/nZVI օրինաչափության մեջ լրացուցիչ գագաթներ՝ կապված Fe0 (110) և bcc Fe0 (200) վանդակավոր հարթության հետ, դիտվել են համապատասխանաբար 44.9 \(^\circ\) և 65.22 \(^\circ\): .
Զետա պոտենցիալը պոտենցիալն է մասնիկի մակերեսին կցված իոնային շերտի և ջրային լուծույթի միջև, որը որոշում է նյութի էլեկտրաստատիկ հատկությունները և չափում դրա կայունությունը37: Բույսերի կողմից սինթեզված nZVI, GO և rGO/nZVI կոմպոզիտների զետա պոտենցիալ վերլուծությունը ցույց է տվել դրանց կայունությունը՝ համապատասխանաբար -20.8, -22 և -27.4 մՎ բացասական լիցքերի առկայության պատճառով, ինչպես ցույց է տրված Նկար S1A-ում: Գ. . Նման արդյունքները համահունչ են մի քանի զեկույցների, որոնք նշում են, որ -25 մՎ-ից պակաս զետա պոտենցիալ արժեքներով մասնիկներ պարունակող լուծույթները սովորաբար ցույց են տալիս կայունության բարձր աստիճան՝ այդ մասնիկների միջև էլեկտրաստատիկ վանման պատճառով: rGO-ի և nZVI-ի համադրությունը թույլ է տալիս կոմպոզիտին ձեռք բերել ավելի շատ բացասական լիցքեր և, հետևաբար, ավելի բարձր կայունություն ունի, քան միայն GO-ն կամ nZVI-ն: Հետեւաբար, էլեկտրաստատիկ վանման երեւույթը կհանգեցնի կայուն rGO/nZVI39 կոմպոզիտների առաջացմանը։ GO-ի բացասական մակերեսը թույլ է տալիս այն հավասարապես ցրվել ջրային միջավայրում՝ առանց ագլոմերացիայի, ինչը բարենպաստ պայմաններ է ստեղծում nZVI-ի հետ փոխազդեցության համար։ Բացասական լիցքը կարող է կապված լինել դառը սեխի էքստրակտում տարբեր ֆունկցիոնալ խմբերի առկայության հետ, ինչը նաև հաստատում է GO-ի և երկաթի պրեկուրսորների և բույսերի էքստրակտի փոխազդեցությունը՝ համապատասխանաբար rGO և nZVI և rGO/nZVI համալիրի ձևավորման համար: Բույսերի այս միացությունները կարող են նաև հանդես գալ որպես ծածկող նյութեր, քանի որ կանխում են ստացված նանոմասնիկների ագրեգացումը և դրանով իսկ մեծացնում դրանց կայունությունը40:
nZVI և rGO/nZVI կոմպոզիտների տարրական կազմը և վալենտական ​​վիճակները որոշվել են XPS-ով (նկ. 4): Ընդհանուր XPS ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ rGO/nZVI կոմպոզիտը հիմնականում կազմված է C, O և Fe տարրերից՝ համահունչ EDS քարտեզագրմանը (նկ. 4F–H): C1s սպեկտրը բաղկացած է երեք գագաթներից՝ 284.59 eV, 286.21 eV և 288.21 eV, որոնք ներկայացնում են համապատասխանաբար CC, CO և C=O: O1s սպեկտրը բաժանվել է երեք գագաթների, այդ թվում՝ 531.17 eV, 532.97 eV և 535.45 eV, որոնք համապատասխանաբար վերագրվել են O=CO, CO և NO խմբերին: Այնուամենայնիվ, 710.43, 714.57 և 724.79 eV գագաթները վերաբերում են համապատասխանաբար Fe 2p3/2, Fe+3 և Fe p1/2: nZVI-ի XPS սպեկտրները (նկ. 4C-E) ցույց են տվել գագաթներ C, O և Fe տարրերի համար: 284.77, 286.25 և 287.62 էՎ գագաթները հաստատում են երկաթ-ածխածնային համաձուլվածքների առկայությունը, քանի որ դրանք համապատասխանաբար վերաբերում են CC, C-OH և CO-ին: O1s սպեկտրը համապատասխանում էր երեք գագաթների՝ C–O/երկաթի կարբոնատ (531,19 էՎ), հիդրոքսիլ ռադիկալ (532,4 էՎ) և O–C=O (533,47 էՎ)։ 719.6 գագաթնակետը վերագրվում է Fe0-ին, մինչդեռ FeOOH-ը ցույց է տալիս գագաթնակետերը 717.3 և 723.7 eV-ով, բացի այդ, 725.8 eV գագաթնակետը ցույց է տալիս Fe2O342.43-ի առկայությունը:
nZVI և rGO/nZVI կոմպոզիտների XPS ուսումնասիրությունները համապատասխանաբար (A, B): nZVI C1s (C), Fe2p (D) և O1s (E) և rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) կոմպոզիտային ամբողջական սպեկտրներ:
N2 adsorption/desorption իզոթերմը (նկ. 5A, B) ցույց է տալիս, որ nZVI և rGO/nZVI կոմպոզիտները պատկանում են II տիպին: Բացի այդ, nZVI-ի հատուկ մակերեսը (SBET) աճել է 47,4549-ից մինչև 152,52 մ2/գ rGO-ով կուրացնելուց հետո: Այս արդյունքը կարելի է բացատրել rGO-ի կուրացումից հետո nZVI-ի մագնիսական հատկությունների նվազմամբ՝ դրանով իսկ նվազեցնելով մասնիկների ագրեգացումը և մեծացնելով կոմպոզիտների մակերեսը։ Բացի այդ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 5C-ում, rGO/nZVI կոմպոզիտի ծակոտիների ծավալը (8,94 նմ) ավելի բարձր է, քան սկզբնական nZVI-ի (2,873 նմ): Այս արդյունքը համընկնում է El-Monaem et al. 45 .
RGO/nZVI կոմպոզիտների և սկզբնական nZVI-ի միջև DC-ի հեռացման ադսորբցիոն կարողությունը գնահատելու համար՝ կախված սկզբնական կոնցենտրացիայի աճից, համեմատություն է արվել՝ ավելացնելով յուրաքանչյուր adsorbent-ի հաստատուն դոզան (0,05 գ) DC-ին տարբեր սկզբնական կոնցենտրացիաներում: Հետազոտված լուծում [25]. –100 մգ լ–1] 25°C-ում: Արդյունքները ցույց են տվել, որ rGO/nZVI կոմպոզիտի հեռացման արդյունավետությունը (94.6%) ավելի բարձր էր, քան սկզբնական nZVI-ն (90%) ավելի ցածր կոնցենտրացիայի դեպքում (25 մգ L-1): Այնուամենայնիվ, երբ մեկնարկային կոնցենտրացիան ավելացվեց մինչև 100 մգ L-1, rGO/nZVI-ի և ծնողական nZVI-ի հեռացման արդյունավետությունը իջավ համապատասխանաբար մինչև 70% և 65% (Նկար 6Ա), ինչը կարող է պայմանավորված լինել ավելի քիչ ակտիվ վայրերով և դեգրադացիայով: nZVI մասնիկներ. Ընդհակառակը, rGO/nZVI-ն ցույց է տվել DC-ի հեռացման ավելի բարձր արդյունավետություն, ինչը կարող է պայմանավորված լինել rGO-ի և nZVI-ի միջև սիներգիստական ​​ազդեցությամբ, որտեղ կլանման համար մատչելի կայուն ակտիվ վայրերը շատ ավելի բարձր են, իսկ rGO/nZVI-ի դեպքում՝ ավելին: DC-ն կարող է կլանվել, քան անձեռնմխելի nZVI-ն: Բացի այդ, նկ. 6B-ը ցույց է տալիս, որ rGO/nZVI և nZVI կոմպոզիտների կլանման հզորությունը 9,4 մգ/գ-ից աճել է մինչև 30 մգ/գ և 9 մգ/գ, համապատասխանաբար, սկզբնական կոնցենտրացիայի աճով 25-100 մգ/լ-ից: -1,1-ից 28,73 մգ գ-1: Հետևաբար, DC-ի հեռացման արագությունը բացասաբար էր փոխկապակցված DC-ի սկզբնական կոնցենտրացիայի հետ, ինչը պայմանավորված էր ռեակցիայի կենտրոնների սահմանափակ քանակով, որոնք ապահովված էին յուրաքանչյուր adsorbent-ի կողմից լուծույթում DC-ի կլանման և հեռացման համար: Այսպիսով, այս արդյունքներից կարելի է եզրակացնել, որ rGO/nZVI կոմպոզիտներն ունեն կլանման և նվազեցման ավելի բարձր արդյունավետություն, իսկ rGO/nZVI բաղադրության մեջ rGO-ն կարող է օգտագործվել և՛ որպես ներծծող, և՛ որպես կրող նյութ:
Հեռացման արդյունավետությունը և DC-ի կլանման հզորությունը rGO/nZVI և nZVI կոմպոզիտների համար եղել են (A, B) [Co = 25 մգ l-1–100 մգ լ-1, T = 25 °C, դոզան = 0,05 գ], pH: ադսորբցիոն հզորության և DC-ի հեռացման արդյունավետության վրա rGO/nZVI կոմպոզիտների վրա (C) [Co = 50 մգ L–1, pH = 3–11, T = 25°C, դոզան = 0,05 գ]:
Լուծույթի pH-ը կարևոր գործոն է կլանման գործընթացների ուսումնասիրության համար, քանի որ այն ազդում է ներծծվող նյութի իոնացման, տեսակավորման և իոնացման աստիճանի վրա: Փորձն իրականացվել է 25°C ջերմաստիճանում մշտական ​​կլանիչ դոզանով (0,05 գ) և 50 մգ L-1 սկզբնական կոնցենտրացիայով pH միջակայքում (3–11): Համաձայն գրականության ակնարկի46, DC-ն ամֆիֆիլային մոլեկուլ է՝ մի քանի իոնացնող ֆունկցիոնալ խմբերով (ֆենոլներ, ամինո խմբեր, սպիրտներ) տարբեր pH մակարդակներում: Արդյունքում, DC-ի տարբեր գործառույթները և հարակից կառուցվածքները rGO/nZVI կոմպոզիտային մակերևույթի վրա կարող են փոխազդել էլեկտրաստատիկ կերպով և կարող են գոյություն ունենալ որպես կատիոններ, զվիտերիոններ և անիոններ, իսկ DC մոլեկուլը գոյություն ունի որպես կատիոն (DCH3+) pH <3.3-ում: Ցվիտերիոնիկ (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 և անիոնային (DCH− կամ DC2−) PH 7,7-ում։ Արդյունքում, DC-ի տարբեր գործառույթները և հարակից կառուցվածքները rGO/nZVI կոմպոզիտային մակերևույթի վրա կարող են փոխազդել էլեկտրաստատիկ կերպով և կարող են գոյություն ունենալ որպես կատիոններ, զվիտերիոններ և անիոններ, իսկ DC մոլեկուլը գոյություն ունի որպես կատիոն (DCH3+) pH <3.3-ում: Ցվիտերիոնիկ (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 և անիոնային (DCH- կամ DC2-) PH 7.7-ում: В результа различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI може да взаимодействовать электростатически и може существовать в катионов, цвиттер-ионов, катионов, цвиттер-ионов и ани при рН < 3,3, цвитер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- կամ DC2-) при pH 7,7: Արդյունքում, rGO/nZVI կոմպոզիտի մակերևույթի վրա DC-ի և հարակից կառույցների տարբեր գործառույթները կարող են փոխազդել էլեկտրաստատիկ կերպով և կարող են գոյություն ունենալ կատիոնների, զվիտերիոնների և անիոնների տեսքով. DC մոլեկուլը գոյություն ունի որպես կատիոն (DCH3+) pH < 3,3; իոնային (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 և անիոնային (DCH- կամ DC2-) pH 7.7-ում:因此，DC 的各种功能和rGO/nZVI 复合材料表面的相关结构可能会发生静电表面的相关结构可能会发生静电表面的相关结构可能会发生静电蛜盜会阳离子、两性离子和阴离子的形式存在，DC 分子在pH < 3.3 时以阳离子(DCH3+)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 种 功能 和 和 和 相关 结构 可能 会 发生 静电 并 可能 可能 会 性 静电 并 可能 阳离子 两 性 和 阴 离子 形式 ,, DC 分子 在 pH <33 时 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 (dch3 +) 形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7.7։ Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI կարող է вступать в электростатические взаимодействия и существовать в катионов, цвиттер-иновыл, катионов и молеков. ДЦГ3+) при рН < 3,3. Հետևաբար, DC-ի և հարակից կառույցների տարբեր գործառույթները rGO/nZVI կոմպոզիտային մակերևույթի վրա կարող են մտնել էլեկտրաստատիկ փոխազդեցության մեջ և գոյություն ունենալ կատիոնների, զվիտերիոնների և անիոնների տեսքով, մինչդեռ DC մոլեկուլները կատիոնային են (DCH3+) pH<3.3-ում: On suщestvuet в виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 և անիոնա (DCH- կամ DC2-) և pH 7,7: Այն գոյություն ունի որպես զվիտերիոն (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 և անիոն (DCH- կամ DC2-) pH 7,7:3-ից 7-ի pH-ի բարձրացման դեպքում DC-ի հեռացման կլանման հզորությունը և արդյունավետությունը 11,2 մգ/գ-ից (56%) աճել են մինչև 17 մգ/գ (85%) (նկ. 6C): Այնուամենայնիվ, երբ pH-ն ավելացավ մինչև 9 և 11, կլանման հզորությունը և հեռացման արդյունավետությունը որոշ չափով նվազեց՝ համապատասխանաբար 10,6 մգ/գ-ից (53%) մինչև 6 մգ/գ (30%): 3-ից 7-ի pH-ի բարձրացմամբ DC-ները հիմնականում գոյություն են ունեցել զվիտերիոնների տեսքով, ինչը նրանց դարձնում է գրեթե ոչ էլեկտրաստատիկ ձգում կամ վանում rGO/nZVI կոմպոզիտներով, հիմնականում էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությամբ: Քանի որ pH-ը 8.2-ից բարձրանում էր, ադսորբենտի մակերեսը բացասաբար էր լիցքավորվում, այդպիսով կլանման հզորությունը նվազեց և նվազեց՝ բացասական լիցքավորված դոքսիցիկլինի և ադսորբենտի մակերևույթի միջև էլեկտրաստատիկ վանման պատճառով: Այս միտումը ցույց է տալիս, որ rGO/nZVI կոմպոզիտների վրա DC-ի կլանումը մեծապես կախված է pH-ից, և արդյունքները նաև ցույց են տալիս, որ rGO/nZVI կոմպոզիտները հարմար են որպես ադսորբենտներ թթվային և չեզոք պայմաններում:
Ջերմաստիճանի ազդեցությունը DC-ի ջրային լուծույթի կլանման վրա իրականացվել է (25–55°C): Գծապատկեր 7Ա ցույց է տալիս ջերմաստիճանի բարձրացման ազդեցությունը DC հակաբիոտիկների հեռացման արդյունավետության վրա rGO/nZVI-ի վրա, պարզ է, որ հեռացման հզորությունը և կլանման հզորությունը 83,44%-ից և 13,9 մգ/գ-ից աճել է մինչև 47% և 7,83 մգ/գ: , համապատասխանաբար։ Այս զգալի նվազումը կարող է պայմանավորված լինել DC իոնների ջերմային էներգիայի ավելացմամբ, ինչը հանգեցնում է կլանման47:
Ջերմաստիճանի ազդեցությունը CD-ի հեռացման արդյունավետության և կլանման հզորության վրա rGO/nZVI կոմպոզիտների վրա (A) [Co = 50 մգ L–1, pH = 7, դոզան = 0,05 գ], ադսորբենտի դոզան հեռացման արդյունավետության վրա և CD-ի հեռացման արդյունավետությունը: Նախնական կոնցենտրացիան ադսորբցիոն հզորության և DC-ի հեռացման արդյունավետության վրա rGO/nSVI կոմպոզիտի վրա (B) [Co = 50 մգ L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 մգ L–1, pH = 7, T = 25 °C, դոզան = 0,05 գ]:
Կոմպոզիտային adsorbent rGO/nZVI-ի 0,01 գ-ից մինչև 0,07 գ դոզան ավելացնելու ազդեցությունը հեռացման արդյունավետության և կլանման հզորության վրա ներկայացված է Նկ. 7Բ. Ադսորբենտի չափաբաժնի ավելացումը հանգեցրեց կլանման հզորության նվազմանը 33,43 մգ/գ-ից մինչև 6,74 մգ/գ: Այնուամենայնիվ, ադսորբենտի դոզան 0,01 գ-ից մինչև 0,07 գ ավելացնելով, հեռացման արդյունավետությունը բարձրանում է 66,8%-ից մինչև 96%, ինչը, համապատասխանաբար, կարող է կապված լինել նանոկոմպոզիտային մակերեսի վրա ակտիվ կենտրոնների քանակի ավելացման հետ:
Ուսումնասիրվել է սկզբնական կոնցենտրացիայի ազդեցությունը կլանման հզորության և հեռացման արդյունավետության վրա [25–100 մգ L-1, 25°C, pH 7, դոզան 0,05 գ]: Երբ նախնական կոնցենտրացիան բարձրացվեց 25 մգ L-1-ից մինչև 100 մգ L-1, rGO/nZVI կոմպոզիտի հեռացման տոկոսը նվազեց 94,6%-ից մինչև 65% (նկ. 7C), հավանաբար ցանկալի ակտիվի բացակայության պատճառով: կայքեր. . Ներծծում է DC49-ի մեծ կոնցենտրացիաներ: Մյուս կողմից, սկզբնական կոնցենտրացիայի աճով, կլանման հզորությունը նույնպես ավելացել է 9,4 մգ/գ-ից մինչև 30 մգ/գ մինչև հավասարակշռության հասնելը (նկ. 7D): Այս անխուսափելի ռեակցիան պայմանավորված է շարժիչ ուժի ավելացմամբ, որի սկզբնական DC կոնցենտրացիան ավելի մեծ է, քան DC իոնային զանգվածի փոխանցման դիմադրությունը, որպեսզի հասնի rGO/nZVI կոմպոզիտային մակերևույթին 50:
Կոնտակտային ժամանակը և կինետիկ ուսումնասիրությունները նպատակ ունեն հասկանալ կլանման հավասարակշռության ժամանակը: Նախ, շփման ժամանակի առաջին 40 րոպեների ընթացքում ներծծված DC-ի քանակը մոտավորապես ամբողջ ժամանակի (100 րոպե) կլանված ընդհանուր քանակի կեսն էր: Մինչև լուծույթում գտնվող DC մոլեկուլները բախվում են, ինչը հանգեցնում է նրանց արագ գաղթի դեպի rGO/nZVI կոմպոզիտի մակերես, ինչը հանգեցնում է զգալի կլանման: 40 րոպեից հետո DC-ի կլանումը աստիճանաբար և դանդաղ աճեց, մինչև հավասարակշռությունը հասավ 60 րոպե հետո (նկ. 7D): Քանի որ ողջամիտ քանակությունը կլանվում է առաջին 40 րոպեների ընթացքում, ավելի քիչ բախումներ կլինեն DC մոլեկուլների հետ և ավելի քիչ ակտիվ տեղամասեր հասանելի կլինեն ոչ կլանված մոլեկուլների համար: Հետևաբար, կլանման մակարդակը կարող է կրճատվել51:
Ադսորբցիոն կինետիկան ավելի լավ հասկանալու համար օգտագործվել են կեղծ առաջին կարգի (նկ. 8Ա), կեղծ երկրորդ կարգի (նկ. 8Բ) և Էլովիչի (նկ. 8Գ) կինետիկ մոդելների գծային գծագրեր: Կինետիկ ուսումնասիրություններից ստացված պարամետրերից (Աղյուսակ S1) պարզ է դառնում, որ կեղծվայրկյանական մոդելը լավագույն մոդելն է ադսորբցիոն կինետիկայի նկարագրության համար, որտեղ R2 արժեքը սահմանված է ավելի բարձր, քան մյուս երկու մոդելներում: Նմանություն կա նաև հաշվարկված կլանման հզորությունների միջև (qe, cal): Կեղծ երկրորդ կարգը և փորձարարական արժեքները (qe, exp.) լրացուցիչ ապացույց են, որ կեղծ երկրորդ կարգը ավելի լավ մոդել է, քան մյուս մոդելները: Ինչպես ցույց է տրված Աղյուսակ 1-ում, α (նախնական կլանման արագություն) և β (դեսորբցման հաստատուն) արժեքները հաստատում են, որ կլանման արագությունը ավելի բարձր է, քան կլանման արագությունը, ինչը ցույց է տալիս, որ DC-ն հակված է արդյունավետորեն կլանվել rGO/nZVI52 կոմպոզիտում: .
Կեղծ երկրորդ կարգի (A), կեղծ առաջին կարգի (B) և Էլովիչի (C) գծային ադսորբցիոն կինետիկ սյուժեները [Co = 25–100 մգ լ–1, pH = 7, T = 25 °C, դոզան = 0,05 գ ].
Ադսորբցիոն իզոթերմների ուսումնասիրությունները օգնում են որոշել ադսորբենտի (RGO/nRVI կոմպոզիտ) կլանման կարողությունը տարբեր ադսորբացիոն կոնցենտրացիաների (DC) և համակարգի ջերմաստիճաններում: Առավելագույն կլանման հզորությունը հաշվարկվել է օգտագործելով Լանգմյուիրի իզոթերմը, որը ցույց է տալիս, որ ադսորբցիան ​​միատարր է և ներառում է ներծծվող նյութի մակերևույթի վրա ադսորբացիոն միաշերտի ձևավորում՝ առանց դրանց միջև փոխազդեցության53: Երկու այլ լայնորեն կիրառվող իզոթերմ մոդելներ են Ֆրեյնդլիխը և Թեմկինը: Չնայած Ֆրեյնդլիխի մոդելը չի ​​օգտագործվում կլանման հզորությունը հաշվարկելու համար, այն օգնում է հասկանալ կլանման տարասեռ գործընթացը, և որ ադսորբենտի վրա թափուր տեղերը տարբեր էներգիա ունեն, մինչդեռ Թեմկինի մոդելն օգնում է հասկանալ կլանման ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները54:
9A-C նկարները ցույց են տալիս համապատասխանաբար Langmuir, Freindlich և Temkin մոդելների գծային սյուժեները: R2 արժեքները, որոնք հաշվարկված են Freundlich (Նկար 9A) և Langmuir (Նկար 9B) գծային գծապատկերներից և ներկայացված են Աղյուսակ 2-ում, ցույց են տալիս, որ DC-ի կլանումը rGO/nZVI կոմպոզիտում հետևում է Freundlich (0,996) և Langmuir (0,988) իզոթերմին: մոդելներ և Թեմկին (0,985): Առավելագույն կլանման հզորությունը (qmax), որը հաշվարկվել է Լանգմյուիրի իզոթերմային մոդելի միջոցով, եղել է 31,61 մգ գ-1: Բացի այդ, անչափ տարանջատման գործակցի (RL) հաշվարկված արժեքը գտնվում է 0-ի և 1-ի միջև (0,097), ինչը ցույց է տալիս կլանման բարենպաստ գործընթաց: Հակառակ դեպքում, հաշվարկված Freundlich հաստատունը (n = 2.756) ցույց է տալիս նախապատվությունը այս կլանման գործընթացին: Համաձայն Տեմկինի իզոթերմի գծային մոդելի (նկ. 9C), DC-ի կլանումը rGO/nZVI կոմպոզիտում ֆիզիկական կլանման գործընթաց է, քանի որ b-ը ˂ 82 կՋ մոլ-1 (0,408)55 է: Թեև ֆիզիկական ադսորբցիան ​​սովորաբար միջնորդվում է վան դեր Վալսի թույլ ուժերի կողմից, ուղղակի հոսանքի կլանումը rGO/nZVI կոմպոզիտների վրա պահանջում է ցածր կլանման էներգիա [56, 57]:
Freundlich (A), Langmuir (B) և Temkin (C) գծային կլանման իզոթերմներ [Co = 25–100 մգ L–1, pH = 7, T = 25 °C, դոզան = 0,05 գ]: RGO/nZVI կոմպոզիտների կողմից DC-ի կլանման համար van't Hoff հավասարման պատկերը (D) [Co = 25–100 մգ լ-1, pH = 7, T = 25–55 °C և դոզան = 0,05 գ]:
Արձագանքի ջերմաստիճանի փոփոխության ազդեցությունը rGO/nZVI կոմպոզիտներից DC-ի հեռացման վրա գնահատելու համար հավասարումներից հաշվարկվել են թերմոդինամիկական պարամետրեր, ինչպիսիք են էնտրոպիայի փոփոխությունը (ΔS), էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH) և ազատ էներգիայի փոփոխությունը (ΔG): 3 և 458:
որտեղ \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – թերմոդինամիկական հավասարակշռության հաստատուն, Ce և CAe – rGO լուծույթում, համապատասխանաբար /nZVI DC կոնցենտրացիաները մակերևութային հավասարակշռության պայմաններում: R-ը և RT-ն համապատասխանաբար գազի հաստատուն և կլանման ջերմաստիճանն են: ln Ke-ի գծագրումը 1/T-ի նկատմամբ տալիս է ուղիղ գիծ (նկ. 9D), որից կարելի է որոշել ∆S և ∆H:
Բացասական ΔH արժեքը ցույց է տալիս, որ գործընթացը էկզոթերմիկ է: Մյուս կողմից, ΔH արժեքը գտնվում է ֆիզիկական կլանման գործընթացում: Աղյուսակ 3-ի բացասական ΔG արժեքները ցույց են տալիս, որ կլանումը հնարավոր է և ինքնաբուխ: ΔS-ի բացասական արժեքները ցույց են տալիս ներծծող մոլեկուլների բարձր դասավորությունը հեղուկ միջերեսում (Աղյուսակ 3):
Աղյուսակ 4-ը համեմատում է rGO/nZVI կոմպոզիտը նախորդ ուսումնասիրություններում հաղորդված այլ կլանիչների հետ: Ակնհայտ է, որ VGO/nCVI կոմպոզիտը ունի բարձր կլանման կարողություն և կարող է խոստումնալից նյութ լինել DC հակաբիոտիկները ջրից հեռացնելու համար: Բացի այդ, rGO/nZVI կոմպոզիտների կլանումը արագ գործընթաց է՝ 60 րոպե հավասարակշռման ժամանակով: rGO/nZVI կոմպոզիտների հիանալի կլանման հատկությունները կարելի է բացատրել rGO-ի և nZVI-ի սիներգիստական ​​ազդեցությամբ:
Նկարներ 10A, B ցույց են տալիս DC հակաբիոտիկների հեռացման ռացիոնալ մեխանիզմը rGO/nZVI և nZVI համալիրներով: Համաձայն DC-ի կլանման արդյունավետության վրա pH-ի ազդեցության փորձերի արդյունքների, pH-ի 3-ից 7-ի բարձրացմամբ, DC-ի կլանումը rGO/nZVI կոմպոզիտի վրա չէր վերահսկվում էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությամբ, քանի որ այն գործում էր որպես զվիտերիոն. հետևաբար, pH արժեքի փոփոխությունը չի ազդել կլանման գործընթացի վրա: Հետագայում, կլանման մեխանիզմը կարող է վերահսկվել ոչ էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունների միջոցով, ինչպիսիք են ջրածնային կապը, հիդրոֆոբ էֆեկտները և π-π stacking փոխազդեցությունները rGO/nZVI կոմպոզիտի և DC66-ի միջև: Հայտնի է, որ շերտավոր գրաֆենի մակերևույթների վրա արոմատիկ ադսորբատների մեխանիզմը բացատրվել է π–π կուտակման փոխազդեցությամբ՝ որպես հիմնական շարժիչ ուժ։ Կոմպոզիտը շերտավոր նյութ է, որը նման է գրաֆենին, որի առավելագույն կլանումը 233 նմ է, շնորհիվ π-π* անցման: Ելնելով DC-ի ադսորբատի մոլեկուլային կառուցվածքում չորս անուշաբույր օղակների առկայությունից՝ մենք ենթադրեցինք, որ գոյություն ունի π-π-շարժման փոխազդեցության մեխանիզմ արոմատիկ DC-ի (π-էլեկտրոն ընդունիչ) և π-էլեկտրոններով հարուստ շրջանի միջև։ RGO մակերեսը: /nZVI կոմպոզիտներ. Բացի այդ, ինչպես ցույց է տրված նկ. 10B, FTIR ուսումնասիրություններ են իրականացվել՝ ուսումնասիրելու rGO/nZVI կոմպոզիտների մոլեկուլային փոխազդեցությունը DC-ի հետ, իսկ rGO/nZVI կոմպոզիտների FTIR սպեկտրները DC-ի կլանումից հետո ներկայացված են Նկար 10B-ում: 10բ. 2111 սմ-1-ում դիտվում է նոր գագաթ, որը համապատասխանում է C=C կապի շրջանակային թրթիռին, որը ցույց է տալիս համապատասխան օրգանական ֆունկցիոնալ խմբերի առկայությունը 67 rGO/nZVI մակերեսի վրա։ Մյուս գագաթները տեղափոխվում են 1561-ից 1548 սմ-1 և 1399-ից 1360 սմ-1, ինչը նույնպես հաստատում է, որ π-π փոխազդեցությունները կարևոր դեր են խաղում գրաֆենի և օրգանական աղտոտիչների կլանման գործում68,69: DC adsorption-ից հետո թթվածին պարունակող որոշ խմբերի ինտենսիվությունը, ինչպիսին OH-ն է, նվազել է մինչև 3270 սմ-1, ինչը ենթադրում է, որ ջրածնային կապը կլանման մեխանիզմներից մեկն է: Այսպիսով, արդյունքների հիման վրա DC-ի կլանումը rGO/nZVI կոմպոզիտում հիմնականում տեղի է ունենում π-π stacking փոխազդեցությունների և H- կապերի շնորհիվ:
DC հակաբիոտիկների կլանման ռացիոնալ մեխանիզմ rGO/nZVI և nZVI համալիրներով (A): DC-ի FTIR կլանման սպեկտրները rGO/nZVI և nZVI (B) վրա:
nZVI-ի կլանման գոտիների ինտենսիվությունը 3244, 1615, 1546 և 1011 սմ–1-ում աճել է nZVI-ի վրա DC-ի կլանումից հետո (Նկար 10B)՝ համեմատած nZVI-ի հետ, որը պետք է կապված լինի կարբոքսիլաթթվի հնարավոր ֆունկցիոնալ խմբերի հետ փոխազդեցության հետ։ O խմբեր DC-ում: Այնուամենայնիվ, բոլոր դիտարկված տիրույթներում փոխանցման այս ցածր տոկոսը ցույց է տալիս, որ ֆիտոսինթետիկ ադսորբենտի (nZVI) կլանման արդյունավետության որևէ էական փոփոխություն չկա՝ համեմատած nZVI-ի հետ մինչև կլանման գործընթացը: Համաձայն nZVI71-ի հետ DC-ի հեռացման որոշ հետազոտության, երբ nZVI-ն արձագանքում է H2O-ի հետ, էլեկտրոններն ազատվում են, այնուհետև H+-ն օգտագործվում է բարձր վերականգնվող ակտիվ ջրածին արտադրելու համար: Վերջապես, որոշ կատիոնային միացություններ ընդունում են էլեկտրոններ ակտիվ ջրածնից, ինչի արդյունքում ստացվում է -C=N և -C=C-, որը վերագրվում է բենզոլային օղակի պառակտմանը։