Mèsi paske w vizite Nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a gen sipò CSS limite. Pou pi bon eksperyans, nou rekòmande pou w sèvi ak yon navigatè ki ajou (oswa enfim mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinye, nou pral rann sit la san estil ak JavaScript.
Nan travay sa a, konpoze rGO/nZVI yo te sentèz la pou premye fwa lè l sèvi avèk yon pwosedi senp ak zanmitay anviwònman an lè l sèvi avèk ekstrè fèy Sophora jòn kòm yon ajan rediksyon ak estabilize konfòme li avèk prensip chimi "vèt", tankou sentèz chimik mwens danjere. Plizyè zouti yo te itilize pou valide sentèz siksè nan konpoze, tankou SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, ak zeta potansyèl, ki endike siksè fabwikasyon konpoze. Kapasite pou retire nouvo konpoze yo ak nZVI pi bon kalite nan plizyè konsantrasyon kòmanse nan doxycycline antibyotik la te konpare pou mennen ankèt sou efè sinèrjetik ant rGO ak nZVI. Anba kondisyon yo retire nan 25mg L-1, 25 ° C ak 0.05g, pousantaj la retire adsorptive nan nZVI pi bon kalite te 90%, pandan y ap pousantaj la retire adsorptive nan doxycycline pa konpoze an rGO / nZVI te rive nan 94.6%, ki konfime ke nZVI ak rGO . Pwosesis adsorption la koresponn ak yon pseudo-dezyèm lòd epi li an bon akò ak modèl Freundlich ak yon kapasite maksimòm adsorption 31.61 mg g-1 nan 25 °C ak pH 7. Yo te pwopoze yon mekanis rezonab pou retire DC. Anplis de sa, réutilisabilité nan konpoze rGO/nZVI la te 60% apre sis sik rejenerasyon youn apre lòt.
Rare dlo ak polisyon se kounye a yon menas grav pou tout peyi yo. Nan dènye ane yo, polisyon dlo, espesyalman polisyon antibyotik, te ogmante akòz ogmante pwodiksyon ak konsomasyon pandan pandemi COVID-191,2,3. Se poutèt sa, devlopman yon teknoloji efikas pou eliminasyon antibyotik nan dlo ize se yon travay ijan.
Youn nan antibyotik ki reziste semi-sentetik ki soti nan gwoup tetracycline se doxycycline (DC) 4,5. Li te rapòte ke DC résidus nan dlo anba tè ak dlo sifas yo pa ka metabolize, se sèlman 20-50% yo metabolize ak rès la se lage nan anviwònman an, sa ki lakòz pwoblèm anviwònman ak sante grav6.
Ekspozisyon nan DC nan nivo ki ba ka touye mikwo-òganis fotosentetik akwatik, menase pwopagasyon bakteri antimikwòb, ak ogmante rezistans antimikwòb, kidonk kontaminan sa a dwe retire nan dlo ize. Degradasyon natirèl DC nan dlo se yon pwosesis trè dousman. Pwosesis fizik-chimik tankou fotoliz, biodegradasyon ak adsorption ka sèlman degrade nan konsantrasyon ki ba ak nan to ki ba anpil7,8. Sepandan, metòd ki pi ekonomik, senp, zanmitay anviwònman an, fasil okipe ak efikas se adsorption9,10.
Nano zero valent iron (nZVI) se yon materyèl trè pwisan ki ka retire anpil antibyotik nan dlo, tankou metronidazol, dyazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol, ak tetracycline. Kapasite sa a se akòz pwopriyete yo etonan ke nZVI genyen, tankou gwo reyaksyon, gwo sifas, ak anpil sit obligatwa ekstèn11. Sepandan, nZVI gen tandans fè agrégation nan medya akeuz akòz fòs van der Wells ak gwo pwopriyete mayetik, ki diminye efikasite li yo nan retire kontaminan akòz fòmasyon nan kouch oksid ki anpeche reyaksyon nan nZVI10,12. Ka aglomerasyon nan patikil nZVI yo ka redwi lè yo modifye sifas yo ak surfactants ak polymères oswa lè yo konbine yo ak lòt nanomateryèl nan fòm konpoze, ki te pwouve yo dwe yon apwòch solid pou amelyore estabilite yo nan anviwònman an13,14.
Grafèn se yon nanomateryèl kabòn ki genyen de dimansyon ki fòme ak atòm kabòn sp2-ibrid ki ranje nan yon lasi siwo myèl. Li gen yon gwo sifas, fòs mekanik enpòtan, aktivite elektwokatalitik ekselan, konduktiviti tèmik segondè, mobilite elèktron vit, ak yon materyèl konpayi asirans apwopriye pou sipòte nanopartikil inòganik sou sifas li yo. Konbinezon nan nanopartikul metal ak grafèn ka depase benefis endividyèl chak materyèl epi, akòz pwopriyete siperyè fizik ak chimik li yo, bay yon distribisyon optimal nan nanopartikil pou tretman dlo pi efikas.
Ekstrè plant yo se pi bon altènatif nan ajan rediksyon chimik danjere yo itilize souvan nan sentèz oksid grafèn redwi (rGO) ak nZVI paske yo disponib, pa chè, yon etap, san danje pou anviwònman an, epi yo ka itilize kòm ajan rediksyon. tankou flavonoid ak konpoze fenolik tou aji kòm yon estabilize. Se poutèt sa, Atriplex halimus L. ekstrè fèy yo te itilize kòm yon ajan reparasyon ak fèmen pou sentèz konpoze rGO / nZVI nan etid sa a. Atriplex halimus ki soti nan fanmi Amaranthaceae se yon ti touf bwa kontinuèl ki renmen nitwojèn ak yon ranje jeyografik lajè16.
Dapre literati ki disponib, Atriplex halimus (A. halimus) te premye itilize pou fè konpoze rGO / nZVI kòm yon metòd sentèz ekonomik ak zanmitay anviwònman an. Kidonk, objektif travay sa a konsiste de kat pati: (1) fitosentèz rGO/nZVI ak konpoze nZVI paran yo lè l sèvi avèk ekstrè fèy akwatik A. halimus, (2) karakterizasyon fitosentèz konpoze lè l sèvi avèk plizyè metòd pou konfime fabwikasyon siksè yo, (3) ) etidye efè sinèrjetik rGO ak nZVI nan adsorption ak retire kontaminan òganik nan antibyotik doxycycline anba diferan paramèt reyaksyon, optimize kondisyon yo nan pwosesis adsorption, (3) envestige materyèl konpoze nan divès tretman kontinyèl apre sik pwosesis la.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, fòmil chimik C22H24N2O·HCl, 98%), klori fè hexahydrate (FeCl3.6H2O, 97%), poud grafit achte nan Sigma-Aldrich, USA. Idwoksid sodyòm (NaOH, 97%), etanòl (C2H5OH, 99.9%) ak asid idroklorik (HCl, 37%) te achte nan men Merck, USA. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 ak MgCl2 yo te achte nan men Tianjin Comio Chemical Reagent co, Ltd Tout reyaktif yo nan pite analyse segondè. Yo te itilize dlo doub distile pou prepare tout solisyon akeuz yo.
Yo te ranmase espesimèn reprezantan A. halimus nan abita natirèl yo nan Delta Nil la ak tè sou kòt Mediterane a nan peyi Lejip la. Materyèl plant yo te ranmase an akò ak direktiv nasyonal ak entènasyonal aplikab yo17. Pwofesè Manal Fawzi te idantifye espesimèn plant dapre Boulos18, ak Depatman Syans Anviwònman nan Inivèsite Alexandria otorize koleksyon espès plant etidye pou rezon syantifik. Egzanp bon yo fèt nan Tanta University Herbarium (TANE), bon n. 14 122–14 127, yon èrbyòm piblik ki bay aksè a materyèl depoze yo. Anplis de sa, pou retire pousyè oswa pousyè tè, koupe fèy yo nan plant la an ti moso, rense 3 fwa ak tiyo ak dlo distile, ak Lè sa a, sèk nan 50 ° C. Yo te kraze plant la, yo te benyen 5 g nan poud amann nan 100 ml dlo distile ak brase nan 70 ° C pou 20 minit pou jwenn yon ekstrè. Ekstrè yo jwenn nan Bacillus nicotianae te filtre nan papye filtre Whatman epi estoke nan tib pwòp ak esterilize nan 4 ° C pou plis itilize.
Jan yo montre nan Figi 1, GO a te fè soti nan poud grafit pa metòd Hummers modifye. 10 mg poud GO te gaye nan 50 ml dlo deyonize pou 30 min anba sonication, ak Lè sa a, 0.9 g nan FeCl3 ak 2.9 g nan NaAc yo te melanje pou 60 min. 20 ml ekstrè fèy atriplex te ajoute nan solisyon an brase ak brase epi kite nan 80 ° C pou 8 èdtan. Sispansyon nwa ki te lakòz yo te filtre. Nanocomposites yo te prepare yo te lave ak etanòl ak dlo bidistilled ak Lè sa a, seche nan yon fou vakyòm nan 50 ° C pou 12 èdtan.
Foto chematik ak dijital nan sentèz vèt nan konplèks rGO/nZVI ak nZVI ak retire antibyotik DC nan dlo ki kontamine lè l sèvi avèk ekstrè Atriplex halimus.
Yon ti tan, jan yo montre nan Fig. 1, 10 ml nan yon solisyon klori fè ki gen 0.05 M Fe3 + iyon yo te ajoute gout nan 20 ml nan yon solisyon ekstrè fèy anmè pou 60 minit ak chofaj modere ak vibran, ak Lè sa a, solisyon an te santrifuje nan. 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) pou 15 min bay patikil nwa, ki te Lè sa a, lave 3 fwa ak etanòl ak dlo distile ak Lè sa a, seche nan yon fou vakyòm nan 60 ° C. lannwit lan.
Plant-sentèz rGO / nZVI ak nZVI konpoze yo te karakterize pa UV-vizib spèktroskopi (T70 / T80 seri UV / Vis spectrophotometers, PG Instruments Ltd, UK) nan seri a optik nan 200-800 nm. Pou analize topografi ak distribisyon gwosè konpoze rGO/nZVI ak nZVI, yo te itilize espektroskopi TEM (JOEL, JEM-2100F, Japon, akselere vòltaj 200 kV). Pou evalye gwoup fonksyonèl yo ki ka patisipe nan ekstrè plant ki responsab pou pwosesis rekiperasyon an ak estabilizasyon, yo te pote espektroskopi FT-IR (JASCO spectrometer nan seri 4000-600 cm-1). Anplis de sa, yo te itilize yon analizeur zeta potansyèl (Zetasizer Nano ZS Malvern) pou etidye chaj sifas nan nanomateryo sentèz yo. Pou mezi difraksyon X-ray nan nanomateryèl an poud, yo te itilize yon difraktomèt radyografi (X'PERT PRO, Netherlands), opere nan yon kouran (40 mA), vòltaj (45 kV) nan ranje 2θ ant 20 ° ak 80. ° ak radyasyon CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). Enèji dispersive X-ray spectrometer (EDX) (modèl JEOL JSM-IT100) te responsab pou etidye konpozisyon elemantè a lè kolekte Al K-α reyon X monokromatik soti nan -10 a 1350 eV sou XPS, gwosè plas 400 μm K-ALPHA. (Thermo Fisher Scientific, USA) enèji transmisyon nan spectre konplè a se 200 eV ak spectre etwat la se 50 eV. Se echantiyon an poud bourade sou yon detantè echantiyon, ki mete nan yon chanm vakyòm. Yo te itilize spectre C 1 s kòm yon referans nan 284.58 eV pou detèmine enèji obligatwa a.
Eksperyans adsorption yo te pote soti pou teste efikasite nan nanocomposites rGO/nZVI sentèz yo nan retire doxycycline (DC) nan solisyon akeuz. Eksperyans adsorption yo te fèt nan flakon Erlenmeyer 25 ml nan yon vitès souke 200 rpm sou yon shaker òbital (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) nan 298 K. Pa dilye solisyon an stock DC (1000 ppm) ak dlo bidistilled. Pou evalye efè dòz rGO/nSVI a sou efikasite adsorption, yo te ajoute nanokonpoze nan diferan pwa (0.01-0.07 g) nan 20 ml solisyon DC. Pou etidye sinetik yo ak izotèm adsorption, yo te benyen 0.05 g nan adsorban nan yon solisyon akeuz nan CD ak premye konsantrasyon (25-100 mg L-1). Efè pH sou retire DC te etidye nan pH (3-11) ak yon premye konsantrasyon 50 mg L-1 nan 25 ° C. Ajiste pH sistèm nan lè w ajoute yon ti kantite solisyon HCl oswa NaOH (Crison pH mèt, pH mèt, pH 25). Anplis de sa, enfliyans nan tanperati reyaksyon sou eksperyans adsorption nan seri a nan 25-55 ° C te envestige. Yo te etidye efè fòs iyonik sou pwosesis adsorption lè yo ajoute konsantrasyon divès kalite NaCl (0.01-4 mol L-1) nan yon premye konsantrasyon DC nan 50 mg L-1, pH 3 ak 7), 25 ° C, ak yon dòz adsorban 0.05 g. Yo te mezire adsorption DC ki pa adsorbe lè l sèvi avèk yon espektrofotomètr UV-Vis doub gwo bout bwa (seri T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) ekipe ak kivèt kwatz longè 1.0 cm nan longèdonn maksimòm (λmax) nan 270 ak 350 nm. Pousantaj retire antibyotik DC (R%; Eq. 1) ak kantite adsorption DC, qt, Eq. 2 (mg/g) yo te mezire lè l sèvi avèk ekwasyon sa a.
kote % R se kapasite pou retire DC (%), Co se konsantrasyon DC inisyal la nan tan 0, ak C se konsantrasyon DC nan tan t, respektivman (mg L-1).
kote qe se kantite DC adsorbed pou chak inite mas adsorban an (mg g-1), Co ak Ce se konsantrasyon yo nan tan zewo ak nan ekilib, respektivman (mg l-1), V se volim solisyon an (l) , ak m se reyaktif mas adsorption (g).
Imaj SEM (figi. 2A–C) montre mòfoloji lamellar nan konpoze rGO/nZVI ak nanopartikul fè esferik ki gaye inifòm sou sifas li yo, ki endike siksè atachman nZVI NPs nan sifas rGO. Anplis de sa, gen kèk ondilasyon nan fèy rGO a, ki konfime retire gwoup ki gen oksijèn ansanm ak restorasyon A. halimus GO. Gwo ondilasyon sa yo aji kòm sit pou chaje aktif nan NP fè. Imaj nZVI (Fig. 2D-F) te montre ke NP yo fè esferik yo te trè gaye epi yo pa t 'total, ki se akòz nati a kouch nan eleman yo botanik nan ekstrè nan plant. Gwosè patikil la varye nan 15-26 nm. Sepandan, kèk rejyon gen yon mòfoloji mesoporous ak yon estrikti nan bulges ak kavite, ki ka bay yon gwo kapasite adsorption efikas nan nZVI, depi yo ka ogmante posiblite pou pyèj molekil DC sou sifas nZVI. Lè yo te itilize ekstrè Rosa Damas la pou sentèz nZVI, NP yo te jwenn yo te inomojèn, ak vid ak diferan fòm, ki te redwi efikasite yo nan adsorption Cr(VI) ak ogmante tan reyaksyon an 23 . Rezilta yo konsistan ak nZVI sentèz soti nan pye bwadchenn ak fèy sikomò, ki se sitou nanopartikul esferik ak gwosè nanomèt divès kalite san aglomerasyon evidan.
Imaj SEM nan konpoze rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) ak modèl EDX nan konpoze nZVI/rGO (G) ak nZVI (H).
Konpozisyon elemantè rGO/nZVI ak nZVI konpoze plant-sentèz te etidye lè l sèvi avèk EDX (Fig. 2G, H). Etid yo montre ke nZVI konpoze de kabòn (38.29% pa mas), oksijèn (47.41% pa mas) ak fè (11.84% pa mas), men lòt eleman tankou fosfò24 yo prezan tou, ki ka jwenn nan ekstrè plant. Anplis de sa, pousantaj segondè nan kabòn ak oksijèn se akòz prezans nan phytochemicals soti nan ekstrè plant nan echantiyon nZVI anba tè. Eleman sa yo distribye respire sou rGO men nan diferan rapò: C (39.16 wt%), O (46.98 wt%) ak Fe (10.99 wt%), EDX rGO/nZVI montre tou prezans nan lòt eleman tankou S, ki ka asosye ak ekstrè plant, yo te itilize. Rapò aktyèl la C:O ak kontni fè nan konpoze rGO/nZVI lè l sèvi avèk A. halimus se pi bon pase lè l sèvi avèk ekstrè fèy eucalyptus la, menm jan li karakterize konpozisyon C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.% ) ak Fe (8.27 wt.%). wt %) 25. Nataša et al., 2022 rapòte yon konpozisyon elemantè menm jan an nan nZVI sentèz soti nan pye bwadchenn ak fèy sikomò ak konfime ke gwoup polifenol ak lòt molekil ki genyen nan ekstrè nan fèy yo responsab pou pwosesis la rediksyon.
Mòfoloji nZVI sentèz nan plant yo (Fig. S2A, B) te esferik ak pasyèlman iregilye, ak yon gwosè patikil mwayèn nan 23.09 ± 3.54 nm, sepandan total chèn yo te obsève akòz fòs van der Waals ak ferromagnetism. Fòm patikil prensipalman granulaire ak esferik sa a an bon akò ak rezilta SEM yo. Yon obsèvasyon menm jan an te jwenn pa Abdelfatah et al. an 2021 lè yo te itilize ekstrè fèy pwa Castor nan sentèz nZVI11. Ruelas tuberosa fèy ekstrè NP yo itilize kòm yon ajan rediksyon nan nZVI tou gen yon fòm esferik ak yon dyamèt 20 a 40 nm26.
Imaj TEM ibrid rGO/nZVI konpoze (figi S2C-D) te montre ke rGO se yon avyon fondamantal ak pli majinal ak ondilasyon ki bay plizyè sit chaje pou nZVI NPs; mòfoloji lamèl sa a konfime tou fabwikasyon siksè nan rGO. Anplis de sa, nZVI NPs gen yon fòm esferik ak gwosè patikil soti nan 5.32 a 27 nm epi yo entegre nan kouch rGO a ak yon dispèsyon prèske inifòm. Yo te itilize ekstrè fèy Eucalyptus pou fè sentèz Fe NPs / rGO; Rezilta TEM yo te konfime tou ke ondilasyon nan kouch rGO amelyore dispèsyon Fe NPs plis pase Fe NPs pi bon kalite epi ogmante reyaksyon konpoze yo. Rezilta menm jan an te jwenn pa Bagheri et al. 28 lè konpoze a te fabrike lè l sèvi avèk teknik ultrasons ak yon gwosè mwayèn nanopartikul fè apeprè 17.70 nm.
Yo montre spectre FTIR nan konpoze A. halimus, nZVI, GO, rGO, ak rGO/nZVI nan Fig. 3A. Prezans nan gwoup fonksyonèl sifas nan fèy yo nan A. halimus parèt nan 3336 cm-1, ki koresponn ak polifenol, ak 1244 cm-1, ki koresponn ak gwoup kabònil ki pwodui nan pwoteyin lan. Lòt gwoup tankou alkanes nan 2918 cm-1, alkenes nan 1647 cm-1 ak ekstansyon CO-O-CO nan 1030 cm-1 yo te tou obsève, sijere prezans nan eleman plant ki aji kòm ajan sele epi ki responsab pou rekiperasyon. soti nan Fe2+ nan Fe0 epi ale nan rGO29. An jeneral, nZVI spectre yo montre menm pik absòpsyon ak sik anmè, men ak yon pozisyon yon ti kras deplase. Yon bann entans parèt nan 3244 cm-1 ki asosye ak OH etann vibrasyon (fenol), yon pik nan 1615 koresponn ak C = C, ak bann nan 1546 ak 1011 cm-1 leve akòz etann nan C = O (polifenol ak flavonoid) , CN -gwoup nan amine aromat ak amine alifatik yo te tou obsève nan 1310 cm-1 ak 1190 cm-1, respektivman13. Spectre FTIR de GO montre pwezans anpil gwo entansite oksijèn ki gen gwoup yo, ki enkli bann alkoxy (CO) etann nan 1041 cm-1, epoksidik (CO) etann bann nan 1291 cm-1, C=O detire. yon bann C = C etann vibrations nan 1619 cm-1, yon bann nan 1708 cm-1 ak yon bann laj nan OH gwoup etann vibrasyon nan 3384 cm-1 parèt, ki se konfime pa metòd la amelyore Hummers, ki avèk siksè oksid la. pwosesis grafit. Lè w konpare rGO ak rGO/nZVI konpoze ak GO spectre, entansite kèk gwoup ki gen oksijèn, tankou OH nan 3270 cm-1, siyifikativman redwi, pandan ke lòt moun, tankou C = O nan 1729 cm-1, yo konplètman. redwi. disparèt, ki endike retire siksè nan gwoup fonksyonèl ki gen oksijèn nan GO pa ekstrè a A. halimus. Nouvo pik karakteristik byen file nan rGO nan C = C tansyon yo obsève alantou 1560 ak 1405 cm-1, ki konfime rediksyon nan GO nan rGO. Varyasyon soti nan 1043 a 1015 cm-1 ak soti nan 982 a 918 cm-1 yo te obsève, pètèt akòz enklizyon nan materyèl plant31,32. Weng et al., 2018 te obsève tou yon diminisyon enpòtan nan gwoup fonksyonèl oksijene nan GO, ki konfime fòmasyon siksè nan rGO pa byorediksyon, depi ekstrè fèy eucalyptus, ki te itilize pou fè sentèz redwi konpoze oksid grafèn fè, te montre pi pre spectre FTIR nan eleman plant. gwoup fonksyonèl. 33 .
A. FTIR spectre nan Galyòm, nZVI, rGO, GO, konpoze rGO/nZVI (A). Roentgenogrammi konpoze rGO, GO, nZVI ak rGO/nZVI (B).
Te fòmasyon nan konpoze rGO / nZVI ak nZVI lajman konfime pa modèl difraksyon X-ray (figi 3B). Yo te obsève yon gwo entansite Fe0 pik nan 2Ɵ 44.5 °, ki koresponn ak endèks (110) (JCPDS no 06-0696)11. Yon lòt pik nan 35.1 ° nan (311) avyon an atribiye nan mayetit Fe3O4, 63.2 ° ka asosye ak endèks la Miller nan avyon an (440) akòz prezans nan ϒ-FeOOH (JCPDS no 17-0536)34. Modèl radyografi GO a montre yon pik byen file nan 2Ɵ 10.3° ak yon lòt pik nan 21.1°, ki endike èksfolyasyon konplè grafit la epi mete aksan sou prezans gwoup ki gen oksijèn sou sifas GO35. Modèl konpoze de rGO ak rGO/nZVI anrejistre disparisyon nan pik karakteristik GO ak fòmasyon nan gwo pik rGO nan 2Ɵ 22.17 ak 24.7 ° pou rGO ak rGO/nZVI konpoze, respektivman, ki konfime rekiperasyon an siksè nan GO pa ekstrè plant. Sepandan, nan modèl konpoze rGO/nZVI, pik adisyonèl ki asosye ak plan lasi Fe0 (110) ak bcc Fe0 (200) yo te obsève nan 44.9\(^\circ\) ak 65.22\(^\circ\), respektivman. .
Potansyèl zeta a se potansyèl ant yon kouch iyonik tache ak sifas yon patikil ak yon solisyon akeuz ki detèmine pwopriyete elektwostatik yon materyèl epi mezire estabilite li37. Zeta analiz potansyèl de konpoze nZVI, GO, ak rGO/nZVI ki fè sentèz plant yo te montre estabilite yo akòz prezans chaj negatif nan -20.8, -22, ak -27.4 mV, respektivman, sou sifas yo, jan yo montre nan Figi S1A- C. . Rezilta sa yo ki konsistan avèk plizyè rapò ki mansyone ke solisyon ki gen patikil ak valè zeta potansyèl mwens pase -25 mV jeneralman montre yon wo degre de estabilite akòz repouse elektwostatik ant patikil sa yo. Konbinezon rGO ak nZVI pèmèt konpoze an jwenn plis chaj negatif e konsa gen pi wo estabilite pase swa GO oswa nZVI pou kont li. Se poutèt sa, fenomèn nan repouse elektwostatik ap mennen nan fòmasyon nan konpoze ki estab rGO / nZVI39. Sifas negatif GO a pèmèt li gaye respire nan yon mwayen akeuz san aglomerasyon, ki kreye kondisyon favorab pou entèraksyon ak nZVI. Chaj negatif la ka asosye ak prezans diferan gwoup fonksyonèl nan ekstrè melon anmè a, ki konfime tou entèraksyon ant GO ak précurseurs fè ak ekstrè plant la pou fòme rGO ak nZVI, respektivman, ak konplèks rGO/nZVI. Konpoze plant sa yo kapab tou aji kòm ajan capping, menm jan yo anpeche agrégation nan nanopartikil ki kapab lakòz yo epi konsa ogmante estabilite yo40.
Konpozisyon elemantè ak eta valans nZVI ak rGO/nZVI konpoze yo te detèmine pa XPS (figi 4). Etid XPS la an jeneral te montre ke konpoze rGO/nZVI a sitou konpoze de eleman C, O, ak Fe, ki konsistan avèk kat EDS la (Fig. 4F-H). Spectre C1s la konsiste de twa pik nan 284.59 eV, 286.21 eV ak 288.21 eV ki reprezante CC, CO ak C = O, respektivman. Te spectre O1s divize an twa pik, ki gen ladan 531.17 eV, 532.97 eV, ak 535.45 eV, ki te asiyen nan gwoup O = CO, CO, ak NO, respektivman. Sepandan, pik yo nan 710.43, 714.57 ak 724.79 eV refere a Fe 2p3/2, Fe + 3 ak Fe p1/2, respektivman. Spectres XPS yo nan nZVI (Fig. 4C-E) te montre pik pou eleman yo C, O, ak Fe. Pik nan 284.77, 286.25, ak 287.62 eV konfime prezans nan alyaj fè-kabòn, menm jan yo refere a CC, C-OH, ak CO, respektivman. O1s spectre koresponn ak twa pik C-O/fè carbonate (531.19 eV), hydroxyl radikal (532.4 eV) ak O-C = O (533.47 eV). Se pik la nan 719.6 atribiye a Fe0, pandan y ap FeOOH montre pik nan 717.3 ak 723.7 eV, anplis, pik la nan 725.8 eV endike prezans nan Fe2O342.43.
Etid XPS nan nZVI ak rGO / nZVI konpoze, respektivman (A, B). Tout espèk nZVI C1s (C), Fe2p (D), ak O1s (E) ak rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) konpoze.
Isotèm N2 adsorption/desorption (figi 5A, B) montre ke konpoze nZVI ak rGO/nZVI fè pati kalite II. Anplis de sa, sifas espesifik (SBET) nan nZVI ogmante soti nan 47.4549 a 152.52 m2 / g apre avegleman ak rGO. Rezilta sa a ka eksplike pa diminisyon nan pwopriyete mayetik nan nZVI apre rGO avegleman, kidonk diminye agrégation patikil ak ogmante sifas la nan konpoze yo. Anplis de sa, jan yo montre nan Fig. 5C, volim pò (8.94 nm) nan konpoze rGO / nZVI a pi wo pase sa yo ki nan nZVI orijinal la (2.873 nm). Rezilta sa a an akò ak El-Monaem et al. 45 .
Pou evalye kapasite adsorption pou retire DC ant konpoze rGO/nZVI ak nZVI orijinal la tou depann de ogmantasyon nan konsantrasyon inisyal la, yo te fè yon konparezon lè w ajoute yon dòz konstan chak adsorban (0.05 g) nan DC nan plizyè konsantrasyon inisyal. Solisyon envestige [25]. –100 mg l–1] nan 25°C. Rezilta yo te montre ke efikasite nan retire (94.6%) nan konpoze an rGO / nZVI te pi wo pase sa yo ki nan nZVI orijinal la (90%) nan yon konsantrasyon pi ba (25 mg L-1). Sepandan, lè yo te ogmante konsantrasyon nan kòmanse a 100 mg L-1, efikasite nan retire nan rGO/nZVI ak nZVI paran yo tonbe nan 70% ak 65%, respektivman (Figi 6A), ki ka akòz mwens sit aktif ak degradasyon nan nZVI patikil. Okontrè, rGO/nZVI te montre yon pi wo efikasite nan retire DC, ki ka akòz yon efè sinèrji ant rGO ak nZVI, kote ki estab sit aktif ki disponib pou adsorption yo pi wo, ak nan ka rGO/nZVI, plis. DC ka adsorbée pase nZVI entak. Anplis de sa, nan fig. 6B montre ke kapasite adsorption nan konpoze rGO/nZVI ak nZVI ogmante soti nan 9.4 mg/g a 30 mg/g ak 9 mg/g, respektivman, ak yon ogmantasyon nan konsantrasyon inisyal la soti nan 25-100 mg/L. -1.1 a 28.73 mg g-1. Se poutèt sa, pousantaj retire DC a te negatif korelasyon ak konsantrasyon DC inisyal la, ki te akòz kantite limite nan sant reyaksyon sipòte pa chak adsorbent pou adsorption ak retire DC nan solisyon. Kidonk, li ka konkli nan rezilta sa yo ke konpoze rGO / nZVI yo gen yon pi wo efikasite nan adsorption ak rediksyon, ak rGO nan konpozisyon rGO / nZVI ka itilize tou de kòm yon adsorban ak kòm yon materyèl konpayi asirans.
Efikasite retire ak kapasite adsorption DC pou konpoze rGO/nZVI ak nZVI yo te (A, B) [Co = 25 mg l-1-100 mg l-1, T = 25 °C, dòz = 0.05 g], pH. sou kapasite adsorption ak efikasite retire DC sou konpoze rGO / nZVI (C) [Co = 50 mg L-1, pH = 3-11, T = 25 ° C, dòz = 0.05 g].
Solisyon pH se yon faktè kritik nan etid la nan pwosesis adsorption, paske li afekte degre nan ionizasyon, spesyasyon, ak ionizasyon nan adsorban an. Eksperyans lan te pote soti nan 25 ° C ak yon dòz adsorban konstan (0.05 g) ak yon premye konsantrasyon nan 50 mg L-1 nan seri a pH (3-11). Dapre yon revizyon literati46, DC se yon molekil anfifil ak plizyè gwoup fonksyonèl iyonizab (fenol, gwoup amine, alkòl) nan divès nivo pH. Kòm yon rezilta, divès fonksyon DC ak estrikti ki gen rapò sou sifas konpoze rGO/nZVI ka kominike elektwostatik epi yo ka egziste kòm kasyon, zwitteryon, ak anyon, molekil DC a egziste kòm kasyonik (DCH3+) nan pH <3.3, zwitterionik (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ak anionik (DCH− oswa DC2−) nan PH 7.7. Kòm yon rezilta, divès fonksyon DC ak estrikti ki gen rapò sou sifas konpoze rGO/nZVI ka kominike elektwostatik epi yo ka egziste kòm kasyon, zwitteryon, ak anyon, molekil DC a egziste kòm kasyonik (DCH3+) nan pH <3.3, zwitterionik (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ak anionik (DCH- oswa DC2-) nan PH 7.7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могут взаимодействовать электростатически и могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в виде катиона (DCH3+) при рН < 3,3, цвиттер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Kòm yon rezilta, divès fonksyon DC ak estrikti ki gen rapò sou sifas konpoze rGO/nZVI ka kominike elektwostatik epi yo ka egziste nan fòm kasyon, zwitteryon, ak anyon; molekil DC a egziste kòm yon kation (DCH3+) nan pH < 3.3; ionik (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ak anionik (DCH- oswa DC2-) nan pH 7.7.因此，DC 的各种功能和rGO/nZVI 复合材料表面的相关结构可能会发生静电发生静电相乶静电相仺面的相关结构离子、两性离子和阴离子的形式存在，DC 分子在pH < 3.3 时以阳离子(DCH3+) 的形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH-或DC2-) 在PH 7.7。因此 ， dc 的 种 功能 和 和 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 可能 复合 材料 表面 的 相关 结构 可能 可能并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 时 阳离子 形式阳离子 (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。 Сле er w ye еские заимо| рн <3,3. Se poutèt sa, divès fonksyon DC ak estrikti ki gen rapò sou sifas konpoze rGO/nZVI ka antre nan entèraksyon elektwostatik epi egziste nan fòm kasyon, zwitteryon, ak anyon, pandan y ap molekil DC kasyonik (DCH3 +) nan pH <3.3. Он существует виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 и аниона (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Li egziste kòm yon zwitterion (DCH20) nan 3.3 < pH < 7.7 ak yon anyon (DCH- oswa DC2-) nan pH 7.7.Avèk yon ogmantasyon nan pH soti nan 3 a 7, kapasite nan adsorption ak efikasite nan retire DC ogmante soti nan 11.2 mg / g (56%) a 17 mg / g (85%) (figi 6C). Sepandan, kòm pH la ogmante a 9 ak 11, kapasite adsorption ak efikasite retire diminye yon ti jan, soti nan 10.6 mg / g (53%) a 6 mg / g (30%), respektivman. Avèk yon ogmantasyon nan pH soti nan 3 a 7, DCs sitou te egziste nan fòm lan nan zwitteryon, ki te fè yo prèske ki pa elektwostatik atire oswa repouse ak konpoze rGO / nZVI, sitou pa entèraksyon elektwostatik. Kòm pH la te ogmante pi wo pase 8.2, sifas adsorban an te chaje negatif, kidonk kapasite adsorption a diminye ak diminye akòz repouse elektwostatik ant doxycycline negatif chaje ak sifas adsorbent la. Tandans sa a sijere ke DC adsorption sou konpoze rGO / nZVI se trè depandan sou pH, ak rezilta yo tou endike ke konpoze rGO / nZVI yo apwopriye kòm adsorban nan kondisyon asid ak net.
Efè tanperati a sou adsorption yon solisyon akeuz DC te pote soti nan (25-55 ° C). Figi 7A montre efè ogmantasyon tanperati sou efikasite retire DC antibyotik sou rGO/nZVI, li klè ke kapasite retire ak kapasite adsorption ogmante de 83.44% ak 13.9 mg/g a 47% ak 7.83 mg/g. , respektivman. Diminisyon enpòtan sa a ka akòz yon ogmantasyon nan enèji tèmik iyon DC, ki mennen nan desorption47.
Efè Tanperati sou Efikasite Retire ak Kapasite Adsorption nan CD sou rGO/nZVI Composites (A) [Co = 50 mg L-1, pH = 7, Dòz = 0.05 g], Dòz Adsorban sou Efikasite Retire ak Efikasite Retire nan CD Efè nan Inisyal Konsantrasyon sou kapasite adsorption ak efikasite retire DC sou konpoze rGO/nSVI (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L-1, pH = 7, T = 25 °C, dòz = 0.05 g].
Efè a nan ogmante dòz la nan adsorban konpoze rGO/nZVI soti nan 0.01 g a 0.07 g sou efikasite nan retire ak kapasite adsorption yo montre nan Fig. 7B. Yon ogmantasyon nan dòz la nan adsorban te mennen nan yon diminisyon nan kapasite nan adsorption soti nan 33.43 mg / g a 6.74 mg / g. Sepandan, ak yon ogmantasyon nan dòz la adsorban soti nan 0.01 g a 0.07 g, efikasite nan retire ogmante soti nan 66.8% a 96%, ki, kòmsadwa, ka asosye ak yon ogmantasyon nan kantite sant aktif sou sifas la nanocomposite.
Efè konsantrasyon inisyal sou kapasite adsorption ak efikasite retire [25-100 mg L-1, 25 ° C, pH 7, dòz 0.05 g] te etidye. Lè yo te ogmante konsantrasyon inisyal la soti nan 25 mg L-1 a 100 mg L-1, pousantaj retire nan konpoze rGO/nZVI a diminye soti nan 94.6% a 65% (Fig. 7C), pwobableman akòz absans la nan aktif la vle. sit. . Adsorbe gwo konsantrasyon DC49. Nan lòt men an, kòm konsantrasyon inisyal la ogmante, kapasite nan adsorption tou ogmante soti nan 9.4 mg / g a 30 mg / g jiskaske ekilib yo te rive (figi 7D). Reyaksyon inevitab sa a se akòz yon ogmantasyon nan fòs kondwi ak yon konsantrasyon DC inisyal ki pi gran pase rezistans transfè mas DC ion pou rive nan sifas 50 konpoze rGO/nZVI.
Tan kontak ak etid sinetik vize pou konprann tan ekilib adsorption. Premyèman, kantite DC adsorbed pandan premye 40 minit tan kontak la te apeprè mwatye kantite total adsorbed pandan tout tan an (100 minit). Pandan ke molekil DC yo nan solisyon fè kolizyon sa ki lakòz yo rapidman imigre nan sifas la nan konpoze rGO/nZVI sa ki lakòz adsorption enpòtan. Apre 40 min, DC adsorption ogmante piti piti ak tou dousman jiskaske ekilib te rive apre 60 min (figi 7D). Depi yon kantite lajan rezonab adsorbe nan premye 40 minit yo, pral gen mwens kolizyon ak molekil DC ak mwens sit aktif yo pral disponib pou molekil ki pa adsorbe. Se poutèt sa, pousantaj adsorption a ka redwi51.
Pou pi byen konprann sinetik adsorption yo, yo te itilize trase liy nan pseudo premye lòd (Fig. 8A), pseudo dezyèm lòd (Fig. 8B), ak Elovich (Fig. 8C) modèl sinetik. Soti nan paramèt yo jwenn nan etid yo sinetik (Tablo S1), li vin klè ke modèl la pseudosecond se modèl ki pi bon pou dekri sinetik adsorption, kote valè R2 a mete pi wo pase nan de lòt modèl yo. Genyen tou yon resanblans ant kapasite yo adsorption kalkile (qe, cal). Lòd pseudo-dezyèm lan ak valè eksperimantal yo (qe, exp.) Se plis prèv ke lòd pseudo-dezyèm lan se yon modèl pi bon pase lòt modèl. Jan yo montre nan Tablo 1, valè α (inisyal pousantaj adsorption) ak β (konstan desorption) konfime ke to adsorption a pi wo pase to desorption a, ki endike ke DC gen tandans adsorbe avèk efikasite sou konpoze rGO/nZVI52 la. .
Adsorption lineyè trase sinetik nan pseudo-dezyèm lòd (A), pseudo-premye lòd (B) ak Elovich (C) [Co = 25-100 mg l-1, pH = 7, T = 25 °C, dòz = 0.05 g ].
Etid adsorption isotherms ede detèmine kapasite adsorption adsorbent a (RGO/nRVI konpoze) nan divès konsantrasyon adsorbate (DC) ak tanperati sistèm. Kapasite maksimòm adsorption la te kalkile lè l sèvi avèk izotèm Langmuir, ki endike ke adsorption a te omojèn e li te enkli fòmasyon yon monokouch adsorbate sou sifas adsorban an san entèraksyon ant yo53. De lòt modèl izotèm lajman itilize yo se modèl Freundlich ak Temkin. Malgre ke modèl Freundlich la pa itilize pou kalkile kapasite adsorption, li ede konprann pwosesis adsorption eterojèn ak pòs ki vid sou adsorban an gen diferan enèji, pandan y ap modèl Temkin ede konprann pwopriyete fizik ak chimik adsorption54.
Figi 9A-C montre trase liy modèl Langmuir, Freindlich, ak Temkin, respektivman. Valè R2 yo kalkile nan trase liy Freundlich (Fig. 9A) ak Langmuir (Fig. 9B) epi prezante nan Tablo 2 montre ke adsorption DC sou konpoze rGO/nZVI swiv izotèm Freundlich (0.996) ak Langmuir (0.988). modèl ak Temkin (0.985). Kapasite maksimòm adsorption (qmax), kalkile lè l sèvi avèk modèl izotèm Langmuir, te 31.61 mg g-1. Anplis de sa, valè a kalkile nan faktè a separasyon dimansyon (RL) se ant 0 ak 1 (0.097), ki endike yon pwosesis adsorption favorab. Sinon, konstan Freundlich kalkile (n = 2.756) endike yon preferans pou pwosesis absòpsyon sa a. Dapre modèl lineyè izotèm Temkin (figi 9C), adsorption DC sou konpoze rGO/nZVI se yon pwosesis adsorption fizik, depi b se ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. Malgre ke adsorption fizik anjeneral medyatè pa fòs van der Waals fèb, adsorption aktyèl dirèk sou konpoze rGO / nZVI mande pou enèji adsorption ki ba [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B), ak Temkin (C) lineyè izotèm adsorption [Co = 25-100 mg L-1, pH = 7, T = 25 °C, dòz = 0.05 g]. Trase ekwasyon van't Hoff pou adsorption DC pa konpoze rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C ak dòz = 0.05 g].
Pou evalye efè chanjman tanperati reyaksyon sou retire DC nan konpoze rGO/nZVI, paramèt tèmodinamik tankou chanjman entropi (ΔS), chanjman enthalpy (ΔH), ak chanjman enèji gratis (ΔG) yo te kalkile nan ekwasyon. 3 ak 458.
kote \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – konstan ekilib tèmodinamik, Ce ak CAe – rGO nan solisyon, respektivman /nZVI konsantrasyon DC nan ekilib sifas yo. R ak RT se konstan gaz la ak tanperati adsorption, respektivman. Trase ln Ke kont 1/T bay yon liy dwat (figi 9D) apati kote yo ka detèmine ∆S ak ∆H.
Yon valè ΔH negatif endike ke pwosesis la se èzotèmik. Nan lòt men an, valè ΔH se nan pwosesis adsorption fizik la. Valè ΔG negatif nan Tablo 3 endike ke adsorption se posib ak espontane. Valè negatif ΔS endike yon lòd segondè nan molekil adsorban nan koòdone likid la (Tablo 3).
Tablo 4 konpare konpoze rGO/nZVI ak lòt adsorban yo rapòte nan etid anvan yo. Li klè ke konpoze VGO/nCVI a gen yon gwo kapasite adsorption epi li ka yon materyèl pwomèt pou retire antibyotik DC nan dlo. Anplis de sa, adsorption nan konpoze rGO / nZVI se yon pwosesis rapid ak yon tan ekilib nan 60 min. Pwopriyete adsorption ekselan nan konpoze rGO / nZVI yo ka eksplike pa efè a sinèrjetik nan rGO ak nZVI.
Figi 10A, B ilistre mekanis rasyonèl pou retire antibyotik DC pa konplèks rGO/nZVI ak nZVI. Dapre rezilta yo nan eksperyans sou efè a nan pH sou efikasite nan DC adsorption, ak yon ogmantasyon nan pH soti nan 3 a 7, DC adsorption sou konpoze an rGO / nZVI pa te kontwole pa entèraksyon elektwostatik, depi li te aji kòm yon zwitterion; Se poutèt sa, yon chanjman nan valè pH la pa afekte pwosesis adsorption la. Imedyatman, mekanis adsorption a ka kontwole pa entèraksyon ki pa elektwostatik tankou lyezon idwojèn, efè idrofob, ak π-π entèraksyon anpile ant konpoze rGO / nZVI ak DC66. Li se byen li te ye ke mekanis nan adsorbates aromat sou sifas yo nan grafèn kouch te eksplike pa entèraksyon π-π anpile kòm fòs prensipal la kondwi. Konpoze a se yon materyèl kouch ki sanble ak grafèn ak yon maksimòm absòpsyon nan 233 nm akòz tranzisyon an π-π*. Ki baze sou prezans kat bag aromat nan estrikti molekilè DC adsorbate, nou te sipoze ke gen yon mekanis nan entèraksyon π-π-empile ant DC aromat (π-elektron akseptè) ak rejyon an rich nan π-elektron sou. sifas RGO a. /nZVI konpoze. Anplis de sa, jan yo montre nan fig. 10B, etid FTIR yo te fèt pou etidye entèraksyon molekilè rGO/nZVI konpoze ak DC, ak spectre FTIR nan konpoze rGO/nZVI apre DC adsorption yo montre nan Figi 10B. 10b. Yo obsève yon nouvo pik nan 2111 cm-1, ki koresponn ak vibrasyon kad kosyon C = C, ki endike prezans gwoup fonksyonèl òganik korespondan yo sou sifas 67 rGO/nZVI. Lòt pik yo chanje soti nan 1561 a 1548 cm-1 ak soti nan 1399 a 1360 cm-1, ki tou konfime ke entèraksyon π-π jwe yon wòl enpòtan nan adsorption nan grafèn ak polyan òganik68,69. Apre adsorption DC, entansite kèk gwoup ki gen oksijèn, tankou OH, diminye a 3270 cm-1, ki sijere ke lyezon idwojèn se youn nan mekanis adsorption yo. Kidonk, ki baze sou rezilta yo, DC adsorption sou konpoze rGO / nZVI rive sitou akòz entèraksyon π-π anpile ak H-bond.
Mekanis rasyonèl nan adsorption nan antibyotik DC pa rGO / nZVI ak nZVI konplèks (A). FTIR adsorption spectre nan DC sou rGO / nZVI ak nZVI (B).
Entansite bann absòpsyon nZVI nan 3244, 1615, 1546, ak 1011 cm-1 ogmante apre adsorption DC sou nZVI (figi 10B) konpare ak nZVI, ki ta dwe gen rapò ak entèraksyon ak gwoup fonksyonèl posib nan asid karboksilik la. O gwoup nan DC. Sepandan, pi ba pousantaj transmisyon sa a nan tout gwoup obsève yo endike pa gen okenn chanjman enpòtan nan efikasite adsorption nan adsorbent fitosentetik (nZVI) konpare ak nZVI anvan pwosesis adsorption la. Dapre kèk rechèch DC retire ak nZVI71, lè nZVI reyaji ak H2O, elektwon yo lage ak Lè sa a, H + yo itilize yo pwodwi trè reduibl idwojèn aktif. Finalman, kèk konpoze kationik aksepte elektwon ki soti nan idwojèn aktif, sa ki lakòz -C = N ak -C = C-, ki se atribiye nan divize an nan bag benzèn la.
Tan pòs: 14-Nov-2022