Дзякуй за наведванне Nature.com. Версія браўзера, якую вы выкарыстоўваеце, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Тым часам, каб забяспечыць бесперапынную падтрымку, мы будзем візуалізаваць сайт без стыляў і JavaScript.
У гэтай працы ўпершыню былі сінтэзаваны кампазіты rGO/nZVI з выкарыстаннем простай і экалагічна чыстай працэдуры з выкарыстаннем жаўтаватага экстракта лісця сафоры ў якасці аднаўляльніка і стабілізатара ў адпаведнасці з прынцыпамі «зялёнай» хіміі, такімі як менш шкодны хімічны сінтэз. Для пацверджання паспяховага сінтэзу кампазітаў выкарыстоўвалася некалькі інструментаў, такіх як SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR і дзета-патэнцыял, якія паказваюць на паспяховае выраб кампазітаў. Выдаляльная здольнасць новых кампазітаў і чыстага nZVI пры розных пачатковых канцэнтрацыях антыбіётыка даксіцыкліну параўноўвалася для даследавання сінэргічнага эфекту паміж rGO і nZVI. Ва ўмовах выдалення 25 мг L-1, 25°C і 0,05 г хуткасць адсарбцыйнага выдалення чыстага nZVI склала 90%, у той час як хуткасць адсарбцыйнага выдалення даксіцыкліну кампазітам rGO/nZVI дасягнула 94,6%, што пацвярджае, што nZVI і rGO . Працэс адсорбцыі адпавядае псеўда-другому парадку і добра ўзгадняецца з мадэллю Фрэйндліха з максімальнай адсарбцыйнай здольнасцю 31,61 мг г-1 пры 25 °C і pH 7. Быў прапанаваны разумны механізм выдалення ДК. Акрамя таго, магчымасць паўторнага выкарыстання кампазіта rGO/nZVI склала 60% пасля шасці паслядоўных цыклаў рэгенерацыі.
Дэфіцыт вады і забруджванне ўяўляюць сур'ёзную пагрозу для ўсіх краін. У апошнія гады забруджванне вады, асабліва антыбіётыкамі, павялічылася з-за павелічэння вытворчасці і спажывання падчас пандэміі COVID-191,2,3. Таму распрацоўка эфектыўнай тэхналогіі ліквідацыі антыбіётыкаў у сцёкавых водах з'яўляецца актуальнай задачай.
Адным з устойлівых паўсінтэтычныя антыбіётыкаў з групы тэтрацыкліну з'яўляецца даксіцыклін (ДК)4,5. Паведамлялася, што рэшткі DC у падземных і паверхневых водах не могуць метабалізавацца, толькі 20-50% метабалізуюцца, а астатняе выкідваецца ў навакольнае асяроддзе, выклікаючы сур'ёзныя праблемы для навакольнага асяроддзя і здароўя6.
Уздзеянне пастаяннага току на нізкіх узроўнях можа знішчыць водныя фотасінтэтычныя мікраарганізмы, пагражаць распаўсюджванню антымікробных бактэрый і павялічыць антымікробную ўстойлівасць, таму гэты забруджвальнік неабходна выдаліць са сцёкавых вод. Натуральная дэградацыя DC у вадзе - вельмі павольны працэс. Фізіка-хімічныя працэсы, такія як фоталіз, біядэградацыя і адсорбцыя, могуць дэградаваць толькі пры нізкіх канцэнтрацыях і з вельмі нізкай хуткасцю7,8. Аднак найбольш эканамічным, простым, экалагічна чыстым, простым у звароце і эфектыўным метадам з'яўляецца адсорбцыя9,10.
Нанавалентнае жалеза (nZVI) з'яўляецца вельмі магутным матэрыялам, які можа выдаліць з вады многія антыбіётыкі, у тым ліку метронідазол, дыязепам, цыпрафлаксацын, хлорамфенікол і тэтрацыклін. Гэтая здольнасць звязана з дзіўнымі ўласцівасцямі, якімі валодае nZVI, такімі як высокая рэакцыйная здольнасць, вялікая плошча паверхні і мноства знешніх сайтаў звязвання11. Аднак nZVI схільны да агрэгацыі ў водных асяроддзях з-за сіл Ван-дэр-Уэлса і высокіх магнітных уласцівасцей, што зніжае яго эфектыўнасць у выдаленні забруджванняў з-за адукацыі аксідных слаёў, якія інгібіруюць рэакцыйную здольнасць nZVI10,12. Агламерацыю часціц nZVI можна паменшыць шляхам мадыфікацыі іх паверхні павярхоўна-актыўнымі рэчывамі і палімерамі або шляхам камбінавання іх з іншымі нанаматэрыяламі ў выглядзе кампазітаў, што аказалася жыццяздольным падыходам для павышэння іх стабільнасці ў навакольным асяроддзі13,14.
Графен - гэта двухмерны вугляродны нанаматэрыял, які складаецца з sp2-гібрыдызаваных атамаў вугляроду, размешчаных у сотавай рашотцы. Ён мае вялікую плошчу паверхні, значную механічную трываласць, выдатную электракаталітычную актыўнасць, высокую цеплаправоднасць, хуткую рухомасць электронаў і прыдатны матэрыял-носьбіт для падтрымання неарганічных наначасціц на сваёй паверхні. Камбінацыя металічных наначасціц і графена можа значна пераўзысці індывідуальныя перавагі кожнага матэрыялу і, дзякуючы сваім цудоўным фізічным і хімічным уласцівасцям, забяспечыць аптымальнае размеркаванне наначасціц для больш эфектыўнай ачысткі вады15.
Раслінныя экстракты з'яўляюцца лепшай альтэрнатывай шкодным хімічным аднаўляльнікам, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў сінтэзе адноўленага аксіду графена (rGO) і nZVI, таму што яны даступныя, недарагія, аднастадыйныя, экалагічна бяспечныя і могуць выкарыстоўвацца ў якасці аднаўляльнікаў. як флавоноіды і фенольныя злучэнні таксама дзейнічае як стабілізатар. Такім чынам, экстракт лісця Atriplex halimus L. выкарыстоўваўся ў якасці аднаўляючага і зачыняючага агента для сінтэзу кампазітаў rGO/nZVI у гэтым даследаванні. Atriplex halimus з сямейства Amaranthaceae - азоталюбівы шматгадовы хмызняк з шырокім геаграфічным арэалам16.
Згодна з наяўнай літаратуры, Atriplex halimus (A. halimus) упершыню быў выкарыстаны для атрымання кампазітаў rGO/nZVI як эканамічны і экалагічна чысты метад сінтэзу. Такім чынам, мэта гэтай працы складаецца з чатырох частак: (1) фітасінтэз rGO/nZVI і бацькоўскіх кампазітаў nZVI з выкарыстаннем экстракта воднага лісця A. halimus, (2) характарыстыка фітасінтэзаваных кампазітаў з выкарыстаннем некалькіх метадаў для пацверджання іх паспяховага вырабу, (3) ) вывучыць сінэргічны эфект rGO і nZVI пры адсорбцыі і выдаленні арганічных забруджванняў антыбіётыкаў даксіцыкліну пры розных параметрах рэакцыі, аптымізаваць умовы працэсу адсорбцыі, (3) даследаваць кампазітныя матэрыялы ў розных бесперапынных апрацоўках пасля цыкла апрацоўкі.
Даксіцыклін гідрахларыд (DC, MM = 480,90, хімічная формула C22H24N2O·HCl, 98%), гексагідрат хларыду жалеза (FeCl3,6H2O, 97%), парашок графіту, набыты ў Sigma-Aldrich, ЗША. Гідраксід натрыю (NaOH, 97%), этанол (C2H5OH, 99,9%) і саляная кіслата (HCl, 37%) былі набыты ў Merck, ЗША. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 і MgCl2 былі набыты ў Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Усе рэагенты маюць высокую аналітычную чысціню. Для падрыхтоўкі ўсіх водных раствораў выкарыстоўвалася двойчы дыстыляваная вада.
Рэпрэзентатыўныя ўзоры A. halimus былі сабраны з іх натуральнага асяроддзя пражывання ў дэльце Ніла і на землях уздоўж міжземнаморскага ўзбярэжжа Егіпта. Раслінны матэрыял быў сабраны ў адпаведнасці з дзеючымі нацыянальнымі і міжнароднымі рэкамендацыямі17. Прафесар Манал Фаўзі ідэнтыфікавала ўзоры раслін у адпаведнасці з Boulos18, і Дэпартамент навук аб навакольным асяроддзі Александрыйскага ўніверсітэта дазваляе збор вывучаных відаў раслін для навуковых мэтаў. Узоры ваўчараў захоўваюцца ў гербарыі універсітэта Танта (TANE), ваўчары №. 14 122–14 127, публічны гербарый, які забяспечвае доступ да дэпанаваных матэрыялаў. Акрамя таго, каб ачысціць ад пылу або бруду, нарэжце лісце расліны дробнымі кавалачкамі, прамыйце 3 разы праточнай і дыстыляванай вадой, а затым высушыце пры тэмпературы 50°C. Расліна здрабняюць, 5 г дробнага парашка апускаюць у 100 мл дыстыляванай вады і змешваюць пры 70 ° С на працягу 20 хвілін да атрымання экстракта. Атрыманы экстракт Bacillus nicotianae фільтравалі праз фільтравальную паперу Ватман і захоўвалі ў чыстых стэрылізаваных прабірках пры 4°С для далейшага выкарыстання.
Як паказана на малюнку 1, GO быў выраблены з графітавага парашка мадыфікаваным метадам Hummers. 10 мг парашка GO диспергировали ў 50 мл дэіянізаванай вады на працягу 30 хвілін пры апрацоўцы ультрагукам, а затым 0,9 г FeCl3 і 2,9 г NaAc змешвалі на працягу 60 хвілін. У размешаны раствор пры памешванні дадаюць 20 мл экстракта лісця атриплекса і пакідаюць пры 80°C на 8 гадзін. Атрыманую чорную завісь адфільтраваць. Прыгатаваныя нанакампазіты прамывалі этанолам і бідыстыляванай вадой, а затым сушылі ў вакуумнай печы пры 50 ° С на працягу 12 гадзін.
Схематычныя і лічбавыя фатаграфіі зялёнага сінтэзу комплексаў rGO/nZVI і nZVI і выдалення антыбіётыкаў DC з забруджанай вады з выкарыстаннем экстракта галімуса Atriplex.
Коратка, як паказана на мал. 1, 10 мл раствора хларыду жалеза, які змяшчае 0,05 М іёнаў Fe3+, дадавалі па кроплях да 20 мл раствора экстракта горкага лісця на працягу 60 хвілін пры ўмераным награванні і мяшанні, а затым раствор центрифугировали пры 14000 абаротаў у хвіліну (Hermle, 15000 абаротаў у хвіліну) на працягу 15 хвілін, каб атрымаць чорныя часціцы, якія затым прамывалі 3 разы этанолам і дыстыляванай вадой, а затым сушылі ў вакуумнай печы пры 60°C на працягу ночы.
Кампазіты rGO/nZVI і nZVI, сінтэзаваныя раслінамі, былі ахарактарызаваны метадам УФ-бачнай спектраскапіі (спектрафатометры серыі T70/T80 UV/Vis, PG Instruments Ltd, Вялікабрытанія) у дыяпазоне сканіравання 200-800 нм. Для аналізу тапаграфіі і размеркавання па памерах кампазітаў rGO/nZVI і nZVI выкарыстоўвалася ПЭМ-спектраскапія (JOEL, JEM-2100F, Японія, паскаральнае напружанне 200 кВ). Для ацэнкі функцыянальных груп, якія могуць быць задзейнічаны ў раслінных экстрактах, адказных за працэс аднаўлення і стабілізацыі, была праведзена спектраскапія FT-IR (спектрометр JASCO ў дыяпазоне 4000-600 см-1). Акрамя таго, для вывучэння зарада паверхні сінтэзаваных нанаматэрыялаў выкарыстоўваўся аналізатар дзета-патэнцыялу (Zetasizer Nano ZS Malvern). Для рэнтгенаграфічных вымярэнняў порошкообразных нанаматэрыялаў выкарыстоўваўся рэнтгенаўскі дыфрактометр (X'PERT PRO, Нідэрланды), які працуе пры току (40 мА), напрузе (45 кВ) у дыяпазоне 2θ ад 20° да 80°С. ° і выпраменьвання CuKa1 (\(\лямбда =\ ) 1,54056 Ао). Энергадысперсійны рэнтгенаўскі спектрометр (EDX) (мадэль JEOL JSM-IT100) адказваў за вывучэнне элементнага складу пры зборы манахраматычнага рэнтгенаўскага выпраменьвання Al K-α ад -10 да 1350 эВ на XPS, памер плямы 400 мкм K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, ЗША) энергія прапускання поўнага спектру складае 200 эВ і вузкага спектру - 50 эВ. Узор парашка націскаецца на трымальнік для ўзору, які змяшчаецца ў вакуумную камеру. Спектр C 1 s быў выкарыстаны ў якасці эталона пры 284,58 эВ для вызначэння энергіі сувязі.
Былі праведзены эксперыменты па адсорбцыі, каб праверыць эфектыўнасць сінтэзаваных нанакампазітаў rGO/nZVI пры выдаленні даксіцыкліну (DC) з водных раствораў. Эксперыменты па адсорбцыі праводзілі ў колбах Эрленмейера аб'ёмам 25 мл пры хуткасці ўстрэсвання 200 абаротаў у хвіліну на арбітальным шейкере (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) пры 298 К. Шляхам развядзення зыходнага раствора пастаяннага току (1000 праміле) бідыстыляванай вадой. Для ацэнкі ўплыву дазоўкі rGO/nSVI на эфектыўнасць адсорбцыі ў 20 мл раствора ДК дабаўлялі нанакампазіты рознай масы (0,01-0,07 г). Для вывучэння кінетыкі і ізатэрм адсорбцыі 0,05 г адсарбенту апускалі ў водны раствор ЦД з пачатковай канцэнтрацыяй (25-100 мг/л). Уплыў pH на выдаленне DC вывучалі пры pH (3-11) і пачатковай канцэнтрацыі 50 мг L-1 пры 25 ° C. Адрэгулюйце pH сістэмы, дадаўшы невялікую колькасць раствора HCl або NaOH (рН-метр Crison, pH-метр, pH 25). Акрамя таго, даследаваны ўплыў тэмпературы рэакцыі на эксперыменты па адсорбцыі ў дыяпазоне 25-55°C. Уплыў іённай сілы на працэс адсорбцыі вывучаўся шляхам дадання розных канцэнтрацый NaCl (0,01–4 моль л–1) пры пачатковай канцэнтрацыі ДК 50 мг л–1, pH 3 і 7), 25°C і доза адсарбенту 0,05 г. Адсорбцыю неадсарбаванага пастаяннага току вымяралі з дапамогай двухпрамянёвага спектрафатометра UV-Vis (серыі T70/T80, PG Instruments Ltd, Вялікабрытанія), абсталяванага кварцавымі кюветамі з даўжынёй шляху 1,0 см пры максімальных даўжынях хваль (λmax) 270 і 350 нм. Працэнт выдалення антыбіётыкаў DC (R%; ур. 1) і колькасць адсорбцыі DC, qt, ур. 2 (мг/г) вымяралі з дапамогай наступнага ўраўнення.
дзе %R - здольнасць выдалення пастаяннага току (%), Co - пачатковая канцэнтрацыя пастаяннага току ў момант часу 0, а C - канцэнтрацыя пастаяннага току ў момант часу t адпаведна (мг л-1).
дзе qe - колькасць ДК, адсарбаванага на адзінку масы адсарбенту (мг г-1), Co і Ce - канцэнтрацыі ў нулявы час і ў стане раўнавагі адпаведна (мг л-1), V - аб'ём раствора (л) , і m - адсарбцыйная маса рэагента (г).
Выявы СЭМ (мал. 2A–C) паказваюць пласціністую марфалогію кампазіта rGO/nZVI са сферычнымі наначасціцамі жалеза, раўнамерна дыспергаванымі на яго паверхні, што паказвае на паспяховае прымацаванне наночастиц nZVI да паверхні rGO. Акрамя таго, у лісце rGO ёсць некаторыя маршчыны, якія пацвярджаюць выдаленне кіслародзмяшчальных груп адначасова з аднаўленнем A. halimus GO. Гэтыя буйныя маршчыны дзейнічаюць як месцы для актыўнай загрузкі НЧ жалеза. Выявы nZVI (мал. 2D-F) паказалі, што сферычныя НЧ жалеза былі вельмі раскіданыя і не агрэгаваліся, што звязана з прыродай пакрыцця батанічных кампанентаў расліннага экстракта. Памер часціц вар'іраваўся ў межах 15-26 нм. Аднак некаторыя рэгіёны маюць мезопористую марфалогію са структурай выпукласцяў і паражнін, якія могуць забяспечыць высокую эфектыўную адсорбцыйную здольнасць nZVI, паколькі яны могуць павялічыць магчымасць захопу малекул пастаяннага току на паверхні nZVI. Калі для сінтэзу nZVI выкарыстоўваўся экстракт Rosa Damascus, атрыманыя НЧ былі неаднароднымі, з пустотамі і рознай формай, што зніжала іх эфектыўнасць адсорбцыі Cr(VI) і павялічвала час рэакцыі 23 . Вынікі супадаюць з nZVI, сінтэзаваным з лісця дуба і шаўкоўніцы, якія ў асноўным уяўляюць сабой сферычныя наначасціцы з рознымі нанаметровымі памерамі без відавочнай агламерацыі.
СЭМ выявы кампазітаў rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) і EDX кампазітаў nZVI/rGO (G) і nZVI (H).
Элементны склад кампазітаў rGO/nZVI і nZVI, сінтэзаваных раслінамі, быў вывучаны з дапамогай EDX (мал. 2G, H). Даследаванні паказваюць, што nZVI складаецца з вугляроду (38,29% па масе), кіслароду (47,41% па масе) і жалеза (11,84% па масе), але прысутнічаюць і іншыя элементы, такія як фосфар24, які можна атрымаць з раслінных экстрактаў. Акрамя таго, высокі працэнт вугляроду і кіслароду абумоўлены прысутнасцю фітахімічных рэчываў з раслінных экстрактаў у падземных пробах nZVI. Гэтыя элементы раўнамерна размеркаваны на rGO, але ў розных суадносінах: C (39,16 мас. %), O (46,98 мас. %) і Fe (10,99 мас. %), EDX rGO/nZVI таксама паказвае прысутнасць іншых элементаў, такіх як S, які могуць быць звязаныя з расліннымі экстрактамі, выкарыстоўваюцца. Бягучае суадносіны C:O і ўтрыманне жалеза ў кампазіце rGO/nZVI з выкарыстаннем A. halimus значна лепш, чым з выкарыстаннем экстракта лісця эўкаліпта, паколькі характарызуе склад C (23,44 мас.%), O (68,29 мас.%) і Fe (8,27 мас.%). вага %) 25. Наташа і інш., 2022 г. паведамілі аб аналагічным элементарным складзе nZVI, сінтэзаванага з лісця дуба і шаўкоўніцы, і пацвердзілі, што поліфенольныя групы і іншыя малекулы, якія змяшчаюцца ў экстракце лісця, адказваюць за працэс аднаўлення.
Марфалогія nZVI, сінтэзаванага ў раслінах (мал. S2A, B), была сферычнай і часткова нерэгулярнай, з сярэднім памерам часціц 23,09 ± 3,54 нм, аднак ланцуговыя агрэгаты назіраліся з-за сіл Ван-дэр-Ваальса і ферамагнетызму. Гэтая пераважна грануляваная і сферычная форма часціц добра супадае з вынікамі SEM. Аналагічнае назіранне было выяўлена Abdelfatah et al. у 2021 годзе, калі экстракт лісця клешчавіны быў выкарыстаны ў сінтэзе nZVI11. НЧ экстракта лісця Ruelas tuberosa, якія выкарыстоўваюцца ў якасці аднаўляльніка ў nZVI, таксама маюць сферычную форму з дыяметрам ад 20 да 40 нм26.
Кампазітныя гібрыдныя выявы rGO/nZVI на ПЭМ (мал. S2C-D) паказалі, што rGO - гэта базальная плоскасць з краявымі зморшчынамі і маршчынамі, якія забяспечваюць некалькі месцаў загрузкі для NP nZVI; гэтая пласціністая марфалогія таксама пацвярджае паспяховае выраб rGO. Акрамя таго, НЧ nZVI маюць сферычную форму з памерам часціц ад 5,32 да 27 нм і ўбудаваныя ў пласт rGO з амаль раўнамернай дысперсіяй. Экстракт лісця эўкаліпта выкарыстоўваўся для сінтэзу Fe NPs/rGO; Вынікі ПЭМ таксама пацвердзілі, што маршчыны ў пласце rGO палепшылі дысперсію НЧ Fe больш, чым чыстыя НЧ Fe, і павялічылі рэакцыйную здольнасць кампазітаў. Аналагічныя вынікі былі атрыманы Bagheri і соавт. 28, калі кампазіт быў выраблены з выкарыстаннем ультрагукавых метадаў з сярэднім памерам наначасціц жалеза прыблізна 17,70 нм.
Спектры FTIR кампазітаў A. halimus, nZVI, GO, rGO і rGO/nZVI паказаны на мал. 3А. Наяўнасць паверхневых функцыянальных груп у лісці A. halimus выяўляецца пры 3336 см-1, што адпавядае поліфенолам, і 1244 см-1, што адпавядае карбанільным групам, якія ўтвараюцца бялком. Таксама назіраліся іншыя групы, такія як алканы пры 2918 см-1, алкены пры 1647 см-1 і пашырэнні CO-O-CO пры 1030 см-1, што сведчыць аб наяўнасці раслінных кампанентаў, якія дзейнічаюць як герметызатары і адказваюць за аднаўленне ад Fe2+ да Fe0 і ПЕРАЙСЦІ да rGO29. У цэлым спектры nZVI паказваюць тыя ж пікі паглынання, што і горкія цукру, але з крыху зрушаным становішчам. Інтэнсіўная паласа з'яўляецца пры 3244 см-1, звязаная з расцягваючымі ваганнямі OH (фенолы), пік пры 1615 адпавядае C=C, а паласы пры 1546 і 1011 см-1 узнікаюць з-за расцяжэння C=O (поліфенолы і флавоноіды) CN -групы араматычных амінаў і аліфатычных амінаў таксама назіраліся пры 1310 см-1 і 1190 см-1 адпаведна13. Спектр FTIR GO паказвае прысутнасць многіх кіслародзмяшчальных груп высокай інтэнсіўнасці, у тым ліку алкоксі (CO) паласу расцяжэння пры 1041 см-1, эпаксідную (CO) паласу расцяжэння пры 1291 см-1, C=O расцяжэнне. з'явілася паласа валентных ваганняў C=C пры 1619 см-1, паласа пры 1708 см-1 і шырокая паласа валентных ваганняў OH-групы пры 3384 см-1, што пацвярджаецца ўдасканаленым метадам Хаммерса, які паспяхова акісляе працэс графіту. Пры параўнанні кампазітаў rGO і rGO/nZVI са спектрамі GO інтэнсіўнасць некаторых кіслародазмяшчальных груп, такіх як OH пры 3270 см-1, значна зніжаецца, а іншых, такіх як C=O пры 1729 см-1, цалкам паменшаны. знік, што паказвае на паспяховае выдаленне кіслародзмяшчальных функцыянальных груп у GO экстрактам A. halimus. Новыя рэзкія характэрныя пікі rGO пры нацяжэнні C=C назіраюцца каля 1560 і 1405 см-1, што пацвярджае аднаўленне GO да rGO. Назіраліся ваганні ад 1043 да 1015 см-1 і ад 982 да 918 см-1, магчыма, з-за ўключэння расліннага матэрыялу31,32. Weng et al., 2018 таксама назіралі значнае паслабленне насычаных кіслародам функцыянальных груп у GO, што пацвярджае паспяховае фарміраванне rGO шляхам біяаднаўлення, паколькі экстракты лісця эўкаліпта, якія выкарыстоўваліся для сінтэзу кампазітаў адноўленага жалеза-аксіду графена, паказалі больш блізкія спектры FTIR расліннага кампанента функцыянальныя групы. 33 .
A. FTIR-спектр галію, nZVI, rGO, GO, кампазіт rGO/nZVI (A). Кампазіты рэнтгенаграмы rGO, GO, nZVI і rGO/nZVI (B).
Фарміраванне кампазітаў rGO/nZVI і nZVI было ў значнай ступені пацверджана рэнтгенаграмамі (мал. 3B). Высокаінтэнсіўны пік Fe0 назіраўся пры 2Ɵ 44,5°, што адпавядае індэксу (110) (JCPDS № 06–0696)11. Іншы пік пры 35,1° плоскасці (311) прыпісваецца магнетыту Fe3O4, 63,2° можа быць звязаны з індэксам Мілера плоскасці (440) з-за прысутнасці ϒ-FeOOH (JCPDS № 17-0536)34. Рэнтгенаўская карціна GO паказвае рэзкі пік пры 2Ɵ 10,3° і другі пік пры 21,1°, што паказвае на поўнае адслойванне графіту і падкрэслівае наяўнасць кіслародзмяшчальных груп на паверхні GO35. Кампазітныя ўзоры rGO і rGO/nZVI зафіксавалі знікненне характэрных пікаў GO і адукацыю шырокіх пікаў rGO пры 2Ɵ 22,17 і 24,7° для кампазітаў rGO і rGO/nZVI адпаведна, што пацвердзіла паспяховае аднаўленне GO расліннымі экстрактамі. Аднак у кампазітнай схеме rGO/nZVI дадатковыя пікі, звязаныя з плоскасцю рашоткі Fe0 (110) і ОЦК Fe0 (200), назіраліся пры 44,9\(^\circ\) і 65,22\(^\circ\), адпаведна .
Дзета-патэнцыял - гэта патэнцыял паміж іённым пластом, прымацаваным да паверхні часціцы, і водным растворам, які вызначае электрастатычныя ўласцівасці матэрыялу і вымярае яго стабільнасць37. Аналіз дзета-патэнцыялу сінтэзаваных раслінамі кампазітаў nZVI, GO і rGO/nZVI паказаў іх стабільнасць з-за наяўнасці на іх паверхні адмоўных зарадаў -20,8, -22 і -27,4 мВ адпаведна, як паказана на малюнку S1A- С. . Такія вынікі супадаюць з некалькімі справаздачамі, у якіх згадваецца, што растворы, якія змяшчаюць часціцы са значэннямі дзета-патэнцыялу менш за -25 мВ, звычайна дэманструюць высокую ступень стабільнасці з-за электрастатычнага адштурхвання паміж гэтымі часціцамі. Спалучэнне rGO і nZVI дазваляе кампазіту набываць больш адмоўных зарадаў і, такім чынам, мае больш высокую стабільнасць, чым GO або nZVI паасобку. Такім чынам, з'ява электрастатычнага адштурхвання прывядзе да адукацыі стабільных кампазітаў rGO/nZVI39. Адмоўная паверхня ГА дазваляе раўнамерна диспергировать яго ў водным асяроддзі без агламерацыі, што стварае спрыяльныя ўмовы для ўзаемадзеяння з нЗВИ. Адмоўны зарад можа быць звязаны з наяўнасцю розных функцыянальных груп у экстракце горкай дыні, што таксама пацвярджае ўзаемадзеянне паміж GO і папярэднікамі жалеза і раслінным экстрактам з адукацыяй rGO і nZVI адпаведна і комплексу rGO/nZVI. Гэтыя раслінныя злучэнні могуць таксама дзейнічаць як закрываючыя агенты, паколькі яны прадухіляюць агрэгацыю атрыманых наначасціц і, такім чынам, павышаюць іх стабільнасць40.
Элементны склад і валентныя станы кампазітаў nZVI і rGO/nZVI вызначалі метадам РФЭС (мал. 4). Агульнае даследаванне XPS паказала, што кампазіт rGO/nZVI у асноўным складаецца з элементаў C, O і Fe, што адпавядае адлюстраванню EDS (мал. 4F–H). Спектр C1s складаецца з трох пікаў пры 284,59 эВ, 286,21 эВ і 288,21 эВ, якія прадстаўляюць CC, CO і C=O адпаведна. Спектр O1s быў падзелены на тры пікі, уключаючы 531,17 эВ, 532,97 эВ і 535,45 эВ, якія былі аднесены да груп O=CO, CO і NO адпаведна. Аднак пікі пры 710,43, 714,57 і 724,79 эВ адносяцца да Fe 2p3/2, Fe+3 і Fe p1/2 адпаведна. XPS-спектры nZVI (мал. 4C-E) паказалі пікі для элементаў C, O і Fe. Пікі пры 284,77, 286,25 і 287,62 эВ пацвярджаюць прысутнасць сплаваў жалеза з вугляродам, паколькі яны адносяцца да CC, C-OH і CO адпаведна. Спектр O1s адпавядаў тром пікам C–O/карбанат жалеза (531,19 эВ), гідраксільны радыкал (532,4 эВ) і O–C=O (533,47 эВ). Пік пры 719,6 адносіцца да Fe0, у той час як FeOOH паказвае пікі пры 717,3 і 723,7 эВ, акрамя таго, пік пры 725,8 эВ паказвае на прысутнасць Fe2O342,43.
XPS-даследаванні кампазітаў nZVI і rGO/nZVI адпаведна (A, B). Поўныя спектры кампазіта nZVI C1s (C), Fe2p (D) і O1s (E) і rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H).
Ізатэрма адсорбцыі/дэсорбцыі N2 (мал. 5А, Б) паказвае, што кампазіты nZVI і rGO/nZVI належаць да тыпу II. Акрамя таго, удзельная плошча паверхні (SBET) nZVI павялічылася з 47,4549 да 152,52 м2/г пасля асляплення rGO. Гэты вынік можна растлумачыць зніжэннем магнітных уласцівасцяў nZVI пасля асляплення rGO, тым самым памяншаючы агрэгацыю часціц і павялічваючы плошчу паверхні кампазітаў. Акрамя таго, як паказана на мал. 5C, аб'ём пор (8,94 нм) кампазіта rGO/nZVI вышэй, чым у зыходнага nZVI (2,873 нм). Гэты вынік згодны з El-Monaem et al. 45 .
Для ацэнкі адсарбцыйнай здольнасці да выдалення DC паміж кампазітамі rGO/nZVI і зыходным nZVI у залежнасці ад павелічэння пачатковай канцэнтрацыі было зроблена параўнанне шляхам дадання пастаяннай дозы кожнага адсарбенту (0,05 г) да DC пры розных пачатковых канцэнтрацыях. Даследаваны раствор [25]. –100 мг л–1] пры 25°C. Вынікі паказалі, што эфектыўнасць выдалення (94,6%) кампазіта rGO/nZVI была вышэй, чым у зыходнага nZVI (90%) пры больш нізкай канцэнтрацыі (25 мг L-1). Аднак, калі пачатковая канцэнтрацыя была павялічана да 100 мг L-1, эфектыўнасць выдалення rGO/nZVI і бацькоўскага nZVI знізілася да 70% і 65% адпаведна (малюнак 6А), што можа быць звязана з меншай колькасцю актыўных цэнтраў і дэградацыяй часціцы нЗВІ. Наадварот, rGO/nZVI прадэманстраваў больш высокую эфектыўнасць выдалення пастаяннага току, што можа быць звязана з сінэргетычным эфектам паміж rGO і nZVI, у якіх стабільныя актыўныя цэнтры, даступныя для адсорбцыі, значна вышэй, а ў выпадку rGO/nZVI больш DC можа быць адсарбаваны, чым інтактны nZVI. Акрамя таго, на мал. 6Б паказвае, што адсарбцыйная здольнасць кампазітаў rGO/nZVI і nZVI павялічылася з 9,4 мг/г да 30 мг/г і 9 мг/г адпаведна пры павелічэнні зыходнай канцэнтрацыі з 25-100 мг/л. -1,1 да 28,73 мг г-1. Такім чынам, хуткасць выдалення пастаяннага току адмоўна карэлявала з пачатковай канцэнтрацыяй пастаяннага току, што было звязана з абмежаванай колькасцю рэакцыйных цэнтраў, якія падтрымліваюцца кожным адсарбентам для адсорбцыі і выдалення пастаяннага току ў растворы. Такім чынам, з гэтых вынікаў можна зрабіць выснову, што кампазіты rGO/nZVI валодаюць больш высокай эфектыўнасцю адсорбцыі і аднаўлення, а rGO ў складзе rGO/nZVI можа выкарыстоўвацца як у якасці адсарбенту, так і ў якасці матэрыялу-носьбіта.
Эфектыўнасць выдалення і адсарбцыйная здольнасць пастаяннага току для кампазіта rGO/nZVI і nZVI былі (A, B) [Co = 25 мг л-1–100 мг л-1, T = 25 °C, доза = 0,05 г], pH. аб адсарбцыйнай здольнасці і эфектыўнасці выдалення пастаяннага току на кампазітах rGO/nZVI (C) [Co = 50 мг/л, pH = 3-11, T = 25 ° C, доза = 0,05 г].
pH раствора з'яўляецца найважнейшым фактарам пры вывучэнні працэсаў адсорбцыі, паколькі ён уплывае на ступень іянізацыі, відаўтварэння і іянізацыі адсарбенту. Эксперымент праводзілі пры тэмпературы 25 ° С з пастаяннай дозай адсарбенту (0,05 г) і пачатковай канцэнтрацыяй 50 мг/л ў дыяпазоне pH (3-11). Згодна з аглядам літаратуры46, DC - гэта амфіфільная малекула з некалькімі іянізавальнымі функцыянальнымі групамі (фенолы, амінагрупы, спірты) пры розных узроўнях pH. У выніку розныя функцыі пастаяннага току і звязаныя з ім структуры на паверхні кампазіта rGO/nZVI могуць узаемадзейнічаць электрастатычна і могуць існаваць у выглядзе катыёнаў, цвітэрыёнаў і аніёнаў, малекула пастаяннага току існуе як катыённы (DCH3+) пры рн <3,3, цвітэрыённы (DCH20) 3,3 < pH <7,7 і аніённы (DCH− або DC2−) пры PH 7,7. У выніку розныя функцыі пастаяннага току і звязаныя з ім структуры на паверхні кампазіта rGO/nZVI могуць узаемадзейнічаць электрастатычна і могуць існаваць у выглядзе катыёнаў, цвітэрыёнаў і аніёнаў, малекула пастаяннага току існуе як катыённы (DCH3+) пры рн <3,3, цвітэрыённы (DCH20) 3,3 < pH <7,7 і аніённы (DCH- або DC2-) пры PH 7,7. У выніку розных функцый ДК і з улікам іх структуры на паверхні кампазіцыі rGO/nZVI могуць узаемадзейнічаць электрастатычна і могуць існаваць у выглядзе катыёнаў, цвітэр-іёнаў і аніёнаў, малела ДК існуе ў выглядзе катыёна (DCH3+) пры рН < 3,3, цвітэр- іённы (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 і аніённы (DCH- або DC2-) пры pH 7,7. У выніку розныя функцыі пастаяннага току і звязаных з ім структур на паверхні кампазіта rGO/nZVI могуць узаемадзейнічаць электрастатычна і існаваць у выглядзе катыёнаў, цвітэрыёнаў і аніёнаў; малекула DC існуе ў выглядзе катыёна (DCH3+) пры pH <3,3; іённы (DCH20) 3,3 < pH <7,7 і аніённы (DCH- або DC2-) пры 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相互作用，并可能以阳离子、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+) 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 复合 材料 表面 的 相关 结构 可能 会 发生 静电 相互 ，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 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。 Такім чынам, розныя функцыі ДК і іх роднасных структур на паверхні кампазіцыі rGO/nZVI могуць уступаць у электрастатычнае ўзаемадзеянне і існаваць у выглядзе катыёнаў, цвітэр-іёнаў і аніёнаў, а малелы ДК з'яўляюцца катыённымі (ДЦГ3+) пры рН < 3,3. Такім чынам, розныя функцыі пастаяннага току і звязаных з ім структур на паверхні кампазіта rGO/nZVI могуць уступаць у электрастатычныя ўзаемадзеянні і існаваць у выглядзе катыёнаў, цвітэрыёнаў і аніёнаў, у той час як малекулы пастаяннага току з'яўляюцца катыённымі (DCH3+) пры pH <3,3. Ён існуе ў выглядзе цвітэр-іёна (DCH20) пры 3,3 < pH < 7,7 і аніёна (DCH- або DC2-) пры pH 7,7. Ён існуе ў выглядзе цвітэрыёна (DCH20) пры 3,3 < pH < 7,7 і аніёна (DCH- або DC2-) пры pH 7,7.Пры павелічэнні рн ад 3 да 7 адсарбцыйная здольнасць і эфектыўнасць выдалення ДК павялічваліся з 11,2 мг/г (56%) да 17 мг/г (85%) (мал. 6С). Аднак па меры павышэння рн да 9 і 11 здольнасць адсарбцыі і эфектыўнасць выдалення некалькі знізіліся з 10,6 мг/г (53%) да 6 мг/г (30%) адпаведна. Пры павелічэнні рн ад 3 да 7 DC у асноўным існавалі ў форме цвітэрыёнаў, што рабіла іх амаль неэлектрастатычным прыцягненнем або адштурхваннем з дапамогай кампазітаў rGO/nZVI, пераважна за кошт электрастатычнага ўзаемадзеяння. Калі рн павялічваўся вышэй за 8,2, паверхня адсарбенту была адмоўна зараджана, такім чынам, здольнасць адсарбцыі зніжалася і памяншалася з-за электрастатычнага адштурхвання паміж адмоўна зараджаным даксіцыклін і паверхняй адсарбенту. Гэтая тэндэнцыя сведчыць аб тым, што адсорбцыя пастаяннага току на кампазітах rGO/nZVI моцна залежыць ад pH, і вынікі таксама паказваюць, што кампазіты rGO/nZVI прыдатныя ў якасці адсарбентаў у кіслых і нейтральных умовах.
Уздзеянне тэмпературы на адсорбцыю воднага раствора ДК праводзілася пры (25–55°С). На малюнку 7A паказаны ўплыў павышэння тэмпературы на эфектыўнасць выдалення антыбіётыкаў DC на rGO/nZVI, відаць, што здольнасць да выдалення і здольнасць адсарбцыі павялічыліся з 83,44% і 13,9 мг/г да 47% і 7,83 мг/г. , адпаведна. Гэта значнае зніжэнне можа быць звязана з павелічэннем цеплавой энергіі іёнаў пастаяннага току, што прыводзіць да десорбции47.
Уплыў тэмпературы на эфектыўнасць выдалення і адсарбцыйную здольнасць CD на кампазітах rGO/nZVI (A) [Co = 50 мг/л, pH = 7, доза = 0,05 г], доза адсарбенту на эфектыўнасць выдалення і эфектыўнасць выдалення CD Уплыў Пачатковая канцэнтрацыя адсарбцыйнай здольнасці і эфектыўнасці выдалення пастаяннага току на кампазіце rGO/nSVI (B) [Co = 50 мг/л, pH = 7, T = 25 °C] (C, D) [Co = 25–100 мг л–1, pH = 7, T = 25 °C, доза = 0,05 г].
Ўплыў павелічэння дозы кампазітнага адсарбенту rGO / nZVI з 0,01 г да 0,07 г на эфектыўнасць выдалення і адсарбцыйных здольнасць паказана на мал. 7Б. Павелічэнне дозы адсарбенту прывяло да зніжэння адсарбцыйнай здольнасці з 33,43 мг/г да 6,74 мг/г. Аднак пры павелічэнні дозы адсарбенту з 0,01 г да 0,07 г эфектыўнасць выдалення ўзрастае з 66,8% да 96%, што, адпаведна, можа быць звязана з павелічэннем колькасці актыўных цэнтраў на паверхні нанакампазіта.
Даследаваны ўплыў пачатковай канцэнтрацыі на адсорбционную здольнасць і эфектыўнасць выдалення [25-100 мг/л, 25 ° С, рн 7, доза 0,05 г]. Калі пачатковая канцэнтрацыя была павялічана з 25 мг L-1 да 100 мг L-1, працэнт выдалення кампазіта rGO/nZVI знізіўся з 94,6% да 65% (мал. 7C), верагодна, з-за адсутнасці жаданага актыўнага рэчывы. сайты. . Адсарбуе вялікія канцэнтрацыі DC49. З іншага боку, па меры павелічэння пачатковай канцэнтрацыі адсарбцыйная здольнасць таксама павялічвалася з 9,4 мг/г да 30 мг/г, пакуль не была дасягнута раўнавага (мал. 7D). Гэтая непазбежная рэакцыя адбываецца з-за павелічэння рухаючай сілы з пачатковай канцэнтрацыяй пастаяннага току, большай, чым супраціў масапераносу іёнаў пастаяннага току, каб дасягнуць паверхні 50 кампазіта rGO/nZVI.
Час кантакту і кінетычныя даследаванні накіраваны на тое, каб зразумець раўнаважны час адсорбцыі. Па-першае, колькасць пастаяннага току, адсарбаванага на працягу першых 40 хвілін часу кантакту, складала прыкладна палову ад агульнай колькасці, адсарбаванага за ўвесь час (100 хвілін). У той час як малекулы пастаяннага току ў растворы сутыкаюцца, выклікаючы іх хуткую міграцыю да паверхні кампазіта rGO/nZVI, што прыводзіць да значнай адсорбцыі. Праз 40 хвілін адсорбцыя пастаяннага току павялічвалася паступова і павольна, пакуль праз 60 хвілін не было дасягнута раўнавагу (мал. 7D). Паколькі разумная колькасць адсарбуецца на працягу першых 40 хвілін, будзе менш сутыкненняў з малекуламі пастаяннага току і менш актыўных цэнтраў будзе даступна для неадсарбаваных малекул. Такім чынам, хуткасць адсорбцыі можа быць зніжана51.
Каб лепш зразумець кінэтыку адсорбцыі, былі выкарыстаны лінейныя графікі псеўда першага парадку (мал. 8A), псеўда другога парадку (мал. 8B) і кінетычныя мадэлі Эловіча (мал. 8C). З параметраў, атрыманых у выніку кінетычных даследаванняў (табліца S1), становіцца відавочным, што псеўдасекундная мадэль з'яўляецца найлепшай мадэллю для апісання кінетыкі адсорбцыі, дзе значэнне R2 усталявана вышэй, чым у двух іншых мадэлях. Існуе таксама падабенства паміж разліковымі адсарбцыйнымі здольнасцямі (qe, cal). Псеўда-другі парадак і эксперыментальныя значэнні (qe, exp.) з'яўляюцца яшчэ адным доказам таго, што псеўда-другі парадак з'яўляецца лепшай мадэллю, чым іншыя мадэлі. Як паказана ў табліцы 1, значэнні α (пачатковая хуткасць адсорбцыі) і β (канстанта дэсорбцыі) пацвярджаюць, што хуткасць адсорбцыі вышэй, чым хуткасць дэсорбцыі, што паказвае на тое, што DC мае тэндэнцыю эфектыўна адсарбавацца на кампазіце rGO/nZVI52. .
Лінейныя графікі кінетыкі адсорбцыі псеўдадругога парадку (A), псеўдапершага парадку (B) і Elovich (C) [Co = 25–100 мг/л, pH = 7, T = 25 °C, доза = 0,05 г ].
Даследаванне ізатэрм адсорбцыі дапамагае вызначыць адсарбцыйную здольнасць адсарбенту (кампазіт RGO/nRVI) пры розных канцэнтрацыях адсарбатаў (ДК) і тэмпературах сістэмы. Максімальная адсарбцыйная здольнасць была разлічана з дапамогай ізатэрмы Ленгмюра, якая паказвае, што адсорбцыя была аднастайнай і ўключала адукацыю монослоя адсарбату на паверхні адсарбенту без узаемадзеяння паміж імі53. Дзве іншыя шырока выкарыстоўваюцца мадэлі ізатэрмы - гэта мадэлі Фрэйндліха і Тэмкіна. Хоць мадэль Фрэйндліха не выкарыстоўваецца для разліку адсарбцыйнай здольнасці, яна дапамагае зразумець гетэрагенны працэс адсорбцыі і тое, што вакансіі на адсарбенце маюць розную энергію, у той час як мадэль Тэмкіна дапамагае зразумець фізічныя і хімічныя ўласцівасці адсорбцыі54.
На малюнках 9A-C паказаны лінейныя графікі мадэляў Ленгмюра, Фрэйндліха і Тэмкіна адпаведна. Значэнні R2, разлічаныя з графікаў ліній Фрэйндліха (мал. 9A) і Ленгмюра (мал. 9B), прадстаўленыя ў табліцы 2, паказваюць, што адсорбцыя пастаяннага току на кампазіце rGO/nZVI адпавядае ізатэрме Фрэйндліха (0,996) і Ленгмюра (0,988). мадэляў і Цёмкіна (0,985). Максімальная адсорбцыйная здольнасць (qmax), разлічаная з дапамогай мадэлі ізатэрмы Ленгмюра, склала 31,61 мг г-1. Акрамя таго, разліковае значэнне беспамернага каэфіцыента падзелу (RL) знаходзіцца ў межах ад 0 да 1 (0,097), што паказвае на спрыяльны працэс адсорбцыі. У адваротным выпадку разлічаная канстанта Фрэйндліха (n = 2,756) паказвае на перавагу гэтага працэсу паглынання. Згодна з лінейнай мадэллю ізатэрмы Тэмкіна (мал. 9C), адсорбцыя пастаяннага току на кампазіце rGO/nZVI з'яўляецца фізічным працэсам адсорбцыі, паколькі b роўна ˂ 82 кДж моль-1 (0,408)55. Хаця фізічная адсорбцыя звычайна апасродкавана слабымі сіламі Ван-дэр-Ваальса, адсорбцыя пастаяннага току на кампазітах rGO/nZVI патрабуе нізкіх энергій адсорбцыі [56, 57].
Лінейныя ізатэрмы адсорбцыі Фрэйндліха (A), Ленгмюра (B) і Темкина (C) [Co = 25-100 мг/л, pH = 7, T = 25 °C, доза = 0,05 г]. Графік ураўнення Вант-Гоффа для адсорбцыі пастаяннага току кампазітамі rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 мг/л, pH = 7, T = 25–55 °C і доза = 0,05 г].
Каб ацаніць уплыў змены тэмпературы рэакцыі на выдаленне пастаяннага току з кампазітаў rGO/nZVI, з ураўненняў былі разлічаны такія тэрмадынамічныя параметры, як змяненне энтрапіі (ΔS), змяненне энтальпіі (ΔH) і змяненне свабоднай энергіі (ΔG). 3 і 458.
дзе \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – канстанта тэрмадынамічнай раўнавагі, Ce і CAe – rGO ў растворы, адпаведна /nZVI канцэнтрацыі пастаяннага току пры паверхневай раўнавазе. R і RT - адпаведна газавая пастаянная і тэмпература адсорбцыі. Пабудова графіка ln Ke ад 1/T дае прамую лінію (мал. 9D), па якой можна вызначыць ∆S і ∆H.
Адмоўнае значэнне ΔH паказвае, што працэс экзатэрмічны. З іншага боку, значэнне ΔH знаходзіцца ў межах фізічнага працэсу адсорбцыі. Адмоўныя значэнні ΔG у табліцы 3 паказваюць, што адсорбцыя магчымая і спантанная. Адмоўныя значэння ΔS сведчаць аб высокай упарадкаванасці малекул адсарбенту на мяжы вадкасці (табл. 3).
У табліцы 4 параўноўваецца кампазіт rGO/nZVI з іншымі адсарбентамі, пра якія паведамлялася ў папярэдніх даследаваннях. Відавочна, што кампазіт VGO/nCVI валодае высокай адсарбцыйнай здольнасцю і можа быць перспектыўным матэрыялам для выдалення антыбіётыкаў DC з вады. Акрамя таго, адсорбцыя кампазітаў rGO/nZVI - гэта хуткі працэс з часам ураўнаважвання 60 мін. Выдатныя адсарбцыйныя ўласцівасці кампазітаў rGO/nZVI можна растлумачыць сінэргетычным эфектам rGO і nZVI.
Малюнкі 10A, B ілюструюць рацыянальны механізм выдалення антыбіётыкаў DC комплексамі rGO/nZVI і nZVI. Па выніках эксперыментаў па ўплыву pH на эфектыўнасць адсорбцыі DC, пры павышэнні pH ад 3 да 7 адсорбцыя DC на кампазіце rGO/nZVI не кантралявалася электрастатычнымі ўзаемадзеяннямі, так як ён дзейнічаў як цвитерион; такім чынам, змяненне значэння pH не ўплывае на працэс адсорбцыі. У далейшым механізм адсорбцыі можна кантраляваць з дапамогай неэлектрастатычных узаемадзеянняў, такіх як вадародныя сувязі, гідрафобныя эфекты і ўзаемадзеянне π-π стэкінгу паміж кампазітам rGO/nZVI і DC66. Добра вядома, што механізм утварэння араматычных адсарбатаў на паверхнях слаістага графена тлумачыцца ўзаемадзеяннем π–π стэкінгу ў якасці асноўнай рухаючай сілы. Кампазіт уяўляе сабой слаісты матэрыял, падобны на графен, з максімумам паглынання пры 233 нм з-за пераходу π-π*. На падставе наяўнасці чатырох араматычных кольцаў у малекулярнай структуры адсарбату пастаяннага току мы выказалі здагадку, што існуе механізм узаемадзеяння π-π-стэкінгу паміж араматычным DC (акцэптарам π-электронаў) і вобласцю, багатай π-электронамі на паверхню РГО. /nZVI кампазіты. Акрамя таго, як паказана на мал. 10B, даследаванні FTIR былі праведзены для вывучэння малекулярнага ўзаемадзеяння кампазітаў rGO/nZVI з пастаянным токам, а спектры FTIR кампазітаў rGO/nZVI пасля адсорбцыі DC паказаны на малюнку 10B. 10б. Новы пік назіраецца пры 2111 см-1, што адпавядае каркаснай вібрацыі сувязі C=C, што сведчыць аб наяўнасці адпаведных арганічных функцыянальных груп на паверхні 67 rGO/nZVI. Іншыя пікі зрушваюцца з 1561 да 1548 см-1 і з 1399 да 1360 см-1, што таксама пацвярджае, што ўзаемадзеянне π-π гуляе важную ролю ў адсорбцыі графена і арганічных забруджвальных рэчываў68,69. Пасля адсорбцыі DC інтэнсіўнасць некаторых кіслародзмяшчальных груп, такіх як OH, знізілася да 3270 см-1, што сведчыць аб тым, што вадародная сувязь з'яўляецца адным з механізмаў адсорбцыі. Такім чынам, зыходзячы з вынікаў, адсорбцыя пастаяннага току на кампазіце rGO/nZVI адбываецца ў асноўным за кошт узаемадзеянняў π-π стэкінгу і Н-сувязей.
Рацыянальны механізм адсорбцыі антыбіётыкаў ДК комплексамі rGO/nZVI і nZVI (А). Спектры FTIR адсорбцыі DC на rGO/nZVI і nZVI (B).
Інтэнсіўнасць палос паглынання nZVI пры 3244, 1615, 1546 і 1011 см–1 павялічылася пасля адсорбцыі DC на nZVI (мал. 10B) у параўнанні з nZVI, што павінна быць звязана з узаемадзеяннем з магчымымі функцыянальнымі групамі карбонавай кіслаты. O групы ў DC. Аднак гэты больш нізкі працэнт прапускання ва ўсіх назіраных дыяпазонах паказвае на адсутнасць істотных змен у эфектыўнасці адсорбцыі фітасінтэтычнага адсарбенту (nZVI) у параўнанні з nZVI перад працэсам адсорбцыі. Згодна з некаторымі даследаваннямі выдалення пастаяннага току з дапамогай nZVI71, калі nZVI рэагуе з H2O, вызваляюцца электроны, а затым H+ выкарыстоўваецца для атрымання актыўнага вадароду з высокай здольнасцю аднаўляцца. Нарэшце, некаторыя катыённыя злучэнні прымаюць электроны ад актыўнага вадароду, што прыводзіць да -C=N і -C=C-, што тлумачыцца расшчапленнем бензольнага кольца.
Час публікацыі: 14 лістапада 2022 г