Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır. En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu arada desteğin devamını sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan oluşturacağız.
Bu çalışmada, rGO/nZVI kompozitleri, daha az zararlı kimyasal sentez gibi "yeşil" kimya ilkelerine uymak için indirgeyici madde ve stabilizatör olarak Sophora sarımsı yaprak ekstraktı kullanılarak basit ve çevre dostu bir prosedür kullanılarak ilk kez sentezlendi. Başarılı kompozit üretimini gösteren SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR ve zeta potansiyeli gibi kompozitlerin başarılı sentezini doğrulamak için çeşitli araçlar kullanılmıştır. Yeni kompozitlerin ve saf nZVI'nın antibiyotik doksisiklin'in çeşitli başlangıç konsantrasyonlarında giderme kapasitesi, rGO ve nZVI arasındaki sinerjistik etkiyi araştırmak için karşılaştırıldı. 25 mg L-1, 25°C ve 0,05 g uzaklaştırma koşulları altında, saf nZVI'nın adsorptif uzaklaştırma oranı %90 iken rGO/nZVI kompoziti tarafından doksisiklin adsorptif uzaklaştırma oranı %94,6'ya ulaştı; bu da nZVI ve rGO'nun varlığını doğruluyor . Adsorpsiyon prosesi yalancı ikinci dereceye karşılık gelir ve 25 °C ve pH 7'de maksimum 31,61 mg g-1 adsorpsiyon kapasitesiyle Freundlich modeliyle iyi bir uyum içindedir. DC'nin uzaklaştırılması için makul bir mekanizma önerilmiştir. Ek olarak, rGO/nZVI kompozitinin yeniden kullanılabilirliği, ardışık altı rejenerasyon döngüsünden sonra %60 olmuştur.
Su kıtlığı ve kirlilik artık tüm ülkeler için ciddi bir tehdittir. Son yıllarda, COVİD-19 salgını sırasında artan üretim ve tüketim nedeniyle su kirliliği, özellikle de antibiyotik kirliliği arttı1,2,3. Bu nedenle atık sudaki antibiyotiklerin ortadan kaldırılmasına yönelik etkili bir teknolojinin geliştirilmesi acil bir görevdir.
Tetrasiklin grubundan dirençli yarı sentetik antibiyotiklerden biri de doksisiklindir (DC)4,5. Yer altı ve yüzey sularındaki DC kalıntılarının metabolize edilemediği, sadece %20-50'sinin metabolize edildiği ve geri kalan kısmının çevreye salınarak ciddi çevre ve sağlık sorunlarına neden olduğu rapor edilmiştir6.
Düşük seviyelerde DC'ye maruz kalmak suda yaşayan fotosentetik mikroorganizmaları öldürebilir, antimikrobiyal bakterilerin yayılmasını tehdit edebilir ve antimikrobiyal direnci artırabilir; dolayısıyla bu kirletici maddenin atık sudan uzaklaştırılması gerekir. DC'nin sudaki doğal bozunması çok yavaş bir süreçtir. Fotoliz, biyolojik bozunma ve adsorpsiyon gibi fiziko-kimyasal süreçler yalnızca düşük konsantrasyonlarda ve çok düşük oranlarda bozunabilir7,8. Ancak en ekonomik, basit, çevre dostu, kullanımı kolay ve etkili yöntem adsorpsiyondur9,10.
Nano sıfır değerli demir (nZVI), metronidazol, diazepam, siprofloksasin, kloramfenikol ve tetrasiklin dahil olmak üzere birçok antibiyotiği sudan uzaklaştırabilen çok güçlü bir malzemedir. Bu yetenek, nZVI'nın sahip olduğu yüksek reaktivite, geniş yüzey alanı ve çok sayıda harici bağlanma bölgesi11 gibi şaşırtıcı özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, nZVI, van der Wells kuvvetleri ve yüksek manyetik özellikleri nedeniyle sulu ortamda toplanmaya eğilimlidir; bu, nZVI10,12'nin reaktivitesini engelleyen oksit katmanlarının oluşumu nedeniyle kirletici maddelerin giderilmesindeki etkinliğini azaltır. nZVI parçacıklarının topaklaşması, yüzeylerini yüzey aktif maddeler ve polimerlerle değiştirerek veya bunları kompozit formundaki diğer nanomalzemelerle birleştirerek azaltılabilir; bunun, ortamdaki stabilitelerini geliştirmek için geçerli bir yaklaşım olduğu kanıtlanmıştır13,14.
Grafen, bal peteği şeklinde düzenlenmiş sp2 hibritlenmiş karbon atomlarından oluşan iki boyutlu bir karbon nanomateryalidir. Geniş bir yüzey alanına, önemli mekanik mukavemete, mükemmel elektrokatalitik aktiviteye, yüksek termal iletkenliğe, hızlı elektron hareketliliğine ve yüzeyinde inorganik nanopartikülleri desteklemek için uygun bir taşıyıcı malzemeye sahiptir. Metal nanopartiküller ve grafenin kombinasyonu, her malzemenin bireysel faydalarını büyük ölçüde aşabilir ve üstün fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle, daha verimli su arıtımı için nanopartiküllerin optimal dağılımını sağlayabilir15.
Bitki ekstraktları, indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve nZVI sentezinde yaygın olarak kullanılan zararlı kimyasal indirgeyici ajanlara en iyi alternatiftir çünkü bunlar mevcut, ucuz, tek adımlı, çevresel açıdan güvenli ve indirgeyici ajanlar olarak kullanılabilir. flavonoidler ve fenolik bileşikler gibi aynı zamanda stabilizatör görevi görür. Bu nedenle bu çalışmada rGO/nZVI kompozitlerinin sentezinde onarıcı ve kapatıcı ajan olarak Atriplex halimus L. yaprak ekstraktı kullanıldı. Amaranthaceae familyasından Atriplex halimus, geniş bir coğrafi yayılışı olan, nitrojeni seven çok yıllık bir çalıdır16.
Mevcut literatüre göre, Atriplex halimus (A. halimus) ilk olarak ekonomik ve çevre dostu bir sentez yöntemi olarak rGO/nZVI kompozitlerinin yapımında kullanıldı. Dolayısıyla, bu çalışmanın amacı dört bölümden oluşmaktadır: (1) rGO/nZVI ve ebeveyn nZVI kompozitlerinin A. halimus sucul yaprak ekstraktı kullanılarak fitosentezi, (2) fitosentezlenmiş kompozitlerin başarılı imalatlarını doğrulamak için birden fazla yöntem kullanılarak karakterizasyonu, (3) ) farklı reaksiyon parametreleri altında doksisiklin antibiyotiklerinin organik kirletici maddelerinin adsorpsiyonu ve uzaklaştırılmasında rGO ve nZVI'nın sinerjistik etkisini incelemek, adsorpsiyon işleminin koşullarını optimize etmek, (3) işlem döngüsünden sonra çeşitli sürekli işlemlerde kompozit malzemeleri araştırmak.
Doksisiklin hidroklorür (DC, MM = 480,90, kimyasal formül C22H24N2O·HCl, %98), demir klorür heksahidrat (FeCl3.6H2O, %97), Sigma-Aldrich, ABD'den satın alınan grafit tozu. Sodyum hidroksit (NaOH, %97), etanol (C2H5OH, %99,9) ve hidroklorik asit (HCl, %37) Merck, ABD'den satın alınmıştır. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 ve MgCl2, Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd.'den satın alınmıştır. Tüm reaktifler yüksek analitik saflığa sahiptir. Tüm sulu çözeltilerin hazırlanmasında çift damıtılmış su kullanıldı.
A. halimus'un temsili örnekleri Nil Deltası'ndaki doğal yaşam alanlarından ve Mısır'ın Akdeniz kıyısı boyunca uzanan topraklardan toplanmıştır. Bitki materyali geçerli ulusal ve uluslararası kurallara uygun olarak toplandı17. Prof. Manal Fawzi, bitki örneklerini Boulos18'e göre tanımlamış ve İskenderiye Üniversitesi Çevre Bilimleri Bölümü, üzerinde çalışılan bitki türlerinin bilimsel amaçlarla toplanmasına izin vermiştir. Örnek kuponlar Tanta Üniversitesi Herbaryumu'nda (TANE) tutulmaktadır, kupon no. 14 122–14 127, biriktirilen materyallere erişim sağlayan halka açık bir herbaryum. Ayrıca toz veya kiri temizlemek için bitkinin yapraklarını küçük parçalar halinde kesin, musluk ve damıtılmış su ile 3 kez durulayın ve ardından 50°C'de kurutun. Bitki ezildi, 5 g ince toz 100 ml damıtılmış suya daldırıldı ve bir ekstrakt elde etmek için 70°C'de 20 dakika karıştırıldı. Elde edilen Bacillus nicotianae ekstraktı Whatman filtre kağıdından süzüldü ve daha sonra kullanılmak üzere temiz ve sterilize edilmiş tüplerde 4°C'de saklandı.
Şekil 1'de gösterildiği gibi GO, değiştirilmiş Hummers yöntemiyle grafit tozundan yapılmıştır. 10 mg GO tozu, sonikasyon altında 30 dakika boyunca 50 ml deiyonize su içerisinde dağıtıldı ve daha sonra 0,9 g FeCl3 ve 2,9 g NaAc, 60 dakika süreyle karıştırıldı. Karıştırılarak karıştırılan çözeltiye 20 ml atriplex yaprak ekstraktı ilave edildi ve 80°C'de 8 saat bekletildi. Ortaya çıkan siyah süspansiyon süzüldü. Hazırlanan nanokompozitler etanol ve bidistile su ile yıkandıktan sonra vakumlu fırında 50°C'de 12 saat kurutuldu.
rGO/nZVI ve nZVI komplekslerinin yeşil sentezinin ve Atriplex halimus ekstraktı kullanılarak DC antibiyotiklerin kirlenmiş sudan uzaklaştırılmasının şematik ve dijital fotoğrafları.
Kısaca, Şekil 1'de gösterildiği gibi, 0.05 M Fe3+ iyonu içeren 10 ml demir klorür çözeltisi, 20 ml acı yaprak ekstraktı çözeltisine, orta derecede ısıtma ve karıştırma ile 60 dakika boyunca damla damla ilave edildi ve daha sonra çözelti, daha sonra 0,5 °C'de santrifüjlendi. 14.000 devir/dakika (Hermle, 15.000 devir/dakika) 15 dakika süreyle siyah parçacıklar elde edildi; bunlar daha sonra 3 kez etanol ve damıtılmış su ile yıkandı ve daha sonra 60°C'de bir vakumlu fırında gece boyunca kurutuldu.
Bitkide sentezlenen rGO/nZVI ve nZVI kompozitleri, 200-800 nm tarama aralığında UV-görünür spektroskopi (T70/T80 serisi UV/Vis spektrofotometreler, PG Instruments Ltd, İngiltere) ile karakterize edildi. RGO/nZVI ve nZVI kompozitlerinin topografisini ve boyut dağılımını analiz etmek için TEM spektroskopisi (JOEL, JEM-2100F, Japonya, hızlanma voltajı 200 kV) kullanıldı. Geri kazanım ve stabilizasyon sürecinden sorumlu bitki ekstraktlarında yer alabilecek fonksiyonel grupları değerlendirmek için FT-IR spektroskopisi yapıldı (4000-600 cm-1 aralığında JASCO spektrometresi). Ek olarak, sentezlenen nanomateryallerin yüzey yükünü incelemek için bir zeta potansiyel analizörü (Zetasizer Nano ZS Malvern) kullanıldı. Toz haline getirilmiş nanomalzemelerin X-ışını kırınım ölçümleri için, 20° ila 80°C arasındaki 2θ aralığında bir akım (40 mA) ve voltajda (45 kV) çalışan bir X-ışını kırınım ölçer (X'PERT PRO, Hollanda) kullanıldı. ° ve CuKa1 radyasyonu (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). Enerji dağılımlı X-ışını spektrometresi (EDX) (model JEOL JSM-IT100), XPS üzerinde -10'dan 1350 eV'ye kadar Al K-α monokromatik X-ışınlarını toplarken element bileşiminin incelenmesinden sorumluydu, nokta boyutu 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, ABD) tam spektrumun iletim enerjisi 200 eV, dar spektrumun ise 50 eV'dir. Toz numunesi, bir vakum odasına yerleştirilen bir numune tutucuya bastırılır. Bağlanma enerjisini belirlemek için C1 spektrumu 284,58 eV'de referans olarak kullanıldı.
Sentezlenen rGO/nZVI nanokompozitlerinin sulu çözeltilerden doksisiklin (DC) uzaklaştırılmasındaki etkinliğini test etmek için adsorpsiyon deneyleri yapıldı. Adsorpsiyon deneyleri, 25 ml Erlenmeyer şişelerinde, 298 K'de bir yörünge çalkalayıcıda (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) 200 rpm çalkalama hızında gerçekleştirildi. DC stok çözeltisinin (1000 ppm) iki kez damıtılmış suyla seyreltilmesiyle. RGO/nSVI dozajının adsorpsiyon verimliliği üzerindeki etkisini değerlendirmek için, 20 ml DC çözeltisine farklı ağırlıklardaki (0,01-0,07 g) nanokompozitler ilave edildi. Kinetik ve adsorpsiyon izotermlerini incelemek için, 0,05 g adsorban, başlangıç konsantrasyonuna (25-100 mg L-1) sahip sulu bir CD çözeltisine daldırıldı. PH'ın DC'nin uzaklaştırılması üzerindeki etkisi, pH'da (3-11) ve 25°C'de 50 mg L-1 başlangıç konsantrasyonunda incelenmiştir. Az miktarda HCl veya NaOH çözeltisi (Crison pH metre, pH metre, pH 25) ekleyerek sistemin pH'ını ayarlayın. Ayrıca 25-55°C aralığında reaksiyon sıcaklığının adsorpsiyon deneylerine etkisi araştırıldı. İyonik kuvvetin adsorpsiyon prosesi üzerindeki etkisi, 50 mg L-1, pH 3 ve 7, 25°C başlangıç DC konsantrasyonunda çeşitli konsantrasyonlarda NaCl (0,01-4 mol L-1) eklenerek incelenmiştir. 0.05 g'lık bir adsorban dozu. Adsorbe edilmemiş DC'nin adsorpsiyonu, 270 ve 350 nm maksimum dalga boylarında (λmax) 1,0 cm yol uzunluğunda kuvars küvetlerle donatılmış bir çift ışınlı UV-Vis spektrofotometre (T70/T80 serisi, PG Instruments Ltd, UK) kullanılarak ölçüldü. DC antibiyotiklerinin uzaklaştırılma yüzdesi (%R; Denklem 1) ve DC'nin adsorpsiyon miktarı, qt, Denklem. 2 (mg/g) aşağıdaki denklem kullanılarak ölçüldü.
burada %R DC çıkarma kapasitesidir (%), Co sırasıyla 0 zamanındaki başlangıç DC konsantrasyonudur ve C sırasıyla t zamanındaki DC konsantrasyonudur (mg L-1).
burada qe, adsorbanın birim kütlesi başına adsorbe edilen DC miktarıdır (mg g-1), Co ve Ce sırasıyla sıfır zamandaki ve dengedeki konsantrasyonlardır (mg l-1), V çözelti hacmidir (l) ve m, adsorpsiyon kütle reaktifidir (g).
SEM görüntüleri (Şekil 2A – C), yüzeyinde eşit şekilde dağılmış küresel demir nanopartikülleri içeren rGO/nZVI kompozitinin katmanlı morfolojisini gösterir; bu, nZVI NP'lerin rGO yüzeyine başarılı bir şekilde bağlandığını gösterir. Ek olarak rGO yaprağında, A. halimus GO'nun restorasyonu ile eş zamanlı olarak oksijen içeren grupların uzaklaştırıldığını doğrulayan bazı kırışıklıklar vardır. Bu büyük kırışıklıklar, demir NP'lerin aktif olarak yüklenmesi için alanlar görevi görür. nZVI görüntüleri (Şekil 2D-F), küresel demir NP'lerin çok dağıldığını ve toplanmadığını gösterdi; bu, bitki ekstraktının botanik bileşenlerinin kaplama doğasından kaynaklanmaktadır. Parçacık boyutu 15-26 nm arasında değişiyordu. Bununla birlikte bazı bölgeler, DC moleküllerinin nZVI yüzeyinde yakalanma olasılığını artırabildiğinden, nZVI'nın yüksek etkili adsorpsiyon kapasitesini sağlayabilen çıkıntılar ve boşluklardan oluşan bir yapıya sahip mezogözenekli bir morfolojiye sahiptir. nZVI sentezi için Rosa Damascus ekstraktı kullanıldığında, elde edilen NP'ler homojen değildi, boşluklara ve farklı şekillere sahipti, bu da Cr(VI) adsorpsiyonundaki verimliliklerini azalttı ve reaksiyon süresini arttırdı23. Sonuçlar, bariz bir topaklanma olmaksızın çeşitli nanometre boyutlarına sahip, çoğunlukla küresel nanopartiküller olan meşe ve dut yapraklarından sentezlenen nZVI ile tutarlıdır.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) kompozitlerinin SEM görüntüleri ve nZVI/rGO (G) ve nZVI (H) kompozitlerinin EDX desenleri.
Bitkide sentezlenen rGO/nZVI ve nZVI kompozitlerinin element bileşimi EDX kullanılarak incelenmiştir (Şekil 2G, H). Araştırmalar, nZVI'nın karbon (kütlece %38,29), oksijen (kütlece %47,41) ve demirden (kütlece %11,84) oluştuğunu, ancak bitki özlerinden elde edilebilen fosfor24 gibi diğer elementlerin de mevcut olduğunu göstermektedir. Ek olarak, yüksek karbon ve oksijen yüzdesi, yeraltı nZVI örneklerinde bitki ekstraktlarından elde edilen fitokimyasalların varlığından kaynaklanmaktadır. Bu elementler rGO üzerinde eşit olarak dağılmıştır ancak farklı oranlardadır: C (ağırlıkça %39,16), O (ağırlıkça %46,98) ve Fe (ağırlıkça %10,99), EDX rGO/nZVI aynı zamanda S gibi diğer elementlerin varlığını da gösterir. Bitki özleri ile ilişkilendirilebilen, kullanılmaktadır. A. halimus kullanılan rGO/nZVI kompozitindeki mevcut C:O oranı ve demir içeriği, C (ağırlıkça %23,44), O (ağırlıkça %68,29) bileşimini karakterize ettiğinden okaliptüs yaprağı ekstraktını kullanmaktan çok daha iyidir. ve Fe (ağırlıkça %8,27). ağırlıkça %) 25. Nataša ve diğerleri, 2022, meşe ve dut yapraklarından sentezlenen nZVI'nın benzer bir elementel bileşimini bildirmiş ve yaprak ekstraktında bulunan polifenol gruplarının ve diğer moleküllerin indirgeme sürecinden sorumlu olduğunu doğrulamıştır.
Bitkilerde sentezlenen nZVI'nın morfolojisi (Şekil S2A,B), ortalama parçacık boyutu 23.09 ± 3.54 nm olan küresel ve kısmen düzensizdi, ancak van der Waals kuvvetleri ve ferromanyetizma nedeniyle zincir agregatları gözlendi. Bu ağırlıklı olarak granüler ve küresel parçacık şekli, SEM sonuçlarıyla iyi bir uyum içindedir. Benzer bir gözlem Abdelfatah ve diğerleri tarafından da bulunmuştur. 2021'de nZVI11 sentezinde hintyağı yaprağı ekstraktının kullanıldığı zaman. nZVI'da indirgeyici madde olarak kullanılan Ruelas tuberosa yaprak ekstraktı NP'leri ayrıca 20 ila 40 nm26 çapında küresel bir şekle sahiptir.
Hibrit rGO / nZVI kompozit TEM görüntüleri (Şekil S2C-D), rGO'nun, nZVI NP'ler için birden fazla yükleme alanı sağlayan kenar kıvrımları ve kırışıklıkları olan bir bazal düzlem olduğunu gösterdi; bu katmanlı morfoloji aynı zamanda rGO'nun başarılı üretimini de doğrulamaktadır. Ek olarak, nZVI NP'leri parçacık boyutları 5,32 ila 27 nm arasında olan küresel bir şekle sahiptir ve neredeyse tekdüze bir dağılımla rGO katmanına gömülür. Fe NP'leri/rGO'yu sentezlemek için okaliptüs yaprağı ekstresi kullanıldı; TEM sonuçları ayrıca rGO katmanındaki kırışıklıkların Fe NP'lerin dispersiyonunu saf Fe NP'lerden daha fazla geliştirdiğini ve kompozitlerin reaktivitesini arttırdığını doğruladı. Bagheri ve ark. tarafından da benzer sonuçlar elde edildi. Kompozit, yaklaşık 17.70 nm ortalama demir nanoparçacık boyutuna sahip ultrasonik teknikler kullanılarak üretildiğinde 28.
A. halimus, nZVI, GO, rGO ve rGO/nZVI kompozitlerinin FTIR spektrumları Şekil 2'de gösterilmektedir. 3A. A. halimus'un yapraklarında yüzey fonksiyonel grupların varlığı polifenollere karşılık gelen 3336 cm-1'de ve proteinin ürettiği karbonil gruplarına karşılık gelen 1244 cm-1'de ortaya çıkmaktadır. 2918 cm-1'deki alkanlar, 1647 cm-1'deki alkenler ve 1030 cm-1'deki CO-O-CO uzantıları gibi diğer gruplar da gözlemlenmiştir; bu durum, sızdırmazlık maddesi görevi gören ve geri kazanımdan sorumlu olan bitki bileşenlerinin varlığını düşündürmektedir. Fe2+'dan Fe0'a ve GO'dan rGO29'a. Genel olarak nZVI spektrumları acı şekerlerle aynı absorpsiyon tepe noktalarını gösterir, ancak konumu biraz değişmiştir. 3244 cm-1'de OH gerilme titreşimleriyle (fenoller) ilişkili yoğun bir bant belirir, 1615'teki bir zirve C=C'ye karşılık gelir ve 1546 ve 1011 cm-1'deki bantlar C=O'nun (polifenoller ve flavonoidler) gerilmesinden dolayı ortaya çıkar. Aromatik aminlerin ve alifatik aminlerin CN grupları da sırasıyla 1310 cm-1 ve 1190 cm-1'de gözlenmiştir13. GO'nun FTIR spektrumu, 1041 cm-1'deki alkoksi (CO) germe bandı, 1291 cm-1'deki epoksi (CO) germe bandı, C=O germe dahil olmak üzere birçok yüksek yoğunluklu oksijen içeren grubun varlığını gösterir. 1619 cm-1'de C=C gerilme titreşimlerinden oluşan bir bant, 1708 cm-1'de bir bant ve 3384 cm-1'de geniş bir OH grubu gerilme titreşimleri bandı ortaya çıktı ve bu, iyileştirilmiş Hummers yöntemiyle doğrulandı ve bu da oksitlenmeyi başarılı bir şekilde oksitledi. Grafit süreci. RGO ve rGO/nZVI kompozitlerini GO spektrumlarıyla karşılaştırırken, 3270 cm-1'deki OH gibi bazı oksijen içeren grupların yoğunluğu önemli ölçüde azalırken, 1729 cm-1'deki C=O gibi diğerlerinin yoğunluğu tamamen azalır. azaltılmış. ortadan kayboldu, bu da GO'daki oksijen içeren fonksiyonel grupların A. halimus ekstraktı tarafından başarılı bir şekilde uzaklaştırıldığını gösteriyor. C=C geriliminde rGO'nun yeni keskin karakteristik zirveleri 1560 ve 1405 cm-1 civarında gözlenir, bu da GO'nun rGO'ya indirgendiğini doğrular. Muhtemelen bitki materyalinin dahil edilmesi nedeniyle 1043 ila 1015 cm-1 ve 982 ila 918 cm-1 arasında değişiklikler gözlenmiştir31,32. Weng ve diğerleri, 2018 ayrıca GO'da oksijenli fonksiyonel gruplarda önemli bir zayıflama gözlemledi ve indirgenmiş demir grafen oksit kompozitlerini sentezlemek için kullanılan okaliptüs yaprağı ekstraktlarının bitki bileşeninin daha yakın FTIR spektrumlarını göstermesi nedeniyle biyo-indirgeme yoluyla rGO'nun başarılı oluşumunu doğruladı. fonksiyonel gruplar. 33.
A. Galyum, nZVI, rGO, GO, kompozit rGO/nZVI (A)'nın FTIR spektrumu. Röntgenogram, rGO, GO, nZVI ve rGO/nZVI'yı (B) birleştirir.
rGO/nZVI ve nZVI kompozitlerinin oluşumu, X-ışını kırınım desenleriyle büyük ölçüde doğrulandı (Şekil 3B). İndekse (110) (JCPDS no. 06-0696)11 karşılık gelen 2° 44,5°'de yüksek yoğunluklu bir Fe0 zirvesi gözlendi. (311) düzleminin 35,1°'sindeki bir başka tepe manyetit Fe3O4'e atfedilir; 63,2°, ϒ-FeOOH'nin (JCPDS no. 17-0536)34 varlığına bağlı olarak (440) düzleminin Miller indeksi ile ilişkilendirilebilir. GO'nun X-ışını modeli, 2° 10,3°'de keskin bir zirve ve 21,1°'de başka bir zirve gösterir; bu, grafitin tamamen pul pul döküldüğünü gösterir ve GO35'in yüzeyinde oksijen içeren grupların varlığını vurgular. RGO ve rGO/nZVI'nın kompozit desenleri, karakteristik GO tepe noktalarının ortadan kaybolduğunu ve rGO ve rGO/nZVI kompozitleri için sırasıyla 2° 22.17 ve 24.7°'de geniş rGO tepe noktalarının oluşumunu kaydetti; bu, GO'nun bitki ekstraktları ile başarılı bir şekilde geri kazanıldığını doğruladı. Bununla birlikte, kompozit rGO/nZVI deseninde, Fe0 (110) ve bcc Fe0 (200) kafes düzlemiyle ilişkili ilave tepe noktaları sırasıyla 44,9\(^\circ\) ve 65,22\(^\circ\)'de gözlendi. .
Zeta potansiyeli, bir parçacığın yüzeyine bağlı iyonik bir katman ile bir malzemenin elektrostatik özelliklerini belirleyen ve stabilitesini ölçen sulu bir çözelti arasındaki potansiyeldir37. Bitki tarafından sentezlenen nZVI, GO ve rGO/nZVI kompozitlerinin Zeta potansiyel analizi, Şekil S1A-'da gösterildiği gibi yüzeylerinde sırasıyla -20,8, -22 ve -27,4 mV negatif yüklerin varlığı nedeniyle stabilitelerini gösterdi. C. . Bu tür sonuçlar, -25 mV'den daha düşük zeta potansiyeli değerlerine sahip parçacıklar içeren çözeltilerin, bu parçacıklar arasındaki elektrostatik itme nedeniyle genellikle yüksek derecede stabilite gösterdiğini belirten çeşitli raporlarla tutarlıdır. rGO ve nZVI kombinasyonu, kompozitin daha fazla negatif yük almasına olanak tanır ve dolayısıyla tek başına GO veya nZVI'dan daha yüksek stabiliteye sahiptir. Bu nedenle elektrostatik itme olgusu, stabil rGO/nZVI39 kompozitlerinin oluşumuna yol açacaktır. GO'nun negatif yüzeyi, sulu bir ortamda topaklanma olmadan eşit şekilde dağılmasına izin verir, bu da nZVI ile etkileşim için uygun koşullar yaratır. Negatif yük, acı kavun ekstraktındaki farklı fonksiyonel grupların varlığı ile ilişkili olabilir; bu aynı zamanda GO ve demir öncüleri ile bitki ekstraktı arasındaki etkileşimi sırasıyla rGO ve nZVI ve rGO/nZVI kompleksini oluşturduğunu doğrular. Bu bitki bileşikleri, sonuçta ortaya çıkan nanopartiküllerin toplanmasını önledikleri ve dolayısıyla stabilitelerini arttırdıkları için kapatma maddeleri olarak da görev yapabilirler40.
nZVI ve rGO/nZVI kompozitlerinin element bileşimi ve değerlik durumları XPS ile belirlendi (Şekil 4). Genel XPS çalışması, rGO/nZVI kompozitinin esas olarak EDS haritalaması ile tutarlı olarak C, O ve Fe elementlerinden oluştuğunu gösterdi (Şekil 4F-H). C1s spektrumu sırasıyla CC, CO ve C=O'yu temsil eden 284,59 eV, 286,21 eV ve 288,21 eV'de üç tepe noktasından oluşur. O1 spektrumu sırasıyla O=CO, CO ve NO gruplarına atanan 531,17 eV, 532,97 eV ve 535,45 eV dahil olmak üzere üç zirveye bölündü. Ancak 710,43, 714,57 ve 724,79 eV'deki zirveler sırasıyla Fe 2p3/2, Fe+3 ve Fe p1/2'ye karşılık gelir. nZVI'nın XPS spektrumları (Şekil 4C-E), C, O ve Fe elementleri için zirveler gösterdi. 284,77, 286,25 ve 287,62 eV'deki zirveler, sırasıyla CC, C-OH ve CO'ya atıfta bulundukları için demir-karbon alaşımlarının varlığını doğrulamaktadır. O1 spektrumu, C–O/demir karbonat (531,19 eV), hidroksil radikali (532,4 eV) ve O–C=O (533,47 eV) olmak üzere üç zirveye karşılık geldi. 719,6'daki zirve Fe0'a atfedilirken FeOOH, 717,3 ve 723,7 eV'deki zirveleri gösterir; ayrıca 725,8 eV'deki zirve, Fe2O342.43'ün varlığını gösterir.
Sırasıyla nZVI ve rGO/nZVI kompozitlerinin XPS çalışmaları (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D) ve O1s (E) ile rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) kompozitinin tam spektrumları.
N2 adsorpsiyon/desorpsiyon izotermi (Şekil 5A, B), nZVI ve rGO/nZVI kompozitlerinin tip II'ye ait olduğunu göstermektedir. Ek olarak, nZVI'nın spesifik yüzey alanı (SBET), rGO ile körleme sonrasında 47,4549'dan 152,52 m2/g'ye yükseldi. Bu sonuç, rGO körleme sonrasında nZVI'nın manyetik özelliklerinin azalması, dolayısıyla parçacık agregasyonunun azalması ve kompozitlerin yüzey alanının artmasıyla açıklanabilir. Ek olarak, Şekil 5C'de gösterildiği gibi, rGO/nZVI kompozitinin gözenek hacmi (8,94 nm), orijinal nZVI'nınkinden (2,873 nm) daha yüksektir. Bu sonuç El-Monaem ve ark. 45.
Başlangıç konsantrasyonundaki artışa bağlı olarak rGO/nZVI kompozitleri ile orijinal nZVI arasındaki DC'yi uzaklaştırmaya yönelik adsorpsiyon kapasitesini değerlendirmek için, çeşitli başlangıç konsantrasyonlarında DC'ye her adsorbanın sabit bir dozunun (0,05 g) eklenmesiyle bir karşılaştırma yapıldı. Araştırılan çözüm [25]. –100 mg l–1] 25°C'de. Sonuçlar, rGO/nZVI kompozitinin çıkarma etkinliğinin (%94,6), daha düşük bir konsantrasyonda (25 mg L-1) orijinal nZVI'nınkinden (%90) daha yüksek olduğunu gösterdi. Bununla birlikte, başlangıç konsantrasyonu 100 mg L-1'e yükseltildiğinde, rGO/nZVI ve parental nZVI'nın uzaklaştırma etkinliği sırasıyla %70 ve %65'e düştü (Şekil 6A), bu durum daha az aktif bölge ve bozunmaya bağlı olabilir. nZVI parçacıkları. Aksine, rGO/nZVI, adsorpsiyon için mevcut stabil aktif bölgelerin çok daha yüksek olduğu ve rGO/nZVI durumunda daha yüksek olduğu rGO ve nZVI arasındaki sinerjistik etkiden kaynaklanabilecek daha yüksek bir DC uzaklaştırma verimliliği göstermiştir. DC, sağlam nZVI'ya göre adsorbe edilebilir. Ayrıca şek. Şekil 6B, rGO/nZVI ve nZVI kompozitlerinin adsorpsiyon kapasitesinin, başlangıç konsantrasyonunun 25-100 mg/L'den artmasıyla sırasıyla 9,4 mg/g'dan 30 mg/g'ye ve 9 mg/g'ye yükseldiğini göstermektedir. -1,1 ila 28,73 mg g-1. Bu nedenle, DC uzaklaştırma hızı, başlangıçtaki DC konsantrasyonuyla negatif korelasyon gösterdi; bu, çözeltideki DC'nin adsorpsiyonu ve uzaklaştırılması için her adsorban tarafından desteklenen sınırlı sayıda reaksiyon merkezine bağlıydı. Dolayısıyla bu sonuçlardan, rGO/nZVI kompozitlerinin daha yüksek adsorpsiyon ve indirgeme verimliliğine sahip olduğu ve rGO/nZVI bileşimindeki rGO'nun hem adsorban hem de taşıyıcı malzeme olarak kullanılabileceği sonucuna varılabilir.
rGO/nZVI ve nZVI kompoziti için giderme verimliliği ve DC adsorpsiyon kapasitesi (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, doz = 0,05 g], pH idi. rGO/nZVI kompozitlerinde adsorpsiyon kapasitesi ve DC uzaklaştırma verimliliği üzerine etkisi (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, doz = 0,05 g].
Çözelti pH'ı, adsorbanın iyonlaşma, türleşme ve iyonlaşma derecesini etkilediği için adsorpsiyon proseslerinin incelenmesinde kritik bir faktördür. Deney, sabit bir adsorban dozu (0,05 g) ve pH aralığında (3-11) 50 mg L-1 başlangıç konsantrasyonuyla 25°C'de gerçekleştirildi. Bir literatür taramasına46 göre DC, çeşitli pH seviyelerinde çeşitli iyonlaşabilen fonksiyonel gruplara (fenoller, amino grupları, alkoller) sahip amfifilik bir moleküldür. Sonuç olarak, DC'nin çeşitli fonksiyonları ve rGO/nZVI kompozitinin yüzeyindeki ilgili yapılar, elektrostatik olarak etkileşime girebilir ve katyonlar, zwitteryonlar ve anyonlar halinde mevcut olabilir; DC molekülü, pH < 3,3'te katyonik (DCH3+) olarak bulunur, zwitteriyonik (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ve anyonik (DCH− veya DC2−) PH 7,7'de. Sonuç olarak, DC'nin çeşitli fonksiyonları ve rGO/nZVI kompozitinin yüzeyindeki ilgili yapılar, elektrostatik olarak etkileşime girebilir ve katyonlar, zwitteryonlar ve anyonlar halinde mevcut olabilir; DC molekülü, pH < 3,3'te katyonik (DCH3+) olarak bulunur, zwitteriyonik (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ve anyonik (DCH- veya DC2-) PH 7,7'de. rGO/nZVI sunucusundaki en yeni yapıyla uyumlu değişiklikleri yeniden düzenleyin твовать электростатически ve могут существовать виде катионов, цвитер-ионов ve анионов, молекула ДК существует в виде иона (DCH3+) при рН < 3,3, цвиттер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ve анионный (DCH- veya DC2-) veya pH 7,7. Sonuç olarak, DC'nin çeşitli işlevleri ve rGO/nZVI kompozitinin yüzeyindeki ilgili yapılar elektrostatik olarak etkileşime girebilir ve katyonlar, zwitteryonlar ve anyonlar formunda var olabilir; DC molekülü, pH < 3,3'te bir katyon (DCH3+) olarak mevcuttur; iyonik (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 ve anyonik (DCH- veya DC2-), pH 7,7'de.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 ve 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 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 ve (DCH- 或DC2-) 在PH 7,7。 Следовательно, различные функции ДК ve родственных ve поверхности композита rGO/nZVI могут вступать эл ектростатические взаимодействия ve существовать виде катионов, цвитер-ионов ve анионов, а молекулы ДК являются катионн ыми (ДЦГ3+) при рН < 3,3. Bu nedenle, DC'nin çeşitli fonksiyonları ve rGO/nZVI kompozitinin yüzeyindeki ilgili yapılar elektrostatik etkileşimlere girebilir ve katyonlar, zwitteryonlar ve anyonlar formunda var olabilirken, DC molekülleri pH < 3,3'te katyoniktir (DCH3+). 3,3 < pH < 7,7 ve anyon (DCH- veya DC2-) pH 7,7'ye kadar bir video akışı (DCH20). 3,3 < pH < 7,7'de bir zwitterion (DCH20) ve pH 7,7'de bir anyon (DCH- veya DC2-) halinde bulunur.pH'ın 3'ten 7'ye artmasıyla, DC gideriminin adsorpsiyon kapasitesi ve verimliliği 11,2 mg/g'dan (%56) 17 mg/g'a (%85) yükseldi (Şekil 6C). Bununla birlikte, pH 9 ve 11'e yükseldikçe adsorpsiyon kapasitesi ve giderme verimliliği sırasıyla 10,6 mg/g'dan (%53) 6 mg/g'a (%30) bir miktar azaldı. PH'ın 3'ten 7'ye yükselmesiyle DC'ler esas olarak zwitteriyonlar formunda mevcuttu; bu da onları ağırlıklı olarak elektrostatik etkileşim yoluyla rGO/nZVI kompozitleri tarafından neredeyse elektrostatik olarak çekilmemiş veya itilmiş hale getiriyordu. PH 8,2'nin üzerine çıktıkça adsorbanın yüzeyi negatif yüklendi, dolayısıyla negatif yüklü doksisiklin ile adsorban yüzeyi arasındaki elektrostatik itme nedeniyle adsorpsiyon kapasitesi azaldı ve azaldı. Bu eğilim, rGO/nZVI kompozitleri üzerindeki DC adsorpsiyonunun yüksek oranda pH'a bağlı olduğunu ve sonuçlar ayrıca rGO/nZVI kompozitlerinin asidik ve nötr koşullar altında adsorban olarak uygun olduğunu göstermektedir.
Sıcaklığın sulu DC çözeltisinin adsorpsiyonu üzerindeki etkisi (25-55°C)'de gerçekleştirildi. Şekil 7A, sıcaklık artışının DC antibiyotiklerin rGO/nZVI üzerindeki giderim verimliliği üzerindeki etkisini göstermektedir; giderme kapasitesi ve adsorpsiyon kapasitesinin %83,44 ve 13,9 mg/g'den %47 ve 7,83 mg/g'ye arttığı açıktır. , sırasıyla. Bu önemli azalma, DC iyonlarının termal enerjisindeki artışa bağlı olabilir ve bu da desorpsiyona yol açar47.
Sıcaklığın CD'nin rGO/nZVI Kompozitleri Üzerindeki Giderim Verimliliği ve Adsorpsiyon Kapasitesi Üzerindeki Etkisi (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Doz = 0,05 g], Adsorban Dozunun CD'nin Giderim Verimliliği ve Giderme Etkinliği Üzerindeki Etkisi rGO/nSVI kompoziti (B) üzerinde adsorpsiyon kapasitesi ve DC gideriminin verimliliği üzerine Başlangıç Konsantrasyonu [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, doz = 0,05 g].
Kompozit adsorban rGO/nZVI dozunun 0,01 g'dan 0,07 g'a arttırılmasının giderim verimliliği ve adsorpsiyon kapasitesi üzerindeki etkisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 7B. Adsorban dozunun arttırılması, adsorpsiyon kapasitesinin 33,43 mg/g'dan 6,74 mg/g'a düşmesine neden olmuştur. Bununla birlikte adsorban dozunun 0,01 g'dan 0,07 g'a artmasıyla giderim verimliliği %66,8'den %96'ya yükselir, bu da nanokompozit yüzeyindeki aktif merkezlerin sayısındaki artışla ilişkilendirilebilir.
Başlangıç konsantrasyonunun adsorpsiyon kapasitesi ve giderme verimliliği üzerindeki etkisi [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, doz 0,05 g] incelenmiştir. Başlangıç konsantrasyonu 25 mg L-1'den 100 mg L-1'e yükseltildiğinde, rGO/nZVI kompozitinin uzaklaştırma yüzdesi muhtemelen istenen aktif maddenin yokluğundan dolayı %94,6'dan %65'e düştü (Şekil 7C). siteler. . Büyük konsantrasyonlarda DC49'u adsorbe eder. Öte yandan, başlangıç konsantrasyonu arttıkça adsorpsiyon kapasitesi de dengeye ulaşılıncaya kadar 9,4 mg/g'dan 30 mg/g'a yükseldi (Şekil 7D). Bu kaçınılmaz reaksiyon, rGO/nZVI kompozitinin yüzeyine (50) ulaşmak için DC iyon kütle transfer direncinden daha büyük bir başlangıç DC konsantrasyonuna sahip itici kuvvetteki bir artıştan kaynaklanmaktadır.
Temas süresi ve kinetik çalışmalar adsorpsiyonun denge süresini anlamayı amaçlamaktadır. İlk olarak, temas süresinin ilk 40 dakikasında adsorbe edilen DC miktarı, tüm süre boyunca (100 dakika) adsorbe edilen toplam miktarın yaklaşık yarısı kadardı. Çözeltideki DC molekülleri çarpışarak rGO/nZVI kompozitinin yüzeyine hızla göç etmelerine ve önemli adsorpsiyona neden olur. 40 dakika sonra DC adsorpsiyonu, 60 dakika sonra dengeye ulaşılıncaya kadar kademeli olarak ve yavaş yavaş arttı (Şekil 7D). İlk 40 dakika içinde makul bir miktar adsorbe edildiğinden, DC molekülleriyle daha az çarpışma olacak ve adsorbe edilmemiş moleküller için daha az aktif bölge mevcut olacaktır. Bu nedenle adsorpsiyon hızı azaltılabilir51.
Adsorpsiyon kinetiğini daha iyi anlamak için, yalancı birinci dereceden (Şekil 8A), yalancı ikinci dereceden (Şekil 8B) ve Elovich (Şekil 8C) kinetik modellerinin çizgi grafikleri kullanıldı. Kinetik çalışmalardan elde edilen parametrelerden (Tablo S1), R2 değerinin diğer iki modelden daha yüksek ayarlandığı yalancı saniye modelinin adsorpsiyon kinetiğini tanımlamak için en iyi model olduğu açıkça ortaya çıkmaktadır. Hesaplanan adsorpsiyon kapasiteleri (qe, cal) arasında da benzerlik vardır. Sahte ikinci derece ve deneysel değerler (qe, exp.), sözde ikinci derecenin diğer modellere göre daha iyi bir model olduğunun bir başka kanıtıdır. Tablo 1'de gösterildiği gibi, α (başlangıç adsorpsiyon hızı) ve β (desorpsiyon sabiti) değerleri, adsorpsiyon hızının desorpsiyon oranından daha yüksek olduğunu doğrulayarak DC'nin rGO/nZVI52 kompoziti üzerinde verimli bir şekilde adsorbe olma eğiliminde olduğunu gösterir. .
Yalancı ikinci dereceden (A), yalancı birinci dereceden (B) ve Elovich'in (C) doğrusal adsorpsiyon kinetik grafikleri [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, doz = 0,05 g ]
Adsorpsiyon izotermleri çalışmaları, çeşitli adsorbat konsantrasyonlarında (DC) ve sistem sıcaklıklarında adsorbanın (RGO/nRVI kompoziti) adsorpsiyon kapasitesinin belirlenmesine yardımcı olur. Maksimum adsorpsiyon kapasitesi, adsorpsiyonun homojen olduğunu ve aralarında etkileşim olmadan adsorbanın yüzeyinde bir adsorbat tek katmanının oluşumunu içerdiğini belirten Langmuir izotermi kullanılarak hesaplandı53. Yaygın olarak kullanılan diğer iki izoterm modeli Freundlich ve Temkin modelleridir. Freundlich modeli adsorpsiyon kapasitesini hesaplamak için kullanılmasa da heterojen adsorpsiyon sürecini ve adsorban üzerindeki boşlukların farklı enerjilere sahip olduğunu anlamaya yardımcı olurken, Temkin modeli adsorpsiyonun fiziksel ve kimyasal özelliklerini anlamaya yardımcı olur54.
Şekil 9A-C sırasıyla Langmuir, Freindlich ve Temkin modellerinin çizgi grafiklerini göstermektedir. Freundlich (Şekil 9A) ve Langmuir (Şekil 9B) çizgi grafiklerinden hesaplanan ve Tablo 2'de sunulan R2 değerleri, rGO/nZVI kompoziti üzerindeki DC adsorpsiyonunun Freundlich (0,996) ve Langmuir (0,988) izotermini takip ettiğini göstermektedir. modelleri ve Temkin (0,985). Langmuir izoterm modeli kullanılarak hesaplanan maksimum adsorpsiyon kapasitesi (qmax) 31,61 mg g-1 idi. Ek olarak boyutsuz ayırma faktörünün (RL) hesaplanan değeri 0 ile 1 (0,097) arasındadır ve bu da uygun bir adsorpsiyon prosesini gösterir. Aksi halde hesaplanan Freundlich sabiti (n = 2,756) bu soğurma prosesinin tercih edildiğini gösterir. Temkin izoterminin doğrusal modeline göre (Şekil 9C), DC'nin rGO/nZVI kompoziti üzerindeki adsorpsiyonu, b ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55 olduğundan fiziksel bir adsorpsiyon işlemidir. Fiziksel adsorpsiyona genellikle zayıf van der Waals kuvvetleri aracılık etse de, rGO/nZVI kompozitlerinde doğru akım adsorpsiyonu düşük adsorpsiyon enerjileri gerektirir [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B) ve Temkin (C) doğrusal adsorpsiyon izotermleri [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, doz = 0,05 g]. rGO/nZVI kompozitleri (D) tarafından DC adsorpsiyonu için van't Hoff denkleminin grafiği (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C ve doz = 0,05 g].
Reaksiyon sıcaklığı değişiminin rGO/nZVI kompozitlerinden DC giderimi üzerindeki etkisini değerlendirmek için entropi değişimi (ΔS), entalpi değişimi (ΔH) ve serbest enerji değişimi (ΔG) gibi termodinamik parametreler denklemlerden hesaplandı. 3 ve 458.
burada \({K__{e}\)=\(\frac{{C__{Ae}}{{C__{e}}\) – termodinamik denge sabiti, Ce ve CAe – çözeltide rGO, sırasıyla yüzey dengesindeki /nZVI DC konsantrasyonları. R ve RT sırasıyla gaz sabiti ve adsorpsiyon sıcaklığıdır. ln Ke'nin 1/T'ye karşı grafiği, ∆S ve ∆H'nin belirlenebileceği düz bir çizgi verir (Şekil 9D).
Negatif bir ΔH değeri sürecin ekzotermik olduğunu gösterir. Öte yandan ΔH değeri fiziksel adsorpsiyon sürecinin içerisindedir. Tablo 3'teki negatif ΔG değerleri adsorpsiyonun mümkün ve kendiliğinden olduğunu göstermektedir. ΔS'nin negatif değerleri, sıvı arayüzünde yüksek adsorban molekül sıralamasını gösterir (Tablo 3).
Tablo 4, rGO/nZVI kompozitini önceki çalışmalarda bildirilen diğer adsorbanlarla karşılaştırmaktadır. VGO/nCVI kompozitinin yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu ve DC antibiyotiklerin sudan uzaklaştırılması için umut verici bir materyal olabileceği açıktır. Ek olarak rGO/nZVI kompozitlerinin adsorpsiyonu, 60 dakikalık dengeleme süresiyle hızlı bir işlemdir. rGO/nZVI kompozitlerinin mükemmel adsorpsiyon özellikleri, rGO ve nZVI'nın sinerjistik etkisiyle açıklanabilir.
Şekil 10A, B, DC antibiyotiklerinin rGO/nZVI ve nZVI kompleksleri tarafından uzaklaştırılmasına yönelik rasyonel mekanizmayı göstermektedir. pH'ın DC adsorpsiyonunun verimliliği üzerindeki etkisi üzerine yapılan deneylerin sonuçlarına göre, pH'ın 3'ten 7'ye artmasıyla birlikte, rGO/nZVI kompoziti üzerindeki DC adsorpsiyonu, bir zwitterion görevi gördüğü için elektrostatik etkileşimler tarafından kontrol edilmedi; bu nedenle pH değerindeki bir değişiklik adsorpsiyon sürecini etkilemedi. Daha sonra adsorpsiyon mekanizması, hidrojen bağı, hidrofobik etkiler ve rGO/nZVI kompoziti ile DC66 arasındaki π-π istifleme etkileşimleri gibi elektrostatik olmayan etkileşimler tarafından kontrol edilebilir. Katmanlı grafenin yüzeylerindeki aromatik adsorbatların mekanizmasının, ana itici güç olarak π-π istifleme etkileşimleri ile açıklandığı iyi bilinmektedir. Kompozit, π-π* geçişine bağlı olarak maksimum 233 nm'de absorpsiyona sahip, grafene benzer katmanlı bir malzemedir. DC adsorbatının moleküler yapısında dört aromatik halkanın varlığına dayanarak, aromatik DC (π-elektron alıcısı) ile π-elektronlar açısından zengin bölge arasında π-π-istiflenme etkileşimi mekanizması olduğunu varsaydık. RGO yüzeyi. /nZVI kompozitleri. Ayrıca şekil 2'de gösterildiği gibi. Şekil 10B'de, rGO/nZVI kompozitlerinin DC ile moleküler etkileşimini incelemek için FTIR çalışmaları yapılmıştır ve DC adsorpsiyonundan sonra rGO/nZVI kompozitlerinin FTIR spektrumları Şekil 10B'de gösterilmektedir. 10b. 2111 cm-1'de yeni bir tepe gözlenir; bu, C=C bağının çerçeve titreşimine karşılık gelir; bu, 67 rGO/nZVI'nin yüzeyinde karşılık gelen organik fonksiyonel grupların varlığını gösterir. Diğer zirveler 1561'den 1548 cm-1'e ve 1399'dan 1360 cm-1'e kaymaktadır; bu da π-π etkileşimlerinin grafen ve organik kirleticilerin adsorpsiyonunda önemli bir rol oynadığını doğrulamaktadır68,69. DC adsorpsiyonu sonrasında OH gibi bazı oksijen içeren grupların yoğunluğunun 3270 cm-1'e düşmesi, adsorpsiyon mekanizmalarından birinin hidrojen bağı olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla sonuçlara göre, rGO/nZVI kompoziti üzerindeki DC adsorpsiyonu esas olarak π-π istifleme etkileşimleri ve H-bağlarından dolayı meydana gelir.
DC antibiyotiklerinin rGO/nZVI ve nZVI kompleksleri (A) tarafından adsorpsiyonunun rasyonel mekanizması. DC'nin rGO/nZVI ve nZVI (B) üzerindeki FTIR adsorpsiyon spektrumları.
nZVI'nın 3244, 1615, 1546 ve 1011 cm-1'deki absorpsiyon bantlarının yoğunluğu, nZVI'ye kıyasla nZVI üzerinde DC adsorpsiyonundan sonra arttı (Şekil 10B), bu durum karboksilik asidin olası fonksiyonel gruplarıyla etkileşimi ile ilişkili olmalıdır. DC'deki O grupları. Bununla birlikte, gözlemlenen tüm bantlardaki bu düşük iletim yüzdesi, adsorpsiyon işleminden önceki nZVI ile karşılaştırıldığında fitosentetik adsorbanın (nZVI) adsorpsiyon verimliliğinde önemli bir değişiklik olmadığını göstermektedir. nZVI71 ile yapılan bazı DC uzaklaştırma araştırmalarına göre, nZVI H2O ile reaksiyona girdiğinde elektronlar açığa çıkıyor ve daha sonra yüksek düzeyde indirgenebilir aktif hidrojen üretmek için H+ kullanılıyor. Son olarak, bazı katyonik bileşikler aktif hidrojenden elektronları kabul eder, bu da benzen halkasının bölünmesine atfedilen -C=N ve -C=C- ile sonuçlanır.
Gönderim zamanı: 14 Kasım 2022