Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com. Vafraútgáfan sem þú notar hefur takmarkaðan CSS stuðning. Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer). Í millitíðinni, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við gera síðuna án stíla og JavaScript.
Í þessu verki voru rGO/nZVI samsett efni framleidd í fyrsta skipti með einfaldri og umhverfisvænni aðferð með því að nota Sophora gulleitan laufþykkni sem afoxunarefni og sveiflujöfnun til að uppfylla meginreglur „grænnar“ efnafræði, svo sem minna skaðlegra efnamyndun. Nokkur verkfæri hafa verið notuð til að sannreyna árangursríka myndun samsettra efna, svo sem SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR og zeta möguleika, sem gefa til kynna árangursríka samsetta framleiðslu. Fjarlægingargeta nýju samsettanna og hreins nZVI við mismunandi upphafsstyrk sýklalyfsins doxýcýklíns var borin saman til að kanna samlegðaráhrif milli rGO og nZVI. Við fjarlægingarskilyrði 25mg L-1, 25°C og 0,05g, var aðsogsfjarlægingarhlutfall hreins nZVI 90%, en aðsogsfjarlægingarhlutfall doxýcýklíns með rGO/nZVI samsettu efninu náði 94,6%, sem staðfestir að nZVI og rGO . Aðsogsferlið samsvarar gervi-sekúndu röð og er í góðu samræmi við Freundlich líkanið með hámarks aðsogsgetu 31,61 mg g-1 við 25 °C og pH 7. Lagt hefur verið til sanngjarnan aðferð til að fjarlægja DC. Að auki var endurnýtanleiki rGO/nZVI samsettsins 60% eftir sex endurnýjunarlotur í röð.
Vatnsskortur og mengun er nú alvarleg ógn við öll lönd. Undanfarin ár hefur vatnsmengun, einkum sýklalyfjamengun, aukist vegna aukinnar framleiðslu og neyslu á meðan á COVID-19 heimsfaraldrinum stóð1,2,3. Þess vegna er brýnt verkefni að þróa árangursríka tækni til að útrýma sýklalyfjum í frárennsli.
Eitt af hálf-tilbúnu sýklalyfjunum úr tetracýklínhópnum er doxycycline (DC)4,5. Greint hefur verið frá því að DC leifar í grunnvatni og yfirborðsvatni er ekki hægt að umbrotna, aðeins 20-50% umbrotna og restin losnar út í umhverfið, sem veldur alvarlegum umhverfis- og heilsufarsvandamálum6.
Útsetning fyrir DC í litlu magni getur drepið ljóstillífandi örverur í vatni, ógnað útbreiðslu sýklalyfjagerla og aukið sýklalyfjaþol, þannig að þetta mengun verður að fjarlægja úr skólpvatni. Náttúrulegt niðurbrot DC í vatni er mjög hægt ferli. Eðlisefnafræðilegir ferli eins og ljósgreining, niðurbrot og aðsog geta aðeins brotnað niður við lágan styrk og mjög lágan hraða7,8. Hins vegar er hagkvæmasta, einfaldasta, umhverfisvæna, auðvelda meðhöndlun og skilvirkasta aðferðin aðsog9,10.
Nano zero valent járn (nZVI) er mjög öflugt efni sem getur fjarlægt mörg sýklalyf úr vatni, þar á meðal metrónídazól, díazepam, cíprófloxacín, klóramfenikól og tetracýklín. Þessi hæfileiki stafar af ótrúlegum eiginleikum sem nZVI hefur, svo sem mikilli hvarfvirkni, stóru yfirborði og fjölmörgum ytri bindistaði11. Hins vegar er nZVI viðkvæmt fyrir samloðun í vatnskenndum miðlum vegna van der Wells krafta og mikilla segulmagnaðir eiginleikar, sem dregur úr virkni þess við að fjarlægja mengunarefni vegna myndunar oxíðlaga sem hindra hvarfvirkni nZVI10,12. Hægt er að draga úr þéttingu nZVI agna með því að breyta yfirborði þeirra með yfirborðsvirkum efnum og fjölliðum eða með því að sameina þau við önnur nanóefni í formi samsettra efna, sem hefur reynst raunhæf aðferð til að bæta stöðugleika þeirra í umhverfinu13,14.
Grafen er tvívítt kolefnis nanóefni sem samanstendur af sp2-blendingum kolefnisatómum sem raðað er í hunangsseimgrind. Það hefur stórt yfirborð, verulegan vélrænan styrk, framúrskarandi rafhvatavirkni, mikla hitaleiðni, hraðan rafeindahreyfanleika og hentugt burðarefni til að styðja við ólífrænar nanóagnir á yfirborði þess. Samsetning nanóagna úr málmi og grafen getur farið miklu fram úr einstökum ávinningi hvers efnis og, vegna yfirburða eðlis- og efnafræðilegra eiginleika þess, veitt ákjósanlegri dreifingu nanóagna fyrir skilvirkari vatnsmeðferð15.
Plöntuútdrættir eru besti valkosturinn við skaðleg kemísk afoxunarefni sem almennt eru notuð við myndun minnkaðs grafenoxíðs (rGO) og nZVI vegna þess að þeir eru fáanlegir, ódýrir, í einu skrefi, umhverfisvænir og hægt að nota sem afoxunarefni. eins og flavonoids og fenólsambönd virkar einnig sem sveiflujöfnun. Þess vegna var Atriplex halimus L. laufþykkni notað sem viðgerðar- og lokunarefni fyrir myndun rGO/nZVI samsettra efna í þessari rannsókn. Atriplex halimus af fjölskyldunni Amaranthaceae er köfnunarefniselskandi fjölærur runni með breitt landfræðilegt svið16.
Samkvæmt fyrirliggjandi bókmenntum var Atriplex halimus (A. halimus) fyrst notað til að búa til rGO/nZVI samsett efni sem hagkvæm og umhverfisvæn nýmyndunaraðferð. Markmið þessarar vinnu samanstendur því af fjórum hlutum: (1) plöntumyndun rGO/nZVI og foreldra nZVI samsettra efna með því að nota A. halimus vatnsblaðaþykkni, (2) lýsingu á plöntutilbúnum samsettum efnum með því að nota margar aðferðir til að staðfesta árangursríka framleiðslu þeirra, (3 ) rannsaka samverkandi áhrif rGO og nZVI við aðsog og fjarlægingu lífrænna mengunarefna af doxýcýklínsýklalyfjum við mismunandi viðbragðsbreytur, hámarka aðstæður aðsogsferlisins, (3) rannsaka samsett efni í ýmsum samfelldum meðferðum eftir vinnsluferlið.
Doxycycline hýdróklóríð (DC, MM = 480,90, efnaformúla C22H24N2O·HCl, 98%), járnklóríð hexahýdrat (FeCl3.6H2O, 97%), grafítduft keypt frá Sigma-Aldrich, Bandaríkjunum. Natríumhýdroxíð (NaOH, 97%), etanól (C2H5OH, 99,9%) og saltsýra (HCl, 37%) voru keypt frá Merck, Bandaríkjunum. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 og MgCl2 voru keypt frá Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Öll hvarfefni eru af miklum greiningarhreinleika. Tvíeimað vatn var notað til að útbúa allar vatnslausnir.
Fulltrúum eintaka af A. halimus hefur verið safnað úr náttúrulegu umhverfi þeirra í Nílar Delta og löndum meðfram Miðjarðarhafsströnd Egyptalands. Plöntuefni var safnað í samræmi við gildandi innlendar og alþjóðlegar leiðbeiningar17. Prófessor Manal Fawzi hefur auðkennt plöntusýni samkvæmt Boulos18 og umhverfisvísindadeild Alexandríuháskóla heimilar söfnun rannsakaðra plöntutegunda í vísindalegum tilgangi. Sýnismiðar eru í Tanta University Herbarium (TANE), fylgiskjöl nr. 14 122–14 127, opinber grasastofa sem veitir aðgang að aflögðum efnum. Að auki, til að fjarlægja ryk eða óhreinindi, skera blöð plöntunnar í litla bita, skola 3 sinnum með krana og eimuðu vatni og þurrka síðan við 50°C. Plöntan var mulin, 5 g af fína duftinu var sökkt í 100 ml af eimuðu vatni og hrært við 70°C í 20 mínútur til að fá útdrátt. Útdrátturinn sem fékkst af Bacillus nicotianae var síaður í gegnum Whatman síupappír og geymdur í hreinum og dauðhreinsuðum túpum við 4°C til frekari notkunar.
Eins og sýnt er á mynd 1 var GO framleitt úr grafítdufti með breyttri Hummers aðferð. 10 mg af GO dufti var dreift í 50 ml af afjónuðu vatni í 30 mínútur undir hljóðgjöf og síðan var 0,9 g af FeCl3 og 2,9 g af NaAc blandað saman í 60 mínútur. 20 ml af atriplex laufþykkni var bætt við hrærðu lausnina með hræringu og látið standa við 80°C í 8 klukkustundir. Svarta sviflausnin sem myndaðist var síuð. Tilbúnu nanósamsettu efnin voru þvegin með etanóli og tvíeimuðu vatni og síðan þurrkuð í lofttæmi ofni við 50°C í 12 klukkustundir.
Skýringarmyndir og stafrænar ljósmyndir af grænum myndun rGO/nZVI og nZVI fléttna og fjarlægingu DC sýklalyfja úr menguðu vatni með því að nota Atriplex halimus þykkni.
Í stuttu máli, eins og sýnt er á mynd 1, var 10 ml af járnklóríðlausn sem innihélt 0,05 M Fe3+ jónir bætt í dropatali við 20 ml af biturlaufaútdráttarlausn í 60 mínútur með hóflegri upphitun og hræringu, og síðan var lausnin síðan skilgreind kl. 14.000 rpm (Hermle , 15.000 rpm) í 15 mín til að gefa svartar agnir sem síðan voru þvegnar þrisvar sinnum með etanóli og eimuðu vatni og síðan þurrkaðar í lofttæmi við 60°C yfir nótt.
Plöntutilbúið rGO/nZVI og nZVI samsett efni einkenndust af UV-sýnilegri litrófsgreiningu (T70/T80 röð UV/Vis litrófsmæla, PG Instruments Ltd, Bretlandi) á skönnunarsviðinu 200-800 nm. Til að greina landslag og stærðardreifingu rGO/nZVI og nZVI samsettanna var notuð TEM litrófsgreining (JOEL, JEM-2100F, Japan, hröðunarspenna 200 kV). Til að meta starfræna hópa sem geta tekið þátt í plöntuútdrætti sem bera ábyrgð á bata- og stöðugleikaferlinu var FT-IR litrófsgreining framkvæmd (JASCO litrófsmælir á bilinu 4000-600 cm-1). Að auki var zeta-möguleikagreiningartæki (Zetasizer Nano ZS Malvern) notaður til að rannsaka yfirborðshleðslu tilbúnu nanóefnanna. Fyrir röntgengeislunarmælingar á nanóefnum í duftformi var notaður röntgengeislunarmælir (X'PERT PRO, Hollandi) sem starfaði við straum (40 mA), spennu (45 kV) á bilinu 2θ frá 20° til 80 ° og CuKa1 geislun (\(\lambda =\ ) 1,54056 Ao). Orkudreifandi röntgenljósrófsmælirinn (EDX) (gerð JEOL JSM-IT100) sá um að rannsaka frumefnissamsetningu þegar safnað var Al K-α einlita röntgengeislum frá -10 til 1350 eV á XPS, blettastærð 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) sendingarorka alls litrófsins er 200 eV og þrönga litrófið er 50 eV. Duftsýninu er þrýst á sýnishaldara sem settur er í lofttæmishólf. C 1 s litrófið var notað sem viðmiðun við 284,58 eV til að ákvarða bindingarorkuna.
Aðsogstilraunir voru gerðar til að prófa virkni tilbúna rGO/nZVI nanósamsetninga við að fjarlægja doxycycline (DC) úr vatnslausnum. Aðsogstilraunir voru gerðar í 25 ml Erlenmeyer flöskum við hristingarhraða 200 rpm á svighristara (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) við 298 K. Með því að þynna DC stofnlausnina (1000 ppm) með tvíeimuðu vatni. Til að meta áhrif rGO/nSVI skammtsins á aðsogsvirkni var nanósamsetningum af mismunandi þyngd (0,01–0,07 g) bætt við 20 ml af DC lausn. Til að rannsaka hreyfihvörf og aðsogsjafnhita var 0,05 g af aðsogsefninu sökkt í vatnslausn af CD með upphafsstyrk (25–100 mg L–1). Áhrif pH á brottnám DC voru rannsökuð við pH (3–11) og upphafsstyrkur 50 mg L-1 við 25°C. Stilltu pH kerfisins með því að bæta við litlu magni af HCl eða NaOH lausn (Crison pH-mælir, pH-mælir, pH 25). Auk þess voru áhrif hvarfhitastigs á aðsogstilraunir á bilinu 25-55°C könnuð. Áhrif jónastyrks á aðsogsferlið voru rannsökuð með því að bæta við ýmsum styrkjum af NaCl (0,01–4 mól L–1) við upphafsstyrk DC 50 mg L–1, pH 3 og 7), 25°C, og aðsogsskammtur upp á 0,05 g. Frásog óaðsogaðs DC var mæld með tvígeisla UV-Vis litrófsmæli (T70/T80 röð, PG Instruments Ltd, Bretlandi) búinn 1,0 cm brautarlengd kvars kúvettum við hámarksbylgjulengdir (λmax) 270 og 350 nm. Hlutfall fjarlægingar DC sýklalyfja (R%; Jöfnuður 1) og aðsogsmagn DC, qt, Eq. 2 (mg/g) voru mæld með því að nota eftirfarandi jöfnu.
þar sem %R er DC fjarlægingargetan (%), Co er upphafsstyrkur DC á tíma 0, og C er DC styrkur á tíma t, í sömu röð (mg L-1).
þar sem qe er magn DC sem aðsogast á hverja massaeiningu aðsogsefnisins (mg g-1), Co og Ce eru styrkirnir við núlltíma og við jafnvægi, í sömu röð (mg l-1), V er rúmmál lausnarinnar (l) og m er aðsogsmassa hvarfefnið (g).
SEM myndir (Mynd. 2A-C) sýna lamellar formgerð rGO/nZVI samsetts með kúlulaga járn nanóögnum jafnt dreift á yfirborð þess, sem gefur til kynna árangursríka viðhengi nZVI NPs við rGO yfirborðið. Að auki eru nokkrar hrukkur í rGO blaðinu, sem staðfestir að hópar sem innihalda súrefni hafa verið fjarlægðir samtímis endurheimt A. halimus GO. Þessar stóru hrukkur virka sem staðir fyrir virka hleðslu á járn NPs. nZVI myndir (Mynd 2D-F) sýndu að kúlulaga járn-NPs voru mjög dreifð og söfnuðust ekki saman, sem stafar af húðunareðli grasaþátta plöntuþykknisins. Kornastærðin var breytileg innan 15–26 nm. Hins vegar hafa sum svæði mesoporous formgerð með uppbyggingu bunga og hola, sem getur veitt mikla virka aðsogsgetu nZVI, þar sem þau geta aukið möguleika á að fanga DC sameindir á yfirborði nZVI. Þegar Rosa Damascus útdrátturinn var notaður til að mynda nZVI voru NP sem fengust ósamræmd, með tómum og mismunandi lögun, sem minnkaði skilvirkni þeirra í Cr(VI) aðsog og jók viðbragðstímann 23 . Niðurstöðurnar eru í samræmi við nZVI sem er búið til úr eikar- og mórberjalaufum, sem eru aðallega kúlulaga nanóagnir með mismunandi nanómetra stærðum án augljósrar þéttingar.
SEM myndir af rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) samsettum og EDX mynstrum af nZVI/rGO (G) og nZVI (H) samsettum efnum.
Frumefnissamsetning rGO/nZVI og nZVI samsettra plöntuefna var rannsökuð með því að nota EDX (mynd 2G, H). Rannsóknir sýna að nZVI er samsett úr kolefni (38,29% miðað við massa), súrefni (47,41% miðað við massa) og járn (11,84% miðað við massa), en önnur frumefni eins og fosfór24 eru einnig til staðar, sem hægt er að fá úr plöntuþykkni. Að auki er hátt hlutfall kolefnis og súrefnis vegna nærveru plöntuefna úr plöntuþykkni í nZVI sýnum undir yfirborði. Þessir þættir dreifast jafnt á rGO en í mismunandi hlutföllum: C (39,16 wt%), O (46,98 wt%) og Fe (10,99 wt%), EDX rGO/nZVI sýnir einnig tilvist annarra frumefna eins og S, sem hægt að tengja við plöntuþykkni, eru notuð. Núverandi C:O hlutfall og járninnihald í rGO/nZVI samsetningunni sem notar A. halimus er mun betra en að nota tröllatrésblaðaþykkni, þar sem það einkennir samsetningu C (23,44 wt.%), O (68.29 wt.% ) og Fe (8,27 wt.%). þyngd %) 25. Nataša o.fl., 2022 greint frá svipaðri frumefnasamsetningu nZVI sem er myndað úr eikar- og mórberjalaufum og staðfesti að pólýfenólhópar og aðrar sameindir sem eru í laufþykkni eru ábyrgir fyrir afoxunarferlinu.
Formgerð nZVI myndað í plöntum (Mynd S2A,B) var kúlulaga og að hluta til óregluleg, með meðalkornastærð 23,09 ± 3,54 nm, þó sáust keðjusamstæður vegna van der Waals krafta og ferromagnetism. Þessi aðallega kornótta og kúlulaga agnalögun er í góðu samræmi við SEM niðurstöðurnar. Svipaða athugun fannst af Abdelfatah o.fl. árið 2021 þegar laufbaunaþykkni var notað við myndun nZVI11. Ruelas tuberosa laufþykkni NP sem notuð eru sem afoxunarefni í nZVI hafa einnig kúlulaga lögun með þvermál 20 til 40 nm26.
Hybrid rGO/nZVI samsettar TEM myndir (Mynd S2C-D) sýndu að rGO er grunnplan með jaðarfellingum og hrukkum sem veita margar hleðslustaði fyrir nZVI NPs; þessi lamellar formgerð staðfestir einnig árangursríka framleiðslu rGO. Að auki hafa nZVI NP kúlulaga lögun með kornastærðum frá 5,32 til 27 nm og eru felld inn í rGO lagið með næstum einsleitri dreifingu. Tröllatré laufþykkni var notað til að búa til Fe NPs/rGO; TEM niðurstöðurnar staðfestu einnig að hrukkur í rGO laginu bættu dreifingu Fe NPs meira en hrein Fe NPs og jók hvarfgirni samsettra efna. Svipaðar niðurstöður fengu Bagheri o.fl. 28 þegar samsetningin var framleidd með ultrasonic tækni með að meðaltali járn nanóagnastærð um það bil 17,70 nm.
FTIR litróf A. halimus, nZVI, GO, rGO og rGO/nZVI samsettra efna eru sýnd á myndum. 3A. Tilvist yfirborðsvirkra hópa í laufum A. halimus kemur fram við 3336 cm-1, sem samsvarar pólýfenólum, og 1244 cm-1, sem samsvarar karbónýlhópum sem próteinið framleiðir. Aðrir hópar eins og alkanar við 2918 cm-1, alkena við 1647 cm-1 og CO-O-CO framlengingar við 1030 cm-1 hafa einnig sést, sem bendir til tilvistar plöntuhluta sem virka sem þéttiefni og bera ábyrgð á endurheimt frá Fe2+ til Fe0 og GO í rGO29. Almennt séð sýna nZVI litróf sömu frásogstoppa og bitur sykrur, en með örlítið breyttri stöðu. Sterkt band birtist við 3244 cm-1 sem tengist OH teygjanlegum titringi (fenól), toppur við 1615 samsvarar C=C og bönd við 1546 og 1011 cm-1 myndast vegna teygja á C=O (fjölfenólum og flavonoids) , CN -hópar arómatískra amína og alifatískra amína sáust einnig við 1310 cm-1 og 1190 cm-1, í sömu röð13. FTIR litróf GO sýnir nærveru margra hástyrks súrefnis-innihaldandi hópa, þar á meðal alkoxý (CO) teygjubandið við 1041 cm-1, epoxý (CO) teygjabandið við 1291 cm-1, C=O teygja. band af C=C teygju titringi við 1619 cm-1, band við 1708 cm-1 og breitt band af OH hóp teygja titringi við 3384 cm-1, sem er staðfest með endurbættri Hummers aðferð, sem oxar með góðum árangri grafít ferli. Þegar rGO og rGO/nZVI samsett efni eru borin saman við GO litróf minnkar styrkur sumra súrefnisinnihaldandi hópa, eins og OH við 3270 cm-1, verulega á meðan aðrir, eins og C=O við 1729 cm-1, eru algjörlega minni. minnkað. hvarf, sem gefur til kynna árangursríka fjarlægingu á starfrænum hópum sem innihalda súrefni í GO með A. halimus útdrættinum. Nýir skarpir einkennandi toppar rGO við C=C spennu sjást um 1560 og 1405 cm-1, sem staðfestir minnkun GO í rGO. Afbrigði frá 1043 til 1015 cm-1 og frá 982 til 918 cm-1 komu fram, hugsanlega vegna innkomu plöntuefnis31,32. Weng o.fl., 2018 sáu einnig marktæka dempun á súrefnisríkum virkum hópum í GO, sem staðfestir árangursríka myndun rGO með lífrænni afoxun, þar sem tröllatrésblaðaútdrætti, sem notað var til að búa til minnkað járn grafenoxíð samsett efni, sýndu nær FTIR litróf plöntuhluta. starfandi hópar. 33 .
A. FTIR litróf gallíums, nZVI, rGO, GO, samsett rGO/nZVI (A). Roentgenogrammy samsett efni rGO, GO, nZVI og rGO/nZVI (B).
Myndun rGO/nZVI og nZVI samsettra efna var að mestu staðfest með röntgengeislumynstri (mynd 3B). Hástyrkur Fe0 toppur sást við 2Ɵ 44,5°, sem samsvarar vísitölu (110) (JCPDS nr. 06–0696)11. Annar toppur við 35,1° á (311) planinu er rakinn til segulmagns Fe3O4, 63,2° gæti tengst Miller vísitölu (440) plansins vegna nærveru ϒ-FeOOH (JCPDS nr. 17-0536)34. Röntgenmyndamynstur GO sýnir skarpan topp við 2Ɵ 10,3° og annan topp við 21,1°, sem gefur til kynna algjöra afhúðun á grafítinu og undirstrikar nærveru súrefnisinnihaldandi hópa á yfirborði GO35. Samsett mynstur rGO og rGO/nZVI skráðu hvarf einkennandi GO toppa og myndun breiðra rGO toppa við 2Ɵ 22.17 og 24.7° fyrir rGO og rGO/nZVI samsett efni, í sömu röð, sem staðfesti árangursríkan endurheimt GO með plöntuútdrætti. Hins vegar, í samsettu rGO/nZVI mynstrinu, sáust viðbótartoppar tengdir grindarplani Fe0 (110) og bcc Fe0 (200) við 44,9\(^\circ\) og 65,22\(^\circ\), í sömu röð. .
Zeta-möguleikinn er möguleiki á milli jónalags sem er fest við yfirborð agnar og vatnslausnar sem ákvarðar rafstöðueiginleika efnis og mælir stöðugleika þess37. Zeta-möguleikagreining á plöntu-tilbúnum nZVI, GO og rGO/nZVI samsettum efnum sýndi stöðugleika þeirra vegna tilvistar neikvæðrar hleðslu upp á -20,8, -22 og -27,4 mV, í sömu röð, á yfirborði þeirra, eins og sýnt er á mynd S1A- C. . Slíkar niðurstöður eru í samræmi við nokkrar skýrslur sem nefna að lausnir sem innihalda agnir með zeta-getugildi minna en -25 mV sýna almennt mikla stöðugleika vegna rafstöðueiginleika frá fráhrindingu milli þessara agna. Samsetning rGO og nZVI gerir samsetningunni kleift að fá fleiri neikvæðar hleðslur og hefur því meiri stöðugleika en annað hvort GO eða nZVI eitt og sér. Þess vegna mun fyrirbærið rafstöðueiginleikar fráhrindingu leiða til myndunar stöðugra rGO/nZVI39 samsettra efna. Neikvætt yfirborð GO gerir það kleift að dreifa því jafnt í vatnskenndan miðil án þéttingar, sem skapar hagstæð skilyrði fyrir samskipti við nZVI. Neikvæða hleðslan getur tengst nærveru mismunandi virkra hópa í bitra melónuþykkni, sem einnig staðfestir víxlverkun milli GO og forvera járns og plöntuþykknisins til að mynda rGO og nZVI, í sömu röð, og rGO/nZVI flókið. Þessi plöntuefnasambönd geta einnig virkað sem lokunarefni, þar sem þau koma í veg fyrir samloðun nanóagna sem myndast og auka þannig stöðugleika þeirra40.
Frumefnasamsetningin og gildisástand nZVI og rGO/nZVI samsettanna voru ákvörðuð með XPS (mynd 4). Heildar XPS rannsóknin sýndi að rGO/nZVI samsetningin er aðallega samsett úr þáttunum C, O og Fe, í samræmi við EDS kortlagninguna (mynd 4F–H). C1s litrófið samanstendur af þremur toppum við 284,59 eV, 286,21 eV og 288,21 eV sem tákna CC, CO og C=O, í sömu röð. O1s litrófinu var skipt í þrjá toppa, þar á meðal 531,17 eV, 532,97 eV og 535,45 eV, sem voru úthlutað til O=CO, CO og NO hópanna, í sömu röð. Hins vegar vísa topparnir við 710,43, 714,57 og 724,79 eV til Fe 2p3/2, Fe+3 og Fe p1/2, í sömu röð. XPS litróf nZVI (mynd 4C-E) sýndu toppa fyrir frumefnin C, O og Fe. Toppar við 284,77, 286,25 og 287,62 eV staðfesta tilvist járn-kolefnisblendis, þar sem þeir vísa til CC, C-OH og CO, í sömu röð. O1s litrófið samsvaraði þremur toppum C–O/járnkarbónati (531,19 eV), hýdroxýlradikala (532,4 eV) og O–C=O (533,47 eV). Hámarkið við 719,6 er rakið til Fe0, en FeOOH sýnir toppa við 717,3 og 723,7 eV, auk þess gefur toppurinn við 725,8 eV til kynna nærveru Fe2O342.43.
XPS rannsóknir á nZVI og rGO/nZVI samsettum efnum, í sömu röð (A, B). Fullt litróf af nZVI C1s (C), Fe2p (D), og O1s (E) og rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) samsettum.
N2 aðsog/afsogsjafnhitinn (mynd 5A, B) sýnir að nZVI og rGO/nZVI samsett efni tilheyra tegund II. Að auki jókst sérstakt yfirborðsflatarmál (SBET) nZVI úr 47,4549 í 152,52 m2/g eftir blindun með rGO. Þessa niðurstöðu má útskýra með lækkun á segulmagnaðir eiginleikar nZVI eftir rGO blindingu, sem dregur þannig úr agnasamsöfnun og eykur yfirborðsflatarmál samsettra efna. Að auki, eins og sýnt er á mynd 5C, er holarúmmál (8,94 nm) rGO/nZVI samsettsins hærra en upprunalega nZVI (2,873 nm). Þessi niðurstaða er í samræmi við El-Monaem o.fl. 45 .
Til að meta aðsogsgetuna til að fjarlægja DC á milli rGO/nZVI samsettanna og upprunalega nZVI eftir aukningu á upphafsstyrk, var samanburður gerður með því að bæta stöðugum skammti af hverju aðsogsefni (0,05 g) við DC við mismunandi upphafsstyrk. Rannsakað lausn [25]. –100 mg l–1] við 25°C. Niðurstöðurnar sýndu að virkni rGO/nZVI samsettsins var meiri (94,6%) en upprunalega nZVI (90%) við lægri styrk (25 mg L-1). Hins vegar, þegar upphafsstyrkurinn var aukinn í 100 mg L-1, lækkaði virkni rGO/nZVI og foreldra nZVI í 70% og 65%, í sömu röð (Mynd 6A), sem gæti stafað af færri virkum stöðum og niðurbroti nZVI agnir. Þvert á móti sýndi rGO/nZVI meiri skilvirkni DC-fjarlægingar, sem gæti stafað af samverkandi áhrifum milli rGO og nZVI, þar sem stöðugir virkir staðir sem eru tiltækir fyrir aðsog eru mun hærri og þegar um rGO/nZVI er að ræða, meira DC er hægt að aðsogast en ósnortinn nZVI. Að auki, á mynd. 6B sýnir að aðsogsgeta rGO/nZVI og nZVI samsettanna jókst úr 9,4 mg/g í 30 mg/g og 9 mg/g, í sömu röð, með aukningu á upphafsstyrk úr 25–100 mg/L. -1,1 til 28,73 mg g-1. Þess vegna var DC fjarlægingarhraði í neikvæðri fylgni við upphaflega DC styrk, sem var vegna takmarkaðs fjölda hvarfstöðva sem studd var af hverju aðsogsefni fyrir aðsog og fjarlægingu DC í lausn. Þannig má draga þá ályktun af þessum niðurstöðum að rGO/nZVI samsett efni hafi meiri skilvirkni við aðsog og minnkun og rGO í samsetningu rGO/nZVI er hægt að nota bæði sem aðsogsefni og sem burðarefni.
Fjarlægingarvirkni og DC aðsogsgeta fyrir rGO/nZVI og nZVI samsett efni voru (A, B) [Co = 25 mg l-1-100 mg l-1, T = 25 °C, skammtur = 0,05 g], pH. um aðsogsgetu og DC fjarlægingarvirkni á rGO/nZVI samsettum efnum (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, skammtur = 0,05 g].
Lausn pH er mikilvægur þáttur í rannsóknum á aðsogsferlum, þar sem það hefur áhrif á jónunarstig, tegundamyndun og jónun aðsogsefnisins. Tilraunin var framkvæmd við 25°C með stöðugum aðsogsskammti (0,05 g) og upphafsstyrk 50 mg L-1 á pH-bilinu (3–11). Samkvæmt úttekt á bókmenntum46 er DC amfísækin sameind með nokkra jónanlega virka hópa (fenól, amínóhópa, alkóhól) við mismunandi pH-gildi. Þess vegna geta hinar ýmsu aðgerðir DC og tengdar mannvirki á yfirborði rGO/nZVI samsettarinnar víxlverkað með rafstöðueiginleikum og geta verið til sem katjónir, zwitterjónir og anjónir, DC sameindin er til sem katjónísk (DCH3+) við pH < 3,3, zwitterjónísk (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 og anjónísk (DCH− eða DC2−) við PH 7,7. Þess vegna geta hinar ýmsu aðgerðir DC og tengdar mannvirki á yfirborði rGO/nZVI samsettarinnar víxlverkað með rafstöðueiginleikum og geta verið til sem katjónir, zwitterjónir og anjónir, DC sameindin er til sem katjónísk (DCH3+) við pH < 3,3, zwitterjónísk (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 og anjónísk (DCH- eða DC2-) við PH 7,7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI моготов тически ионов, молекула ДК существует видекатионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует видкатионов 3, Дк видко 3, цвиттер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7. Þar af leiðandi geta ýmsar aðgerðir DC og skyldra mannvirkja á yfirborði rGO/nZVI samsettarinnar víxlverkað með rafstöðueiginleikum og geta verið til í formi katjóna, zwitterjóna og anjóna; DC sameindin er til sem katjón (DCH3+) við pH < 3,3; jónísk (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 og anjónísk (DCH- eða DC2-) við 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甼眹静甽眹静甽眹离子、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 叔 缯胏 因此 ，并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 时 阳禳 筳 阳禳 筳 嘳 禳 筳阳离子 (dch3+)形式存在，两性离子(DCH20) 3,3 < pH < 7,7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7,7. Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI могстут вске аимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионов <3,Цн. Þess vegna geta ýmsar aðgerðir DC og skyldra mannvirkja á yfirborði rGO/nZVI samsettarinnar komið í rafstöðueiginleikar og eru til í formi katjóna, zwitterjóna og anjóna, en DC sameindir eru katjónískar (DCH3+) við pH < 3,3. Он существует в виде цвиттер-иона (DCH20) á 3,3 < pH < 7,7 og andi (DCH- eða DC2-) á pH 7,7. Það er til sem zwitterjón (DCH20) við 3,3 < pH < 7,7 og anjón (DCH- eða DC2-) við pH 7,7.Með hækkun á pH úr 3 í 7 jókst aðsogsgeta og skilvirkni DC fjarlægingar úr 11,2 mg/g (56%) í 17 mg/g (85%) (mynd 6C). Hins vegar, þegar sýrustigið hækkaði í 9 og 11, minnkaði aðsogsgeta og skilvirkni fjarlægingar nokkuð, úr 10,6 mg/g (53%) í 6 mg/g (30%), í sömu röð. Með hækkun á sýrustigi úr 3 í 7 voru DCs aðallega til í formi zwitterjóna, sem gerði það að verkum að þau dregðust nánast ekki til eða hrundu frá rafstöðueiginleikum með rGO/nZVI samsettum efnum, aðallega með rafstöðueiginleikum. Þegar sýrustigið hækkaði yfir 8,2 var yfirborð aðsogsefnisins neikvætt hlaðið, þannig að aðsogsgetan minnkaði og minnkaði vegna rafstöðueiginleikafráhrindunar milli neikvætt hlaðna doxýsýklínsins og yfirborðs aðsogsefnisins. Þessi þróun bendir til þess að DC aðsog á rGO/nZVI samsett efni sé mjög háð pH, og niðurstöðurnar benda einnig til þess að rGO/nZVI samsett efni henti sem aðsogsefni við súr og hlutlaus skilyrði.
Áhrif hitastigs á aðsog vatnslausnar af DC voru framkvæmd við (25–55°C). Mynd 7A sýnir áhrif hitaaukningar á fjarlægingarvirkni DC sýklalyfja á rGO/nZVI, ljóst er að brottnámsgeta og aðsogsgeta jókst úr 83,44% og 13,9 mg/g í 47% og 7,83 mg/g. , í sömu röð. Þessi marktæka lækkun gæti stafað af aukningu á varmaorku DC jóna, sem leiðir til afsogs47.
Áhrif hitastigs á skilvirkni í fjarlægingu og aðsogsgetu geisladisks á rGO/nZVI samsett efni (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, skammtur = 0,05 g], aðsogsskammtur á skilvirkni í fjarlægingu og skilvirkni í fjarlægingu CD Áhrif af Upphafsstyrkur á aðsogsgetu og skilvirkni DC fjarlægingar á rGO/nSVI samsettu efninu (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, skammtur = 0,05 g].
Áhrif þess að auka skammtinn af samsettu aðsogsefninu rGO/nZVI úr 0,01 g í 0,07 g á virkni fjarlægingar og aðsogsgetu er sýnd á mynd. 7B. Hækkun á skammti ásogsefnisins leiddi til minnkunar á aðsogsgetu úr 33,43 mg/g í 6,74 mg/g. Hins vegar, með aukningu á aðsogsskammti úr 0,01 g í 0,07 g, eykst skilvirkni fjarlægingar úr 66,8% í 96%, sem í samræmi við það getur tengst aukningu á fjölda virkra stöðva á yfirborði nanósamsetts.
Könnuð voru áhrif upphafsstyrks á aðsogsgetu og fjarlægingarvirkni [25–100 mg L-1, 25°C, pH 7, skammtur 0,05 g]. Þegar upphafsstyrkurinn var aukinn úr 25 mg L-1 í 100 mg L-1, lækkaði brottnámshlutfall rGO/nZVI samsettarinnar úr 94,6% í 65% (Mynd 7C), líklega vegna fjarveru á æskilega virku efninu. síður. . Gleypir stóran styrk af DC49. Á hinn bóginn, þegar upphafsstyrkurinn jókst, jókst aðsogsgetan einnig úr 9,4 mg/g í 30 mg/g þar til jafnvægi var náð (Mynd 7D). Þessi óumflýjanlegu viðbrögð eru vegna aukins drifkrafts með upphafsstyrk DC sem er meiri en DC jónamassaflutningsviðnám til að ná yfirborði 50 rGO/nZVI samsettarinnar.
Snertitími og hreyfifræðirannsóknir miða að því að skilja jafnvægistíma aðsogs. Í fyrsta lagi var magn af DC sem aðsogaðist á fyrstu 40 mínútum snertitímans um það bil helmingur af heildarmagni sem aðsogaðist yfir allan tímann (100 mínútur). Á meðan DC sameindir í lausn rekast á sem valda því að þær flytjast hratt yfir á yfirborð rGO/nZVI samsettarinnar sem leiðir til verulegs aðsogs. Eftir 40 mínútur jókst DC aðsog smám saman og hægt þar til jafnvægi var náð eftir 60 mínútur (Mynd 7D). Þar sem hæfilegt magn er aðsogað á fyrstu 40 mínútunum verða færri árekstrar við DC sameindir og færri virkir staðir verða tiltækir fyrir ósogaðar sameindir. Þess vegna er hægt að minnka aðsogshraðann51.
Til að skilja betur aðsogshraðafræði, voru línurit af gervi fyrstu röð (mynd 8A), gervi annarri röð (mynd 8B) og Elovich (mynd 8C) hreyfimyndalíkön notuð. Af breytum sem fengnar eru úr hreyfifræðirannsóknum (tafla S1) verður ljóst að gervisekúndulíkanið er besta líkanið til að lýsa aðsogshraða, þar sem R2 gildið er sett hærra en í hinum tveimur gerðunum. Það er líka líkt með reiknuðum aðsogsgetu (qe, cal). Gervi-sekúndna röðin og tilraunagildin (qe, exp.) eru frekari sönnun þess að gervi-sekúndna röðin er betra líkan en önnur líkön. Eins og sýnt er í töflu 1, staðfesta gildi α (upphafsaðsogshraða) og β (afsogsfasti) að frásogshraðinn er hærri en frásogshraðinn, sem gefur til kynna að DC hefur tilhneigingu til að aðsogast á skilvirkan hátt á rGO/nZVI52 samsettu efninu. .
Línuleg aðsogshreyfingarmyndir af gervi-annar röð (A), gervi-fyrstu röð (B) og Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, skammtur = 0,05 g ].
Rannsóknir á aðsogsjafnhitum hjálpa til við að ákvarða aðsogsgetu aðsogsefnisins (RGO/nRVI samsett) við mismunandi aðsogsstyrk (DC) og kerfishitastig. Hámarks aðsogsgeta var reiknuð út með því að nota Langmuir jafnhitann, sem gaf til kynna að aðsogið væri einsleitt og innihélt myndun aðsogs einlags á yfirborði aðsogsefnisins án milliverkunar þar á milli53. Tvö önnur mikið notuð jafnhitalíkön eru Freundlich og Temkin líkönin. Þó Freundlich líkanið sé ekki notað til að reikna út aðsogsgetuna, hjálpar það til við að skilja misleitt aðsogsferlið og að laus rými á aðsogsefninu hafa mismunandi orku, en Temkin líkanið hjálpar til við að skilja eðlis- og efnafræðilega eiginleika aðsogs54.
Myndir 9A-C sýna línurit af Langmuir-, Freindlich- og Temkin-líkönunum, í sömu röð. R2 gildin reiknuð út frá Freundlich (Mynd 9A) og Langmuir (Mynd 9B) línureitnum og sýnd í töflu 2 sýna að DC aðsog á rGO/nZVI samsetningunni fylgir Freundlich (0,996) og Langmuir (0,988) jafnhita. módel og Temkin (0,985). Hámarks aðsogsgeta (qmax), reiknuð með Langmuir jafnhitalíkani, var 31,61 mg g-1. Að auki er reiknað gildi víddarlausa aðskilnaðarstuðulsins (RL) á milli 0 og 1 (0,097), sem gefur til kynna hagstætt aðsogsferli. Annars gefur útreiknaður Freundlich fasti (n = 2,756) til kynna að þetta frásogsferli sé valið. Samkvæmt línulegu líkani Temkin jafnhitans (Mynd 9C) er aðsog DC á rGO/nZVI samsettinni eðlisfræðilegt aðsogsferli, þar sem b er ˂ 82 kJ mól-1 (0,408)55. Þrátt fyrir að líkamlegt aðsog sé venjulega miðlað af veikum van der Waals kraftum, krefst jafnstraumsásog á rGO/nZVI samsettum efnum lítillar aðsogsorku [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B) og Temkin (C) línuleg aðsogsjafnhiti [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, skammtur = 0,05 g]. Söguþráður van't Hoff jöfnunnar fyrir DC aðsog með rGO/nZVI samsettum efnum (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C og skammtur = 0,05 g].
Til að meta áhrif breytinga á hvarfhitastigi á DC fjarlægingu úr rGO/nZVI samsettum efnum voru varmafræðilegar breytur eins og óreiðubreyting (ΔS), enthalpíubreyting (ΔH) og fríorkubreyting (ΔG) reiknuð út frá jöfnum. 3 og 458.
þar sem \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – varmaaflfræðilegur jafnvægisfasti, Ce og CAe – rGO í lausn, í sömu röð /nZVI DC styrkur við yfirborðsjafnvægi. R og RT eru gasfasti og aðsogshitastig, í sömu röð. Ef teikning ln Ke á móti 1/T er tekin upp beina línu (Mynd 9D) sem hægt er að ákvarða ∆S og ∆H af.
Neikvætt ΔH gildi gefur til kynna að ferlið sé útvermt. Á hinn bóginn er ΔH gildið innan líkamlega aðsogsferlisins. Neikvæð ΔG gildi í töflu 3 gefa til kynna að aðsog sé mögulegt og sjálfkrafa. Neikvæð gildi ΔS gefa til kynna mikla röð aðsogssameinda við vökvaskil (tafla 3).
Í töflu 4 er rGO/nZVI samsett efni borið saman við önnur aðsogsefni sem greint var frá í fyrri rannsóknum. Það er ljóst að VGO/nCVI samsetningin hefur mikla aðsogsgetu og getur verið efnilegur efniviður til að fjarlægja DC sýklalyf úr vatni. Að auki er frásog rGO/nZVI samsettra efna hratt ferli með jafnvægistíma 60 mín. Framúrskarandi aðsogseiginleikar rGO/nZVI samsettanna má skýra með samverkandi áhrifum rGO og nZVI.
Myndir 10A, B sýna skynsamlega aðferðina við að fjarlægja DC sýklalyf með rGO/nZVI og nZVI fléttunum. Samkvæmt niðurstöðum tilrauna á áhrifum pH á skilvirkni DC aðsogs, með hækkun á pH frá 3 í 7, var DC aðsog á rGO/nZVI samsettu efninu ekki stjórnað af rafstöðueiginleikum, þar sem það virkaði sem zwitterion; því hafði breyting á pH gildi ekki áhrif á aðsogsferlið. Í kjölfarið er hægt að stjórna aðsogsbúnaðinum með víxlverkunum sem ekki eru rafstöðueiginleikar eins og vetnisbindingu, vatnsfælnum áhrifum og π-π stöflunarverkunum milli rGO/nZVI samsettsins og DC66. Það er vel þekkt að vélbúnaður arómatískra adsorbata á yfirborði lagskipts grafens hefur verið útskýrður með π–π stöflunarverkunum sem aðaldrifkraftinum. Samsetningin er lagskipt efni sem líkist grafeni með hámarki frásogs við 233 nm vegna π-π* umbreytingarinnar. Byggt á nærveru fjögurra arómatískra hringa í sameindabyggingu DC adsorbatsins, settum við fram tilgátu um að það væri kerfi π-π-stöflunar víxlverkunar milli arómatíska DC (π-rafeindaviðtakans) og svæðisins sem er ríkt af π-rafeindum á yfirborð RGO. /nZVI samsett efni. Að auki, eins og sýnt er á mynd. 10B voru FTIR rannsóknir gerðar til að rannsaka sameindasamspil rGO/nZVI samsettra efna við DC, og FTIR litróf rGO/nZVI samsettra efna eftir DC aðsog eru sýnd á mynd 10B. 10b. Nýr toppur sést við 2111 cm-1, sem samsvarar ramma titringi C=C tengisins, sem gefur til kynna nærveru samsvarandi lífrænna virknihópa á yfirborði 67 rGO/nZVI. Aðrir toppar færast úr 1561 í 1548 cm-1 og úr 1399 í 1360 cm-1, sem staðfestir einnig að π-π víxlverkanir gegna mikilvægu hlutverki í aðsog grafens og lífrænna mengunarefna68,69. Eftir DC aðsog minnkaði styrkur sumra súrefnisinnihaldandi hópa, eins og OH, í 3270 cm-1, sem bendir til þess að vetnistengi sé einn af aðsogsaðferðum. Þannig byggir á niðurstöðunum að DC aðsog á rGO/nZVI samsettu efninu á sér stað aðallega vegna π-π stöflunarvíxlverkunar og H-tengja.
Skynsamlegur aðferð við aðsog DC sýklalyfja með rGO/nZVI og nZVI fléttum (A). FTIR aðsogsróf DC á rGO/nZVI og nZVI (B).
Styrkur frásogsbanda nZVI við 3244, 1615, 1546 og 1011 cm–1 jókst eftir DC aðsog á nZVI (mynd 10B) samanborið við nZVI, sem ætti að tengjast samspili við mögulega virka hópa karboxýlsýrunnar. O hópar í DC. Hins vegar bendir þetta lægra hlutfall smits á öllum sviðum sem sjást ekki til marktækra breytinga á aðsogsvirkni plöntugerviefnisins (nZVI) samanborið við nZVI fyrir aðsogsferlið. Samkvæmt sumum DC flutningsrannsóknum með nZVI71, þegar nZVI hvarfast við H2O, losna rafeindir og þá er H+ notað til að framleiða mjög afoxandi virkt vetni. Að lokum taka sum katjónísk efnasambönd við rafeindum frá virku vetni, sem leiðir til -C=N og -C=C-, sem er rakið til klofnunar bensenhringsins.
Birtingartími: 14. nóvember 2022