Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com. Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates. Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer). Ing sawetoro wektu, kanggo mesthekake dhukungan terus, kita bakal nerjemahake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Ing karya iki, komposit rGO / nZVI disintesis kanggo pisanan nggunakake prosedur sing prasaja lan ramah lingkungan nggunakake ekstrak godhong kuning Sophora minangka agen ngurangi lan stabilisator kanggo tundhuk karo prinsip kimia "ijo", kayata sintesis kimia sing kurang mbebayani. Sawetara alat wis digunakake kanggo validasi sintesis komposit sing sukses, kayata SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, lan potensial zeta, sing nuduhake fabrikasi komposit sing sukses. Kapasitas penghapusan komposit novel lan nZVI murni ing macem-macem konsentrasi wiwitan saka doxycycline antibiotik dibandhingake kanggo neliti efek sinergis antarane rGO lan nZVI. Ing kondisi aman saka 25mg L-1, 25 ° C lan 0.05g, tingkat aman adsorptive saka nZVI murni ana 90%, nalika tingkat aman adsorptive saka doxycycline dening rGO / nZVI komposit tekan 94,6%, konfirmasi sing nZVI lan rGO. . Proses adsorpsi cocog karo urutan pseudo-detik lan cocok karo model Freundlich kanthi kapasitas adsorpsi maksimal 31,61 mg g-1 ing 25 ° C lan pH 7. Mekanisme sing cukup kanggo ngilangi DC wis diusulake. Kajaba iku, reusability saka komposit rGO / nZVI ana 60% sawise enem siklus regenerasi consecutive.
Kelangkaan banyu lan polusi saiki dadi ancaman serius kanggo kabeh negara. Ing taun-taun pungkasan, polusi banyu, utamane polusi antibiotik, saya tambah amarga produksi lan konsumsi saya tambah sajrone pandemi COVID-191,2,3. Mulane, pangembangan teknologi sing efektif kanggo ngilangi antibiotik ing banyu limbah minangka tugas sing penting.
Salah sawijining antibiotik semi-sintetik sing tahan saka klompok tetrasiklin yaiku doxycycline (DC)4,5. Wis dilaporake manawa residu DC ing banyu lemah lan banyu permukaan ora bisa dimetabolisme, mung 20-50% sing dimetabolisme lan sisane dibebasake menyang lingkungan, nyebabake masalah lingkungan lan kesehatan sing serius6.
Paparan DC ing tingkat sing kurang bisa mateni mikroorganisme fotosintesis akuatik, ngancam panyebaran bakteri antimikroba, lan nambah resistensi antimikroba, mula kontaminan iki kudu dibuang saka limbah. Degradasi alami DC ing banyu minangka proses sing alon banget. Proses fisiko-kimia kayata fotolisis, biodegradasi lan adsorpsi mung bisa rusak ing konsentrasi sing sithik lan kanthi tingkat sing sithik7,8. Nanging, cara sing paling ekonomis, prasaja, ramah lingkungan, gampang ditangani lan efisien yaiku adsorpsi9,10.
Nano zero valent iron (nZVI) minangka bahan sing kuat banget sing bisa mbusak akeh antibiotik saka banyu, kalebu metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol, lan tetracycline. Kemampuan iki amarga sifat nggumunake sing diduweni nZVI, kayata reaktivitas dhuwur, area lumahing gedhe, lan akeh situs ikatan eksternal11. Nanging, nZVI rawan agregasi ing media banyu amarga pasukan van der Wells lan sifat magnetik sing dhuwur, sing nyuda efektifitas kanggo mbusak rereged amarga pembentukan lapisan oksida sing nyandhet reaktivitas nZVI10,12. Agglomerasi partikel nZVI bisa dikurangi kanthi ngowahi permukaane karo surfaktan lan polimer utawa nggabungake karo nanomaterial liyane ing wangun komposit, sing wis kabukten minangka pendekatan sing bisa digunakake kanggo ningkatake stabilitas ing lingkungan13,14.
Graphene minangka nanomaterial karbon rong dimensi sing kasusun saka atom karbon hibrida sp2 sing disusun ing kisi honeycomb. Nduwe area permukaan sing gedhe, kekuatan mekanik sing signifikan, aktivitas elektrokatalitik sing apik, konduktivitas termal sing dhuwur, mobilitas elektron sing cepet, lan bahan pembawa sing cocog kanggo ndhukung nanopartikel anorganik ing permukaane. Kombinasi nanopartikel logam lan graphene bisa ngluwihi keuntungan individu saka saben materi lan, amarga sifat fisik lan kimia sing unggul, nyedhiyakake distribusi nanopartikel sing optimal kanggo perawatan banyu sing luwih efisien15.
Ekstrak tanduran minangka alternatif sing paling apik kanggo agen pengurangan kimia mbebayani sing umum digunakake ing sintesis graphene oxide (rGO) lan nZVI sing dikurangi amarga kasedhiya, murah, siji-langkah, aman lingkungan, lan bisa digunakake minangka agen pengurangan. kaya flavonoid lan senyawa fenolik uga tumindak minangka stabilisator. Mula, ekstrak godhong Atriplex halimus L. digunakake minangka agen mbenakake lan nutup kanggo sintesis komposit rGO/nZVI ing panliten iki. Atriplex halimus saka kulawarga Amaranthaceae minangka semak perennial sing seneng nitrogen kanthi jarak geografis sing wiyar16.
Miturut literatur sing kasedhiya, Atriplex halimus (A. halimus) pisanan digunakake kanggo nggawe komposit rGO / nZVI minangka metode sintesis sing ekonomis lan ramah lingkungan. Dadi, ancas saka karya iki dumadi saka patang bagean: (1) fitosintesis rGO/nZVI lan komposit nZVI parental nggunakake ekstrak godhong akuatik A. halimus, (2) karakterisasi komposit phytosynthesized nggunakake macem-macem cara kanggo konfirmasi sukses fabrikasi, (3). ) nyinaoni efek sinergis rGO lan nZVI ing adsorpsi lan mbusak rereged organik saka antibiotik doxycycline ing paramèter reaksi sing beda-beda, ngoptimalake kondisi proses adsorpsi, (3) neliti bahan komposit ing macem-macem perawatan terus-terusan sawise siklus pangolahan.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, rumus kimia C22H24N2O · HCl, 98%), wesi klorida heksahidrat (FeCl3.6H2O, 97%), bubuk grafit sing dituku saka Sigma-Aldrich, USA. Natrium hidroksida (NaOH, 97%), etanol (C2H5OH, 99,9%) lan asam klorida (HCl, 37%) dituku saka Merck, USA. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 lan MgCl2 dituku saka Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. Kabeh reagen nduweni kemurnian analitik sing dhuwur. Banyu sing disuling kaping pindho digunakake kanggo nyiapake kabeh solusi banyu.
Spesimen perwakilan saka A. halimus wis diklumpukake saka habitat alami ing Delta Nil lan tanah ing pesisir Mediterania Mesir. Materi tanduran diklumpukake miturut pedoman nasional lan internasional sing ditrapake17. Manal Fawzi wis nemtokake spesimen tanduran miturut Boulos18, lan Departemen Ilmu Lingkungan Universitas Alexandria menehi wewenang koleksi spesies tanduran sing diteliti kanggo tujuan ilmiah. Voucher sampel dianakake ing Herbarium Universitas Tanta (TANE), voucher no. 14 122–14 127, herbarium umum sing nyedhiyakake akses menyang bahan sing disimpen. Kajaba iku, kanggo mbusak bledug utawa rereget, godhong tanduran dipotong dadi potongan-potongan cilik, mbilas kaping telu nganggo tunyuk lan banyu suling, banjur garing ing suhu 50 ° C. Tanduran iki ulig, 5 g bubuk alus dicelupake ing 100 ml banyu suling lan diaduk ing 70 ° C suwene 20 menit kanggo entuk ekstrak. Ekstrak Bacillus nicotianae sing dipikolehi disaring liwat kertas saring Whatman lan disimpen ing tabung sing resik lan disterilisasi ing suhu 4 ° C kanggo panggunaan luwih lanjut.
Kaya sing ditampilake ing Gambar 1, GO digawe saka bubuk grafit kanthi metode Hummers sing diowahi. 10 mg bubuk GO buyar ing 50 ml banyu deionized kanggo 30 menit ing sonication, lan banjur 0,9 g FeCl3 lan 2,9 g NaAc padha pipis kanggo 60 min. 20 ml ekstrak godhong atriplex ditambahake ing larutan sing diaduk kanthi aduk lan ditinggalake ing 80 ° C suwene 8 jam. Suspensi ireng sing diasilake disaring. Nanokomposit sing wis disiapake dikumbah nganggo etanol lan banyu bidistilled banjur dikeringake ing oven vakum kanthi suhu 50 ° C suwene 12 jam.
Skema lan foto digital sintesis ijo kompleks rGO / nZVI lan nZVI lan mbusak antibiotik DC saka banyu sing kontaminasi nggunakake ekstrak halimus Atriplex.
Sedhela, kaya sing dituduhake ing Fig. 1, 10 ml larutan klorida wesi sing ngemot ion Fe3+ 0,05 M ditambahake kanthi dropwise menyang 20 ml larutan ekstrak godhong pait sajrone 60 menit kanthi pemanasan lan aduk sing moderat, banjur solusi kasebut banjur disentrifugasi ing 14.000 rpm (Hermle , 15.000 rpm) kanggo 15 menit kanggo menehi partikel ireng, kang banjur wisuh 3 kaping karo etanol lan banyu suling lan banjur pepe ing open vakum ing 60 ° C. sewengi.
Komposit rGO/nZVI lan nZVI sing disintesis tanduran ditondoi kanthi spektroskopi sing katon UV (spektrofotometer UV/Vis seri T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) ing jangkoan pemindaian 200-800 nm. Kanggo nganalisa topografi lan distribusi ukuran komposit rGO / nZVI lan nZVI, spektroskopi TEM (JOEL, JEM-2100F, Jepang, voltase akselerasi 200 kV) digunakake. Kanggo ngevaluasi gugus fungsi sing bisa melu ekstrak tanduran sing tanggung jawab kanggo proses pemulihan lan stabilisasi, spektroskopi FT-IR ditindakake (spektrometer JASCO ing kisaran 4000-600 cm-1). Kajaba iku, analisa potensial zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) digunakake kanggo nyinaoni muatan permukaan saka nanomaterial sing disintesis. Kanggo pangukuran difraksi sinar-X saka bahan nano bubuk, difraktometer sinar-X (X'PERT PRO, Walanda) digunakake, beroperasi ing arus (40 mA), voltase (45 kV) ing kisaran 2θ saka 20° nganti 80 ° lan radiasi CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1,54056 Ao). Spektrometer sinar-X dispersif energi (EDX) (model JEOL JSM-IT100) tanggung jawab kanggo nyinaoni komposisi unsur nalika ngumpulake sinar-X monokromatik Al K-α saka -10 nganti 1350 eV ing XPS, ukuran titik 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, USA) energi transmisi spektrum lengkap yaiku 200 eV lan spektrum sempit yaiku 50 eV. Sampel bubuk ditekan ing wadhah sampel, sing diselehake ing ruang vakum. Spektrum C 1 s digunakake minangka referensi ing 284,58 eV kanggo nemtokake energi ikatan.
Eksperimen adsorpsi ditindakake kanggo nguji efektifitas nanokomposit rGO / nZVI sing disintesis kanggo ngilangi doksisiklin (DC) saka larutan banyu. Eksperimen adsorpsi ditindakake ing labu Erlenmeyer 25 ml kanthi kecepatan goyang 200 rpm ing shaker orbital (Stuart, Orbital Shaker / SSL1) kanthi suhu 298 K. Kanthi ngencerake larutan stok DC (1000 ppm) kanthi banyu bidistilled. Kanggo netepake efek dosis rGO / nSVI ing efisiensi adsorpsi, nanocomposites saka bobot beda (0.01-0.07 g) ditambahake menyang 20 ml larutan DC. Kanggo nyinaoni kinetika lan isoterm adsorpsi, 0,05 g adsorben dicelupake ing larutan CD banyu kanthi konsentrasi awal (25-100 mg L-1). Pengaruh pH ing penghapusan DC ditliti ing pH (3-11) lan konsentrasi awal 50 mg L-1 ing 25 ° C. Nyetel pH sistem kanthi nambahake sawetara larutan HCl utawa NaOH (Crison pH meter, pH meter, pH 25). Kajaba iku, pengaruh suhu reaksi ing eksperimen adsorpsi ing kisaran 25-55 ° C diselidiki. Pengaruh kekuatan ion ing proses adsorpsi ditliti kanthi nambahake macem-macem konsentrasi NaCl (0,01-4 mol L-1) ing konsentrasi awal DC 50 mg L-1, pH 3 lan 7), 25 ° C, lan dosis adsorben 0,05 g. Adsorpsi DC non-adsorbed diukur nggunakake spektrofotometer UV-Vis sinar ganda (seri T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) sing dilengkapi kuvet kuarsa dawane 1,0 cm kanthi dawa gelombang maksimum (λmax) 270 lan 350 nm. Persentase penghapusan antibiotik DC (R%; Persamaan 1) lan jumlah adsorpsi DC, qt, Persamaan. 2 (mg/g) diukur nggunakake persamaan ing ngisor iki.
ngendi %R punika kapasitas aman DC (%), Co punika konsentrasi DC awal ing wektu 0, lan C punika konsentrasi DC ing wektu t, mungguh (mg L-1).
ing ngendi qe yaiku jumlah DC sing diserap saben unit massa adsorben (mg g-1), Co lan Ce minangka konsentrasi ing wektu nol lan ing keseimbangan (mg l-1), V yaiku volume larutan (l) , lan m minangka reagen massa adsorpsi (g).
Gambar SEM (Fig. 2A-C) nuduhake morfologi lamellar saka rGO / nZVI komposit karo nanopartikel wesi bunder seragam buyar ing lumahing sawijining, nuduhake lampiran sukses nZVI NPs lumahing rGO. Kajaba iku, ana sawetara kisut ing rGO rGO, konfirmasi aman saka kelompok oksigen-ngemot bebarengan karo pemugaran saka A. halimus GO. Iki kerut gedhe tumindak minangka situs kanggo loading aktif saka wesi NPs. Gambar nZVI (Gambar 2D-F) nuduhake yen NP wesi bunder banget kasebar lan ora aggregate, amarga sifat lapisan komponen botani saka ekstrak tanduran. Ukuran partikel beda-beda sajrone 15-26 nm. Nanging, sawetara wilayah duwe morfologi mesoporous kanthi struktur bulges lan rongga, sing bisa nyedhiyakake kapasitas adsorpsi efektif sing dhuwur saka nZVI, amarga bisa nambah kemungkinan njebak molekul DC ing permukaan nZVI. Nalika ekstrak Rosa Damascus digunakake kanggo sintesis nZVI, NP sing dipikolehi ora homogen, kanthi rongga lan wujud sing beda-beda, sing nyuda efisiensi ing adsorpsi Cr(VI) lan nambah wektu reaksi 23. Asil kasebut konsisten karo nZVI sing disintesis saka godhong oak lan mulberry, sing utamane nanopartikel bunder kanthi macem-macem ukuran nanometer tanpa aglomerasi sing jelas.
Gambar SEM saka komposit rGO / nZVI (AC), nZVI (D, E) lan pola EDX saka komposit nZVI / rGO (G) lan nZVI (H).
Komposisi unsur rGO / nZVI lan nZVI sing disintesis tanduran ditliti nggunakake EDX (Gambar 2G, H). Panaliten nuduhake yen nZVI dumadi saka karbon (38,29% kanthi massa), oksigen (47,41% kanthi massa) lan wesi (11,84% kanthi massa), nanging unsur liyane kayata fosfor24 uga ana, sing bisa dipikolehi saka ekstrak tanduran. Kajaba iku, persentase karbon lan oksigen sing dhuwur amarga anané fitokimia saka ekstrak tanduran ing sampel nZVI ngisor permukaan. Unsur kasebut disebarake kanthi rata ing rGO nanging ing rasio sing beda: C (39,16 wt%), O (46,98 wt%) lan Fe (10,99 wt%), EDX rGO/nZVI uga nuduhake anane unsur liyane kayata S, sing bisa digandhengake karo ekstrak tanduran, digunakake. Rasio C:O saiki lan kandungan wesi ing komposit rGO / nZVI nggunakake A. halimus luwih apik tinimbang nggunakake ekstrak godhong eucalyptus, amarga nduweni komposisi C (23,44 wt.%), O (68,29 wt.%). lan Fe (8,27 wt.%). wt %) 25. Nataša et al., 2022 nglaporake komposisi unsur sing padha karo nZVI sing disintesis saka godhong oak lan mulberry lan dikonfirmasi manawa klompok polifenol lan molekul liyane sing ana ing ekstrak godhong tanggung jawab kanggo proses reduksi.
Morfologi nZVI sing disintesis ing tetanduran (Fig. S2A,B) iku bunder lan sebagian ora duwe aturan baku, kanthi ukuran partikel rata-rata 23,09 ± 3,54 nm, nanging agregat rantai diamati amarga gaya van der Waals lan feromagnetisme. Bentuk partikel sing umume granular lan bunder iki cocog karo asil SEM. Pengamatan sing padha ditemokake dening Abdelfatah et al. ing 2021 nalika ekstrak godhong jarak digunakake ing sintesis nZVI11. Ekstrak godhong Ruelas tuberosa NP sing digunakake minangka agen pereduksi ing nZVI uga nduweni wangun bunder kanthi diameter 20 nganti 40 nm26.
Gambar TEM gabungan rGO / nZVI hibrida (Fig. S2C-D) nuduhake yen rGO minangka bidang basal kanthi lipatan marginal lan kerut sing nyedhiyakake macem-macem situs loading kanggo nZVI NPs; morfologi lamellar iki uga nandheske pabrikan sukses rGO. Kajaba iku, nZVI NPs duwe wangun bunder kanthi ukuran partikel saka 5,32 nganti 27 nm lan ditempelake ing lapisan rGO kanthi dispersi meh seragam. Ekstrak godhong eucalyptus digunakake kanggo sintesis Fe NPs / rGO; Asil TEM uga ngonfirmasi yen kerutan ing lapisan rGO ningkatake dispersi Fe NPs luwih saka Fe NPs murni lan nambah reaktivitas komposit. Asil sing padha dipikolehi dening Bagheri et al. 28 nalika komposit digawe nggunakake teknik ultrasonik kanthi ukuran nanopartikel wesi rata-rata udakara 17,70 nm.
Spektrum FTIR saka A. halimus, nZVI, GO, rGO, lan rGO / nZVI komposit ditampilake ing Fig. 3A. Ing ngarsane gugus fungsional permukaan ing godhong A. halimus katon ing 3336 cm-1, sing cocog karo polifenol, lan 1244 cm-1, sing cocog karo gugus karbonil sing diprodhuksi dening protein. Klompok liya kayata alkana ing 2918 cm-1, alkena ing 1647 cm-1 lan ekstensi CO-O-CO ing 1030 cm-1 uga wis diamati, nuduhake anane komponen tanduran sing tumindak minangka agen penyegel lan tanggung jawab kanggo pemulihan. saka Fe2+ menyang Fe0 lan GO menyang rGO29. Umumé, spektrum nZVI nuduhake puncak panyerepan sing padha karo gula pait, nanging kanthi posisi sing rada owah. Pita sing kuat katon ing 3244 cm-1 sing digandhengake karo getaran peregangan OH (fenol), puncak ing 1615 cocog karo C=C, lan pita ing 1546 lan 1011 cm-1 muncul amarga peregangan C=O (polifenol lan flavonoid) , CN -grup amina aromatik lan amina alifatik uga diamati ing 1310 cm-1 lan 1190 cm-1, mungguh13. Spektrum FTIR saka GO nuduhake akeh klompok sing ngemot oksigen kanthi intensitas dhuwur, kalebu pita peregangan alkoksi (CO) ing 1041 cm-1, pita peregangan epoksi (CO) ing 1291 cm-1, regangan C=O. pita getaran regangan C=C ing 1619 cm-1, pita ing 1708 cm-1 lan pita amba getaran peregangan gugus OH ing 3384 cm-1, sing dikonfirmasi kanthi metode Hummers sing luwih apik, sing kasil ngoksidasi proses grafit. Nalika mbandhingake komposit rGO lan rGO / nZVI karo spektrum GO, intensitas sawetara gugus sing ngemot oksigen, kayata OH ing 3270 cm-1, suda sacara signifikan, dene liyane, kayata C = O ing 1729 cm-1, wis rampung. suda. ilang, nuduhake sukses mbusak gugus fungsi oksigen-ngemot ing GO dening extract A. halimus. Puncak karakteristik anyar rGO ing C = C tension diamati watara 1560 lan 1405 cm-1, kang nandheske pangurangan saka GO kanggo rGO. Variasi saka 1043 nganti 1015 cm-1 lan saka 982 nganti 918 cm-1 diamati, bisa uga amarga kalebu bahan tanduran31,32. Weng et al., 2018 uga mirsani atenuasi sing signifikan saka gugus fungsi oksigen ing GO, ngonfirmasi pambentukan sukses rGO kanthi bioreduksi, amarga ekstrak godhong eucalyptus, sing digunakake kanggo sintesis komposit graphene oksida wesi sing dikurangi, nuduhake spektrum FTIR komponen tanduran sing luwih cedhak. kelompok fungsional. 33 .
A. FTIR spektrum gallium, nZVI, rGO, GO, komposit rGO / nZVI (A). Roentgenogrammy komposit rGO, GO, nZVI lan rGO / nZVI (B).
Pembentukan komposit rGO / nZVI lan nZVI dikonfirmasi kanthi pola difraksi sinar-X (Gambar 3B). Puncak Fe0 intensitas dhuwur diamati ing 2Ɵ 44,5°, cocog karo indeks (110) (JCPDS no. 06-0696)11. Puncak liyane ing 35,1 ° saka bidang (311) digandhengake karo magnetit Fe3O4, 63,2 ° bisa digandhengake karo indeks Miller saka bidang (440) amarga anané ϒ-FeOOH (JCPDS no. 17-0536)34. Pola sinar-X GO nuduhake puncak sing cetha ing 2Ɵ 10.3° lan puncak liyane ing 21.1°, nuduhake exfoliation lengkap grafit lan nyorot anané klompok sing ngandhut oksigen ing permukaan GO35. Pola komposit rGO lan rGO / nZVI nyathet ilang puncak GO karakteristik lan pembentukan puncak rGO sing amba ing 2Ɵ 22.17 lan 24.7 ° kanggo komposit rGO lan rGO / nZVI, sing dikonfirmasi sukses pemulihan GO dening ekstrak tanduran. Nanging, ing pola komposit rGO / nZVI, puncak tambahan sing ana gandhengane karo bidang kisi Fe0 (110) lan bcc Fe0 (200) diamati ing 44,9 \ (^ \ circ \) lan 65,22 \ (^ \ circ \), mungguh. .
Potensial zeta yaiku potensial antarane lapisan ion sing ditempelake ing permukaan partikel lan larutan banyu sing nemtokake sifat elektrostatik sawijining bahan lan ngukur stabilitase37. Analisis potensial Zeta saka komposit nZVI, GO, lan rGO / nZVI sing disintesis tanduran nuduhake stabilitas amarga ana muatan negatif -20,8, -22, lan -27,4 mV, ing permukaane, kaya sing dituduhake ing Gambar S1A- C. . Asil kasebut konsisten karo sawetara laporan sing nyebutake yen solusi sing ngemot partikel kanthi nilai potensial zeta kurang saka -25 mV umume nuduhake tingkat stabilitas sing dhuwur amarga tolak elektrostatik ing antarane partikel kasebut. Kombinasi rGO lan nZVI ngidini komposit entuk biaya negatif luwih akeh lan kanthi mangkono duwe stabilitas sing luwih dhuwur tinimbang GO utawa nZVI piyambak. Mulane, fenomena tolak elektrostatik bakal nyebabake pembentukan komposit rGO / nZVI39 sing stabil. Lumahing negatif GO ngidini disebarake kanthi rata ing medium banyu tanpa aglomerasi, sing nggawe kahanan sing cocog kanggo interaksi karo nZVI. Muatan negatif bisa digandhengake karo anané gugus fungsi sing béda ing ekstrak melon pait, sing uga ngonfirmasi interaksi antara GO lan prekursor wesi lan ekstrak tanduran kanggo mbentuk rGO lan nZVI, lan kompleks rGO / nZVI. Senyawa tanduran iki uga bisa tumindak minangka agen capping, amarga bisa nyegah agregasi nanopartikel sing diasilake lan kanthi mangkono nambah stabilitas40.
Komposisi unsur lan negara valensi saka nZVI lan rGO / nZVI komposit ditemtokake dening XPS (Fig. 4). Sinau XPS sakabèhé nuduhaké yèn komposit rGO/nZVI utamané dumadi saka unsur C, O, lan Fe, konsisten karo pemetaan EDS (Fig. 4F-H). Spektrum C1s kasusun saka telung puncak ing 284.59 eV, 286.21 eV lan 288.21 eV sing makili CC, CO lan C=O. Spektrum O1s dipérang dadi telung puncak, kalebu 531,17 eV, 532,97 eV, lan 535,45 eV, sing ditugasake ing gugus O=CO, CO, lan NO. Nanging, puncak ing 710,43, 714,57 lan 724,79 eV nuduhake Fe 2p3/2, Fe+3 lan Fe p1/2, mungguh. Spektrum XPS saka nZVI (Gambar 4C-E) nuduhake puncak kanggo unsur C, O, lan Fe. Puncak ing 284.77, 286.25, lan 287.62 eV konfirmasi anané wesi-karbon wesi, minangka padha nuduhake CC, C-OH, lan CO, mungguh. Spektrum O1s cocog karo telung puncak C-O / wesi karbonat (531.19 eV), radikal hidroksil (532.4 eV) lan O-C=O (533.47 eV). Puncak ing 719.6 digandhengake karo Fe0, nalika FeOOH nuduhake puncak ing 717.3 lan 723.7 eV, ing Kajaba iku, puncak ing 725.8 eV nuduhake anané Fe2O342.43.
Sinau XPS saka nZVI lan rGO / nZVI komposit, mungguh (A, B). Spektrum lengkap nZVI C1s (C), Fe2p (D), lan O1s (E) lan rGO / nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) komposit.
Isoterm adsorpsi / desorpsi N2 (Fig. 5A, B) nuduhake yen komposit nZVI lan rGO / nZVI kalebu jinis II. Kajaba iku, area lumahing spesifik (SBET) saka nZVI tambah saka 47,4549 dadi 152,52 m2 / g sawise wuta karo rGO. Asil iki bisa diterangake kanthi nyuda sifat magnetik nZVI sawise rGO blinding, saéngga nyuda agregasi partikel lan nambah area permukaan komposit. Kajaba iku, kaya sing ditampilake ing Gambar 5C, volume pori (8,94 nm) saka komposit rGO / nZVI luwih dhuwur tinimbang nZVI asli (2,873 nm). Asil iki cocog karo El-Monaem et al. 45 .
Kanggo ngevaluasi kapasitas adsorpsi kanggo mbusak DC antarane komposit rGO / nZVI lan nZVI asli gumantung ing Tambah ing konsentrasi dhisikan, comparison digawe dening nambah dosis pancet saben adsorbent (0,05 g) kanggo DC ing macem-macem konsentrasi dhisikan. Solusi sing diselidiki [25]. –100 mg l–1] ing 25°C. Asil kasebut nuduhake yen efisiensi penghapusan (94,6%) saka komposit rGO / nZVI luwih dhuwur tinimbang nZVI asli (90%) kanthi konsentrasi sing luwih murah (25 mg L-1). Nanging, nalika konsentrasi wiwitan tambah dadi 100 mg L-1, efisiensi penghapusan rGO / nZVI lan nZVI parental mudhun dadi 70% lan 65% (Gambar 6A), sing bisa uga amarga situs aktif lan degradasi sing luwih sithik. partikel nZVI. Kosok baline, rGO / nZVI nuduhake efisiensi sing luwih dhuwur saka penghapusan DC, sing bisa uga amarga efek sinergis antarane rGO lan nZVI, ing ngendi situs aktif stabil sing kasedhiya kanggo adsorpsi luwih dhuwur, lan ing kasus rGO / nZVI, luwih akeh. DC bisa adsorbed saka nZVI utuh. Kajaba iku, ing anjir. 6B nuduhake yen kapasitas adsorpsi rGO / nZVI lan komposit nZVI mundhak saka 9,4 mg / g dadi 30 mg / g lan 9 mg / g, kanthi nambah konsentrasi awal saka 25-100 mg / L. -1,1 kanggo 28,73 mg g-1. Mulane, tingkat penghapusan DC ana hubungane negatif karo konsentrasi DC awal, sing amarga jumlah pusat reaksi sing winates sing didhukung dening saben adsorben kanggo adsorpsi lan mbusak DC ing solusi. Mangkono, bisa disimpulake saka asil kasebut yen komposit rGO / nZVI nduweni efisiensi adsorpsi lan reduksi sing luwih dhuwur, lan rGO ing komposisi rGO / nZVI bisa digunakake minangka adsorben lan minangka bahan pembawa.
Efisiensi penghapusan lan kapasitas adsorpsi DC kanggo komposit rGO / nZVI lan nZVI yaiku (A, B) [Co = 25 mg l-1-100 mg l-1, T = 25 ° C, dosis = 0,05 g], pH. babagan kapasitas adsorpsi lan efisiensi penghapusan DC ing komposit rGO / nZVI (C) [Co = 50 mg L-1, pH = 3-11, T = 25 ° C, dosis = 0,05 g].
pH solusi minangka faktor kritis ing sinau proses adsorpsi, amarga mengaruhi derajat ionisasi, spesiasi, lan ionisasi adsorben. Eksperimen ditindakake ing 25 ° C kanthi dosis adsorben konstan (0,05 g) lan konsentrasi awal 50 mg L-1 ing kisaran pH (3-11). Miturut review literatur46, DC minangka molekul amphiphilic kanthi sawetara gugus fungsi sing bisa diionisasi (fenol, gugus amino, alkohol) ing macem-macem tingkat pH. Akibaté, macem-macem fungsi DC lan struktur sing gegandhengan ing permukaan komposit rGO / nZVI bisa berinteraksi sacara elektrostatis lan bisa uga ana minangka kation, zwitterion, lan anion, molekul DC ana minangka kationik (DCH3+) ing pH <3.3, zwitterionic (DCH20) 3,3 < pH <7,7 lan anionik (DCH− utawa DC2−) ing PH 7,7. Akibaté, macem-macem fungsi DC lan struktur sing gegandhengan ing permukaan komposit rGO / nZVI bisa berinteraksi sacara elektrostatis lan bisa uga ana minangka kation, zwitterion, lan anion, molekul DC ana minangka kationik (DCH3+) ing pH <3.3, zwitterionic (DCH20) 3,3 < pH <7,7 lan anionik (DCH- utawa DC2-) ing PH 7,7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могут взаигут структур ут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в виде катиона (DCH3+) при3,3Н ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 lan анионный (DCH- utawa DC2-) kanggo pH 7,7. Akibaté, macem-macem fungsi DC lan struktur sing gegandhengan ing permukaan komposit rGO / nZVI bisa berinteraksi sacara elektrostatik lan bisa ana ing wangun kation, zwitterion, lan anion; molekul DC ana minangka kation (DCH3+) ing pH <3,3; ionik (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 lan anionik (DCH- utawa DC2-) ing 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电相互佹用互作用、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 和 和 和 的 的 相关 的 的 相关 的可能 会发生 发生 静电 相互, 并并 以以 两 静电 相互 相互 ,, dc 分子 离子 形式 ,, dc 分子 离子离子 ,, dc 分子 离子 形式 ,, dc 分子 离子 形式 ,, dc 分子 在 形式 ,, dc 分子 在 形式离子 ,,,,3 时分子 pH <3.3 时时阳离子阳离子阳离子阳离子阳离子阳离子阳离子存在，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 могут могут могут вструктить ствия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионными (+ДЦ 3,3,3) Mula, macem-macem fungsi DC lan struktur sing ana gandhengane ing permukaan komposit rGO / nZVI bisa mlebu ing interaksi elektrostatik lan ana ing wangun kation, zwitterion, lan anion, dene molekul DC minangka kationik (DCH3+) ing pH <3,3. 3,3 < pH < 7,7 lan аниона (DCH- utawa DC2-) kanggo pH 7,7. Ana minangka zwitterion (DCH20) ing 3,3 < pH <7,7 lan anion (DCH- utawa DC2-) ing pH 7,7.Kanthi paningkatan pH saka 3 nganti 7, kapasitas adsorpsi lan efisiensi penghapusan DC tambah saka 11,2 mg / g (56%) dadi 17 mg / g (85%) (Gambar 6C). Nanging, nalika pH mundhak dadi 9 lan 11, kapasitas adsorpsi lan efisiensi penyisihan rada mudhun, saka 10,6 mg / g (53%) dadi 6 mg / g (30%). Kanthi paningkatan pH saka 3 nganti 7, DC utamane ana ing wangun zwitterions, sing ndadekake meh ora bisa ditarik utawa ditolak kanthi komposit rGO / nZVI, utamane dening interaksi elektrostatik. Minangka pH mundhak ndhuwur 8,2, lumahing adsorben iki daya negatif, mangkono kapasitas adsorpsi melorot lan sudo amarga tolak elektrostatik antarane doxycycline daya negatif lan lumahing adsorbent. Tren iki nuduhake manawa adsorpsi DC ing komposit rGO / nZVI gumantung banget karo pH, lan asil kasebut uga nuduhake manawa komposit rGO / nZVI cocog minangka adsorben ing kahanan asam lan netral.
Pengaruh suhu ing adsorpsi saka larutan banyu DC ditindakake ing (25-55 ° C). Gambar 7A nuduhake efek kenaikan suhu ing efisiensi penghapusan antibiotik DC ing rGO / nZVI, jelas yen kapasitas penghapusan lan kapasitas adsorpsi tambah saka 83,44% lan 13,9 mg / g dadi 47% lan 7,83 mg / g. , mungguh. Penurunan sing signifikan iki bisa uga amarga mundhake energi termal ion DC, sing nyebabake desorpsi47.
Pengaruh Suhu ing Efisiensi Panyingkiran lan Kapasitas Adsorpsi CD ing Komposit rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dosis = 0,05 g], Dosis Adsorben kanggo Efisiensi Ngilangi lan Efisiensi Ngilangi CD Efek saka Konsentrasi awal ing kapasitas adsorpsi lan efisiensi penghapusan DC ing komposit rGO / nSVI (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25 ° C] (C, D) [Co = 25-100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0,05 g].
Efek nambah dosis saka rGO adsorbent komposit / nZVI saka 0,01 g kanggo 0,07 g ing efficiency aman lan kapasitas adsorpsi ditampilake ing Fig. 7B. Tambah dosis adsorben nyebabake nyuda kapasitas adsorpsi saka 33,43 mg / g dadi 6,74 mg / g. Nanging, kanthi nambah dosis adsorben saka 0,01 g dadi 0,07 g, efisiensi penghapusan mundhak saka 66,8% dadi 96%, sing, kanthi mangkono, bisa digandhengake karo paningkatan jumlah pusat aktif ing permukaan nanocomposite.
Efek konsentrasi awal ing kapasitas adsorpsi lan efisiensi penghapusan [25-100 mg L-1, 25 ° C, pH 7, dosis 0,05 g] diteliti. Nalika konsentrasi awal tambah saka 25 mg L-1 dadi 100 mg L-1, persentase penghapusan komposit rGO / nZVI mudhun saka 94,6% dadi 65% (Gambar 7C), mbokmenawa amarga ora ana aktifitas sing dikarepake. situs. . Adsorbs konsentrasi gedhe saka DC49. Ing sisih liya, nalika konsentrasi awal tambah, kapasitas adsorpsi uga tambah saka 9,4 mg / g dadi 30 mg / g nganti keseimbangane tekan (Gambar 7D). Reaksi sing ora bisa diendhani iki amarga paningkatan daya nyopir kanthi konsentrasi DC awal luwih gedhe tinimbang resistensi transfer massa ion DC kanggo nggayuh permukaan 50 saka komposit rGO / nZVI.
Pasinaon wektu kontak lan kinetik nduweni tujuan kanggo mangerteni wektu keseimbangan adsorpsi. Kaping pisanan, jumlah DC adsorbed sajrone 40 menit pisanan wektu kontak kira-kira setengah saka jumlah total adsorbed sajrone kabeh wektu (100 menit). Nalika molekul DC ing solusi tabrakan nyebabake kanthi cepet migrasi menyang permukaan komposit rGO / nZVI sing nyebabake adsorpsi sing signifikan. Sawise 40 menit, adsorpsi DC mundhak kanthi bertahap lan alon-alon nganti keseimbangan tekan sawise 60 menit (Gambar 7D). Amarga jumlah sing cukup diserap ing 40 menit pisanan, bakal kurang tabrakan karo molekul DC lan luwih sithik situs aktif sing kasedhiya kanggo molekul non-adsorbed. Mula, tingkat adsorpsi bisa dikurangi51.
Kanggo luwih ngerti kinetika adsorpsi, plot baris saka pseudo first order (Fig. 8A), pseudo second order (Fig. 8B), lan Elovich (Fig. 8C) model kinetik digunakake. Saka paramèter sing dijupuk saka studi kinetik (Tabel S1), dadi cetha yen model pseudosecond minangka model paling apik kanggo njlentrehake kinetika adsorpsi, ing ngendi nilai R2 disetel luwih dhuwur tinimbang ing rong model liyane. Ana uga podho antarane kapasitas adsorpsi diitung (qe, cal). Urutan pseudo-detik lan nilai eksperimen (qe, exp.) minangka bukti liyane yen urutan pseudo-detik minangka model sing luwih apik tinimbang model liyane. Kaya sing ditampilake ing Tabel 1, nilai α (tingkat adsorpsi awal) lan β (konstanta desorpsi) ngonfirmasi yen tingkat adsorpsi luwih dhuwur tinimbang tingkat desorpsi, nuduhake yen DC cenderung adsorb kanthi efisien ing komposit rGO/nZVI52. .
Plot kinetik adsorpsi linier orde pseudo-detik (A), orde pseudo-first (B) lan Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0,05 g ].
Pasinaon isoterm adsorpsi mbantu nemtokake kapasitas adsorpsi adsorben (komposit RGO / nRVI) ing macem-macem konsentrasi adsorbat (DC) lan suhu sistem. Kapasitas adsorpsi maksimum diitung kanthi nggunakake isoterm Langmuir, sing nuduhake yen adsorpsi homogen lan kalebu pembentukan monolayer adsorbat ing permukaan adsorben tanpa interaksi ing antarane53. Rong model isoterm liyane sing akeh digunakake yaiku model Freundlich lan Temkin. Sanajan model Freundlich ora digunakake kanggo ngetung kapasitas adsorpsi, nanging mbantu ngerteni proses adsorpsi heterogen lan lowongan ing adsorben duwe energi sing beda, dene model Temkin mbantu ngerteni sifat fisik lan kimia adsorpsi54.
Gambar 9A-C nuduhake plot baris saka model Langmuir, Freindlich, lan Temkin. Nilai R2 sing diitung saka plot garis Freundlich (Fig. 9A) lan Langmuir (Fig. 9B) lan ditampilake ing Tabel 2 nuduhake yen adsorpsi DC ing komposit rGO / nZVI nderek isoterm Freundlich (0.996) lan Langmuir (0.988). model lan Temkin (0.985). Kapasitas adsorpsi maksimum (qmax), diwilang nganggo model isoterm Langmuir, yaiku 31,61 mg g-1. Kajaba iku, nilai diitung saka faktor pamisahan tanpa dimensi (RL) ana ing antarane 0 lan 1 (0,097), nuduhake proses adsorpsi sing apik. Yen ora, konstanta Freundlich sing diwilang (n = 2,756) nuduhake pilihan kanggo proses panyerepan iki. Miturut model linear isoterm Temkin (Fig. 9C), adsorpsi DC ing komposit rGO / nZVI minangka proses adsorpsi fisik, amarga b yaiku ˂ 82 kJ mol-1 (0,408)55. Sanajan adsorpsi fisik biasane ditengahi dening gaya van der Waals sing lemah, adsorpsi arus langsung ing komposit rGO / nZVI mbutuhake energi adsorpsi sing sithik [56, 57].
Isoterm adsorpsi linier Freundlich (A), Langmuir (B), lan Temkin (C) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, dosis = 0,05 g]. Plot saka persamaan van't Hoff kanggo adsorpsi DC kanthi komposit rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C lan dosis = 0,05 g].
Kanggo ngevaluasi efek owah-owahan suhu reaksi ing penghapusan DC saka komposit rGO/nZVI, paramèter termodinamika kayata owah-owahan entropi (ΔS), owah-owahan entalpi (ΔH), lan owah-owahan energi bebas (ΔG) diitung saka persamaan. 3 lan 458.
ngendi \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – konstanta kesetimbangan termodinamika, Ce lan CAe – rGO ing larutan, mungguh / nZVI DC konsentrasi ing imbangan lumahing. R lan RT minangka konstanta gas lan suhu adsorpsi. Plotting ln Ke marang 1/T menehi garis lurus (Fig. 9D) saka ngendi ∆S lan ∆H bisa ditemtokake.
Nilai ΔH negatif nuduhake yen proses kasebut eksotermik. Ing sisih liya, nilai ΔH ana ing proses adsorpsi fisik. Nilai ΔG negatif ing Tabel 3 nuduhake yen adsorpsi bisa lan spontan. Nilai negatif saka ΔS nuduhake urutan molekul adsorben sing dhuwur ing antarmuka cair (Tabel 3).
Tabel 4 mbandhingake komposit rGO / nZVI karo adsorben liyane sing dilapurake ing studi sadurunge. Cetha yen komposit VGO / nCVI nduweni kapasitas adsorpsi sing dhuwur lan bisa uga dadi bahan sing njanjeni kanggo ngilangi antibiotik DC saka banyu. Kajaba iku, adsorpsi komposit rGO / nZVI minangka proses cepet kanthi wektu keseimbangan 60 menit. Sifat adsorpsi banget saka komposit rGO / nZVI bisa diterangake kanthi efek sinergis rGO lan nZVI.
Tokoh 10A, B nggambarake mekanisme rasional kanggo ngilangi antibiotik DC kanthi kompleks rGO / nZVI lan nZVI. Miturut asil eksperimen babagan efek pH ing efisiensi adsorpsi DC, kanthi paningkatan pH saka 3 nganti 7, adsorpsi DC ing komposit rGO / nZVI ora dikontrol dening interaksi elektrostatik, amarga tumindak minangka zwitterion; mulane, owah-owahan ing Nilai pH ora mengaruhi proses adsorpsi. Sabanjure, mekanisme adsorpsi bisa dikontrol dening interaksi non-elektrostatik kayata ikatan hidrogen, efek hidrofobik, lan interaksi tumpukan π-π antarane komposit rGO/nZVI lan DC66. Dikenal manawa mekanisme adsorbat aromatik ing permukaan graphene berlapis wis diterangake kanthi interaksi tumpukan π–π minangka tenaga pendorong utama. Komposit minangka bahan berlapis sing padha karo graphene kanthi panyerepan maksimal ing 233 nm amarga transisi π-π*. Adhedhasar anané papat dering aromatik ing struktur molekul adsorbat DC, kita hipotesis manawa ana mekanisme interaksi π-π-numpuk antarane DC aromatik (π-elektron akseptor) lan wilayah sing sugih ing π-elektron menyang lumahing RGO. /nZVI komposit. Kajaba iku, minangka ditampilake ing anjir. 10B, studi FTIR ditindakake kanggo nyinaoni interaksi molekuler komposit rGO / nZVI karo DC, lan spektrum FTIR saka komposit rGO / nZVI sawise adsorpsi DC ditampilake ing Gambar 10B. 10b. Puncak anyar diamati ing 2111 cm-1, sing cocog karo getaran kerangka ikatan C = C, sing nuduhake anané gugus fungsi organik sing cocog ing permukaan 67 rGO / nZVI. Pucuk liyane owah saka 1561 dadi 1548 cm-1 lan saka 1399 dadi 1360 cm-1, sing uga negesake yen interaksi π-π nduweni peran penting ing adsorpsi graphene lan polutan organik68,69. Sawise adsorpsi DC, intensitas sawetara gugus sing ngemot oksigen, kayata OH, mudhun dadi 3270 cm-1, sing nuduhake yen ikatan hidrogen minangka salah sawijining mekanisme adsorpsi. Mangkono, adhedhasar asil, adsorpsi DC ing komposit rGO / nZVI dumadi utamane amarga interaksi tumpukan π-π lan ikatan H.
Mekanisme rasional adsorpsi antibiotik DC kanthi kompleks rGO / nZVI lan nZVI (A). Spektrum adsorpsi FTIR saka DC ing rGO / nZVI lan nZVI (B).
Intensitas pita panyerepan nZVI ing 3244, 1615, 1546, lan 1011 cm-1 tambah sawise adsorpsi DC ing nZVI (Gambar 10B) dibandhingake karo nZVI, sing kudu ana hubungane karo interaksi karo gugus fungsional asam karboksilat. O kelompok ing DC. Nanging, persentase transmisi sing luwih murah ing kabeh pita sing diamati nuduhake ora ana owah-owahan sing signifikan ing efisiensi adsorpsi adsorben phytosynthetic (nZVI) dibandhingake karo nZVI sadurunge proses adsorpsi. Miturut sawetara riset penghapusan DC karo nZVI71, nalika nZVI bereaksi karo H2O, elektron dibebasake lan banjur H+ digunakake kanggo ngasilake hidrogen aktif sing bisa dikurangi. Pungkasan, sawetara senyawa kationik nampa elektron saka hidrogen aktif, sing ngasilake -C = N lan -C = C-, sing digandhengake karo pamisahan cincin benzena.
Wektu kirim: Nov-14-2022