დოქსიციკლინის ანტიბიოტიკების სინერგიული მოცილება წყლიდან მწვანე სინთეზური შემცირებული გრაფენის ოქსიდის და ნანო-ნულოვანი რკინის კომპლექსებით

გმადლობთ Nature.com-ის მონახულებისთვის. ბრაუზერის ვერსიას, რომელსაც იყენებთ, აქვს შეზღუდული CSS მხარდაჭერა. საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). იმავდროულად, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვიყვანთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.
ამ ნამუშევარში rGO/nZVI კომპოზიტები პირველად იქნა სინთეზირებული მარტივი და ეკოლოგიურად სუფთა პროცედურის გამოყენებით Sophora-ს მოყვითალო ფოთლების ექსტრაქტის, როგორც შემცირების აგენტისა და სტაბილიზატორის გამოყენებით, რათა შეესაბამებოდეს "მწვანე" ქიმიის პრინციპებს, როგორიცაა ნაკლებად მავნე ქიმიური სინთეზი. კომპოზიტების წარმატებული სინთეზის დასადასტურებლად გამოყენებულია რამდენიმე ინსტრუმენტი, როგორიცაა SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR და ზეტა პოტენციალი, რაც მიუთითებს კომპოზიციის წარმატებულ წარმოებაზე. ახალი კომპოზიტებისა და სუფთა nZVI-ის ამოღების უნარი ანტიბიოტიკის დოქსიციკლინის სხვადასხვა საწყისი კონცენტრაციით შედარებული იყო სინერგიული ეფექტის გამოსაკვლევად rGO-სა და nZVI-ს შორის. 25 მგ L-1, 25°C და 0.05 გ მოცილების პირობებში, სუფთა nZVI-ის ადსორბციული მოცილების სიჩქარე იყო 90%, ხოლო დოქსიციკლინის ადსორბციული მოცილების სიჩქარე rGO/nZVI კომპოზიტით მიაღწია 94.6%-ს, რაც ადასტურებს, რომ nZVI და rGO . ადსორბციის პროცესი შეესაბამება ფსევდომეორე რიგს და კარგად ეთანხმება Freundlich-ის მოდელს მაქსიმალური ადსორბციული ტევადობით 31,61 მგ გ-1 25 °C-ზე და pH 7. შემოთავაზებულია DC-ის მოცილების გონივრული მექანიზმი. გარდა ამისა, rGO/nZVI კომპოზიტის ხელახალი გამოყენებადობა იყო 60% რეგენერაციის ზედიზედ ექვსი ციკლის შემდეგ.
წყლის დეფიციტი და დაბინძურება ახლა სერიოზული საფრთხეა ყველა ქვეყნისთვის. ბოლო წლებში წყლის დაბინძურება, განსაკუთრებით ანტიბიოტიკებით დაბინძურება გაიზარდა COVID-19 პანდემიის დროს წარმოებისა და მოხმარების გაზრდის გამო1,2,3. ამიტომ, ჩამდინარე წყლებში ანტიბიოტიკების აღმოფხვრის ეფექტური ტექნოლოგიის შემუშავება გადაუდებელი ამოცანაა.
ტეტრაციკლინის ჯგუფის ერთ-ერთი რეზისტენტული ნახევრად სინთეზური ანტიბიოტიკია დოქსიციკლინი (DC)4,5. ცნობილია, რომ მიწისქვეშა და ზედაპირულ წყლებში DC ნარჩენები ვერ მეტაბოლიზდება, მხოლოდ 20-50% მეტაბოლიზდება, დანარჩენი კი გამოიყოფა გარემოში, რაც იწვევს სერიოზულ ეკოლოგიურ და ჯანმრთელობის პრობლემებს6.
DC-ზე დაბალ დონეზე ზემოქმედებამ შეიძლება მოკლას წყლის ფოტოსინთეზური მიკროორგანიზმები, საფრთხე შეუქმნას ანტიმიკრობული ბაქტერიების გავრცელებას და გაზარდოს ანტიმიკრობული წინააღმდეგობა, ამიტომ ეს დამაბინძურებელი უნდა მოიხსნას ჩამდინარე წყლებიდან. DC-ის ბუნებრივი დეგრადაცია წყალში ძალიან ნელი პროცესია. ფიზიკურ-ქიმიური პროცესები, როგორიცაა ფოტოლიზი, ბიოდეგრადაცია და ადსორბცია, შეიძლება დეგრადირდეს მხოლოდ დაბალ კონცენტრაციებში და ძალიან დაბალი ტემპებით7,8. თუმცა, ყველაზე ეკონომიური, მარტივი, ეკოლოგიურად სუფთა, მარტივი და ეფექტური მეთოდია ადსორბცია9,10.
ნანო ნულოვანი რკინა (nZVI) არის ძალიან ძლიერი მასალა, რომელსაც შეუძლია წყლისგან ამოიღოს მრავალი ანტიბიოტიკი, მათ შორის მეტრონიდაზოლი, დიაზეპამი, ციპროფლოქსაცინი, ქლორამფენიკოლი და ტეტრაციკლინი. ეს უნარი განპირობებულია იმ საოცარი თვისებებით, რაც აქვს nZVI-ს, როგორიცაა მაღალი რეაქტიულობა, დიდი ზედაპირის ფართობი და მრავალი გარე დამაკავშირებელი ადგილი11. თუმცა, nZVI მიდრეკილია აგრეგაციისკენ წყალსაშუალებებში ვან დერ უელსის ძალების და მაღალი მაგნიტური თვისებების გამო, რაც ამცირებს მის ეფექტურობას დამაბინძურებლების მოცილებაში ოქსიდის ფენების წარმოქმნის გამო, რომელიც აფერხებს nZVI10,12 რეაქტიულობას. nZVI ნაწილაკების აგლომერაცია შეიძლება შემცირდეს მათი ზედაპირების მოდიფიცირებით სურფაქტანტებითა და პოლიმერებით ან სხვა ნანომასალებთან კომპოზიციის სახით კომბინირებით, რაც დადასტურდა, რომ სიცოცხლისუნარიანი მიდგომაა მათი სტაბილურობის გასაუმჯობესებლად გარემოში13,14.
გრაფინი არის ორგანზომილებიანი ნახშირბადის ნანომასალა, რომელიც შედგება sp2-ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომებისგან, რომლებიც განლაგებულია თაფლისებრ გისოსებში. მას აქვს დიდი ზედაპირის ფართობი, მნიშვნელოვანი მექანიკური სიძლიერე, შესანიშნავი ელექტროკატალიტიკური აქტივობა, მაღალი თბოგამტარობა, ელექტრონების სწრაფი მობილურობა და შესაფერისი გადამზიდავი მასალა მის ზედაპირზე არაორგანული ნანონაწილაკების დასამაგრებლად. ლითონის ნანონაწილაკებისა და გრაფენის კომბინაციამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გადააჭარბოს თითოეული მასალის ინდივიდუალურ სარგებელს და, მისი უმაღლესი ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გამო, უზრუნველყოს ნანონაწილაკების ოპტიმალური განაწილება წყლის უფრო ეფექტური დამუშავებისთვის15.
მცენარეული ექსტრაქტები საუკეთესო ალტერნატივაა მავნე ქიმიური შემამცირებელი აგენტებისთვის, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება შემცირებული გრაფენის ოქსიდის (rGO) და nZVI სინთეზში, რადგან ისინი ხელმისაწვდომი, იაფი, ერთსაფეხურიანი, ეკოლოგიურად უსაფრთხოა და შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც შემცირების აგენტები. ფლავონოიდების და ფენოლური ნაერთების მსგავსად, ასევე მოქმედებს როგორც სტაბილიზატორი. ამიტომ, Atriplex halimus L. ფოთლის ექსტრაქტი გამოიყენებოდა როგორც აღმდგენი და დახურვის საშუალება rGO/nZVI კომპოზიტების სინთეზისთვის ამ კვლევაში. Atriplex halimus Amaranthaceae-ს ოჯახიდან არის აზოტისმოყვარე მრავალწლიანი ბუჩქი ფართო გეოგრაფიული დიაპაზონით16.
არსებული ლიტერატურის მიხედვით, Atriplex halimus (A. halimus) პირველად გამოიყენეს rGO/nZVI კომპოზიტების დასამზადებლად, როგორც ეკონომიური და ეკოლოგიურად სუფთა სინთეზის მეთოდი. ამრიგად, ამ სამუშაოს მიზანი შედგება ოთხი ნაწილისგან: (1) rGO/nZVI და მშობელი nZVI კომპოზიტების ფიტოსინთეზი A. halimus წყლის ფოთლების ექსტრაქტის გამოყენებით, (2) ფიტოსინთეზირებული კომპოზიტების დახასიათება მრავალი მეთოდის გამოყენებით მათი წარმატებული წარმოების დასადასტურებლად, (3). ) rGO და nZVI-ის სინერგიული ეფექტის შესწავლა დოქსიციკლინის ანტიბიოტიკების ორგანული დამაბინძურებლების ადსორბციასა და მოცილებაში სხვადასხვა რეაქციის პარამეტრების ქვეშ, ადსორბციის პროცესის პირობების ოპტიმიზაცია, (3) დამუშავების ციკლის შემდეგ სხვადასხვა უწყვეტ მკურნალობაში კომპოზიტური მასალების გამოკვლევა.
დოქსიციკლინის ჰიდროქლორიდი (DC, MM = 480.90, ქიმიური ფორმულა C22H24N2O·HCl, 98%), რკინის ქლორიდის ჰექსაჰიდრატი (FeCl3.6H2O, 97%), გრაფიტის ფხვნილი შეძენილი Sigma-Aldrich, აშშ. ნატრიუმის ჰიდროქსიდი (NaOH, 97%), ეთანოლი (C2H5OH, 99.9%) და მარილმჟავა (HCl, 37%) შეძენილია Merck-დან, აშშ. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 და MgCl2 შეძენილია Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd.-დან. ყველა რეაგენტი არის მაღალი ანალიტიკური სისუფთავის. ორმაგი გამოხდილი წყალი გამოიყენებოდა ყველა წყალხსნარის მოსამზადებლად.
A. halimus-ის წარმომადგენლობითი ნიმუშები შეგროვდა მათი ბუნებრივი ჰაბიტატიდან ნილოსის დელტაში და მიწები ეგვიპტის ხმელთაშუა ზღვის სანაპიროზე. მცენარეული მასალა შეგროვდა მოქმედი ეროვნული და საერთაშორისო გაიდლაინების შესაბამისად17. პროფესორმა მანალ ფაუზიმ გამოავლინა მცენარეული ნიმუშები Boulos18-ის მიხედვით და ალექსანდრიის უნივერსიტეტის გარემოსდაცვითი მეცნიერებების დეპარტამენტი უფლებას აძლევს შესწავლილი მცენარეების სახეობების შეგროვებას სამეცნიერო მიზნებისთვის. ნიმუშების ვაუჩერები იმართება ტანტას უნივერსიტეტის ჰერბარიუმში (TANE), ვაუჩერები No. 14 122–14 127, საჯარო ჰერბარიუმი, რომელიც უზრუნველყოფს დეპონირებულ მასალებზე წვდომას. გარდა ამისა, მტვრის ან ჭუჭყის მოსაშორებლად მცენარის ფოთლები დავჭრათ პატარა ნაჭრებად, 3-ჯერ ჩამოიბანეთ ონკანით და გამოხდილი წყლით და შემდეგ გააშრეთ 50°C-ზე. მცენარე გაანადგურეს, 5 გ წვრილი ფხვნილი ჩაყარეს 100 მლ გამოხდილ წყალში და აურიეთ 70°C-ზე 20 წუთის განმავლობაში ექსტრაქტის მისაღებად. Bacillus nicotianae-ს მიღებული ექსტრაქტი გაფილტრული იყო Whatman-ის ფილტრის ქაღალდის მეშვეობით და ინახებოდა სუფთა და სტერილიზებულ მილებში 4°C-ზე შემდგომი გამოყენებისთვის.
როგორც სურათი 1-ზეა ნაჩვენები, GO დამზადდა გრაფიტის ფხვნილისგან შეცვლილი ჰამერის მეთოდით. 10 მგ GO ფხვნილი დაარბიეს 50 მლ დეიონიზებულ წყალში 30 წუთის განმავლობაში გაჟონვის ქვეშ და შემდეგ 0,9 გ FeCl3 და 2,9 გ NaAc შერეული იყო 60 წუთის განმავლობაში. 20 მლ ატრიპლექსის ფოთლის ექსტრაქტი დაემატა გაღვივებულ ხსნარს მორევით და დარჩა 80°C-ზე 8 საათის განმავლობაში. მიღებული შავი სუსპენზია გაფილტრული იყო. მომზადებული ნანოკომპოზიტები გარეცხეს ეთანოლითა და ბიდისტილირებული წყლით და შემდეგ გააშრეს ვაკუუმურ ღუმელში 50°C-ზე 12 საათის განმავლობაში.
rGO/nZVI და nZVI კომპლექსების მწვანე სინთეზის სქემატური და ციფრული ფოტოები და DC ანტიბიოტიკების ამოღება დაბინძურებული წყლიდან Atriplex ჰალიმუსის ექსტრაქტის გამოყენებით.
მოკლედ, როგორც ნაჩვენებია ნახატ 1-ში, 10 მლ რკინის ქლორიდის ხსნარი, რომელიც შეიცავს 0,05 M Fe3+ იონებს, წვეთობრივად დაემატა 20 მლ მწარე ფოთლის ექსტრაქტის ხსნარს 60 წუთის განმავლობაში ზომიერი გაცხელებით და მორევით, შემდეგ კი ხსნარი ცენტრიფუგირებული იყო 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) 15 წუთის განმავლობაში შავი ნაწილაკების მისაღებად, რომლებიც შემდეგ 3-ჯერ გარეცხეს ეთანოლით და გამოხდილი წყლით და შემდეგ გააშრეს ვაკუუმურ ღუმელში 60°C-ზე მთელი ღამის განმავლობაში.
მცენარეთა მიერ სინთეზირებული rGO/nZVI და nZVI კომპოზიტები ხასიათდებოდა UV-ხილული სპექტროსკოპიით (T70/T80 სერიის UV/Vis სპექტროფოტომეტრები, PG Instruments Ltd, დიდი ბრიტანეთი) სკანირების დიაპაზონში 200-800 ნმ. rGO/nZVI და nZVI კომპოზიტების ტოპოგრაფიისა და ზომის განაწილების გასაანალიზებლად გამოყენებული იქნა TEM სპექტროსკოპია (JOEL, JEM-2100F, იაპონია, ამაჩქარებელი ძაბვა 200 კვ). ფუნქციური ჯგუფების შესაფასებლად, რომლებიც შეიძლება ჩაერთონ მცენარეთა ექსტრაქტებში, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან აღდგენისა და სტაბილიზაციის პროცესზე, ჩატარდა FT-IR სპექტროსკოპია (JASCO სპექტრომეტრი 4000-600 სმ-1 დიაპაზონში). გარდა ამისა, ზეტა პოტენციალის ანალიზატორი (Zetasizer Nano ZS Malvern) გამოყენებული იქნა სინთეზირებული ნანომასალების ზედაპირული მუხტის შესასწავლად. ფხვნილი ნანომასალების რენტგენის დიფრაქციული გაზომვისთვის გამოყენებული იქნა რენტგენის დიფრაქტომეტრი (X'PERT PRO, ნიდერლანდები), რომელიც მუშაობს დენზე (40 mA), ძაბვაზე (45 კვ) 2θ დიაპაზონში 20°-დან 80-მდე. ° და CuKa1 გამოსხივება (\(\lambda =\ ) 1,54056 Ao). ენერგიის დისპერსიული რენტგენის სპექტრომეტრი (EDX) (მოდელი JEOL JSM-IT100) პასუხისმგებელი იყო ელემენტარული შემადგენლობის შესწავლაზე Al K-α მონოქრომატული რენტგენის შეგროვებისას -10-დან 1350 eV-მდე XPS-ზე, ლაქის ზომა 400 μm K-ALPHA. (Thermo Fisher Scientific, აშშ) სრული სპექტრის გადაცემის ენერგიაა 200 ევ და ვიწრო სპექტრის 50 ევ. ფხვნილის ნიმუში დაჭერილია ნიმუშის დამჭერზე, რომელიც მოთავსებულია ვაკუუმურ კამერაში. C 1 s სპექტრი გამოიყენებოდა როგორც მითითება 284,58 eV-ზე, რათა დადგინდეს შემაკავშირებელი ენერგია.
ჩატარდა ადსორბციის ექსპერიმენტები სინთეზირებული rGO/nZVI ნანოკომპოზიტების ეფექტურობის შესამოწმებლად წყალხსნარებიდან დოქსიციკლინის (DC) მოცილებაში. ადსორბციული ექსპერიმენტები ჩატარდა 25 მლ ერლენმეიერის კოლბაში შერყევის სიჩქარით 200 rpm ორბიტალურ შეკერზე (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) 298 K ტემპერატურაზე. DC მარაგის ხსნარის (1000 ppm) ორბიდისტილირებული წყლით განზავებით. rGO/nSVI დოზის ეფექტის შესაფასებლად ადსორბციის ეფექტურობაზე, სხვადასხვა წონის ნანოკომპოზიტები (0,01–0,07 გ) დაემატა 20 მლ DC ხსნარს. კინეტიკისა და ადსორბციის იზოთერმების შესასწავლად 0,05 გ ადსორბენტი ჩაეფლო CD-ის წყალხსნარში საწყისი კონცენტრაციით (25-100 მგ ლ-1). pH-ის ეფექტი DC-ის მოცილებაზე შესწავლილი იყო pH-ზე (3-11) და საწყისი კონცენტრაცია 50 მგ ლ-1 25°C-ზე. დაარეგულირეთ სისტემის pH მცირე რაოდენობით HCl ან NaOH ხსნარის დამატებით (Crison pH meter, pH meter, pH 25). გარდა ამისა, გამოკვლეული იყო რეაქციის ტემპერატურის გავლენა ადსორბციის ექსპერიმენტებზე 25-55°C დიაპაზონში. იონური სიძლიერის ეფექტი ადსორბციის პროცესზე შესწავლილი იყო NaCl-ის სხვადასხვა კონცენტრაციის დამატებით (0,01–4 მოლი L–1) DC–ის საწყისი კონცენტრაციით 50 მგ ლ–1, pH 3 და 7), 25 °C და ადსორბენტი დოზა 0.05 გ. არაადსორბირებული DC-ის ადსორბცია გაზომილი იყო ორმაგი სხივის UV-Vis სპექტროფოტომეტრის (T70/T80 სერია, PG Instruments Ltd, დიდი ბრიტანეთი) გამოყენებით, რომელიც აღჭურვილი იყო 1.0 სმ ბილიკის სიგრძის კვარცის კუვეტებით მაქსიმალური ტალღის სიგრძეზე (λmax) 270 და 350 ნმ. DC ანტიბიოტიკების პროცენტული მოცილება (R%; განტოლება 1) და ადსორბციის რაოდენობა DC, qt, ეკვ. 2 (მგ/გ) გაზომილი იყო შემდეგი განტოლების გამოყენებით.
სადაც %R არის DC მოხსნის სიმძლავრე (%), Co არის საწყისი DC კონცენტრაცია 0-ზე და C არის DC კონცენტრაცია t დროს, შესაბამისად (მგ L-1).
სადაც qe არის DC-ის რაოდენობა, რომელიც ადსორბირებულია ადსორბენტის მასის ერთეულზე (მგ გ-1), Co და Ce არის კონცენტრაციები ნულოვან დროს და წონასწორობაში, შესაბამისად (მგ ლ-1), V არის ხსნარის მოცულობა (ლ) და m არის ადსორბციული მასის რეაგენტი (g).
SEM გამოსახულებები (ნახ. 2A–C) გვიჩვენებს rGO/nZVI კომპოზიტის ლამელარული მორფოლოგიას მის ზედაპირზე თანაბრად გაფანტული სფერული რკინის ნანონაწილაკებით, რაც მიუთითებს nZVI NP-ების წარმატებულ მიმაგრებაზე rGO ზედაპირზე. გარდა ამისა, არის ნაოჭები rGO-ს ფოთოლში, რაც ადასტურებს ჟანგბადის შემცველი ჯგუფების მოცილებას A. halimus GO-ს აღდგენასთან ერთად. ეს მსხვილი ნაოჭები მოქმედებენ როგორც ადგილი რკინის NP-ების აქტიური დატვირთვისთვის. nZVI სურათებმა (ნახ. 2D-F) აჩვენა, რომ სფერული რკინის NPs იყო ძალიან მიმოფანტული და არ გროვდებოდა, რაც განპირობებულია მცენარის ექსტრაქტის ბოტანიკური კომპონენტების დაფარვის ბუნებით. ნაწილაკების ზომა იცვლებოდა 15-26 ნმ. თუმცა, ზოგიერთ რეგიონს აქვს მეზოპოროზული მორფოლოგია ამობურცულობისა და ღრუების სტრუქტურით, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს nZVI-ს მაღალი ეფექტური ადსორბციული უნარი, რადგან მათ შეუძლიათ გაზარდონ DC მოლეკულების დაჭერის შესაძლებლობა nZVI-ის ზედაპირზე. როდესაც Rosa Damascus-ის ექსტრაქტი გამოიყენებოდა nZVI-ს სინთეზისთვის, მიღებული NPs იყო არაერთგვაროვანი, სიცარიელეებით და განსხვავებული ფორმებით, რამაც შეამცირა მათი ეფექტურობა Cr(VI) ადსორბციაში და გაზარდა რეაქციის დრო 23 . შედეგები შეესაბამება მუხისა და თუთის ფოთლებისგან სინთეზირებულ nZVI-ს, რომლებიც ძირითადად წარმოადგენენ სფერულ ნანონაწილაკებს სხვადასხვა ნანომეტრის ზომით აშკარა აგლომერაციის გარეშე.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) კომპოზიტების SEM გამოსახულებები და nZVI/rGO (G) და nZVI (H) კომპოზიტების EDX ნიმუშები.
მცენარეთა მიერ სინთეზირებული rGO/nZVI და nZVI კომპოზიტების ელემენტარული შემადგენლობა შესწავლილი იყო EDX-ის გამოყენებით (ნახ. 2G, H). კვლევებმა აჩვენა, რომ nZVI შედგება ნახშირბადისგან (მასით 38,29%), ჟანგბადისგან (მასით 47,41%) და რკინისგან (მასით 11,84%), მაგრამ ასევე არსებობს სხვა ელემენტები, როგორიცაა ფოსფორი24, რომელთა მიღებაც შესაძლებელია მცენარეული ექსტრაქტებიდან. გარდა ამისა, ნახშირბადის და ჟანგბადის მაღალი პროცენტული მაჩვენებელი განპირობებულია მცენარეული ექსტრაქტებიდან ფიტოქიმიკატების არსებობით მიწისქვეშა nZVI ნიმუშებში. ეს ელემენტები თანაბრად ნაწილდება rGO-ზე, მაგრამ სხვადასხვა თანაფარდობით: C (39,16 wt %), O (46,98 wt %) და Fe (10,99 wt %), EDX rGO/nZVI ასევე აჩვენებს სხვა ელემენტების არსებობას, როგორიცაა S, რომელიც შეიძლება დაკავშირებული იყოს მცენარეულ ექსტრაქტებთან, გამოიყენება. მიმდინარე C:O თანაფარდობა და რკინის შემცველობა rGO/nZVI კომპოზიტში A. halimus-ის გამოყენებით ბევრად უკეთესია, ვიდრე ევკალიპტის ფოთლის ექსტრაქტის გამოყენება, რადგან ის ახასიათებს C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) შემადგენლობას. და Fe (8.27 wt.%). wt %) 25. Nataša et al., 2022 მოხსენებული nZVI-ს მსგავსი ელემენტარული შემადგენლობა, რომელიც სინთეზირებულია მუხის და თუთის ფოთლებისგან და დაადასტურა, რომ პოლიფენოლის ჯგუფები და ფოთლების ექსტრაქტში შემავალი სხვა მოლეკულები პასუხისმგებელნი არიან შემცირების პროცესზე.
მცენარეებში სინთეზირებული nZVI-ის მორფოლოგია (ნახ. S2A,B) იყო სფერული და ნაწილობრივ არარეგულარული, ნაწილაკების საშუალო ზომით 23,09 ± 3,54 ნმ, თუმცა ჯაჭვის აგრეგატები დაფიქსირდა ვან დერ ვაალის ძალებისა და ფერომაგნიტიზმის გამო. ეს ძირითადად მარცვლოვანი და სფერული ნაწილაკების ფორმა კარგად შეესაბამება SEM შედეგებს. მსგავსი დაკვირვება აღმოაჩინეს აბდელფატაჰმა და სხვებმა. 2021 წელს, როდესაც აბუსალათინის ლობიოს ფოთლის ექსტრაქტი გამოიყენეს nZVI11-ის სინთეზში. Ruelas tuberosa ფოთლის ექსტრაქტი NP-ებს, რომლებიც გამოიყენება როგორც შემცირების აგენტი nZVI-ში, ასევე აქვთ სფერული ფორმა დიამეტრით 20-დან 40 ნმ26-მდე.
ჰიბრიდული rGO/nZVI კომპოზიტური TEM გამოსახულებები (ნახ. S2C-D) აჩვენა, რომ rGO არის ბაზალური სიბრტყე ზღვრული ნაკეცებითა და ნაოჭებით, რაც უზრუნველყოფს nZVI NP-ების მრავალ დატვირთვის ადგილს; ეს ლამელარული მორფოლოგია ასევე ადასტურებს rGO-ს წარმატებულ წარმოებას. გარდა ამისა, nZVI NP-ებს აქვთ სფერული ფორმა ნაწილაკების ზომით 5,32-დან 27 ნმ-მდე და ჩართულია rGO ფენაში თითქმის ერთგვაროვანი დისპერსიით. ევკალიპტის ფოთლის ექსტრაქტი გამოიყენებოდა Fe NPs/rGO-ს სინთეზისთვის; TEM-ის შედეგებმა ასევე დაადასტურა, რომ rGO ფენის ნაოჭებმა გააუმჯობესა Fe NP-ების დისპერსიულობა უფრო მეტად, ვიდრე სუფთა Fe NP-ები და გაზარდა კომპოზიტების რეაქტიულობა. მსგავსი შედეგები მიიღეს ბაგერის და სხვ. 28 როდესაც კომპოზიტი დამზადდა ულტრაბგერითი ტექნიკის გამოყენებით, რკინის ნანონაწილაკების საშუალო ზომა დაახლოებით 17,70 ნმ.
A. halimus, nZVI, GO, rGO და rGO/nZVI კომპოზიტების FTIR სპექტრები ნაჩვენებია ნახ. 3A. A. halimus-ის ფოთლებში ზედაპირული ფუნქციური ჯგუფების არსებობა ჩნდება 3336 სმ-1, რაც შეესაბამება პოლიფენოლებს და 1244 სმ-1, რაც შეესაბამება ცილის მიერ წარმოქმნილ კარბონილის ჯგუფებს. სხვა ჯგუფები, როგორიცაა ალკანები 2918 სმ-1-ზე, ალკენები 1647 სმ-1-ზე და CO-O-CO გაფართოებები 1030 სმ-1-ზე, ასევე დაფიქსირდა, რაც მიუთითებს მცენარის კომპონენტების არსებობაზე, რომლებიც მოქმედებენ როგორც დალუქული აგენტები და პასუხისმგებელნი არიან აღდგენაზე. Fe2+–დან Fe0–მდე და GO–მდე rGO29–მდე. ზოგადად, nZVI სპექტრები აჩვენებენ შთანთქმის იგივე მწვერვალებს, როგორც მწარე შაქარს, მაგრამ ოდნავ შეცვლილი პოზიციით. ინტენსიური ზოლი ჩნდება 3244 სმ-1-ზე, რომელიც დაკავშირებულია OH გაჭიმვის ვიბრაციებთან (ფენოლებთან), პიკი 1615-ზე შეესაბამება C=C-ს და ზოლები 1546 და 1011 სმ-1-ზე წარმოიქმნება C=O (პოლიფენოლები და ფლავონოიდები) გაჭიმვის გამო. არომატული ამინების CN და ალიფატური ამინების ჯგუფები ასევე დაფიქსირდა 1310 სმ-1 და 1190 სმ-1, შესაბამისად13. GO-ს FTIR სპექტრი აჩვენებს მრავალი მაღალი ინტენსივობის ჟანგბადის შემცველი ჯგუფის არსებობას, მათ შორის ალკოქსის (CO) გაჭიმვის ზოლი 1041 სმ-1-ზე, ეპოქსიდის (CO) გაჭიმვის ზოლი 1291 სმ-1, C=O მონაკვეთი. გაჩნდა C=C გაჭიმვის ვიბრაციების ზოლი 1619 სმ-1-ზე, ზოლი 1708 სმ-1-ზე და OH ჯგუფის გაჭიმვის ვიბრაციების ფართო ზოლი 3384 სმ-1-ზე, რაც დასტურდება გაუმჯობესებული ჰამერის მეთოდით, რომელიც წარმატებით აჟანგებს გრაფიტის პროცესი. rGO და rGO/nZVI კომპოზიტების GO სპექტრებთან შედარებისას, ზოგიერთი ჟანგბადის შემცველი ჯგუფის ინტენსივობა, როგორიცაა OH 3270 სმ-1-ზე, მნიშვნელოვნად მცირდება, ხოლო სხვები, როგორიცაა C=O 1729 სმ-1-ზე, მთლიანად. შემცირდა. გაქრა, რაც მიუთითებს GO-ში ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფების წარმატებულ მოცილებაზე A. halimus ექსტრაქტით. rGO-ს ახალი მკვეთრი დამახასიათებელი მწვერვალები C=C ​​დაძაბულობის დროს შეინიშნება დაახლოებით 1560 და 1405 სმ-1, რაც ადასტურებს GO-ის შემცირებას rGO-მდე. დაფიქსირდა ვარიაციები 1043-დან 1015 სმ-1-მდე და 982-დან 918 სმ-1-მდე, შესაძლოა მცენარეული მასალის ჩართვის გამო31,32. Weng et al., 2018 ასევე დააფიქსირეს ჟანგბადით გაჯერებული ფუნქციური ჯგუფების მნიშვნელოვანი შესუსტება GO-ში, რაც ადასტურებს rGO-ს წარმატებულ ფორმირებას ბიორედუქციით, ვინაიდან ევკალიპტის ფოთლების ექსტრაქტები, რომლებიც გამოიყენებოდა შემცირებული რკინის გრაფენის ოქსიდის კომპოზიტების სინთეზისთვის, აჩვენა მცენარეული კომპონენტის უფრო მჭიდრო FTIR სპექტრები. ფუნქციური ჯგუფები. 33 .
A. გალიუმის FTIR სპექტრი, nZVI, rGO, GO, კომპოზიტური rGO/nZVI (A). რენტგენოგრამის კომპოზიტები rGO, GO, nZVI და rGO/nZVI (B).
rGO/nZVI და nZVI კომპოზიტების წარმოქმნა დიდწილად დადასტურდა რენტგენის დიფრაქციული შაბლონებით (ნახ. 3B). მაღალი ინტენსივობის Fe0 პიკი დაფიქსირდა 2Ɵ 44.5°-ზე, რაც შეესაბამება ინდექსს (110) (JCPDS no. 06-0696)11. სხვა პიკი (311) სიბრტყის 35.1°-ზე მიეკუთვნება მაგნეტიტს Fe3O4, 63.2° შეიძლება ასოცირებული იყოს (440) სიბრტყის მილერის ინდექსთან ϒ-FeOOH (JCPDS no. 17-0536)34 არსებობის გამო. GO-ს რენტგენის ნიმუში აჩვენებს მკვეთრ პიკს 2Ɵ 10.3°-ზე და მეორე პიკს 21.1°-ზე, რაც მიუთითებს გრაფიტის სრულ აქერცვლაზე და ხაზს უსვამს ჟანგბადის შემცველი ჯგუფების არსებობას GO35-ის ზედაპირზე. rGO და rGO/nZVI კომპოზიტურმა შაბლონებმა დაფიქსირდა დამახასიათებელი GO მწვერვალების გაქრობა და ფართო rGO მწვერვალების ფორმირება 2Ɵ 22.17 და 24.7°-ზე rGO და rGO/nZVI კომპოზიტებისთვის, შესაბამისად, რამაც დაადასტურა GO-ს წარმატებული აღდგენა მცენარეული ექსტრაქტებით. თუმცა, კომპოზიტურ rGO/nZVI შაბლონში, დამატებითი მწვერვალები, რომლებიც დაკავშირებულია Fe0 (110) და bcc Fe0 (200) გისოსებთან, დაფიქსირდა შესაბამისად 44.9\(^\circ\) და 65.22\(^\circ\). .
ზეტა პოტენციალი არის პოტენციალი ნაწილაკების ზედაპირზე მიმაგრებულ იონურ ფენასა და წყალხსნარს შორის, რომელიც განსაზღვრავს მასალის ელექტროსტატიკურ თვისებებს და ზომავს მის სტაბილურობას37. მცენარეთა მიერ სინთეზირებული nZVI, GO და rGO/nZVI კომპოზიტების ზეტა პოტენციალის ანალიზმა აჩვენა მათი სტაბილურობა მათ ზედაპირზე -20.8, -22 და -27.4 მვ, შესაბამისად უარყოფითი მუხტების არსებობის გამო, როგორც ნაჩვენებია სურათზე S1A-. C. . ასეთი შედეგები შეესაბამება რამდენიმე მოხსენებას, სადაც აღნიშნულია, რომ ხსნარები, რომლებიც შეიცავს -25 მვ-ზე ნაკლები ზეტა პოტენციალის მქონე ნაწილაკებს, ზოგადად აჩვენებს სტაბილურობის მაღალ ხარისხს ამ ნაწილაკებს შორის ელექტროსტატიკური მოგერიების გამო. rGO და nZVI კომბინაცია საშუალებას აძლევს კომპოზიტს შეიძინოს მეტი უარყოფითი მუხტი და, შესაბამისად, აქვს უფრო მაღალი სტაბილურობა, ვიდრე მარტო GO ან nZVI. ამრიგად, ელექტროსტატიკური მოგერიების ფენომენი გამოიწვევს სტაბილური rGO/nZVI39 კომპოზიტების წარმოქმნას. GO-ს უარყოფითი ზედაპირი საშუალებას აძლევს მას თანაბრად განაწილდეს წყალში აგლომერაციის გარეშე, რაც ქმნის ხელსაყრელ პირობებს nZVI-სთან ურთიერთქმედებისთვის. უარყოფითი მუხტი შეიძლება დაკავშირებული იყოს მწარე ნესვის ექსტრაქტში სხვადასხვა ფუნქციური ჯგუფის არსებობასთან, რაც ასევე ადასტურებს ურთიერთქმედებას GO-სა და რკინის წინამორბედებსა და მცენარის ექსტრაქტს შორის rGO და nZVI, შესაბამისად, და rGO/nZVI კომპლექსის წარმოქმნით. ამ მცენარეულ ნაერთებს შეუძლიათ აგრეთვე იმოქმედონ როგორც დაფარვის აგენტები, რადგან ისინი ხელს უშლიან მიღებული ნანონაწილაკების აგრეგაციას და ამით გაზრდის მათ სტაბილურობას40.
nZVI და rGO/nZVI კომპოზიტების ელემენტარული შემადგენლობა და ვალენტური მდგომარეობა განისაზღვრა XPS-ით (ნახ. 4). საერთო XPS კვლევამ აჩვენა, რომ rGO/nZVI კომპოზიტი ძირითადად შედგება C, O და Fe ელემენტებისაგან, რომელიც შეესაბამება EDS რუკს (ნახ. 4F–H). C1s სპექტრი შედგება სამი პიკისაგან 284.59 eV, 286.21 eV და 288.21 eV, რომლებიც წარმოადგენს CC, CO და C=O, შესაბამისად. O1s სპექტრი დაყოფილი იყო სამ პიკად, მათ შორის 531.17 eV, 532.97 eV და 535.45 eV, რომლებიც მინიჭებული იყო O=CO, CO და NO ჯგუფებისთვის, შესაბამისად. თუმცა, მწვერვალები 710.43, 714.57 და 724.79 eV ეხება Fe 2p3/2, Fe+3 და Fe p1/2, შესაბამისად. nZVI-ის XPS სპექტრებმა (ნახ. 4C-E) აჩვენა მწვერვალები C, O და Fe ელემენტებისთვის. მწვერვალები 284.77, 286.25 და 287.62 eV ადასტურებენ რკინა-ნახშირბადის შენადნობების არსებობას, რადგან ისინი აღნიშნავენ CC, C-OH და CO, შესაბამისად. O1s სპექტრი შეესაბამებოდა სამ პიკს C–O/რკინის კარბონატი (531.19 eV), ჰიდროქსილის რადიკალი (532.4 eV) და O–C=O (533.47 eV). პიკი 719.6-ზე მიეკუთვნება Fe0-ს, ხოლო FeOOH აჩვენებს პიკებს 717.3 და 723.7 eV-ზე, გარდა ამისა, პიკი 725.8 eV-ზე მიუთითებს Fe2O342.43-ის არსებობაზე.
nZVI და rGO/nZVI კომპოზიტების XPS კვლევები, შესაბამისად (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D) და O1s (E) და rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) კომპოზიტის სრული სპექტრები.
N2 ადსორბციის/დესორბციის იზოთერმა (ნახ. 5A, B) გვიჩვენებს, რომ nZVI და rGO/nZVI კომპოზიტები მიეკუთვნება II ტიპს. გარდა ამისა, nZVI-ის სპეციფიური ზედაპირის ფართობი (SBET) გაიზარდა 47,4549-დან 152,52 მ2/გ-მდე rGO-თ დაბრმავების შემდეგ. ეს შედეგი შეიძლება აიხსნას nZVI-ის მაგნიტური თვისებების შემცირებით rGO დაბრმავების შემდეგ, რითაც მცირდება ნაწილაკების აგრეგაცია და იზრდება კომპოზიტების ზედაპირის ფართობი. გარდა ამისა, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 5C-ზე, rGO/nZVI კომპოზიტის ფორების მოცულობა (8,94 ნმ) უფრო მაღალია, ვიდრე ორიგინალური nZVI (2,873 ნმ). ეს შედეგი შეთანხმებულია ელ-მონაემთან და სხვებთან. 45 .
ადსორბციის უნარის შესაფასებლად rGO/nZVI კომპოზიტებსა და თავდაპირველ nZVI-ს შორის, საწყისი კონცენტრაციის მატებაზე დამოკიდებული DC-ის მოსაშორებლად, შედარება განხორციელდა ყოველი ადსორბენტის მუდმივი დოზის (0.05 გ) დამატებით DC-ს სხვადასხვა საწყისი კონცენტრაციით. გამოკვლეული გამოსავალი [25]. –100 მგ ლ–1] 25°C-ზე. შედეგებმა აჩვენა, რომ rGO/nZVI კომპოზიტის მოცილების ეფექტურობა (94.6%) უფრო მაღალი იყო, ვიდრე ორიგინალური nZVI (90%) დაბალ კონცენტრაციაზე (25 მგ ლ-1). თუმცა, როდესაც საწყისი კონცენტრაცია გაიზარდა 100 მგ ლ-1-მდე, rGO/nZVI და მშობლის nZVI-ის მოცილების ეფექტურობა დაეცა 70% და 65%-მდე, შესაბამისად (სურათი 6A), რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს ნაკლები აქტიური უბნებით და დეგრადაციის გამო. nZVI ნაწილაკები. პირიქით, rGO/nZVI-მ აჩვენა DC-ის მოცილების უფრო მაღალი ეფექტურობა, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს rGO-სა და nZVI-ს შორის სინერგიული ეფექტით, რომელშიც ადსორბციისთვის ხელმისაწვდომი სტაბილური აქტიური ადგილები გაცილებით მაღალია, ხოლო rGO/nZVI-ის შემთხვევაში, უფრო მეტი. DC შეიძლება იყოს ადსორბირებული, ვიდრე ხელუხლებელი nZVI. გარდა ამისა, ნახ. 6B გვიჩვენებს, რომ rGO/nZVI და nZVI კომპოზიტების ადსორბციის უნარი გაიზარდა 9,4 მგ/გ-დან 30 მგ/გ-მდე და 9 მგ/გ-მდე, შესაბამისად, საწყისი კონცენტრაციის ზრდით 25-100 მგ/ლ-დან. -1.1-დან 28.73 მგ გ-1-მდე. ამიტომ, DC-ის მოცილების სიჩქარე უარყოფითად იყო დაკავშირებული DC-ის საწყის კონცენტრაციასთან, რაც განპირობებული იყო რეაქციის ცენტრების შეზღუდული რაოდენობით, რომელსაც მხარს უჭერდა თითოეული ადსორბენტი ხსნარში DC-ის ადსორბციისთვის და მოცილებისთვის. ამრიგად, ამ შედეგებიდან შეიძლება დავასკვნათ, რომ rGO/nZVI კომპოზიტებს აქვთ ადსორბციის და შემცირების უფრო მაღალი ეფექტურობა, ხოლო rGO/nZVI შემადგენლობაში შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ადსორბენტი, ასევე გადამზიდავი მასალა.
მოცილების ეფექტურობა და DC ადსორბციის უნარი rGO/nZVI და nZVI კომპოზიტისთვის იყო (A, B) [Co = 25 მგ l-1-100 მგ l-1, T = 25 °C, დოზა = 0.05 გ], pH. ადსორბციული სიმძლავრის და DC მოცილების ეფექტურობაზე rGO/nZVI კომპოზიტებზე (C) [Co = 50 მგ L–1, pH = 3–11, T = 25°C, დოზა = 0.05 გ].
ხსნარის pH არის კრიტიკული ფაქტორი ადსორბციული პროცესების შესწავლაში, რადგან ის გავლენას ახდენს ადსორბენტის იონიზაციის, სპეციფიკაციისა და იონიზაციის ხარისხზე. ექსპერიმენტი ჩატარდა 25°C-ზე მუდმივი ადსორბენტის დოზით (0.05 გ) და საწყისი კონცენტრაციით 50 მგ ლ-1 pH დიაპაზონში (3-11). ლიტერატურის მიმოხილვის მიხედვით46, DC არის ამფიფილური მოლეკულა რამდენიმე იონიზირებადი ფუნქციური ჯგუფით (ფენოლები, ამინოჯგუფები, სპირტები) სხვადასხვა pH დონეზე. შედეგად, DC-ის სხვადასხვა ფუნქციები და მასთან დაკავშირებული სტრუქტურები rGO/nZVI კომპოზიტის ზედაპირზე შეიძლება ურთიერთქმედებდეს ელექტროსტატიკურად და შეიძლება არსებობდეს როგორც კატიონები, ცვიტერიონები და ანიონები, DC მოლეკულა არსებობს როგორც კატიონური (DCH3+) pH <3.3-ზე. ცვიტერიონული (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 და ანიონური (DCH− ან DC2−) PH 7.7-ზე. შედეგად, DC-ის სხვადასხვა ფუნქციები და მასთან დაკავშირებული სტრუქტურები rGO/nZVI კომპოზიტის ზედაპირზე შეიძლება ურთიერთქმედებდეს ელექტროსტატიკურად და შეიძლება არსებობდეს როგორც კატიონები, ცვიტერიონები და ანიონები, DC მოლეკულა არსებობს როგორც კატიონური (DCH3+) pH <3.3-ზე. ცვიტერიონული (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 და ანიონური (DCH- ან DC2-) PH 7.7-ზე. В результа различные функции ДК и связанных со ними структур на поверхности композита rGO/nZVI mogut взаимодействовать электростатически и може существовать в катионов, цвиттер-ионов, катионов и ани. при рН < 3,3, цвитер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 და анионный (DCH- ან DC2-) და pH 7,7. შედეგად, rGO/nZVI კომპოზიტის ზედაპირზე DC-ის და მასთან დაკავშირებული სტრუქტურების სხვადასხვა ფუნქციებს შეუძლიათ ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება და შეიძლება არსებობდეს კატიონების, ცვიტერიონებისა და ანიონების სახით; DC მოლეკულა არსებობს კატიონის სახით (DCH3+) pH <3.3-ზე; იონური (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 და ანიონური (DCH- ან DC2-) pH 7.7-ზე.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表面的相关结构可能会发生静电盜会阳离子、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+)形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7.7.因此 ， dc 的 种 功能 和 和 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 可能 会 发生 静电 相互 ， 并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 时 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 (dch3+)形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7.7. Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI შეიძლება вступать в электростатические взаимодействия и существовать в катионов, цвиттер-ионовыл, катионов и молеков. ДЦГ3+) при рН < 3,3. ამრიგად, DC და მასთან დაკავშირებული სტრუქტურების სხვადასხვა ფუნქციები rGO/nZVI კომპოზიტის ზედაპირზე შეიძლება შევიდეს ელექტროსტატიკურ ურთიერთქმედებაში და არსებობდეს კატიონების, ცვიტერიონებისა და ანიონების სახით, ხოლო DC მოლეკულები კატიონურია (DCH3+) pH <3.3-ზე. On suщestvuet in cvitter-iona (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 და ანიონა (DCH- ან DC2-) და pH 7,7. ის არსებობს ცვიტერიონის (DCH20) სახით 3,3 < pH < 7,7 და ანიონის (DCH- ან DC2-) pH 7,7-ზე.pH-ის 3-დან 7-მდე ზრდით, DC-ის მოცილების ადსორბციის უნარი და ეფექტურობა გაიზარდა 11,2 მგ/გ-დან (56%) 17 მგ/გ-მდე (85%) (ნახ. 6C). თუმცა, როდესაც pH გაიზარდა 9-მდე და 11-მდე, ადსორბციის უნარი და მოცილების ეფექტურობა გარკვეულწილად შემცირდა, შესაბამისად 10.6 მგ/გრ-დან (53%) 6 მგ/გ-მდე (30%). pH-ის 3-დან 7-მდე ზრდით, DC-ები ძირითადად არსებობდნენ ცვიტერიონების სახით, რამაც მათ თითქმის არაელექტროსტატიკური მიზიდულობა ან მოგერიება გამოიწვია rGO/nZVI კომპოზიტებით, უპირატესად ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებით. როდესაც pH გაიზარდა 8.2-ზე, ადსორბენტის ზედაპირი უარყოფითად დამუხტული იყო, რითაც ადსორბციის უნარი შემცირდა და შემცირდა ელექტროსტატიკური მოგერიების გამო უარყოფითად დამუხტულ დოქსიციკლინსა და ადსორბენტის ზედაპირს შორის. ეს ტენდენცია ვარაუდობს, რომ DC ადსორბცია rGO/nZVI კომპოზიტებზე ძლიერ არის დამოკიდებული pH-ზე და შედეგები ასევე მიუთითებს იმაზე, რომ rGO/nZVI კომპოზიტები შესაფერისია როგორც ადსორბენტები მჟავე და ნეიტრალურ პირობებში.
ტემპერატურის ეფექტი DC-ის წყალხსნარის ადსორბციაზე განხორციელდა (25-55°C). სურათი 7A გვიჩვენებს ტემპერატურის ზრდის ეფექტს DC ანტიბიოტიკების მოცილების ეფექტურობაზე rGO/nZVI-ზე, ცხადია, რომ მოცილების უნარი და ადსორბციის უნარი გაიზარდა 83.44% და 13.9 მგ/გ 47% და 7.83 მგ/გ. , შესაბამისად. ეს მნიშვნელოვანი შემცირება შესაძლოა განპირობებული იყოს DC იონების თერმული ენერგიის ზრდით, რაც იწვევს დეზორბციას47.
ტემპერატურის გავლენა მოცილების ეფექტურობაზე და CD-ის ადსორბციულ შესაძლებლობებზე rGO/nZVI კომპოზიტებზე (A) [Co = 50 მგ L–1, pH = 7, დოზა = 0.05 გ], ადსორბენტის დოზა მოცილების ეფექტურობაზე და CD-ის მოცილების ეფექტურობა საწყისი კონცენტრაცია ადსორბციულ შესაძლებლობებზე და DC მოცილების ეფექტურობაზე rGO/nSVI კომპოზიტზე (B) [Co = 50 მგ L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25-100 მგ L–1, pH = 7, T = 25 °C, დოზა = 0,05 გ].
კომპოზიტური ადსორბენტის rGO/nZVI დოზის გაზრდის ეფექტი 0,01 გ-დან 0,07 გ-მდე მოცილების ეფექტურობასა და ადსორბციულ შესაძლებლობებზე ნაჩვენებია ნახ. 7ბ. ადსორბენტის დოზის გაზრდამ გამოიწვია ადსორბციის უნარის შემცირება 33,43 მგ/გ-დან 6,74 მგ/გ-მდე. თუმცა, ადსორბენტის დოზის ზრდით 0,01 გ-დან 0,07 გ-მდე, მოცილების ეფექტურობა იზრდება 66,8%-დან 96%-მდე, რაც, შესაბამისად, შეიძლება დაკავშირებული იყოს ნანოკომპოზიტის ზედაპირზე აქტიური ცენტრების რაოდენობის ზრდასთან.
შესწავლილი იყო საწყისი კონცენტრაციის ეფექტი ადსორბციის შესაძლებლობებზე და მოცილების ეფექტურობაზე [25-100 მგ ლ-1, 25°C, pH 7, დოზა 0.05 გ]. როდესაც საწყისი კონცენტრაცია გაიზარდა 25 მგ L-1-დან 100 მგ L-1-მდე, rGO/nZVI კომპოზიტის მოცილების პროცენტი შემცირდა 94.6%-დან 65%-მდე (ნახ. 7C), სავარაუდოდ სასურველი აქტიურის არარსებობის გამო. საიტები. . შთანთქავს DC49-ის დიდ კონცენტრაციებს. მეორე მხრივ, საწყისი კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, ადსორბციის უნარი ასევე გაიზარდა 9.4 მგ/გ-დან 30 მგ/გ-მდე წონასწორობის მიღწევამდე (ნახ. 7D). ეს გარდაუვალი რეაქცია გამოწვეულია მამოძრავებელი ძალის ზრდით, საწყისი DC კონცენტრაციით, რომელიც აღემატება DC იონის მასის გადაცემის წინააღმდეგობას, რათა მიაღწიოს rGO/nZVI კომპოზიტის 50 ზედაპირს.
კონტაქტის დრო და კინეტიკური კვლევები მიზნად ისახავს ადსორბციის წონასწორობის დროის გაგებას. პირველი, შეწოვილი DC-ის რაოდენობა კონტაქტის დროის პირველი 40 წუთის განმავლობაში იყო მთლიანი ადსორბირებული რაოდენობის დაახლოებით ნახევარი მთელი დროის განმავლობაში (100 წუთი). სანამ ხსნარში DC მოლეკულები ეჯახება, რაც იწვევს მათ სწრაფ მიგრაციას rGO/nZVI კომპოზიტის ზედაპირზე, რაც იწვევს მნიშვნელოვან ადსორბციას. 40 წუთის შემდეგ, DC ადსორბცია გაიზარდა თანდათან და ნელა, სანამ წონასწორობა მიიღწევა 60 წუთის შემდეგ (ნახ. 7D). ვინაიდან გონივრული რაოდენობა შეიწოვება პირველ 40 წუთში, იქნება ნაკლები შეჯახება DC მოლეკულებთან და ნაკლები აქტიური ადგილი იქნება ხელმისაწვდომი არაადსორბირებული მოლეკულებისთვის. შესაბამისად, ადსორბციის მაჩვენებელი შეიძლება შემცირდეს51.
ადსორბციის კინეტიკის უკეთ გასაგებად გამოყენებული იქნა ფსევდო პირველი რიგის (ნახ. 8A), ფსევდო მეორე რიგის (ნახ. 8B) და ელოვიჩის (ნახ. 8C) კინეტიკური მოდელების ხაზის დიაგრამები. კინეტიკური კვლევებიდან მიღებული პარამეტრებიდან (ცხრილი S1) ირკვევა, რომ ფსევდოწამიანი მოდელი საუკეთესო მოდელია ადსორბციის კინეტიკის აღწერისთვის, სადაც R2 სიდიდე უფრო მაღალია, ვიდრე დანარჩენ ორ მოდელში. ასევე არსებობს მსგავსება გამოთვლილ ადსორბციულ შესაძლებლობებს შორის (qe, cal). ფსევდო-მეორე რიგი და ექსპერიმენტული მნიშვნელობები (qe, exp.) კიდევ ერთი მტკიცებულებაა იმისა, რომ ფსევდომეორე რიგი უკეთესი მოდელია, ვიდრე სხვა მოდელები. როგორც ცხრილში 1 ნაჩვენებია, α (საწყისი ადსორბციის სიჩქარე) და β (დესორბციის მუდმივი) მნიშვნელობები ადასტურებს, რომ ადსორბციის სიჩქარე უფრო მაღალია, ვიდრე დეზორბციის სიჩქარე, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ DC მიდრეკილია ეფექტურად ადსორბციას rGO/nZVI52 კომპოზიტზე. .
ფსევდო-მეორე რიგის (A), ფსევდო-პირველი რიგის (B) და ელოვიჩის (C) ხაზოვანი ადსორბციის კინეტიკური ნახაზები [Co = 25-100 მგ ლ–1, pH = 7, T = 25 °C, დოზა = 0.05 გ ].
ადსორბციული იზოთერმების შესწავლა ხელს უწყობს ადსორბციის (RGO/nRVI კომპოზიტი) ადსორბციული შესაძლებლობების განსაზღვრას ადსორბციის სხვადასხვა კონცენტრაციაზე (DC) და სისტემის ტემპერატურაზე. მაქსიმალური ადსორბციული სიმძლავრე გამოითვალა ლანგმუირის იზოთერმის გამოყენებით, რომელიც მიუთითებდა, რომ ადსორბცია იყო ერთგვაროვანი და მოიცავდა ადსორბციული მონოფენის წარმოქმნას ადსორბენტის ზედაპირზე მათ შორის ურთიერთქმედების გარეშე53. ორი სხვა ფართოდ გამოყენებული იზოთერმული მოდელია Freundlich და Temkin მოდელები. მიუხედავად იმისა, რომ ფროუნდლიხის მოდელი არ გამოიყენება ადსორბციული სიმძლავრის გამოსათვლელად, ის ეხმარება გაიგოს ჰეტეროგენული ადსორბციის პროცესი და რომ ადსორბენტზე ვაკანსიებს განსხვავებული ენერგია აქვს, ხოლო თემკინის მოდელი გვეხმარება ადსორბციის ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გაგებაში54.
ფიგურები 9A-C გვიჩვენებს, შესაბამისად, Langmuir, Freindlich და Temkin მოდელების ხაზოვანი ნახაზები. R2 მნიშვნელობები გამოთვლილი Freundlich (ნახ. 9A) და Langmuir (ნახ. 9B) ხაზის ნახაზებიდან და წარმოდგენილია ცხრილში 2 აჩვენებს, რომ DC ადსორბცია rGO/nZVI კომპოზიტზე მიჰყვება Freundlich (0.996) და Langmuir (0.988) იზოთერმს. მოდელები და თემკინი (0,985). მაქსიმალური ადსორბციული სიმძლავრე (qmax), გამოთვლილი Langmuir-ის იზოთერმის მოდელის გამოყენებით, იყო 31.61 მგ გ-1. გარდა ამისა, განზომილებიანი გამოყოფის ფაქტორის (RL) გამოთვლილი მნიშვნელობა არის 0-დან 1-მდე (0.097), რაც მიუთითებს ხელსაყრელ ადსორბციულ პროცესზე. წინააღმდეგ შემთხვევაში, გამოთვლილი Freundlich მუდმივი (n = 2.756) მიუთითებს ამ შთანთქმის პროცესის უპირატესობაზე. თემკინის იზოთერმის ხაზოვანი მოდელის მიხედვით (ნახ. 9C), DC-ის ადსორბცია rGO/nZVI კომპოზიტზე არის ფიზიკური ადსორბციის პროცესი, რადგან b არის ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. მიუხედავად იმისა, რომ ფიზიკური ადსორბცია ჩვეულებრივ შუამავლობს სუსტი ვან დერ ვაალის ძალებით, პირდაპირი დენის ადსორბცია rGO/nZVI კომპოზიტებზე მოითხოვს დაბალ ადსორბციულ ენერგიას [56, 57].
Freundlich (A), Langmuir (B) და Temkin (C) ხაზოვანი ადსორბციული იზოთერმები [Co = 25–100 მგ L–1, pH = 7, T = 25 °C, დოზა = 0.05 გ]. ვან ჰოფის განტოლების დიაგრამა DC ადსორბციისთვის rGO/nZVI კომპოზიტების მიერ (D) [Co = 25-100 მგ l-1, pH = 7, T = 25-55 °C და დოზა = 0,05 გ].
რეაქციის ტემპერატურის ცვლილების ეფექტის შესაფასებლად DC მოცილებაზე rGO/nZVI კომპოზიტებიდან, თერმოდინამიკური პარამეტრები, როგორიცაა ენტროპიის ცვლილება (ΔS), ენთალპიის ცვლილება (ΔH) და თავისუფალი ენერგიის ცვლილება (ΔG) იყო გამოთვლილი განტოლებიდან. 3 და 458.
სადაც \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) - თერმოდინამიკური წონასწორობის მუდმივი, Ce და CAe - rGO ხსნარში, შესაბამისად /nZVI DC კონცენტრაციები ზედაპირულ წონასწორობაში. R და RT არის გაზის მუდმივი და ადსორბციის ტემპერატურა, შესაბამისად. ln Ke 1/T-თან მიმართებაში გამოსახვა იძლევა სწორ ხაზს (ნახ. 9D), საიდანაც შეიძლება განისაზღვროს ∆S და ∆H.
უარყოფითი ΔH მნიშვნელობა მიუთითებს, რომ პროცესი ეგზოთერმულია. მეორეს მხრივ, ΔH მნიშვნელობა ფიზიკურ ადსორბციის პროცესშია. უარყოფითი ΔG მნიშვნელობები მე-3 ცხრილში მიუთითებს, რომ ადსორბცია შესაძლებელია და სპონტანურია. ΔS-ის უარყოფითი მნიშვნელობები მიუთითებს ადსორბენტის მოლეკულების მაღალ მოწესრიგებაზე თხევადი ინტერფეისზე (ცხრილი 3).
ცხრილი 4 ადარებს rGO/nZVI კომპოზიტს წინა კვლევებში მოხსენებულ სხვა ადსორბენტებთან. ნათელია, რომ VGO/nCVI კომპოზიტს აქვს მაღალი ადსორბციის უნარი და შეიძლება იყოს პერსპექტიული მასალა წყლიდან DC ანტიბიოტიკების მოსაშორებლად. გარდა ამისა, rGO/nZVI კომპოზიტების ადსორბცია სწრაფი პროცესია დაბალანსების დროით 60 წუთი. rGO/nZVI კომპოზიტების შესანიშნავი ადსორბციული თვისებები აიხსნება rGO და nZVI სინერგიული ეფექტით.
ნახატები 10A, B ასახავს DC ანტიბიოტიკების მოცილების რაციონალურ მექანიზმს rGO/nZVI და nZVI კომპლექსებით. DC ადსორბციის ეფექტურობაზე pH-ის ზემოქმედების ექსპერიმენტების შედეგების მიხედვით, pH-ის 3-დან 7-მდე ზრდით, DC ადსორბცია rGO/nZVI კომპოზიტზე არ კონტროლდებოდა ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებით, რადგან ის მოქმედებდა როგორც ცვიტერიონი; შესაბამისად, pH მნიშვნელობის ცვლილებამ არ იმოქმედა ადსორბციის პროცესზე. შემდგომში, ადსორბციის მექანიზმი შეიძლება კონტროლდებოდეს არაელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებით, როგორიცაა წყალბადის კავშირი, ჰიდროფობიური ეფექტები და π-π დაწყობის ურთიერთქმედება rGO/nZVI კომპოზიტსა და DC66-ს შორის. ცნობილია, რომ ფენოვანი გრაფენის ზედაპირებზე არომატული ადსორბატების მექანიზმი აიხსნება π–π დაწყობის ურთიერთქმედებებით, როგორც მთავარი მამოძრავებელი ძალა. კომპოზიტი არის გრაფენის მსგავსი ფენიანი მასალა, შთანთქმის მაქსიმუმი 233 ნმ-ზე π-π* გადასვლის გამო. DC ადსორბატის მოლეკულურ სტრუქტურაში ოთხი არომატული რგოლის არსებობის საფუძველზე, ჩვენ ვივარაუდეთ, რომ არსებობს π-π-დაწყობის ურთიერთქმედების მექანიზმი არომატულ DC-ს (π-ელექტრონის მიმღები) და π-ელექტრონებით მდიდარ რეგიონს შორის. RGO ზედაპირი. /nZVI კომპოზიტები. გარდა ამისა, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 10B, FTIR კვლევები ჩატარდა rGO/nZVI კომპოზიტების მოლეკულური ურთიერთქმედების შესასწავლად DC-თან და rGO/nZVI კომპოზიტების FTIR სპექტრები DC ადსორბციის შემდეგ ნაჩვენებია სურათზე 10B. 10ბ. 2111 სმ-1-ზე შეიმჩნევა ახალი პიკი, რომელიც შეესაბამება C=C ბმის ჩარჩო ვიბრაციას, რაც მიუთითებს შესაბამისი ორგანული ფუნქციური ჯგუფების არსებობაზე 67 rGO/nZVI ზედაპირზე. სხვა მწვერვალები გადადის 1561-დან 1548 სმ-1-მდე და 1399-დან 1360 სმ-1-მდე, რაც ასევე ადასტურებს, რომ π-π ურთიერთქმედება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს გრაფენისა და ორგანული დამაბინძურებლების ადსორბციაში68,69. DC ადსორბციის შემდეგ, ზოგიერთი ჟანგბადის შემცველი ჯგუფის ინტენსივობა, როგორიცაა OH, შემცირდა 3270 სმ-1-მდე, რაც ვარაუდობს, რომ წყალბადის კავშირი არის ადსორბციის ერთ-ერთი მექანიზმი. ამრიგად, შედეგების საფუძველზე, DC ადსორბცია rGO/nZVI კომპოზიტზე ძირითადად ხდება π-π დაწყობის ურთიერთქმედებებისა და H- ბმების გამო.
DC ანტიბიოტიკების ადსორბციის რაციონალური მექანიზმი rGO/nZVI და nZVI კომპლექსებით (A). DC-ის FTIR ადსორბციული სპექტრები rGO/nZVI და nZVI (B).
nZVI-ის შთანთქმის ზოლების ინტენსივობა 3244, 1615, 1546 და 1011 სმ-1 გაიზარდა nZVI-ზე DC ადსორბციის შემდეგ (ნახ. 10B) nZVI-თან შედარებით, რაც დაკავშირებული უნდა იყოს კარბოქსილის მჟავის შესაძლო ფუნქციურ ჯგუფებთან ურთიერთქმედებით. O ჯგუფები DC-ში. თუმცა, გადაცემის ეს დაბალი პროცენტი ყველა დაკვირვებულ ზოლში მიუთითებს ფიტოსინთეზური ადსორბენტის (nZVI) ადსორბციის ეფექტურობის მნიშვნელოვან ცვლილებაზე ადსორბციის პროცესამდე nZVI-თან შედარებით. DC მოხსნის ზოგიერთი კვლევის მიხედვით nZVI71-ით, როდესაც nZVI რეაგირებს H2O-თან, ელექტრონები გამოიყოფა და შემდეგ H+ გამოიყენება ძლიერ შემცირებითი აქტიური წყალბადის წარმოებისთვის. დაბოლოს, ზოგიერთი კათიონური ნაერთი იღებს ელექტრონებს აქტიური წყალბადისგან, რის შედეგადაც -C=N და -C=C-, რაც ბენზოლის რგოლის გაყოფას მიეკუთვნება.