Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Trong nghiên cứu này, vật liệu tổng hợp rGO/nZVI lần đầu tiên được tổng hợp bằng quy trình đơn giản và thân thiện với môi trường, sử dụng chiết xuất lá màu vàng Sophora làm chất khử và chất ổn định để tuân thủ các nguyên tắc hóa học “xanh”, chẳng hạn như tổng hợp hóa học ít độc hại hơn. Một số công cụ đã được sử dụng để xác nhận quá trình tổng hợp thành công vật liệu tổng hợp, chẳng hạn như SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR và tiềm năng zeta, cho thấy việc chế tạo vật liệu tổng hợp thành công. Khả năng loại bỏ của vật liệu tổng hợp mới và nZVI tinh khiết ở các nồng độ ban đầu khác nhau của kháng sinh doxycycline được so sánh để nghiên cứu tác dụng hiệp đồng giữa rGO và nZVI. Trong các điều kiện loại bỏ 25mg/L, 25°C và 0,05g, tỷ lệ loại bỏ hấp phụ của nZVI nguyên chất là 90%, trong khi tỷ lệ loại bỏ hấp phụ của doxycycline bằng hỗn hợp rGO/nZVI đạt 94,6%, khẳng định rằng nZVI và rGO . Quá trình hấp phụ tương ứng với bậc giả thứ hai và phù hợp tốt với mô hình Freundlich với khả năng hấp phụ tối đa là 31,61 mg/g ở 25°C và pH bằng 7. Một cơ chế hợp lý để loại bỏ DC đã được đề xuất. Ngoài ra, khả năng tái sử dụng của hỗn hợp rGO/nZVI là 60% sau sáu chu kỳ tái sinh liên tiếp.
Sự khan hiếm nước và ô nhiễm hiện đang là mối đe dọa nghiêm trọng đối với tất cả các quốc gia. Trong những năm gần đây, ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là ô nhiễm kháng sinh, ngày càng gia tăng do sản xuất và tiêu thụ tăng trong đại dịch COVID-191,2,3. Vì vậy, việc phát triển một công nghệ hiệu quả để loại bỏ kháng sinh trong nước thải là một nhiệm vụ cấp bách.
Một trong những kháng sinh bán tổng hợp kháng thuốc thuộc nhóm tetracycline là doxycycline (DC)4,5. Có thông tin cho rằng dư lượng DC trong nước ngầm và nước mặt không thể chuyển hóa được, chỉ 20-50% được chuyển hóa và phần còn lại thải ra môi trường, gây ra các vấn đề nghiêm trọng về môi trường và sức khỏe6.
Tiếp xúc với DC ở mức thấp có thể tiêu diệt các vi sinh vật quang hợp trong nước, đe dọa sự lây lan của vi khuẩn kháng khuẩn và tăng khả năng kháng kháng sinh, do đó chất gây ô nhiễm này phải được loại bỏ khỏi nước thải. Sự phân hủy tự nhiên của DC trong nước là một quá trình rất chậm. Các quá trình hóa lý như quang phân, phân hủy sinh học và hấp phụ chỉ có thể phân hủy ở nồng độ thấp và tốc độ rất thấp7,8. Tuy nhiên, phương pháp kinh tế, đơn giản, thân thiện với môi trường, dễ xử lý và hiệu quả nhất là phương pháp hấp phụ9,10.
Sắt hóa trị nano không (nZVI) là một vật liệu rất mạnh có thể loại bỏ nhiều loại kháng sinh khỏi nước, bao gồm metronidazole, diazepam, ciprofloxacin, chloramphenicol và tetracycline. Khả năng này là do những đặc tính tuyệt vời mà nZVI có, chẳng hạn như khả năng phản ứng cao, diện tích bề mặt lớn và nhiều vị trí liên kết bên ngoài11. Tuy nhiên, nZVI dễ bị kết tụ trong môi trường nước do lực van der Wells và tính chất từ tính cao, làm giảm hiệu quả trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm do hình thành các lớp oxit ức chế khả năng phản ứng của nZVI10,12. Sự kết tụ của các hạt nZVI có thể được giảm bớt bằng cách biến đổi bề mặt của chúng bằng chất hoạt động bề mặt và polyme hoặc bằng cách kết hợp chúng với các vật liệu nano khác dưới dạng vật liệu tổng hợp, điều này đã được chứng minh là một phương pháp khả thi để cải thiện tính ổn định của chúng trong môi trường13,14.
Graphene là vật liệu nano carbon hai chiều bao gồm các nguyên tử carbon lai sp2 được sắp xếp theo mạng lưới tổ ong. Nó có diện tích bề mặt lớn, độ bền cơ học đáng kể, hoạt tính xúc tác điện tuyệt vời, độ dẫn nhiệt cao, độ linh động của điện tử nhanh và vật liệu mang phù hợp để hỗ trợ các hạt nano vô cơ trên bề mặt của nó. Sự kết hợp giữa các hạt nano kim loại và graphene có thể vượt xa lợi ích riêng của từng vật liệu và do các đặc tính vật lý và hóa học vượt trội của nó, mang lại sự phân phối tối ưu các hạt nano để xử lý nước hiệu quả hơn15.
Chiết xuất thực vật là giải pháp thay thế tốt nhất cho các chất khử hóa học có hại thường được sử dụng trong quá trình tổng hợp oxit graphene khử (rGO) và nZVI vì chúng có sẵn, rẻ tiền, một bước, an toàn với môi trường và có thể được sử dụng làm chất khử. như flavonoid và các hợp chất phenolic cũng hoạt động như một chất ổn định. Do đó, chiết xuất lá Atriplex halimus L. được sử dụng làm chất sửa chữa và đóng cửa để tổng hợp vật liệu tổng hợp rGO/nZVI trong nghiên cứu này. Atriplex halimus thuộc họ Amaranthaceae là một loại cây bụi lâu năm ưa nitơ với phạm vi địa lý rộng16.
Theo tài liệu hiện có, Atriplex halimus (A. halimus) lần đầu tiên được sử dụng để chế tạo vật liệu tổng hợp rGO/nZVI như một phương pháp tổng hợp tiết kiệm và thân thiện với môi trường. Do đó, mục đích của công việc này bao gồm bốn phần: (1) quá trình tổng hợp thực vật của rGO/nZVI và vật liệu tổng hợp nZVI gốc bằng cách sử dụng chiết xuất lá thủy sinh A. halimus, (2) mô tả đặc tính của vật liệu tổng hợp được thực vật hóa bằng nhiều phương pháp để xác nhận việc chế tạo thành công của chúng, (3 ) nghiên cứu tác dụng hiệp đồng của rGO và nZVI trong quá trình hấp phụ và loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ của kháng sinh doxycycline dưới các thông số phản ứng khác nhau, tối ưu hóa các điều kiện của quá trình hấp phụ, (3) khảo sát vật liệu composite trong các phương pháp xử lý liên tục khác nhau sau chu trình xử lý.
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480,90, công thức hóa học C22H24N2O·HCl, 98%), sắt clorua hexahydrat (FeCl3.6H2O, 97%), bột than chì mua từ Sigma-Aldrich, Mỹ. Natri hydroxit (NaOH, 97%), etanol (C2H5OH, 99,9%) và axit clohydric (HCl, 37%) được mua từ Merck, Hoa Kỳ. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 và MgCl2 được mua từ Công ty TNHH Thuốc thử hóa học Comio Thiên Tân. Tất cả các thuốc thử đều có độ tinh khiết phân tích cao. Nước cất hai lần được sử dụng để chuẩn bị tất cả các dung dịch nước.
Các mẫu vật đại diện của A. halimus đã được thu thập từ môi trường sống tự nhiên của chúng ở đồng bằng sông Nile và các vùng đất dọc theo bờ biển Địa Trung Hải của Ai Cập. Nguyên liệu thực vật được thu thập theo hướng dẫn hiện hành của quốc gia và quốc tế17. Giáo sư Manal Fawzi đã xác định mẫu thực vật theo Boulos18 và Khoa Khoa học Môi trường của Đại học Alexandria cho phép thu thập các loài thực vật được nghiên cứu vì mục đích khoa học. Các chứng từ mẫu được lưu giữ tại Phòng mẫu thảo dược của Đại học Tanta (TANE), chứng từ số. 14 122–14 127, một phòng mẫu thảo mộc công cộng cung cấp quyền truy cập vào các tài liệu được ký gửi. Ngoài ra, để loại bỏ bụi bẩn, cắt lá cây thành từng miếng nhỏ, rửa sạch 3 lần bằng vòi và nước cất, sau đó sấy khô ở 50°C. Thân cây được nghiền nát, 5 g bột mịn được ngâm trong 100 ml nước cất và khuấy ở 70°C trong 20 phút để thu được dịch chiết. Dịch chiết thu được của Bacillus nicotianae được lọc qua giấy lọc Whatman và bảo quản trong ống sạch và khử trùng ở 4°C để sử dụng tiếp.
Như được hiển thị trong Hình 1, GO được chế tạo từ bột than chì bằng phương pháp Hummers đã được sửa đổi. 10 mg bột GO được phân tán trong 50 ml nước khử ion trong 30 phút dưới sự siêu âm, sau đó 0,9 g FeCl3 và 2,9 g NaAc được trộn trong 60 phút. 20 ml dịch chiết lá atriplex được thêm vào dung dịch đã khuấy đồng thời khuấy và để ở 80°C trong 8 giờ. Huyền phù màu đen thu được đã được lọc. Các nanocompozit đã chuẩn bị được rửa bằng etanol và nước cất, sau đó sấy khô trong lò chân không ở 50°C trong 12 giờ.
Các bức ảnh sơ đồ và kỹ thuật số về quá trình tổng hợp màu xanh lá cây của phức hợp rGO/nZVI và nZVI và loại bỏ kháng sinh DC khỏi nước bị ô nhiễm bằng chiết xuất Atripx halimus.
Tóm lại, như trong Hình 1, 10 ml dung dịch sắt clorua chứa ion Fe3+ 0,05 M được thêm từng giọt vào 20 ml dung dịch chiết xuất lá đắng trong 60 phút với gia nhiệt vừa phải và khuấy, sau đó dung dịch được ly tâm ở 14.000 vòng/phút (Hermle, 15.000 vòng/phút) trong 15 phút tạo thành các hạt màu đen, sau đó được rửa 3 lần bằng etanol và nước cất rồi sấy khô trong tủ sấy chân không ở 60°C qua đêm.
Các vật liệu tổng hợp rGO/nZVI và nZVI được tổng hợp từ thực vật được đặc trưng bởi phương pháp quang phổ UV-nhìn thấy (máy quang phổ UV/Vis dòng T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) trong phạm vi quét 200-800 nm. Để phân tích địa hình và phân bố kích thước của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI và nZVI, phương pháp quang phổ TEM (JOEL, JEM-2100F, Nhật Bản, điện áp gia tốc 200 kV) đã được sử dụng. Để đánh giá các nhóm chức năng có thể tham gia vào chiết xuất thực vật chịu trách nhiệm cho quá trình phục hồi và ổn định, phương pháp quang phổ FT-IR đã được thực hiện (máy quang phổ JASCO trong phạm vi 4000-600 cm-1). Ngoài ra, máy phân tích thế zeta (Zetasizer Nano ZS Malvern) đã được sử dụng để nghiên cứu điện tích bề mặt của vật liệu nano tổng hợp. Để đo nhiễu xạ tia X của vật liệu nano dạng bột, người ta đã sử dụng máy đo nhiễu xạ tia X (X'PERT PRO, Hà Lan), hoạt động ở dòng điện (40 mA), điện áp (45 kV) trong phạm vi 2θ từ 20° đến 80 ° và bức xạ CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). Máy quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDX) (model JEOL JSM-IT100) có nhiệm vụ nghiên cứu thành phần nguyên tố khi thu tia X đơn sắc Al K-α từ -10 đến 1350 eV trên XPS, kích thước điểm 400 μm K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, Mỹ) năng lượng truyền của toàn phổ là 200 eV và phổ hẹp là 50 eV. Mẫu bột được ép vào giá đỡ mẫu, đặt trong buồng chân không. Phổ C 1 s được sử dụng làm tham chiếu ở 284,58 eV để xác định năng lượng liên kết.
Các thí nghiệm hấp phụ đã được thực hiện để kiểm tra tính hiệu quả của tổ hợp nano rGO/nZVI tổng hợp được trong việc loại bỏ doxycycline (DC) khỏi dung dịch nước. Các thí nghiệm hấp phụ được thực hiện trong bình Erlenmeyer 25 ml với tốc độ lắc 200 vòng / phút trên máy lắc quỹ đạo (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) ở 298 K. Bằng cách pha loãng dung dịch gốc DC (1000 ppm) với nước đã chưng cất. Để đánh giá ảnh hưởng của liều lượng rGO/nSVI đến hiệu quả hấp phụ, các vật liệu nanocompozit có trọng lượng khác nhau (0,01–0,07 g) đã được thêm vào 20 ml dung dịch DC. Để nghiên cứu động học và đường đẳng nhiệt hấp phụ, 0,05 g chất hấp phụ được ngâm trong dung dịch nước CD có nồng độ ban đầu (25–100 mg/L). Ảnh hưởng của pH đến việc loại bỏ DC được nghiên cứu ở pH (3–11) và nồng độ ban đầu là 50 mg/L ở 25°C. Điều chỉnh độ pH của hệ thống bằng cách thêm một lượng nhỏ dung dịch HCl hoặc NaOH (máy đo pH Crison, máy đo pH, pH 25). Ngoài ra, ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến thí nghiệm hấp phụ trong khoảng 25-55°C cũng được nghiên cứu. Ảnh hưởng của cường độ ion đến quá trình hấp phụ đã được nghiên cứu bằng cách thêm các nồng độ NaCl khác nhau (0,01–4 mol L–1) ở nồng độ ban đầu của DC là 50 mg L–1, pH 3 và 7), 25°C, và liều hấp phụ 0,05 g. Độ hấp phụ của DC không bị hấp phụ được đo bằng máy quang phổ UV-Vis chùm tia kép (dòng T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) được trang bị cuvet thạch anh có chiều dài đường truyền 1,0 cm ở bước sóng tối đa (λmax) là 270 và 350 nm. Phần trăm loại bỏ kháng sinh DC (R%; Phương trình 1) và lượng hấp phụ của DC, qt, Phương trình. 2 (mg/g) được đo bằng phương trình sau.
trong đó %R là khả năng loại bỏ DC (%), Co là nồng độ DC ban đầu tại thời điểm 0 và C lần lượt là nồng độ DC tại thời điểm t (mg L-1).
Trong đó qe là lượng DC bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng của chất hấp phụ (mg g-1), Co và Ce lần lượt là nồng độ tại thời điểm 0 và ở trạng thái cân bằng (mg l-1), V là thể tích dung dịch (l) , và m là thuốc thử khối lượng hấp phụ (g).
Ảnh SEM (Hình 2A–C) cho thấy hình thái học dạng lớp của hỗn hợp rGO/nZVI với các hạt nano sắt hình cầu phân tán đồng đều trên bề mặt của nó, cho thấy sự gắn kết thành công của các NP nZVI với bề mặt rGO. Ngoài ra, còn có một số nếp nhăn trên lá rGO, khẳng định việc loại bỏ các nhóm chứa oxy đồng thời với sự phục hồi của A. halimus GO. Những nếp nhăn lớn này đóng vai trò là nơi tích cực nạp các NP sắt. Hình ảnh nZVI (Hình 2D-F) cho thấy các NP sắt hình cầu rất rải rác và không kết tụ lại, điều này là do tính chất bao phủ của các thành phần thực vật trong chiết xuất thực vật. Kích thước hạt thay đổi trong khoảng 15–26 nm. Tuy nhiên, một số vùng có hình thái xốp với cấu trúc phình và lõm, có thể mang lại khả năng hấp phụ hiệu quả cao cho nZVI, vì chúng có thể làm tăng khả năng bẫy các phân tử DC trên bề mặt của nZVI. Khi chiết xuất Rosa Damascus được sử dụng để tổng hợp nZVI, các NP thu được không đồng nhất, có các lỗ rỗng và hình dạng khác nhau, làm giảm hiệu quả hấp phụ Cr(VI) và tăng thời gian phản ứng23. Kết quả này phù hợp với nZVI được tổng hợp từ lá sồi và lá dâu tằm, chủ yếu là các hạt nano hình cầu với kích thước nanomet khác nhau mà không có sự kết tụ rõ ràng.
Ảnh SEM của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) và mẫu EDX của vật liệu tổng hợp nZVI/rGO (G) và nZVI (H).
Thành phần nguyên tố của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI và nZVI tổng hợp từ thực vật đã được nghiên cứu bằng EDX (Hình 2G, H). Các nghiên cứu cho thấy nZVI bao gồm carbon (38,29% khối lượng), oxy (47,41% khối lượng) và sắt (11,84% khối lượng), nhưng các nguyên tố khác như phốt pho24 cũng có mặt, có thể thu được từ chiết xuất thực vật. Ngoài ra, tỷ lệ carbon và oxy cao là do sự hiện diện của chất phytochemical từ chiết xuất thực vật trong các mẫu nZVI dưới bề mặt. Các nguyên tố này phân bố đều trên rGO nhưng với các tỷ lệ khác nhau: C (39,16 wt %), O (46,98 wt %) và Fe (10,99 wt %), EDX rGO/nZVI còn cho thấy sự có mặt của các nguyên tố khác như S, có thể được liên kết với chiết xuất thực vật, được sử dụng. Tỷ lệ C:O và hàm lượng sắt hiện nay trong hỗn hợp rGO/nZVI sử dụng A. halimus tốt hơn nhiều so với sử dụng dịch chiết lá bạch đàn vì nó đặc trưng cho thành phần của C (23,44 wt.%), O (68,29 wt.%) và Fe (8,27% khối lượng). wt %) 25. Nataša và cộng sự, 2022 đã báo cáo thành phần nguyên tố tương tự của nZVI được tổng hợp từ lá sồi và lá dâu tằm, đồng thời xác nhận rằng các nhóm polyphenol và các phân tử khác có trong chiết xuất lá chịu trách nhiệm cho quá trình khử.
Hình thái của nZVI được tổng hợp ở thực vật (Hình S2A, B) là hình cầu và có phần không đều, với kích thước hạt trung bình là 23,09 ± 3,54 nm, tuy nhiên, người ta đã quan sát thấy sự kết tụ chuỗi do lực van der Waals và hiện tượng sắt từ. Hình dạng hạt chủ yếu là dạng hạt và hình cầu này phù hợp tốt với kết quả SEM. Một quan sát tương tự đã được tìm thấy bởi Abdelfatah et al. vào năm 2021 khi chiết xuất lá thầu dầu được sử dụng trong quá trình tổng hợp nZVI11. Các NP chiết xuất từ lá Ruelas tuberosa được sử dụng làm chất khử trong nZVI cũng có dạng hình cầu với đường kính từ 20 đến 40 nm26.
Ảnh TEM tổng hợp rGO/nZVI lai (Hình S2C-D) cho thấy rGO là một mặt phẳng cơ bản với các nếp gấp và nếp nhăn ở biên cung cấp nhiều vị trí tải cho NP nZVI; hình thái lamellar này cũng xác nhận việc chế tạo thành công rGO. Ngoài ra, NP nZVI có dạng hình cầu với kích thước hạt từ 5,32 đến 27 nm và được nhúng vào lớp rGO với độ phân tán gần như đồng đều. Chiết xuất lá bạch đàn được sử dụng để tổng hợp NP Fe/rGO; Kết quả TEM cũng xác nhận rằng các nếp nhăn trong lớp rGO đã cải thiện khả năng phân tán của NP Fe nhiều hơn NP Fe nguyên chất và tăng khả năng phản ứng của vật liệu tổng hợp. Kết quả tương tự cũng đạt được bởi Bagheri et al. 28 khi vật liệu composite được chế tạo bằng kỹ thuật siêu âm với kích thước hạt nano sắt trung bình khoảng 17,70 nm.
Phổ FTIR của các vật liệu tổng hợp A. halimus, nZVI, GO, rGO và rGO / nZVI được hiển thị trong Hình. 3A. Sự hiện diện của các nhóm chức bề mặt trong lá của A. halimus xuất hiện ở bước sóng 3336 cm-1, tương ứng với polyphenol và 1244 cm-1, tương ứng với các nhóm carbonyl do protein tạo ra. Các nhóm khác như ankan ở 2918 cm-1, anken ở 1647 cm-1 và CO-O-CO ở 1030 cm-1 cũng đã được quan sát, cho thấy sự hiện diện của các thành phần thực vật đóng vai trò là chất bịt kín và chịu trách nhiệm phục hồi. từ Fe2+ đến Fe0 và GO đến rGO29. Nhìn chung, quang phổ nZVI cho thấy các đỉnh hấp thụ giống như đường đắng, nhưng có vị trí hơi dịch chuyển. Một dải cường độ cao xuất hiện ở 3244 cm-1 liên quan đến dao động kéo dài OH (phenol), đỉnh ở 1615 tương ứng với C=C, và các dải ở 1546 và 1011 cm-1 phát sinh do sự kéo dài của C=O (polyphenol và flavonoid) , Nhóm CN của amin thơm và amin béo cũng được quan sát thấy ở 1310 cm-1 và 1190 cm-1, tương ứng13. Phổ FTIR của GO cho thấy sự có mặt của nhiều nhóm chứa oxy cường độ cao, bao gồm dải kéo dài alkoxy (CO) ở 1041 cm-1, dải kéo dài epoxy (CO) ở 1291 cm-1, dải kéo dài C=O. xuất hiện một dải dao động kéo giãn C=C ở 1619 cm-1, một dải ở 1708 cm-1 và một dải rộng gồm các dao động kéo giãn nhóm OH ở 3384 cm-1, điều này được xác nhận bằng phương pháp Hummers cải tiến, đã oxy hóa thành công quá trình than chì. Khi so sánh vật liệu tổng hợp rGO và rGO/nZVI với phổ GO, cường độ của một số nhóm chứa oxy, chẳng hạn như OH ở 3270 cm-1, giảm đáng kể, trong khi các nhóm khác, chẳng hạn như C=O ở 1729 cm-1, hoàn toàn giảm. giảm đi. biến mất, chứng tỏ đã loại bỏ thành công các nhóm chức chứa oxy trong GO bằng chiết xuất A. halimus. Các đỉnh đặc trưng sắc nét mới của rGO ở độ căng C=C được quan sát thấy ở khoảng 1560 và 1405 cm-1, điều này khẳng định sự giảm GO thành rGO. Các biến thể từ 1043 đến 1015 cm-1 và từ 982 đến 918 cm-1 đã được quan sát, có thể là do có chứa vật liệu thực vật31,32. Weng và cộng sự, năm 2018 cũng quan sát thấy sự suy giảm đáng kể của các nhóm chức oxy hóa trong GO, xác nhận sự hình thành thành công của rGO bằng quá trình khử sinh học, vì chiết xuất lá bạch đàn, được sử dụng để tổng hợp vật liệu tổng hợp oxit graphene sắt khử, cho thấy phổ FTIR gần hơn của thành phần thực vật các nhóm chức năng. 33 .
A. Phổ FTIR của gali, nZVI, rGO, GO, tổ hợp rGO/nZVI (A). Các vật liệu tổng hợp Roentgenogrammy rGO, GO, nZVI và rGO/nZVI (B).
Sự hình thành của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI và nZVI phần lớn được xác nhận bằng các mẫu nhiễu xạ tia X (Hình 3B). Đỉnh Fe0 cường độ cao được quan sát thấy ở 2-44,5°, tương ứng với chỉ số (110) (JCPDS số 06–0696)11. Một đỉnh khác ở 35,1° của mặt phẳng (311) được cho là của magnetite Fe3O4, 63,2° có thể liên quan đến chỉ số Miller của mặt phẳng (440) do sự hiện diện của ϒ-FeOOH (JCPDS số 17-0536)34. Mẫu tia X của GO cho thấy một đỉnh sắc nét ở 2-10,3° và một đỉnh khác ở 21,1°, cho thấy sự bong tróc hoàn toàn của than chì và làm nổi bật sự hiện diện của các nhóm chứa oxy trên bề mặt GO35. Các mẫu tổng hợp của rGO và rGO/nZVI đã ghi lại sự biến mất của các đỉnh GO đặc trưng và sự hình thành các đỉnh rGO rộng ở 2-22,17 và 24,7° đối với các vật liệu tổng hợp rGO và rGO/nZVI, tương ứng, điều này khẳng định sự phục hồi thành công của GO bằng chiết xuất thực vật. Tuy nhiên, trong mẫu rGO/nZVI tổng hợp, các đỉnh bổ sung liên kết với mặt phẳng mạng của Fe0 (110) và bcc Fe0 (200) lần lượt được quan sát thấy ở 44,9\(^\circ\) và 65,22\(^\circ\). .
Thế zeta là thế năng giữa lớp ion gắn trên bề mặt hạt và dung dịch nước xác định tính chất tĩnh điện của vật liệu và đo độ ổn định của vật liệu37. Phân tích tiềm năng Zeta của các vật liệu tổng hợp nZVI, GO và rGO/nZVI do thực vật tổng hợp cho thấy tính ổn định của chúng do sự hiện diện của các điện tích âm lần lượt là -20,8, -22 và -27,4 mV trên bề mặt của chúng, như trong Hình S1A- C. . Những kết quả như vậy phù hợp với một số báo cáo đề cập rằng dung dịch chứa các hạt có giá trị thế zeta nhỏ hơn -25 mV thường cho thấy mức độ ổn định cao do lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt này. Sự kết hợp giữa rGO và nZVI cho phép hỗn hợp thu được nhiều điện tích âm hơn và do đó có độ ổn định cao hơn so với chỉ riêng GO hoặc nZVI. Vì vậy, hiện tượng lực đẩy tĩnh điện sẽ dẫn đến sự hình thành các tổ hợp rGO/nZVI39 ổn định. Bề mặt âm của GO cho phép nó phân tán đều trong môi trường nước mà không bị kết tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác với nZVI. Điện tích âm có thể liên quan đến sự hiện diện của các nhóm chức năng khác nhau trong chiết xuất mướp đắng, điều này cũng xác nhận sự tương tác giữa GO và tiền chất sắt và chiết xuất thực vật để tạo thành rGO và nZVI tương ứng và phức hợp rGO/nZVI. Các hợp chất thực vật này cũng có thể hoạt động như tác nhân che phủ vì chúng ngăn chặn sự kết tụ của các hạt nano thu được và do đó làm tăng tính ổn định của chúng40.
Thành phần nguyên tố và trạng thái hóa trị của vật liệu tổng hợp nZVI và rGO/nZVI được xác định bằng XPS (Hình 4). Nghiên cứu XPS tổng thể cho thấy hỗn hợp rGO/nZVI chủ yếu bao gồm các nguyên tố C, O và Fe, phù hợp với ánh xạ EDS (Hình 4F–H). Phổ C1 bao gồm ba đỉnh lần lượt là 284,59 eV, 286,21 eV và 288,21 eV tương ứng là CC, CO và C=O. Phổ O1 được chia thành ba đỉnh, bao gồm 531,17 eV, 532,97 eV và 535,45 eV, lần lượt được gán cho các nhóm O=CO, CO và NO. Tuy nhiên, các đỉnh ở 710,43, 714,57 và 724,79 eV lần lượt đề cập đến Fe 2p3/2, Fe+3 và Fe p1/2. Phổ XPS của nZVI (Hình 4C-E) cho thấy các đỉnh của các nguyên tố C, O và Fe. Các đỉnh ở 284,77, 286,25 và 287,62 eV xác nhận sự hiện diện của hợp kim sắt-cacbon, vì chúng lần lượt đề cập đến CC, C-OH và CO. Phổ O1 tương ứng với ba đỉnh C–O/sắt cacbonat (531,19 eV), gốc hydroxyl (532,4 eV) và O–C=O (533,47 eV). Đỉnh 719,6 được cho là của Fe0, trong khi FeOOH thể hiện các đỉnh ở 717,3 và 723,7 eV, ngoài ra, đỉnh ở 725,8 eV cho thấy sự có mặt của Fe2O342,43.
Các nghiên cứu XPS về vật liệu tổng hợp nZVI và rGO/nZVI tương ứng (A, B). Phổ đầy đủ của hỗn hợp nZVI C1s (C), Fe2p (D) và O1s (E) và rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H).
Đường đẳng nhiệt hấp phụ/giải hấp N2 (Hình 5A, B) cho thấy vật liệu tổng hợp nZVI và rGO/nZVI thuộc loại II. Ngoài ra, diện tích bề mặt riêng (SBET) của nZVI tăng từ 47,4549 lên 152,52 m2/g sau khi làm mù bằng rGO. Kết quả này có thể được giải thích là do sự giảm tính chất từ của nZVI sau khi làm mù rGO, từ đó làm giảm sự kết tụ của các hạt và tăng diện tích bề mặt của vật liệu tổng hợp. Ngoài ra, như được hiển thị trong Hình 5C, thể tích lỗ rỗng (8,94nm) của hỗn hợp rGO/nZVI cao hơn thể tích lỗ rỗng của hỗn hợp nZVI ban đầu (2,873 nm). Kết quả này phù hợp với El-Monaem et al. 45 .
Để đánh giá khả năng hấp phụ loại bỏ DC giữa vật liệu tổng hợp rGO/nZVI và nZVI ban đầu tùy thuộc vào mức tăng nồng độ ban đầu, người ta thực hiện so sánh bằng cách thêm một liều không đổi của từng chất hấp phụ (0,05 g) vào DC ở các nồng độ ban đầu khác nhau. Giải pháp nghiên cứu [25]. –100 mg l–1] ở 25°C. Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ (94,6%) của hỗn hợp rGO/nZVI cao hơn so với nZVI ban đầu (90%) ở nồng độ thấp hơn (25 mg L-1). Tuy nhiên, khi nồng độ ban đầu tăng lên 100 mg/L, hiệu suất loại bỏ rGO/nZVI và nZVI gốc giảm xuống lần lượt là 70% và 65% (Hình 6A), điều này có thể là do có ít vị trí hoạt động hơn và sự suy thoái của hạt nZVI. Ngược lại, rGO/nZVI cho thấy hiệu quả loại bỏ DC cao hơn, điều này có thể là do tác động hiệp đồng giữa rGO và nZVI, trong đó các vị trí hoạt động ổn định có sẵn để hấp phụ cao hơn nhiều và trong trường hợp rGO/nZVI, hiệu quả cao hơn nhiều. DC có thể được hấp phụ hơn nZVI nguyên vẹn. Ngoài ra, trong hình. Hình 6B cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI và nZVI tăng lần lượt từ 9,4 mg/g lên 30 mg/g và 9 mg/g với nồng độ ban đầu tăng từ 25–100 mg/L. -1,1 đến 28,73 mg/g. Do đó, tốc độ loại bỏ DC có tương quan nghịch với nồng độ DC ban đầu, do số lượng trung tâm phản ứng được hỗ trợ bởi mỗi chất hấp phụ để hấp phụ và loại bỏ DC trong dung dịch có hạn. Do đó, có thể kết luận từ những kết quả này rằng vật liệu tổng hợp rGO/nZVI có hiệu suất hấp phụ và khử cao hơn, và rGO trong chế phẩm rGO/nZVI có thể được sử dụng vừa làm chất hấp phụ vừa làm vật liệu mang.
Hiệu suất loại bỏ và khả năng hấp phụ DC của hỗn hợp rGO/nZVI và nZVI là (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, liều lượng = 0,05 g], pH. về khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ DC trên vật liệu tổng hợp rGO/nZVI (C) [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, liều lượng = 0,05 g].
pH dung dịch là một yếu tố quan trọng trong việc nghiên cứu quá trình hấp phụ, vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa, đặc tính và ion hóa của chất hấp phụ. Thí nghiệm được thực hiện ở 25°C với liều hấp phụ không đổi (0,05 g) và nồng độ ban đầu là 50 mg/L trong khoảng pH (3–11). Theo đánh giá tài liệu46, DC là một phân tử lưỡng tính với một số nhóm chức năng có thể ion hóa (phenol, nhóm amino, rượu) ở các mức pH khác nhau. Do đó, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt hỗn hợp rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và có thể tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion, phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3, zwitterionic (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH− hoặc DC2−) ở PH 7,7. Do đó, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt hỗn hợp rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và có thể tồn tại dưới dạng cation, zwitterion và anion, phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3, zwitterionic (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH- hoặc DC2-) ở PH 7,7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могути взаимо действовать электростатически và могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК т виде катиона (DCH3+) при рН < 3,3, цвиттер- nhiệt độ (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 và анионный (DCH- hoặc DC2-) là pH 7,7. Kết quả là, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt hỗn hợp rGO/nZVI có thể tương tác tĩnh điện và có thể tồn tại ở dạng cation, zwitterion và anion; phân tử DC tồn tại dưới dạng cation (DCH3+) ở pH < 3,3; ion (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH- hoặc DC2-) ở pH 7,7.因此, DC 的各种功能和rGO/nZVI 复合材料表面的相关结构可能会发生静电相互作用,并可能以阳离子、两性离子和阴离子的形式存在,DC 分子在pH < 3.3 时以阳离子(DCH3+) 的形式存在,两性离子(DCH20) 3,3 < pH < 7,7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7,7。dc可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 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 могут вступать bạn có thể tìm thấy những gì bạn cần và bạn có thể làm điều đó với bạn, và bạn có thể làm điều đó ются катионными (ДЦГ3+) при рН < 3,3. Do đó, các chức năng khác nhau của DC và các cấu trúc liên quan trên bề mặt hỗn hợp rGO/nZVI có thể tham gia vào các tương tác tĩnh điện và tồn tại ở dạng cation, zwitterion và anion, trong khi các phân tử DC là cation (DCH3+) ở pH < 3,3. Độ pH của nó là виде цвиттер-иона (DCH20) với 3,3 < pH < 7,7 và аниона (DCH- hoặc DC2-) với pH 7,7. Nó tồn tại dưới dạng zwitterion (DCH20) ở 3,3 < pH < 7,7 và anion (DCH- hoặc DC2-) ở pH 7,7.Khi độ pH tăng từ 3 lên 7, khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ DC tăng từ 11,2 mg/g (56%) lên 17 mg/g (85%) (Hình 6C). Tuy nhiên, khi độ pH tăng lên 9 và 11, khả năng hấp phụ và hiệu suất loại bỏ giảm đi đôi chút, tương ứng từ 10,6 mg/g (53%) xuống 6 mg/g (30%). Với sự gia tăng độ pH từ 3 lên 7, DC chủ yếu tồn tại ở dạng zwitterion, khiến chúng gần như không bị hút hoặc đẩy tĩnh điện với vật liệu tổng hợp rGO/nZVI, chủ yếu là do tương tác tĩnh điện. Khi độ pH tăng trên 8,2, bề mặt chất hấp phụ tích điện âm, do đó khả năng hấp phụ giảm và giảm do lực đẩy tĩnh điện giữa doxycycline tích điện âm và bề mặt chất hấp phụ. Xu hướng này cho thấy rằng sự hấp phụ DC trên vật liệu tổng hợp rGO/nZVI phụ thuộc nhiều vào độ pH và kết quả cũng chỉ ra rằng vật liệu tổng hợp rGO/nZVI thích hợp làm chất hấp phụ trong điều kiện axit và trung tính.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hấp phụ của dung dịch nước DC được thực hiện ở (25–55°C). Hình 7A cho thấy ảnh hưởng của việc tăng nhiệt độ đến hiệu quả loại bỏ kháng sinh DC trên rGO/nZVI, rõ ràng khả năng loại bỏ và khả năng hấp phụ tăng từ 83,44% và 13,9 mg/g lên 47% và 7,83 mg/g. , tương ứng. Sự giảm đáng kể này có thể là do sự gia tăng năng lượng nhiệt của các ion DC, dẫn đến sự giải hấp47.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất loại bỏ và khả năng hấp phụ của CD trên vật liệu tổng hợp rGO/nZVI (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Liều lượng = 0,05 g], Liều lượng hấp phụ đến hiệu suất loại bỏ và hiệu quả loại bỏ của CD Ảnh hưởng của Nồng độ ban đầu về khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ DC trên hỗn hợp 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, liều = 0,05 g].
Ảnh hưởng của việc tăng liều lượng chất hấp phụ hỗn hợp rGO/nZVI từ 0,01 g lên 0,07 g đến hiệu suất loại bỏ và khả năng hấp phụ được thể hiện trong hình. 7B. Việc tăng liều lượng chất hấp phụ dẫn đến khả năng hấp phụ giảm từ 33,43 mg/g xuống còn 6,74 mg/g. Tuy nhiên, khi tăng liều hấp phụ từ 0,01 g lên 0,07 g, hiệu suất loại bỏ tăng từ 66,8% lên 96%, do đó, có thể liên quan đến sự gia tăng số lượng trung tâm hoạt động trên bề mặt nanocompozit.
Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ [25–100 mg/L, 25°C, pH 7, liều 0,05 g] đã được nghiên cứu. Khi nồng độ ban đầu tăng từ 25 mg L-1 lên 100 mg L-1, tỷ lệ loại bỏ hỗn hợp rGO/nZVI giảm từ 94,6% xuống 65% (Hình 7C), có thể là do không có hoạt chất mong muốn. các trang web. . Hấp thụ nồng độ lớn DC49. Mặt khác, khi nồng độ ban đầu tăng lên, khả năng hấp phụ cũng tăng từ 9,4 mg/g lên 30 mg/g cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng (Hình 7D). Phản ứng không thể tránh khỏi này là do sự gia tăng lực dẫn động với nồng độ DC ban đầu lớn hơn điện trở truyền khối ion DC để đạt tới bề mặt 50 của hỗn hợp rGO/nZVI.
Các nghiên cứu về thời gian tiếp xúc và động học nhằm mục đích tìm hiểu thời gian cân bằng của quá trình hấp phụ. Đầu tiên, lượng DC được hấp phụ trong 40 phút đầu tiên của thời gian tiếp xúc xấp xỉ một nửa tổng lượng DC được hấp phụ trong toàn bộ thời gian (100 phút). Trong khi các phân tử DC trong dung dịch va chạm nhau khiến chúng di chuyển nhanh chóng lên bề mặt của hỗn hợp rGO/nZVI dẫn đến sự hấp phụ đáng kể. Sau 40 phút, sự hấp phụ DC tăng dần và từ từ cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng sau 60 phút (Hình 7D). Vì một lượng hợp lý được hấp phụ trong vòng 40 phút đầu tiên nên sẽ có ít va chạm hơn với các phân tử DC và sẽ có ít vị trí hoạt động hơn dành cho các phân tử không bị hấp phụ. Vì vậy, tốc độ hấp phụ có thể giảm51.
Để hiểu rõ hơn về động học hấp phụ, các sơ đồ dòng của mô hình động học giả bậc nhất (Hình 8A), bậc hai giả (Hình 8B) và mô hình động học Elovich (Hình 8C) đã được sử dụng. Từ các tham số thu được từ các nghiên cứu động học (Bảng S1), có thể thấy rõ rằng mô hình giả giây là mô hình tốt nhất để mô tả động học hấp phụ, trong đó giá trị R2 được đặt cao hơn so với hai mô hình còn lại. Ngoài ra còn có sự tương đồng giữa khả năng hấp phụ tính toán (qe, cal). Bậc giả thứ hai và các giá trị thử nghiệm (qe, exp.) là bằng chứng nữa cho thấy bậc giả thứ hai là mô hình tốt hơn các mô hình khác. Như được hiển thị trong Bảng 1, các giá trị của α (tốc độ hấp phụ ban đầu) và β (hằng số giải hấp) xác nhận rằng tốc độ hấp phụ cao hơn tốc độ giải hấp, cho thấy DC có xu hướng hấp phụ hiệu quả trên hỗn hợp rGO/nZVI52. .
Đồ thị động học hấp phụ tuyến tính giả bậc hai (A), giả bậc nhất (B) và Elovich (C) [Co = 25–100 mg l–1, pH = 7, T = 25 °C, liều = 0,05 g ].
Các nghiên cứu về đường đẳng nhiệt hấp phụ giúp xác định khả năng hấp phụ của chất hấp phụ (composite RGO/nRVI) ở các nồng độ chất hấp phụ (DC) và nhiệt độ hệ thống khác nhau. Khả năng hấp phụ tối đa được tính toán bằng phương pháp đẳng nhiệt Langmuir, chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là đồng nhất và bao gồm sự hình thành lớp đơn chất hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ mà không có tương tác giữa chúng53. Hai mô hình đẳng nhiệt được sử dụng rộng rãi khác là mô hình Freundlich và Temkin. Mặc dù mô hình Freundlich không được sử dụng để tính toán khả năng hấp phụ nhưng nó giúp hiểu được quá trình hấp phụ không đồng nhất và các chỗ trống trên chất hấp phụ có năng lượng khác nhau, trong khi mô hình Temkin giúp hiểu được các tính chất vật lý và hóa học của sự hấp phụ54.
Hình 9A-C thể hiện sơ đồ đường của các mô hình Langmuir, Freindlich và Temkin tương ứng. Các giá trị R2 được tính toán từ các biểu đồ đường Freundlich (Hình 9A) và Langmuir (Hình 9B) và được trình bày trong Bảng 2 cho thấy sự hấp phụ DC trên hỗn hợp rGO/nZVI tuân theo đường đẳng nhiệt Freundlich (0,996) và Langmuir (0,988) mô hình và Temkin (0,985). Dung lượng hấp phụ tối đa (qmax), tính toán bằng mô hình đẳng nhiệt Langmuir, là 31,61 mg g-1. Ngoài ra, giá trị tính toán của hệ số phân tách không thứ nguyên (RL) nằm trong khoảng từ 0 đến 1 (0,097), cho thấy quá trình hấp phụ thuận lợi. Mặt khác, hằng số Freundlich được tính toán (n = 2,756) cho thấy mức độ ưu tiên cho quá trình hấp thụ này. Theo mô hình tuyến tính của đường đẳng nhiệt Temkin (Hình 9C), quá trình hấp phụ DC trên hỗn hợp rGO/nZVI là một quá trình hấp phụ vật lý, vì b là ˂ 82 kJ mol-1 (0,408)55. Mặc dù sự hấp phụ vật lý thường được điều hòa bởi lực van der Waals yếu, nhưng sự hấp phụ dòng điện trực tiếp trên vật liệu tổng hợp rGO/nZVI đòi hỏi năng lượng hấp phụ thấp [56, 57].
Các đường đẳng nhiệt hấp phụ tuyến tính Freundlich (A), Langmuir (B) và Temkin (C) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, liều lượng = 0,05 g]. Đồ thị phương trình van't Hoff cho sự hấp phụ DC bằng vật liệu tổng hợp rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C và liều lượng = 0,05 g].
Để đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ phản ứng đến việc loại bỏ DC khỏi vật liệu tổng hợp rGO/nZVI, các thông số nhiệt động như độ biến thiên entropy (ΔS), độ biến thiên entanpy (ΔH) và độ biến thiên năng lượng tự do (ΔG) được tính toán từ các phương trình. 3 và 458.
trong đó \({K} _{e}\)=\(\frac{{C} _{Ae}}{{C__{e}}\) – hằng số cân bằng nhiệt động lực học, Ce và CAe – rGO trong dung dịch, tương ứng là nồng độ /nZVI DC ở trạng thái cân bằng bề mặt. R và RT lần lượt là hằng số khí và nhiệt độ hấp phụ. Vẽ ln Ke theo 1/T cho ta một đường thẳng (Hình 9D) từ đó có thể xác định được ∆S và ∆H.
Giá trị ΔH âm cho biết quá trình này tỏa nhiệt. Mặt khác, giá trị ΔH nằm trong quá trình hấp phụ vật lý. Giá trị ΔG âm trong Bảng 3 cho thấy khả năng hấp phụ là có thể và tự phát. Giá trị âm của ΔS biểu thị thứ tự cao của các phân tử hấp phụ ở bề mặt chất lỏng (Bảng 3).
Bảng 4 so sánh hỗn hợp rGO/nZVI với các chất hấp phụ khác được báo cáo trong các nghiên cứu trước đây. Rõ ràng là hỗn hợp VGO/nCVI có khả năng hấp phụ cao và có thể là vật liệu đầy hứa hẹn để loại bỏ kháng sinh DC khỏi nước. Ngoài ra, quá trình hấp phụ vật liệu tổng hợp rGO/nZVI là một quá trình nhanh chóng với thời gian cân bằng là 60 phút. Đặc tính hấp phụ tuyệt vời của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI có thể được giải thích bằng tác dụng hiệp đồng của rGO và nZVI.
Hình 10A, B minh họa cơ chế hợp lý để loại bỏ kháng sinh DC bằng phức hợp rGO/nZVI và nZVI. Theo kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ DC, khi pH tăng từ 3 lên 7, sự hấp phụ DC trên tổ hợp rGO/nZVI không bị kiểm soát bởi các tương tác tĩnh điện, vì nó hoạt động như một zwitterion; do đó, sự thay đổi giá trị pH không ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Sau đó, cơ chế hấp phụ có thể được kiểm soát bằng các tương tác không tĩnh điện như liên kết hydro, hiệu ứng kỵ nước và tương tác xếp chồng π-π giữa hỗn hợp rGO/nZVI và DC66. Người ta biết rằng cơ chế hấp phụ thơm trên bề mặt của graphene phân lớp đã được giải thích bằng các tương tác xếp chồng π–π là động lực chính. Vật liệu tổng hợp này là một vật liệu phân lớp tương tự như graphene với độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 233 nm do quá trình chuyển đổi π-π*. Dựa trên sự hiện diện của bốn vòng thơm trong cấu trúc phân tử của chất hấp phụ DC, chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng có một cơ chế tương tác xếp chồng π-π giữa DC thơm (chất nhận điện tử π) và vùng giàu electron π trên bề mặt RGO. /nZVI vật liệu tổng hợp. Ngoài ra, như thể hiện trong hình. Như được hiển thị trong Hình 10B, các nghiên cứu FTIR đã được thực hiện để nghiên cứu sự tương tác phân tử của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI với DC và phổ FTIR của vật liệu tổng hợp rGO/nZVI sau khi hấp phụ DC được thể hiện trên Hình 10B. 10b. Một đỉnh mới được quan sát thấy ở 2111 cm-1, tương ứng với độ rung khung của liên kết C=C, biểu thị sự hiện diện của các nhóm chức hữu cơ tương ứng trên bề mặt của 67 rGO/nZVI. Các đỉnh khác dịch chuyển từ 1561 đến 1548 cm-1 và từ 1399 đến 1360 cm-1, điều này cũng khẳng định rằng tương tác π-π đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ graphene và các chất ô nhiễm hữu cơ68,69. Sau khi hấp phụ DC, cường độ của một số nhóm chứa oxy, chẳng hạn như OH, giảm xuống còn 3270 cm-1, điều này cho thấy liên kết hydro là một trong những cơ chế hấp phụ. Do đó, dựa trên kết quả, sự hấp phụ DC trên hỗn hợp rGO/nZVI xảy ra chủ yếu do tương tác xếp chồng π-π và liên kết H.
Cơ chế hấp phụ hợp lý kháng sinh DC bằng phức hợp rGO/nZVI và nZVI (A). Phổ hấp phụ FTIR của DC trên rGO/nZVI và nZVI (B).
Cường độ của các dải hấp thụ của nZVI ở 3244, 1615, 1546 và 1011 cm–1 tăng lên sau khi hấp phụ DC trên nZVI (Hình 10B) so với nZVI, điều này có liên quan đến sự tương tác với các nhóm chức năng có thể có của axit cacboxylic O nhóm ở DC. Tuy nhiên, tỷ lệ lây truyền thấp hơn trong tất cả các dải quan sát được cho thấy không có thay đổi đáng kể về hiệu suất hấp phụ của chất hấp phụ tổng hợp thực vật (nZVI) so với nZVI trước quá trình hấp phụ. Theo một số nghiên cứu loại bỏ DC bằng nZVI71, khi nZVI phản ứng với H2O, các electron được giải phóng và sau đó H+ được sử dụng để tạo ra hydro hoạt tính có khả năng khử cao. Cuối cùng, một số hợp chất cation nhận electron từ hydro hoạt động, tạo ra -C=N và -C=C-, được cho là do sự phân tách vòng benzen.
Thời gian đăng: 14-11-2022