ग्रीन सिंथेटिक कमी झालेल्या ग्राफीन ऑक्साईड आणि नॅनो-झिरो आयर्न कॉम्प्लेक्सद्वारे डॉक्सीसाइक्लिन अँटीबायोटिक्स पाण्यामधून काढून टाकणे

Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीमध्ये मर्यादित CSS सपोर्ट आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा). दरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही साइटला शैली आणि JavaScript शिवाय रेंडर करू.
या कामात, कमी हानिकारक रासायनिक संश्लेषणासारख्या “हिरव्या” रसायनशास्त्राच्या तत्त्वांचे पालन करण्यासाठी सोफोरा पिवळसर पानांचा अर्क कमी करणारे एजंट आणि स्टॅबिलायझर वापरून सोफोरा पिवळसर पानांचा अर्क वापरून प्रथमच rGO/nZVI कंपोझिटचे संश्लेषण करण्यात आले. SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR, आणि zeta पोटेंशिअल सारख्या कंपोझिटच्या यशस्वी संश्लेषणाचे प्रमाणीकरण करण्यासाठी अनेक साधने वापरली गेली आहेत, जे यशस्वी संमिश्र फॅब्रिकेशन दर्शवतात. प्रतिजैविक डॉक्सीसाइक्लिनच्या विविध प्रारंभिक सांद्रतांवरील कादंबरी संमिश्र आणि शुद्ध nZVI च्या काढण्याच्या क्षमतेची तुलना rGO आणि nZVI मधील समन्वयात्मक प्रभावाची तपासणी करण्यासाठी केली गेली. 25mg L-1, 25°C आणि 0.05g च्या काढून टाकण्याच्या परिस्थितीत, शुद्ध nZVI चा शोषक काढून टाकण्याचा दर 90% होता, तर rGO/nZVI संमिश्राद्वारे डॉक्सीसाइक्लिनचा शोषक काढण्याचा दर 94.6% पर्यंत पोहोचला आहे, याची पुष्टी करते की nZVI आणि nZVI . शोषण प्रक्रिया छद्म-सेकंद क्रमाशी सुसंगत आहे आणि 25 °C आणि pH 7 वर 31.61 mg g-1 कमाल शोषण क्षमता असलेल्या Freundlich मॉडेलशी चांगली सहमती आहे. DC काढून टाकण्यासाठी एक वाजवी यंत्रणा प्रस्तावित केली आहे. याव्यतिरिक्त, सलग सहा पुनरुत्पादन चक्रांनंतर rGO/nZVI कंपोझिटची पुन: उपयोगिता 60% होती.
पाण्याची टंचाई आणि प्रदूषण हे आता सर्व देशांसाठी एक गंभीर धोका आहे. अलिकडच्या वर्षांत, कोविड-19 महामारी 1,2,3 दरम्यान उत्पादन आणि वापर वाढल्यामुळे जल प्रदूषण, विशेषत: प्रतिजैविक प्रदूषण वाढले आहे. म्हणून, सांडपाण्यातील प्रतिजैविकांचे उच्चाटन करण्यासाठी एक प्रभावी तंत्रज्ञान विकसित करणे हे तातडीचे काम आहे.
टेट्रासाइक्लिन गटातील एक प्रतिरोधक अर्ध-सिंथेटिक प्रतिजैविक म्हणजे डॉक्सीसाइक्लिन (DC)4,5. असे नोंदवले गेले आहे की भूजल आणि पृष्ठभागावरील पाण्यातील DC अवशेषांचे चयापचय होऊ शकत नाही, फक्त 20-50% चयापचय होते आणि उर्वरित वातावरणात सोडले जाते, ज्यामुळे गंभीर पर्यावरणीय आणि आरोग्य समस्या उद्भवतात6.
डीसीच्या कमी पातळीच्या संपर्कात आल्याने जलीय प्रकाशसंश्लेषक सूक्ष्मजीव नष्ट होऊ शकतात, प्रतिजैविक जीवाणूंच्या प्रसारास धोका निर्माण होऊ शकतो आणि प्रतिजैविक प्रतिरोधक क्षमता वाढू शकते, म्हणून हे दूषित पदार्थ सांडपाण्यामधून काढून टाकणे आवश्यक आहे. पाण्यातील डीसीचे नैसर्गिक ऱ्हास ही अतिशय संथ प्रक्रिया आहे. फोटोलिसिस, बायोडिग्रेडेशन आणि शोषण यांसारख्या भौतिक-रासायनिक प्रक्रिया केवळ कमी एकाग्रतेवर आणि अत्यंत कमी दराने क्षीण होऊ शकतात7,8. तथापि, सर्वात किफायतशीर, सोपी, पर्यावरणास अनुकूल, हाताळण्यास सोपी आणि कार्यक्षम पद्धत म्हणजे शोषण9,10.
नॅनो झिरो व्हॅलेंट आयरन (nZVI) ही एक अतिशय शक्तिशाली सामग्री आहे जी पाण्यातून मेट्रोनिडाझोल, डायझेपाम, सिप्रोफ्लोक्सासिन, क्लोराम्फेनिकॉल आणि टेट्रासाइक्लिनसह अनेक प्रतिजैविक काढून टाकू शकते. ही क्षमता nZVI कडे असलेल्या आश्चर्यकारक गुणधर्मांमुळे आहे, जसे की उच्च प्रतिक्रियाशीलता, मोठ्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि असंख्य बाह्य बंधनकारक साइट11. तथापि, nZVI ला जलीय माध्यमांमध्ये व्हॅन डेर वेल्स फोर्सेस आणि उच्च चुंबकीय गुणधर्मांमुळे एकत्रित होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे nZVI10,12 ची प्रतिक्रिया रोखणाऱ्या ऑक्साईड थरांच्या निर्मितीमुळे दूषित पदार्थ काढून टाकण्यात त्याची प्रभावीता कमी होते. nZVI कणांचे एकत्रीकरण त्यांच्या पृष्ठभागावर सर्फॅक्टंट्स आणि पॉलिमरसह बदल करून किंवा कंपोझिटच्या स्वरूपात इतर नॅनोमटेरियल्ससह एकत्र करून कमी केले जाऊ शकते, जे पर्यावरणात त्यांची स्थिरता सुधारण्यासाठी एक व्यवहार्य दृष्टीकोन असल्याचे सिद्ध झाले आहे13,14.
ग्राफीन हे दोन-आयामी कार्बन नॅनोमटेरियल आहे ज्यामध्ये sp2-संकरित कार्बन अणू मधाच्या पोळ्याच्या जाळीमध्ये मांडलेले असतात. यात पृष्ठभागाचे मोठे क्षेत्रफळ, लक्षणीय यांत्रिक शक्ती, उत्कृष्ट विद्युत उत्प्रेरक क्रियाकलाप, उच्च औष्णिक चालकता, वेगवान इलेक्ट्रॉन गतिशीलता आणि त्याच्या पृष्ठभागावर अजैविक नॅनोकणांना आधार देण्यासाठी एक योग्य वाहक सामग्री आहे. धातूचे नॅनोकण आणि ग्राफीन यांचे मिश्रण प्रत्येक सामग्रीच्या वैयक्तिक फायद्यांपेक्षा खूप जास्त असू शकते आणि, त्याच्या उत्कृष्ट भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमुळे, अधिक कार्यक्षम जल उपचारांसाठी नॅनोकणांचे इष्टतम वितरण प्रदान करते15.
कमी झालेल्या ग्राफीन ऑक्साईड (rGO) आणि nZVI च्या संश्लेषणामध्ये सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या हानिकारक रासायनिक कमी करणाऱ्या एजंटसाठी वनस्पती अर्क हा सर्वोत्तम पर्याय आहे कारण ते उपलब्ध, स्वस्त, एक-चरण, पर्यावरणास सुरक्षित आहेत आणि कमी करणारे एजंट म्हणून वापरले जाऊ शकतात. flavonoids आणि phenolic संयुगे सारखे देखील एक स्टेबलायझर म्हणून कार्य करते. म्हणून, या अभ्यासात rGO/nZVI कंपोझिटच्या संश्लेषणासाठी एट्रिप्लेक्स हॅलिमस एल. पानांचा अर्क दुरुस्ती आणि बंद करणारा एजंट म्हणून वापरला गेला. Amranthaceae कुटुंबातील ॲट्रिप्लेक्स हॅलिमस हे नायट्रोजन-प्रेमळ बारमाही झुडूप असून त्याची विस्तृत भौगोलिक श्रेणी १६ आहे.
उपलब्ध साहित्यानुसार, एट्रिप्लेक्स हॅलिमस (ए. हॅलिमस) प्रथम आर्थिक आणि पर्यावरणास अनुकूल संश्लेषण पद्धत म्हणून rGO/nZVI कंपोझिट तयार करण्यासाठी वापरला गेला. अशाप्रकारे, या कामाच्या उद्दिष्टात चार भाग आहेत: (1) rGO/nZVI चे फायटोसिंथेसिस आणि A. हॅलिमस जलीय पानांचा अर्क वापरून पॅरेंटल nZVI कंपोझिट, (2) त्यांच्या यशस्वी निर्मितीची पुष्टी करण्यासाठी अनेक पद्धती वापरून फायटोसिंथेसाइज्ड कंपोझिटचे वैशिष्ट्य, (3) ) वेगवेगळ्या प्रतिक्रिया मापदंडांतर्गत डॉक्सीसाइक्लिन अँटीबायोटिक्सच्या सेंद्रिय दूषित पदार्थांचे शोषण आणि काढून टाकण्यासाठी rGO आणि nZVI च्या समन्वयात्मक प्रभावाचा अभ्यास करा, शोषण प्रक्रियेच्या परिस्थितीला अनुकूल बनवा, (3) प्रक्रिया चक्रानंतर विविध निरंतर उपचारांमध्ये संमिश्र सामग्रीची तपासणी करा.
डॉक्सीसाइक्लिन हायड्रोक्लोराइड (DC, MM = 480.90, रासायनिक सूत्र C22H24N2O·HCl, 98%), लोह क्लोराईड हेक्साहायड्रेट (FeCl3.6H2O, 97%), सिग्मा-अल्ड्रिच, यूएसए कडून खरेदी केलेले ग्रेफाइट पावडर. सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH, 97%), इथेनॉल (C2H5OH, 99.9%) आणि हायड्रोक्लोरिक ऍसिड (HCl, 37%) मर्क, यूएसए मधून खरेदी केले गेले. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 आणि MgCl2 हे Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd कडून खरेदी केले गेले. सर्व अभिकर्मक उच्च विश्लेषणात्मक शुद्धतेचे आहेत. सर्व जलीय द्रावण तयार करण्यासाठी दुहेरी-डिस्टिल्ड पाण्याचा वापर केला गेला.
ए. हॅलिमसचे प्रातिनिधिक नमुने नाईल डेल्टामधील त्यांच्या नैसर्गिक अधिवासातून आणि इजिप्तच्या भूमध्य सागरी किनाऱ्यालगतच्या जमिनीतून गोळा केले गेले आहेत. लागू राष्ट्रीय आणि आंतरराष्ट्रीय मार्गदर्शक तत्त्वांनुसार वनस्पती साहित्य गोळा केले गेले. प्रा. मनाल फौझी यांनी Boulos18 नुसार वनस्पतींचे नमुने ओळखले आहेत आणि अलेक्झांड्रिया विद्यापीठाच्या पर्यावरण विज्ञान विभागाने वैज्ञानिक हेतूंसाठी अभ्यास केलेल्या वनस्पती प्रजातींचे संकलन अधिकृत केले आहे. सॅम्पल व्हाउचर टांटा युनिव्हर्सिटी हर्बेरियम (TANE) येथे आयोजित केले जातात, व्हाउचर क्र. 14 122–14 127, एक सार्वजनिक हर्बेरियम जे जमा केलेल्या सामग्रीमध्ये प्रवेश प्रदान करते. याव्यतिरिक्त, धूळ किंवा घाण काढून टाकण्यासाठी, झाडाच्या पानांचे लहान तुकडे करा, नळ आणि डिस्टिल्ड पाण्याने 3 वेळा स्वच्छ धुवा आणि नंतर 50 डिग्री सेल्सिअस तापमानात वाळवा. वनस्पती चिरडण्यात आली, 5 ग्रॅम बारीक पावडर 100 मिली डिस्टिल्ड पाण्यात बुडवून एक अर्क मिळविण्यासाठी 70 डिग्री सेल्सिअस तापमानात 20 मिनिटे ढवळले. बॅसिलस निकोटियानीचा प्राप्त केलेला अर्क व्हॉटमन फिल्टर पेपरद्वारे फिल्टर केला गेला आणि पुढील वापरासाठी 4 डिग्री सेल्सियस तापमानात स्वच्छ आणि निर्जंतुकीकृत नळ्यांमध्ये साठवला गेला.
आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, GO सुधारित हमर्स पद्धतीद्वारे ग्रेफाइट पावडरपासून बनवले गेले. 10 mg GO पावडर 50 ml deionized पाण्यात sonication अंतर्गत 30 मिनिटांसाठी विखुरली गेली आणि नंतर 0.9 g FeCl3 आणि 2.9 g NaAc 60 मिनिटांसाठी मिसळली गेली. ढवळलेल्या द्रावणात 20 मिली एट्रिप्लेक्स पानांचा अर्क मिसळला आणि 8 तासांसाठी 80 डिग्री सेल्सियसवर सोडला. परिणामी काळा निलंबन फिल्टर केले गेले. तयार नॅनोकॉम्पोझिट्स इथेनॉल आणि बिडस्टिल्ड पाण्याने धुऊन नंतर 50 डिग्री सेल्सिअस तापमानावर व्हॅक्यूम ओव्हनमध्ये 12 तास वाळवले जातात.
rGO/nZVI आणि nZVI कॉम्प्लेक्सच्या हिरव्या संश्लेषणाची योजनाबद्ध आणि डिजिटल छायाचित्रे आणि ॲट्रिप्लेक्स हॅलिमस अर्क वापरून दूषित पाण्यातून डीसी प्रतिजैविक काढून टाकणे.
थोडक्यात, आकृती 1 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, 0.05 M Fe3+ आयन असलेल्या आयर्न क्लोराईडचे 10 मिली द्रावण 20 मिली कडू पानांच्या अर्क द्रावणात 60 मिनिटे मध्यम गरम करून आणि ढवळून टाकले गेले आणि नंतर ते द्रावण केंद्रीत केले गेले. काळे कण देण्यासाठी 15 मिनिटांसाठी 14,000 rpm (हर्मल , 15,000 rpm), जे नंतर इथेनॉल आणि डिस्टिल्ड वॉटरने 3 वेळा धुऊन नंतर रात्रभर 60° C वर व्हॅक्यूम ओव्हनमध्ये वाळवले जातात.
प्लांट-सिंथेसाइज्ड rGO/nZVI आणि nZVI कंपोझिट 200-800 nm च्या स्कॅनिंग रेंजमध्ये UV-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी (T70/T80 मालिका UV/Vis स्पेक्ट्रोफोटोमीटर, PG Instruments Ltd, UK) द्वारे वैशिष्ट्यीकृत होते. rGO/nZVI आणि nZVI कंपोझिटच्या स्थलाकृति आणि आकार वितरणाचे विश्लेषण करण्यासाठी, TEM स्पेक्ट्रोस्कोपी (JOEL, JEM-2100F, जपान, एक्सेलरेटिंग व्होल्टेज 200 kV) वापरली गेली. पुनर्प्राप्ती आणि स्थिरीकरण प्रक्रियेसाठी जबाबदार असलेल्या वनस्पतींच्या अर्कांमध्ये सहभागी होऊ शकतील अशा कार्यात्मक गटांचे मूल्यांकन करण्यासाठी, FT-IR स्पेक्ट्रोस्कोपी केली गेली (4000-600 cm-1 च्या श्रेणीतील JASCO स्पेक्ट्रोमीटर). याव्यतिरिक्त, संश्लेषित नॅनोमटेरियल्सच्या पृष्ठभागावरील चार्जचा अभ्यास करण्यासाठी झेटा संभाव्य विश्लेषक (झेटासाइझर नॅनो झेडएस माल्व्हर्न) वापरला गेला. पावडर नॅनोमटेरियल्सच्या एक्स-रे डिफ्रॅक्शन मापनांसाठी, एक्स-रे डिफ्रॅक्टोमीटर (X'PERT PRO, नेदरलँड्स) वापरला गेला, जो 20° ते 80 पर्यंत 2θ श्रेणीतील विद्युत प्रवाह (40 mA), व्होल्टेज (45 kV) वर कार्यरत होता. ° आणि CuKa1 विकिरण (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). XPS वर -10 ते 1350 eV, स्पॉट साइज 400 μm K-ALPHA वर Al K-α मोनोक्रोमॅटिक एक्स-रे गोळा करताना एनर्जी डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटर (EDX) (मॉडेल JEOL JSM-IT100) मूलभूत रचना अभ्यासण्यासाठी जबाबदार होते. (थर्मो फिशर सायंटिफिक, यूएसए) पूर्ण स्पेक्ट्रमची ट्रान्समिशन एनर्जी 200 eV आहे आणि अरुंद स्पेक्ट्रम 50 eV आहे. पावडरचा नमुना नमुना धारकावर दाबला जातो, जो व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये ठेवला जातो. बंधनकारक ऊर्जा निर्धारित करण्यासाठी C 1 s स्पेक्ट्रम 284.58 eV वर संदर्भ म्हणून वापरला गेला.
जलीय द्रावणातून डॉक्सीसाइक्लिन (DC) काढून टाकण्यासाठी संश्लेषित rGO/nZVI नॅनोकॉम्पोझिट्सची प्रभावीता तपासण्यासाठी शोषण प्रयोग केले गेले. ऑर्बिटल शेकर (स्टुअर्ट, ऑर्बिटल शेकर/SSL1) 298 K वर 25 मिली एर्लेनमेयर फ्लास्कमध्ये 200 आरपीएमच्या थरथरणाऱ्या वेगाने शोषण प्रयोग केले गेले. डीसी स्टॉक सोल्यूशन (1000 पीपीएम) बिडस्टिल्ड पाण्याने पातळ करून. शोषण कार्यक्षमतेवर rGO/nSVI डोसच्या प्रभावाचे मूल्यांकन करण्यासाठी, 20 मिली DC सोल्यूशनमध्ये भिन्न वजनाचे (0.01–0.07 ग्रॅम) नॅनोकॉम्पोझिट जोडले गेले. गतीशास्त्र आणि शोषण समतापांचा अभ्यास करण्यासाठी, 0.05 ग्रॅम शोषक प्रारंभिक एकाग्रतेसह (25-100 mg L-1) CD च्या जलीय द्रावणात बुडवले गेले. DC काढून टाकण्यावर pH चा परिणाम pH (3-11) आणि 25°C वर 50 mg L-1 च्या प्रारंभिक एकाग्रतेचा अभ्यास केला गेला. थोड्या प्रमाणात HCl किंवा NaOH सोल्यूशन (क्रिसन pH मीटर, pH मीटर, pH 25) जोडून सिस्टमचा pH समायोजित करा. याव्यतिरिक्त, 25-55 डिग्री सेल्सिअसच्या श्रेणीतील शोषण प्रयोगांवर प्रतिक्रिया तापमानाचा प्रभाव तपासला गेला. 50 mg L-1, pH 3 आणि 7, 25°C, आणि 0.05 ग्रॅम एक शोषक डोस. नॉन-शोर्बड डीसीचे शोषण ड्युअल बीम UV-Vis स्पेक्ट्रोफोटोमीटर (T70/T80 मालिका, PG Instruments Ltd, UK) वापरून मोजले गेले जे 270 आणि 350m च्या कमाल तरंगलांबी (λmax) वर 1.0 cm पथ लांबीच्या क्वार्ट्ज क्युवेट्ससह सुसज्ज आहे. DC प्रतिजैविक काढण्याची टक्केवारी (R%; Eq. 1) आणि DC, qt, Eq चे शोषण प्रमाण. 2 (mg/g) खालील समीकरण वापरून मोजले गेले.
जेथे %R ही DC काढण्याची क्षमता (%) आहे, Co ही 0 वेळी प्रारंभिक DC एकाग्रता आहे आणि C ही अनुक्रमे t वेळी DC एकाग्रता आहे (mg L-1).
जेथे qe हे शोषक (mg g-1) च्या प्रति युनिट वस्तुमानात शोषलेल्या DC चे प्रमाण आहे, Co आणि Ce अनुक्रमे शून्य वेळी आणि समतोलतेवर सांद्रता आहेत (mg l-1), V हा सोल्युशन व्हॉल्यूम आहे (l) , आणि m हे शोषण वस्तुमान अभिकर्मक (g) आहे.
SEM प्रतिमा (Figs. 2A–C) rGO/nZVI कंपोझिटचे लॅमेलर मॉर्फोलॉजी दाखवतात आणि गोलाकार लोखंडी नॅनोकण त्याच्या पृष्ठभागावर एकसारखे विखुरलेले असतात, जे rGO पृष्ठभागावर nZVI NPs चे यशस्वी जोड दर्शवतात. याव्यतिरिक्त, rGO च्या पानामध्ये काही सुरकुत्या आहेत, जे A. halimus GO च्या पुनर्संचयनासह एकाच वेळी ऑक्सिजन-युक्त गट काढून टाकण्याची पुष्टी करतात. या मोठ्या सुरकुत्या लोह NPs च्या सक्रिय लोडिंगसाठी साइट म्हणून कार्य करतात. nZVI प्रतिमा (Fig. 2D-F) ने दाखवले की गोलाकार लोखंडी NPs खूप विखुरलेले आहेत आणि ते एकत्रित होत नाहीत, जे वनस्पतींच्या अर्कातील वनस्पति घटकांच्या कोटिंगच्या स्वरूपामुळे आहे. कण आकार 15-26 nm मध्ये बदलतो. तथापि, काही प्रदेशांमध्ये फुगवटा आणि पोकळ्यांच्या संरचनेसह मेसोपोरस आकारविज्ञान आहे, जे nZVI ची उच्च प्रभावी शोषण क्षमता प्रदान करू शकते, कारण ते nZVI च्या पृष्ठभागावर DC रेणू अडकण्याची शक्यता वाढवू शकतात. जेव्हा रोझा दमास्कस अर्क nZVI च्या संश्लेषणासाठी वापरला गेला तेव्हा प्राप्त झालेले NPs एकसमान नसलेले, व्हॉईड्स आणि वेगवेगळ्या आकारांसह होते, ज्यामुळे त्यांची Cr(VI) शोषणाची कार्यक्षमता कमी झाली आणि प्रतिक्रिया वेळ 23 वाढला. परिणाम ओक आणि तुतीच्या पानांपासून संश्लेषित केलेल्या एनझेडव्हीआयशी सुसंगत आहेत, जे मुख्यतः गोलाकार नॅनोकण आहेत ज्यामध्ये स्पष्ट एकत्रीकरणाशिवाय विविध नॅनोमीटर आकार आहेत.
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) संमिश्र आणि nZVI/rGO (G) आणि nZVI (H) संमिश्रांच्या EDX नमुन्यांची SEM प्रतिमा.
EDX (Fig. 2G, H) वापरून वनस्पती-संश्लेषित rGO/nZVI आणि nZVI कंपोझिटच्या मूलभूत रचनेचा अभ्यास करण्यात आला. अभ्यास दर्शविते की nZVI कार्बन (वस्तुमानानुसार 38.29%), ऑक्सिजन (वस्तुमानानुसार 47.41%) आणि लोह (11.84% वस्तुमानाने) बनलेले आहे, परंतु फॉस्फरस24 सारखे इतर घटक देखील आहेत, जे वनस्पतींच्या अर्कांमधून मिळू शकतात. याव्यतिरिक्त, कार्बन आणि ऑक्सिजनची उच्च टक्केवारी हे सबसर्फेस nZVI नमुन्यांमध्ये वनस्पतींच्या अर्कांमधून फायटोकेमिकल्सच्या उपस्थितीमुळे आहे. हे घटक rGO वर समान रीतीने वितरीत केले जातात परंतु भिन्न गुणोत्तरांमध्ये: C (39.16 wt %), O (46.98 wt %) आणि Fe (10.99 wt %), EDX rGO/nZVI इतर घटकांची उपस्थिती देखील दर्शविते जसे की S, जे वनस्पती अर्क संबद्ध केले जाऊ शकते, वापरले जातात. ए. हॅलिमस वापरून rGO/nZVI कंपोझिटमधील सध्याचे C:O गुणोत्तर आणि लोह सामग्री निलगिरीच्या पानांचा अर्क वापरण्यापेक्षा खूपच चांगली आहे, कारण ते C (23.44 wt.%), O (68.29 wt.%) ची रचना दर्शवते. आणि Fe (8.27 wt.%). wt %) 25. Natasha et al., 2022 ने ओक आणि तुतीच्या पानांपासून संश्लेषित केलेल्या nZVI ची समान मूलभूत रचना नोंदवली आणि पुष्टी केली की पानांच्या अर्कामध्ये असलेले पॉलिफेनॉल गट आणि इतर रेणू कमी प्रक्रियेसाठी जबाबदार आहेत.
वनस्पतींमध्ये (Fig. S2A,B) संश्लेषित nZVI चे आकारविज्ञान गोलाकार आणि अंशतः अनियमित होते, सरासरी कण आकार 23.09 ± 3.54 nm होता, तथापि व्हॅन डेर वॉल्स फोर्स आणि फेरोमॅग्नेटिझममुळे साखळी एकत्रित दिसून आली. हे प्रामुख्याने दाणेदार आणि गोलाकार कण आकार SEM परिणामांशी चांगले सहमत आहे. असेच निरीक्षण अब्देलफताह एट अल यांना आढळून आले. 2021 मध्ये जेव्हा nZVI11 च्या संश्लेषणात एरंडेलच्या पानांचा अर्क वापरण्यात आला. nZVI मध्ये कमी करणारे एजंट म्हणून वापरल्या जाणाऱ्या रुएलास ट्यूबरोसा पानांचा अर्क NPs देखील 20 ते 40 nm26 व्यासासह गोलाकार आकाराचे असतात.
हायब्रीड rGO/nZVI संमिश्र TEM प्रतिमा (Fig. S2C-D) ने दाखवले की rGO हे nZVI NPs साठी एकाधिक लोडिंग साइट्स प्रदान करणारे सीमांत पट आणि सुरकुत्या असलेले बेसल प्लेन आहे; हे लॅमेलर मॉर्फोलॉजी देखील आरजीओच्या यशस्वी निर्मितीची पुष्टी करते. या व्यतिरिक्त, nZVI NPs मध्ये 5.32 ते 27 nm कणांच्या आकारासह गोलाकार आकार असतो आणि जवळजवळ एकसमान फैलाव असलेल्या rGO लेयरमध्ये एम्बेड केलेले असतात. निलगिरीच्या पानांचा अर्क Fe NPs/rGO संश्लेषित करण्यासाठी वापरला गेला; TEM परिणामांनी हे देखील पुष्टी केली की rGO लेयरमधील सुरकुत्यांमुळे शुद्ध Fe NPs पेक्षा Fe NPs चे फैलाव अधिक सुधारले आणि कंपोझिटची प्रतिक्रिया वाढली. तत्सम परिणाम Bagheri et al द्वारे प्राप्त झाले. 28 जेव्हा साधारणपणे 17.70 एनएमच्या सरासरी लोह नॅनोपार्टिकल आकारासह अल्ट्रासोनिक तंत्र वापरून कंपोझिट तयार केले गेले.
A. halimus, nZVI, GO, rGO, आणि rGO/nZVI कंपोझिटचा FTIR स्पेक्ट्रा अंजीर मध्ये दर्शविला आहे. 3A. A. halimus च्या पानांमध्ये पृष्ठभागाच्या कार्यात्मक गटांची उपस्थिती 3336 cm-1 वर दिसून येते, जे पॉलीफेनॉलशी संबंधित आहे आणि 1244 cm-1, जे प्रथिनांनी तयार केलेल्या कार्बोनिल गटांशी संबंधित आहे. इतर गट जसे की 2918 cm-1 वर अल्केन्स, 1647 cm-1 वर alkenes आणि 1030 cm-1 वर CO-O-CO विस्तार देखील आढळून आले आहेत, जे वनस्पती घटकांची उपस्थिती सूचित करतात जे सीलिंग एजंट म्हणून कार्य करतात आणि पुनर्प्राप्तीसाठी जबाबदार असतात. Fe2+ ​​ते Fe0 आणि GO ते rGO29. सर्वसाधारणपणे, nZVI स्पेक्ट्रा कडू शर्करांप्रमाणेच शोषण शिखरे दर्शवितो, परंतु थोड्याशा बदललेल्या स्थितीसह. OH स्ट्रेचिंग कंपने (फिनॉल) शी संबंधित 3244 सेमी-1 वर एक तीव्र बँड दिसून येतो, 1615 चे शिखर C=C शी संबंधित आहे आणि 1546 आणि 1011 cm-1 वर बँड C=O (पॉलीफेनॉल आणि फ्लेव्होनॉइड्स) च्या स्ट्रेचिंगमुळे उद्भवतात. , CN -सुगंधी अमाईन आणि ॲलिफेटिक अमाईनचे गट अनुक्रमे 1310 cm-1 आणि 1190 cm-1 वर आढळून आले. GO चे FTIR स्पेक्ट्रम 1041 cm-1 वर अल्कोक्सी (CO) स्ट्रेचिंग बँड, 1291 cm-1 वर epoxy (CO) स्ट्रेचिंग बँड, C=O स्ट्रेचसह अनेक उच्च-तीव्रता ऑक्सिजन-युक्त गटांची उपस्थिती दर्शविते. 1619 cm-1 वर C=C स्ट्रेचिंग कंपनांचा एक बँड, 1708 cm-1 वर एक बँड आणि 3384 cm-1 वर OH ग्रुप स्ट्रेचिंग कंपनांचा एक ब्रॉड बँड दिसला, ज्याची पुष्टी सुधारित हमर्स पद्धतीद्वारे होते, जी यशस्वीरित्या ऑक्सिडायझेशन करते. ग्रेफाइट प्रक्रिया. GO स्पेक्ट्रासह rGO आणि rGO/nZVI कंपोझिटची तुलना करताना, काही ऑक्सिजन-युक्त गटांची तीव्रता, जसे की 3270 cm-1 वर OH, लक्षणीयरीत्या कमी होते, तर इतर, जसे की C=O 1729 cm-1, पूर्णपणे कमी होतात. कमी गायब झाले, जे ए. हॅलिमस अर्क द्वारे GO मधील ऑक्सिजन-युक्त कार्यात्मक गट यशस्वीरित्या काढून टाकल्याचे सूचित करते. 1560 आणि 1405 सेमी-1 च्या आसपास C=C तणावावर rGO ची नवीन तीक्ष्ण वैशिष्ट्यपूर्ण शिखरे दिसली, जी GO ते rGO मध्ये घट झाल्याची पुष्टी करते. 1043 ते 1015 cm-1 आणि 982 ते 918 cm-1 मधील तफावत आढळून आली, शक्यतो वनस्पती सामग्री 31,32 च्या समावेशामुळे. Weng et al., 2018 ने GO मध्ये ऑक्सिजनयुक्त कार्यात्मक गटांचे लक्षणीय क्षीणन देखील पाहिले, बायोरिडक्शनद्वारे rGO च्या यशस्वी निर्मितीची पुष्टी केली, कारण निलगिरीच्या पानांचे अर्क, जे कमी झालेल्या लोह ग्राफीन ऑक्साईड कंपोझिटचे संश्लेषण करण्यासाठी वापरले गेले होते, त्यांनी प्लांटच्या FTIR संमिश्र स्पेक्ट्राचे जवळून दाखवले. कार्यात्मक गट. ३३ .
A. गॅलियमचे FTIR स्पेक्ट्रम, nZVI, rGO, GO, संमिश्र rGO/nZVI (A). Roentgenogrammy कंपोझिट rGO, GO, nZVI आणि rGO/nZVI (B).
rGO/nZVI आणि nZVI कंपोझिटची निर्मिती एक्स-रे डिफ्रॅक्शन पॅटर्नद्वारे मोठ्या प्रमाणावर पुष्टी केली गेली (चित्र 3B). निर्देशांक (110) (JCPDS क्रमांक 06–0696)11 शी संबंधित, 2Ɵ 44.5° येथे उच्च-तीव्रतेचे Fe0 शिखर दिसून आले. (311) विमानाच्या 35.1° वर आणखी एक शिखर मॅग्नेटाइट Fe3O4 चे श्रेय दिले जाते, ϒ-FeOOH (JCPDS क्रमांक 17-0536)34 च्या उपस्थितीमुळे (440) विमानाच्या मिलर इंडेक्सशी 63.2° संबंधित असू शकते. GO चा एक्स-रे पॅटर्न 2Ɵ 10.3° वर एक तीक्ष्ण शिखर आणि 21.1° वर दुसरे शिखर दर्शविते, जे ग्रेफाइटचे संपूर्ण एक्सफोलिएशन दर्शवते आणि GO35 च्या पृष्ठभागावर ऑक्सिजन-युक्त गटांची उपस्थिती दर्शविते. rGO आणि rGO/nZVI च्या संमिश्र नमुन्यांमध्ये वैशिष्ट्यपूर्ण GO शिखरे गायब झाल्याची आणि rGO आणि rGO/nZVI कंपोझिटसाठी अनुक्रमे 2Ɵ 22.17 आणि 24.7° विस्तृत rGO शिखरांची निर्मिती नोंदवली गेली, ज्याने वनस्पतीद्वारे GO च्या यशस्वी पुनर्प्राप्तीची पुष्टी केली. तथापि, संमिश्र rGO/nZVI पॅटर्नमध्ये, Fe0 (110) आणि bcc Fe0 (200) च्या जाळीच्या विमानाशी संबंधित अतिरिक्त शिखरे अनुक्रमे 44.9\(^\circ\) आणि 65.22\(^\circ\) येथे आढळून आली. .
झीटा पोटेंशिअल म्हणजे कणाच्या पृष्ठभागाशी संलग्न आयनिक थर आणि जलीय द्रावण यांच्यातील संभाव्यता आहे जी सामग्रीचे इलेक्ट्रोस्टॅटिक गुणधर्म निर्धारित करते आणि त्याची स्थिरता मोजते37. आकृती S1A- मध्ये दाखवल्याप्रमाणे वनस्पती-संश्लेषित nZVI, GO, आणि rGO/nZVI कंपोझिटच्या झेटा संभाव्य विश्लेषणाने त्यांच्या पृष्ठभागावर अनुक्रमे -20.8, -22, आणि -27.4 mV नकारात्मक शुल्काच्या उपस्थितीमुळे त्यांची स्थिरता दर्शविली. सी. . असे परिणाम अनेक अहवालांशी सुसंगत आहेत ज्यात असे नमूद केले आहे की -25 mV पेक्षा कमी झेटा संभाव्य मूल्य असलेले कण असलेले समाधान सामान्यत: या कणांमधील इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रतिकर्षणामुळे उच्च प्रमाणात स्थिरता दर्शवतात. rGO आणि nZVI चे संयोजन कंपोझिटला अधिक नकारात्मक शुल्क प्राप्त करण्यास अनुमती देते आणि त्यामुळे एकट्या GO किंवा nZVI पेक्षा जास्त स्थिरता असते. म्हणून, इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रतिकर्षणाच्या घटनेमुळे स्थिर rGO/nZVI39 कंपोझिट तयार होईल. GO च्या नकारात्मक पृष्ठभागामुळे ते जलीय माध्यमात एकत्रितपणे विखुरले जाऊ शकत नाही, ज्यामुळे nZVI शी संवाद साधण्यासाठी अनुकूल परिस्थिती निर्माण होते. कडू खरबूजाच्या अर्कामध्ये भिन्न कार्यात्मक गटांच्या उपस्थितीशी ऋण शुल्क संबंधित असू शकते, जे GO आणि लोह पूर्ववर्ती आणि वनस्पती अर्क यांच्यातील परस्परसंवादाची देखील पुष्टी करते आणि अनुक्रमे rGO आणि nZVI आणि rGO/nZVI कॉम्प्लेक्स तयार करतात. ही वनस्पती संयुगे कॅपिंग एजंट म्हणून देखील कार्य करू शकतात, कारण ते परिणामी नॅनोकणांचे एकत्रीकरण रोखतात आणि त्यामुळे त्यांची स्थिरता वाढवतात40.
nZVI आणि rGO/nZVI कंपोझिटची मूलभूत रचना आणि व्हॅलेन्स अवस्था XPS (चित्र 4) द्वारे निर्धारित केल्या गेल्या. एकूणच XPS अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की rGO/nZVI संमिश्र मुख्यत्वे C, O, आणि Fe या घटकांनी बनलेले आहे, EDS मॅपिंगशी सुसंगत आहे (चित्र 4F–H). C1s स्पेक्ट्रममध्ये अनुक्रमे CC, CO आणि C=O चे प्रतिनिधित्व करणारे 284.59 eV, 286.21 eV आणि 288.21 eV या तीन शिखरांचा समावेश आहे. O1s स्पेक्ट्रम 531.17 eV, 532.97 eV, आणि 535.45 eV सह तीन शिखरांमध्ये विभागले गेले होते, जे अनुक्रमे O=CO, CO, आणि NO गटांना नियुक्त केले होते. तथापि, 710.43, 714.57 आणि 724.79 eV मधील शिखरे अनुक्रमे Fe 2p3/2, Fe+3 आणि Fe p1/2 चा संदर्भ देतात. nZVI (Fig. 4C-E) च्या XPS स्पेक्ट्राने C, O, आणि Fe या घटकांसाठी शिखरे दाखवली. 284.77, 286.25 आणि 287.62 eV ची शिखरे लोह-कार्बन मिश्र धातुंच्या उपस्थितीची पुष्टी करतात, कारण ते अनुक्रमे CC, C-OH आणि CO चा संदर्भ देतात. O1s स्पेक्ट्रम C–O/लोह कार्बोनेट (531.19 eV), हायड्रॉक्सिल रॅडिकल (532.4 eV) आणि O–C=O (533.47 eV) या तीन शिखरांशी संबंधित आहे. 719.6 वरील शिखराचे श्रेय Fe0 ला दिले जाते, तर FeOOH 717.3 आणि 723.7 eV वर शिखरे दर्शविते, त्याव्यतिरिक्त, 725.8 eV वरील शिखर Fe2O342.43 ची उपस्थिती दर्शवते.
अनुक्रमे nZVI आणि rGO/nZVI कंपोझिटचा XPS अभ्यास (A, B). nZVI C1s (C), Fe2p (D), आणि O1s (E) आणि rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) संमिश्राचा संपूर्ण स्पेक्ट्रा.
N2 शोषण/डिसॉर्प्शन आइसोथर्म (Fig. 5A, B) दाखवते की nZVI आणि rGO/nZVI कंपोझिट प्रकार II चे आहेत. याव्यतिरिक्त, rGO ने आंधळे केल्यानंतर nZVI चे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र (SBET) 47.4549 वरून 152.52 m2/g पर्यंत वाढले. हा परिणाम rGO अंधत्वानंतर nZVI चे चुंबकीय गुणधर्म कमी करून स्पष्ट केले जाऊ शकते, ज्यामुळे कणांचे एकत्रीकरण कमी होते आणि कंपोझिटच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढते. याव्यतिरिक्त, अंजीर 5C मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, rGO/nZVI कंपोझिटचे छिद्र खंड (8.94 nm) मूळ nZVI (2.873 nm) पेक्षा जास्त आहे. हा निकाल El-Monaem et al शी सहमत आहे. ४५ .
rGO/nZVI कंपोझिट आणि मूळ nZVI मधील DC काढून टाकण्याच्या शोषण क्षमतेचे मूल्यमापन करण्यासाठी प्रारंभिक एकाग्रतेच्या वाढीवर अवलंबून, प्रत्येक शोषक (0.05 g) चा एक स्थिर डोस DC ला विविध प्रारंभिक एकाग्रतेमध्ये जोडून तुलना केली गेली. तपासलेले उपाय [२५]. -100 mg l–1] 25°C वर. परिणामांनी दर्शविले की rGO/nZVI संमिश्र काढून टाकण्याची कार्यक्षमता (94.6%) कमी एकाग्रतेवर (25 mg L-1) मूळ nZVI (90%) पेक्षा जास्त होती. तथापि, जेव्हा सुरुवातीची एकाग्रता 100 mg L-1 पर्यंत वाढवली गेली, तेव्हा rGO/nZVI आणि पॅरेंटल nZVI ची काढण्याची कार्यक्षमता अनुक्रमे 70% आणि 65% पर्यंत घसरली (आकृती 6A), जे कमी सक्रिय साइट्स आणि ऱ्हासामुळे असू शकते. nZVI कण. याउलट, rGO/nZVI ने डीसी काढण्याची उच्च कार्यक्षमता दर्शविली, जी rGO आणि nZVI मधील समन्वयात्मक प्रभावामुळे असू शकते, ज्यामध्ये शोषणासाठी उपलब्ध स्थिर सक्रिय साइट्स जास्त आहेत आणि rGO/nZVI च्या बाबतीत, अधिक DC अखंड nZVI पेक्षा शोषले जाऊ शकते. याव्यतिरिक्त, अंजीर मध्ये. 6B दाखवते की rGO/nZVI आणि nZVI कंपोझिटची शोषण क्षमता 9.4 mg/g वरून 30 mg/g आणि 9 mg/g पर्यंत वाढली आहे, सुरुवातीच्या एकाग्रतेत 25-100 mg/L वरून वाढ झाली आहे. -1.1 ते 28.73 mg g-1. म्हणून, डीसी काढण्याचा दर प्रारंभिक डीसी एकाग्रतेशी नकारात्मकरित्या संबंधित होता, जे द्रावणातील डीसी शोषण आणि काढून टाकण्यासाठी प्रत्येक शोषकद्वारे समर्थित प्रतिक्रिया केंद्रांच्या मर्यादित संख्येमुळे होते. अशाप्रकारे, या परिणामांवरून असा निष्कर्ष काढला जाऊ शकतो की rGO/nZVI कंपोझिटमध्ये शोषण आणि घट करण्याची उच्च कार्यक्षमता असते आणि rGO/nZVI च्या रचनेत rGO चा वापर शोषक आणि वाहक सामग्री म्हणून केला जाऊ शकतो.
rGO/nZVI आणि nZVI कंपोझिटसाठी काढण्याची कार्यक्षमता आणि DC शोषण क्षमता होती (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C, डोस = 0.05 g], pH. rGO/nZVI कंपोझिट (C) वर शोषण क्षमता आणि DC काढण्याची कार्यक्षमता [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, डोस = 0.05 g].
सोल्यूशन पीएच हे शोषण प्रक्रियेच्या अभ्यासात एक महत्त्वपूर्ण घटक आहे, कारण ते शोषकांच्या आयनीकरण, विशिष्टता आणि आयनीकरणाच्या डिग्रीवर परिणाम करते. हा प्रयोग 25°C वर स्थिर शोषक डोस (0.05 ग्रॅम) आणि pH श्रेणी (3-11) मध्ये 50 mg L-1 च्या प्रारंभिक एकाग्रतेसह केला गेला. साहित्य पुनरावलोकन 46 नुसार, DC हा विविध pH स्तरांवर अनेक ionizable फंक्शनल ग्रुप्स (फिनॉल्स, एमिनो ग्रुप्स, अल्कोहोल) असलेले एक उभयचर रेणू आहे. परिणामी, DC ची विविध कार्ये आणि rGO/nZVI कंपोझिटच्या पृष्ठभागावरील संबंधित संरचना इलेक्ट्रोस्टॅटिकली संवाद साधू शकतात आणि cations, zwitterions आणि anions म्हणून अस्तित्वात असू शकतात, DC रेणू cationic (DCH3+) म्हणून pH < 3.3 वर अस्तित्वात आहे. zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 आणि anionic (DCH− किंवा DC2−) PH 7.7 वर. परिणामी, DC ची विविध कार्ये आणि rGO/nZVI कंपोझिटच्या पृष्ठभागावरील संबंधित संरचना इलेक्ट्रोस्टॅटिकली संवाद साधू शकतात आणि cations, zwitterions आणि anions म्हणून अस्तित्वात असू शकतात, DC रेणू cationic (DCH3+) म्हणून pH < 3.3 वर अस्तित्वात आहे. zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 आणि anionic (DCH- किंवा DC2-) PH 7.7 वर. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI могут взаивчемоткие функции ут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в виде катиона (DCH3+) при, <3. ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- и DC2-) при pH 7,7. परिणामी, rGO/nZVI कंपोझिटच्या पृष्ठभागावरील DC आणि संबंधित संरचनांची विविध कार्ये इलेक्ट्रोस्टॅटिकली संवाद साधू शकतात आणि कॅशन्स, zwitterions आणि anions या स्वरूपात अस्तित्वात असू शकतात; DC रेणू pH < 3.3 वर कॅशन (DCH3+) म्हणून अस्तित्वात आहे; ionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 आणि anionic (DCH- किंवा DC2-) pH 7.7 वर.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也静电相互作甯、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-) PH 7.7..存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) PH 7.7 वर. Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI могут вступатевстевистевистевистевите я и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионными (ДЦГ3+) при ,3р3. त्यामुळे, rGO/nZVI कंपोझिटच्या पृष्ठभागावरील DC आणि संबंधित संरचनांची विविध कार्ये इलेक्ट्रोस्टॅटिक परस्परसंवादात प्रवेश करू शकतात आणि cations, zwitterions आणि anions या स्वरूपात अस्तित्वात आहेत, तर DC रेणू pH < 3.3 वर cationic (DCH3+) आहेत. он существует виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 и аниона (DCH- и DC2-) वर pH 7,7. हे 3.3 < pH < 7.7 वर zwitterion (DCH20) आणि pH 7.7 वर anion (DCH- किंवा DC2-) म्हणून अस्तित्वात आहे.पीएच 3 ते 7 पर्यंत वाढल्याने, डीसी काढण्याची शोषण क्षमता आणि कार्यक्षमता 11.2 mg/g (56%) वरून 17 mg/g (85%) (Fig. 6C) पर्यंत वाढली आहे. तथापि, पीएच 9 आणि 11 पर्यंत वाढल्याने, शोषण क्षमता आणि काढण्याची कार्यक्षमता काहीशी कमी झाली, 10.6 mg/g (53%) वरून 6 mg/g (30%), अनुक्रमे. 3 ते 7 पर्यंत pH मध्ये वाढ झाल्यामुळे, DCs प्रामुख्याने zwitterions च्या रूपात अस्तित्वात होते, ज्यामुळे ते जवळजवळ इलेक्ट्रोस्टॅटिक रीतीने rGO/nZVI कंपोझिटसह आकर्षित झाले नाहीत किंवा विस्कळीत झाले, प्रामुख्याने इलेक्ट्रोस्टॅटिक परस्परसंवादाने. पीएच 8.2 च्या वर वाढल्यामुळे, शोषकांच्या पृष्ठभागावर नकारात्मक शुल्क आकारले गेले, अशा प्रकारे नकारात्मक चार्ज केलेल्या डॉक्सीसाइक्लिन आणि शोषक पृष्ठभाग यांच्यातील इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रतिकर्षणामुळे शोषण क्षमता कमी झाली आणि कमी झाली. हा कल सूचित करतो की rGO/nZVI कंपोझिटवरील DC शोषण हे अत्यंत pH अवलंबून असते आणि परिणाम हे देखील सूचित करतात की rGO/nZVI कंपोझिट अम्लीय आणि तटस्थ परिस्थितीत शोषक म्हणून योग्य आहेत.
DC च्या जलीय द्रावणाच्या शोषणावर तापमानाचा परिणाम (25-55°C) वर केला गेला. आकृती 7A rGO/nZVI वरील DC प्रतिजैविकांच्या काढण्याच्या कार्यक्षमतेवर तापमान वाढीचा परिणाम दर्शविते, हे स्पष्ट आहे की काढण्याची क्षमता आणि शोषण क्षमता 83.44% आणि 13.9 mg/g वरून 47% आणि 7.83 mg/g झाली आहे. , अनुक्रमे. ही लक्षणीय घट डीसी आयनच्या थर्मल एनर्जीमध्ये वाढ झाल्यामुळे होऊ शकते, ज्यामुळे डिसॉर्प्शन 47 होते.
rGO/nZVI कंपोझिट (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, डोस = 0.05 g] वरील CD च्या काढण्याच्या कार्यक्षमतेवर आणि शोषण क्षमतेवर तापमानाचा प्रभाव, CD Effect च्या काढण्याच्या कार्यक्षमतेवर आणि काढण्याच्या कार्यक्षमतेवर शोषक डोस rGO/nSVI संमिश्र (B) वर शोषण क्षमता आणि डीसी काढण्याच्या कार्यक्षमतेवर प्रारंभिक एकाग्रता [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1, pH = 7, T = 25 °C, डोस = 0.05 g].
संमिश्र शोषक rGO/nZVI चा डोस काढण्याची कार्यक्षमता आणि शोषण क्षमतेवर 0.01 g वरून 0.07 g पर्यंत वाढवण्याचा प्रभाव अंजीर मध्ये दर्शविला आहे. 7B. शोषकांच्या डोसमध्ये वाढ झाल्यामुळे शोषण क्षमता 33.43 mg/g वरून 6.74 mg/g पर्यंत कमी झाली. तथापि, शोषक डोस 0.01 ग्रॅम ते 0.07 ग्रॅम पर्यंत वाढल्यास, काढण्याची कार्यक्षमता 66.8% वरून 96% पर्यंत वाढते, जे त्यानुसार, नॅनोकॉम्पोझिट पृष्ठभागावरील सक्रिय केंद्रांच्या संख्येत वाढ होण्याशी संबंधित असू शकते.
शोषण क्षमता आणि काढून टाकण्याच्या कार्यक्षमतेवर प्रारंभिक एकाग्रतेचा प्रभाव [25-100 mg L-1, 25°C, pH 7, डोस 0.05 g] अभ्यासण्यात आला. जेव्हा प्रारंभिक एकाग्रता 25 mg L-1 वरून 100 mg L-1 पर्यंत वाढवली गेली तेव्हा rGO/nZVI संमिश्र काढून टाकण्याची टक्केवारी 94.6% वरून 65% (Fig. 7C) पर्यंत कमी झाली, कदाचित इच्छित सक्रिय नसल्यामुळे. साइट्स . DC49 ची मोठी सांद्रता शोषून घेते. दुसरीकडे, प्रारंभिक एकाग्रता वाढल्याने, समतोल होईपर्यंत शोषण क्षमता 9.4 mg/g वरून 30 mg/g पर्यंत वाढली (चित्र 7D). ही अपरिहार्य प्रतिक्रिया rGO/nZVI कंपोझिटच्या पृष्ठभाग 50 पर्यंत पोहोचण्यासाठी DC आयन वस्तुमान हस्तांतरण प्रतिकारापेक्षा जास्त प्रारंभिक DC एकाग्रतेसह प्रेरक शक्तीमध्ये वाढ झाल्यामुळे आहे.
संपर्क वेळ आणि गतिज अभ्यास हे शोषणाचा समतोल वेळ समजून घेण्याचा उद्देश आहे. प्रथम, संपर्क वेळेच्या पहिल्या 40 मिनिटांत शोषलेल्या डीसीचे प्रमाण संपूर्ण वेळेत (100 मिनिटे) शोषलेल्या एकूण रकमेच्या अंदाजे अर्धे होते. द्रावणातील DC रेणू एकमेकांशी आदळत असताना rGO/nZVI कंपोझिटच्या पृष्ठभागावर वेगाने स्थलांतरित होतात परिणामी लक्षणीय शोषण होते. 40 मिनिटांनंतर, 60 मिनिटांनंतर (चित्र 7D) समतोल होईपर्यंत डीसी शोषण हळूहळू आणि हळूहळू वाढले. वाजवी रक्कम पहिल्या 40 मिनिटांत शोषली जात असल्याने, DC रेणूंशी कमी टक्कर होतील आणि शोषून न घेतलेल्या रेणूंसाठी कमी सक्रिय साइट्स उपलब्ध असतील. म्हणून, शोषण दर कमी केला जाऊ शकतो51.
शोषण गतीशास्त्र अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, स्यूडो फर्स्ट ऑर्डर (Fig. 8A), स्यूडो सेकंड ऑर्डर (Fig. 8B), आणि Elovich (Fig. 8C) कायनेटिक मॉडेल्सचे लाइन प्लॉट वापरले गेले. कायनेटिक स्टडीज (टेबल S1) मधून मिळालेल्या पॅरामीटर्सवरून, हे स्पष्ट होते की स्यूडोसेकंद मॉडेल हे शोषण गतीशास्त्राचे वर्णन करण्यासाठी सर्वोत्तम मॉडेल आहे, जेथे R2 मूल्य इतर दोन मॉडेलपेक्षा जास्त सेट केले जाते. गणना केलेल्या शोषण क्षमता (qe, cal) मध्ये देखील समानता आहे. स्यूडो-सेकंड ऑर्डर आणि प्रायोगिक मूल्ये (qe, exp.) हे आणखी पुरावे आहेत की स्यूडो-सेकंड ऑर्डर हे इतर मॉडेल्सपेक्षा चांगले मॉडेल आहे. तक्ता 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, α (प्रारंभिक शोषण दर) आणि β (डिसोर्प्शन स्थिरांक) ची मूल्ये पुष्टी करतात की शोषण दर desorption दरापेक्षा जास्त आहे, हे दर्शविते की DC rGO/nZVI52 संमिश्र वर कार्यक्षमतेने शोषून घेते. .
स्यूडो-सेकंड ऑर्डर (ए), स्यूडो-फर्स्ट ऑर्डर (बी) आणि एलोविच (सी) [को = 25–100 मिलीग्राम l–1, पीएच = 7, टी = 25 °C, डोस = 0.05 ग्रॅमचे रेखीय शोषण गतिज भूखंड ].
शोषण समतापांच्या अभ्यासामुळे शोषक (RGO/nRVI कंपोझिट) ची शोषण क्षमता विविध शोषक सांद्रता (DC) आणि प्रणाली तापमानात निर्धारित करण्यात मदत होते. जास्तीत जास्त शोषण क्षमतेची गणना Langmuir isotherm वापरून केली गेली, ज्याने असे सूचित केले की शोषण एकसंध आहे आणि त्यांच्यातील परस्परसंवादाशिवाय शोषकांच्या पृष्ठभागावर adsorbate monolayer तयार करणे समाविष्ट आहे. इतर दोन मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे आइसोथर्म मॉडेल फ्रुंडलिच आणि टेमकिन मॉडेल आहेत. जरी Freundlich मॉडेलचा वापर शोषण क्षमतेची गणना करण्यासाठी केला जात नसला तरी, ते विषम शोषण प्रक्रिया समजून घेण्यास मदत करते आणि शोषक वरील रिक्त स्थानांमध्ये भिन्न ऊर्जा असते, तर टेमकिन मॉडेल शोषण 54 चे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म समजण्यास मदत करते.
आकृती 9A-C अनुक्रमे लँगमुइर, फ्रेंडलिच आणि टेमकिन मॉडेल्सचे लाइन प्लॉट दर्शविते. फ्रुंडलिच (Fig. 9A) आणि Langmuir (Fig. 9B) लाइन प्लॉट्समधून काढलेली R2 मूल्ये आणि तक्ता 2 मध्ये सादर केलेली दर्शविते की rGO/nZVI कंपोझिटवरील DC शोषण फ्रुंडलिच (0.996) आणि लँगमुइर (0.988) समस्थानिकांचे अनुसरण करते. मॉडेल आणि टेमकिन (0.985). Langmuir isotherm मॉडेल वापरून गणना केलेली कमाल शोषण क्षमता (qmax), 31.61 mg g-1 होती. याव्यतिरिक्त, डायमेंशनलेस सेपरेशन फॅक्टर (RL) चे गणना केलेले मूल्य 0 आणि 1 (0.097) दरम्यान आहे, जे अनुकूल शोषण प्रक्रिया दर्शवते. अन्यथा, गणना केलेला Freundlich स्थिरांक (n = 2.756) या शोषण प्रक्रियेसाठी प्राधान्य दर्शवतो. टेमकिन समस्थानिक (Fig. 9C) च्या रेखीय मॉडेलनुसार, rGO/nZVI कंपोझिटवरील DC चे शोषण ही भौतिक शोषण प्रक्रिया आहे, कारण b ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55 आहे. जरी शारीरिक शोषण सामान्यतः कमकुवत व्हॅन डेर वाल्स फोर्सद्वारे मध्यस्थी केले जाते, तरीही rGO/nZVI कंपोझिटवर थेट वर्तमान शोषण कमी शोषण ऊर्जा आवश्यक आहे [56, 57].
फ्रुंडलिच (ए), लँगमुइर (बी), आणि टेमकिन (सी) रेखीय शोषण समताप [को = 25–100 मिलीग्राम L–1, pH = 7, T = 25 °C, डोस = 0.05 ग्रॅम]. rGO/nZVI कंपोजिट (D) [Co = 25–100 mg l-1, pH = 7, T = 25–55 °C आणि डोस = 0.05 g] द्वारे DC शोषणासाठी van't Hoff समीकरणाचा प्लॉट.
rGO/nZVI कंपोझिटमधून डीसी काढण्यावर प्रतिक्रिया तापमान बदलाच्या परिणामाचे मूल्यांकन करण्यासाठी, थर्मोडायनामिक पॅरामीटर्स जसे की एन्ट्रॉपी बदल (ΔS), एन्थॅल्पी बदल (ΔH), आणि मुक्त ऊर्जा बदल (ΔG) समीकरणांमधून मोजले गेले. 3 आणि 458.
जेथे \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) – थर्मोडायनामिक समतोल स्थिरांक, Ce आणि CAe – सोल्युशनमध्ये rGO, पृष्ठभाग समतोल येथे अनुक्रमे /nZVI DC सांद्रता. R आणि RT हे अनुक्रमे वायू स्थिर आणि शोषण तापमान आहेत. 1/T विरुद्ध ln Ke प्लॉटिंग केल्याने एक सरळ रेषा (Fig. 9D) मिळते ज्यावरून ∆S आणि ∆H ठरवता येतात.
नकारात्मक ΔH मूल्य सूचित करते की प्रक्रिया एक्झोथर्मिक आहे. दुसरीकडे, ΔH मूल्य भौतिक शोषण प्रक्रियेत आहे. तक्ता 3 मधील नकारात्मक ΔG मूल्ये सूचित करतात की शोषण शक्य आणि उत्स्फूर्त आहे. ΔS ची नकारात्मक मूल्ये द्रव इंटरफेसवर शोषक रेणूंचा उच्च क्रम दर्शवितात (तक्ता 3).
सारणी 4 rGO/nZVI कंपोझिटची तुलना मागील अभ्यासात नोंदवलेल्या इतर शोषकांसह करते. हे स्पष्ट आहे की VGO/nCVI कंपोझिटमध्ये उच्च शोषण क्षमता आहे आणि पाण्यामधून DC प्रतिजैविक काढून टाकण्यासाठी एक आशादायक सामग्री असू शकते. याव्यतिरिक्त, rGO/nZVI कंपोझिटचे शोषण ही 60 मिनिटांच्या समतोल वेळेसह जलद प्रक्रिया आहे. rGO/nZVI कंपोझिटचे उत्कृष्ट शोषण गुणधर्म rGO आणि nZVI च्या समन्वयात्मक प्रभावाद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकतात.
आकृती 10A, B rGO/nZVI आणि nZVI कॉम्प्लेक्सद्वारे DC प्रतिजैविक काढून टाकण्यासाठी तर्कसंगत यंत्रणा स्पष्ट करतात. डीसी शोषणाच्या कार्यक्षमतेवर पीएचच्या प्रभावावरील प्रयोगांच्या परिणामांनुसार, पीएचमध्ये 3 ते 7 पर्यंत वाढ झाली आहे, आरजीओ/एनझेडव्हीआय कंपोझिटवरील डीसी शोषण इलेक्ट्रोस्टॅटिक परस्परसंवादाद्वारे नियंत्रित केले जात नाही, कारण ते zwitterion म्हणून कार्य करते; म्हणून, pH मूल्यातील बदलाचा शोषण प्रक्रियेवर परिणाम होत नाही. त्यानंतर, शोषण यंत्रणा हायड्रोजन बाँडिंग, हायड्रोफोबिक इफेक्ट्स आणि rGO/nZVI कंपोझिट आणि DC66 मधील π-π स्टॅकिंग परस्परक्रियांसारख्या गैर-इलेक्ट्रोस्टॅटिक परस्परसंवादाद्वारे नियंत्रित केली जाऊ शकते. हे सर्वज्ञात आहे की स्तरित ग्राफीनच्या पृष्ठभागावरील सुगंधी शोषकांची यंत्रणा मुख्य प्रेरक शक्ती म्हणून π–π स्टॅकिंग परस्परसंवादाद्वारे स्पष्ट केली गेली आहे. π-π* संक्रमणामुळे 233 nm जास्तीत जास्त शोषणासह ग्रॅफिन सारखीच संमिश्र सामग्री आहे. DC adsorbate च्या आण्विक संरचनेत चार सुगंधी रिंगांच्या उपस्थितीच्या आधारावर, आम्ही असे गृहित धरले की सुगंधित DC (π-इलेक्ट्रॉन स्वीकारणारा) आणि π-इलेक्ट्रॉनने समृद्ध प्रदेश यांच्यात π-π-स्टॅकिंग परस्परसंवादाची यंत्रणा आहे. RGO पृष्ठभाग. /nZVI कंपोझिट. याव्यतिरिक्त, अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. 10B, DC सह rGO/nZVI कंपोझिटच्या आण्विक परस्परसंवादाचा अभ्यास करण्यासाठी FTIR अभ्यास केला गेला आणि DC शोषणानंतर rGO/nZVI कंपोझिटचा FTIR स्पेक्ट्रा आकृती 10B मध्ये दर्शविला आहे. 10 ब. 2111 cm-1 वर एक नवीन शिखर दिसले, जे C=C बाँडच्या फ्रेमवर्क कंपनाशी संबंधित आहे, जे 67 rGO/nZVI च्या पृष्ठभागावर संबंधित सेंद्रिय कार्यात्मक गटांची उपस्थिती दर्शवते. इतर शिखरे 1561 ते 1548 cm-1 आणि 1399 ते 1360 cm-1 पर्यंत स्थलांतरित होतात, जे π-π परस्परसंवाद ग्राफीन आणि सेंद्रिय प्रदूषकांच्या शोषणात महत्त्वाची भूमिका बजावतात याची पुष्टी देखील करते 68,69. डीसी शोषणानंतर, काही ऑक्सिजन-युक्त गटांची तीव्रता, जसे की OH, 3270 सेमी-1 पर्यंत कमी झाली, जे सूचित करते की हायड्रोजन बाँडिंग हे शोषण यंत्रणेपैकी एक आहे. अशा प्रकारे, परिणामांवर आधारित, rGO/nZVI संमिश्र वरील डीसी शोषण मुख्यतः π-π स्टॅकिंग परस्परसंवाद आणि H-बॉन्ड्समुळे होते.
rGO/nZVI आणि nZVI कॉम्प्लेक्स (A) द्वारे डीसी प्रतिजैविकांच्या शोषणाची तर्कसंगत यंत्रणा. rGO/nZVI आणि nZVI (B) वर DC चे FTIR शोषण स्पेक्ट्रा.
nZVI च्या तुलनेत 3244, 1615, 1546 आणि 1011 cm–1 वर nZVI च्या शोषण बँडची तीव्रता nZVI (Fig. 10B) वर डीसी शोषणानंतर वाढली, जी कार्बोक्झिलिक ऍसिडच्या संभाव्य कार्यात्मक गटांशी परस्परसंवादाशी संबंधित असावी. DC मधील O गट. तथापि, सर्व निरीक्षण केलेल्या बँडमधील प्रसाराची ही कमी टक्केवारी शोषण प्रक्रियेपूर्वी nZVI च्या तुलनेत फायटोसिंथेटिक शोषक (nZVI) च्या शोषण कार्यक्षमतेमध्ये कोणतेही महत्त्वपूर्ण बदल दर्शवित नाही. nZVI71 सह काही DC काढण्याच्या संशोधनानुसार, जेव्हा nZVI H2O सह प्रतिक्रिया देते, तेव्हा इलेक्ट्रॉन सोडले जातात आणि नंतर H+ चा वापर अत्यंत कमी करण्यायोग्य सक्रिय हायड्रोजन तयार करण्यासाठी केला जातो. शेवटी, काही cationic संयुगे सक्रिय हायड्रोजनमधून इलेक्ट्रॉन स्वीकारतात, परिणामी -C=N आणि -C=C-, जे बेंझिन रिंगच्या विभाजनास कारणीभूत ठरते.