حذف هم افزایی آنتی بیوتیک های داکسی سایکلین از آب توسط اکسید گرافن کاهش یافته مصنوعی سبز رنگ و کمپلکس های آهن نانو صفر

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم. نسخه مرورگری که استفاده می کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد. برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید). در عین حال، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت ارائه می کنیم.
در این کار، کامپوزیت‌های rGO/nZVI برای اولین بار با استفاده از یک روش ساده و سازگار با محیط‌زیست با استفاده از عصاره برگ زرد سوفورا به‌عنوان عامل کاهنده و تثبیت‌کننده برای مطابقت با اصول شیمی «سبز»، مانند سنتز شیمیایی کم‌مضر، سنتز شدند. چندین ابزار برای تایید سنتز موفقیت آمیز کامپوزیت ها استفاده شده است، مانند SEM، EDX، XPS، XRD، FTIR، و پتانسیل زتا که نشان دهنده موفقیت آمیز ساخت کامپوزیت است. ظرفیت حذف کامپوزیت های جدید و nZVI خالص در غلظت های مختلف شروع آنتی بیوتیک داکسی سایکلین برای بررسی اثر هم افزایی بین rGO و nZVI مقایسه شد. تحت شرایط حذف 25 میلی گرم L-1، 25 درجه سانتی گراد و 0.05 گرم، نرخ حذف جذبی nZVI خالص 90٪ بود، در حالی که نرخ حذف جذبی داکسی سایکلین توسط کامپوزیت rGO/nZVI به 94.6٪ رسید که تأیید می کند که nZVI و rGO . فرآیند جذب مطابق با یک شبه مرتبه دوم است و با مدل فروندلیچ با حداکثر ظرفیت جذب 31.61 میلی گرم در گرم در دمای 25 درجه سانتی گراد و pH 7 مطابقت خوبی دارد. مکانیسم معقولی برای حذف DC پیشنهاد شده است. علاوه بر این، قابلیت استفاده مجدد از کامپوزیت rGO/nZVI پس از شش چرخه بازسازی متوالی 60٪ بود.
کمبود آب و آلودگی در حال حاضر تهدیدی جدی برای همه کشورهاست. در سال های اخیر، آلودگی آب، به ویژه آلودگی آنتی بیوتیکی، به دلیل افزایش تولید و مصرف در طول همه گیری COVID-19 افزایش یافته است. بنابراین، توسعه یک فناوری موثر برای حذف آنتی بیوتیک ها در فاضلاب یک کار فوری است.
یکی از آنتی بیوتیک های نیمه سنتزی مقاوم از گروه تتراسایکلین داکسی سایکلین (DC)4،5 است. گزارش شده است که بقایای DC در آب‌های زیرزمینی و سطحی قابل متابولیسم نیستند، تنها 20 تا 50 درصد متابولیزه می‌شوند و بقیه در محیط رها می‌شوند و مشکلات زیست‌محیطی و بهداشتی جدی ایجاد می‌کنند.
قرار گرفتن در معرض DC در سطوح پایین می تواند میکروارگانیسم های فتوسنتزی آبزی را از بین ببرد، گسترش باکتری های ضد میکروبی را تهدید کند و مقاومت ضد میکروبی را افزایش دهد، بنابراین این آلاینده باید از فاضلاب حذف شود. تخریب طبیعی DC در آب یک فرآیند بسیار کند است. فرآیندهای فیزیکوشیمیایی مانند فتولیز، تجزیه زیستی و جذب تنها می توانند در غلظت های پایین و با سرعت بسیار پایین تجزیه شوند. با این حال، مقرون به صرفه ترین، ساده ترین، سازگار با محیط زیست، روش آسان برای رسیدگی و کارآمد، جذب9،10 است.
آهن نانو ظرفیت صفر (nZVI) ماده بسیار قدرتمندی است که می تواند بسیاری از آنتی بیوتیک ها از جمله مترونیدازول، دیازپام، سیپروفلوکساسین، کلرامفنیکل و تتراسایکلین را از آب حذف کند. این توانایی به دلیل خواص شگفت انگیزی است که nZVI دارد، مانند واکنش پذیری بالا، سطح بزرگ، و مکان های اتصال خارجی متعدد. با این حال، nZVI به دلیل نیروهای واندرولز و خواص مغناطیسی بالا مستعد تجمع در محیط های آبی است که به دلیل تشکیل لایه های اکسیدی که از واکنش پذیری nZVI10,12 جلوگیری می کند، اثربخشی آن را در حذف آلاینده ها کاهش می دهد. تراکم ذرات nZVI را می توان با اصلاح سطوح آنها با سورفکتانت ها و پلیمرها یا با ترکیب آنها با سایر نانومواد به شکل کامپوزیت کاهش داد، که ثابت شده است که یک رویکرد قابل دوام برای بهبود پایداری آنها در محیط است13،14.
گرافن یک نانو ماده کربنی دو بعدی است که از اتم‌های کربن هیبرید شده sp2 تشکیل شده است که در یک شبکه لانه زنبوری چیده شده‌اند. دارای مساحت سطح بزرگ، استحکام مکانیکی قابل توجه، فعالیت الکتروکاتالیستی عالی، هدایت حرارتی بالا، تحرک سریع الکترون و یک ماده حامل مناسب برای پشتیبانی از نانوذرات معدنی بر روی سطح خود است. ترکیب نانوذرات فلزی و گرافن می‌تواند تا حد زیادی از مزایای فردی هر ماده فراتر رفته و به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی برتر، توزیع بهینه نانوذرات را برای تصفیه آب کارآمدتر فراهم کند.
عصاره های گیاهی بهترین جایگزین برای عوامل کاهش دهنده شیمیایی مضر هستند که معمولاً در سنتز اکسید گرافن احیا شده (rGO) و nZVI استفاده می شوند، زیرا در دسترس، ارزان، یک مرحله ای، بی خطر برای محیط زیست هستند و می توانند به عنوان عوامل کاهش دهنده استفاده شوند. مانند فلاونوئیدها و ترکیبات فنلی نیز به عنوان یک تثبیت کننده عمل می کند. بنابراین در این مطالعه از عصاره برگ Atriplex halimus L. به عنوان ترمیم کننده و بسته کننده برای سنتز کامپوزیت های rGO/nZVI استفاده شد. Atriplex halimus از خانواده Amaranthaceae درختچه ای است چند ساله نیتروژن دوست با گستره جغرافیایی وسیع16.
با توجه به ادبیات موجود، Atriplex halimus (A. halimus) برای اولین بار برای ساخت کامپوزیت های rGO/nZVI به عنوان یک روش سنتز اقتصادی و سازگار با محیط زیست استفاده شد. بنابراین، هدف این کار شامل چهار بخش است: (1) فیتوسنتز کامپوزیت‌های rGO/nZVI و nZVI والدین با استفاده از عصاره برگ آبی A. halimus، (2) شناسایی کامپوزیت‌های فیتوسنتز شده با استفاده از روش‌های متعدد برای تایید ساخت موفقیت‌آمیز آنها، (3) ) بررسی اثر هم افزایی rGO و nZVI در جذب و حذف آلاینده های آلی آنتی بیوتیک های داکسی سایکلین تحت پارامترهای مختلف واکنش، بهینه سازی شرایط فرآیند جذب، (3) بررسی مواد کامپوزیتی در تیمارهای مداوم مختلف پس از چرخه فرآوری.
داکسی سایکلین هیدروکلراید (DC, MM = 480.90، فرمول شیمیایی C22H24N2O·HCl، 98%)، هگزا هیدرات کلرید آهن (FeCl3.6H2O، 97%)، پودر گرافیت خریداری شده از Sigma-Aldrich، ایالات متحده. هیدروکسید سدیم (NaOH، 97%)، اتانول (C2H5OH، 99.9%) و اسید کلریدریک (HCl، 37%) از Merck، ایالات متحده آمریکا خریداری شد. NaCl، KCl، CaCl2، MnCl2 و MgCl2 از Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. خریداری شدند. همه معرف ها دارای خلوص تحلیلی بالایی هستند. برای تهیه تمام محلول های آبی از آب دوبار تقطیر استفاده شد.
نمونه های نماینده A. halimus از زیستگاه طبیعی آنها در دلتای نیل و زمین هایی در امتداد سواحل مدیترانه مصر جمع آوری شده است. مواد گیاهی مطابق با دستورالعمل های ملی و بین المللی قابل اجرا جمع آوری شد. پروفسور منال فوزی نمونه های گیاهی را طبق Boulos18 شناسایی کرده است و دپارتمان علوم محیطی دانشگاه اسکندریه اجازه جمع آوری گونه های گیاهی مورد مطالعه را برای اهداف علمی می دهد. کوپن های نمونه در هرباریوم دانشگاه تانتا (TANE) با شماره کوپن ها نگهداری می شوند. 14 122-14 127، یک گیاه دارویی عمومی که دسترسی به مواد رسوب‌شده را فراهم می‌کند. علاوه بر این، برای از بین بردن گرد و غبار یا کثیفی، برگ های گیاه را به قطعات کوچک برش دهید، 3 بار با شیر و آب مقطر شستشو دهید و سپس در دمای 50 درجه سانتی گراد خشک کنید. گیاه را خرد کرده، 5 گرم از پودر ریز را در 100 میلی لیتر آب مقطر غوطه ور کرده و در دمای 70 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه هم زده تا عصاره حاصل شود. عصاره به‌دست‌آمده باسیلوس نیکوتیانا از طریق کاغذ صافی واتمن فیلتر شد و برای استفاده بیشتر در لوله‌های تمیز و استریل شده در دمای 4 درجه سانتی‌گراد نگهداری شد.
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، GO از پودر گرافیت با روش اصلاح شده هامرز ساخته شده است. 10 میلی گرم پودر GO در 50 میلی لیتر آب دیونیزه به مدت 30 دقیقه تحت فراصوت پراکنده شد و سپس 0.9 گرم FeCl3 و 2.9 گرم NaAc به مدت 60 دقیقه مخلوط شدند. 20 میلی لیتر عصاره برگ آتریپلکس با هم زدن به محلول هم زده اضافه شد و به مدت 8 ساعت در دمای 80 درجه سانتی گراد قرار گرفت. سوسپانسیون سیاه رنگ حاصل فیلتر شد. نانوکامپوزیت های تهیه شده با اتانول و آب دو مقطر شسته و سپس در آون خلاء با دمای 50 درجه سانتی گراد به مدت 12 ساعت خشک شدند.
عکس های شماتیک و دیجیتال سنتز سبز کمپلکس های rGO/nZVI و nZVI و حذف آنتی بیوتیک های DC از آب آلوده با استفاده از عصاره هالیموس Atriplex.
به طور خلاصه، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، 10 میلی لیتر از محلول کلرید آهن حاوی یون های 0.05 مولار Fe3+ به مدت 60 دقیقه با حرارت دادن و هم زدن متوسط ​​به 20 میلی لیتر محلول عصاره برگ تلخ به صورت قطره ای اضافه شد و سپس محلول در سانتریفیوژ شد. 14000 دور در دقیقه (Hermle , 15000 rpm) به مدت 15 دقیقه برای ایجاد ذرات سیاه رنگ که سپس 3 بار با اتانول و آب مقطر شسته شده و سپس در آون خلاء با دمای 60 درجه سانتیگراد یک شبه خشک می شوند.
کامپوزیت‌های rGO/nZVI و nZVI سنتز شده توسط گیاه با طیف‌سنجی مرئی UV (طیف‌فتومترهای UV/Vis سری T70/T80، PG Instruments Ltd، انگلستان) در محدوده اسکن 200-800 نانومتر مشخص شدند. برای تجزیه و تحلیل توپوگرافی و توزیع اندازه کامپوزیت های rGO/nZVI و nZVI، از طیف سنجی TEM (JOEL، JEM-2100F، ژاپن، ولتاژ شتاب دهنده 200 کیلو ولت) استفاده شد. برای ارزیابی گروه‌های عاملی که می‌توانند در عصاره‌های گیاهی مسئول فرآیند بازیابی و تثبیت نقش داشته باشند، طیف‌سنجی FT-IR (طیف‌سنج JASCO در محدوده 4000-600 سانتی‌متر-1) انجام شد. علاوه بر این، یک تحلیلگر پتانسیل زتا (Zetasizer Nano ZS Malvern) برای مطالعه بار سطحی نانومواد سنتز شده استفاده شد. برای اندازه گیری پراش اشعه ایکس نانومواد پودری، از پراش سنج اشعه ایکس (X'PERT PRO، هلند) استفاده شد که در جریان (40 میلی آمپر)، ولتاژ (45 کیلوولت) در محدوده 2θ از 20 درجه تا 80 کار می کند. ° و تابش CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). طیف‌سنج پرتو ایکس پراکنده انرژی (EDX) (مدل JEOL JSM-IT100) مسئول مطالعه ترکیب عنصری هنگام جمع‌آوری پرتوهای ایکس تک رنگ Al K-α از 10- تا 1350 eV در XPS، اندازه نقطه 400 میکرومتر K-ALPHA بود. (Thermo Fisher Scientific, USA) انرژی انتقال طیف کامل 200 eV و طیف باریک 50 eV است. نمونه پودر بر روی یک نگهدارنده نمونه فشار داده می شود که در یک محفظه خلاء قرار می گیرد. طیف C 1 s به عنوان مرجع در 284.58 eV برای تعیین انرژی اتصال استفاده شد.
آزمایش‌های جذب برای آزمایش اثربخشی نانوکامپوزیت‌های سنتز rGO/nZVI در حذف داکسی‌سایکلین (DC) از محلول‌های آبی انجام شد. آزمایشات جذب در فلاسک های ارلن 25 میلی لیتری با سرعت تکان دادن 200 دور در دقیقه بر روی یک تکان دهنده اوربیتال (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) در دمای 298 K انجام شد. با رقیق کردن محلول استوک DC (1000ppm) با آب مقطر دوگانه. برای ارزیابی اثر دوز rGO/nSVI بر راندمان جذب، نانوکامپوزیت‌هایی با وزن‌های مختلف (0.01-0.07 گرم) به 20 میلی‌لیتر محلول DC اضافه شدند. برای مطالعه سینتیک و ایزوترم های جذب، 0.05 گرم از جاذب در محلول آبی CD با غلظت اولیه (25-100 میلی گرم در لیتر) غوطه ور شد. اثر pH بر حذف DC در pH (3-11) و غلظت اولیه 50 میلی‌گرم در لیتر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد مورد مطالعه قرار گرفت. pH سیستم را با افزودن مقدار کمی محلول HCl یا NaOH تنظیم کنید (PH متر کریسون، PH متر، pH 25). علاوه بر این، تأثیر دمای واکنش بر آزمایش‌های جذب در محدوده 25-55 درجه سانتی‌گراد مورد بررسی قرار گرفت. اثر قدرت یونی بر فرآیند جذب با افزودن غلظت‌های مختلف NaCl (0.01-4 mol L-1) در غلظت اولیه DC 50 میلی‌گرم در لیتر، pH 3 و 7، 25 درجه سانتی‌گراد و دوز جاذب 0.05 گرم. جذب DC غیرجذب با استفاده از یک اسپکتروفتومتر UV-Vis با پرتو دوگانه (سری T70/T80، PG Instruments Ltd، UK) مجهز به کووت‌های کوارتز با طول مسیر 1.0 سانتی‌متری در حداکثر طول موج (λmax) 270 و 350 نانومتر اندازه‌گیری شد. درصد حذف آنتی بیوتیک های DC (R%؛ معادله 1) و مقدار جذب DC، qt، معادله. 2 (mg/g) با استفاده از رابطه زیر اندازه گیری شد.
که در آن %R ظرفیت حذف DC (%)، Co غلظت DC اولیه در زمان 0 و C به ترتیب غلظت DC در زمان t است (mg L-1).
که در آن qe مقدار DC جذب شده در واحد جرم جاذب است (mgg-1)، Co و Ce به ترتیب غلظت در زمان صفر و در حالت تعادل (mg l-1)، V حجم محلول (l) است. و m معرف جرم جذب (g) است.
تصاویر SEM (شکل 2A-C) مورفولوژی لایه‌ای کامپوزیت rGO/nZVI را با نانوذرات آهن کروی که به طور یکنواخت بر روی سطح آن پراکنده شده‌اند نشان می‌دهند که نشان‌دهنده اتصال موفقیت‌آمیز NPs nZVI به سطح rGO است. علاوه بر این، برخی از چین و چروک ها در برگ rGO وجود دارد که حذف گروه های حاوی اکسیژن را به طور همزمان با ترمیم A. halimus GO تایید می کند. این چین و چروک های بزرگ به عنوان محل بارگیری فعال نانوذرات آهن عمل می کنند. تصاویر nZVI (شکل 2D-F) نشان داد که نانوذرات آهن کروی بسیار پراکنده بوده و تجمع نمی‌یابند، که به دلیل ماهیت پوششی اجزای گیاه‌شناسی عصاره گیاه است. اندازه ذرات در 15 تا 26 نانومتر متفاوت بود. با این حال، برخی مناطق دارای مورفولوژی مزوپور با ساختار برآمدگی ها و حفره ها هستند که می تواند ظرفیت جذب موثر بالای nZVI را فراهم کند، زیرا می توانند امکان به دام انداختن مولکول های DC را در سطح nZVI افزایش دهند. هنگامی که از عصاره روزا دمشق برای سنتز nZVI استفاده شد، نانوذرات به‌دست‌آمده ناهمگن، با حفره‌ها و اشکال مختلف بودند که کارایی آن‌ها را در جذب کروم (VI) کاهش داد و زمان واکنش را افزایش داد. نتایج با nZVI سنتز شده از برگ‌های بلوط و توت، که عمدتاً نانوذرات کروی با اندازه‌های نانومتری مختلف بدون تجمع آشکار هستند، مطابقت دارد.
تصاویر SEM از کامپوزیت‌های rGO/nZVI (AC)، nZVI (D، E) و الگوهای EDX کامپوزیت‌های nZVI/rGO (G) و nZVI (H).
ترکیب عنصری کامپوزیت های rGO/nZVI و nZVI سنتز شده از گیاه با استفاده از EDX مورد مطالعه قرار گرفت (شکل 2G، H). مطالعات نشان می دهد که nZVI از کربن (29/38 درصد جرمی)، اکسیژن (41/47 درصد جرمی) و آهن (84/11 درصد جرمی) تشکیل شده است، اما عناصر دیگری مانند فسفر 24 نیز وجود دارد که می توان از عصاره های گیاهی به دست آورد. علاوه بر این، درصد بالای کربن و اکسیژن به دلیل وجود مواد شیمیایی گیاهی از عصاره های گیاهی در نمونه های زیرسطحی nZVI است. این عناصر به طور مساوی بر روی rGO توزیع شده اند اما در نسبت های مختلف: C (39.16 درصد وزنی)، O (46.98 درصد وزنی و Fe (10.99 درصد وزنی ٪)، EDX rGO/nZVI همچنین حضور عناصر دیگری مانند S را نشان می دهد که می تواند با عصاره های گیاهی همراه باشد، استفاده می شود. نسبت فعلی C:O و محتوای آهن در کامپوزیت rGO/nZVI با استفاده از A. halimus بسیار بهتر از استفاده از عصاره برگ اکالیپتوس است، زیرا ترکیب C (23.44 درصد وزنی)، O (68.29 درصد وزنی) را مشخص می کند. و آهن (8.27 درصد وزنی). wt%) 25. Nataša و همکاران، 2022 ترکیب عنصری مشابهی از nZVI سنتز شده از برگ های بلوط و توت را گزارش کردند و تأیید کردند که گروه های پلی فنول و سایر مولکول های موجود در عصاره برگ مسئول فرآیند کاهش هستند.
مورفولوژی nZVI سنتز شده در گیاهان (شکل S2A,B) کروی و تا حدی نامنظم بود، با اندازه متوسط ​​ذرات 3.54 ± 23.09 نانومتر، با این حال دانه های زنجیره ای به دلیل نیروهای واندروالس و فرومغناطیس مشاهده شد. این شکل ذرات عمدتا دانه ای و کروی با نتایج SEM مطابقت خوبی دارد. مشاهده مشابهی توسط عبدالفتاح و همکاران یافت شد. در سال 2021 زمانی که عصاره برگ کرچک در سنتز nZVI11 استفاده شد. NPهای عصاره برگ Ruelas tuberosa که به عنوان عامل کاهنده در nZVI استفاده می شوند نیز دارای شکل کروی با قطر 20 تا 40 نانومتر هستند.
تصاویر ترکیبی TEM ترکیبی rGO/nZVI (شکل S2C-D) نشان داد که rGO یک صفحه پایه با چین و چروک‌های حاشیه‌ای است که مکان‌های بارگذاری متعددی را برای NPs nZVI فراهم می‌کند. این مورفولوژی لایه ای نیز ساخت موفقیت آمیز rGO را تایید می کند. علاوه بر این، نانوذرات nZVI شکل کروی با اندازه ذرات از 5.32 تا 27 نانومتر دارند و در لایه rGO با پراکندگی تقریباً یکنواختی تعبیه شده‌اند. عصاره برگ اکالیپتوس برای سنتز نانوذرات آهن / rGO استفاده شد. نتایج TEM همچنین تایید کرد که چین و چروک در لایه rGO پراکندگی نانوذرات آهن را بیش از نانوذرات آهن خالص بهبود بخشید و واکنش پذیری کامپوزیت ها را افزایش داد. نتایج مشابهی توسط باقری و همکاران به دست آمد. 28 زمانی که کامپوزیت با استفاده از تکنیک های اولتراسونیک با اندازه متوسط ​​نانوذرات آهن تقریباً 70/17 نانومتر ساخته شد.
طیف FTIR کامپوزیت های A. halimus، nZVI، GO، rGO و rGO/nZVI در شکل ها نشان داده شده است. 3A. وجود گروه های عاملی سطحی در برگ های A. halimus در 3336 سانتی متر-1 که مربوط به پلی فنول ها است و 1244 سانتی متر-1 که مربوط به گروه های کربونیل تولید شده توسط پروتئین است ظاهر می شود. گروه های دیگری مانند آلکان ها در 2918 سانتی متر-1، آلکن ها در 1647 سانتی متر-1 و پسوندهای CO-O-CO در 1030 سانتی متر-1 نیز مشاهده شده اند که نشان دهنده وجود اجزای گیاهی است که به عنوان عوامل آب بندی عمل می کنند و مسئول بازیابی هستند. از Fe2+ به Fe0 و GO به rGO29. به طور کلی، طیف‌های nZVI همان پیک‌های جذبی را مانند قندهای تلخ نشان می‌دهند، اما با موقعیت کمی جابجا شده‌اند. یک نوار شدید در 3244 cm-1 همراه با ارتعاشات کششی OH (فنل ها)، یک اوج در 1615 مربوط به C=C است و نوارهایی در 1546 و 1011 cm-1 به دلیل کشش C=O (پلی فنل ها و فلاونوئیدها) به وجود می آیند. گروه‌های CN آمین‌های آروماتیک و آمین‌های آلیفاتیک نیز به ترتیب در 1310 سانتی‌متر و 1190 سانتی‌متر در 1 مشاهده شدند. طیف FTIR GO حضور بسیاری از گروه‌های حاوی اکسیژن با شدت بالا را نشان می‌دهد، از جمله نوار کششی آلکوکسی (CO) در 1041 سانتی‌متر-1، نوار کششی اپوکسی (CO) در 1291 سانتی‌متر-1، کشش C=O. نواری از ارتعاشات کششی C=C در 1619 سانتی متر-1، یک نوار در 1708 سانتی متر-1 و یک نوار وسیع از ارتعاشات کششی گروه OH در 3384 سانتی متر-1 ظاهر شد که با روش بهبود یافته هامرز تأیید می شود که با موفقیت اکسید می شود. فرآیند گرافیت هنگام مقایسه کامپوزیت‌های rGO و rGO/nZVI با طیف‌های GO، شدت برخی از گروه‌های حاوی اکسیژن، مانند OH در 3270 سانتی‌متر-1، به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد، در حالی که گروه‌های دیگر، مانند C=O در 1729 سانتی‌متر-1، کاملاً کاهش می‌یابند. کاهش یافته است. ناپدید شد، که نشان دهنده حذف موفقیت آمیز گروه های عاملی حاوی اکسیژن در GO توسط عصاره A. halimus است. پیک های مشخصه تیز جدید rGO در کشش C=C در حدود 1560 و 1405 cm-1 مشاهده می شوند که کاهش GO به rGO را تایید می کند. تغییرات از 1043 تا 1015 سانتی متر در 1 و از 982 تا 918 سانتی متر در 1 مشاهده شد، احتمالاً به دلیل گنجاندن مواد گیاهی 31،32. ونگ و همکاران، 2018 همچنین کاهش قابل توجهی در گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار در GO مشاهده کردند، که تشکیل موفقیت‌آمیز rGO با کاهش زیستی را تأیید کرد، زیرا عصاره‌های برگ اکالیپتوس، که برای سنتز کامپوزیت‌های اکسید گرافن آهن کاهش‌یافته استفاده می‌شد، طیف FTIR نزدیک‌تری از اجزای گیاهی را نشان داد. گروه های عملکردی 33 .
الف. طیف FTIR گالیم، nZVI، rGO، GO، کامپوزیت rGO/nZVI (A). کامپوزیت های رونتگنوگرافی rGO، GO، nZVI و rGO/nZVI (B).
تشکیل کامپوزیت های rGO/nZVI و nZVI تا حد زیادی توسط الگوهای پراش اشعه ایکس تایید شد (شکل 3B). یک اوج Fe0 با شدت بالا در 2½ 44.5 درجه مشاهده شد که مربوط به شاخص (110) (JCPDS شماره 06-0696)11 است. قله دیگری در 35.1 درجه از صفحه (311) به مگنتیت Fe3O4 نسبت داده می شود، 63.2 درجه ممکن است با شاخص میلر صفحه (440) به دلیل وجود ε-FeOOH (JCPDS شماره 17-0536)34 مرتبط باشد. الگوی اشعه ایکس GO یک قله تیز را در 2º 10.3 درجه و یک قله دیگر را در 21.1 درجه نشان می دهد، که نشان دهنده لایه برداری کامل گرافیت و برجسته کردن حضور گروه های حاوی اکسیژن در سطح GO35 است. الگوهای ترکیبی rGO و rGO/nZVI ناپدید شدن قله‌های مشخصه GO و تشکیل قله‌های rGO گسترده در 22.17 و 24.7 درجه را به ترتیب برای کامپوزیت‌های rGO و rGO/nZVI ثبت کردند که بازیابی موفقیت‌آمیز GO توسط عصاره‌های گیاهی را تایید کرد. با این حال، در الگوی ترکیبی rGO/nZVI، پیک‌های اضافی مرتبط با صفحه شبکه Fe0 (110) و bcc Fe0 (200) به ترتیب در 44.9\(^\circ\) و 65.22\(^\circ\) مشاهده شد. .
پتانسیل زتا پتانسیل بین یک لایه یونی متصل به سطح یک ذره و یک محلول آبی است که خواص الکترواستاتیکی یک ماده را تعیین می‌کند و پایداری آن را اندازه‌گیری می‌کند. تجزیه و تحلیل پتانسیل زتا کامپوزیت های nZVI، GO و rGO/nZVI سنتز شده توسط گیاه، پایداری آنها را به دلیل وجود بارهای منفی 20.8-، 22- و 27.4- میلی ولت در سطح آنها نشان داد، همانطور که در شکل S1A- نشان داده شده است. سی. . چنین نتایجی با چندین گزارش مطابقت دارد که ذکر می‌کنند محلول‌های حاوی ذرات با مقادیر پتانسیل زتا کمتر از 25- میلی ولت معمولاً به دلیل دافعه الکترواستاتیکی بین این ذرات، درجه بالایی از پایداری را نشان می‌دهند. ترکیب rGO و nZVI به کامپوزیت اجازه می دهد تا بارهای منفی بیشتری به دست آورد و بنابراین پایداری بالاتری نسبت به GO یا nZVI به تنهایی دارد. بنابراین پدیده دافعه الکترواستاتیکی منجر به تشکیل کامپوزیت های پایدار rGO/nZVI39 خواهد شد. سطح منفی GO به آن اجازه می دهد تا به طور مساوی در یک محیط آبی بدون تجمع پراکنده شود، که شرایط مطلوبی را برای تعامل با nZVI ایجاد می کند. بار منفی ممکن است با حضور گروه‌های عملکردی مختلف در عصاره خربزه تلخ همراه باشد، که همچنین برهمکنش بین GO و پیش‌سازهای آهن و عصاره گیاه برای تشکیل rGO و nZVI، و کمپلکس rGO/nZVI را تایید می‌کند. این ترکیبات گیاهی همچنین می توانند به عنوان عوامل پوشاننده عمل کنند، زیرا از تجمع نانوذرات حاصل جلوگیری می کنند و در نتیجه پایداری آنها را افزایش می دهند.
ترکیب عنصری و حالت های ظرفیت کامپوزیت های nZVI و rGO/nZVI توسط XPS تعیین شد (شکل 4). مطالعه کلی XPS نشان داد که کامپوزیت rGO/nZVI عمدتاً از عناصر C، O و Fe تشکیل شده است که مطابق با نقشه برداری EDS است (شکل 4F-H). طیف C1s از سه پیک در 284.59 eV، 286.21 eV و 288.21 eV تشکیل شده است که به ترتیب نشان دهنده CC، CO و C=O است. طیف O1s به سه قله شامل 531.17 eV، 532.97 eV و 535.45 eV تقسیم شد که به ترتیب به گروه‌های O=CO، CO و NO اختصاص یافتند. با این حال، پیک های 710.43، 714.57 و 724.79 eV به ترتیب به Fe 2p3/2، Fe+3 و Fe p1/2 اشاره دارند. طیف XPS nZVI (شکل 4C-E) پیک هایی را برای عناصر C، O و Fe نشان داد. پیک های 284.77، 286.25 و 287.62 eV وجود آلیاژهای آهن-کربن را تأیید می کنند، زیرا به ترتیب به CC، C-OH و CO اشاره می کنند. طیف O1s با سه قله C-O/کربنات آهن (531.19 eV)، رادیکال هیدروکسیل (532.4 eV) و O-C = O (533.47 eV) مطابقت دارد. اوج در 719.6 به Fe0 نسبت داده می شود، در حالی که FeOOH پیک هایی را در 717.3 و 723.7 eV نشان می دهد، علاوه بر این، اوج در 725.8 eV نشان دهنده وجود Fe2O342.43 است.
مطالعات XPS کامپوزیت های nZVI و rGO/nZVI به ترتیب (A، B). طیف کامل nZVI C1s (C)، Fe2p (D) و O1s (E) و کامپوزیت rGO/nZVI C1s (F)، Fe2p (G)، O1s (H).
ایزوترم جذب/واجذب N2 (شکل 5A، B) نشان می دهد که کامپوزیت های nZVI و rGO/nZVI متعلق به نوع II هستند. علاوه بر این، سطح ویژه (SBET) nZVI از 47.4549 به 152.52 m2 / g پس از کور شدن با rGO افزایش یافت. این نتیجه را می توان با کاهش خواص مغناطیسی nZVI پس از کور کردن rGO توضیح داد، در نتیجه باعث کاهش تجمع ذرات و افزایش سطح کامپوزیت ها می شود. علاوه بر این، همانطور که در شکل 5C نشان داده شده است، حجم منافذ (8.94 نانومتر) کامپوزیت rGO/nZVI بیشتر از nZVI اصلی (2.873 نانومتر) است. این نتیجه با ال منعم و همکاران همخوانی دارد. 45 .
برای ارزیابی ظرفیت جذب برای حذف DC بین کامپوزیت های rGO/nZVI و nZVI اصلی بسته به افزایش غلظت اولیه، مقایسه ای با افزودن دوز ثابت از هر جاذب (0.05 گرم) به DC در غلظت های اولیه مختلف انجام شد. راه حل بررسی شده [25]. -100 میلی گرم در لیتر در 25 درجه سانتی گراد. نتایج نشان داد که راندمان حذف (94.6٪) از کامپوزیت rGO/nZVI بالاتر از nZVI اصلی (90٪) در غلظت کمتر (25 میلی گرم در لیتر) بود. با این حال، هنگامی که غلظت اولیه به 100 میلی گرم در لیتر افزایش یافت، راندمان حذف rGO/nZVI و nZVI والدین به ترتیب به 70 درصد و 65 درصد کاهش یافت (شکل 6A)، که ممکن است به دلیل کمتر شدن مکان های فعال و تخریب باشد. ذرات nZVI در مقابل، rGO/nZVI کارایی بالاتری در حذف DC نشان داد، که ممکن است به دلیل اثر هم افزایی بین rGO و nZVI باشد، که در آن مکان‌های فعال پایدار موجود برای جذب بسیار بالاتر هستند، و در مورد rGO/nZVI، بیشتر است. DC می تواند نسبت به nZVI دست نخورده جذب شود. علاوه بر این، در شکل. 6B نشان می دهد که ظرفیت جذب کامپوزیت های rGO/nZVI و nZVI به ترتیب از 9.4 میلی گرم بر گرم به 30 میلی گرم بر گرم و 9 میلی گرم در گرم، با افزایش غلظت اولیه از 25 تا 100 میلی گرم در لیتر افزایش یافته است. -1.1 تا 28.73 میلی گرم در گرم. بنابراین، سرعت حذف DC با غلظت اولیه DC همبستگی منفی داشت، که به دلیل تعداد محدودی از مراکز واکنش پشتیبانی شده توسط هر جاذب برای جذب و حذف DC در محلول بود. بنابراین، از این نتایج می توان نتیجه گرفت که کامپوزیت های rGO/nZVI دارای راندمان بالاتری در جذب و کاهش هستند و rGO در ترکیب rGO/nZVI می تواند هم به عنوان جاذب و هم به عنوان ماده حامل استفاده شود.
راندمان حذف و ظرفیت جذب DC برای کامپوزیت rGO/nZVI و nZVI (A، B) [Co = 25 mg L-1-100 mg L-1، T = 25 ° C، دوز = 0.05 گرم]، pH بود. بر ظرفیت جذب و راندمان حذف DC در کامپوزیت‌های rGO/nZVI (C) [Co = 50 میلی‌گرم L-1، pH = 3-11، T = 25 درجه سانتی‌گراد، دوز = 0.05 گرم].
pH محلول یک عامل حیاتی در مطالعه فرآیندهای جذب است، زیرا بر درجه یونیزاسیون، گونه‌زایی و یونیزاسیون جاذب تأثیر می‌گذارد. آزمایش در دمای 25 درجه سانتی گراد با دوز جاذب ثابت (05/0 گرم) و غلظت اولیه 50 میلی گرم در لیتر در محدوده pH (11-3) انجام شد. بر اساس یک بررسی متون 46، DC یک مولکول آمفی دوست با چندین گروه عاملی قابل یونیزاسیون (فنل ها، گروه های آمینه، الکل ها) در سطوح مختلف pH است. در نتیجه، عملکردهای مختلف DC و ساختارهای مرتبط روی سطح کامپوزیت rGO/nZVI ممکن است به صورت الکترواستاتیکی برهمکنش داشته باشند و ممکن است به صورت کاتیون‌ها، زویتریون‌ها و آنیون‌ها وجود داشته باشند، مولکول DC به صورت کاتیونی (DCH3+) در pH <3.3 وجود دارد. zwitteronic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 و آنیونی (DCH- یا DC2-) در PH 7.7. در نتیجه، عملکردهای مختلف DC و ساختارهای مرتبط روی سطح کامپوزیت rGO/nZVI ممکن است به صورت الکترواستاتیکی برهمکنش داشته باشند و ممکن است به صورت کاتیون‌ها، زویتریون‌ها و آنیون‌ها وجود داشته باشند، مولکول DC به صورت کاتیونی (DCH3+) در pH <3.3 وجود دارد. zwitteronic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 و آنیونی (DCH- یا DC2-) در PH 7.7. در результа различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI може да взаимодействовать электростатически и може да существовать в катионов, цвиттер-ионов, катионов и ани. при рН < 3،3، цвитер- ionnый (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 و anionnый (DCH- یا DC2-) در pH 7,7. در نتیجه، عملکردهای مختلف DC و ساختارهای مرتبط روی سطح کامپوزیت rGO/nZVI می‌توانند به صورت الکترواستاتیکی برهمکنش داشته باشند و می‌توانند به شکل کاتیون‌ها، زویتریون‌ها و آنیون‌ها وجود داشته باشند. مولکول DC به عنوان یک کاتیون (DCH3+) در pH <3.3 وجود دارد. یونی (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 و آنیونی (DCH- یا DC2-) در 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表面的相关结构可能会发生静电蛜伙阳离子、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 می تواند вступать в электростатические взаимодействия и существовать в катионов, цвиттер-иновыл, катионов и ДЦГ3+) при рН < 3،3. بنابراین، عملکردهای مختلف DC و ساختارهای مرتبط روی سطح کامپوزیت rGO/nZVI می‌توانند وارد برهمکنش‌های الکترواستاتیکی شوند و به شکل کاتیون‌ها، زویتریون‌ها و آنیون‌ها وجود داشته باشند، در حالی که مولکول‌های DC کاتیونی هستند (DCH3+) در pH <3.3. در صورتی که شاهد цвиттер-یونا (DCH20) با 3,3 < pH < 7,7 و آنیونا (DCH- یا DC2-) با pH 7,7 باشیم. این به صورت یک زویتریون (DCH20) در 3.3 < pH <7.7 و یک آنیون (DCH- یا DC2-) در pH 7.7 وجود دارد.با افزایش pH از 3 به 7، ظرفیت جذب و کارایی حذف DC از 11.2 میلی گرم در گرم (56٪) به 17 میلی گرم در گرم (85٪) افزایش یافت (شکل 6C). با این حال، با افزایش pH به 9 و 11، ظرفیت جذب و راندمان حذف تا حدودی کاهش یافت و به ترتیب از 10.6 میلی گرم در گرم (53%) به 6 میلی گرم در گرم (30%) کاهش یافت. با افزایش pH از 3 به 7، DCها عمدتاً به شکل زوئیتریون‌ها وجود داشتند که باعث می‌شد آنها تقریباً به صورت غیرالکترواستاتیکی با کامپوزیت‌های rGO/nZVI جذب یا دفع شوند، عمدتاً توسط برهمکنش الکترواستاتیک. با افزایش pH بالای 8.2، سطح جاذب بار منفی داشت، بنابراین ظرفیت جذب به دلیل دافعه الکترواستاتیک بین داکسی سایکلین با بار منفی و سطح جاذب کاهش و کاهش یافت. این روند نشان می‌دهد که جذب DC روی کامپوزیت‌های rGO/nZVI بسیار وابسته به pH است، و همچنین نتایج نشان می‌دهد که کامپوزیت‌های rGO/nZVI به عنوان جاذب در شرایط اسیدی و خنثی مناسب هستند.
اثر دما بر جذب یک محلول آبی DC در (25-55 درجه سانتی گراد) انجام شد. شکل 7A اثر افزایش دما را بر راندمان حذف آنتی بیوتیک های DC روی rGO/nZVI نشان می دهد، واضح است که ظرفیت حذف و ظرفیت جذب از 44/83 درصد و 9/13 میلی گرم بر گرم به 47 درصد و 83/7 میلی گرم بر گرم افزایش یافته است. به ترتیب. این کاهش قابل توجه ممکن است به دلیل افزایش انرژی حرارتی یون های DC باشد که منجر به دفع می شود.
اثر دما بر راندمان حذف و ظرفیت جذب CD بر روی کامپوزیت‌های rGO/nZVI (A) [Co = 50 میلی‌گرم L–1، pH = 7، دوز = 0.05 گرم]، دوز جاذب بر راندمان حذف و راندمان حذف اثر CD تمرکز اولیه بر ظرفیت جذب و کارایی حذف DC در کامپوزیت 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 درجه سانتیگراد، دوز = 0.05 گرم].
اثر افزایش دوز جاذب کامپوزیت rGO/nZVI از 0.01 گرم به 0.07 گرم بر راندمان حذف و ظرفیت جذب در شکل نشان داده شده است. 7B. افزایش دوز جاذب منجر به کاهش ظرفیت جذب از 33.43 میلی گرم بر گرم به 6.74 میلی گرم در گرم شد. با این حال، با افزایش دوز جاذب از 0.01 گرم به 0.07 گرم، راندمان حذف از 66.8٪ به 96٪ افزایش می یابد که بر این اساس، ممکن است با افزایش تعداد مراکز فعال در سطح نانوکامپوزیت همراه باشد.
اثر غلظت اولیه بر ظرفیت جذب و راندمان حذف [25-100 میلی گرم در لیتر، 25 درجه سانتی گراد، pH 7، دوز 0.05 گرم] مورد مطالعه قرار گرفت. هنگامی که غلظت اولیه از 25 میلی گرم در لیتر به 100 میلی گرم در لیتر افزایش یافت، درصد حذف کامپوزیت rGO/nZVI از 6/94 درصد به 65 درصد کاهش یافت (شکل 7C)، احتمالاً به دلیل عدم وجود ماده فعال مورد نظر. سایت ها . غلظت های زیادی از DC49 را جذب می کند. از سوی دیگر، با افزایش غلظت اولیه، ظرفیت جذب نیز از 9.4 میلی گرم در گرم به 30 میلی گرم در گرم تا رسیدن به تعادل افزایش یافت (شکل 7D). این واکنش اجتناب ناپذیر به دلیل افزایش نیروی محرکه با غلظت DC اولیه بیشتر از مقاومت انتقال جرم یون DC برای رسیدن به سطح 50 کامپوزیت rGO/nZVI است.
زمان تماس و مطالعات جنبشی با هدف درک زمان تعادل جذب است. ابتدا، مقدار DC جذب شده در طول 40 دقیقه اول زمان تماس تقریباً نصف مقدار کل جذب شده در کل زمان (100 دقیقه) بود. در حالی که مولکول‌های DC در محلول با هم برخورد می‌کنند و باعث می‌شوند که آنها به سرعت به سطح کامپوزیت rGO/nZVI مهاجرت کنند و در نتیجه جذب قابل‌توجهی شود. پس از 40 دقیقه، جذب DC به تدریج و به آرامی افزایش یافت تا زمانی که پس از 60 دقیقه به تعادل رسید (شکل 7D). از آنجایی که مقدار معقولی در 40 دقیقه اول جذب می‌شود، برخوردهای کمتری با مولکول‌های DC و مکان‌های فعال کمتری برای مولکول‌های غیرجذب در دسترس خواهد بود. بنابراین می توان میزان جذب را کاهش داد.
برای درک بهتر سینتیک جذب، از نمودارهای خطی مدل‌های سینتیکی شبه مرتبه اول (شکل 8A)، شبه مرتبه دوم (شکل 8B) و الویچ (شکل 8C) استفاده شد. از پارامترهای به دست آمده از مطالعات سینتیکی (جدول S1)، مشخص می شود که مدل شبه ثانیه بهترین مدل برای توصیف سینتیک جذب است که در آن مقدار R2 بالاتر از دو مدل دیگر تنظیم شده است. همچنین شباهتی بین ظرفیت های جذب محاسبه شده (qe، cal) وجود دارد. مرتبه دوم شبه و مقادیر تجربی (qe، exp.) شواهد دیگری هستند که نشان می‌دهند مرتبه دوم شبه مدل بهتری نسبت به مدل‌های دیگر است. همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، مقادیر α (نرخ جذب اولیه) و β (ثابت دفع) تایید می کنند که نرخ جذب بالاتر از نرخ دفع است، که نشان می دهد DC تمایل دارد به طور موثر در کامپوزیت rGO/nZVI52 جذب شود. .
نمودارهای جنبشی جذب خطی شبه مرتبه دوم (A)، شبه مرتبه اول (B) و الویچ (C) [Co = 25-100 میلی گرم در لیتر، pH = 7، T = 25 درجه سانتی گراد، دوز = 0.05 گرم ].
مطالعات ایزوترم های جذب به تعیین ظرفیت جذب جاذب (کامپوزیت RGO/nRVI) در غلظت های مختلف جذب (DC) و دمای سیستم کمک می کند. حداکثر ظرفیت جذب با استفاده از ایزوترم لانگمویر محاسبه شد که نشان داد جذب همگن بوده و شامل تشکیل تک لایه جاذب بر روی سطح جاذب بدون اثر متقابل بین آنها می باشد. دو مدل ایزوترم پرکاربرد دیگر، مدل‌های فروندلیچ و تمکین هستند. اگرچه از مدل فروندلیچ برای محاسبه ظرفیت جذب استفاده نمی‌شود، اما به درک فرآیند جذب ناهمگن و اینکه جاذب‌های خالی انرژی‌های متفاوتی دارند، کمک می‌کند، در حالی که مدل تمکین به درک خواص فیزیکی و شیمیایی جذب کمک می‌کند.
شکل های 9A-C به ترتیب نمودارهای خطی مدل های لانگمویر، فریندلیچ و تمکین را نشان می دهند. مقادیر R2 محاسبه شده از نمودارهای خطی فروندلیچ (شکل 9A) و لانگمویر (شکل 9B) و ارائه شده در جدول 2 نشان می دهد که جذب DC در کامپوزیت rGO/nZVI از ایزوترم فروندلیچ (0.996) و لانگمویر (0.988) پیروی می کند. مدل ها و تمکین (0.985). حداکثر ظرفیت جذب (qmax)، محاسبه شده با استفاده از مدل ایزوترم لانگمویر، 31.61 میلی گرم در گرم بود. علاوه بر این، مقدار محاسبه شده ضریب جداسازی بدون بعد (RL) بین 0 و 1 (0.097) است که نشان دهنده فرآیند جذب مطلوب است. در غیر این صورت، ثابت فروندلیچ محاسبه شده (n = 2.756) نشان دهنده ترجیح برای این فرآیند جذب است. با توجه به مدل خطی ایزوترم تمکین (شکل 9C)، جذب DC در کامپوزیت rGO/nZVI یک فرآیند جذب فیزیکی است، زیرا b برابر با 82 کیلوژول mol-1 (0.408)55 است. اگرچه جذب فیزیکی معمولاً توسط نیروهای ضعیف واندروالسی انجام می‌شود، جذب جریان مستقیم روی کامپوزیت‌های rGO/nZVI به انرژی‌های جذب کم نیاز دارد [56، 57].
ایزوترم های جذب خطی فروندلیچ (A)، لانگمویر (B)، و تمکین (C) [Co = 25-100 میلی گرم L-1، pH = 7، T = 25 درجه سانتی گراد، دوز = 0.05 گرم]. نمودار معادله وانت هاف برای جذب DC توسط کامپوزیت های rGO/nZVI (D) [Co = 25-100 میلی گرم در لیتر، pH = 7، T = 25-55 درجه سانتی گراد و دوز = 0.05 گرم].
برای ارزیابی اثر تغییر دمای واکنش بر حذف DC از کامپوزیت‌های rGO/nZVI، پارامترهای ترمودینامیکی مانند تغییر آنتروپی (ΔS)، تغییر آنتالپی (ΔH) و تغییر انرژی آزاد (ΔG) از معادلات محاسبه شدند. 3 و 458.
جایی که \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) - ثابت تعادل ترمودینامیکی، Ce و CAe - rGO در محلول، به ترتیب /nZVI غلظت DC در تعادل سطح. R و RT به ترتیب ثابت گاز و دمای جذب هستند. رسم ln Ke در برابر 1/T یک خط مستقیم به دست می دهد (شکل 9D) که از آن می توان ΔS و ∆H را تعیین کرد.
مقدار ΔH منفی نشان می دهد که فرآیند گرمازا است. از سوی دیگر، مقدار ΔH در فرآیند جذب فیزیکی است. مقادیر منفی ΔG در جدول 3 نشان می دهد که جذب ممکن و خود به خود است. مقادیر منفی ΔS نشان دهنده ترتیب بالای مولکول های جاذب در سطح مشترک مایع است (جدول 3).
جدول 4 کامپوزیت rGO/nZVI را با سایر جاذب های گزارش شده در مطالعات قبلی مقایسه می کند. واضح است که کامپوزیت VGO/nCVI ظرفیت جذب بالایی دارد و ممکن است ماده امیدوارکننده ای برای حذف آنتی بیوتیک های DC از آب باشد. علاوه بر این، جذب کامپوزیت های rGO/nZVI یک فرآیند سریع با زمان تعادل 60 دقیقه است. خواص جذب عالی کامپوزیت های rGO/nZVI را می توان با اثر هم افزایی rGO و nZVI توضیح داد.
شکل های 10A، B مکانیسم منطقی حذف آنتی بیوتیک های DC توسط کمپلکس های rGO/nZVI و nZVI را نشان می دهد. با توجه به نتایج آزمایش‌ها بر روی تأثیر pH بر بازده جذب DC، با افزایش pH از 3 به 7، جذب DC روی کامپوزیت rGO/nZVI توسط برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی کنترل نمی‌شود، زیرا به‌عنوان یک زوئیتریون عمل می‌کند. بنابراین، تغییر در مقدار pH بر فرآیند جذب تاثیری نداشت. متعاقباً، مکانیسم جذب را می توان با برهمکنش های غیرالکترواستاتیکی مانند پیوند هیدروژنی، اثرات آبگریز، و برهمکنش های انباشتگی π-π بین کامپوزیت rGO/nZVI و DC66 کنترل کرد. به خوبی شناخته شده است که مکانیسم جذب‌های آروماتیک روی سطوح گرافن لایه‌ای توسط فعل و انفعالات انباشتگی π-π به عنوان نیروی محرکه اصلی توضیح داده شده است. کامپوزیت یک ماده لایه لایه شبیه گرافن با حداکثر جذب در 233 نانومتر به دلیل انتقال π-π* است. بر اساس حضور چهار حلقه معطر در ساختار مولکولی جاذب DC، ما فرض کردیم که مکانیسمی از برهمکنش انباشته π-π بین DC معطر (پذیرنده π-الکترون) و ناحیه غنی از الکترون π بر روی وجود دارد. سطح RGO کامپوزیت های /nZVI. علاوه بر این، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 10B، مطالعات FTIR برای مطالعه برهمکنش مولکولی کامپوزیت های rGO/nZVI با DC انجام شد و طیف FTIR کامپوزیت های rGO/nZVI پس از جذب DC در شکل 10B نشان داده شده است. 10b. یک پیک جدید در 2111 سانتی‌متر-1 مشاهده می‌شود که مربوط به ارتعاش چارچوب پیوند C=C است که نشان‌دهنده حضور گروه‌های عاملی آلی مربوطه در سطح 67 rGO/nZVI است. اوج های دیگر از 1561 به 1548 سانتی متر-1 و از 1399 به 1360 سانتی متر-1 تغییر می کنند، که همچنین تأیید می کند که برهمکنش های π-π نقش مهمی در جذب گرافن و آلاینده های آلی ایفا می کنند. پس از جذب DC، شدت برخی از گروه های حاوی اکسیژن مانند OH به 3270 سانتی متر در 1 کاهش یافت که نشان می دهد پیوند هیدروژنی یکی از مکانیسم های جذب است. بنابراین، بر اساس نتایج، جذب DC در کامپوزیت rGO/nZVI عمدتاً به دلیل برهم‌کنش‌های انباشته‌ای π-π و پیوندهای H رخ می‌دهد.
مکانیسم منطقی جذب آنتی بیوتیک های DC توسط کمپلکس های rGO/nZVI و nZVI (A). طیف جذب FTIR DC روی rGO/nZVI و nZVI (B).
شدت باندهای جذب nZVI در 3244، 1615، 1546 و 1011 سانتی‌متر پس از جذب DC در nZVI (شکل 10B) در مقایسه با nZVI افزایش یافت، که باید به تعامل با گروه‌های عاملی احتمالی اسید کربوکسیلیک مربوط باشد. گروه های O در DC. با این حال، این درصد کمتر انتقال در همه باندهای مشاهده شده نشان‌دهنده عدم تغییر قابل‌توجه در راندمان جذب جاذب فیتوسنتزی (nZVI) در مقایسه با nZVI قبل از فرآیند جذب است. بر اساس برخی تحقیقات حذف DC با nZVI71، هنگامی که nZVI با H2O واکنش می دهد، الکترون ها آزاد می شوند و سپس H+ برای تولید هیدروژن فعال بسیار قابل کاهش استفاده می شود. در نهایت، برخی از ترکیبات کاتیونی، الکترون‌ها را از هیدروژن فعال می‌پذیرند که منجر به -C=N و -C=C- می‌شود که به شکافتن حلقه بنزن نسبت داده می‌شود.