الإزالة التآزرية للمضادات الحيوية الدوكسيسيكلين من الماء بواسطة مجمعات أكسيد الجرافين الاصطناعية الخضراء المخفضة ومجمعات الحديد النانوية

شكرا لكم لزيارة Nature.com. إصدار المتصفح الذي تستخدمه لديه دعم محدود لـ CSS. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان الدعم المستمر، سنعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
في هذا العمل، تم تصنيع مركبات rGO/nZVI لأول مرة باستخدام إجراء بسيط وصديق للبيئة باستخدام مستخلص أوراق الصفيراء الصفراء كعامل اختزال ومثبت للتوافق مع مبادئ الكيمياء "الخضراء"، مثل التخليق الكيميائي الأقل ضررًا. تم استخدام العديد من الأدوات للتحقق من صحة التوليف الناجح للمواد المركبة، مثل SEM، وEDX، وXPS، وXRD، وFTIR، وإمكانات زيتا، والتي تشير إلى نجاح التصنيع المركب. وتمت مقارنة قدرة إزالة المركبات الجديدة وnZVI النقي بتركيزات بداية مختلفة من الدوكسيسيكلين المضاد الحيوي لدراسة التأثير التآزري بين rGO وnZVI. في ظل ظروف الإزالة البالغة 25 ملجم لتر-1 و25 درجة مئوية و0.05 جم، كان معدل إزالة الامتزاز لـ nZVI النقي 90%، بينما وصل معدل إزالة الامتزاز للدوكسيسيكلين بواسطة مركب rGO/nZVI إلى 94.6%، مما يؤكد أن nZVI وrGO . تتوافق عملية الامتزاز مع ترتيب ثانوي زائف وتتوافق جيدًا مع نموذج Freundlich بسعة امتزاز قصوى تبلغ 31.61 مجم جم -1 عند 25 درجة مئوية ودرجة الحموضة 7. وقد تم اقتراح آلية معقولة لإزالة التيار المستمر. بالإضافة إلى ذلك، بلغت قابلية إعادة استخدام مركب rGO/nZVI 60% بعد ست دورات تجديد متتالية.
تشكل ندرة المياه والتلوث الآن تهديدًا خطيرًا لجميع البلدان. في السنوات الأخيرة، زاد تلوث المياه، وخاصة تلوث المضادات الحيوية، بسبب زيادة الإنتاج والاستهلاك خلال جائحة كوفيد-19. ولذلك، فإن تطوير تكنولوجيا فعالة للتخلص من المضادات الحيوية في مياه الصرف الصحي يعد مهمة ملحة.
أحد المضادات الحيوية شبه الاصطناعية المقاومة من مجموعة التتراسيكلين هو الدوكسيسيكلين (DC)4،5. تم الإبلاغ عن أن بقايا التيار المستمر في المياه الجوفية والمياه السطحية لا يمكن استقلابها، حيث يتم استقلاب 20-50٪ فقط ويتم إطلاق الباقي في البيئة، مما يسبب مشاكل بيئية وصحية خطيرة6.
إن التعرض للتيار المباشر بمستويات منخفضة يمكن أن يقتل الكائنات الحية الدقيقة المائية التي تقوم بالتمثيل الضوئي، ويهدد بانتشار البكتيريا المضادة للميكروبات، ويزيد من مقاومة مضادات الميكروبات، لذلك يجب إزالة هذا الملوث من مياه الصرف الصحي. يعد التحلل الطبيعي للتيار المستمر في الماء عملية بطيئة للغاية. العمليات الفيزيائية والكيميائية مثل التحلل الضوئي، والتحلل الحيوي، والامتزاز لا يمكن أن تتحلل إلا بتركيزات منخفضة وبمعدلات منخفضة للغاية. ومع ذلك، فإن الطريقة الأكثر اقتصادا وبساطة وصديقة للبيئة وسهلة التعامل وفعالة هي الامتزاز9،10.
نانو صفر حديد التكافؤ (nZVI) هو مادة قوية جدًا يمكنها إزالة العديد من المضادات الحيوية من الماء، بما في ذلك الميترونيدازول والديازيبام والسيبروفلوكساسين والكلورامفينيكول والتتراسيكلين. ترجع هذه القدرة إلى الخصائص المذهلة التي يتمتع بها nZVI، مثل التفاعل العالي ومساحة السطح الكبيرة والعديد من مواقع الربط الخارجية11. ومع ذلك، فإن nZVI عرضة للتجمع في الوسائط المائية بسبب قوى فان دير ويلز والخصائص المغناطيسية العالية، مما يقلل من فعاليته في إزالة الملوثات بسبب تكوين طبقات الأكسيد التي تمنع تفاعل nZVI10،12. يمكن تقليل تكتل جزيئات nZVI عن طريق تعديل أسطحها باستخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي والبوليمرات أو عن طريق دمجها مع مواد نانوية أخرى في شكل مركبات، وهو ما أثبت أنه نهج قابل للتطبيق لتحسين استقرارها في البيئة.
الجرافين عبارة عن مادة نانوية كربونية ثنائية الأبعاد تتكون من ذرات كربون مهجنة sp2 مرتبة في شبكة على شكل قرص العسل. يحتوي على مساحة سطح كبيرة، وقوة ميكانيكية كبيرة، ونشاط تحفيز كهربائي ممتاز، وموصلية حرارية عالية، وحركة إلكترونية سريعة، ومواد حاملة مناسبة لدعم الجسيمات النانوية غير العضوية على سطحه. يمكن لمزيج الجسيمات النانوية المعدنية والجرافين أن يتجاوز الفوائد الفردية لكل مادة بشكل كبير، ونظرًا لخصائصه الفيزيائية والكيميائية الفائقة، فإنه يوفر توزيعًا مثاليًا للجسيمات النانوية لمعالجة المياه بشكل أكثر كفاءة.
المستخلصات النباتية هي أفضل بديل لعوامل الاختزال الكيميائية الضارة المستخدمة عادة في تخليق أكسيد الجرافين المختزل (rGO) وnZVI لأنها متوفرة، وغير مكلفة، وخطوة واحدة، وآمنة بيئيًا، ويمكن استخدامها كعوامل اختزال. مثل مركبات الفلافونويد والمركبات الفينولية تعمل أيضًا كمثبت. لذلك، تم استخدام مستخلص أوراق Atriplex halimus L. كعامل إصلاح وإغلاق لتخليق مركبات rGO/nZVI في هذه الدراسة. Atriplex halimus من عائلة Amaranthaceae هي شجيرة معمرة محبة للنيتروجين ولها نطاق جغرافي واسع.
وفقا للأدبيات المتاحة، تم استخدام Atriplex halimus (A. halimus) لأول مرة لصنع مركبات rGO/nZVI كطريقة تركيب اقتصادية وصديقة للبيئة. وبالتالي، فإن الهدف من هذا العمل يتكون من أربعة أجزاء: (1) التخليق النباتي لمركبات rGO/nZVI ومركبات nZVI الوالدية باستخدام مستخلص أوراق A. halimus المائية، (2) توصيف المركبات المصنعة نباتيًا باستخدام طرق متعددة لتأكيد تصنيعها الناجح، (3) ) دراسة التأثير التآزري لـ rGO وnZVI في امتزاز وإزالة الملوثات العضوية للمضادات الحيوية الدوكسيسيكلين تحت معلمات تفاعل مختلفة، وتحسين ظروف عملية الامتزاز، (3) فحص المواد المركبة في مختلف المعالجات المستمرة بعد دورة المعالجة.
هيدروكلوريد الدوكسيسيكلين (DC, MM = 480.90، الصيغة الكيميائية C22H24N2O·HCl، 98%)، سداسي هيدرات كلوريد الحديد (FeCl3.6H2O، 97%)، مسحوق جرافيت تم شراؤه من Sigma-Aldrich، الولايات المتحدة الأمريكية. تم شراء هيدروكسيد الصوديوم (NaOH، 97٪)، والإيثانول (C2H5OH، 99.9٪) وحمض الهيدروكلوريك (HCl، 37٪) من شركة Merck، الولايات المتحدة الأمريكية. تم شراء NaCl وKCl وCaCl2 وMnCl2 وMgCl2 من Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. جميع الكواشف ذات نقاء تحليلي عالي. تم استخدام الماء المقطر المزدوج لتحضير جميع المحاليل المائية.
تم جمع عينات تمثيلية من A. halimus من بيئتها الطبيعية في دلتا النيل والأراضي الواقعة على طول ساحل البحر الأبيض المتوسط ​​في مصر. تم جمع المواد النباتية وفقًا للمبادئ التوجيهية الوطنية والدولية المعمول بها. قامت الأستاذة الدكتورة منال فوزي بتحديد العينات النباتية طبقا لبولس 18، ويصرح قسم علوم البيئة بجامعة الإسكندرية بجمع الأنواع النباتية المدروسة للأغراض العلمية. يتم الاحتفاظ بعينات القسائم في معشبة جامعة طنطا (TANE)، رقم القسائم. 14 122–14 127، معشبة عامة تتيح الوصول إلى المواد المودعة. بالإضافة إلى ذلك، لإزالة الغبار أو الأوساخ، قم بتقطيع أوراق النبات إلى قطع صغيرة، ثم اشطفها 3 مرات بماء الصنبور والماء المقطر، ثم جففها عند درجة حرارة 50 درجة مئوية. تم سحق النبات وغمر 5 جم من المسحوق الناعم في 100 مل من الماء المقطر وتقليبه عند 70 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة للحصول على المستخلص. تم ترشيح المستخلص الناتج من Bacillus nicotianae من خلال ورق ترشيح Whatman وتخزينه في أنابيب نظيفة ومعقمة عند درجة حرارة 4 درجات مئوية لمزيد من الاستخدام.
كما هو مبين في الشكل 1، تم تصنيع GO من مسحوق الجرافيت بواسطة طريقة هامرز المعدلة. تم تشتيت 10 ملغ من مسحوق GO في 50 مل من الماء منزوع الأيونات لمدة 30 دقيقة تحت صوتنة، ثم تم خلط 0.9 جم من FeCl3 و2.9 جم من NaAc لمدة 60 دقيقة. تمت إضافة 20 مل من مستخلص أوراق الأتريبلكس إلى المحلول المقلب مع التحريك وتركه عند 80 درجة مئوية لمدة 8 ساعات. تمت تصفية التعليق الأسود الناتج. تم غسل المركبات النانوية المحضرة بالإيثانول والماء المقطر ثم تجفيفها في فرن مفرغ عند درجة حرارة 50 مئوية لمدة 12 ساعة.
صور تخطيطية ورقمية للتوليف الأخضر لمجمعات rGO/nZVI وnZVI وإزالة المضادات الحيوية DC من المياه الملوثة باستخدام مستخلص Atriplex halimus.
باختصار، كما هو مبين في الشكل 1، تمت إضافة 10 مل من محلول كلوريد الحديد الذي يحتوي على 0.05 مولار Fe3 + أيونات قطرة قطرة إلى 20 مل من محلول مستخلص الأوراق المرة لمدة 60 دقيقة مع التسخين والتحريك المعتدلين، ثم تم طرد المحلول بعد ذلك بالطرد المركزي عند درجة حرارة متوسطة. 14000 دورة في الدقيقة (هيرمل، 15000 دورة في الدقيقة) لمدة 15 دقيقة لإعطاء جزيئات سوداء، والتي تم غسلها بعد ذلك 3 مرات بالإيثانول والماء المقطر ثم تجفيفها في فرن مفرغ عند 60 درجة مئوية طوال الليل.
تميزت مركبات rGO / nZVI و nZVI المُصنَّعة في النبات بواسطة التحليل الطيفي المرئي للأشعة فوق البنفسجية (مقاييس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية / Vis من سلسلة T70 / T80 ، PG Instruments Ltd ، المملكة المتحدة) في نطاق المسح الذي يتراوح بين 200-800 نانومتر. لتحليل التضاريس وتوزيع حجم مركبات rGO / nZVI و nZVI، تم استخدام التحليل الطيفي TEM (JOEL، JEM-2100F، اليابان، الجهد المتسارع 200 كيلو فولت). لتقييم المجموعات الوظيفية التي يمكن أن تشارك في المستخلصات النباتية المسؤولة عن عملية الاسترداد والتثبيت، تم إجراء التحليل الطيفي FT-IR (مطياف JASCO في نطاق 4000-600 سم-1). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام محلل إمكانات زيتا (Zetasizer Nano ZS Malvern) لدراسة الشحنة السطحية للمواد النانوية المركبة. بالنسبة لقياسات حيود الأشعة السينية للمواد النانوية المسحوقة، تم استخدام مقياس حيود الأشعة السينية (X'PERT PRO، هولندا)، ويعمل عند تيار (40 مللي أمبير)، وجهد (45 كيلو فولت) في نطاق 2θ من 20 درجة إلى 80 درجة. ° وإشعاع CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). كان مطياف الأشعة السينية المشتتة من الطاقة (EDX) (نموذج JEOL JSM-IT100) مسؤولاً عن دراسة التركيب العنصري عند جمع الأشعة السينية أحادية اللون Al K-α من -10 إلى 1350 فولت على XPS، وحجم البقعة 400 ميكرومتر K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific، الولايات المتحدة الأمريكية) تبلغ طاقة النقل للطيف الكامل 200 فولت والطيف الضيق 50 فولت. يتم ضغط عينة المسحوق على حامل العينة، والذي يتم وضعه في غرفة مفرغة. تم استخدام طيف C 1 s كمرجع عند 284.58 فولت لتحديد طاقة الربط.
تم إجراء تجارب الامتزاز لاختبار مدى فعالية المركبات النانوية المركبة rGO/nZVI في إزالة الدوكسيسيكلين (DC) من المحاليل المائية. تم إجراء تجارب الامتزاز في قوارير Erlenmeyer سعة 25 مل بسرعة اهتزاز تبلغ 200 دورة في الدقيقة على شاكر مداري (Stuart، Orbital Shaker / SSL1) عند 298 كلفن. عن طريق تخفيف محلول مخزون التيار المستمر (1000 جزء في المليون) بالماء المقطر. لتقييم تأثير جرعة rGO/nSVI على كفاءة الامتزاز، تمت إضافة مركبات نانوية بأوزان مختلفة (0.01–0.07 جم) إلى 20 مل من محلول DC. لدراسة متساوي الحرارة الحركية والامتزاز، تم غمر 0.05 جم من المادة المازة في محلول مائي من CD بتركيز أولي (25-100 مجم L-1). تمت دراسة تأثير الرقم الهيدروجيني على إزالة DC عند الرقم الهيدروجيني (3-11) وتركيز أولي قدره 50 ملغم لتر-1 عند 25 درجة مئوية. ضبط الرقم الهيدروجيني للنظام عن طريق إضافة كمية صغيرة من محلول حمض الهيدروكلوريك أو هيدروكسيد الصوديوم (مقياس الرقم الهيدروجيني Crison، مقياس الرقم الهيدروجيني، الرقم الهيدروجيني 25). بالإضافة إلى ذلك، تم دراسة تأثير درجة حرارة التفاعل على تجارب الامتزاز في حدود 25-55 درجة مئوية. تمت دراسة تأثير القوة الأيونية على عملية الامتزاز بإضافة تراكيز مختلفة من كلوريد الصوديوم (0.01–4 مول لتر–1) عند تركيز أولي DC قدره 50 ملجم لتر–1، ودرجة الحموضة 3 و7)، و25 درجة مئوية، و جرعة ممتزة قدرها 0.05 جم. تم قياس امتصاص التيار المستمر غير الممتص باستخدام مقياس الطيف الضوئي UV-Vis مزدوج الشعاع (سلسلة T70 / T80، PG Instruments Ltd، UK) المجهز بأطواق كوارتز بطول مسار 1.0 سم بأطوال موجية قصوى (μmax) تبلغ 270 و 350 نانومتر. النسبة المئوية لإزالة المضادات الحيوية DC (R٪؛ مكافئ 1) وكمية الامتزاز DC، كيو تي، مكافئ. تم قياس 2 (مجم/جم) باستخدام المعادلة التالية.
حيث %R هي قدرة إزالة DC (%)، Co هو تركيز DC الأولي في الوقت 0، وC هو تركيز DC في الوقت t، على التوالي (مجم L-1).
حيث qe هي مقدار DC الممتص لكل وحدة كتلة من المادة المازة (mg g-1)، وCo وCe هما التركيزان عند وقت الصفر وعند التوازن، على التوالي (mg l-1)، وV هو حجم المحلول (l) ، و m هو كاشف كتلة الامتزاز (g).
تُظهر صور SEM (الأشكال 2A – C) التشكل الصفائحي لمركب rGO / nZVI مع جسيمات الحديد النانوية الكروية المنتشرة بشكل موحد على سطحه، مما يشير إلى الارتباط الناجح لـ nZVI NPs بسطح rGO. بالإضافة إلى ذلك، هناك بعض التجاعيد في ورقة RGO، مما يؤكد إزالة المجموعات المحتوية على الأكسجين في وقت واحد مع استعادة A. halimus GO. تعمل هذه التجاعيد الكبيرة كمواقع للتحميل النشط للحديد NPs. أظهرت صور nZVI (الشكل 2D-F) أن NPs الحديدية الكروية كانت متناثرة جدًا ولم تتجمع، ويرجع ذلك إلى طبيعة الطلاء للمكونات النباتية للمستخلص النباتي. يتراوح حجم الجسيمات بين 15-26 نانومتر. ومع ذلك، فإن بعض المناطق لديها مورفولوجيا مسامية مع بنية من الانتفاخات والتجاويف، والتي يمكن أن توفر قدرة امتصاص فعالة عالية لـ nZVI، لأنها يمكن أن تزيد من إمكانية محاصرة جزيئات التيار المستمر على سطح nZVI. عندما تم استخدام مستخلص روزا دمشق لتخليق nZVI، كانت NPs التي تم الحصول عليها غير متجانسة، مع فراغات وأشكال مختلفة، مما قلل من كفاءتها في امتصاص الكروم (VI) وزيادة وقت التفاعل 23. تتوافق النتائج مع nZVI المُصنَّع من أوراق البلوط والتوت، وهي في الأساس جسيمات نانوية كروية بأحجام نانومترية مختلفة دون تكتل واضح.
صور SEM لمركبات rGO/nZVI (AC)، وnZVI (D، E) وأنماط EDX لمركبات nZVI/rGO (G) وnZVI (H).
تمت دراسة التركيب الأولي لمركبات rGO/nZVI وnZVI المُصنَّعة في النبات باستخدام EDX (الشكل 2G، H). تشير الدراسات إلى أن nZVI يتكون من الكربون (38.29% من الكتلة)، والأكسجين (47.41% من الكتلة)، والحديد (11.84% من الكتلة)، ولكن توجد أيضًا عناصر أخرى مثل الفوسفور24، والتي يمكن الحصول عليها من المستخلصات النباتية. بالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع نسبة الكربون والأكسجين يرجع إلى وجود المواد الكيميائية النباتية من المستخلصات النباتية في عينات nZVI تحت السطح. يتم توزيع هذه العناصر بالتساوي على rGO ولكن بنسب مختلفة: C (39.16٪ بالوزن)، O (46.98٪ بالوزن)، وFe (10.99٪ بالوزن)، يُظهر EDX rGO/nZVI أيضًا وجود عناصر أخرى مثل S، والتي يمكن أن تترافق مع المستخلصات النباتية، وتستخدم. تعد نسبة C:O الحالية ومحتوى الحديد في مركب rGO/nZVI باستخدام A. halimus أفضل بكثير من استخدام مستخلص أوراق الأوكالبتوس، حيث أنها تميز تكوين C (23.44٪ بالوزن)، O (68.29٪ بالوزن) والحديد (8.27٪ بالوزن). بالوزن٪ 25. أبلغ ناتاشا وآخرون، 2022 عن تركيبة عنصرية مماثلة لـ nZVI تم تصنيعها من أوراق البلوط والتوت، وأكدوا أن مجموعات البوليفينول والجزيئات الأخرى الموجودة في مستخلص الأوراق هي المسؤولة عن عملية الاختزال.
كان شكل nZVI المُصنَّع في النباتات (الشكل S2A، B) كرويًا وغير منتظم جزئيًا، بمتوسط ​​حجم جسيم يبلغ 23.09 ± 3.54 نانومتر، ومع ذلك فقد لوحظت مجاميع السلسلة بسبب قوى فان دير فالس والمغناطيسية الحديدية. يتوافق شكل الجسيمات الحبيبية والكروية في الغالب بشكل جيد مع نتائج SEM. وقد وجد عبد الفتاح وآخرون ملاحظة مماثلة. في عام 2021 عندما تم استخدام مستخلص أوراق نبات الخروع في تركيب nZVI11. مستخلص أوراق Ruelas Tuberosa (NPs) المستخدم كعامل اختزال في nZVI له أيضًا شكل كروي يبلغ قطره من 20 إلى 40 نانومتر.
أظهرت صور TEM المركبة الهجينة rGO / nZVI (الشكل S2C-D) أن rGO عبارة عن مستوى قاعدي ذو طيات وتجاعيد هامشية توفر مواقع تحميل متعددة لـ nZVI NPs؛ يؤكد هذا التشكل الصفائحي أيضًا على نجاح تصنيع RGO. بالإضافة إلى ذلك، فإن nZVI NPs لها شكل كروي بأحجام جسيمات تتراوح من 5.32 إلى 27 نانومتر وهي مدمجة في طبقة rGO مع تشتت موحد تقريبًا. تم استخدام مستخلص أوراق الأوكالبتوس لتصنيع Fe NPs/rGO؛ أكدت نتائج TEM أيضًا أن التجاعيد الموجودة في طبقة rGO أدت إلى تحسين تشتت Fe NPs أكثر من Fe NPs النقية وزيادة تفاعل المركبات. تم الحصول على نتائج مماثلة بواسطة باقري وآخرون. 28 عندما تم تصنيع المركب باستخدام تقنيات الموجات فوق الصوتية بمتوسط ​​حجم جسيمات الحديد النانوية يبلغ حوالي 17.70 نانومتر.
يظهر في الشكلين أطياف FTIR لمركبات A. halimus وnZVI وGO وrGO وrGO/nZVI. 3 أ. يظهر وجود مجموعات وظيفية سطحية في أوراق نبات A. halimus عند 3336 سم-1، وهو ما يتوافق مع البوليفينول، و1244 سم-1، وهو ما يتوافق مع مجموعات الكربونيل التي ينتجها البروتين. كما تم ملاحظة مجموعات أخرى مثل الألكانات عند 2918 سم-1، والألكينات عند 1647 سم-1 وامتدادات CO-O-CO عند 1030 سم-1، مما يشير إلى وجود مكونات نباتية تعمل كعوامل مانعة للتسرب ومسؤولة عن الاسترداد. من Fe2+ ​​إلى Fe0 ثم انتقل إلى rGO29. بشكل عام، يُظهر أطياف nZVI نفس قمم الامتصاص مثل السكريات المرة، ولكن مع تغير طفيف في الموضع. تظهر فرقة مكثفة عند 3244 سم-1 مرتبطة باهتزازات تمدد OH (الفينولات)، وتتوافق الذروة عند 1615 مع C=C، والنطاقات عند 1546 و1011 سم-1 تنشأ بسبب تمدد C=O (البوليفينول والفلافونويدات). كما لوحظت مجموعات CN من الأمينات العطرية والأمينات الأليفاتية عند 1310 سم-1 و1190 سم-1 على التوالي. يُظهر طيف FTIR لـ GO وجود العديد من المجموعات المحتوية على الأكسجين عالي الكثافة، بما في ذلك شريط التمدد alkoxy (CO) عند 1041 سم-1، وشريط التمدد الإيبوكسي (CO) عند 1291 سم-1، وتمدد C=O. ظهر نطاق من اهتزازات تمديد C=C عند 1619 سم-1، ونطاق عند 1708 سم-1 ونطاق عريض من اهتزازات تمديد مجموعة OH عند 3384 سم-1، وهو ما تؤكده طريقة هامرز المحسنة، والتي نجحت في أكسدة عملية الجرافيت. عند مقارنة مركبات rGO وrGO/nZVI مع أطياف GO، فإن شدة بعض المجموعات المحتوية على الأكسجين، مثل OH عند 3270 سم-1، تنخفض بشكل كبير، في حين أن مجموعات أخرى، مثل C=O عند 1729 سم-1، تقل تمامًا مخفض. اختفى، مما يشير إلى الإزالة الناجحة للمجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين في GO بواسطة مستخلص A. halimus. لوحظت قمم مميزة حادة جديدة لـ rGO عند توتر C = C حوالي 1560 و 1405 سم -1، مما يؤكد انخفاض GO إلى rGO. وقد لوحظت اختلافات من 1043 إلى 1015 سم-1 ومن 982 إلى 918 سم-1، ربما بسبب إدراج المواد النباتية. لاحظ Weng et al., 2018 أيضًا توهينًا كبيرًا للمجموعات الوظيفية المؤكسجة في GO، مما يؤكد التكوين الناجح لـ RGO عن طريق الاختزال الحيوي، حيث أظهرت مستخلصات أوراق الأوكالبتوس، التي استخدمت لتخليق مركبات أكسيد الجرافين الحديد المخفضة، أطياف FTIR أقرب للمكونات النباتية المجموعات الوظيفية. 33 .
A. طيف FTIR من الغاليوم، nZVI، rGO، GO، مركب rGO/nZVI (A). مركبات Roentgenogrammy rGO و GO و nZVI و rGO / nZVI (B).
تم تأكيد تكوين مركبات rGO / nZVI و nZVI إلى حد كبير من خلال أنماط حيود الأشعة السينية (الشكل 3B). وقد لوحظت ذروة Fe عالية الكثافة عند 2Ɵ 44.5 درجة، المقابلة للمؤشر (110) (JCPDS رقم 06–0696)11. تُعزى ذروة أخرى عند 35.1 درجة من المستوى (311) إلى المغنتيت Fe3O4، وقد تترافق 63.2 درجة مع مؤشر ميلر للمستوى (440) بسبب وجود ϒ-FeOOH (JCPDS رقم 17-0536) . يُظهر نمط الأشعة السينية لـ GO ذروة حادة عند 2Ɵ 10.3 درجة وقمة أخرى عند 21.1 درجة، مما يشير إلى التقشير الكامل للجرافيت ويسلط الضوء على وجود مجموعات تحتوي على الأكسجين على سطح GO35. سجلت الأنماط المركبة لـ rGO و rGO / nZVI اختفاء قمم GO المميزة وتشكيل قمم rGO العريضة عند 2Ɵ 22.17 و 24.7 درجة لمركبات rGO و rGO / nZVI، على التوالي، مما أكد الاسترداد الناجح لـ GO بواسطة المستخلصات النباتية. ومع ذلك، في نمط rGO/nZVI المركب، لوحظت قمم إضافية مرتبطة بمستوى الشبكة لـ Fe0 (110) وbcc Fe0 (200) عند 44.9\(^\circ\) و65.22\(^\circ\)، على التوالي .
إمكانات زيتا هي الإمكانات بين طبقة أيونية متصلة بسطح الجسيم ومحلول مائي يحدد الخواص الكهروستاتيكية للمادة ويقيس ثباتها. أظهر تحليل زيتا المحتمل لمركبات nZVI وGO وrGO/nZVI المُصنّعة في النبات ثباتها بسبب وجود شحنات سالبة تبلغ -20.8 و-22 و-27.4 مللي فولت، على التوالي، على سطحها، كما هو موضح في الشكل S1A- ج. . تتوافق مثل هذه النتائج مع العديد من التقارير التي تشير إلى أن المحاليل التي تحتوي على جسيمات ذات قيم زيتا المحتملة أقل من -25 مللي فولت تظهر عمومًا درجة عالية من الثبات بسبب التنافر الكهروستاتيكي بين هذه الجسيمات. يتيح الجمع بين rGO وnZVI للمركب الحصول على المزيد من الشحنات السالبة وبالتالي يتمتع باستقرار أعلى من GO أو nZVI وحدهما. ولذلك، فإن ظاهرة التنافر الكهروستاتيكي ستؤدي إلى تكوين مركبات rGO/nZVI39 مستقرة. يسمح السطح السلبي لـ GO بتوزيعه بالتساوي في وسط مائي دون تكتل، مما يخلق ظروفًا مواتية للتفاعل مع nZVI. قد تترافق الشحنة السالبة مع وجود مجموعات وظيفية مختلفة في مستخلص البطيخ المر، مما يؤكد أيضًا التفاعل بين GO وسلائف الحديد والمستخلص النباتي لتكوين rGO وnZVI، على التوالي، ومجمع rGO/nZVI. يمكن لهذه المركبات النباتية أيضًا أن تعمل كعوامل تغطية، لأنها تمنع تراكم الجسيمات النانوية الناتجة وبالتالي تزيد من ثباتها.
تم تحديد التركيبة الأولية وحالات التكافؤ لمركبات nZVI و rGO / nZVI بواسطة XPS (الشكل 4). أظهرت دراسة XPS الشاملة أن مركب rGO/nZVI يتكون بشكل أساسي من العناصر C وO وFe، بما يتوافق مع تعيين EDS (الشكل 4F – H). يتكون طيف C1s من ثلاث قمم عند 284.59 فولت و286.21 فولت و288.21 فولت تمثل CC وCO وC=O على التوالي. تم تقسيم طيف O1s إلى ثلاث قمم، بما في ذلك 531.17 فولت، و532.97 فولت، و535.45 فولت، والتي تم تخصيصها لمجموعات O = CO، وCO، وNO، على التوالي. ومع ذلك، فإن القمم عند 710.43 و714.57 و724.79 فولت تشير إلى Fe 2p3/2 وFe+3 وFe p1/2 على التوالي. أظهر أطياف XPS لـ nZVI (الشكل 4C-E) قمم للعناصر C وO وFe. تؤكد الذروة عند 284.77 و286.25 و287.62 فولت وجود سبائك الحديد والكربون، حيث تشير إلى CC وC-OH وCO على التوالي. يتوافق طيف O1s مع ثلاث قمم C – O / كربونات الحديد (531.19 فولت) وجذر الهيدروكسيل (532.4 فولت) و O – C = O (533.47 فولت). تُعزى الذروة عند 719.6 إلى Fe0، بينما تظهر FeOOH ذروتها عند 717.3 و723.7 فولت، بالإضافة إلى ذلك، تشير الذروة عند 725.8 فولت إلى وجود Fe2O342.43.
دراسات XPS لمركبات nZVI وrGO/nZVI، على التوالي (A، B). أطياف كاملة من nZVI C1s (C)، Fe2p (D)، وO1s (E) وrGO/nZVI C1s (F)، Fe2p (G)، O1s (H) المركب.
يوضح متساوي درجة حرارة الامتزاز / الامتزاز N2 (الشكل 5A، B) أن مركبات nZVI وrGO / nZVI تنتمي إلى النوع الثاني. بالإضافة إلى ذلك، زادت مساحة السطح المحددة (SBET) للـ nZVI من 47.4549 إلى 152.52 م2/جم بعد التعمية باستخدام rGO. يمكن تفسير هذه النتيجة من خلال انخفاض الخواص المغناطيسية لـ nZVI بعد تعمية RGO، وبالتالي تقليل تراكم الجسيمات وزيادة مساحة سطح المركبات. بالإضافة إلى ذلك، كما هو مبين في الشكل 5C، فإن حجم المسام (8.94 نانومتر) للمركب rGO/nZVI أعلى من حجم nZVI الأصلي (2.873 نانومتر). هذه النتيجة تتفق مع المنعم وآخرون. 45 .
لتقييم قدرة الامتزاز لإزالة DC بين مركبات rGO/nZVI وnZVI الأصلية اعتمادًا على الزيادة في التركيز الأولي، تم إجراء مقارنة عن طريق إضافة جرعة ثابتة من كل مادة ماصة (0.05 جم) إلى DC بتركيزات أولية مختلفة. حل التحقيق [25]. -100 مجم لتر-1] عند 25 درجة مئوية. أظهرت النتائج أن كفاءة الإزالة (94.6%) لمركب rGO/nZVI كانت أعلى من كفاءة nZVI الأصلية (90%) بتركيز أقل (25 مجم L-1). ومع ذلك، عندما تم زيادة تركيز البداية إلى 100 ملغ L-1، انخفضت كفاءة إزالة rGO/nZVI وnZVI الأبوية إلى 70% و65%، على التوالي (الشكل 6A)، والذي قد يكون بسبب عدد أقل من المواقع النشطة وتدهور جسيمات nZVI على العكس من ذلك، أظهر rGO/nZVI كفاءة أعلى في إزالة التيار المستمر، والذي قد يكون بسبب تأثير تآزري بين rGO وnZVI، حيث تكون المواقع النشطة المستقرة المتاحة للامتصاص أعلى بكثير، وفي حالة rGO/nZVI، أكثر يمكن امتزاز العاصمة من nZVI سليمة. بالإضافة إلى ذلك، في الشكل. يوضح الشكل 6 ب أن قدرة الامتزاز لمركبات rGO/nZVI وnZVI زادت من 9.4 مجم/جم إلى 30 مجم/جم و9 مجم/جم، على التوالي، مع زيادة في التركيز الأولي من 25-100 مجم/لتر. -1.1 إلى 28.73 ملغم-1. لذلك، كان معدل إزالة التيار المستمر مرتبطًا سلبًا بتركيز التيار المستمر الأولي، والذي كان بسبب العدد المحدود من مراكز التفاعل التي يدعمها كل مادة ماصة لامتصاص وإزالة التيار المستمر في المحلول. وبالتالي، يمكن أن نستنتج من هذه النتائج أن مركبات rGO/nZVI تتمتع بكفاءة أعلى في الامتزاز والتخفيض، ويمكن استخدام rGO في تركيبة rGO/nZVI كمواد ماصة وكمادة حاملة.
كانت كفاءة الإزالة وقدرة امتصاص التيار المستمر للمركب rGO / nZVI و nZVI (A، B) [Co = 25 مجم لتر -1–100 مجم لتر -1، T = 25 درجة مئوية، الجرعة = 0.05 جم]، الرقم الهيدروجيني. على قدرة الامتزاز وكفاءة إزالة التيار المستمر على مركبات rGO/nZVI (C) [Co = 50 مجم L–1، الرقم الهيدروجيني = 3–11، T = 25 درجة مئوية، الجرعة = 0.05 جم].
يعد الرقم الهيدروجيني للمحلول عاملاً حاسماً في دراسة عمليات الامتزاز، لأنه يؤثر على درجة التأين والتكاثر والتأين للمادة المازة. تم إجراء التجربة عند 25 درجة مئوية مع جرعة ماصة ثابتة (0.05 جم) وتركيز أولي قدره 50 مجم لتر-1 في نطاق الأس الهيدروجيني (3-11). وفقًا لمراجعة الأدبيات 46، يعتبر DC جزيءًا أمفيفيليًا يحتوي على عدة مجموعات وظيفية قابلة للتأين (الفينولات، والمجموعات الأمينية، والكحوليات) عند مستويات مختلفة من الأس الهيدروجيني. ونتيجة لذلك، فإن الوظائف المختلفة للتيار المستمر والهياكل ذات الصلة على سطح مركب rGO/nZVI قد تتفاعل كهروستاتيكيًا وقد توجد على شكل كاتيونات، وأيونات zwitterions، وأنيونات، ويوجد جزيء DC على شكل كاتيوني (DCH3+) عند درجة الحموضة < 3.3، zwitterionic (DCH20) 3.3 <pH <7.7 وأنيوني (DCH− أو DC2−) عند PH 7.7. ونتيجة لذلك، فإن الوظائف المختلفة للتيار المستمر والهياكل ذات الصلة على سطح مركب rGO/nZVI قد تتفاعل كهروستاتيكيًا وقد توجد على شكل كاتيونات، وأيونات zwitterions، وأنيونات، ويوجد جزيء DC على شكل كاتيوني (DCH3+) عند درجة الحموضة < 3.3، zwitterionic (DCH20) 3.3 <pH <7.7 وأنيوني (DCH- أو DC2-) عند PH 7.7. р резттате разичныы фнкци дк и сззаных с н н сттитт н н нооххховافقة к кззита rgo/nzvi остатически и о о с с сщщщвовать ، н <3،3 ، цвитер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 و анионный (DCH- أو DC2-) عند pH 7,7. ونتيجة لذلك، يمكن أن تتفاعل الوظائف المختلفة للتيار المستمر والهياكل ذات الصلة على سطح مركب rGO/nZVI كهروستاتيكيًا ويمكن أن توجد في شكل كاتيونات، وzwitterions، وأنيونات؛ يوجد جزيء التيار المستمر على شكل كاتيون (DCH3+) عند درجة حموضة أقل من 3.3؛ الأيونية (DCH20) 3.3 <الرقم الهيدروجيني <7.7 والأنيونية (DCH- أو DC2-) عند الرقم الهيدروجيني 7.7.تم تصميم DC DC و RGO / nZVI للتوصل إلى أفضل الحلول الممكنة في جميع أنحاء العالم. يمكن أن تكون درجة الحموضة في الماء أقل من 3.3 درجة مئوية (DCH3+) درجة الحموضة (DCH20) 3.3 < درجة الحموضة < 7.7 ودرجة الحموضة (DCH- 或 DC2-) 7.7 درجة الحموضة.يتم تشغيل DC بواسطة DC و 和 و 和 و 复 合 من أجل الحصول على أفضل النتائج , يجب أن تكون درجة الحموضة في التيار المستمر أقل من 3.3 درجة مئوية子 (dch3+) 形式درجة الحموضة (DCH20) 3.3 < درجة الحموضة < 7.7 ودرجة الحموضة (DCH- 或DC2-) 7.7 درجة الحموضة. وبالتالي، يمكن تشغيل وظائف DK المختلفة والهيكل المركب الشامل RGO/nZVI بجهد كهربائي تعمل وتتواجد في جميع أنحاء الكاتيون والأيونات الملونة والأنيونوف، وجزيئات DK هي كاتيونات (DЦГ3+) عند <3,3. لذلك، يمكن أن تدخل وظائف مختلفة للتيار المستمر والهياكل ذات الصلة على سطح مركب rGO/nZVI في تفاعلات كهروستاتيكية وتوجد في شكل كاتيونات، وzwitterions، وأنيونات، في حين أن جزيئات التيار المستمر كاتيونية (DCH3+) عند درجة حموضة أقل من 3.3. يتم تركيبه في أيون الأيونات (DCH20) عند 3,3 < pH < 7,7 وأنيون (DCH- أو DC2-) عند pH 7,7. وهو موجود على شكل zwitterion (DCH20) عند 3.3 <pH <7.7 وأنيون (DCH- أو DC2-) عند pH 7.7.مع زيادة الرقم الهيدروجيني من 3 إلى 7، زادت قدرة الامتزاز وكفاءة إزالة التيار المستمر من 11.2 مجم / جم (56٪) إلى 17 مجم / جم (85٪) (الشكل 6C). ومع ذلك، مع زيادة الرقم الهيدروجيني إلى 9 و11، انخفضت قدرة الامتزاز وكفاءة الإزالة إلى حد ما، من 10.6 مجم/جم (53%) إلى 6 مجم/جم (30%)، على التوالي. مع زيادة في الرقم الهيدروجيني من 3 إلى 7، كانت DC موجودة بشكل أساسي في شكل zwitterions، مما جعلها تقريبًا غير منجذبة أو منبوذة كهربائيًا بمركبات rGO / nZVI، في الغالب عن طريق التفاعل الكهروستاتيكي. مع زيادة الرقم الهيدروجيني فوق 8.2، كان سطح المادة المازة مشحونًا سالبًا، وبالتالي انخفضت قدرة الامتزاز وانخفضت بسبب التنافر الكهروستاتيكي بين الدوكسيسيكلين المشحون سالبًا وسطح المادة المازة. يشير هذا الاتجاه إلى أن امتصاص التيار المستمر على مركبات rGO/nZVI يعتمد بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني، وتشير النتائج أيضًا إلى أن مركبات rGO/nZVI مناسبة كمواد ماصة في ظل الظروف الحمضية والمحايدة.
تم إجراء تأثير درجة الحرارة على امتزاز المحلول المائي للتيار المستمر عند (25-55 درجة مئوية). يوضح الشكل 7A تأثير زيادة درجة الحرارة على كفاءة إزالة المضادات الحيوية DC على rGO/nZVI، ومن الواضح أن قدرة الإزالة وقدرة الامتصاص زادت من 83.44% و13.9 مجم/جم إلى 47% و7.83 مجم/جم. ، على التوالى. قد يكون هذا الانخفاض الكبير بسبب زيادة الطاقة الحرارية لأيونات التيار المستمر، مما يؤدي إلى الامتزاز.
تأثير درجة الحرارة على كفاءة الإزالة وقدرة الامتزاز للقرص المضغوط على مركبات rGO/nZVI (A) [Co = 50 مجم L–1، الرقم الهيدروجيني = 7، الجرعة = 0.05 جم]، جرعة الامتصاص على كفاءة الإزالة وكفاءة إزالة القرص المضغوط التركيز الأولي على قدرة الامتصاص وكفاءة إزالة التيار المستمر على مركب rGO/nSVI (B) [Co = 50 مجم L–1، pH = 7، T = 25 درجة مئوية] (C، D) [Co = 25–100 ملغم L-1، الرقم الهيدروجيني = 7، T = 25 درجة مئوية، الجرعة = 0.05 جم].
يظهر في الشكل تأثير زيادة جرعة المادة الممتصة المركبة rGO/nZVI من 0.01 جم إلى 0.07 جم على كفاءة الإزالة وقدرة الامتصاص. 7 ب. أدت زيادة جرعة المادة المازة إلى انخفاض قدرة الامتزاز من 33.43 ملجم / جم إلى 6.74 ملجم / جم. ومع ذلك، مع زيادة جرعة الممتز من 0.01 جم إلى 0.07 جم، تزداد كفاءة الإزالة من 66.8٪ إلى 96٪، والتي، وفقًا لذلك، قد تترافق مع زيادة في عدد المراكز النشطة على سطح المركب النانوي.
تمت دراسة تأثير التركيز الأولي على قدرة الامتزاز وكفاءة الإزالة [25-100 مجم لتر-1، 25 درجة مئوية، الرقم الهيدروجيني 7، الجرعة 0.05 جم]. عندما تمت زيادة التركيز الأولي من 25 مجم L-1 إلى 100 مجم L-1، انخفضت نسبة إزالة مركب rGO/nZVI من 94.6% إلى 65% (الشكل 7C)، ربما بسبب عدم وجود العنصر النشط المطلوب. المواقع. . يمتص تركيزات كبيرة من DC49. من ناحية أخرى، مع زيادة التركيز الأولي، زادت قدرة الامتزاز أيضًا من 9.4 مجم / جم إلى 30 مجم / جم حتى يتم الوصول إلى التوازن (الشكل 7 د). يرجع رد الفعل الحتمي هذا إلى زيادة القوة الدافعة مع تركيز تيار مستمر أولي أكبر من مقاومة نقل كتلة أيون التيار المستمر للوصول إلى السطح 50 لمركب rGO/nZVI.
تهدف دراسات زمن التلامس والحركية إلى فهم زمن التوازن للامتزاز. أولاً، كانت كمية التيار المستمر الممتز خلال أول 40 دقيقة من وقت الاتصال تقريبًا نصف الكمية الإجمالية الممتزة طوال الوقت (100 دقيقة). بينما تتصادم جزيئات التيار المستمر في المحلول مما يؤدي إلى هجرتها بسرعة إلى سطح مركب rGO/nZVI مما يؤدي إلى امتزاز كبير. بعد 40 دقيقة، زاد امتصاص التيار المستمر تدريجيًا وببطء حتى تم الوصول إلى التوازن بعد 60 دقيقة (الشكل 7 د). نظرًا لأنه تم امتصاص كمية معقولة خلال الأربعين دقيقة الأولى، سيكون هناك عدد أقل من الاصطدامات مع جزيئات التيار المستمر وسيكون هناك عدد أقل من المواقع النشطة المتاحة للجزيئات غير الممتزة. ولذلك، يمكن تخفيض معدل الامتزاز51.
لفهم حركية الامتزاز بشكل أفضل، تم استخدام المخططات الخطية للنماذج الحركية من الدرجة الأولى الزائفة (الشكل 8A)، والنماذج الحركية من الدرجة الثانية الزائفة (الشكل 8B)، وElovich (الشكل 8C). من المعلمات التي تم الحصول عليها من الدراسات الحركية (الجدول S1)، يتضح أن نموذج الثانية الكاذبة هو النموذج الأفضل لوصف حركية الامتزاز، حيث تم تعيين قيمة R2 أعلى من النموذجين الآخرين. هناك أيضًا تشابه بين قدرات الامتزاز المحسوبة (qe، cal). يعد الترتيب الزائف الثاني والقيم التجريبية (qe، exp.) دليلاً آخر على أن الترتيب الزائف الثاني هو نموذج أفضل من النماذج الأخرى. كما هو موضح في الجدول 1، تؤكد قيم α (معدل الامتزاز الأولي) و β (ثابت الامتزاز) أن معدل الامتزاز أعلى من معدل الامتزاز، مما يشير إلى أن التيار المستمر يميل إلى الامتصاص بكفاءة على مركب rGO/nZVI52. .
المؤامرات الحركية للامتزاز الخطي من الدرجة الثانية الزائفة (A) والدرجة الأولى الزائفة (B) وElovich (C) [Co = 25-100 مجم لتر -1، الرقم الهيدروجيني = 7، T = 25 درجة مئوية، الجرعة = 0.05 جم ].
تساعد دراسات متساوي حرارة الامتزاز في تحديد قدرة الامتزاز للمادة المازة (مركب RGO/nRVI) عند تركيزات مختلفة من الامتزاز (DC) ودرجات حرارة النظام. تم حساب سعة الامتزاز القصوى باستخدام ايزوثرم لانجميور، والذي يشير إلى أن الامتزاز كان متجانسًا ويتضمن تكوين طبقة أحادية ممتزة على سطح المادة المازة دون تفاعل بينهما. هناك نموذجان آخران للأيسوثرم مستخدمان على نطاق واسع هما نموذجا فروندليتش وتيمكين. على الرغم من أن نموذج فروندليتش لا يستخدم لحساب قدرة الامتزاز، إلا أنه يساعد على فهم عملية الامتزاز غير المتجانسة وأن الشواغر على المادة المازة لها طاقات مختلفة، في حين أن نموذج تيمكين يساعد على فهم الخواص الفيزيائية والكيميائية للامتزاز.
تُظهر الأشكال 9A-C مخططات خطية لنماذج Langmuir وFreindlich وTemkin، على التوالي. توضح قيم R2 المحسوبة من مخططات خط Freundlich (الشكل 9A) وLangmuir (الشكل 9B) والمعروضة في الجدول 2 أن امتزاز التيار المستمر على مركب rGO/nZVI يتبع تساوي حرارة Freundlich (0.996) وLangmuir (0.988). نماذج وتمكين (0.985). وكانت سعة الامتزاز القصوى (qmax) المحسوبة باستخدام نموذج لانجميور متساوي الحرارة 31.61 ملجم/جرام. بالإضافة إلى ذلك، تتراوح القيمة المحسوبة لعامل الفصل بدون أبعاد (RL) بين 0 و1 (0.097)، مما يشير إلى عملية امتزاز مواتية. وبخلاف ذلك، يشير ثابت فروندليتش المحسوب (n = 2.756) إلى تفضيل عملية الامتصاص هذه. وفقًا للنموذج الخطي لأيسوثرم Temkin (الشكل 9C)، فإن امتزاز DC على مركب rGO/nZVI هو عملية امتزاز مادية، نظرًا لأن b = 82 كيلوجول مول -1 (0.408)55. على الرغم من أن الامتزاز المادي يتم عادةً بوساطة قوى فان دير فال الضعيفة، إلا أن امتزاز التيار المباشر على مركبات rGO/nZVI يتطلب طاقات امتصاص منخفضة [56، 57].
فروندليتش (A)، لانجميور (B)، وTemkin (C) متساوي حرارة الامتزاز الخطي [Co = 25–100 مجم L–1، الرقم الهيدروجيني = 7، T = 25 درجة مئوية، الجرعة = 0.05 جم]. قطعة من معادلة van't Hoff لامتصاص التيار المستمر بواسطة مركبات rGO/nZVI (D) [Co = 25–100 مجم لتر-1، الرقم الهيدروجيني = 7، T = 25–55 درجة مئوية والجرعة = 0.05 جم].
لتقييم تأثير تغير درجة حرارة التفاعل على إزالة التيار المستمر من مركبات rGO/nZVI، تم حساب المعلمات الديناميكية الحرارية مثل تغير الإنتروبيا (ΔS)، وتغير المحتوى الحراري (ΔH)، وتغير الطاقة الحرة (ΔG) من المعادلات. 3 و 458.
حيث \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) - ثابت التوازن الديناميكي الحراري، Ce وCAe - rGO في المحلول، على التوالي /nZVI تركيزات DC عند توازن السطح. R وRT هما ثابت الغاز ودرجة حرارة الامتزاز، على التوالي. رسم ln Ke مقابل 1/T يعطي خطًا مستقيمًا (الشكل 9D) يمكن من خلاله تحديد ∆S و∆H.
تشير قيمة ΔH السالبة إلى أن العملية طاردة للحرارة. ومن ناحية أخرى، فإن قيمة ΔH تقع ضمن عملية الامتزاز الفيزيائي. تشير قيم ΔG السالبة في الجدول 3 إلى أن الامتزاز ممكن وعفوي. تشير القيم السالبة لـ ΔS إلى الترتيب العالي للجزيئات الممتزة في الواجهة السائلة (الجدول 3).
يقارن الجدول 4 مركب rGO/nZVI مع الممتزات الأخرى المذكورة في الدراسات السابقة. من الواضح أن مركب VGO/nCVI يتمتع بقدرة امتصاص عالية وقد يكون مادة واعدة لإزالة المضادات الحيوية DC من الماء. بالإضافة إلى ذلك، فإن امتزاز مركبات rGO/nZVI يعد عملية سريعة بزمن موازنة يبلغ 60 دقيقة. يمكن تفسير خصائص الامتزاز الممتازة لمركبات rGO / nZVI من خلال التأثير التآزري لـ rGO و nZVI.
توضح الأشكال 10A وB الآلية العقلانية لإزالة المضادات الحيوية DC بواسطة مجمعات rGO/nZVI وnZVI. وفقًا لنتائج التجارب حول تأثير الرقم الهيدروجيني على كفاءة امتصاص التيار المستمر، مع زيادة الرقم الهيدروجيني من 3 إلى 7، لم يتم التحكم في امتصاص التيار المستمر على مركب rGO/nZVI عن طريق التفاعلات الكهروستاتيكية، لأنه كان بمثابة zwitterion؛ ولذلك، فإن التغيير في قيمة الرقم الهيدروجيني لم يؤثر على عملية الامتزاز. بعد ذلك، يمكن التحكم في آلية الامتزاز من خلال التفاعلات غير الكهروستاتيكية مثل الترابط الهيدروجيني والتأثيرات الكارهة للماء وتفاعلات التراص π-π بين مركب rGO/nZVI وDC66. من المعروف أن آلية الامتزاز العطري على أسطح طبقات الجرافين قد تم تفسيرها من خلال تفاعلات التراص π – π باعتبارها القوة الدافعة الرئيسية. المركب عبارة عن مادة ذات طبقات تشبه الجرافين مع أقصى امتصاص عند 233 نانومتر بسبب الانتقال π-π*. استنادًا إلى وجود أربع حلقات عطرية في التركيب الجزيئي لمكثف التيار المستمر، افترضنا أن هناك آلية لتفاعل التراص π-π بين التيار المستمر العطري (مستقبل الإلكترون π) والمنطقة الغنية بإلكترونات π على سطح RGO. / nZVI المركبات. بالإضافة إلى ذلك، كما هو مبين في الشكل. كما هو موضح في الشكل 10B، تم إجراء دراسات FTIR لدراسة التفاعل الجزيئي لمركبات rGO/nZVI مع التيار المستمر، وأطياف FTIR لمركبات rGO/nZVI بعد امتزاز التيار المستمر موضحة في الشكل 10B. 10 ب. لوحظت ذروة جديدة عند 2111 سم-1، وهو ما يتوافق مع اهتزاز إطار الرابطة C=C، مما يشير إلى وجود المجموعات الوظيفية العضوية المقابلة على سطح 67 rGO/nZVI. تنتقل القمم الأخرى من 1561 إلى 1548 سم ومن 1399 إلى 1360 سم، مما يؤكد أيضًا أن تفاعلات π-π تلعب دورًا مهمًا في امتصاص الجرافين والملوثات العضوية 68،69. وبعد الامتزاز المستمر، انخفضت شدة بعض المجموعات المحتوية على الأكسجين، مثل OH، إلى 3270 سم-1، مما يشير إلى أن الترابط الهيدروجيني هو إحدى آليات الامتزاز. وبالتالي، بناءً على النتائج، يحدث امتصاص التيار المستمر على مركب rGO/nZVI بشكل رئيسي بسبب تفاعلات التراص π-π والروابط H.
الآلية العقلانية لامتصاص المضادات الحيوية DC بواسطة مجمعات rGO / nZVI و nZVI (A). أطياف امتصاص FTIR للتيار المستمر على rGO/nZVI وnZVI (B).
زادت شدة نطاقات الامتصاص لـ nZVI عند 3244 و1615 و1546 و1011 سم-1 بعد امتزاز التيار المستمر على nZVI (الشكل 10B) مقارنة بـ nZVI، والتي يجب أن تكون مرتبطة بالتفاعل مع المجموعات الوظيفية المحتملة للحمض الكربوكسيلي يا مجموعات في العاصمة. ومع ذلك، تشير هذه النسبة المئوية المنخفضة للانتقال في جميع النطاقات المرصودة إلى عدم وجود تغيير كبير في كفاءة الامتزاز للممتز النباتي (nZVI) مقارنة بـ nZVI قبل عملية الامتزاز. وفقًا لبعض أبحاث إزالة التيار المستمر باستخدام nZVI71، عندما يتفاعل nZVI مع H2O، يتم إطلاق الإلكترونات ومن ثم يتم استخدام H+ لإنتاج هيدروجين نشط قابل للاختزال بدرجة كبيرة. أخيرًا، تقبل بعض المركبات الكاتيونية الإلكترونات من الهيدروجين النشط، مما يؤدي إلى -C=N و -C=C-، وهو ما يعزى إلى انقسام حلقة البنزين.