הסרה סינרגטית של אנטיביוטיקה דוקסיציקלין מהמים על ידי תחמוצת גרפן סינטטית מופחתת ירוקה ותסביכי ברזל ננו-אפס

תודה שביקרת ב-Nature.com. לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכת CSS מוגבלת. לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נעבד את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
בעבודה זו, רכיבים מרוכבים rGO/nZVI סונתזו לראשונה באמצעות הליך פשוט וידידותי לסביבה תוך שימוש בתמצית עלים צהבהבים של Sophora כחומר מצמצם ומייצב כדי לעמוד בעקרונות של כימיה "ירוקה", כגון סינתזה כימית פחות מזיקה. נעשה שימוש במספר כלים כדי לאמת את הסינתזה המוצלחת של חומרים מרוכבים, כגון SEM, EDX, XPS, XRD, FTIR ופוטנציאל zeta, המעידים על ייצור מרוכבים מוצלח. יכולת ההסרה של החומרים המרוכבים החדשים ושל nZVI טהור בריכוזים התחלתיים שונים של האנטיביוטיקה דוקסיציקלין הושוו כדי לחקור את ההשפעה הסינרגטית בין rGO ל-nZVI. בתנאי ההסרה של 25mg L-1, 25°C ו-0.05g, שיעור ההסרה הספיחה של nZVI טהור היה 90%, בעוד ששיעור ההסרה הספיחה של דוקסיציקלין על ידי המרוכב rGO/nZVI הגיע ל-94.6%, מה שמאשר כי nZVI ו-rGO . תהליך הספיחה מתאים לסדר פסאודו-שני ומתאים למודל Freundlich עם יכולת ספיחה מקסימלית של 31.61 מ"ג g-1 ב-25 מעלות צלזיוס ו-pH 7. הוצע מנגנון סביר להסרת DC. בנוסף, יכולת השימוש החוזרת של המרוכב rGO/nZVI היה 60% לאחר שישה מחזורי התחדשות רצופים.
מחסור במים וזיהום הם כעת איום רציני על כל המדינות. בשנים האחרונות, זיהום המים, במיוחד זיהום האנטיביוטיקה, גדל עקב ייצור וצריכה מוגברת במהלך מגיפת COVID-191,2,3. לכן, פיתוח טכנולוגיה יעילה לחיסול אנטיביוטיקה בשפכים היא משימה דחופה.
אחת האנטיביוטיקה הסינטטית למחצה העמידה מקבוצת הטטרציקלין היא דוקסיציקלין (DC)4,5. דווח ששאריות DC במי תהום ובמי עילי לא ניתנים לחילוף חומרים, רק 20-50% עוברים חילוף חומרים והשאר משתחרר לסביבה, מה שגורם לבעיות סביבתיות ובריאותיות חמורות6.
חשיפה ל-DC ברמות נמוכות עלולה להרוג מיקרואורגניזמים פוטוסינתטיים מימיים, לאיים על התפשטות חיידקים אנטי-מיקרוביאליים ולהגביר עמידות לאנטי-מיקרוביאלית, ולכן יש להסיר מזהם זה מהשפכים. הפירוק הטבעי של DC במים הוא תהליך איטי מאוד. תהליכים פיזיקו-כימיים כמו פוטוליזה, פירוק ביולוגי וספיחה יכולים להתפרק רק בריכוזים נמוכים ובקצבים נמוכים מאוד7,8. עם זאת, השיטה החסכונית, הפשוטה, הידידותית לסביבה, הקלה לטיפול והיעילה ביותר היא ספיחה9,10.
ברזל ננו אפס ערכי (nZVI) הוא חומר חזק מאוד שיכול להסיר אנטיביוטיקה רבים מהמים, כולל מטרונידזול, דיאזפאם, ציפרלקס, כלורמפניקול וטטרציקלין. יכולת זו נובעת מהתכונות המדהימות שיש ל-nZVI, כגון תגובתיות גבוהה, שטח פנים גדול ואתרי קישור חיצוניים רבים11. עם זאת, nZVI נוטה להצטבר במדיה מימית עקב כוחות ואן דר וולס ותכונות מגנטיות גבוהות, מה שמפחית את יעילותו בהסרת מזהמים עקב היווצרות שכבות תחמוצת המעכבות את התגובתיות של nZVI10,12. ניתן להפחית את הצבירה של חלקיקי nZVI על ידי שינוי פני השטח שלהם עם חומרים פעילי שטח ופולימרים או על ידי שילובם עם ננו חומרים אחרים בצורה של חומרים מרוכבים, מה שהוכח כגישה מעשית לשיפור היציבות שלהם בסביבה13,14.
גרפן הוא ננו-חומר פחמן דו מימדי המורכב מאטומי פחמן הכלואים של sp2 המסודרים בסריג חלת דבש. יש לו שטח פנים גדול, חוזק מכני משמעותי, פעילות אלקטרוקטליטית מעולה, מוליכות תרמית גבוהה, ניידות אלקטרונית מהירה וחומר נשא מתאים לתמיכה בננו-חלקיקים אנאורגניים על פני השטח שלו. השילוב של ננו-חלקיקי מתכת וגרפן יכול לחרוג בהרבה מהיתרונות האישיים של כל חומר, ובשל תכונותיו הפיזיקליות והכימיות המעולות, לספק חלוקה מיטבית של ננו-חלקיקים לטיפול יעיל יותר במים15.
תמציות צמחים הן החלופה הטובה ביותר לחומרים מפחיתים כימיים מזיקים הנפוצים בסינתזה של תחמוצת גרפן מופחתת (rGO) ו-nZVI מכיוון שהם זמינים, זולים, צעד אחד, בטוחים לסביבה, ויכולים לשמש כחומרים מפחיתים. כמו פלבנואידים ותרכובות פנוליות פועל גם כמייצב. לכן, תמצית עלי Atriplex halimus L. שימשה כחומר תיקון וסגירה לסינתזה של חומרים מרוכבים rGO/nZVI במחקר זה. Atriplex halimus ממשפחת ה- Amaranthaceae הוא שיח רב שנתי אוהב חנקן בעל טווח גיאוגרפי רחב16.
על פי הספרות הזמינה, אטריפלקס הלימוס (A. halimus) שימש לראשונה לייצור חומרים מרוכבים של rGO/nZVI כשיטת סינתזה חסכונית וידידותית לסביבה. לפיכך, מטרת עבודה זו מורכבת מארבעה חלקים: (1) פיטוסינתזה של חומרים מרוכבים rGO/nZVI ו-nZVI הוריים תוך שימוש בתמצית עלי מימי A. halimus, (2) אפיון חומרים מרוכבים שעברו פיטו-סינתזה תוך שימוש במספר שיטות כדי לאשר את ייצורם המוצלח, (3 ) לחקור את ההשפעה הסינרגטית של rGO ו-nZVI בספיחה והסרה של מזהמים אורגניים של אנטיביוטיקה דוקסיציקלין תחת פרמטרי תגובה שונים, לייעל את תנאי תהליך הספיחה, (3) לחקור חומרים מרוכבים בטיפולים רציפים שונים לאחר מחזור העיבוד.
דוקסיציקלין הידרוכלוריד (DC, MM = 480.90, נוסחה כימית C22H24N2O·HCl, 98%), הקסהידראט כלורי ברזל (FeCl3.6H2O, 97%), אבקת גרפיט שנרכשה מסיגמא-אלדריך, ארה"ב. נתרן הידרוקסיד (NaOH, 97%), אתנול (C2H5OH, 99.9%) וחומצה הידרוכלורית (HCl, 37%) נרכשו מ- Merck, ארה"ב. NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 ו-MgCl2 נרכשו מ-Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd. כל הריאגנטים הם בעלי טוהר אנליטי גבוה. מים מזוקקים כפול שימשו להכנת כל התמיסות המימיות.
דגימות מייצגות של A. halimus נאספו מבית הגידול הטבעי שלהם בדלתא הנילוס ואדמות לאורך חופי הים התיכון של מצרים. חומר צמחי נאסף בהתאם להנחיות הלאומיות והבינלאומיות החלות17. פרופ' מנאל פאוזי זיהה דגימות צמחים לפי Boulos18, והמחלקה למדעי הסביבה של אוניברסיטת אלכסנדריה מאשרת איסוף של מיני צמחים שנחקרו למטרות מדעיות. שוברים לדוגמה מתקיימים ב-Tanta University Herbarium (TANE), שוברים מס. 14 122–14 127, עשב ציבורי המספק גישה לחומרים שהופקדו. בנוסף, כדי להסיר אבק או לכלוך יש לחתוך את עלי הצמח לחתיכות קטנות, לשטוף 3 פעמים עם ברז ומים מזוקקים, ולאחר מכן לייבש ב-50 מעלות צלזיוס. הצמח נמחץ, 5 גרם מהאבקה העדינה הוטבלו ב-100 מ"ל מים מזוקקים וערבבו ב-70 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות לקבלת תמצית. התמצית שהתקבלה של Bacillus nicotianae סונן דרך נייר פילטר Whatman ואוחסנה בצינורות נקיים ומעוקרים ב-4 מעלות צלזיוס לשימוש נוסף.
כפי שמוצג באיור 1, ה-GO הוכן מאבקת גרפיט בשיטת ההאמרס המותאמת. 10 מ"ג של אבקת GO התפזרו ב-50 מ"ל של מים מפושטים למשך 30 דקות תחת צללית, ולאחר מכן ערבבו 0.9 גרם FeCl3 ו-2.9 גרם NaAc למשך 60 דקות. 20 מ"ל של תמצית עלי אטריפלקס נוספו לתמיסה המעורבלת תוך ערבוב והושארו ב-80 מעלות צלזיוס למשך 8 שעות. התרחיף השחור שהתקבל סונן. הננו-מרוכבים המוכנים נשטפו עם אתנול ומים מזוקקים ולאחר מכן יובשו בתנור ואקום ב-50 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות.
צילומים סכמטיים ודיגיטליים של סינתזה ירוקה של קומפלקסים rGO/nZVI ו-nZVI והסרה של אנטיביוטיקה DC ממים מזוהמים באמצעות תמצית Atriplex halimus.
בקצרה, כפי שמוצג באיור 1, 10 מ"ל של תמיסת ברזל כלוריד המכילה יוני 0.05 M Fe3+ הוספו טיפה ל-20 מ"ל של תמיסת תמצית עלים מרים במשך 60 דקות בחימום מתון וערבול, ולאחר מכן התמיסה בוצעה בצנטריפוגה בשעה 14,000 סל"ד (Hermle, 15,000 סל"ד) למשך 15 דקות כדי לתת חלקיקים שחורים, אשר נשטפו 3 פעמים עם אתנול ומים מזוקקים ולאחר מכן יובשו בתנור ואקום ב-60 מעלות צלזיוס למשך הלילה.
חומרים מרוכבים של rGO/nZVI ו-nZVI שסונתזו בצמח אופיינו בספקטרוסקופיה גלויה ל-UV (ספקטרופוטומטרים UV/Vis מסדרת T70/T80, PG Instruments Ltd, UK) בטווח הסריקה של 200-800 ננומטר. כדי לנתח את הטופוגרפיה והתפלגות הגודל של החומרים המרוכבים rGO/nZVI ו-nZVI, נעשה שימוש בספקטרוסקופיה של TEM (JOEL, JEM-2100F, יפן, מתח מאיץ 200 קילו וולט). כדי להעריך את הקבוצות התפקודיות שיכולות להיות מעורבות בתמציות צמחים האחראיות על תהליך ההתאוששות והייצוב, בוצעה ספקטרוסקופיה FT-IR (ספקטרומטר JASCO בטווח של 4000-600 ס"מ-1). בנוסף, נעשה שימוש בנתח פוטנציאל זיטה (Zetasizer Nano ZS Malvern) כדי לחקור את מטען פני השטח של הננו-חומרים המסונתזים. למדידות עקיפות קרני רנטגן של ננו-חומרים באבקת, נעשה שימוש בדיפרקטומטר רנטגן (X'PERT PRO, הולנד), הפועל בזרם (40 mA), מתח (45 קילו וולט) בטווח 2θ מ-20° ל-80 ° וקרינת CuKa1 (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). ספקטרומטר קרני רנטגן מפיץ אנרגיה (EDX) (דגם JEOL JSM-IT100) היה אחראי לחקר הרכב היסודות בעת איסוף קרני רנטגן מונוכרומטיות Al K-α מ-10 עד 1350 eV על XPS, גודל נקודה 400 מיקרומטר K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, ארה"ב) אנרגיית השידור של הספקטרום המלא היא 200 eV והספקטרום הצר הוא 50 eV. דגימת האבקה נלחצת על מחזיק דגימה, אשר מונח בתא ואקום. ספקטרום C 1 s שימש כהתייחסות ב-284.58 eV כדי לקבוע את אנרגיית הקישור.
ניסויי ספיחה בוצעו כדי לבדוק את היעילות של הננו מרוכבים rGO/nZVI המסונתזים בהסרת דוקסיציקלין (DC) מתמיסות מימיות. ניסויי ספיחה בוצעו בצלוחיות Erlenmeyer של 25 מ"ל במהירות ניעור של 200 סל"ד על שייקר אורביטלי (Stuart, Orbital Shaker/SSL1) ב-298 K. על ידי דילול תמיסת המניות של DC (1000 ppm) במים מזוקקים. כדי להעריך את ההשפעה של מינון rGO/nSVI על יעילות הספיחה, נוספו ננו-מרוכבים במשקלים שונים (0.01-0.07 גרם) ל-20 מ"ל של תמיסת DC. כדי לחקור את הקינטיקה והאיזותרמיות של הספיחה, 0.05 גרם מהסופח הוטבע בתמיסה מימית של CD בריכוז ראשוני (25-100 מ"ג ל-1). השפעת ה-pH על הסרת DC נחקרה ב-pH (3-11) ובריכוז התחלתי של 50 מ"ג L-1 ב-25°C. התאם את ה-pH של המערכת על ידי הוספת כמות קטנה של תמיסת HCl או NaOH (מד pH קריסון, מד pH, pH 25). בנוסף, נחקרה השפעת טמפרטורת התגובה על ניסויי ספיחה בטווח של 25-55 מעלות צלזיוס. השפעת חוזק יוני על תהליך הספיחה נחקרה על ידי הוספת ריכוזים שונים של NaCl (0.01-4 מול L-1) בריכוז התחלתי של DC של 50 מ"ג L-1, pH 3 ו-7), 25°C, ו מינון סופח של 0.05 גרם. הספיחה של DC לא נספג נמדדה באמצעות ספקטרופוטומטר UV-Vis עם קרן כפולה (סדרת T70/T80, PG Instruments Ltd, בריטניה) המצויד בקובטות קוורץ באורך נתיב של 1.0 ס"מ באורכי גל מרביים (λmax) של 270 ו-350 ננומטר. אחוז ההסרה של אנטיביוטיקה DC (R%; משוואה 1) וכמות הספיחה של DC, qt, Eq. 2 (mg/g) נמדדו באמצעות המשוואה הבאה.
כאשר %R הוא יכולת הסרת DC (%), Co הוא ריכוז DC הראשוני בזמן 0, ו-C הוא ריכוז DC בזמן t, בהתאמה (mg L-1).
כאשר qe הוא כמות ה-DC שנספג ליחידת מסה של הסופח (mg g-1), Co ו-Ce הם הריכוזים בזמן אפס ובשיווי משקל, בהתאמה (mg l-1), V הוא נפח התמיסה (l) , ו-m הוא מגיב מסת הספיחה (g).
תמונות SEM (איורים 2A-C) מציגות את המורפולוגיה הלמלרית של ה-rGO/nZVI המרוכב עם ננו-חלקיקי ברזל כדוריים מפוזרים באופן אחיד על פני השטח שלו, מה שמצביע על התקשרות מוצלחת של nZVI NPs למשטח rGO. בנוסף, ישנם כמה קמטים בעלה rGO, המאשרים את הסרת קבוצות המכילות חמצן במקביל לשחזור של A. halimus GO. קמטים גדולים אלה פועלים כאתרים להעמסה אקטיבית של NPs ברזל. תמונות nZVI (איור 2D-F) הראו כי NPs הברזל הכדוריים היו מפוזרים מאוד ולא התקבצו, מה שנובע מאופי הציפוי של המרכיבים הבוטניים של תמצית הצמח. גודל החלקיקים השתנה בין 15-26 ננומטר. עם זאת, באזורים מסוימים יש מורפולוגיה מזופורית עם מבנה של בליטות וחללים, שיכולים לספק יכולת ספיחה אפקטיבית גבוהה של nZVI, מכיוון שהם יכולים להגביר את האפשרות של לכידת מולקולות DC על פני השטח של nZVI. כאשר נעשה שימוש בתמצית Rosa Damascus לסינתזה של nZVI, ה-NPs שהתקבלו היו לא הומוגניים, עם חללים וצורות שונות, מה שהפחית את היעילות שלהם בספיחת Cr(VI) והגדיל את זמן התגובה 23 . התוצאות עולות בקנה אחד עם nZVI המסונתז מעלי אלון ותות, שהם בעיקר ננו-חלקיקים כדוריים בגדלים שונים של ננומטרים ללא צבירה ברורה.
תמונות SEM של חומרים מרוכבים של rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) ודפוסי EDX של חומרים מרוכבים של nZVI/rGO (G) ו-nZVI (H).
ההרכב היסודי של חומרים מרוכבים מסוג rGO/nZVI ו-nZVI שסונתז על ידי צמח נחקר באמצעות EDX (איור 2G, H). מחקרים מראים ש-nZVI מורכב מפחמן (38.29% במסה), חמצן (47.41% במסה) וברזל (11.84% במסה), אך קיימים גם יסודות אחרים כמו זרחן24, אותם ניתן להשיג מתמציות צמחים. בנוסף, האחוז הגבוה של פחמן וחמצן נובע מנוכחות פיטוכימיקלים מתמציות צמחים בדגימות nZVI תת-קרקעיות. אלמנטים אלו מפוזרים באופן שווה על rGO אך ביחסים שונים: C (39.16 %), O (46.98 %) ו-Fe (10.99 %), EDX rGO/nZVI מראה גם נוכחות של יסודות אחרים כגון S, אשר ניתן לקשר עם תמציות צמחים, משמשים. יחס ה-C:O ותכולת הברזל הנוכחית בקומפוזיט rGO/nZVI באמצעות A. halimus טובים בהרבה משימוש בתמצית עלי האקליפטוס, מכיוון שהוא מאפיין את ההרכב של C (23.44 משקל%), O (68.29 משקל). ו-Fe (8.27 משקל). משקל %) 25. Nataša et al., 2022 דיווחו על הרכב יסודי דומה של nZVI המסונתז מעלי אלון ותות עץ ואישרו שקבוצות פוליפנולים ומולקולות אחרות הכלולות בתמצית העלים אחראיות לתהליך ההפחתה.
המורפולוגיה של nZVI שסונתז בצמחים (איור S2A,B) הייתה כדורית וחלקית לא סדירה, עם גודל חלקיקים ממוצע של 23.09 ± 3.54 ננומטר, אולם צבירי שרשרת נצפו עקב כוחות ואן דר ואלס ופרומגנטיות. צורת החלקיקים הגרגרית והכדורית הזו תואמת היטב את תוצאות ה-SEM. תצפית דומה נמצאה על ידי Abdelfatah et al. בשנת 2021, כאשר נעשה שימוש בתמצית עלי קיק בסינתזה של nZVI11. תמצית עלי Ruelas tuberosa המשמשים כחומר מפחית ב-nZVI הם גם בעלי צורה כדורית בקוטר של 20 עד 40 ננומטר26.
תמונות TEM מורכבות rGO/nZVI היברידיות (איור S2C-D) הראו ש-rGO הוא מישור בסיסי עם קפלים שוליים וקמטים המספקים מספר אתרי טעינה עבור nZVI NPs; מורפולוגיה למלרית זו גם מאשרת את הייצור המוצלח של rGO. בנוסף, ל-nZVI NPs יש צורה כדורית עם גדלי חלקיקים מ-5.32 עד 27 ננומטר והם משובצים בשכבת rGO עם פיזור כמעט אחיד. תמצית עלי אקליפטוס שימשה לסנתז Fe NPs/rGO; תוצאות ה-TEM גם אישרו שקמטים בשכבת rGO שיפרו את פיזור ה-Fe NPs יותר מאשר NPs Fe טהורים והגבירו את התגובתיות של החומרים המרוכבים. תוצאות דומות התקבלו על ידי Bagheri et al. 28 כאשר המרוכב יוצר בטכניקות אולטרסאונד עם גודל ננו-חלקיקי ברזל ממוצע של כ-17.70 ננומטר.
ספקטרום ה-FTIR של חומרים מרוכבים A. halimus, nZVI, GO, rGO ו-rGO/nZVI מוצגים באיורים. 3א. נוכחותן של קבוצות פונקציונליות פני השטח בעלים של A. halimus מופיעה ב-3336 ס"מ-1, התואם לפוליפנולים, ו-1244 ס"מ-1, התואם לקבוצות קרבוניל המיוצרות על ידי החלבון. נצפו גם קבוצות אחרות כגון אלקנים ב-2918 ס"מ-1, אלקנים ב-1647 ס"מ-1 והרחבות CO-O-CO ב-1030 ס"מ-1, מה שמצביע על נוכחותם של רכיבי צמחים הפועלים כסוכני איטום ואחראים להתאוששות מ-Fe2+ ל-Fe0 ו-GO ל-rGO29. באופן כללי, ספקטרום nZVI מציגים את אותם שיאי ספיגה כמו סוכרים מרים, אך עם מיקום מעט מוזז. פס אינטנסיבי מופיע ב-3244 ס"מ-1 הקשור לתנודות מתיחה של OH (פנולים), שיא ב-1615 מתאים ל-C=C, ורצועות ב-1546 ו-1011 ס"מ-1 נוצרות עקב מתיחה של C=O (פוליפנולים ופלבנואידים) , CN-קבוצות של אמינים ארומטיים ואמינים אליפטים נצפו גם ב-1310 ס"מ-1 ו-1190 ס"מ-1, בהתאמה13. ספקטרום ה-FTIR של GO מראה נוכחות של קבוצות רבות המכילות חמצן בעצימות גבוהה, כולל פס המתיחה של אלקוקסי (CO) ב-1041 ס"מ-1, פס מתיחה של אפוקסי (CO) ב-1291 ס"מ-1, מתיחה C=O. הופיעה פס של תנודות מתיחה של C=C ב-1619 ס"מ-1, פס ב-1708 ס"מ-1 ופס רחב של רעידות מתיחה של קבוצת OH ב-3384 ס"מ-1, מה שאושר על ידי שיטת ההאמרס המשופרת, המחמצנת בהצלחה את תהליך גרפיט. כאשר משווים חומרים מרוכבים של rGO ו-rGO/nZVI עם ספקטרום GO, העוצמה של כמה קבוצות המכילות חמצן, כגון OH ב-3270 ס"מ-1, מופחתת באופן משמעותי, בעוד שאחרות, כגון C=O ב-1729 ס"מ-1, מופחתת לחלוטין. מוּפחָת. נעלם, מה שמעיד על הסרה מוצלחת של קבוצות תפקודיות המכילות חמצן ב-GO על ידי תמצית A. halimus. שיאים אופייניים חדים של rGO במתח C=C נצפים בסביבות 1560 ו-1405 cm-1, מה שמאשר את הפחתת ה-GO ל-rGO. נצפו שינויים מ-1043 עד 1015 ס"מ-1 ומ-982 עד 918 ס"מ-1, אולי בשל הכללת חומר צמחי31,32. Weng et al., 2018 גם הבחינו בהחלשה משמעותית של קבוצות פונקציונליות מחומצנות ב-GO, מה שמאשר את היווצרותו המוצלחת של rGO על ידי ביורודוקציה, שכן תמציות עלי אקליפטוס, ששימשו לסינתזה מרוכבים של תחמוצת גרפן ברזל מופחתת, הראו ספקטרום FTIR קרוב יותר של רכיב הצמח. קבוצות פונקציונליות. 33 .
א. ספקטרום FTIR של גליום, nZVI, rGO, GO, rGO/nZVI מרוכב (A). Roentgenogrammy מרוכבים rGO, GO, nZVI ו-rGO/nZVI (B).
היווצרותם של חומרים מרוכבים rGO/nZVI ו-nZVI אושרה במידה רבה על ידי דפוסי עקיפה של קרני רנטגן (איור 3B). שיא Fe0 בעוצמה גבוהה נצפה ב-2Ɵ 44.5°, המתאים לאינדקס (110) (JCPDS מס' 06-0696)11. שיא נוסף ב-35.1° של המישור (311) מיוחס למגנטיט Fe3O4, 63.2° עשוי להיות קשור לאינדקס מילר של המישור (440) עקב נוכחותו של ϒ-FeOOH (JCPDS מס' 17-0536)34. תבנית הרנטגן של GO מציגה שיא חד ב-2Ɵ 10.3° ושיא נוסף ב-21.1°, מה שמצביע על קילוף מלא של הגרפיט ומדגיש את נוכחותן של קבוצות המכילות חמצן על פני השטח של GO35. דפוסים מרוכבים של rGO ו-rGO/nZVI תיעדו היעלמות של פסגות GO אופייניות והיווצרות פסגות rGO רחבות ב-2Ɵ 22.17 ו-24.7° עבור הרכיבים rGO ו-rGO/nZVI, בהתאמה, מה שאישר את ההתאוששות המוצלחת של GO על ידי תמציות צמחים. עם זאת, בתבנית rGO/nZVI המרוכבת, פסגות נוספות הקשורות למישור הסריג של Fe0 (110) ו-bcc Fe0 (200) נצפו ב-44.9\(^\circ\) ו-65.22\(^\circ\), בהתאמה. .
פוטנציאל הזטה הוא הפוטנציאל בין שכבה יונית המחוברת לפני השטח של חלקיק לבין תמיסה מימית הקובעת את התכונות האלקטרוסטטיות של חומר ומודד את יציבותו37. ניתוח פוטנציאל Zeta של חומרים מרוכבים nZVI, GO ו-rGO/nZVI שסונתזו בצמח הראה את יציבותם עקב נוכחותם של מטענים שליליים של -20.8, -22 ו-27.4 mV, בהתאמה, על פני השטח שלהם, כפי שמוצג באיור S1A- ג. . תוצאות כאלה עולות בקנה אחד עם מספר דיווחים שמזכירים שתמיסות המכילות חלקיקים עם ערכי פוטנציאל זטה הנמוכים מ-25 mV מראות בדרך כלל רמה גבוהה של יציבות עקב דחייה אלקטרוסטטית בין חלקיקים אלו. השילוב של rGO ו-nZVI מאפשר לחומר המרוכב לרכוש יותר מטענים שליליים ובכך יש לו יציבות גבוהה יותר מאשר GO או nZVI בלבד. לכן, תופעת הדחייה האלקטרוסטטית תוביל להיווצרות חומרים מרוכבים יציבים של rGO/nZVI39. המשטח השלילי של GO מאפשר פיזור אחיד בתווך מימי ללא צבירה, מה שיוצר תנאים נוחים לאינטראקציה עם nZVI. המטען השלילי עשוי להיות קשור לנוכחות של קבוצות תפקודיות שונות בתמצית מלון מר, מה שמאשר גם את האינטראקציה בין GO ומבשרי ברזל לבין תמצית הצמח ליצירת rGO ו- nZVI, בהתאמה, ואת קומפלקס rGO/nZVI. תרכובות צמחיות אלו יכולות לשמש גם כסוכני מכסה, שכן הן מונעות את הצטברות הננו-חלקיקים המתקבלים ובכך מגדילות את יציבותם40.
הרכב היסודות ומצבי הערכיות של הרכיבים המרוכבים nZVI ו-rGO/nZVI נקבעו על ידי XPS (איור 4). מחקר XPS הכולל הראה שהקומפוזיט של rGO/nZVI מורכב בעיקר מהיסודות C, O ו-Fe, בהתאם למיפוי EDS (איור 4F–H). ספקטרום C1s מורכב משלושה פסגות ב-284.59 eV, 286.21 eV ו-288.21 eV המייצגים CC, CO ו-C=O, בהתאמה. ספקטרום O1s חולק לשלושה פסגות, כולל 531.17 eV, 532.97 eV ו-535.45 eV, אשר הוקצו לקבוצות O=CO, CO ו-NO, בהתאמה. עם זאת, השיאים ב-710.43, 714.57 ו-724.79 eV מתייחסים ל-Fe 2p3/2, Fe+3 ו-Fe p1/2, בהתאמה. ספקטרום XPS של nZVI (איור 4C-E) הראה פסגות עבור היסודות C, O ו-Fe. פסגות ב-284.77, 286.25 ו-287.62 eV מאשרות את נוכחותן של סגסוגות ברזל-פחמן, שכן הן מתייחסות ל-CC, C-OH ו-CO, בהתאמה. ספקטרום O1s תואם לשלושה פסגות C–O/ברזל קרבונט (531.19 eV), רדיקל הידרוקסיל (532.4 eV) ו- O–C=O (533.47 eV). השיא ב-719.6 מיוחס ל-Fe0, בעוד FeOOH מציג שיאים ב-717.3 ו-723.7 eV, בנוסף, השיא ב-725.8 eV מצביע על נוכחות של Fe2O342.43.
מחקרי XPS של חומרים מרוכבים של nZVI ו-rGO/nZVI, בהתאמה (A, B). ספקטרום מלא של nZVI C1s (C), Fe2p (D) ו-O1s (E) ו-rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) מורכב.
איזותרמית הספיחה/הספיחה של N2 (איור 5A, B) מראה שהחומרים המרוכבים nZVI ו-rGO/nZVI שייכים לסוג II. בנוסף, שטח הפנים הספציפי (SBET) של nZVI גדל מ-47.4549 ל-152.52 m2/g לאחר סנוור עם rGO. תוצאה זו יכולה להיות מוסברת על ידי הירידה בתכונות המגנטיות של nZVI לאחר עיוורון rGO, ובכך מפחיתה את צבירת החלקיקים והגדלת שטח הפנים של החומרים המרוכבים. בנוסף, כפי שמוצג באיור 5C, נפח הנקבוביות (8.94 ננומטר) של הרכיב rGO/nZVI גבוה יותר מזה של ה-nZVI המקורי (2.873 ננומטר). תוצאה זו היא בהסכמה עם אל-מונם וחב'. 45 .
כדי להעריך את יכולת הספיחה להסרת DC בין הרכיבים המרוכבים של rGO/nZVI ל-nZVI המקורי בהתאם לעלייה בריכוז ההתחלתי, בוצעה השוואה על ידי הוספת מינון קבוע של כל סופח (0.05 גרם) ל-DC בריכוזים ראשוניים שונים. פתרון נחקר [25]. -100 מ"ג ל-1] ב-25 מעלות צלזיוס. התוצאות הראו שיעילות ההסרה (94.6%) של ה-rGO/nZVI המרוכבת הייתה גבוהה מזו של ה-nZVI המקורי (90%) בריכוז נמוך יותר (25 מ"ג L-1). עם זאת, כאשר הריכוז ההתחלתי הועלה ל-100 מ"ג L-1, יעילות ההסרה של rGO/nZVI ו-nZVI הורית ירדה ל-70% ו-65%, בהתאמה (איור 6A), מה שעשוי לנבוע מפחות אתרים פעילים והידרדרות של חלקיקי nZVI. להיפך, rGO/nZVI הראה יעילות גבוהה יותר של הסרת DC, אשר עשויה לנבוע מהשפעה סינרגטית בין rGO ל-nZVI, שבה אתרים פעילים יציבים הזמינים לספיחה גבוהים בהרבה, ובמקרה של rGO/nZVI, יותר DC יכול להיספג מאשר nZVI שלם. בנוסף, באיור. 6B מראה כי יכולת הספיחה של החומרים המרוכבים rGO/nZVI ו-nZVI עלתה מ-9.4 מ"ג/ג ל-30 מ"ג/ג ו-9 מ"ג/ג, בהתאמה, עם עלייה בריכוז הראשוני מ-25-100 מ"ג/ליטר. -1.1 עד 28.73 מ"ג g-1. לכן, קצב הסרת ה-DC נמצא בקורלציה שלילית עם ריכוז ה-DC הראשוני, אשר נבע ממספר מצומצם של מרכזי תגובה שנתמכים על ידי כל סופח עבור ספיחה והסרה של DC בתמיסה. לפיכך, ניתן להסיק מתוצאות אלו שלחומרי ה-rGO/nZVI יש יעילות גבוהה יותר של ספיחה והפחתה, ו-rGO בהרכב של rGO/nZVI יכול לשמש הן כסופח והן כחומר נשא.
יעילות ההסרה ויכולת הספיגה של DC עבור הרכיבים המרוכבים rGO/nZVI ו-nZVI היו (A, B) [Co = 25 מ"ג l-1-100 מ"ג l-1, T = 25 מעלות צלזיוס, מינון = 0.05 גרם], pH. על יכולת ספיחה ויעילות הסרת DC על חומרים מרוכבים rGO/nZVI (C) [Co = 50 מ"ג L-1, pH = 3-11, T = 25°C, מינון = 0.05 גרם].
ה-pH של תמיסה הוא גורם קריטי בחקר תהליכי ספיחה, שכן הוא משפיע על מידת היינון, הספיח והיינון של הסופח. הניסוי בוצע ב-25 מעלות צלזיוס עם מינון סופח קבוע (0.05 גרם) וריכוז התחלתי של 50 מ"ג L-1 בטווח ה-pH (3-11). על פי סקירת ספרות46, DC היא מולקולה אמפיפילית עם מספר קבוצות פונקציונליות הניתנות למינון (פנולים, קבוצות אמינו, אלכוהול) ברמות pH שונות. כתוצאה מכך, הפונקציות השונות של DC והמבנים הקשורים על פני השטח של rGO/nZVI המרוכב עשויות לקיים אינטראקציה אלקטרוסטטית ועשויות להתקיים כקטיונים, דוטרונים ואניונים, מולקולת DC קיימת כקטיונית (DCH3+) ב-pH <3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ואניוני (DCH− או DC2−) ב-PH 7.7. כתוצאה מכך, הפונקציות השונות של DC והמבנים הקשורים על פני השטח של rGO/nZVI המרוכב עשויות לקיים אינטראקציה אלקטרוסטטית ועשויות להתקיים כקטיונים, דוטרונים ואניונים, מולקולת DC קיימת כקטיונית (DCH3+) ב-pH <3.3, zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ואניוני (DCH- או DC2-) ב-PH 7.7. В результате различные функции ДК и связанных с ними структур на поверхности композита rGO/nZVI мротов тически и могут существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в катионов, 3, 3, (D) цвиттер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7. כתוצאה מכך, פונקציות שונות של DC ומבנים קשורים על פני השטח של rGO/nZVI המרוכב יכולות לקיים אינטראקציה אלקטרוסטטית ויכולות להתקיים בצורה של קטיונים, דוטרונים ואניונים; מולקולת DC קיימת כקטיון (DCH3+) ב-pH <3.3; יונית (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 ואניוני (DCH- או DC2-) ב-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甼眹静甽眹静甽眹离子、两性离子和阴离子的形式存在，DC 分子在pH < 3.3 时以阳离子(DCH3+) 的形式存在，两性离子(DCH20) 3.3 < pH < 7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) 在PH 7.7。因此 ， dc 的 种 功能 和 和 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 和 和 和 复合 材料 表面 的 相关 结构 且缯胏并 可能 以 阳离子 两 性 和 阴离子 形式 ， ， dc 分子 在 pH <3.3 时 阳禳 筳 阳禳 筳 嘳 禳 筐阳离子 (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 могстут вр аимодействия и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионов (+3, Динов) לכן, פונקציות שונות של DC ומבנים קשורים על פני השטח של rGO/nZVI המרוכב יכולות להיכנס לאינטראקציות אלקטרוסטטיות ולהתקיים בצורה של קטיונים, דוטרונים ואניונים, בעוד מולקולות DC הן קטוניות (DCH3+) ב-pH < 3.3. Он существует в виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 и аниона (DCH- או DC2-) при pH 7,7. הוא קיים כ-zwitterion (DCH20) ב-3.3 < pH < 7.7 ואניון (DCH- או DC2-) ב-pH 7.7.עם עלייה ב-pH מ-3 ל-7, כושר הספיחה והיעילות של הסרת DC עלו מ-11.2 מ"ג/ג (56%) ל-17 מ"ג/ג' (85%) (איור 6C). עם זאת, ככל שה-pH עלה ל-9 ו-11, יכולת הספיחה ויעילות ההסרה ירדו במקצת, מ-10.6 מ"ג/ג (53%) ל-6 מ"ג/ג' (30%), בהתאמה. עם עלייה ב-pH מ-3 ל-7, DCs היו קיימים בעיקר בצורה של zwitterions, מה שגרם להם כמעט ללא משיכה או דחיה אלקטרוסטטית עם חומרים מרוכבים rGO/nZVI, בעיקר על ידי אינטראקציה אלקטרוסטטית. כאשר ה-pH עלה מעל 8.2, פני השטח של הסופח היו טעונים שלילי, ולכן כושר הספיחה ירד וירד עקב הדחייה האלקטרוסטטית בין הדוקסיציקלין הטעון שלילי לבין פני השטח של הסופח. מגמה זו מעידה על כך שספיחה של DC על חומרים מרוכבים של rGO/nZVI תלויה מאוד ב-pH, והתוצאות גם מצביעות על כך שחומרי rGO/nZVI מרוכבים מתאימים כסופחים בתנאים חומציים וניטרליים.
השפעת הטמפרטורה על ספיחה של תמיסה מימית של DC בוצעה ב (25-55 מעלות צלזיוס). איור 7A מציג את ההשפעה של עליית טמפרטורה על יעילות ההסרה של אנטיביוטיקה DC על rGO/nZVI, ברור שכושר ההסרה וכושר הספיחה עלו מ-83.44% ו-13.9 מ"ג/ג ל-47% ו-7.83 מ"ג/ג. , בהתאמה. ירידה משמעותית זו עשויה לנבוע מעלייה באנרגיה התרמית של יוני DC, מה שמוביל לספירה47.
השפעת הטמפרטורה על יעילות ההסרה ויכולת הספיחה של CD על חומרים מרוכבים rGO/nZVI (A) [Co = 50 מ"ג L-1, pH = 7, מינון = 0.05 גרם], מינון סופח על יעילות ההסרה ויעילות ההסרה של CD. ריכוז ראשוני על יכולת הספיחה והיעילות של הסרת DC על המרוכב rGO/nSVI (B) [Co = 50 מ"ג L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25-100 מ"ג L–1, pH = 7, T = 25 מעלות צלזיוס, מינון = 0.05 גרם].
ההשפעה של הגדלת המינון של הסופח המרוכב rGO/nZVI מ-0.01 גרם ל-0.07 גרם על יעילות ההסרה ויכולת הספיחה מוצגת באיור. 7B. עלייה במינון הסופח הביאה לירידה בכושר הספיחה מ-33.43 מ"ג/ג ל-6.74 מ"ג/ג. עם זאת, עם עלייה במינון הסופח מ-0.01 גרם ל-0.07 גרם, יעילות ההסרה עולה מ-66.8% ל-96%, אשר, בהתאם, עשויה להיות קשורה לעלייה במספר המרכזים הפעילים על פני השטח הננו-מרוכבים.
נחקרה השפעת הריכוז הראשוני על יכולת הספיחה ויעילות ההסרה [25-100 מ"ג L-1, 25°C, pH 7, מינון 0.05 גרם]. כאשר הריכוז הראשוני הועלה מ-25 מ"ג L-1 ל-100 מ"ג L-1, אחוז ההסרה של ה-rGO/nZVI המרוכב ירד מ-94.6% ל-65% (איור 7C), כנראה בגלל היעדר הפעיל הרצוי. אתרים. . סופח ריכוזים גדולים של DC49. מאידך, ככל שהריכוז הראשוני עלה, כושר הספיחה גדל גם הוא מ-9.4 מ"ג/ג ל-30 מ"ג/ג עד שהושג שיווי משקל (איור 7D). תגובה בלתי נמנעת זו נובעת מעלייה בכוח המניע עם ריכוז DC ראשוני הגבוה מההתנגדות להעברת מסה של יונים DC כדי להגיע לפני השטח 50 של המרוכב rGO/nZVI.
זמן מגע ומחקרים קינטיים מטרתם להבין את זמן שיווי המשקל של הספיחה. ראשית, כמות ה-DC שנספג במהלך 40 הדקות הראשונות של זמן המגע הייתה כמחצית מהכמות הכוללת שנספגה לאורך כל הזמן (100 דקות). בעוד מולקולות DC בתמיסה מתנגשות וגורמות להן לנדוד במהירות אל פני השטח של rGO/nZVI המרוכב וכתוצאה מכך ספיחה משמעותית. לאחר 40 דקות, ספיחת DC גדלה בהדרגה ובאטיות עד שהושג שיווי משקל לאחר 60 דקות (איור 7D). מכיוון שכמות סבירה נספגת במהלך 40 הדקות הראשונות, יהיו פחות התנגשויות עם מולקולות DC ופחות אתרים פעילים יהיו זמינים עבור מולקולות לא נספגות. לכן, ניתן להפחית את קצב הספיחה51.
כדי להבין טוב יותר את קינטיקה של הספיחה, נעשה שימוש בדגמים קינטיים של פסאודו מסדר ראשון (איור 8A), פסאודו מסדר שני (איור 8B) ו-Elovich (איור 8C). מהפרמטרים שהתקבלו מהמחקרים הקינטיים (טבלה S1), מתברר שהמודל הפסאודושני הוא המודל הטוב ביותר לתיאור קינטיקה של ספיחה, כאשר ערך R2 מוגדר גבוה יותר מאשר בשני המודלים האחרים. יש גם דמיון בין יכולות הספיחה המחושבות (qe, cal). הסדר הפסאודו-שני והערכים הניסויים (qe, exp.) הם עדות נוספת לכך שהסדר הפסאודו-שני הוא מודל טוב יותר ממודלים אחרים. כפי שמוצג בטבלה 1, הערכים של α (קצב ספיחה ראשוני) ו-β (קבוע ספיחה) מאשרים שקצב הספיחה גבוה מקצב הספיחה, מה שמצביע על כך ש-DC נוטה לספוג ביעילות על המרוכב rGO/nZVI52. .
עלילות קינטיות ספיחה לינארית מסדר פסאודו שני (A), פסאודו מסדר ראשון (B) ואלוביץ' (C) [Co = 25-100 מ"ג l-1, pH = 7, T = 25 מעלות צלזיוס, מינון = 0.05 גרם ].
מחקרים של איזותרמיות ספיחה מסייעים לקבוע את יכולת הספיגה של הסופח (RGO/nRVI composite) בריכוזי adsorbate שונים (DC) ובטמפרטורות מערכת שונות. כושר הספיחה המקסימלי חושב באמצעות האיזותרם של Langmuir, אשר הצביע על כך שהספיחה הייתה הומוגנית וכללה היווצרות של מונו-שכבה אדסורבט על פני השטח של הסופח ללא אינטראקציה ביניהם53. שני דגמי איזותרמיים נוספים בשימוש נרחב הם דגמי Freundlich ו-Temkin. למרות שמודל פרוינדליך אינו משמש לחישוב יכולת הספיחה, הוא עוזר להבין את תהליך הספיחה ההטרוגני וכי למקומות פנויים על הסופח יש אנרגיות שונות, בעוד שמודל טמקין עוזר להבין את התכונות הפיזיקליות והכימיות של הספיחה54.
איורים 9A-C מציגים עלילות קו של הדגמים Langmuir, Freindlich ו-Temkin, בהתאמה. ערכי R2 שחושבו מחלקות הקו של פרוינדליך (איור 9A) ולנגמויר (איור 9B) והוצגו בטבלה 2 מראים שספיחה של DC על המרוכב rGO/nZVI עוקבת אחר האיזותרמיה של פרוינדליך (0.996) ולנגמויר (0.988). מודלים וטמקין (0.985). יכולת הספיחה המקסימלית (qmax), שחושבה באמצעות המודל של Langmuir isotherm, הייתה 31.61 מ"ג g-1. בנוסף, הערך המחושב של מקדם ההפרדה חסר הממדים (RL) הוא בין 0 ל-1 (0.097), מה שמצביע על תהליך ספיחה חיובי. אחרת, קבוע Freundlich המחושב (n = 2.756) מצביע על העדפה לתהליך ספיגה זה. על פי המודל הליניארי של האיזותרם של Temkin (איור 9C), ספיחה של DC על המרוכב rGO/nZVI היא תהליך ספיחה פיזיקלי, שכן b הוא ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55. למרות שהספיחה הפיזית מתווכת בדרך כלל על ידי כוחות חלשים של ואן דר ואלס, ספיחת זרם ישר על חומרים מרוכבים של rGO/nZVI דורשת אנרגיות ספיחה נמוכות [56, 57].
איזותרמיות ספיחה ליניארית של פרוינדליך (A), Langmuir (B) ו-Temkin (C) [Co = 25-100 מ"ג L-1, pH = 7, T = 25 מעלות צלזיוס, מינון = 0.05 גרם]. עלילה של משוואת van't Hoff לספיחת DC על ידי חומרים מרוכבים rGO/nZVI (D) [Co = 25-100 מ"ג l-1, pH = 7, T = 25-55 מעלות צלזיוס ומינון = 0.05 גרם].
כדי להעריך את ההשפעה של שינוי טמפרטורת התגובה על הסרת DC מחומרי rGO/nZVI מרוכבים, פרמטרים תרמודינמיים כגון שינוי אנטרופיה (ΔS), שינוי אנטלפיה (ΔH) ושינוי אנרגיה חופשית (ΔG) חושבו ממשוואות. 3 ו-458.
כאשר \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) - קבוע שיווי משקל תרמודינמי, Ce ו-CAe - rGO בפתרון, בהתאמה ריכוזי /nZVI DC בשיווי משקל פני השטח. R ו-RT הם קבוע הגז וטמפרטורת הספיחה, בהתאמה. שרטוט ln Ke כנגד 1/T נותן קו ישר (איור 9D) שממנו ניתן לקבוע את ∆S ו-∆H.
ערך ΔH שלילי מציין שהתהליך הוא אקסותרמי. מצד שני, ערך ΔH נמצא בתהליך הספיחה הפיזי. ערכי ΔG שליליים בטבלה 3 מצביעים על כך שהספיחה אפשרית וספונטנית. ערכים שליליים של ΔS מצביעים על סדר גבוה של מולקולות סופגים בממשק הנוזל (טבלה 3).
טבלה 4 משווה את המרוכב rGO/nZVI עם סופחים אחרים שדווחו במחקרים קודמים. ברור שלקומפוזיט VGO/nCVI יש יכולת ספיחה גבוהה והוא עשוי להיות חומר מבטיח להסרת אנטיביוטיקה DC מהמים. בנוסף, הספיחה של חומרים מרוכבים rGO/nZVI היא תהליך מהיר עם זמן שיווי משקל של 60 דקות. ניתן להסביר את תכונות הספיחה המצוינות של חומרים מרוכבים rGO/nZVI על ידי ההשפעה הסינרגטית של rGO ו-nZVI.
איורים 10A, B ממחישים את המנגנון הרציונלי להסרת אנטיביוטיקה DC על ידי קומפלקסים rGO/nZVI ו-nZVI. על פי תוצאות ניסויים על השפעת ה-pH על יעילות ספיחת DC, עם עלייה ב-pH מ-3 ל-7, ספיחת DC על המרוכב rGO/nZVI לא נשלטה על ידי אינטראקציות אלקטרוסטטיות, שכן היא פעלה כ-zwitterion; לכן, שינוי בערך ה-pH לא השפיע על תהליך הספיחה. לאחר מכן, ניתן לשלוט במנגנון הספיחה על ידי אינטראקציות לא אלקטרוסטטיות כגון קשרי מימן, השפעות הידרופוביות ואינטראקציות π-π הערמה בין ה-rGO/nZVI המרוכב ל-DC66. ידוע היטב כי המנגנון של אדסורבטים ארומטיים על משטחי גרפן בשכבות הוסבר על ידי אינטראקציות π–π ככוח המניע העיקרי. המרוכב הוא חומר שכבות הדומה לגרפן עם מקסימום ספיגה ב-233 ננומטר עקב המעבר π-π*. בהתבסס על נוכחותן של ארבע טבעות ארומטיות במבנה המולקולרי של ה-DC adsorbate, שיערנו שיש מנגנון של אינטראקציה של π-π-ערימה בין ה-DC הארומטי (π-מקבל האלקטרונים) לבין האזור העשיר באלקטרונים π. משטח RGO. /nZVI מרוכבים. בנוסף, כפי שמוצג באיור. 10B, מחקרי FTIR בוצעו כדי לחקור את האינטראקציה המולקולרית של חומרים מרוכבים של rGO/nZVI עם DC, והספקטרום של FTIR של חומרים מרוכבים של rGO/nZVI לאחר ספיחת DC מוצגים באיור 10B. 10ב. שיא חדש נצפה ב-2111 ס"מ-1, המתאים לרטט המסגרת של הקשר C=C, המעיד על נוכחותן של הקבוצות הפונקציונליות האורגניות המתאימות על פני השטח של 67 rGO/nZVI. פסגות אחרות עוברות מ-1561 ל-1548 ס"מ-1 ומ-1399 ל-1360 ס"מ-1, מה שגם מאשר שאינטראקציות π-π ממלאות תפקיד חשוב בספיחת גרפן ומזהמים אורגניים68,69. לאחר ספיחה של DC, עוצמתן של כמה קבוצות המכילות חמצן, כמו OH, ירדה ל-3270 cm-1, מה שמצביע על כך שקשר מימן הוא אחד ממנגנוני הספיחה. לפיכך, בהתבסס על התוצאות, ספיחת DC על המרוכב rGO/nZVI מתרחשת בעיקר עקב אינטראקציות הערמה π-π וקשרי H.
מנגנון רציונלי של ספיחה של אנטיביוטיקה DC על ידי קומפלקסים rGO/nZVI ו-nZVI (A). ספקטרום ספיחה FTIR של DC על rGO/nZVI ו-nZVI (B).
עוצמת רצועות הספיגה של nZVI ב-3244, 1615, 1546 ו-1011 ס"מ-1 עלתה לאחר ספיחת DC על nZVI (איור 10B) בהשוואה ל-nZVI, שאמורה להיות קשורה לאינטראקציה עם קבוצות פונקציונליות אפשריות של החומצה הקרבוקסילית. קבוצות O ב-DC. עם זאת, אחוז נמוך יותר זה של העברה בכל הרצועות שנצפו לא מצביע על שינוי משמעותי ביעילות הספיחה של הסופח הפיטוסינתטי (nZVI) בהשוואה ל-nZVI לפני תהליך הספיחה. על פי מחקרים מסוימים להסרת DC עם nZVI71, כאשר nZVI מגיב עם H2O, אלקטרונים משתחררים ואז H+ משמש לייצור מימן פעיל שניתן להפחית מאוד. לבסוף, חלק מהתרכובות הקטיוניות מקבלים אלקטרונים ממימן פעיל, וכתוצאה מכך -C=N ו-C=C-, המיוחסים לפיצול טבעת הבנזן.