سبز مصنوعی کم شدہ گرافین آکسائیڈ اور نینو زیرو آئرن کمپلیکس کے ذریعہ پانی سے ڈوکسی سائکلائن اینٹی بائیوٹکس کو ہم آہنگی سے ہٹانا

Nature.com پر جانے کا شکریہ۔ آپ جس براؤزر کا ورژن استعمال کر رہے ہیں اسے محدود CSS سپورٹ حاصل ہے۔ بہترین تجربے کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں مطابقت موڈ کو غیر فعال کریں)۔ اس دوران، مسلسل تعاون کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو بغیر اسٹائل اور جاوا اسکرپٹ کے رینڈر کریں گے۔
اس کام میں، rGO/nZVI مرکبات کو پہلی بار ایک سادہ اور ماحول دوست طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے سوفورا پیلے رنگ کے پتوں کے عرق کو کم کرنے والے ایجنٹ اور اسٹیبلائزر کے طور پر استعمال کرتے ہوئے ترکیب کیا گیا تاکہ "سبز" کیمسٹری کے اصولوں پر عمل کیا جا سکے، جیسا کہ کم نقصان دہ کیمیائی ترکیب۔ کمپوزٹ کی کامیاب ترکیب کی توثیق کرنے کے لیے کئی ٹولز استعمال کیے گئے ہیں، جیسے کہ SEM، EDX، XPS، XRD، FTIR، اور zeta پوٹینشل، جو کامیاب کمپوزٹ فیبریکیشن کی نشاندہی کرتے ہیں۔ اینٹی بائیوٹک ڈوکسی سائکلائن کے مختلف ابتدائی ارتکاز میں ناول کمپوزٹ اور خالص nZVI کی ہٹانے کی صلاحیت کا موازنہ rGO اور nZVI کے درمیان ہم آہنگی کے اثر کی تحقیقات کے لیے کیا گیا۔ 25mg L-1، 25°C اور 0.05g کی ہٹانے کی شرائط کے تحت، خالص nZVI کی جذب ہٹانے کی شرح 90% تھی، جب کہ rGO/nZVI مرکب کے ذریعے doxycycline کے جذب ہٹانے کی شرح 94.6% تک پہنچ گئی، اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ nZVI اور . جذب کرنے کا عمل سیوڈو سیکنڈ آرڈر سے مطابقت رکھتا ہے اور 25 °C اور pH 7 پر 31.61 mg g-1 کی زیادہ سے زیادہ جذب کرنے کی صلاحیت کے ساتھ Freundlich ماڈل کے ساتھ اچھے معاہدے میں ہے۔ DC کو ہٹانے کے لیے ایک معقول طریقہ کار تجویز کیا گیا ہے۔ اس کے علاوہ، rGO/nZVI کمپوزٹ کی دوبارہ استعمال کی صلاحیت چھ لگاتار تخلیق نو کے چکروں کے بعد 60% تھی۔
پانی کی کمی اور آلودگی اب تمام ممالک کے لیے ایک سنگین خطرہ ہے۔ حالیہ برسوں میں، پانی کی آلودگی، خاص طور پر اینٹی بائیوٹک آلودگی، COVID-19 وبائی امراض کے دوران پیداوار اور کھپت میں اضافے کی وجہ سے بڑھی ہے۔1,2,3۔ اس لیے گندے پانی میں اینٹی بائیوٹک کے خاتمے کے لیے موثر ٹیکنالوجی کی ترقی ایک فوری کام ہے۔
ٹیٹراسائکلائن گروپ سے مزاحم نیم مصنوعی اینٹی بائیوٹک میں سے ایک ڈوکسی سائکلائن (DC) 4,5 ہے۔ یہ اطلاع دی گئی ہے کہ زمینی اور سطحی پانی میں موجود DC کی باقیات کو میٹابولائز نہیں کیا جا سکتا، صرف 20-50% میٹابولائز ہوتے ہیں اور باقی ماحول میں چھوڑ دیا جاتا ہے، جس سے ماحولیاتی اور صحت کے سنگین مسائل پیدا ہوتے ہیں۔
کم سطح پر DC کی نمائش آبی فوٹوسنتھیٹک مائکروجنزموں کو ہلاک کر سکتی ہے، اینٹی مائکروبیل بیکٹیریا کے پھیلاؤ کو خطرہ بنا سکتی ہے، اور اینٹی مائکروبیل مزاحمت کو بڑھا سکتی ہے، اس لیے اس آلودگی کو گندے پانی سے نکالنا چاہیے۔ پانی میں ڈی سی کا قدرتی انحطاط ایک بہت سست عمل ہے۔ فزیکو-کیمیائی عمل جیسے کہ فوٹولیسس، بائیوڈیگریڈیشن اور جذب صرف کم ارتکاز اور بہت کم شرح پر تنزلی کر سکتے ہیں7,8۔ تاہم، سب سے زیادہ اقتصادی، سادہ، ماحول دوست، ہینڈل کرنے میں آسان اور موثر طریقہ جذب 9,10 ہے۔
نینو زیرو ویلنٹ آئرن (nZVI) ایک بہت طاقتور مواد ہے جو پانی سے بہت سی اینٹی بائیوٹکس کو ہٹا سکتا ہے، بشمول میٹرو نیڈازول، ڈائی زیپم، سیپروفلوکسین، کلورامفینیکول، اور ٹیٹراسائکلائن۔ یہ قابلیت ان حیرت انگیز خصوصیات کی وجہ سے ہے جو nZVI کے پاس ہے، جیسے کہ ہائی ری ایکٹیویٹی، سطح کا بڑا رقبہ، اور متعدد بیرونی بائنڈنگ سائٹس11۔ تاہم، nZVI وین ڈیر ویلز کی قوتوں اور اعلی مقناطیسی خصوصیات کی وجہ سے آبی ذرائع ابلاغ میں جمع ہونے کا خطرہ ہے، جو آکسائیڈ کی تہوں کی تشکیل کی وجہ سے آلودگیوں کو ہٹانے میں اس کی تاثیر کو کم کر دیتا ہے جو nZVI10,12 کی رد عمل کو روکتی ہے۔ nZVI ذرات کے جمع ہونے کو ان کی سطحوں کو سرفیکٹنٹس اور پولیمر کے ساتھ تبدیل کر کے یا کمپوزٹ کی شکل میں دیگر نینو میٹریلز کے ساتھ ملا کر کم کیا جا سکتا ہے، جو کہ ماحول میں ان کے استحکام کو بہتر بنانے کے لیے ایک قابل عمل طریقہ ثابت ہوا ہے 13,14۔
گرافین ایک دو جہتی کاربن نینو میٹریل ہے جو شہد کے چھتے کی جالی میں ترتیب دیئے گئے sp2-ہائبرڈائزڈ کاربن ایٹموں پر مشتمل ہے۔ اس کی سطح کا ایک بڑا رقبہ، اہم مکینیکل طاقت، بہترین الیکٹرو کیٹیلیٹک سرگرمی، اعلی تھرمل چالکتا، تیز الیکٹران کی نقل و حرکت، اور اس کی سطح پر غیر نامیاتی نینو پارٹیکلز کو سہارا دینے کے لیے ایک مناسب کیریئر مواد ہے۔ دھاتی نینو پارٹیکلز اور گرافین کا امتزاج ہر مواد کے انفرادی فوائد سے بہت زیادہ ہو سکتا ہے اور اس کی اعلیٰ جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کی وجہ سے، زیادہ موثر پانی کے علاج کے لیے نینو پارٹیکلز کی بہترین تقسیم فراہم کرتا ہے۔
پودوں کے نچوڑ نقصان دہ کیمیکل کو کم کرنے والے ایجنٹوں کا بہترین متبادل ہیں جو عام طور پر کم گرافین آکسائیڈ (rGO) اور nZVI کی ترکیب میں استعمال ہوتے ہیں کیونکہ یہ دستیاب، سستے، ایک قدمی، ماحولیاتی طور پر محفوظ ہیں، اور کم کرنے والے ایجنٹوں کے طور پر استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ جیسے flavonoids اور phenolic مرکبات بھی ایک سٹیبلائزر کے طور پر کام کرتے ہیں۔ لہذا، اس مطالعہ میں rGO/nZVI مرکبات کی ترکیب کے لیے Atriplex halimus L. پتی کے عرق کو مرمت اور بند کرنے والے ایجنٹ کے طور پر استعمال کیا گیا تھا۔ Amranthaceae خاندان سے Atriplex halimus ایک نائٹروجن سے محبت کرنے والا بارہماسی جھاڑی ہے جس کی وسیع جغرافیائی حد ہے16۔
دستیاب لٹریچر کے مطابق، Atriplex halimus (A. halimus) سب سے پہلے rGO/nZVI مرکبات کو اقتصادی اور ماحول دوست ترکیب کے طریقہ کار کے طور پر بنانے کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ اس طرح، اس کام کا مقصد چار حصوں پر مشتمل ہے: (1) rGO/nZVI کا phytosynthesis اور A. halimus aquatic leaf extract کا استعمال کرتے ہوئے پیرنٹل nZVI مرکبات، (2) ان کی کامیاب ساخت کی تصدیق کے لیے متعدد طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے phytosynthesized مرکبات کی خصوصیت، (3) ) مختلف رد عمل کے پیرامیٹرز کے تحت doxycycline اینٹی بائیوٹک کے نامیاتی آلودگیوں کے جذب اور ہٹانے میں rGO اور nZVI کے ہم آہنگی کے اثر کا مطالعہ کریں، جذب کے عمل کی شرائط کو بہتر بنائیں، (3) پروسیسنگ سائیکل کے بعد مختلف مسلسل علاج میں جامع مواد کی چھان بین کریں۔
Doxycycline hydrochloride (DC, MM = 480.90, کیمیائی فارمولا C22H24N2O·HCl, 98%)، آئرن کلورائیڈ ہیکساہائیڈریٹ (FeCl3.6H2O، 97%)، Sigma-Aldrich، USA سے خریدا گیا گریفائٹ پاؤڈر۔ سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ (NaOH, 97%), ایتھنول (C2H5OH, 99.9%) اور ہائیڈروکلورک ایسڈ (HCl, 37%) مرک، USA سے خریدے گئے تھے۔ NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 اور MgCl2 Tianjin Comio Chemical Reagent Co., Ltd سے خریدے گئے تھے۔ تمام ریجنٹس اعلیٰ تجزیاتی پاکیزگی کے حامل ہیں۔ تمام آبی محلول تیار کرنے کے لیے دوگنا آست پانی استعمال کیا جاتا تھا۔
A. halimus کے نمائندہ نمونے نیل کے ڈیلٹا اور مصر کے بحیرہ روم کے ساحل کے ساتھ زمینوں میں ان کے قدرتی رہائش گاہ سے جمع کیے گئے ہیں۔ پلانٹ کا مواد قابل اطلاق قومی اور بین الاقوامی رہنما خطوط کے مطابق جمع کیا گیا تھا۔ پروفیسر منال فوزی نے Boulos18 کے مطابق پودوں کے نمونوں کی شناخت کی ہے، اور اسکندریہ یونیورسٹی کا شعبہ ماحولیاتی سائنس سائنسی مقاصد کے لیے مطالعہ شدہ پودوں کی انواع کو جمع کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ سیمپل واؤچرز ٹانٹا یونیورسٹی ہربیریم (TANE) میں رکھے گئے ہیں، واؤچر نمبر۔ 14 122–14 127، ایک عوامی جڑی بوٹیوں کا گھر جو جمع شدہ مواد تک رسائی فراہم کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، دھول یا گندگی کو دور کرنے کے لیے، پودے کے پتوں کو چھوٹے چھوٹے ٹکڑوں میں کاٹ لیں، 3 بار نل اور ڈسٹل پانی سے دھولیں، اور پھر 50 ° C پر خشک کریں۔ پودے کو کچل دیا گیا، 5 جی باریک پاؤڈر کو 100 ملی لیٹر آست پانی میں ڈبو دیا گیا اور 20 منٹ تک 70 ڈگری سینٹی گریڈ پر ہلایا گیا تاکہ ایک عرق حاصل کیا جا سکے۔ Bacillus nicotianae کے حاصل کردہ عرق کو واٹ مین فلٹر پیپر کے ذریعے فلٹر کیا گیا اور مزید استعمال کے لیے صاف اور جراثیم سے پاک ٹیوبوں میں 4°C پر محفوظ کیا گیا۔
جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے، GO کو ترمیم شدہ Hummers طریقہ سے گریفائٹ پاؤڈر سے بنایا گیا تھا۔ 10 ملی گرام GO پاؤڈر کو 50 ملی لیٹر ڈیونائزڈ پانی میں سونیکیشن کے تحت 30 منٹ تک پھیلایا گیا، اور پھر 0.9 جی FeCl3 اور 2.9 جی NaAc کو 60 منٹ تک ملایا گیا۔ 20 ملی لیٹر ایٹریپلیکس پتی کے عرق کو ہلچل کے ساتھ ملا کر 80 ڈگری سینٹی گریڈ پر 8 گھنٹے کے لیے چھوڑ دیا گیا۔ نتیجے میں سیاہ معطلی کو فلٹر کیا گیا تھا۔ تیار شدہ نانوکومپوزائٹس کو ایتھنول اور بولڈسٹل شدہ پانی سے دھویا جاتا تھا اور پھر ویکیوم اوون میں 50 ° C پر 12 گھنٹے تک خشک کیا جاتا تھا۔
آر جی او/ این زیڈ وی آئی اور این زیڈ وی آئی کمپلیکس کی سبز ترکیب اور ایٹریپلیکس ہیلیمس ایکسٹریکٹ کا استعمال کرتے ہوئے آلودہ پانی سے ڈی سی اینٹی بائیوٹک کے اخراج کی اسکیمیٹک اور ڈیجیٹل تصاویر۔
مختصراً، جیسا کہ تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے، 0.05 M Fe3+ آئنوں پر مشتمل آئرن کلورائیڈ محلول کے 10 ملی لیٹر کو کڑوے پتوں کے عرق کے 20 ملی لیٹر میں 60 منٹ کے لیے اعتدال پسند گرم اور ہلچل کے ساتھ ڈالا گیا، اور پھر اس محلول کو سینٹرفیوج کیا گیا۔ 14,000 rpm (Hermle, 15,000 rpm) 15 منٹ کے لیے سیاہ ذرات دینے کے لیے، جنہیں پھر 3 بار ایتھنول اور ڈسٹل واٹر سے دھویا گیا اور پھر ویکیوم اوون میں 60 ° C. پر رات بھر خشک کر دیا گیا۔
پلانٹ کی ترکیب شدہ rGO/nZVI اور nZVI کمپوزائٹس کو UV-visible spectroscopy (T70/T80 series UV/Vis spectrophotometers, PG Instruments Ltd, UK) 200-800 nm کی سکیننگ رینج میں خصوصیت دی گئی تھی۔ rGO/nZVI اور nZVI مرکبات کی ٹپوگرافی اور سائز کی تقسیم کا تجزیہ کرنے کے لیے، TEM سپیکٹروسکوپی (JOEL, JEM-2100F, Japan, accelerating voltage 200 kV) کا استعمال کیا گیا۔ بحالی اور استحکام کے عمل کے لیے ذمہ دار پودوں کے نچوڑ میں شامل فنکشنل گروپس کا جائزہ لینے کے لیے، FT-IR سپیکٹروسکوپی کی گئی (4000-600 cm-1 کی حد میں JASCO سپیکٹرو میٹر)۔ اس کے علاوہ، ایک زیٹا پوٹینشل اینالائزر (Zetasizer Nano ZS Malvern) ترکیب شدہ نینو میٹریلز کی سطح کے چارج کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ پاؤڈرڈ نینو میٹریلز کے ایکس رے پھیلاؤ کی پیمائش کے لیے، ایک ایکس رے ڈفریکٹومیٹر (X'PERT PRO، نیدرلینڈز) استعمال کیا گیا تھا، جو 2θ کی حد میں 20° سے 80 کے درمیان کرنٹ (40 mA)، وولٹیج (45 kV) پر کام کرتا تھا۔ ° اور CuKa1 تابکاری (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao)۔ XPS پر -10 سے 1350 eV تک Al K-α مونوکرومیٹک ایکس رے جمع کرتے وقت انرجی ڈسپرسیو ایکس رے سپیکٹرو میٹر (EDX) (ماڈل JEOL JSM-IT100) عنصری ساخت کا مطالعہ کرنے کا ذمہ دار تھا، اسپاٹ سائز 400 μm K-ALPHA (تھرمو فشر سائنٹیفک، USA) پورے سپیکٹرم کی ٹرانسمیشن انرجی 200 eV ہے اور تنگ سپیکٹرم 50 eV ہے۔ پاؤڈر کا نمونہ ایک نمونہ ہولڈر پر دبایا جاتا ہے، جسے ویکیوم چیمبر میں رکھا جاتا ہے۔ بائنڈنگ انرجی کا تعین کرنے کے لیے C 1 s سپیکٹرم 284.58 eV پر بطور حوالہ استعمال کیا گیا تھا۔
ڈوکسی سائکلائن (DC) کو پانی کے محلول سے ہٹانے میں ترکیب شدہ rGO/nZVI نانوکومپوزائٹس کی تاثیر کو جانچنے کے لیے جذب کے تجربات کیے گئے۔ جذب کرنے کے تجربات 25 ملی لیٹر ایرلن میئر فلاسکس میں 200 rpm کی ہلتی ہوئی رفتار سے آربیٹل شیکر (اسٹیورٹ، اوربیٹل شیکر/SSL1) پر 298 K پر کیے گئے۔ DC اسٹاک سلوشن (1000 ppm) کو بولی والے پانی سے گھٹا کر۔ جذب کی کارکردگی پر rGO/nSVI خوراک کے اثر کا اندازہ لگانے کے لیے، مختلف وزن (0.01–0.07 g) کے نانوکومپوزائٹس کو 20 ملی لیٹر DC محلول میں شامل کیا گیا۔ حرکیات اور ادسورپشن آئسوتھرمس ​​کا مطالعہ کرنے کے لیے، 0.05 جی جاذب کو ابتدائی ارتکاز (25–100 ملی گرام L–1) کے ساتھ CD کے آبی محلول میں ڈبو دیا گیا۔ DC کو ہٹانے پر pH کے اثر کا مطالعہ pH (3–11) اور 25 ° C پر 50 mg L-1 کی ابتدائی حراستی پر کیا گیا۔ تھوڑی مقدار میں HCl یا NaOH محلول (Crison pH میٹر، pH میٹر، pH 25) شامل کرکے سسٹم کے pH کو ایڈجسٹ کریں۔ اس کے علاوہ، 25-55 ° C کی حد میں جذب تجربات پر رد عمل کے درجہ حرارت کے اثر و رسوخ کی چھان بین کی گئی۔ جذب کے عمل پر آئنک طاقت کے اثر کا مطالعہ 50 ملی گرام L–1، پی ایچ 3 اور 7، 25 ° C، اور DC کے ابتدائی ارتکاز میں NaCl (0.01–4 mol L–1) کی مختلف تعداد کو شامل کرکے کیا گیا۔ جذب کرنے والی خوراک 0.05 جی۔ غیر جذب شدہ DC کے جذب کو ایک ڈوئل بیم UV-Vis spectrophotometer (T70/T80 سیریز، PG Instruments Ltd, UK) کا استعمال کرتے ہوئے ماپا گیا جو 270 اور 350m کی زیادہ سے زیادہ طول موج (λmax) پر 1.0 سینٹی میٹر پاتھ کی لمبائی والے کوارٹز کیویٹ سے لیس ہے۔ DC اینٹی بایوٹک کے اخراج کا فیصد (R%؛ Eq. 1) اور DC، qt، Eq کی جذب کی مقدار۔ 2 (mg/g) درج ذیل مساوات کا استعمال کرتے ہوئے ماپا گیا۔
جہاں %R DC ہٹانے کی صلاحیت (%) ہے، Co وقت 0 پر ابتدائی DC ارتکاز ہے، اور C وقت t پر DC کا ارتکاز ہے، بالترتیب (mg L-1)۔
جہاں qe ایڈسوربینٹ (mg g-1) کے فی یونٹ ماس پر جذب شدہ DC کی مقدار ہے، Co اور Ce بالترتیب (mg l-1) صفر کے وقت اور توازن پر ارتکاز ہیں، V حل کا حجم ہے (l) ، اور m ادسورپشن ماس ریجنٹ (g) ہے۔
SEM امیجز (تصویر 2A–C) rGO/nZVI مرکب کی لیمیلر مورفولوجی کو ظاہر کرتی ہے جس میں کروی آئرن نینو پارٹیکلز یکساں طور پر اس کی سطح پر منتشر ہوتے ہیں، جو rGO سطح سے nZVI NPs کے کامیاب منسلک ہونے کی نشاندہی کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ، آر جی او کے پتے میں کچھ جھریاں ہیں، جو A. halimus GO کی بحالی کے ساتھ ساتھ آکسیجن پر مشتمل گروپوں کو ہٹانے کی تصدیق کرتی ہیں۔ یہ بڑی جھریاں لوہے کے NPs کی فعال لوڈنگ کے لیے جگہ کے طور پر کام کرتی ہیں۔ nZVI امیجز (تصویر 2D-F) سے پتہ چلتا ہے کہ کروی آئرن NPs بہت بکھرے ہوئے تھے اور جمع نہیں ہوتے تھے، جو پودوں کے نچوڑ کے نباتاتی اجزاء کی کوٹنگ نوعیت کی وجہ سے ہے۔ ذرہ کا سائز 15-26 nm کے اندر مختلف تھا۔ تاہم، کچھ خطوں میں بلجز اور گہاوں کی ساخت کے ساتھ میسوپورس مورفولوجی ہوتی ہے، جو nZVI کی اعلی موثر جذب کرنے کی صلاحیت فراہم کر سکتی ہے، کیونکہ وہ nZVI کی سطح پر DC مالیکیولز کے پھنسنے کے امکان کو بڑھا سکتے ہیں۔ جب روزا دمشق کے عرق کو nZVI کی ترکیب کے لیے استعمال کیا گیا تو حاصل کردہ NPs غیر ہم آہنگ تھے، voids اور مختلف شکلوں کے ساتھ، جس نے Cr(VI) جذب میں ان کی کارکردگی کو کم کیا اور رد عمل کا وقت 23 بڑھا دیا۔ نتائج بلوط اور شہتوت کے پتوں سے ترکیب شدہ nZVI کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں، جو بنیادی طور پر کروی نینو پارٹیکلز ہیں جن کے مختلف نینو میٹر سائز کے بغیر واضح جمع ہے۔
rGO/nZVI (AC)، nZVI (D, E) کمپوزٹ اور nZVI/rGO (G) اور nZVI (H) کمپوزٹ کے EDX پیٹرن کی SEM تصاویر۔
پودوں کی ترکیب شدہ rGO/nZVI اور nZVI مرکبات کی بنیادی ساخت کا مطالعہ EDX (تصویر 2G, H) کے ذریعے کیا گیا۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ nZVI کاربن (38.29% بڑے پیمانے پر)، آکسیجن (47.41% بذریعہ ماس) اور آئرن (11.84% بذریعہ ماس) پر مشتمل ہے، لیکن دیگر عناصر جیسے فاسفورس24 بھی موجود ہیں، جو پودوں کے نچوڑ سے حاصل کیے جا سکتے ہیں۔ مزید برآں، کاربن اور آکسیجن کی اعلی فیصد زمینی سطح کے nZVI نمونوں میں پودوں کے نچوڑ سے فائٹو کیمیکلز کی موجودگی کی وجہ سے ہے۔ یہ عناصر rGO پر یکساں طور پر تقسیم کیے گئے ہیں لیکن مختلف تناسب میں: C (39.16 wt %) O (46.98 wt %) اور Fe (10.99 wt %)، EDX rGO/nZVI دیگر عناصر کی موجودگی کو بھی ظاہر کرتا ہے جیسے کہ S، جو پودوں کے نچوڑ کے ساتھ منسلک کیا جا سکتا ہے، استعمال کیا جاتا ہے. A. halimus کا استعمال کرتے ہوئے rGO/nZVI مرکب میں موجودہ C:O تناسب اور آئرن کا مواد یوکلپٹس کے پتوں کے عرق کے استعمال سے بہت بہتر ہے، کیونکہ یہ C (23.44 wt.%)، O (68.29 wt.%) کی ساخت کو نمایاں کرتا ہے۔ اور Fe (8.27 wt.%)۔ wt %) 25. Nataša et al., 2022 نے بلوط اور شہتوت کے پتوں سے ترکیب شدہ nZVI کی اسی طرح کی بنیادی ساخت کی اطلاع دی اور اس بات کی تصدیق کی کہ پتوں کے عرق میں موجود پولیفینول گروپس اور دیگر مالیکیول کمی کے عمل کے ذمہ دار ہیں۔
پودوں میں ترکیب شدہ nZVI کی شکل (تصویر S2A,B) کروی اور جزوی طور پر بے قاعدہ تھی، جس کا اوسط ذرہ سائز 23.09 ± 3.54 nm تھا، تاہم ون ڈیر والز کی قوتوں اور فیرو میگنیٹزم کی وجہ سے سلسلہ مجموعوں کا مشاہدہ کیا گیا۔ یہ بنیادی طور پر دانے دار اور کروی ذرہ کی شکل SEM کے نتائج کے ساتھ اچھے معاہدے میں ہے۔ اسی طرح کا مشاہدہ عبدالفتاح وغیرہ نے بھی پایا۔ 2021 میں جب ارنڈی کی پتی کا عرق nZVI11 کی ترکیب میں استعمال کیا گیا۔ Ruelas tuberosa leaf extract NPs جو nZVI میں کم کرنے والے ایجنٹ کے طور پر استعمال ہوتے ہیں ان کی بھی کروی شکل ہوتی ہے جس کا قطر 20 سے 40 nm26 ہوتا ہے۔
ہائبرڈ rGO/nZVI جامع TEM امیجز (تصویر S2C-D) سے پتہ چلتا ہے کہ rGO ایک بنیادی طیارہ ہے جس میں معمولی تہوں اور جھریاں ہیں جو nZVI NPs کے لیے متعدد لوڈنگ سائٹس فراہم کرتی ہیں۔ یہ لیملر مورفولوجی بھی آر جی او کی کامیاب ساخت کی تصدیق کرتی ہے۔ اس کے علاوہ، nZVI NPs 5.32 سے 27 nm کے ذرہ سائز کے ساتھ ایک کروی شکل رکھتے ہیں اور تقریبا یکساں بازی کے ساتھ rGO پرت میں سرایت کرتے ہیں۔ یوکلپٹس کے پتوں کا عرق Fe NPs/rGO کی ترکیب کے لیے استعمال کیا جاتا تھا۔ ٹی ای ایم کے نتائج نے یہ بھی تصدیق کی کہ آر جی او پرت میں جھریوں نے خالص Fe NPs سے زیادہ Fe NPs کے پھیلاؤ کو بہتر بنایا اور مرکبات کی رد عمل میں اضافہ کیا۔ اسی طرح کے نتائج Bagheri et al نے حاصل کیے تھے۔ 28 جب مرکب کو الٹراسونک تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے من گھڑت بنایا گیا تھا جس کا اوسط لوہے کے نینو پارٹیکل سائز تقریباً 17.70 nm تھا۔
A. halimus، nZVI، GO، rGO، اور rGO/nZVI مرکبات کا FTIR سپیکٹرا انجیر میں دکھایا گیا ہے۔ 3A A. halimus کے پتوں میں سطحی فنکشنل گروپس کی موجودگی 3336 cm-1 پر ظاہر ہوتی ہے، جو کہ پولیفینول کے مساوی ہے، اور 1244 cm-1، جو کہ پروٹین کے ذریعہ تیار کردہ کاربونیل گروپس سے مطابقت رکھتی ہے۔ دوسرے گروپس جیسے 2918 سینٹی میٹر-1 پر الکینز، 1647 سینٹی میٹر-1 پر الکنیز اور 1030 سینٹی میٹر-1 پر CO-O-CO ایکسٹینشن بھی دیکھے گئے ہیں، جو پودوں کے اجزاء کی موجودگی کا مشورہ دیتے ہیں جو سیلنگ ایجنٹ کے طور پر کام کرتے ہیں اور بحالی کے ذمہ دار ہیں۔ Fe2+ ​​سے Fe0 اور GO سے rGO29 تک۔ عام طور پر، nZVI سپیکٹرا کڑوی شکر کی طرح جذب کی چوٹیوں کو دکھاتا ہے، لیکن قدرے بدلی ہوئی پوزیشن کے ساتھ۔ OH اسٹریچنگ وائبریشنز (فینولز) سے وابستہ 3244 سینٹی میٹر-1 پر ایک شدید بینڈ ظاہر ہوتا ہے، 1615 کی چوٹی C=C سے مساوی ہوتی ہے، اور 1546 اور 1011 سینٹی میٹر-1 پر بینڈ C=O (پولیفینول اور فلاوونائڈز) کے کھینچنے کی وجہ سے پیدا ہوتے ہیں۔ , CN -خوشبودار amines اور aliphatic amines کے گروپ بھی بالترتیب 1310 cm-1 اور 1190 cm-1 پر دیکھے گئے۔ GO کا FTIR سپیکٹرم بہت سے اعلی شدت والے آکسیجن پر مشتمل گروپس کی موجودگی کو ظاہر کرتا ہے، بشمول 1041 cm-1 پر الکوکسی (CO) اسٹریچنگ بینڈ، 1291 cm-1 پر epoxy (CO) اسٹریچنگ بینڈ، C=O اسٹریچ۔ 1619 سینٹی میٹر-1 پر C=C اسٹریچنگ وائبریشنز کا ایک بینڈ، 1708 سینٹی میٹر-1 پر ایک بینڈ اور 3384 سینٹی میٹر-1 پر OH گروپ اسٹریچنگ وائبریشنز کا ایک وسیع بینڈ نمودار ہوا، جس کی تصدیق ہمرس کے بہتر طریقے سے ہوتی ہے، جو کامیابی سے آکسائڈائز کرتا ہے۔ گریفائٹ عمل. GO سپیکٹرا کے ساتھ rGO اور rGO/nZVI مرکبات کا موازنہ کرتے وقت، کچھ آکسیجن پر مشتمل گروپوں کی شدت، جیسے OH 3270 cm-1 پر، نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے، جبکہ دیگر، جیسے C=O 1729 cm-1 پر، مکمل طور پر کم ہو جاتے ہیں۔ کم غائب ہو گیا، جو A. halimus نچوڑ کے ذریعے GO میں آکسیجن پر مشتمل فنکشنل گروپس کو کامیاب ہٹانے کی نشاندہی کرتا ہے۔ C=C تناؤ پر rGO کی نئی تیز خصوصیت کی چوٹیوں کا مشاہدہ 1560 اور 1405 cm-1 کے آس پاس ہوتا ہے، جو GO سے rGO میں کمی کی تصدیق کرتا ہے۔ 1043 سے 1015 cm-1 اور 982 سے 918 cm-1 کے درمیان تغیرات دیکھے گئے، ممکنہ طور پر پودوں کے مواد کو شامل کرنے کی وجہ سے 31,32۔ Weng et al., 2018 نے GO میں آکسیجن والے فنکشنل گروپس کی نمایاں توجہ کا بھی مشاہدہ کیا، جو بائیو ریڈکشن کے ذریعے rGO کی کامیاب تشکیل کی تصدیق کرتا ہے، کیونکہ یوکلپٹس کے پتوں کے نچوڑ، جو لوہے کے کم شدہ گرافین آکسائیڈ مرکبات کی ترکیب کے لیے استعمال کیے جاتے تھے، نے پلانٹ کے FTIR کمپوزیشن کے قریب سے ظاہر کیا۔ فنکشنل گروپس. 33.
A. گیلیم کا FTIR سپیکٹرم، nZVI، rGO، GO، جامع rGO/nZVI (A)۔ Roentgenogrammy کمپوزٹ rGO, GO, nZVI اور rGO/nZVI (B)۔
rGO/nZVI اور nZVI مرکبات کی تشکیل کی بڑی حد تک ایکس رے کے پھیلاؤ کے نمونوں (تصویر 3B) سے تصدیق ہوئی۔ اشاریہ (110) (JCPDS نمبر 06–0696)11 کے مساوی، 2Ɵ 44.5° پر ایک اعلی شدت کی Fe0 چوٹی دیکھی گئی۔ (311) طیارے کی 35.1° پر ایک اور چوٹی میگنیٹائٹ Fe3O4 سے منسوب ہے، ϒ-FeOOH (JCPDS نمبر 17-0536)34 کی موجودگی کی وجہ سے 63.2° (440) طیارے کے ملر انڈیکس سے منسلک ہو سکتا ہے۔ GO کا ایکس رے پیٹرن 2Ɵ 10.3° پر ایک تیز چوٹی اور 21.1° پر ایک اور چوٹی دکھاتا ہے، جو گریفائٹ کے مکمل اخراج کی نشاندہی کرتا ہے اور GO35 کی سطح پر آکسیجن پر مشتمل گروپس کی موجودگی کو نمایاں کرتا ہے۔ rGO اور rGO/nZVI کے جامع نمونوں نے خصوصیت والی GO چوٹیوں کے غائب ہونے اور rGO اور rGO/nZVI مرکبات کے لیے بالترتیب 2Ɵ 22.17 اور 24.7° پر وسیع rGO چوٹیوں کی تشکیل کو ریکارڈ کیا، جس نے پلانٹ کے ذریعے GO کی کامیاب بحالی کی تصدیق کی۔ تاہم، جامع rGO/nZVI پیٹرن میں، Fe0 (110) اور bcc Fe0 (200) کے جالی طیارے سے وابستہ اضافی چوٹیاں بالترتیب 44.9\(^\circ\) اور 65.22\(^\circ\) پر دیکھی گئیں۔ .
زیٹا پوٹینشل ایک ذرہ کی سطح سے منسلک آئنک پرت اور ایک آبی محلول کے درمیان پوٹینشل ہے جو کسی مادے کی الیکٹرو سٹیٹک خصوصیات کا تعین کرتا ہے اور اس کے استحکام کی پیمائش کرتا ہے۔ پلانٹ کی ترکیب شدہ nZVI, GO، اور rGO/nZVI مرکبات کے Zeta ممکنہ تجزیے نے بالترتیب -20.8، -22، اور -27.4 mV کے منفی چارجز کی موجودگی کی وجہ سے ان کی سطح پر استحکام ظاہر کیا، جیسا کہ شکل S1A- میں دکھایا گیا ہے۔ سی۔ . اس طرح کے نتائج متعدد رپورٹس کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں جن میں ذکر کیا گیا ہے کہ زیٹا ممکنہ قدروں والے ذرات پر مشتمل حل -25 mV سے کم عام طور پر ان ذرات کے درمیان الیکٹرو اسٹاٹک پسپائی کی وجہ سے اعلی درجے کا استحکام ظاہر کرتے ہیں۔ rGO اور nZVI کا امتزاج کمپوزٹ کو زیادہ منفی چارجز حاصل کرنے کی اجازت دیتا ہے اور اس طرح اکیلے GO یا nZVI سے زیادہ استحکام رکھتا ہے۔ لہذا، الیکٹرو اسٹاٹک ریپلشن کا رجحان مستحکم rGO/nZVI39 مرکبات کی تشکیل کا باعث بنے گا۔ GO کی منفی سطح اسے بغیر کسی جمع کے پانی والے میڈیم میں یکساں طور پر منتشر ہونے کی اجازت دیتی ہے، جو nZVI کے ساتھ تعامل کے لیے سازگار حالات پیدا کرتی ہے۔ منفی چارج کڑوے خربوزے کے عرق میں مختلف فنکشنل گروپس کی موجودگی سے منسلک ہو سکتا ہے، جو GO اور لوہے کے پیشگی اور پودوں کے عرق کو بالترتیب rGO اور nZVI بنانے کے لیے، اور rGO/nZVI کمپلیکس کے درمیان تعامل کی بھی تصدیق کرتا ہے۔ یہ پلانٹ مرکبات کیپنگ ایجنٹ کے طور پر بھی کام کر سکتے ہیں، کیونکہ وہ نتیجے میں نینو پارٹیکلز کو جمع ہونے سے روکتے ہیں اور اس طرح ان کے استحکام کو بڑھاتے ہیں۔
nZVI اور rGO/nZVI مرکبات کی بنیادی ساخت اور والینس کی حالتوں کا تعین XPS (تصویر 4) کے ذریعے کیا گیا تھا۔ مجموعی طور پر XPS مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ rGO/nZVI مرکب بنیادی طور پر C, O، اور Fe عناصر پر مشتمل ہے، جو EDS میپنگ (تصویر 4F–H) کے مطابق ہے۔ C1s سپیکٹرم 284.59 eV، 286.21 eV اور 288.21 eV پر تین چوٹیوں پر مشتمل ہے جو بالترتیب CC, CO اور C=O کی نمائندگی کرتا ہے۔ O1s سپیکٹرم کو تین چوٹیوں میں تقسیم کیا گیا تھا، بشمول 531.17 eV، 532.97 eV، اور 535.45 eV، جو بالترتیب O=CO، CO، اور NO گروپس کو تفویض کیے گئے تھے۔ تاہم، 710.43، 714.57 اور 724.79 eV کی چوٹیاں بالترتیب Fe 2p3/2، Fe+3 اور Fe p1/2 کا حوالہ دیتی ہیں۔ nZVI کے XPS سپیکٹرا (تصویر 4C-E) نے عناصر C، O، اور Fe کی چوٹیوں کو دکھایا۔ 284.77، 286.25، اور 287.62 eV کی چوٹیاں آئرن کاربن مرکبات کی موجودگی کی تصدیق کرتی ہیں، کیونکہ وہ بالترتیب CC، C-OH، اور CO کا حوالہ دیتے ہیں۔ O1s سپیکٹرم تین چوٹیوں C–O/آئرن کاربونیٹ (531.19 eV)، ہائیڈروکسیل ریڈیکل (532.4 eV) اور O–C=O (533.47 eV) سے مماثل ہے۔ 719.6 کی چوٹی Fe0 سے منسوب ہے، جبکہ FeOOH 717.3 اور 723.7 eV کی چوٹیوں کو ظاہر کرتا ہے، اس کے علاوہ، 725.8 eV کی چوٹی Fe2O342.43 کی موجودگی کی نشاندہی کرتی ہے۔
nZVI اور rGO/nZVI مرکبات کا XPS مطالعہ، بالترتیب (A, B)۔ nZVI C1s (C)، Fe2p (D)، اور O1s (E) اور rGO/nZVI C1s (F)، Fe2p (G)، O1s (H) جامع کا مکمل سپیکٹرا۔
N2 ادسورپشن/ڈیسورپشن آئیسوتھرم (تصویر 5A، B) ظاہر کرتا ہے کہ nZVI اور rGO/nZVI مرکبات کا تعلق قسم II سے ہے۔ اس کے علاوہ، nZVI کا مخصوص سطح کا رقبہ (SBET) 47.4549 سے بڑھ کر 152.52 m2/g تک آر جی او کے ساتھ اندھا کرنے کے بعد ہو گیا۔ اس نتیجے کی وضاحت rGO بلائنڈنگ کے بعد nZVI کی مقناطیسی خصوصیات میں کمی سے کی جا سکتی ہے، اس طرح ذرات کے جمع ہونے میں کمی اور مرکبات کی سطح کے رقبے میں اضافہ ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، جیسا کہ تصویر 5C میں دکھایا گیا ہے، rGO/nZVI مرکب کا تاکنا حجم (8.94 nm) اصل nZVI (2.873 nm) سے زیادہ ہے۔ یہ نتیجہ المونیم وغیرہ کے ساتھ متفق ہے۔ 45
ابتدائی ارتکاز میں اضافے کے لحاظ سے rGO/nZVI مرکبات اور اصل nZVI کے درمیان DC کو ہٹانے کے لیے جذب کرنے کی صلاحیت کا جائزہ لینے کے لیے، مختلف ابتدائی ارتکاز میں DC میں ہر ایک جذب کرنے والے (0.05 جی) کی مستقل خوراک کا اضافہ کر کے ایک موازنہ کیا گیا۔ تحقیق شدہ حل [25]۔ -100 ملی گرام l–1] 25 ڈگری سینٹی گریڈ پر۔ نتائج سے ظاہر ہوا کہ rGO/nZVI مرکب کی ہٹانے کی کارکردگی (94.6%) کم ارتکاز (25 mg L-1) میں اصل nZVI (90%) سے زیادہ تھی۔ تاہم، جب ابتدائی ارتکاز کو 100 ملی گرام L-1 تک بڑھایا گیا تو، rGO/nZVI اور والدین کے nZVI کی ہٹانے کی کارکردگی بالترتیب 70% اور 65% تک گر گئی (شکل 6A)، جو کم فعال سائٹس اور انحطاط کی وجہ سے ہو سکتی ہے۔ nZVI ذرات۔ اس کے برعکس، rGO/nZVI نے DC ہٹانے کی اعلی کارکردگی دکھائی، جو rGO اور nZVI کے درمیان ہم آہنگی کے اثر کی وجہ سے ہو سکتی ہے، جس میں جذب کے لیے دستیاب مستحکم فعال سائٹیں بہت زیادہ ہیں، اور rGO/nZVI کی صورت میں، زیادہ DC برقرار nZVI کے مقابلے میں جذب کیا جا سکتا ہے. اس کے علاوہ، انجیر میں. 6B سے پتہ چلتا ہے کہ rGO/nZVI اور nZVI مرکبات کی جذب کرنے کی صلاحیت بالترتیب 9.4 mg/g سے بڑھ کر 30 mg/g اور 9 mg/g ہو گئی ہے، ابتدائی ارتکاز میں 25–100 mg/L سے اضافہ کے ساتھ۔ -1.1 سے 28.73 ملی گرام جی-1۔ لہذا، ڈی سی کو ہٹانے کی شرح کو ابتدائی ڈی سی حراستی کے ساتھ منفی طور پر منسلک کیا گیا تھا، جس کی وجہ سے حل میں ڈی سی کو جذب کرنے اور ہٹانے کے لیے ہر جذب کرنے والے کی طرف سے حمایت کردہ رد عمل کے مراکز کی محدود تعداد تھی۔ اس طرح، ان نتائج سے یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ rGO/nZVI مرکبات میں جذب اور کمی کی اعلیٰ کارکردگی ہوتی ہے، اور rGO/nZVI کی ساخت میں rGO کو جذب کرنے والے اور کیریئر مواد کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
rGO/nZVI اور nZVI مرکب کے لیے ہٹانے کی کارکردگی اور DC جذب کرنے کی صلاحیت تھی (A, B) [Co = 25 mg l-1–100 mg l-1, T = 25 °C، خوراک = 0.05 g]، pH۔ rGO/nZVI مرکبات (C) پر جذب کرنے کی صلاحیت اور DC ہٹانے کی کارکردگی پر [Co = 50 mg L–1, pH = 3–11, T = 25°C, خوراک = 0.05 g]۔
حل پی ایچ جذب کے عمل کے مطالعہ میں ایک اہم عنصر ہے، کیونکہ یہ جذب کرنے والے کے آئنائزیشن، قیاس اور آئنائزیشن کی ڈگری کو متاثر کرتا ہے۔ تجربہ 25 ° C پر ایک مستقل جذب کرنے والی خوراک (0.05 g) اور ابتدائی ارتکاز 50 mg L-1 pH رینج (3–11) کے ساتھ کیا گیا۔ لٹریچر ریویو46 کے مطابق، ڈی سی ایک ایمفیفیلک مالیکیول ہے جس میں مختلف پی ایچ لیولز پر کئی آئنائز ایبل فنکشنل گروپس (فینولز، امینو گروپس، الکوحل) ہوتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، DC کے مختلف افعال اور rGO/nZVI مرکب کی سطح پر متعلقہ ڈھانچے الیکٹرو سٹیٹیکل طور پر تعامل کر سکتے ہیں اور cations، zwitterions اور anions کے طور پر موجود ہو سکتے ہیں، DC مالیکیول pH <3.3 پر cationic (DCH3+) کے طور پر موجود ہے۔ zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 اور anionic (DCH− یا DC2−) PH 7.7 پر۔ نتیجے کے طور پر، DC کے مختلف افعال اور rGO/nZVI مرکب کی سطح پر متعلقہ ڈھانچے الیکٹرو سٹیٹیکل طور پر تعامل کر سکتے ہیں اور cations، zwitterions اور anions کے طور پر موجود ہو سکتے ہیں، DC مالیکیول pH <3.3 پر cationic (DCH3+) کے طور پر موجود ہے۔ zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 اور anionic (DCH- یا DC2-) PH 7.7 پر۔ В результате различные функции DR ут существовать виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, молекула ДК существует в виде катиона (DCH3+) при , <3 ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- یا DC2-) pry pH 7,7۔ نتیجے کے طور پر، DC کے مختلف افعال اور متعلقہ ڈھانچے rGO/nZVI مرکب کی سطح پر الیکٹرو سٹیٹیکل طور پر تعامل کر سکتے ہیں اور cations، zwitterions اور anions کی شکل میں موجود ہو سکتے ہیں۔ DC مالیکیول pH <3.3 پر کیشن (DCH3+) کے طور پر موجود ہے۔ ionic (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 اور anionic (DCH- یا DC2-) pH 7.7 پر۔因此，DC 的各种功能和rGO/nZVI 、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-) پی ایچ 7.7 میں۔因此 ， 和 和 和 复合 复合 复合 材料 材料 的 相关 可能 会 发生 发生 静电 相互 相互 ， 并 可能 阳离子 性 性 和 阴 阴 离子 形式 ， ， 分子 性 性 和 阴 离子 形式 ， 分子 在 PH <3.3 时 时 时 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子 阳离子)存在，两性离子(DCH20) 3.3 <pH <7.7 和阴离子(DCH- 或DC2-) پی ایچ 7.7 میں۔ Следовательно, различные функции ДК и родственных им структур на поверхности композита rGO/nZVI могут вступать вступать вступатей вступатель я и существовать в виде катионов, цвиттер-ионов и анионов, а молекулы ДК являются катионными (ДЦГ3+) при,3р. لہذا، DC کے مختلف افعال اور متعلقہ ڈھانچے rGO/nZVI مرکب کی سطح پر الیکٹرو اسٹاٹک تعاملات میں داخل ہو سکتے ہیں اور کیشنز، زیویٹریونز اور اینیونز کی شکل میں موجود ہیں، جبکہ DC مالیکیول pH <3.3 پر cationic (DCH3+) ہوتے ہیں۔ 3,3 < pH < 7,7 اور اینیونا (DCH- یا DC2-) سے پہلے pH 7,7 کے اندر موجود ہیں۔ یہ 3.3 < pH < 7.7 پر zwitterion (DCH20) اور pH 7.7 پر anion (DCH- یا DC2-) کے طور پر موجود ہے۔پی ایچ میں 3 سے 7 تک اضافے کے ساتھ، ڈی سی ہٹانے کی جذب کرنے کی صلاحیت اور کارکردگی 11.2 ملی گرام/جی (56%) سے بڑھ کر 17 ملی گرام/جی (85%) (تصویر 6C) ہو گئی۔ تاہم، جیسے جیسے پی ایچ بڑھ کر 9 اور 11 ہو گیا، جذب کرنے کی صلاحیت اور ہٹانے کی کارکردگی بالترتیب 10.6 mg/g (53%) سے 6 mg/g (30%) تک کم ہو گئی۔ pH میں 3 سے 7 تک اضافے کے ساتھ، DCs بنیادی طور پر zwitterions کی شکل میں موجود تھے، جس نے انہیں تقریباً غیر الیکٹرو سٹیٹک طور پر rGO/nZVI مرکبات سے متوجہ یا پسپا کر دیا، بنیادی طور پر الیکٹرو سٹیٹک تعامل کے ذریعے۔ جیسا کہ pH 8.2 سے بڑھ گیا، جذب کرنے والے کی سطح پر منفی چارج کیا گیا، اس طرح جذب کرنے کی صلاحیت منفی طور پر چارج شدہ doxycycline اور adsorbent کی سطح کے درمیان electrostatic repulsion کی وجہ سے کم اور کم ہوتی گئی۔ اس رجحان سے پتہ چلتا ہے کہ rGO/nZVI مرکبات پر DC جذب انتہائی pH پر منحصر ہے، اور نتائج یہ بھی بتاتے ہیں کہ rGO/nZVI مرکبات تیزابیت اور غیر جانبدار حالات میں جذب کرنے والے کے طور پر موزوں ہیں۔
DC کے ایک آبی محلول کے جذب پر درجہ حرارت کا اثر (25–55°C) پر کیا گیا تھا۔ شکل 7A rGO/nZVI پر DC اینٹی بائیوٹکس کے ہٹانے کی کارکردگی پر درجہ حرارت میں اضافے کا اثر دکھاتا ہے، یہ واضح ہے کہ ہٹانے کی صلاحیت اور جذب کرنے کی صلاحیت 83.44% اور 13.9 mg/g سے بڑھ کر 47% اور 7.83 mg/g ہو گئی ہے۔ بالترتیب یہ نمایاں کمی DC آئنوں کی تھرمل توانائی میں اضافے کی وجہ سے ہو سکتی ہے، جو کہ desorption47 کی طرف جاتا ہے۔
rGO/nZVI مرکبات (A) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, Dose = 0.05 g] پر CD کی ہٹانے کی کارکردگی اور جذب کرنے کی صلاحیت پر درجہ حرارت کا اثر، CD Effect کی ہٹانے کی کارکردگی اور ہٹانے کی کارکردگی پر Adsorbent خوراک rGO/nSVI مرکب (B) [Co = 50 mg L–1, pH = 7, T = 25°C] (C, D) [Co = 25–100 mg L–1، pH = 7، T = 25 °C، خوراک = 0.05 g]۔
مرکب جذب کرنے والے rGO/nZVI کی خوراک کو 0.01 g سے 0.07 g تک بڑھانے کا اثر ہٹانے کی کارکردگی اور جذب کرنے کی صلاحیت پر تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ 7B ادسوربنٹ کی خوراک میں اضافے کی وجہ سے جذب کرنے کی صلاحیت 33.43 mg/g سے کم ہو کر 6.74 mg/g ہو گئی۔ تاہم، جذب کرنے والی خوراک میں 0.01 جی سے 0.07 جی تک اضافے کے ساتھ، ہٹانے کی کارکردگی 66.8٪ سے 96٪ تک بڑھ جاتی ہے، جو کہ اس کے مطابق، نانوکومپوزائٹ سطح پر فعال مراکز کی تعداد میں اضافے سے منسلک ہو سکتی ہے۔
جذب کرنے کی صلاحیت اور ہٹانے کی کارکردگی [25–100 mg L-1، 25°C، pH 7، خوراک 0.05 g] پر ابتدائی ارتکاز کے اثرات کا مطالعہ کیا گیا۔ جب ابتدائی ارتکاز کو 25 mg L-1 سے بڑھا کر 100 mg L-1 کیا گیا تو، rGO/nZVI مرکب کے اخراج کا فیصد 94.6% سے کم ہو کر 65% (تصویر 7C) ہو گیا، شاید مطلوبہ ایکٹیو کی عدم موجودگی کی وجہ سے۔ سائٹس . DC49 کی بڑی تعداد کو جذب کرتا ہے۔ دوسری طرف، جیسے جیسے ابتدائی ارتکاز میں اضافہ ہوا، جذب کرنے کی صلاحیت بھی 9.4 ملی گرام فی گرام سے بڑھ کر 30 ملی گرام فی گرام تک پہنچ گئی جب تک کہ توازن قائم نہ ہو جائے (تصویر 7 ڈی)۔ یہ ناگزیر ردعمل آر جی او/ این زیڈ وی آئی مرکب کی سطح 50 تک پہنچنے کے لیے ڈی سی آئن ماس ٹرانسفر مزاحمت سے زیادہ ابتدائی DC حراستی کے ساتھ ڈرائیونگ فورس میں اضافے کی وجہ سے ہے۔
رابطہ وقت اور حرکیاتی مطالعات کا مقصد جذب کے توازن کے وقت کو سمجھنا ہے۔ سب سے پہلے، رابطے کے وقت کے پہلے 40 منٹ کے دوران جذب ہونے والی ڈی سی کی مقدار پورے وقت (100 منٹ) میں جذب ہونے والی کل رقم کا تقریباً نصف تھی۔ جب کہ حل میں موجود DC مالیکیولز آپس میں ٹکراتے ہیں جس کی وجہ سے وہ تیزی سے rGO/nZVI مرکب کی سطح پر منتقل ہوتے ہیں جس کے نتیجے میں اہم جذب ہوتا ہے۔ 40 منٹ کے بعد، DC جذب بتدریج اور آہستہ آہستہ بڑھتا گیا جب تک کہ 60 منٹ کے بعد توازن نہ ہو جائے (تصویر 7D)۔ چونکہ ایک معقول مقدار پہلے 40 منٹ میں جذب ہو جاتی ہے، اس لیے DC مالیکیولز کے ساتھ کم ٹکراؤ ہو گا اور غیر جذب شدہ مالیکیولز کے لیے کم فعال سائٹیں دستیاب ہوں گی۔ لہذا، جذب کی شرح کو کم کیا جا سکتا ہے51.
جذب حرکیات کو بہتر طور پر سمجھنے کے لیے، سیوڈو فرسٹ آرڈر (تصویر 8A)، سیوڈو سیکنڈ آرڈر (تصویر 8B)، اور ایلووچ (تصویر 8C) کائنےٹک ماڈلز کے لائن پلاٹ استعمال کیے گئے۔ کائینیٹک اسٹڈیز (ٹیبل S1) سے حاصل کردہ پیرامیٹرز سے یہ واضح ہو جاتا ہے کہ جذب حرکیات کو بیان کرنے کے لیے سیوڈسیکنڈ ماڈل بہترین ماڈل ہے، جہاں R2 ویلیو دیگر دو ماڈلز سے زیادہ سیٹ کی گئی ہے۔ حساب شدہ جذب کی صلاحیتوں (qe، cal) کے درمیان بھی مماثلت ہے۔ سیوڈو سیکنڈ آرڈر اور تجرباتی اقدار (qe، exp.) مزید ثبوت ہیں کہ سیوڈو سیکنڈ آرڈر دوسرے ماڈلز سے بہتر ماڈل ہے۔ جیسا کہ جدول 1 میں دکھایا گیا ہے، α (ابتدائی جذب کی شرح) اور β (ڈیسورپشن کنسٹینٹ) کی اقدار اس بات کی تصدیق کرتی ہیں کہ جذب کی شرح ڈیسورپشن کی شرح سے زیادہ ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ DC rGO/nZVI52 مرکب پر مؤثر طریقے سے جذب کرتا ہے۔ .
سیوڈو سیکنڈ آرڈر (A)، سیوڈو فرسٹ آرڈر (B) اور ایلووچ (C) کے لکیری جذب کائنےٹک پلاٹ [Co = 25–100 mg l–1، pH = 7، T = 25 °C، خوراک = 0.05 g ]
ادسورپشن آئسوتھرمز کے مطالعہ مختلف ادسوربیٹ ارتکاز (DC) اور نظام کے درجہ حرارت پر جذب کرنے والے (RGO/nRVI مرکب) کی جذب کرنے کی صلاحیت کا تعین کرنے میں مدد کرتے ہیں۔ زیادہ سے زیادہ جذب کرنے کی صلاحیت کا حساب Langmuir isotherm کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا، جس نے اشارہ کیا کہ جذب یکساں تھا اور اس میں ان کے درمیان تعامل کے بغیر جذب کی سطح پر ایک adsorbate monolayer کی تشکیل شامل تھی۔ دو دیگر بڑے پیمانے پر استعمال ہونے والے آئسوتھرم ماڈلز فرینڈلچ اور ٹیمکن ماڈل ہیں۔ اگرچہ فرینڈلچ ماڈل کو جذب کرنے کی صلاحیت کا حساب لگانے کے لیے استعمال نہیں کیا جاتا ہے، لیکن یہ متفاوت جذب کرنے کے عمل کو سمجھنے میں مدد کرتا ہے اور یہ کہ جذب کرنے والے پر خالی جگہوں میں مختلف توانائیاں ہوتی ہیں، جب کہ ٹیمکن ماڈل جذب 54 کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کو سمجھنے میں مدد کرتا ہے۔
اعداد و شمار 9A-C بالترتیب Langmuir، Freindlich، اور Temkin ماڈلز کے لائن پلاٹ دکھاتے ہیں۔ R2 اقدار کا حساب Freundlich (Fig. 9A) اور Langmuir (Fig. 9B) لائن پلاٹوں سے کیا گیا ہے اور جدول 2 میں پیش کیا گیا ہے کہ rGO/nZVI مرکب پر DC جذب فرونڈلِچ (0.996) اور لینگموئیر (0.988) کے برابر ہے۔ ماڈل اور ٹیمکن (0.985)۔ زیادہ سے زیادہ جذب کرنے کی صلاحیت (qmax)، جس کا حساب Langmuir isotherm ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا، 31.61 mg g-1 تھا۔ اس کے علاوہ، بغیر ڈائمینشن لیس سیپریشن فیکٹر (RL) کی حسابی قدر 0 اور 1 (0.097) کے درمیان ہے، جو ایک سازگار جذب کے عمل کی نشاندہی کرتی ہے۔ بصورت دیگر، حساب شدہ فرینڈلچ مستقل (n = 2.756) اس جذب کے عمل کے لیے ترجیح کی نشاندہی کرتا ہے۔ Temkin isotherm (تصویر 9C) کے لکیری ماڈل کے مطابق، rGO/nZVI مرکب پر DC کا جذب ایک جسمانی جذب کا عمل ہے، کیونکہ b ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55 ہے۔ اگرچہ جسمانی جذب عام طور پر کمزور وین ڈیر والز فورسز کے ذریعہ ثالثی کی جاتی ہے، rGO/nZVI مرکبات پر براہ راست موجودہ جذب کے لیے کم جذب توانائیوں کی ضرورت ہوتی ہے [56، 57]۔
Freundlich (A)، Langmuir (B)، اور Temkin (C) لکیری ادسورپشن isotherms [Co = 25–100 mg L–1، pH = 7، T = 25 °C، خوراک = 0.05 g]۔ rGO/nZVI مرکبات (D) [Co = 25–100 mg l-1، pH = 7، T = 25–55 °C اور خوراک = 0.05 g] کے ذریعے DC جذب کے لیے van't Hoff مساوات کا پلاٹ۔
rGO/nZVI مرکبات سے DC ہٹانے پر رد عمل کے درجہ حرارت کی تبدیلی کے اثر کا اندازہ کرنے کے لیے، تھرموڈینامک پیرامیٹرز جیسے اینٹروپی چینج (ΔS)، اینتھالپی چینج (ΔH)، اور آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG) کا حساب مساوات سے کیا گیا۔ 3 اور 458۔
جہاں \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) - تھرموڈینامک توازن مستقل، Ce اور CAe - حل میں rGO، بالترتیب /nZVI DC سطح کے توازن پر ارتکاز۔ R اور RT بالترتیب گیس کا مستقل اور جذب درجہ حرارت ہیں۔ 1/T کے خلاف ln Ke کو پلاٹ کرنے سے ایک سیدھی لکیر (تصویر 9D) ملتی ہے جس سے ∆S اور ∆H کا تعین کیا جا سکتا ہے۔
ایک منفی ΔH قدر بتاتی ہے کہ یہ عمل exothermic ہے۔ دوسری طرف، ΔH قدر جسمانی جذب کے عمل کے اندر ہے۔ جدول 3 میں منفی ΔG اقدار بتاتی ہیں کہ جذب ممکن اور بے ساختہ ہے۔ ΔS کی منفی قدریں مائع انٹرفیس (ٹیبل 3) پر جذب کرنے والے مالیکیولز کی اعلی ترتیب کی نشاندہی کرتی ہیں۔
جدول 4 rGO/nZVI کمپوزٹ کا موازنہ پچھلے مطالعات میں رپورٹ کردہ دیگر adsorbents کے ساتھ کرتا ہے۔ یہ واضح ہے کہ VGO/nCVI مرکب میں جذب کرنے کی اعلی صلاحیت ہے اور یہ پانی سے DC اینٹی بایوٹک کو ہٹانے کے لیے ایک امید افزا مواد ہو سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، rGO/nZVI مرکبات کا جذب ایک تیز عمل ہے جس کا توازن وقت 60 منٹ ہے۔ rGO/nZVI مرکبات کی بہترین جذب خصوصیات کی وضاحت rGO اور nZVI کے ہم آہنگی اثر سے کی جا سکتی ہے۔
اعداد و شمار 10A، B rGO/nZVI اور nZVI کمپلیکس کے ذریعے DC اینٹی بائیوٹکس کو ہٹانے کے عقلی طریقہ کار کی وضاحت کرتے ہیں۔ ڈی سی ادسورپشن کی کارکردگی پر پی ایچ کے اثر پر تجربات کے نتائج کے مطابق، پی ایچ میں 3 سے 7 تک اضافے کے ساتھ، rGO/nZVI مرکب پر DC جذب کو الیکٹرو اسٹاٹک تعاملات کے ذریعے کنٹرول نہیں کیا گیا تھا، کیونکہ اس نے zwitterion کے طور پر کام کیا۔ لہذا، pH قدر میں تبدیلی نے جذب کے عمل کو متاثر نہیں کیا۔ اس کے بعد، جذب کرنے کے طریقہ کار کو غیر الیکٹرو سٹیٹک تعاملات جیسے ہائیڈروجن بانڈنگ، ہائیڈروفوبک اثرات، اور π-π اسٹیکنگ تعاملات rGO/nZVI جامع اور DC66 کے درمیان کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ یہ بات اچھی طرح سے معلوم ہے کہ پرتوں والے گرافین کی سطحوں پر خوشبودار جذبوں کے طریقہ کار کی وضاحت π–π اسٹیکنگ تعاملات کے ذریعے کی گئی ہے۔ مرکب ایک پرتوں والا مواد ہے جو گرافین سے ملتا جلتا ہے جس میں π-π* منتقلی کی وجہ سے زیادہ سے زیادہ 233 nm جذب ہوتا ہے۔ DC adsorbate کے سالماتی ڈھانچے میں چار خوشبودار حلقوں کی موجودگی کی بنیاد پر، ہم نے یہ قیاس کیا کہ خوشبودار DC (π-الیکٹران قبول کنندہ) اور π-الیکٹران سے مالا مال خطے کے درمیان π-π-اسٹیکنگ تعامل کا ایک طریقہ کار موجود ہے۔ آر جی او کی سطح۔ /nZVI کمپوزٹ۔ اس کے علاوہ، جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ 10B میں، FTIR مطالعات ڈی سی کے ساتھ rGO/nZVI مرکبات کے مالیکیولر تعامل کا مطالعہ کرنے کے لیے کیے گئے تھے، اور DC جذب کے بعد rGO/nZVI مرکبات کے FTIR سپیکٹرا کو شکل 10B میں دکھایا گیا ہے۔ 10b. 2111 cm-1 پر ایک نئی چوٹی کا مشاہدہ کیا گیا ہے، جو C=C بانڈ کے فریم ورک وائبریشن سے مساوی ہے، جو 67 rGO/nZVI کی سطح پر متعلقہ آرگینک فنکشنل گروپس کی موجودگی کی نشاندہی کرتا ہے۔ دیگر چوٹیاں 1561 سے 1548 cm-1 اور 1399 سے 1360 cm-1 تک منتقل ہوتی ہیں، جو اس بات کی بھی تصدیق کرتی ہے کہ π-π تعاملات گرافین اور نامیاتی آلودگی 68,69 کے جذب میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ DC جذب کے بعد، کچھ آکسیجن پر مشتمل گروپوں کی شدت، جیسے OH، کم ہو کر 3270 cm-1 ہو گئی، جس سے پتہ چلتا ہے کہ ہائیڈروجن بانڈنگ جذب کرنے کے طریقہ کار میں سے ایک ہے۔ اس طرح، نتائج کی بنیاد پر، rGO/nZVI مرکب پر DC جذب بنیادی طور پر π-π اسٹیکنگ تعاملات اور H-بانڈز کی وجہ سے ہوتا ہے۔
rGO/nZVI اور nZVI کمپلیکس (A) کے ذریعے DC اینٹی بائیوٹکس کو جذب کرنے کا عقلی طریقہ کار۔ rGO/nZVI اور nZVI (B) پر DC کا FTIR جذب سپیکٹرا۔
3244، 1615، 1546، اور 1011 cm–1 پر nZVI کے جذب بینڈ کی شدت nZVI (تصویر 10B) پر nZVI کے مقابلے میں ڈی سی جذب کے بعد بڑھ گئی، جس کا تعلق کاربوکسی ایسڈ کے ممکنہ فعال گروپوں کے ساتھ تعامل سے ہونا چاہیے۔ ڈی سی میں اے گروپس۔ تاہم، تمام مشاہدہ شدہ بینڈز میں ٹرانسمیشن کا یہ کم فیصد اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ جذب کرنے کے عمل سے پہلے nZVI کے مقابلے میں phytosynthetic adsorbent (nZVI) کی جذب کی کارکردگی میں کوئی خاص تبدیلی نہیں آئی۔ nZVI71 کے ساتھ کچھ DC ہٹانے کی تحقیق کے مطابق، جب nZVI H2O کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، الیکٹران جاری کیے جاتے ہیں اور پھر H+ کو انتہائی کم کرنے کے قابل فعال ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ آخر میں، کچھ کیشنک مرکبات فعال ہائیڈروجن سے الیکٹران کو قبول کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں -C=N اور -C=C- بنتے ہیں، جو بینزین کی انگوٹھی کے تقسیم سے منسوب ہے۔