توصيف مسحوق بذور التمر المشتق من أكسيد الجرافين المسامي واستخدامه كمواد وظيفية بيئية لإزالة الصبغة من المحاليل المائية

الكلمات الدالة:الفينوثيازين. الامتزاز؛ صبغة غير قابلة للذوبان في الماء بذور GO-date

انقر هنا للحصول على Cistanche للحصول على المركبات العضوية

1 المقدمة

المواد الكيميائية الصبغية هي من بين أكثر المواد الضارة بيئيًاالمركبات العضوية [1,2]. تم تعداد أكثر من 40 ، 000 صبغة وأصباغ مختلفة بواسطة Chakrabarti et al. [3], ويتم فقدان حوالي 12 بالمائة من الأصباغ الاصطناعية أثناء إجراءات الإنتاج والمعالجة.ما يقرب من 20 في المائة من هذه الألوان موجودة في مياه الصرف الصناعي [4,5]. على الرغم من اختلافهاتوجد تقنيات لإزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي ، مثلأكسدة كيميائية, تجلط الدموالكيمياء الكهربية وعمليات فصل الأغشية الهوائية واللاهوائيةالتحلل البيولوجي ، هذه العلاجات غير فعالة بسبب عوامل مختلفة [6]. الامتزازالتقنيات يمكنها إزالة الأصباغ العضوية بكفاءة وفعالية [7–12]. معالجة مياه الصرف الصحيالتقنياتاستخدام الامتزاز له تأثير اقتصادي إيجابي [13–15]. 

يجب أن تكون المواد الماصة صغيرة لأن مساحات السطح الكبيرة تنتج عاليةكفاءة الامتزاز. ستكون مجاري النفايات المائية المحملة بمواد خطرةيصعب فصله عن الماء بسبب صغر حجم الجزيئات. الممتزات المختلفةتم فحص المواد لإزالة الصبغات العضوية من مجاري النفايات. خاصة،تطبيق الكربون المنشط [16] لطالما كانت القاعدة [17,18]. العديد من الممتزاتتم تطويرها في السنوات الأخيرة [9] لإزالة الأصباغ مثل الطبقات المزدوجةهيدروكسيدات [19] ، أكاسيد الفلزات ، الطين [20–22] ، الجيوثايت الطبيعي [23] ، والرواسب [24,25].

تم اقتراح مواد ماصة بديلة للأصباغ باستخدام مواد ماصة بيولوجية.حصلت بذور التمر الخام (RDS) على وجه الخصوص على الكثير من الضغط بسبب انخفاض تكلفتها ،التوافر الطبيعي ، وتأثير بيئي منخفض. تتكون ثمار نخيل التمربذرة وقشرة سمين. مسحوق التمر ، تمر منزوع النوى ، شراب التمر ، مغلف بالشوكولاتةيتم إنتاج التمور وعصير التمر وحلويات التمر عن طريق مصانع معالجة فواكه التمر ،في حين أن بذور التمر التي تم حفرها تعتبر نفايات [26]. علاوة على ذلك ، فإن نظام RDS هوموزعة عالميًا وفيرة ، مما يجعلها جذابة من المواد الماصة البيئيةالتطبيق في العمليات الصناعية [3]. لتقييم القضاء على نونيل الفينول وبيسفينول أ من المحاليل المائية ، استخدموا نوى التمر الكربونية المكملةمع الجسيمات النانوية من ZnO. اكتشفوا أن معدل الإزالة الأقصى في ظل المثاليةكانت الظروف 95 بالمائة [27,28]. بذور التمر ، تتكون أساسًا من السليلوز ، الهيميسليلوز ،واللجنين ، مواد فعالة يمكن استخدامها كممتاز لإزالة المواد العضوية والملوثات غير العضوية من المحاليل المائية. نجاح هذه المواد الماصة منخفضة التكلفةفي المقام الأول بسبب المجموعات الوظيفية المؤكسجة الموجودة في المواد lignocellulosic مثلمركبات السليلوز والفينول [29]. 

من ناحية أخرى ، لم يتم التحقيق بدقة في امتزاز PTZS على RDS. الامتزاز هو وسيلة مريحة وسهلة التشغيل والتصميم. الامتزازتعتبر العملية بديلاً أفضل في معالجة المياه ومياه الصرف الصحي لإزالة أمجموعة متنوعة من الأصباغ أكثر من الطرق الأخرى ، مثل التبادل الأيوني ، كما هو مذكور في الدراسةمن Bhatnagar et al. [30]. وجد Bukola M Adesanmi et al. (2022) أن متوسط ​​نسبة الإزالة كان 98.23 في الامتزاز ، بينما كان متوسط ​​نسبة الإزالة 90 في التبادل الأيوني [31]. 

نتيجة لذلك ، فإن الغرض من هذا البحث هو البدء في التحقيق في الفيزياء والخصائص الكيميائية للمواد الماصة الحيوية RDS التي تستخدم مجموعة من التقنيات ، بما في ذلك SEM ،XRD و FTIR ، ثم تقييم كفاءة استخدام RDP باعتباره صديقًا للبيئة ،مادة ماصة حيوية طبيعية وفعالة من حيث التكلفة لفصل PTZS في محلول مائي.

علاوة على ذلك ، العوامل التي تؤثر على امتصاص طريقة PTZS على RDSكانت مادة الامتصاص الحيوي عبارة عن محلول الأس الهيدروجيني وكتلة الممتزات وحجم جزيئات RDS وبدء PTZSتركيز. يهدف هذا البحث إلى توفير عملية بسيطة لإنتاج المواد الماصة RDSمادة من مصدر طبيعي منخفض التكلفة ، وهي بذور التمر ، وهي نفايات غذائية شائعة في المملكة العربية السعوديةشبه الجزيرة العربية مع توافر محلي عالي وتكلفة منخفضة. تم تنشيط المواد الماصة RDSلتعزيز أداء الامتزاز باستخدام إجراءات المعالجة الفيزيائية أو الكيميائية.تم استخدام عينات ماصة منشطة لإزالة الصبغة من العينات المائية الملوثة.

2.1. عام

تم شراء جميع الكواشف والمحاليل من Sigma-Aldrich واستخدامها وفقًا للتوجيهات.في DMSO: D.2O-d6 حل،1يُسلِّم13تم جمع أطياف C NMR باستخدام 400 ميغا هرتزمطياف بروكر ادفانس. تم جمع أطياف الأشعة تحت الحمراء باستخدام مواصفات 100 FTIRترمومتر أطياف PerkinElmer. تم استخدام مطياف الكتلة (Agilent GC 7000) من أجلمطيافية الكتلة. على مقياس الطيف الضوئي UV-VIS (شيمادزو ، كيوتو ، اليابان) ، UV abتم الحصول على أطياف الامتصاص في عدة مذيبات. مضان PerkinElmer LS 55تم استخدام مطياف لتسجيل أطياف التألق.

2.2. التوصيف والتوليف

2.2.1. تركيب الصبغة العضوية

(هـ) -2- سيانو -3- (10- أوكتيل -9 ، 10- ثنائي هيدروانثراسين -2- يل) حمض أكريليك (PTZS) خليط من{{0} أوكتيل -10 H-phenothiazine -3- carbaldehyde (1.18 جم ، 3 ملمول) (1.18 جم ، 3 ملمول) ، والذي كانأعدت كما هو موضح في الأدبيات [32] و {0}}. 395 جم من حمض الخليك cyano 6 ملمول ، مخفففي محلول أساسي من الإيثانول (7 مل) طوال الليل ثم يتم ترشيحه وتنقيته عند درجة حرارة الغرفة بواسطة كروماتوجرافي (عمود) لإنتاج 74.6 بالمائة (1.4 جم). نتيجة التوصيف هي درجة Mp 58-59. H NMR (4 0 0 ميجا هرتز ، DMSO: DO-d) 8 3. 992 (t ، 3HCH ، -N) ، 7.238 (يوم ، 2 ساعات ، J=8 .8 هرتز ، Ar-H) ، 7.657 (يوم ، 2H ، J=2. 0 هرتز ، Ar-H) ، 7.829 (يوم ، 2 ارتفاع=8. 8 ، 2.0 هرتز ، Ar-H) ، 8.212 (s، 2H، C=CH) .13C NMR (125 ميجا هرتز ، DMSO: D 20- يوم) 8 14. 30.22.82،26.96،27.03،29.35،29.39 ، 31.92 ، 48.23 ، 115.01 ، 116.16 ، 123.78 ، 124.04 ، 125.25 ، 127.76127.78 ، 128.64 ، 130.27 ، 131.26 ، 143.67 ، 150.99 ، 190.26. تم ذكر التركيب الكيميائي لصبغة PTZS في الشكل.

الشكل 1. التركيب الكيميائي للصبغة العضوية

2.2.2. توليف GO-Date الممتزات البذور

تم دمج 100 جم من مسحوق بذور التمر مع 140 سم مكعب من 98٪ حمض الكبريتيك في هذه التجربة. لفترة من الوقت ، ترك الخليط ليجلس. ينظف المزيج بعد ساعتين في دورق مخروطي ويخفف بنسبة 3 في المائة من حامض الكبريتيك. تحت التكثيف الراجع ، يسخن الخليط لمدة 4 ساعات. تم غسل المتبقي وتجفيفه عند 105 درجة في فرن ، وتم تبريده ، وتحديد كميته على أنه لجنين غير قابل للذوبان في الحمض (33].

كما في القسم السابق ، استخدمت هذه الدراسة اللجنين من بذور التمر كمصدر للكربون في هذه الدراسة ، كان مصدر المحفز هو نترات الحديد (lll). باستخدام نهج الترسيب المشترك في درجة حرارة الغرفة ، تم تصنيع مادة طليعة من الحديد اللجنين مع تحميل 10 في المائة من الحديد. لصنع محلول اللجنين ، تم خلط 35 جم من اللجنين مع 50 مل من رباعي هيدرو الفوران (THF) لمدة ساعتين. في هذه الأثناء ، تمت إضافة نترات الحديد غير المائي (41 جم) إلى دورق زجاجي يحتوي على 100 مل من الماء المقطر وتقليبها حتى يذوب الملح المعدني ، مما ينتج عنه محلول نترات الحديد ، ويصب محلول نترات الحديد في محلول اللجنين 70 درجة ويهتز لمدة 2 ساعة. تم تسخين تركيبة الحديد - اللجنين وتجفيفها لمدة 24 قبعة 150 درجة بعد 1 د عند درجة حرارة الغرفة. ونتيجة لذلك ، تم تكوين تركيبة صلبة من اللجنين المعزز بالحديد. ثم تم تحميل مفاعل أنبوبي كوارتز بمقدمة اللجنين المعزز بالحديد. تم تسخين المفاعل إلى 900 درجة كل دقيقة بوتيرة 10 درجات ، N ، تم إطلاق الغاز ، ثم تم تمرير غاز ثاني أكسيد الكربون بمعدل 10 درجات في الدقيقة. تم تبريد الفرن تلقائيًا بمعدل 10 درجات / دقيقة.

تم استرجاع بضع طبقات من الجرافيت من مفاعل الكوارتز الأنبوبي لتحويل أكسيد الجرافيت. تم تعديل طريقة هامر لجعل GO عن طريق أكسدة الجرافيت وإزالة المحفز من الجرافيت. في دورق بسعة 2 0 0 0 مل ، قمنا بدمج 15 جم من الجرافيت مع 200 مل 98٪ H ، SO ، و 5.5 جم NaNO ، ثم قمنا بتبريد السائل إلى درجة 0 في حمام جليدي و هزها لمدة 10 دقائق. ثم ، لمدة 30 دقيقة التالية ، تمت إضافة 33 جم من KMnO تدريجياً مع التقليب المستمر. بعد ذلك ، يخفف الخليط بـ 1 لتر ماء مقطر ثم يسخن عند 75 درجة لمدة 20 دقيقة. بعد ذلك ، تمت معالجة التوليفة بـ 500 مل من 10 بالمائة H20 ، لإيقاف العملية. كان وقت التفاعل من الجرافيت إلى أكسيد الجرافين أسرع بساعة واحدة من أكسيد الجرافين الناتج من الجرافيت الطبيعي. بعد الطرد المركزي والصوتنة ، تم شطف محلول GO. بعد عملية التجفيف بالتجميد ، تم إنتاج 1.0 جرام من مسحوق GO-date من محلول GO [33].

2.3 الامتزاز

يذاكرتم تشغيل جميع دفعات الامتزاز في زجاجات زجاجية مغطاة بـ Teflflon ، والتي تم اهتزازهابواسطة حمام مائي شاكر مداري عند 100 دورة في الدقيقة تحت ظروف ضغط ودرجة حرارة ثابتة. عادة ، يتم وضع الكمية الثابتة (مجم) من الممتزات بحجم ثابت (L)من محلول كثف (A1) بتركيز أولي (Co ملغم / لتر). محلول الصبغة العضويةتم الحصول عليها عن طريق تحضير محلول مخزون 1 جم / لتر في ماء مقطر مزدوج.التركيز الكلي للصبغة في المحلول في الوقت الأولي (Co) أو في (ر) الوقت (جt) بواسطة (mg / L) تم اكتشافه عبر مقياس طيفي مزدوج الأشعة فوق البنفسجية (Shimadzu ، 1800 ،كيوتو ، اليابان) بين 300 نانومتر و 800 نانومتر عند صبغ PTZS المطبق (445 نانومتر) من لامداوفقًا لـ Beer-Lambert Low [34] للاختبار الذي سنزيله فيه.

بالتفاوتتركيزات كواشف NaOH و HCL ، تم فحص تأثير PH كنموذجياختيار السيطرة على تأثير PH لاختبارات الامتزاز في الأدبيات السابقة. الحلتم الكشف عن الأس الهيدروجيني باستخدام مقياس درجة الحموضة Thermo Scientific.كشفت حركية إزالة ترشيح العينات عن معلومات حولكثف. بعد وقت الاتصال المطلوب ، تم تحليل المرشح للباقيكثف تركيز. تم استخدام نفس الإجراء للتحقيق في تأثير الاتصالالوقت (20-120 دقيقة) ، وتركيزات الكلوروفينول الأولية 2- (40-200 مجم / لتر) ، والممتازاتالجرعة ({0}. 1–0.7 جم / لتر) درجة الحموضة (2-12) ودرجة الحرارة (2 جم لكل 50 مل من المحلول) (20-90◦ج). الجميعتم وضع دفعات الامتزاز في عبوات زجاجية مغطاة بـ Teflflon ، والتي تم اهتزازها بواسطة aحمام مائي شاكر مداري عند 100 دورة في الدقيقة تحت ظروف ضغط ودرجة حرارة ثابتة.

بشكل نموذجي ، تم وضع 100 مجم من مادة الامتصاص مع 25 مل من محلول الصبغة والمعلقتم تصفيته بعد فترة زمنية محددة مسبقًا. في نفس الوقت ، التركيز الأوليمن الصبغة في الوقت الأولي ، والتي تم ترميزها (Co) وفي (ر) وقت مشفر (جt) بواسطة (ملغم / لتر) ، كانتم اكتشافه عبر مقياس طيفي مزدوج الأشعة فوق البنفسجية-المرئي (شيمادزو ، 1800 ، كيوتو ، اليابان)بين 300 نانومتر و 800 نانومتر عند صبغة PTZS المطبقة من لامدا بحد أقصى (445 نانومتر) وفقًا لـبير لامبرت لو. أظهرت حركيات اختبار الامتزاز أدلة أولية على ذلككان الوقت المطلوب لتحقيق شروط التوازن (وقت الاتصال) 30 دقيقة في جميع الدورات ،وتركيز صبغة التوازن (Ce) في (ملغم / لتر).

تم استخدام المعادلة التالية لحساب نسبة الامتزاز [35] (Co − Ce)/Co × 100=بالمائة R (1)

تم التعبير عن البيانات التجريبية كعلاقة بين تركيز صبغة التوازن(Ce mg / L) والقدرة على امتصاص الصبغة qt (mg / g) في الوقت المحدد (t) ودرجة الحرارة.

تم استخدام الارتباط التالي لحساب سعة الامتزاز [36] كيو تي=(تo − Ct)V/m (2) حيث (V) هو حجم محلول الصبغة باللتر ، و m هي كتلة المادة الماصة (مجم).تم استخدام نفس الإجراء للتحقيق في تأثير وقت الاتصال (5-75 دقيقة) ، الأوليالتركيزات (1.2 - 28 مجم / لتر) ، جرعة الممتزات (0. 1 - 0. 7 جم / لتر) الرقم الهيدروجيني (2-11) ، ودرجة الحرارة(25–65 ◦C). 

تم أيضًا فحص اختبار فارغ لامتصاص الصبغة دون إضافةالممتزات لتأثير الممتزات التحقيق.

حيث (V) هو حجم محلول الصبغة باللتر ، و m هي كتلة المادة الماصة (مجم).تم استخدام نفس الإجراء للتحقيق في تأثير وقت الاتصال (5-75 دقيقة) ، الأوليالتركيزات (1.2 - 28 مجم / لتر) ، جرعة الممتزات (0. 1 - 0. 7 جم / لتر) الرقم الهيدروجيني (2-11) ، ودرجة الحرارة(25–65 ◦ج). تم أيضًا فحص اختبار فارغ لامتصاص الصبغة دون إضافةالممتزات لتأثير الممتزات التحقيق.

3. النتائج والمناقشة

3.1. صبغ التركيب

تم تصنيع الصبغة التركيبية على النحو الموصوف في الدراسة السابقة [32]. تم الحصول على الصبغةعن طريق تكثيف كاربالديهايد 10- Octyl -10 H-phenothiazine -3- مع إنتاجية عالية من الحماض الكبريتيكعن طريق عملية Knoevenagel. تم استخدام الأشعة تحت الحمراء والرنين المغناطيسي النووي وأطياف الكتلة عالية الدقةتأكيد التركيب الكيميائي للجزيء المركب (انظر الملف التكميلي).

3.2 توصيف مسحوق بذور GO-Date

قام XRD بتحليل البنية البلورية لبذور GO و GO-date المحضرة والجرافيت في 2θ = 10–80◦، كما هو مبين في الشكل2. نتائج XRD لبذور GO-dateتظهر ذروة واسعة بين الزاوية (2θ) من 20◦ إلى 33◦ . بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يفتقر إلى خط أساسي أفقي. تلك تظهر أن غالبية المواد لها طبيعة غير متبلورة 34). توضح القمم المسجلة عند (1 0 0) 42.53 درجة و (101) 45.68 و (004) 53.18 درجة بنية الجرافيت البلورية. يعرض نمط XRD للجرافيت ذروة مميزة (002) عند 26.5 درجة بمسافة بين المستوية ، d 002 ، 0.334 نانومتر. يشير هذا إلى أن الجرافيت مادة كربونية بدرجة عالية من الاتجاه ، ومن ناحية أخرى ، فإن نمط XRD من GO قد تحول من 26.5 درجة إلى 11.66 درجة ، وهو ما يقابل مسافة بين المستوية 0.80 نانومتر ، والارتفاع في المسافة بين المستوية GO هو يعزى إلى إدخال مجموعات وظيفية مختلفة من الأكسجين أثناء عملية الأكسدة (37].

الروابط المزدوجة المترافقة والكربون والكربون ، والتي تؤدي إلى سعة كبيرةالقمم في طيف رامان ، يمكن تقييمها باستخدام أطياف رامان المتولدةاذهب من بذور GO-date (الشكل3). يصف نطاق AG طيف Raman النموذجي لـ GOعند 1605 سم−1، والذي يتوافق مع حرف E.2g فونون لفرقة D على ارتفاع 1353 سم−1 ، و sp2 C الذرات ، والتي تتوافق مع وضع التنفس لفونونات نقطة k لتناظر A1g.

شكل4 يعرض GO-date Seeds ، الجرافيت ، وصور SEM لأكسيد الجرافين. هناككانت هناك فروق ذات دلالة إحصائية بينهما في مورفولوجيا السطح. هذه الصور من GO-dateأظهرت البذور سطحًا أملسًا وغياب المسام [38]. من ناحية أخرى ، ووزارة شؤون المرأةأظهرت صور GO مسامية قابلة للمقارنة بدرجة كبيرة مع بذور GO-date. تشكلت المسام علىسطح GO هي مواقع للأصباغ للامتصاص على سطحه. الصور المجهرية SEM لـ GOالحاضر أن GO تمتلك بنية تشبه الصفيحة. قد حدود أوراق منفصلةيمكن التعرف عليها من صور SEM ، والتي تظهر بوضوح أن GO بها العديد من الصفائحتراكيب الطبقات والمناطق المجعدة [39]. تم التحقيق في المجموعات الوظيفية لـ GO-date Seeds و GO باستخدام FTIRمطياف. شكل5 يصور الأطياف المكتسبة في هذه الدراسة. لأن DS يحتوي علىهيميسليلوز والسليلوز في أليافه ، تكشف أطياف بذور GO-date عن هيدروكسيل كبيرإشارة المجموعة (OH) عند 3339.9 سم−1، ربما بسبب جزيئات الماء. مجموعة كاربونيل(C=O) كان نطاق الامتزاز موجودًا عند 1688.5 سم−1 وامتداده دل على الوجودمن الأكسجين.

علاوة على ذلك ، تزامنت الذروة الحالية عند 1524.5 سم -1 مع تمدد الرابطة المزدوجة C=C ، والتي تشير إلى أن الألكينات أو الألكينات أو المواد الكيميائية العطرية تم العثور عليها أيضًا في تشوه DS C-OH وثاني أكسيد الكربون. إجهاد الفينولات ، مسؤولة عن الشريط عند 1282 سم -1. يصف الشريط اهتزاز تمدد ثاني أكسيد الكربون من السليلوز وهيميسليلوز عند 1066 سم -1. إن اهتزازات السليلوز الناتجة عن تأرجح CH هي المسؤولة عن الامتصاص عند 872 سم -1 (34]. في طيف FTIR الخاص بـ GO ، بسبب الأكسدة المكثفة ، تمتلك GO نطاق اهتزاز أوسع يمتد OH عند 3339.9 سم {{18 }} (مجموعة الكربوكسيل) ، كربوكسيل C=شريط التمدد O في GO تحول إلى 1688 سم -1 ، C=نطاق اهتزاز C تحول إلى 1651 سم -1 ، C - تحول نطاق اهتزاز OH إلى 1136 سم -1 ، واهتزاز تمدد ثاني أكسيد الكربون عند 1066 سم -1. كما امتدت ذروة مجموعة الألكانات (CH) عند 2922.2 سم -1 وعند 2855.1 سم { اختفت {37}} وفقًا لتحليل FTIR ، فإن بذور تاريخ GO تشتمل على مجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين (40].

بحثت دراسة مساحة السطح N ، -BET الصفات التركيبية للمواد. تتراوح مساحة سطح GO-date Seeds من 1.65 م / جم [41] إلى 8 0. 49 م / جم [42] ، بينما تم قياس بياناتنا عند 28.70 م / جم. تم قياس متوسط ​​حجم المسام وقطر المسام ومساحة السطح المحددة لـ GO عند 0.073 سم / جم و 2015.64 م / جم و 2.68 نانومتر على التوالي. تحدد مساحة سطح مادة الامتصاص قدرتها على الامتصاص الفيزيائي (انظر الشكل 6) مساحة سطح GO-date Seeds كبيرة بما يكفي للتفاعل مع الأصباغ ، كما يتضح من بيانات مساحة سطح N-BET [43،44].

الشكل 6. بيانات BET الخاصة بـ GO-date (اللوحة اليسرى). توزيع حجم المسام لتاريخ GO قبل وبعد الامتزاز (اللوحة اليمنى).

يطلب المزيد:

البريد الإلكتروني: wallence.suen@wecistanche.com whatsapp: plus 86 15292862950