Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Vienu metu rodoma trijų skaidrių karuselė.Naudokite mygtukus Ankstesnis ir Kitas, kad vienu metu pereitumėte per tris skaidres, arba naudokite slankiklio mygtukus, esančius pabaigoje, norėdami pereiti per tris skaidres vienu metu.
Mikrobangų spinduliuotės skleidžiamų metalų egzistavimas yra prieštaringas, nes metalai lengvai užsidega.Tačiau įdomu tai, kad tyrėjai nustatė, kad lanko iškrovos reiškinys yra perspektyvus būdas nanomedžiagų sintezei skaidant molekules.Šiame tyrime kuriamas vieno etapo, tačiau įperkamas sintetinis metodas, apjungiantis kaitinimą mikrobangų krosnelėje ir elektrinį lanką, kad žalią palmių aliejų paverstų magnetine nanokarbona (MNC), kuri gali būti laikoma nauja palmių aliejaus gamybos alternatyva.Tai apima terpės su nuolat suvyniota nerūdijančio plieno viela (dielektrinė terpė) ir feroceno (katalizatoriaus) sintezę iš dalies inertinėmis sąlygomis.Šis metodas buvo sėkmingai įrodytas kaitinant temperatūrų diapazone nuo 190,9 iki 472,0°C su įvairiu sintezės laiku (10-20 min.).Šviežiai paruošti MNC parodė rutulius, kurių vidutinis dydis buvo 20,38–31,04 nm, mezoporinė struktūra (SBET: 14,83–151,95 m2/g) ir didelis fiksuotos anglies kiekis (52,79–71,24 masės%), taip pat D ir G. juostos (ID/g) 0,98–0,99.Naujų smailių susidarymas FTIR spektre (522,29–588,48 cm–1) liudija, kad ferocene yra FeO junginių.Magnetometrai rodo didelį įmagnetinimo prisotinimą (22,32–26,84 emu/g) feromagnetinėse medžiagose.MNC naudojimas nuotekų valymui buvo įrodytas įvertinus jų adsorbcijos pajėgumą, taikant metileno mėlynojo (MB) adsorbcijos testą, kai įvairios koncentracijos nuo 5 iki 20 ppm.Sintezės metu (20 min.) gauti MNC parodė didžiausią adsorbcijos efektyvumą (10,36 mg/g), lyginant su kitais, o MB dažų pašalinimo greitis buvo 87,79%.Todėl Langmuir reikšmės nėra optimistinės, palyginti su Freundlicho reikšmėmis, o R2 yra apie 0,80, 0,98 ir 0,99 MNC, susintetinti atitinkamai 10 min (MNC10), 15 min (MNC15) ir 20 min (MNC20).Todėl adsorbcijos sistema yra nevienalytės būsenos.Todėl mikrobangų lankas yra perspektyvus būdas konvertuoti CPO į MNC, kuris gali pašalinti kenksmingus dažus.
Mikrobangų spinduliuotė gali šildyti vidines medžiagų dalis dėl elektromagnetinių laukų molekulinės sąveikos.Šis mikrobangų atsakas yra unikalus tuo, kad skatina greitą ir vienodą šiluminį atsaką.Taip galima pagreitinti kaitinimo procesą ir sustiprinti chemines reakcijas2.Tuo pačiu metu dėl trumpesnio reakcijos laiko mikrobangų reakcija galiausiai gali pagaminti didelio grynumo ir didelio derlingumo produktus3,4.Dėl savo nuostabių savybių mikrobangų spinduliuotė palengvina įdomią mikrobangų sintezę, kuri naudojama daugelyje tyrimų, įskaitant chemines reakcijas ir nanomedžiagų sintezę5,6.Kaitinimo proceso metu lemiamą vaidmenį atlieka terpėje esančio akceptoriaus dielektrinės savybės, nes terpėje susidaro karštas taškas, dėl kurio susidaro skirtingos morfologijos ir savybių nanoangliavandeniai.Omoriyekomwan ir kt.Tuščiavidurių anglies nanopluoštų gamyba iš palmių branduolių naudojant aktyvintąją anglį ir azotą8.Be to, Fu ir Hamidas nustatė katalizatoriaus naudojimą aliejinių palmių pluošto aktyvintosios anglies gamybai 350 W9 mikrobangų krosnelėje.Todėl panašų metodą galima naudoti žalią palmių aliejų paversti tarptautiniais korporacijomis, įvedant tinkamus valymo įrenginius.
Buvo pastebėtas įdomus reiškinys tarp mikrobangų spinduliuotės ir metalų su aštriais kraštais, taškais ar submikroskopiniais nelygumais10.Šių dviejų objektų buvimą paveiks elektros lankas arba kibirkštis (dažniausiai vadinamas lanko išlydžiu)11,12.Lankas skatins labiau lokalizuotų karštųjų taškų susidarymą ir paveiks reakciją, taip pagerindamas aplinkos cheminę sudėtį13.Šis ypatingas ir įdomus reiškinys pritraukė įvairius tyrimus, tokius kaip teršalų pašalinimas14,15, biomasės dervos krekingas16, pirolizė mikrobangomis17,18 ir medžiagų sintezė19,20,21.
Pastaruoju metu dėmesį dėl savo savybių patraukė nanoangliavandeniai, tokie kaip anglies nanovamzdeliai, anglies nanosferos ir modifikuotas redukuotas grafeno oksidas.Šie nanoangliavandeniai turi didelį potencialą naudoti nuo elektros energijos gamybos iki vandens valymo ar nukenksminimo23.Be to, reikalingos puikios anglies savybės, bet tuo pačiu ir geros magnetinės savybės.Tai labai naudinga daugiafunkciuose įrenginiuose, įskaitant didelę metalo jonų ir dažiklių adsorbciją nuotekų valymui, magnetinius modifikatorius biokuruose ir net didelio efektyvumo mikrobangų absorberius24,25,26,27,28.Tuo pačiu metu šios anglies turi dar vieną pranašumą, įskaitant mėginio aktyviosios vietos paviršiaus ploto padidėjimą.
Pastaraisiais metais magnetinių nanokarboninių medžiagų tyrimai auga.Paprastai šie magnetiniai nanoangliavandeniai yra daugiafunkcinės medžiagos, kuriose yra nanodydžių magnetinių medžiagų, kurios gali sukelti išorinių katalizatorių, pvz., išorinių elektrostatinių ar kintamų magnetinių laukų, reakciją29.Dėl savo magnetinių savybių magnetiniai nanoangliavandeniai gali būti derinami su daugybe aktyvių ingredientų ir sudėtingų struktūrų imobilizavimui30.Tuo tarpu magnetiniai nanoangliavandeniai (MNC) pasižymi puikiu efektyvumu adsorbuojant teršalus iš vandeninių tirpalų.Be to, didelis specifinis paviršiaus plotas ir poros, susidariusios MNC, gali padidinti adsorbcijos pajėgumą31.Magnetiniai separatoriai gali atskirti MNC nuo labai reaktyvių tirpalų, paversdami juos gyvybingu ir valdomu sorbentu32.
Keletas tyrėjų įrodė, kad aukštos kokybės nanoangliavandenius galima gaminti naudojant žalią palmių aliejų33,34.Palmių aliejus, moksliškai žinomas kaip Elais Guneensis, laikomas vienu iš svarbiausių maistinių aliejų, kurio 2021 m. pagaminta apie 76,55 mln. tonų35. Neapdorotame palmių aliejuje arba CPO yra subalansuotas nesočiųjų riebalų rūgščių (EFA) ir sočiųjų riebalų rūgščių santykis. (Singapūro pinigų institucija).Dauguma CPO angliavandenių yra trigliceridai, gliceridas, sudarytas iš trijų trigliceridų acetato komponentų ir vieno glicerolio komponento36.Šiuos angliavandenilius galima apibendrinti dėl didžiulio anglies kiekio, todėl jie gali būti žali nanoangliavandenilių gamybos pirmtakai37.Remiantis literatūra, CNT37,38,39,40, anglies nanosferos33,41 ir grafenas34,42,43 dažniausiai sintetinami naudojant neapdorotą palmių aliejų arba maistinį aliejų.Šie nanoangliavandeniai turi didelį potencialą įvairiose srityse: nuo energijos gamybos iki vandens valymo ar nukenksminimo.
Šiluminė sintezė, tokia kaip CVD38 arba pirolizė33, tapo palankiu palmių aliejaus skaidymo metodu.Deja, aukšta proceso temperatūra padidina gamybos sąnaudas.Norint pagaminti pageidaujamą medžiagą 44, reikia ilgų, varginančių procedūrų ir valymo metodų.Tačiau fizinio atskyrimo ir krekingo poreikis neabejotinas dėl gero neapdoroto palmių aliejaus stabilumo aukštoje temperatūroje45.Todėl, norint žalią palmių aliejų paversti anglies turinčiomis medžiagomis, vis dar reikia aukštesnės temperatūros.Skystą lanką galima laikyti geriausiu magnetinio nanoanglies sintezės potencialu ir nauju metodu 46 .Šis metodas suteikia tiesioginę energiją pirmtakams ir sprendimams labai sužadintose būsenose.Dėl lankinio išlydžio gali nutrūkti neapdorotame palmių aliejuje esančios anglies jungtys.Tačiau naudojamas elektrodų atstumas gali tekti atitikti griežtus reikalavimus, o tai apribos pramoninį mastą, todėl dar reikia sukurti veiksmingą metodą.
Mūsų žiniomis, lankinio išlydžio, naudojant mikrobangas kaip nanoangliavandenilių sintezės metodą, tyrimai yra riboti.Tuo pačiu metu neapdoroto palmių aliejaus naudojimas kaip pirmtakas nebuvo iki galo ištirtas.Todėl šiuo tyrimu siekiama ištirti galimybę gaminti magnetinius nanoangliavandenius iš žalio palmių aliejaus pirmtakų naudojant elektros lanką naudojant mikrobangų krosnelę.Palmių aliejaus gausa turėtų atsispindėti naujuose produktuose ir pritaikymuose.Šis naujas požiūris į palmių aliejaus rafinavimą galėtų padėti paskatinti ekonomikos sektorių ir būti dar vienu pajamų šaltiniu palmių aliejaus gamintojams, ypač palietusiems smulkiųjų ūkininkų palmių aliejaus plantacijas.Remiantis Ayompe ir kt. atliktu Afrikos smulkiųjų ūkininkų tyrimu, smulkieji ūkininkai uždirba daugiau pinigų, jei patys apdoroja šviežių vaisių grupes ir parduoda žalią palmių aliejų, o ne parduoda jį tarpininkams, o tai yra brangus ir varginantis darbas47.Tuo pačiu metu dėl COVID-19 išaugęs gamyklų uždarymas paveikė palmių aliejaus pagrindu pagamintus produktus.Įdomu tai, kad kadangi dauguma namų ūkių turi prieigą prie mikrobangų krosnelių, o šiame tyrime pasiūlytas metodas gali būti laikomas įmanomu ir prieinamu, MNC gamyba gali būti laikoma alternatyva nedidelėms palmių aliejaus plantacijoms.Tuo tarpu platesniu mastu įmonės gali investuoti į didelius reaktorius, kad galėtų gaminti didelius TNC.
Šis tyrimas daugiausia apima sintezės procesą, naudojant nerūdijantį plieną kaip dielektrinę terpę įvairiai trukmei.Dauguma bendrųjų tyrimų, kuriuose naudojamos mikrobangų krosnelės ir nanoangliavandeniliai, rodo, kad priimtinas sintezės laikas yra 30 minučių ar daugiau33,34.Siekiant paremti prieinamą ir įgyvendinamą praktinę idėją, šiuo tyrimu buvo siekiama gauti MNC, kurių sintezės laikas yra mažesnis nei vidutinis.Tuo pačiu metu tyrimas nupiešia 3 technologijų parengties lygio vaizdą, nes teorija yra įrodyta ir įgyvendinama laboratoriniu mastu.Vėliau susidariusios MNC pasižymėjo jų fizinėmis, cheminėmis ir magnetinėmis savybėmis.Tada buvo naudojamas metileno mėlynasis, siekiant parodyti gautų MNC adsorbcijos pajėgumą.
Neapdorotas palmių aliejus buvo gautas iš Apas Balung Mill, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau, ir yra naudojamas kaip anglies pirmtakas sintezei.Šiuo atveju kaip dielektrinė terpė buvo naudojama 0,90 mm skersmens nerūdijančio plieno viela.Šiame darbe katalizatoriumi pasirinktas ferocenas (grynumas 99%), gautas iš Sigma-Aldrich, JAV.Adsorbcijos eksperimentams toliau buvo naudojamas metileno mėlynasis (Bendosen, 100 g).
Šio tyrimo metu buitinė mikrobangų krosnelė (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) buvo paversta mikrobangų reaktoriumi.Viršutinėje mikrobangų krosnelės dalyje padarytos trys skylės dujų įvadui ir išleidimui bei termoporai.Termoporos zondai buvo izoliuoti keraminiais vamzdžiais ir kiekvienam eksperimentui dedami tomis pačiomis sąlygomis, kad būtų išvengta nelaimingų atsitikimų.Tuo tarpu mėginiams ir trachėjai talpinti buvo naudojamas borosilikatinio stiklo reaktorius su trijų angų dangčiu.Scheminė mikrobangų reaktoriaus schema gali būti nurodyta 1 papildomame paveikslėlyje.
Naudojant žalią palmių aliejų kaip anglies pirmtaką ir feroceną kaip katalizatorių, buvo susintetinti magnetiniai nanoangliavandeniai.Suspensijos katalizatoriaus metodu buvo paruošta apie 5 % feroceno katalizatoriaus masės.Ferocenas buvo maišomas su 20 ml žalio palmių aliejaus 60 aps./min. greičiu 30 minučių.Tada mišinys buvo perkeltas į aliuminio oksido tiglį, o 30 cm ilgio nerūdijančio plieno viela buvo suvyniota ir vertikaliai įdėta į tiglį.Įdėkite aliuminio oksido tiglį į stiklinį reaktorių ir sandariai pritvirtinkite jį mikrobangų krosnelės viduje sandariu stikliniu dangteliu.Azotas buvo pučiamas į kamerą 5 minutes iki reakcijos pradžios, kad pašalintų nepageidaujamą orą iš kameros.Mikrobangų galia padidinta iki 800 W, nes tai yra didžiausia mikrobangų galia, kuri gali palaikyti gerą lanko paleidimą.Todėl tai gali padėti sukurti palankias sąlygas sintetinėms reakcijoms.Tuo pačiu metu tai taip pat plačiai naudojamas galios diapazonas vatais mikrobangų sintezės reakcijoms48,49.Reakcijos metu mišinys kaitinamas 10, 15 arba 20 minučių.Pasibaigus reakcijai, reaktorius ir mikrobangų krosnelė natūraliai atšaldomi iki kambario temperatūros.Galutinis produktas aliuminio oksido tiglyje buvo juodos nuosėdos su spiraliniais laidais.
Juodos nuosėdos buvo surinktos ir keletą kartų plaunamos pakaitomis etanoliu, izopropanoliu (70%) ir distiliuotu vandeniu.Po plovimo ir valymo produktas džiovinamas per naktį 80°C temperatūroje įprastoje orkaitėje, kad išgaruotų nepageidaujami nešvarumai.Tada produktas buvo surinktas apibūdinimui.Mėginiai, pažymėti MNC10, MNC15 ir MNC20, buvo naudojami magnetiniams nanoangliavandeniams sintetinti 10 min., 15 min. ir 20 min.
Stebėkite MNC morfologiją su lauko emisijos skenuojančiu elektroniniu mikroskopu arba FESEM (Zeiss Auriga modelis) 100–150 kX padidinimu.Tuo pačiu metu elementų sudėtis buvo analizuojama naudojant energiją dispersinę rentgeno spektroskopiją (EDS).EML analizė buvo atlikta esant 2,8 mm darbiniam atstumui ir 1 kV greitintuvui.Specifinis paviršiaus plotas ir MNC porų vertės buvo išmatuotos Brunauer-Emmett-Teller (BET) metodu, įskaitant N2 adsorbcijos-desorbcijos izotermą esant 77 K. Analizė atlikta naudojant modelio paviršiaus ploto matuoklį (MICROMERITIC ASAP 2020). .
Magnetinių nanoangliavandenilių kristališkumas ir fazė buvo nustatyti rentgeno miltelių difrakcija arba XRD (Burker D8 Advance), esant λ = 0,154 nm.Difraktogramos buvo registruojamos tarp 2θ = 5 ir 85°, kai skenavimo greitis yra 2° min-1.Be to, MNC cheminė struktūra buvo ištirta naudojant Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopiją (FTIR).Analizė buvo atlikta naudojant Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400, kurio nuskaitymo greitis svyravo nuo 4000 iki 400 cm-1.Tiriant magnetinių nanoangliavandenilių struktūrines ypatybes, Ramano spektroskopija buvo atlikta naudojant neodimiu legiruotą lazerį (532 nm) U-RAMAN spektroskopijoje su 100X objektyvu.
Geležies oksido magnetiniam įsotinimui MNC matuoti buvo naudojamas vibruojantis magnetometras arba VSM (Lake Shore 7400 serija).Buvo panaudotas apie 8 kOe magnetinis laukas ir gauta 200 taškų.
Tiriant MNC, kaip adsorbentų, potencialą adsorbcijos eksperimentuose, buvo naudojamas katijoninis dažiklis metileno mėlynasis (MB).MNC (20 mg) buvo pridėta į 20 ml vandeninio metileno mėlynojo tirpalo, kurio standartinė koncentracija buvo 5–20 mg / L50.Viso tyrimo metu tirpalo pH buvo nustatytas ties neutraliu pH 7.Tirpalas buvo mechaniškai maišomas 150 aps./min. ir 303,15 K sukamajame kratytuve (Lab Companion: SI-300R).Tada MNC atskiriami magnetu.Naudokite UV matomą spektrofotometrą (Varian Cary 50 UV-Vis Spectrophotometer), kad stebėtumėte MB tirpalo koncentraciją prieš ir po adsorbcijos eksperimento, ir žiūrėkite metileno mėlynojo standartinę kreivę, kai didžiausias bangos ilgis yra 664 nm.Eksperimentas buvo pakartotas tris kartus ir buvo pateikta vidutinė vertė.MG pašalinimas iš tirpalo buvo apskaičiuotas naudojant bendrąją lygtį, skirtą adsorbuoto MC kiekio pusiausvyrai qe ir pašalinimo procentams.
Taip pat buvo atlikti adsorbcijos izotermos eksperimentai maišant įvairių koncentracijų (5–20 mg/l) MG tirpalus ir 20 mg adsorbento pastovioje 293,15 K. mg temperatūroje visoms MNC.
Geležis ir magnetinė anglis buvo plačiai ištirtos per pastaruosius kelis dešimtmečius.Šios anglies pagrindu pagamintos magnetinės medžiagos sulaukia vis daugiau dėmesio dėl savo puikių elektromagnetinių savybių, dėl kurių galima įvairiai pritaikyti technologijas, daugiausia elektros prietaisuose ir vandens valymui.Šiame tyrime nanoangliavandeniliai buvo susintetinti krekinguojant angliavandenilius neapdorotame palmių aliejuje, naudojant mikrobangų iškrovą.Sintezė buvo vykdoma skirtingu laiku, nuo 10 iki 20 min., fiksuotu pirmtako ir katalizatoriaus santykiu (5:1), naudojant metalinį srovės kolektorių (suktą SS) ir iš dalies inertišką (nepageidaujamas oras, prapūstas azotu eksperimento pradžia).Susidariusios anglies nuosėdos yra juodų kietų miltelių pavidalo, kaip parodyta papildomame 2a pav.Nusodinto anglies išeiga buvo maždaug 5,57%, 8,21% ir 11,67%, kai sintezės laikas yra atitinkamai 10 minučių, 15 minučių ir 20 minučių.Šis scenarijus rodo, kad ilgesnis sintezės laikas prisideda prie didesnio derlingumo51 – mažo derlingumo, greičiausiai dėl trumpo reakcijos laiko ir mažo katalizatoriaus aktyvumo.
Tuo tarpu gautų nanoangliavandenių sintezės temperatūros ir laiko diagrama gali būti nurodyta papildomame 2b paveiksle.Aukščiausios temperatūros, gautos naudojant MNC10, MNC15 ir MNC20, buvo atitinkamai 190,9 °C, 434,5 °C ir 472 °C.Kiekvienoje kreivėje matomas status nuolydis, rodantis nuolatinį temperatūros kilimą reaktoriaus viduje dėl metalo lanko metu susidarančios šilumos.Tai gali būti matoma atitinkamai po 0–2 min., 0–5 min. ir 0–8 min., naudojant MNC10, MNC15 ir MNC20.Pasiekus tam tikrą tašką, šlaitas ir toliau svyruoja iki aukščiausios temperatūros, o nuolydis tampa vidutinis.
MNC mėginių paviršiaus topografijai stebėti buvo naudojama lauko emisijos skenavimo elektronų mikroskopija (FESEM).Kaip parodyta pav.1, magnetiniai nanoangliavandeniai turi šiek tiek skirtingą morfologinę struktūrą skirtingu sintezės metu.FESEM MNC10 vaizdai pav.1a, b parodyta, kad anglies sferų susidarymas susideda iš susipynusių ir pritvirtintų mikro- ir nanosferų dėl didelio paviršiaus įtempimo.Tuo pačiu metu van der Waals jėgų buvimas lemia anglies sferų agregaciją52.Padidėjus sintezės laikui, dėl ilgesnių krekingo reakcijų sumažėjo sferų dydis ir padidėjo sferų skaičius.Ant pav.1c parodyta, kad MNC15 turi beveik tobulą sferinę formą.Tačiau agreguotos sferos vis tiek gali sudaryti mezoporas, kurios vėliau gali tapti geromis metileno mėlynojo adsorbcijos vietomis.Esant dideliam 15 000 kartų padidinimui 1d pav., galima pamatyti daugiau anglies sferų, susikaupusių, kurių vidutinis dydis yra 20,38 nm.
Susintetintų nanoangliavandenilių FESEM vaizdai po 10 min (a, b), 15 min (c, d) ir 20 min (e – g) 7000 ir 15000 kartų padidinus.
Ant pav.1e – g MNC20 vaizduoja porų su mažomis sferomis vystymąsi magnetinės anglies paviršiuje ir vėl surenka magnetinės aktyvintos anglies morfologiją53.Magnetinės anglies paviršiuje atsitiktinai išsidėsčiusios skirtingo skersmens ir pločio poros.Todėl tai gali paaiškinti, kodėl MNC20 parodė didesnį paviršiaus plotą ir porų tūrį, kaip parodė BET analizė, nes jo paviršiuje susidarė daugiau porų nei kitais sintetiniais laikais.Mikrografijos, padarytos dideliu 15 000 kartų padidinimu, parodė nehomogeniškus dalelių dydžius ir netaisyklingas formas, kaip parodyta 1g pav.Kai augimo laikas buvo padidintas iki 20 minučių, susidarė daugiau aglomeruotų sferų.
Įdomu tai, kad toje pačioje vietoje buvo rasta ir susisukusių anglies dribsnių.Sferų skersmuo svyravo nuo 5,18 iki 96,36 nm.Toks susidarymas gali atsirasti dėl diferencinio branduolio susidarymo, kurį palengvina aukšta temperatūra ir mikrobangos.Apskaičiuotas paruoštų MNC sferos dydis buvo 20,38 nm MNC10, 24,80 nm MNC15 ir 31,04 nm MNC20.Sferų dydžio pasiskirstymas parodytas papildomame fig.3.
Papildomas 4 paveikslas rodo atitinkamai MNC10, MNC15 ir MNC20 EDS spektrų ir elementų sudėties santraukas.Remiantis spektrais, buvo pastebėta, kad kiekvienoje nanokarbonyje yra skirtingas C, O ir Fe kiekis.Taip yra dėl įvairių oksidacijos ir krekingo reakcijų, vykstančių per papildomą sintezės laiką.Manoma, kad didelis C kiekis gaunamas iš anglies pirmtako, žalio palmių aliejaus.Tuo tarpu mažas O procentas atsiranda dėl oksidacijos proceso sintezės metu.Tuo pačiu metu Fe priskiriamas geležies oksidui, nusėdusiam ant nanoanglies paviršiaus po feroceno skilimo.Be to, papildomame 5a–c paveiksle parodytas MNC10, MNC15 ir MNC20 elementų atvaizdavimas.Remiantis pagrindiniu žemėlapiu, buvo pastebėta, kad Fe yra gerai paskirstytas MNC paviršiuje.
Azoto adsorbcijos-desorbcijos analizė suteikia informacijos apie adsorbcijos mechanizmą ir porėtą medžiagos struktūrą.N2 adsorbcijos izotermos ir MNC BET paviršiaus grafikai parodyti Fig.2. Remiantis FESEM vaizdais, tikimasi, kad dėl agregacijos adsorbcijos elgsena bus mikroporingų ir mezoporinių struktūrų derinys.Tačiau 2 pav. diagrama rodo, kad adsorbentas panašus į IUPAC55 IV tipo izotermą ir H2 tipo histerezės kilpą.Šio tipo izoterma dažnai yra panaši į mezoporinių medžiagų.Mezoporų adsorbcijos elgseną dažniausiai lemia adsorbcijos-adsorbcijos reakcijų sąveika su kondensuotos medžiagos molekulėmis.S formos arba S formos adsorbcijos izotermas dažniausiai sukelia vieno sluoksnio daugiasluoksnė adsorbcija, po kurios seka reiškinys, kai dujos kondensuojasi į skystą fazę porose, kai slėgis yra mažesnis už tūrinio skysčio prisotinimo slėgį, žinomas kaip porų kondensacija 56. Kapiliarinė kondensacija porose vyksta, kai santykinis slėgis (p/po) didesnis nei 0,50.Tuo tarpu sudėtinga porų struktūra pasižymi H2 tipo histereze, kuri priskiriama porų užsikimšimui ar nutekėjimui siaurame porų diapazone.
Fiziniai paviršiaus parametrai, gauti atliekant BET testus, pateikti 1 lentelėje. BET paviršiaus plotas ir bendras porų tūris žymiai padidėjo ilgėjant sintezės laikui.Vidutinis MNC10, MNC15 ir MNC20 porų dydis yra atitinkamai 7,2779 nm, 7,6275 nm ir 7,8223 nm.Pagal IUPAC rekomendacijas šios tarpinės poros gali būti klasifikuojamos kaip mezoporinės medžiagos.Dėl mezoporinės struktūros metileno mėlynasis gali būti lengviau pralaidus ir adsorbuojamas MNC57.Didžiausias sintezės laikas (MNC20) parodė didžiausią paviršiaus plotą, po to seka MNC15 ir MNC10.Didesnis BET paviršiaus plotas gali pagerinti adsorbcijos efektyvumą, nes yra daugiau paviršinio aktyvumo medžiagų.
Susintetintų MNC rentgeno spindulių difrakcijos modeliai parodyti 3 pav. Esant aukštai temperatūrai, ferocenas taip pat trūkinėja ir sudaro geležies oksidą.Ant pav.3a parodytas MNC10 XRD modelis.Rodomos dvi smailės ties 2θ, 43,0° ir 62,32°, kurios priskirtos ɣ-Fe2O3 (JCPDS #39–1346).Tuo pačiu metu Fe3O4 turi įtemptą smailę ties 2θ: 35,27 °.Kita vertus, MHC15 difrakcijos diagramoje 3b pav. rodomos naujos smailės, kurios greičiausiai yra susijusios su temperatūros ir sintezės laiko padidėjimu.Nors 2θ: 26,202° smailė yra mažiau intensyvi, difrakcijos modelis atitinka grafito JCPDS failą (JCPDS #75–1621), rodantį, kad nanoanglies viduje yra grafito kristalų.Šios smailės MNC10 nėra, galbūt dėl žemos lanko temperatūros sintezės metu.Ties 2θ yra trys laiko smailės: 30,082°, 35,502°, 57,422°, priskiriamos Fe3O4.Taip pat rodomos dvi smailės, rodančios ɣ-Fe2O3 buvimą ties 2θ: 43,102° ir 62,632°.20 min. sintetintam MNC (MNC20), kaip parodyta 3c pav., MNK15 galima pastebėti panašų difrakcijos modelį.Grafinę smailę ties 26,382° taip pat galima pamatyti MNC20.Trys aštrios smailės, parodytos ties 2θ: 30,102°, 35,612°, 57,402°, yra skirtos Fe3O4.Be to, ε-Fe2O3 buvimas rodomas ties 2θ: 42,972° ir 62,61.Geležies oksido junginių buvimas gautuose MNC gali turėti teigiamą poveikį gebėjimui adsorbuoti metileno mėlyną ateityje.
Cheminės jungties charakteristikos MNC ir CPO mėginiuose buvo nustatytos pagal FTIR atspindžio spektrus, pateiktus papildomame 6 paveiksle. Iš pradžių šešios svarbios žalio palmių aliejaus smailės sudarė keturis skirtingus cheminius komponentus, kaip aprašyta 1 papildomoje lentelėje. Pagrindinės CPO smailės. yra 2913,81 cm-1, 2840 cm-1 ir 1463,34 cm-1, kurie nurodo alkanų ir kitų alifatinių CH2 arba CH3 grupių CH tempimo virpesius.Nustatyti smailių miškininkai yra 1740,85 cm-1 ir 1160,83 cm-1.Smailė ties 1740,85 cm-1 yra C=O jungtis, pratęsta trigliceridų funkcinės grupės karbonilo esteriu.Tuo tarpu smailė ties 1160,83 cm-1 yra išplėstinės CO58,59 esterių grupės įspaudas.Tuo tarpu smailė ties 813,54 cm-1 yra alkano grupės atspaudas.
Todėl kai kurios žalio palmių aliejaus absorbcijos smailės išnyko, kai pailgėjo sintezės laikas.MNC10 vis dar gali būti stebimos smailės ties 2913,81 cm-1 ir 2840 cm-1, tačiau įdomu tai, kad MNC15 ir MNC20 smailės linkusios išnykti dėl oksidacijos.Tuo tarpu magnetinių nanoangliavandenilių FTIR analizė atskleidė naujai suformuotas absorbcijos smailes, atstovaujančias penkioms skirtingoms MNC10-20 funkcinėms grupėms.Šios smailės taip pat išvardytos 1 papildomoje lentelėje. Smailė ties 2325,91 cm-1 yra CH360 alifatinės grupės asimetrinė CH ruožas.Smailė ties 1463,34–1443,47 cm-1 rodo alifatinių grupių, tokių kaip palmių aliejus, CH2 ir CH lenkimą, tačiau smailė laikui bėgant pradeda mažėti.Smailė ties 813,54–875,35 cm–1 yra aromatinės CH-alkanų grupės atspaudas.
Tuo tarpu smailės ties 2101,74 cm-1 ir 1589,18 cm-1 reiškia CC61 ryšius, sudarančius atitinkamai C = C alkino ir aromatinius žiedus.Maža smailė ties 1695,15 cm-1 rodo karbonilo grupės laisvosios riebalų rūgšties C=O ryšį.Jis gaunamas iš CPO karbonilo ir feroceno sintezės metu.Naujai susidariusios smailės nuo 539,04 iki 588,48 cm-1 priklauso feroceno Fe-O vibraciniam ryšiui.Remiantis smailėmis, parodytomis 4 papildomame paveikslėlyje, galima pastebėti, kad sintezės laikas gali sumažinti keletą smailių ir pakartotinį ryšį su magnetiniais nanoangliavandeniais.
Spektroskopinė magnetinių nanoangliavandenilių Ramano sklaidos analizė, gauta skirtingu sintezės metu, naudojant krintantį lazerį, kurio bangos ilgis yra 514 nm, parodyta 4 paveiksle. Visi MNC10, MNC15 ir MNC20 spektrai susideda iš dviejų intensyvių juostų, susijusių su mažu sp3 anglimi. rasta nanografito kristalituose su anglies rūšių sp262 virpesių režimų defektais.Pirmoji smailė, esanti 1333–1354 cm–1 srityje, žymi D juostą, kuri yra nepalanki idealiam grafitui ir atitinka struktūrinį sutrikimą bei kitas priemaišas63, 64.Antroji pagal svarbą viršūnė apie 1537–1595 cm-1 kyla dėl plokštuminio ryšio tempimo arba kristalinio ir tvarkingo grafito formų.Tačiau smailė pasislinko maždaug 10 cm-1, palyginti su grafito G juosta, o tai rodo, kad MNC turi mažą lakštų krovimo tvarką ir sugedusią struktūrą.Santykinis D ir G juostų intensyvumas (ID/IG) naudojamas kristalitų ir grafito mėginių grynumui įvertinti.Remiantis Ramano spektroskopine analize, visų MNC ID / IG vertės buvo 0, 98–0, 99, o tai rodo struktūrinius defektus dėl Sp3 hibridizacijos.Ši situacija gali paaiškinti mažiau intensyvių 2θ smailių buvimą XPA spektruose: 26,20° MNK15 ir 26,28° MNK20, kaip parodyta 4 pav., kuri yra priskirta grafito smailei JCPDS faile.Šiame darbe gauti ID / IG MNC santykiai yra kitų magnetinių nanoangliavandenilių diapazone, pavyzdžiui, 0, 85–1, 03 hidroterminiam metodui ir 0, 78– 0, 9665, 66 pirolitiniam metodui.Todėl šis santykis rodo, kad dabartinis sintetinis metodas gali būti plačiai naudojamas.
MNC magnetinės charakteristikos buvo analizuojamos naudojant vibruojantį magnetometrą.Gauta histerezė parodyta 5 pav.Paprastai MNC įgyja savo magnetizmą iš feroceno sintezės metu.Šios papildomos magnetinės savybės ateityje gali padidinti nanoangliavandenių adsorbcijos pajėgumą.Kaip parodyta 5 paveiksle, pavyzdžius galima identifikuoti kaip superparamagnetines medžiagas.Pasak Wahajuddin & Arora67, superparamagnetinė būsena yra ta, kad mėginys įmagnetinamas iki soties įmagnetinimo (MS), kai veikia išorinis magnetinis laukas.Vėliau likutinės magnetinės sąveikos mėginiuose nebepasirodo67.Pažymėtina, kad soties įmagnetinimas didėja kartu su sintezės laiku.Įdomu tai, kad MNC15 turi didžiausią magnetinį sodrumą, nes stiprų magnetinį susidarymą (įmagnetinimą) gali sukelti optimalus sintezės laikas, esant išoriniam magnetui.Taip gali būti dėl Fe3O4, kurio magnetinės savybės yra geresnės, palyginti su kitais geležies oksidais, tokiais kaip ɣ-Fe2O.MNC masės vieneto soties adsorbcijos momento tvarka yra MNC15>MNC10>MNC20.Gauti magnetiniai parametrai pateikti lentelėje.2.
Minimali magnetinio prisotinimo vertė naudojant įprastus magnetus magnetiniam atskyrimui yra apie 16,3 emu g-1.MNC gebėjimas pašalinti vandens aplinkoje esančius teršalus, tokius kaip dažikliai, ir MNC pašalinimo paprastumas tapo papildomais gautų nanoangliavandenių veiksniais.Tyrimai parodė, kad LSM magnetinis prisotinimas laikomas dideliu.Taigi visi mėginiai pasiekė magnetinio prisotinimo vertes, kurių pakanka magnetinio atskyrimo procedūrai.
Pastaruoju metu metalinės juostelės ar laidai patraukė dėmesį kaip katalizatoriai ar dielektrikai mikrobangų sintezės procesuose.Metalų mikrobangų reakcijos sukelia aukštą temperatūrą arba reakcijas reaktoriuje.Šiame tyrime teigiama, kad antgalis ir kondicionuota (suvyniota) nerūdijančio plieno viela palengvina mikrobangų išleidimą ir metalo kaitinimą.Nerūdijantis plienas turi ryškų šiurkštumą ant galo, o tai lemia aukštas paviršiaus krūvio tankio ir išorinio elektrinio lauko vertes.Kai krūvis įgaus pakankamai kinetinės energijos, įkrautos dalelės iššoks iš nerūdijančio plieno, sukeldamos aplinkos jonizaciją, sukeldamos iškrovą arba kibirkštį 68 .Metalo išmetimas labai prisideda prie tirpalo krekingo reakcijų, kurias lydi aukštos temperatūros karštieji taškai.Pagal temperatūros žemėlapį 2b papildomame paveiksle, temperatūra greitai kyla, o tai rodo, kad be stipraus iškrovimo reiškinio yra ir aukštos temperatūros karštųjų taškų.
Šiuo atveju pastebimas šiluminis efektas, nes silpnai surišti elektronai gali judėti ir koncentruotis paviršiuje ir antgalyje69.Suvyniojus nerūdijantį plieną, didelis metalo paviršiaus plotas tirpale padeda sukelti sūkurines sroves medžiagos paviršiuje ir palaiko kaitinimo efektą.Ši sąlyga veiksmingai padeda suskaidyti ilgas CPO ir feroceno bei feroceno anglies grandines.Kaip parodyta papildomame 2b paveiksle, pastovus temperatūros greitis rodo, kad tirpale pastebimas vienodas šildymo efektas.
Siūlomas MNC formavimo mechanizmas parodytas papildomame 7 paveiksle. Ilgos CPO ir feroceno anglies grandinės pradeda trūkinėti aukštoje temperatūroje.Alyva suyra, sudarydama suskaidytus angliavandenilius, kurie FESEM MNC1070 paveikslėlyje tampa anglies pirmtakais, vadinamais rutuliais.Dėl aplinkos energijos ir slėgio 71 atmosferos sąlygomis.Tuo pačiu metu ferocenas taip pat įtrūksta, sudarydamas katalizatorių iš anglies atomų, nusėdusių ant Fe.Tada vyksta greitas branduolių susidarymas ir anglies šerdis oksiduojasi, sudarydama amorfinį ir grafitinį anglies sluoksnį šerdies viršuje.Laikui bėgant, sferos dydis tampa tikslesnis ir vienodesnis.Tuo pačiu metu esamos van der Waals jėgos taip pat veda į sferų aglomeraciją52.Fe jonus redukuojant iki Fe3O4 ir ɣ-Fe2O3 (pagal rentgeno fazių analizę), nanoangliavandenilių paviršiuje susidaro įvairių tipų geležies oksidai, dėl kurių susidaro magnetiniai nanoangliavandeniliai.EDS kartografavimas parodė, kad Fe atomai buvo stipriai pasiskirstę MNC paviršiuje, kaip parodyta papildomuose 5a-c paveiksluose.
Skirtumas tas, kad 20 minučių sintezės metu vyksta anglies agregacija.Jis sudaro didesnes poras ant MNC paviršiaus, o tai rodo, kad MNC gali būti laikomi aktyvuota anglimi, kaip parodyta FESEM vaizduose 1e–g pav.Šis porų dydžių skirtumas gali būti susijęs su geležies oksido indėliu iš feroceno.Tuo pačiu metu dėl pasiektos aukštos temperatūros yra deformuotų svarstyklių.Magnetiniai nanoangliavandeniai turi skirtingą morfologiją skirtingu sintezės laiku.Nanoangliavandeniai dažniau formuoja sferines formas, kurių sintezės laikas yra trumpesnis.Tuo pačiu metu pasiekiamos poros ir žvyneliai, nors sintezės laikas skiriasi tik per 5 minutes.
Magnetiniai nanoangliavandeniai gali pašalinti teršalus iš vandens aplinkos.Jų gebėjimas lengvai pašalinti po naudojimo yra papildomas veiksnys, norint naudoti šiame darbe gautus nanoangliavandenius kaip adsorbentus.Tirdami magnetinių nanoangliavandenilių adsorbcijos savybes, ištyrėme MNC gebėjimą nuspalvinti metileno mėlynojo (MB) tirpalus 30 ° C temperatūroje nereguliuojant pH.Keletas tyrimų padarė išvadą, kad anglies absorbentų veikimas 25–40 °C temperatūros diapazone neturi svarbaus vaidmens nustatant MC pašalinimą.Nors ekstremalios pH vertės vaidina svarbų vaidmenį, paviršiuje gali susidaryti įkrovos funkcinės grupės, dėl kurių sutrinka adsorbato ir adsorbento sąveika ir paveikiama adsorbcija.Todėl aukščiau nurodytos sąlygos šiame tyrime pasirinktos atsižvelgiant į šias situacijas ir tipinio nuotekų valymo poreikį.
Šiame darbe buvo atliktas partijos adsorbcijos eksperimentas, pridedant 20 mg MNC į 20 ml metileno mėlynojo vandeninio tirpalo su įvairiomis standartinėmis pradinėmis koncentracijomis (5–20 ppm) fiksuotu kontakto laiku60.Papildomas 8 paveikslas rodo įvairių koncentracijų (5–20 ppm) metileno mėlynojo tirpalų būklę prieš ir po apdorojimo MNC10, MNC15 ir MNC20.Naudojant įvairius MNC, MB sprendimų spalvų lygis sumažėjo.Įdomu tai, kad MNC20 lengvai pakeičia MB tirpalų spalvą, kai koncentracija buvo 5 ppm.Tuo tarpu MNC20 taip pat sumažino MB tirpalo spalvų lygį, palyginti su kitais MNC.MNC10-20 UV matomas spektras parodytas papildomame 9 paveiksle. Tuo tarpu pašalinimo greičio ir adsorbcijos informacija parodyta atitinkamai 9.6 ir 3 lentelėje.
Stiprias metileno mėlynojo smailes galima rasti ties 664 nm ir 600 nm.Paprastai smailės intensyvumas palaipsniui mažėja mažėjant pradinei MG tirpalo koncentracijai.Papildomame 9a pav. pavaizduoti įvairių koncentracijų MB tirpalų UV matomi spektrai po apdorojimo MNC10, kuris tik nežymiai pakeitė smailių intensyvumą.Kita vertus, MB tirpalų absorbcijos smailės žymiai sumažėjo po gydymo MNC15 ir MNC20, kaip parodyta atitinkamai 9b ir c papildomuose paveiksluose.Šie pokyčiai aiškiai matomi mažėjant MG tirpalo koncentracijai.Tačiau visų trijų magnetinių anglies atomų pasiektų spektrinių pokyčių pakako metileno mėlynojo dažo pašalinimui.
Remiantis 3 lentele, adsorbuoto MC kiekio ir adsorbuoto MC procentinio kiekio rezultatai parodyti 3 pav. 6. MG adsorbcija padidėjo naudojant didesnes pradines koncentracijas visuose MNC.Tuo tarpu adsorbcijos procentas arba MB pašalinimo greitis (MBR) parodė priešingą tendenciją, kai padidėjo pradinė koncentracija.Esant mažesnei pradinei MC koncentracijai, neužimtos aktyvios vietos liko ant adsorbento paviršiaus.Didėjant dažų koncentracijai, mažės neužimtų aktyvių vietų, skirtų dažų molekulėms adsorbuoti, skaičius.Kiti padarė išvadą, kad tokiomis sąlygomis bus pasiektas aktyvių biosorbcijos vietų prisotinimas72.
Deja, MNC10 atveju MBR padidėjo ir sumažėjo po 10 ppm MB tirpalo.Tuo pačiu metu adsorbuojama tik labai maža MG dalis.Tai rodo, kad 10 ppm yra optimali MNC10 adsorbcijos koncentracija.Visų šiame darbe tirtų MNC adsorbcijos pajėgumų tvarka buvo tokia: MNC20 > MNC15 > MNC10, vidutinės vertės buvo 10,36 mg/g, 6,85 mg/g ir 0,71 mg/g, vidutinis MG pašalinimo greitis. buvo 87, 79 %, 62,26 % ir 5,75 %.Taigi, MNC20 parodė geriausias adsorbcijos charakteristikas tarp susintetintų magnetinių nanoangliavandenių, atsižvelgiant į adsorbcijos pajėgumą ir UV matomą spektrą.Nors adsorbcijos pajėgumas yra mažesnis, palyginti su kitais magnetiniais nanoangliavandeniais, tokiais kaip MWCNT magnetinis kompozitas (11, 86 mg / g) ir haloysite nanovamzdelio magnetinės Fe3O4 nanodalelės (18, 44 mg / g), šiame tyrime nereikia papildomai naudoti stimuliatoriaus.Cheminės medžiagos veikia kaip katalizatoriai.švarių ir įmanomų sintetinių metodų teikimas73,74.
Kaip rodo MNC SBET reikšmės, didelis specifinis paviršius suteikia aktyvesnes vietas MB tirpalui adsorbuoti.Tai tampa viena iš pagrindinių sintetinių nanoangliavandenių savybių.Tuo pačiu metu dėl mažo MNC dydžio sintezės laikas yra trumpas ir priimtinas, o tai atitinka pagrindines perspektyvių adsorbentų savybes75.Palyginti su įprastais natūraliais adsorbentais, susintetinti MNC yra magnetiškai prisotinti ir gali būti lengvai pašalinami iš tirpalo veikiant išoriniam magnetiniam laukui76.Taigi sutrumpėja viso gydymo proceso laikas.
Adsorbcijos izotermos yra būtinos norint suprasti adsorbcijos procesą ir parodyti, kaip adsorbuojasi tarp skystosios ir kietosios fazės, kai pasiekiama pusiausvyra.Langmuiro ir Freundlicho lygtys naudojamos kaip standartinės izoterminės lygtys, kurios paaiškina adsorbcijos mechanizmą, kaip parodyta 7 paveiksle. Langmuir modelis gerai parodo vieno adsorbato sluoksnio susidarymą ant išorinio adsorbento paviršiaus.Izotermos geriausiai apibūdinamos kaip vienalyčiai adsorbciniai paviršiai.Tuo pačiu metu Freundlicho izoterma geriausiai parodo kelių adsorbentų regionų dalyvavimą ir adsorbcijos energiją spaudžiant adsorbatą prie nehomogeniško paviršiaus.
Langmuiro izotermos (a–c) ir Freundlicho izotermos (d–f) modelio izoterma MNC10, MNC15 ir MNC20.
Adsorbcijos izotermos esant mažoms ištirpusių medžiagų koncentracijoms paprastai yra tiesinės77.Linijinis Langmuiro izoterminio modelio vaizdas gali būti išreikštas lygtimi.1 Nustatykite adsorbcijos parametrus.
KL (l/mg) yra Langmuir konstanta, parodanti MB jungimosi afinitetą su MNC.Tuo tarpu qmax – didžiausia adsorbcijos talpa (mg/g), qe – adsorbuota MC koncentracija (mg/g), o Ce – MC tirpalo pusiausvyros koncentracija.Freundlicho izoterminio modelio tiesinę išraišką galima apibūdinti taip:
Paskelbimo laikas: 2023-02-16