Tankewol foar it besykjen fan Nature.com.Jo brûke in browserferzje mei beheinde CSS-stipe.Foar de bêste ûnderfining riede wy oan dat jo in bywurke browser brûke (of kompatibiliteitsmodus útskeakelje yn Internet Explorer).Derneist, om trochgeande stipe te garandearjen, litte wy de side sjen sûnder stilen en JavaScript.
Toant in karrousel fan trije dia's tagelyk.Brûk de knoppen Foarige en Folgjende om troch trije dia's tagelyk te bewegen, of brûk de sliderknoppen oan 'e ein om troch trije dia's tagelyk te bewegen.
It bestean fan metalen dy't útstutsen wurde troch mikrogolfstriling is kontroversjeel, om't metalen maklik ûntsteane.Mar wat nijsgjirrich is, is dat de ûndersikers fûnen dat it fenomeen fan bôgeûntlading in kânsrike rûte biedt foar de synteze fan nanomaterialen troch molekulen te splitsen.Dizze stúdzje is it ûntwikkeljen fan in ien-stap noch betelbere syntetyske metoade dy't kombinearret mikrogolf ferwaarming en in elektryske bôge te konvertearjen crude palm oalje yn magnetyske nanocarbon (MNC), dat kin wurde beskôge as in nij alternatyf foar palm oalje produksje.It giet om de synteze fan in medium mei permanint wûne roestfrij stiel tried (dielektrysk medium) en ferrocene (katalysator) ûnder foar in part inerte omstannichheden.Dizze metoade is mei súkses oantoand foar ferwaarming yn it temperatuerberik fan 190,9 oant 472,0 ° C mei ferskate synthesetiden (10-20 min).Fresh tare MNC's lieten bollen sjen mei in gemiddelde grutte fan 20,38-31,04 nm, in mesoporeuze struktuer (SBET: 14,83-151,95 m2 / g) en in hege ynhâld fan fêste koalstof (52,79-71,24 wt.%), lykas D en G bands (ID / g) 0,98-0,99.De formaasje fan nije peaks yn it FTIR-spektrum (522.29–588.48 cm–1) tsjûget yn it foardiel fan de oanwêzigens fan FeO-ferbiningen yn ferrocene.Magnetometers toane hege magnetisaasje sêding (22,32–26,84 emu / g) yn ferromagnetyske materialen.It gebrûk fan MNC's yn ôffalwettersuvering is oantoand troch har adsorpsjekapasiteit te evaluearjen mei in methyleenblau (MB) adsorpsjetest by ferskate konsintraasjes fan 5 oant 20 ppm.MNC's krigen op 'e syntezetiid (20 min) lieten de heechste adsorpsjonele effisjinsje sjen (10.36 mg / g) yn ferliking mei oaren, en it taryf foar ferwidering fan MB-ferve wie 87.79%.Dêrom binne Langmuir-wearden net optimistysk yn ferliking mei Freundlich-wearden, wêrby't R2 sawat 0.80, 0.98 en 0.99 is foar MNC's dy't respektivelik binne syntetisearre op 10 min (MNC10), 15 min (MNC15) en 20 min (MNC20).Dêrtroch is it adsorpsjesysteem yn in heterogene steat.Dêrom biedt magnetron arcing in kânsrike metoade foar it konvertearjen fan CPO nei MNC, dy't skealike kleurstoffen kinne ferwiderje.
Mikrogolfstrieling kin de binnenste dielen fan materialen ferwaarme troch de molekulêre ynteraksje fan elektromagnetyske fjilden.Dit mikrofoave antwurd is unyk yn dat it befoarderet in flugge en unifoarm termyske reaksje.Sa is it mooglik om it ferwaarmingsproses te fersnellen en gemyske reaksjes te ferbetterjen2.Tagelyk, troch de koartere reaksjetiid, kin de mikrogolfreaksje úteinlik produkten meitsje fan hege suverens en hege opbringst3,4.Troch syn geweldige eigenskippen fasilitearret mikrogolfstriling ynteressante mikrogolfsyntheses dy't wurde brûkt yn in protte stúdzjes, ynklusyf gemyske reaksjes en de synteze fan nanomaterialen5,6.Tidens it ferwaarmingsproses spylje de diëlektryske eigenskippen fan 'e akseptor binnen it medium in beslissende rol, om't it in waarm plak yn' t medium makket, wat liedt ta de foarming fan nanocarbons mei ferskate morfologyen en eigenskippen.In stúdzje troch Omoriyekomwan et al.Produksje fan holle koalstof nanofibers út palmkernels mei aktive koalstof en stikstof8.Dêrnjonken bepale Fu en Hamid it gebrûk fan in katalysator foar de produksje fan oalje palmfaser aktivearre koalstof yn in 350 W9 magnetron.Dêrom kin in ferlykbere oanpak brûkt wurde om rûge palmoalje te konvertearjen nei MNC's troch yntroduksje fan geskikte scavengers.
In nijsgjirrich ferskynsel is waarnommen tusken magnetron strieling en metalen mei skerpe rânen, stippen of submikroskopyske irregularities10.De oanwêzigens fan dizze twa objekten sil wurde beynfloede troch in elektryske bôge of spark (gewoan oantsjutten as in bôge ûntslach)11,12.De bôge sil de foarming fan mear pleatslike hot spots befoarderje en de reaksje beynfloedzje, dêrmei de gemyske gearstalling fan it miljeu ferbetterje13.Dit bysûndere en nijsgjirrige ferskynsel hat ferskate ûndersiken oanlutsen, lykas fersmoarging14,15, biomassa teerkraken16, mikrofoave assistearre pyrolyse17,18 en materiaalsynthese19,20,21.
Koartlyn hawwe nanocarbons lykas koalstofnanotubes, koalstofnanosfearen, en modifisearre redusearre grafeenoxide oandacht lutsen fanwegen har eigenskippen.Dizze nanocarbons hawwe in grut potensjeel foar tapassingen, fariearjend fan enerzjyopwekking oant wettersuvering as dekontaminaasje23.Derneist binne poerbêste koalstofeigenskippen ferplicht, mar tagelyk binne goede magnetyske eigenskippen fereaske.Dit is heul nuttich foar multyfunksjonele tapassingen, ynklusyf hege adsorpsje fan metaalionen en kleurstoffen yn ôffalwettersuvering, magnetyske modifiers yn biobrânstoffen en sels heecheffektive mikrogolfabsorbers24,25,26,27,28.Tagelyk hawwe dizze koalstoffen in oar foardiel, ynklusyf in ferheging fan it oerflak fan 'e aktive side fan' e stekproef.
Yn 'e ôfrûne jierren is ûndersyk nei magnetyske nanocarbon-materialen yn' e opkomst west.Typysk binne dizze magnetyske nanocarbons multyfunksjonele materialen dy't magnetyske materialen mei nanogrutte befetsje dy't eksterne katalysatoren kinne reagearje, lykas eksterne elektrostatyske of wikseljende magnetyske fjilden29.Troch har magnetyske eigenskippen kinne magnetyske nanocarbons wurde kombinearre mei in breed oanbod fan aktive yngrediïnten en komplekse struktueren foar immobilisaasje30.Underwilens toane magnetyske nanocarbons (MNC's) poerbêste effisjinsje yn it adsorbearjen fan skealike stoffen út wetterige oplossingen.Derneist kinne it hege spesifike oerflak en poarjes foarme yn MNC's adsorpsjekapasiteit31 ferheegje.Magnetyske separators kinne MNC's skiede fan heul reaktive oplossingen, en meitsje se yn in libbensfetbere en beheare sorbent32.
Ferskate ûndersikers hawwe oantoand dat hege kwaliteit nanocarbons kinne wurde produsearre mei rau palm oalje33,34.Palmoalje, wittenskiplik bekend as Elais Guneensis, wurdt beskôge as ien fan 'e wichtige ytbere oaljes mei in produksje fan sawat 76,55 miljoen ton yn 202135. Ruwe palmoalje of CPO befettet in lykwichtige ferhâlding fan unsaturated fatty soeren (EFA's) en verzadigde fatty soeren (Singapore Monetary Authority).De measte koalwetterstoffen yn CPO binne triglyceride, in glyceride gearstald út trije triglyceride acetate komponinten en ien glycerol komponint36.Dizze koalwetterstoffen kinne wurde generalisearre troch har enoarme koalstofynhâld, wêrtroch se potinsjele griene foarrinners binne foar nanocarbonproduksje37.Neffens de literatuer wurde CNT37,38,39,40, carbon nanospheres33,41 en graphene34,42,43 meastentiids syntetisearre mei rûge palmoalje of ytbere oalje.Dizze nanocarbons hawwe in grut potensjeel yn tapassingen, fariearjend fan enerzjyopwekking oant wettersuvering as dekontaminaasje.
Termyske synteze lykas CVD38 of pyrolysis33 is in geunstige metoade wurden foar de ûntbining fan palmoalje.Spitigernôch ferheegje de hege temperatueren yn it proses de produksjekosten.It produsearjen fan it foarkar materiaal 44 fereasket lange, saai prosedueres en skjinmeitsjen metoaden.De needsaak foar fysike skieding en kraken is lykwols ûnbestriden troch de goede stabiliteit fan rûge palmoalje by hege temperatueren45.Dêrom binne noch hegere temperatueren nedich om rûge palmoalje te konvertearjen yn koalstofhoudende materialen.De floeibere bôge kin beskôge wurde as it bêste potinsjeel en nije metoade foar de synteze fan magnetyske nanocarbon 46.Dizze oanpak leveret direkte enerzjy foar foarrinners en oplossingen yn heul opteinste steaten.In bôge-ûntslach kin feroarsaakje dat de koalstofbindingen yn rûge palmoalje brekke.De brûkte elektrode-ôfstân kin lykwols moatte foldwaan oan strange easken, wat de yndustriële skaal sil beheine, dus in effisjinte metoade moat noch ûntwikkele wurde.
Nei it bêste fan ús kennis is ûndersyk nei bôgeûntlading mei mikrogolven as metoade foar it synthesisearjen fan nanocarbons beheind.Tagelyk is it gebrûk fan rûge palmoalje as foarrinner net folslein ûndersocht.Dêrom is dizze stúdzje fan doel om de mooglikheid te ûndersiikjen fan it produsearjen fan magnetyske nanocarbons út rauwe palmoaljefoarrinners mei in elektryske bôge mei in magnetron.De oerfloed fan palmoalje moat wurde wjerspegele yn nije produkten en tapassingen.Dizze nije oanpak foar raffinaazje fan palmoalje koe helpe om de ekonomyske sektor te stimulearjen en in oare boarne fan ynkomsten te wêzen foar palmoaljeprodusinten, benammen beynfloede fan palmoaljeplantaazjes fan lytse boeren.Neffens in stúdzje fan Afrikaanske lytse boeren troch Ayompe et al., fertsjinje lytse boeren allinich mear jild as se sels farske fruitklusters ferwurkje en rau palmoalje ferkeapje yn stee fan it ferkeapjen oan tuskenpersoanen, wat in kostbere en saaie baan is47.Tagelyk hat in tanimming fan slutingen fan fabryken fanwegen COVID-19 palmoalje-basearre tapassingsprodukten beynfloede.Nijsgjirrich, om't de measte húshâldings tagong hawwe ta magnetrons en de metoade foarsteld yn dizze stúdzje kin wurde beskôge as mooglik en betelber, kin MNC-produksje wurde beskôge as in alternatyf foar lytsskalige palmoaljeplantaazjes.Underwilens kinne bedriuwen op gruttere skaal ynvestearje yn grutte reaktors om grutte TNC's te produsearjen.
Dizze stúdzje beslacht benammen it syntezeproses mei roestfrij stiel as dielektrysk medium foar ferskate durations.De measte algemiene stúdzjes mei help fan mikrogolven en nanocarbons suggerearje in akseptabel synteze tiid fan 30 minuten of mear33,34.Om in tagonklik en helber praktysk idee te stypjen, wie dizze stúdzje as doel om MNC's te krijen mei ûndergemiddelde syntezetiden.Tagelyk sketst de stúdzje in byld fan technology-reeheid nivo 3, om't de teory wurdt bewiisd en útfierd op laboratoariumskaal.Letter waarden de resultearjende MNC's karakterisearre troch har fysike, gemyske en magnetyske eigenskippen.Methyleneblau waard doe brûkt om de adsorpsjekapasiteit fan 'e resultearjende MNC's te demonstrearjen.
Ruwe palmoalje waard krigen fan Apas Balung Mill, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau, en wurdt brûkt as koalstoffoarrinner foar synteze.Yn dit gefal waard brûkt in RVS tried mei in diameter fan 0,90 mm as dielectric medium.Ferrocene (suverens 99%), krigen fan Sigma-Aldrich, USA, waard keazen as katalysator yn dit wurk.Methyleneblau (Bendosen, 100 g) waard fierder brûkt foar adsorpsje-eksperiminten.
Yn dizze stúdzje waard in húshâldlike magnetron (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) omboud ta in magnetron reaktor.Trije gatten waarden makke yn it boppeste diel fan 'e magnetron foar de yn- en útgong fan gas en in thermocouple.De thermocouple sondes waarden isolearre mei keramyske buizen en pleatst ûnder deselde betingsten foar elk eksperimint om foar te kommen ûngemakken.Underwilens waard in borosilikaatglêsreaktor mei in deksel mei trije gatten brûkt om de samples en de trachea op te nimmen.In skematysk diagram fan in mikrogolfreaktor kin wurde ferwiisd yn oanfoljende figuer 1.
Mei help fan rûge palmoalje as koalstoffoarrinner en ferrocene as katalysator, waarden magnetyske nanocarbons synthesized.Ungefear 5% per gewicht fan 'e ferrocene katalysator waard taret troch de slurry katalysator metoade.Ferrocene waard mingd mei 20 ml rûge palmoalje by 60 rpm foar 30 minuten.It mingsel waard doe oerbrocht nei in alumina kroes, en in 30 sm lange roestfrij stiel tried waard coiled en pleatst fertikaal binnen de kroes.Plak de alumina kroes yn 'e glêzen reaktor en befeiligje it feilich yn' e magnetron mei in fersegele glêzen deksel.Nitrogen waard yn 'e keamer blaasd 5 minuten foar it begjin fan' e reaksje om unwanted lucht út 'e keamer te ferwiderjen.De mikrogolfkrêft is ferhege nei 800W, om't dit de maksimale mikrogolfkrêft is dy't in goede bôgestart kin behâlde.Dêrom kin dit bydrage oan it skeppen fan geunstige betingsten foar syntetyske reaksjes.Tagelyk is dit ek in soad brûkt krêftberik yn watt foar mikrogolffúzjereaksjes48,49.It mingsel waard ferwaarme foar 10, 15 of 20 minuten tidens de reaksje.Nei it foltôgjen fan 'e reaksje waarden de reaktor en mikrofoave natuerlik ôfkuolle ta keamertemperatuer.It einprodukt yn 'e alumina kroes wie in swarte delslach mei spiraalfoarmige triedden.
De swarte delslach waard sammele en ferskate kearen ôfwikseljend wosken mei ethanol, isopropanol (70%) en destillearre wetter.Nei it waskjen en skjinmeitsjen wurdt it produkt oernachtsje op 80 ° C yn in konvinsjonele oven droech om net-winske ûnreinheden te ferdampen.It produkt waard dêrnei sammele foar karakterisearring.Samples markearre MNC10, MNC15, en MNC20 waarden brûkt om magnetyske nanocarbons foar 10 min, 15 min, en 20 min te syntetisearjen.
Observearje MNC morfology mei in fjild emisje skennen elektronenmikroskoop of FESEM (Zeiss Auriga model) by 100 oan 150 kX fergrutting.Tagelyk waard de elemintêre gearstalling analysearre troch enerzjy-dispersive röntgenspektroskopy (EDS).De EMF-analyse waard útfierd op in wurkôfstân fan 2,8 mm en in fersnellende spanning fan 1 kV.Spesifike oerflakgebiet en MNC-poarwearden waarden metten troch de Brunauer-Emmett-Teller (BET) metoade, ynklusyf de adsorption-desorption isotherm fan N2 by 77 K. De analyze waard útfierd mei in model oerflakmeter (MICROMERITIC ASAP 2020) .
De kristalliniteit en faze fan 'e magnetyske nanocarbons waarden bepaald troch X-ray poederdiffraksje of XRD (Burker D8 Advance) by λ = 0.154 nm.Diffractograms waarden opnommen tusken 2θ = 5 en 85 ° by in scanrate fan 2 ° min-1.Derneist waard de gemyske struktuer fan MNC's ûndersocht mei Fourier-transformaasje-ynfrareadspektroskopy (FTIR).De analyze waard útfierd mei in Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400 mei scansnelheden fariearjend fan 4000 oant 400 cm-1.By it bestudearjen fan de strukturele skaaimerken fan magnetyske nanocarbons, waard Raman-spektroskopy útfierd mei in neodymium-doped laser (532 nm) yn U-RAMAN-spektroskopy mei in 100X-objektyf.
In trillende magnetometer of VSM (Lake Shore 7400-searje) waard brûkt om de magnetyske sêding fan izerokside yn MNC's te mjitten.In magnetysk fjild fan sa'n 8 kOe waard brûkt en 200 punten waarden krigen.
By it bestudearjen fan it potinsjeel fan MNC's as adsorbents yn adsorpsje-eksperiminten, waard de kationyske kleurstof methyleneblau (MB) brûkt.MNC's (20 mg) waarden tafoege oan 20 ml fan in wetterige oplossing fan methyleneblau mei standert konsintraasjes yn it berik fan 5-20 mg / L50.De pH fan 'e oplossing waard yn' e hiele stúdzje ynsteld op in neutrale pH fan 7.De oplossing waard meganysk roerd by 150 rpm en 303.15 K op in rotearjende shaker (Lab Companion: SI-300R).De MNC's wurde dan skieden mei in magneet.Brûk in UV-sichtbere spektrofotometer (Varian Cary 50 UV-Vis Spectrophotometer) om de konsintraasje fan 'e MB-oplossing foar en nei it adsorpsje-eksperimint te observearjen, en ferwize nei de methyleenblauwe standertkromme op in maksimale golflingte fan 664 nm.It eksperimint waard trije kear werhelle en de gemiddelde wearde waard jûn.It fuortheljen fan MG út de oplossing waard berekkene mei help fan de algemiene fergeliking foar it bedrach fan MC adsorbearre by lykwicht qe en it persintaazje fan ferwidering%.
Eksperiminten op de adsorption isotherm waarden ek útfierd mei stirring fan ferskate konsintraasjes (5-20 mg / l) fan MG oplossings en 20 mg fan de adsorbent by in konstante temperatuer fan 293.15 K. mg foar alle MNCs.
Izer en magnetyske koalstof binne de lêste desennia wiidweidich ûndersocht.Dizze magnetyske materialen op koalstofbasis lûke tanimmend omtinken fanwegen har treflike elektromagnetyske eigenskippen, dy't liede ta ferskate potensjele technologyske tapassingen, benammen yn elektryske apparaten en wettersuvering.Yn dizze stúdzje waarden nanocarbons synthesized troch it kreakjen fan koalwetterstoffen yn rau palmoalje mei in mikrofoave-ûntslach.De synteze waard útfierd op ferskate tiden, fan 10 oant 20 min, op in fêste ferhâlding (5: 1) fan 'e foarrinner en katalysator, mei help fan in metalen stroomkollektor (twisted SS) en foar in part inert (net winske lucht suvere mei stikstof by de begjin fan it eksperimint).De resultearjende carbonaceous ôfsettings binne yn 'e foarm fan in swarte bêst poeier, lykas werjûn yn oanfoljende figuer 2a.De opbringsten fan precipitated koalstof wiene sawat 5,57%, 8,21% en 11,67% by syntezetiden fan respektivelik 10 minuten, 15 minuten en 20 minuten.Dit senario suggerearret dat langere syntezetiden bydrage oan hegere opbringsten51-lege opbringsten, nei alle gedachten troch koarte reaksjetiden en lege katalysatoraktiviteit.
Underwilens kin in plot fan syntezetemperatuer fersus tiid foar de krigen nanocarbons wurde ferwiisd yn oanfoljende figuer 2b.De heechste temperatueren krigen foar MNC10, MNC15 en MNC20 wiene respektivelik 190,9 °C, 434,5 °C en 472 °C.Foar elke kromme kin in steile helling sjoen wurde, wat oanjout op in konstante ferheging fan temperatuer yn 'e reaktor troch de waarmte dy't ûntstiet yn' e metalen bôge.Dit kin sjoen wurde op 0-2 min, 0-5 min, en 0-8 min foar MNC10, MNC15, en MNC20, respektivelik.Nei it berikken fan in bepaald punt bliuwt de helling nei de heechste temperatuer, en de helling wurdt matich.
Field emission scanning electron microscopy (FESEM) waard brûkt om de oerflaktopografy fan 'e MNC-monsters te observearjen.As werjûn yn fig.1, magnetyske nanocarbons hawwe in wat oare morfologyske struktuer op in oare tiid fan synteze.Ofbyldings fan FESEM MNC10 yn fig.1a,b litte sjen dat de foarming fan koalstof sfearen bestiet út ferwûne en taheakke mikro- en nanosfearen fanwege hege oerflak spanning.Tagelyk liedt de oanwêzigens fan Van der Waals-krêften ta it aggregearjen fan koalstofsfearen52.De tanimming fan synteze tiid resultearre yn lytsere maten en in tanimming fan it oantal sfearen troch langere kraken reaksjes.Op fig.1c lit sjen dat MNC15 hat in hast perfekte sfearyske foarm.De aggregearre sfearen kinne lykwols noch mesopoaren foarmje, dy't letter goede plakken wurde kinne foar adsorpsje fan methyleenblau.By in hege fergrutting fan 15.000 kear yn Fig.
FESEM-ôfbyldings fan synthesized nanocarbons nei 10 min (a, b), 15 min (c, d) en 20 min (e-g) by 7000 en 15000 kear fergrutting.
Op fig.1e–g MNC20 toant de ûntwikkeling fan poaren mei lytse sfearen op it oerflak fan magnetyske koalstof en reassembleart de morfology fan magnetysk aktivearre koalstof53.Poaren fan ferskillende diameters en breedtes wurde willekeurich pleatst op it oerflak fan magnetyske koalstof.Dêrom, dit kin ferklearje wêrom't MNC20 toande in grutter oerflak en pore folume lykas werjûn troch BET analyze, as mear poarjes foarme op syn oerflak as op oare syntetyske tiden.Micrographs nommen op in hege fergrutting fan 15.000 kear toande inhomogene particle maten en unregelmjittige foarmen, lykas werjûn yn figuer 1g.Doe't de groeitiid waard ferhege nei 20 minuten, waarden mear agglomerearre sfearen foarme.
Opfallend is dat yn itselde gebiet ek ferdraaide koalstofflokken fûn wurde.De diameter fan de bollen fariearre fan 5,18 oant 96,36 nm.Dizze formaasje kin komme troch it foarkommen fan differinsjaal nukleaasje, dy't fasilitearre wurdt troch hege temperatueren en mikrogolven.De berekkene bolgrutte fan 'e tariede MNC's wie gemiddeld 20,38 nm foar MNC10, 24,80 nm foar MNC15, en 31,04 nm foar MNC20.De grutte ferdieling fan sfearen wurdt werjûn yn 'e oanfoljende fig.3.
Oanfoljende figuer 4 toant de EDS-spektra en gearfettings fan elemintêre komposysje fan respektivelik MNC10, MNC15 en MNC20.Neffens de spektra waard opmurken dat elke nanocarbon in oare hoemannichte C, O en Fe befettet.Dit komt troch de ferskate oksidaasje- en kraakreaksjes dy't foarkomme yn 'e ekstra syntezetiid.In grutte hoemannichte C wurdt leaud te kommen fan 'e koalstoffoarrinner, rûge palmoalje.Underwilens is it lege persintaazje O te tankjen oan it oksidaasjeproses by synteze.Tagelyk, Fe wurdt taskreaun oan izer okside ôfset op it nanocarbon oerflak nei ferrocene ûntbining.Dêrnjonken toant Oanfoljende figuer 5a-c de mapping fan MNC10-, MNC15- en MNC20-eleminten.Op grûn fan fûnemintele mapping waard konstatearre dat Fe goed ferdield is oer it MNC-oerflak.
Nitrogen adsorption-desorption analyze jout ynformaasje oer it adsorption meganisme en de poreuze struktuer fan it materiaal.N2 adsorption isotherms en grafiken fan de MNC BET oerflak wurde werjûn yn Fig.2. Op grûn fan 'e FESEM-ôfbyldings wurdt ferwachte dat it adsorpsjongedrach in kombinaasje fan mikroporeuze en mesoporous struktueren troch aggregation sjen lit.Lykwols, de grafyk yn Fig.Dit soarte fan isotherm is faak fergelykber mei dy fan mesoporeuze materialen.It adsorpsjegedrach fan mesopoaren wurdt meastentiids bepaald troch de ynteraksje fan adsorpsje-adsorpsje-reaksjes mei de molekulen fan 'e kondinsearre matearje.S-foarmige as S-foarmige adsorpsje-isotermen wurde normaal feroarsake troch ienlaach-multilayer-adsorpsje folge troch in ferskynsel wêryn gas kondensearret yn in floeibere faze yn poaren by drukken ûnder de sêdingsdruk fan 'e bulkflüssigens, bekend as porekondensaasje 56. Kapillêre kondensaasje yn poaren komt foar by relative druk (p/po) boppe 0,50.Underwilens fertoant de komplekse poarstruktuer hysteresis fan H2-type, dy't wurdt taskreaun oan porepluging of lekkage yn in smel berik fan poaren.
De fysike parameters fan it oerflak krigen fan 'e BET-tests wurde werjûn yn Tabel 1. It BET-oerflak en it totale poarvolumint ferhege signifikant mei tanimmende syntezetiid.De gemiddelde poargrutte fan MNC10, MNC15 en MNC20 binne respektivelik 7.2779 nm, 7.6275 nm en 7.8223 nm.Neffens de IUPAC-oanbefellings kinne dizze tuskenpoarjes wurde klassifisearre as mesoporous materialen.De mesoporous struktuer kin meitsje methylene blau makliker permeable en adsorbable troch MNC57.Maksimum Synthesis Tiid (MNC20) toande it heechste oerflak gebiet, folge troch MNC15 en MNC10.Heger BET oerflak kin ferbetterje adsorption prestaasjes as mear surfactant sites binne beskikber.
X-ray diffraksjonspatroanen fan de synthesized MNCs wurde werjûn yn figuer 3. By hege temperatueren, ferrocene ek cracks en foarmet izer okside.Op fig.3a lit it XRD-patroan fan MNC10 sjen.It toant twa peaks by 2θ, 43.0° en 62.32°, dy't wurde tawiisd oan ɣ-Fe2O3 (JCPDS #39–1346).Tagelyk hat Fe3O4 in spande pyk by 2θ: 35.27°.Oan 'e oare kant, yn' e MHC15-diffraksjepatroan yn Fig.Hoewol de 2θ: 26.202 ° peak minder yntinsyf is, is it diffraksjepatroan konsistint mei it grafyt JCPDS-bestân (JCPDS #75–1621), wat de oanwêzigens fan grafytkristallen yn 'e nanocarbon oanjout.Dizze peak is ôfwêzich yn MNC10, mooglik troch de lege bôgetemperatuer by synteze.By 2θ binne der trije tiidpieken: 30.082°, 35.502°, 57.422° taskreaun oan Fe3O4.It toant ek twa peaks dy't de oanwêzigens fan ɣ-Fe2O3 oanjaan by 2θ: 43.102 ° en 62.632 °.Foar MNC synthesized foar 20 min (MNC20), lykas werjûn yn Fig. 3c, in ferlykbere diffraksjon patroan kin wurde waarnommen yn MNK15.De grafyske peak op 26.382 ° kin ek sjoen wurde yn 'e MNC20.De trije skerpe toppen werjûn op 2θ: 30.102°, 35.612°, 57.402° binne foar Fe3O4.Dêrnjonken wurdt de oanwêzigens fan ε-Fe2O3 toand op 2θ: 42.972 ° en 62.61.De oanwêzigens fan izerokside-ferbiningen yn 'e resultearjende MNC's kin in posityf effekt hawwe op' e mooglikheid om methyleneblau yn 'e takomst te adsorbearjen.
De gemyske bondingskarakteristiken yn 'e MNC- en CPO-samples waarden bepaald út' e FTIR-refleksjespektra yn oanfoljende figuer 6. Yn earste ynstânsje fertsjintwurdige de seis wichtige peaks fan rau palmoalje fjouwer ferskillende gemyske komponinten lykas beskreaun yn oanfoljende tabel 1. De fûnemintele peaks identifisearre yn CPO binne 2913,81 cm-1, 2840 cm-1 en 1463,34 cm-1, dy't ferwize nei de CH stretching trillings fan alkanen en oare alifatyske CH2 of CH3 groepen.De identifisearre topboskwachters binne 1740,85 cm-1 en 1160,83 cm-1.De peak by 1740.85 cm-1 is in C = O-bân ferlingd troch de esterkarbonyl fan 'e triglyceride-funksjonele groep.Underwilens is de peak op 1160.83 cm-1 de yndruk fan 'e útwreide CO58.59-estergroep.Underwilens is de peak op 813,54 cm-1 de yndruk fan 'e alkaangroep.
Dêrom ferdwûnen guon absorption peaks yn rûge palmoalje as de syntezetiid tanommen.Peaks op 2913,81 cm-1 en 2840 cm-1 kinne noch wurde waarnommen yn MNC10, mar it is nijsgjirrich dat yn MNC15 en MNC20 de peaks tend to ferdwine troch oksidaasje.Underwilens iepenbiere FTIR-analyze fan magnetyske nanocarbons nij foarme absorption peaks dy't fiif ferskillende funksjonele groepen fan MNC10-20 fertsjintwurdigje.Dizze peaks wurde ek neamd yn oanfoljende tabel 1. De peak op 2325.91 cm-1 is de asymmetryske CH-stretch fan 'e CH360 alifatyske groep.De peak op 1463.34-1443.47 cm-1 lit CH2 en CH bûgen fan alifatyske groepen lykas palmoalje, mar de peak begjint mei de tiid te ferminderjen.De peak op 813.54–875.35 sm–1 is in ôfdruk fan de aromaatyske CH-alkaangroep.
Underwilens fertsjintwurdigje de peaks op 2101,74 cm-1 en 1589,18 cm-1 CC 61-bindingen dy't respektivelik C=C-alkyn- en aromaatyske ringen foarmje.In lytse peak op 1695.15 cm-1 lit de C=O-bân sjen fan it frije fetsoer fan 'e karbonylgroep.It wurdt krigen fan CPO karbonyl en ferrocene tidens synteze.De nij foarme toppen yn it berik fan 539,04 oant 588,48 sm-1 hearre ta de Fe-O trillingsbân fan ferroseen.Op grûn fan de peaks werjûn yn oanfoljende figuer 4, kin sjoen wurde dat synteze tiid ferskate peaks kin ferminderje en opnij bonding yn magnetyske nanocarbons.
Spektroskopyske analyze fan Raman-fersprieding fan magnetyske nanocarbons krigen op ferskate tiden fan synteze mei in ynfallende laser mei in golflingte fan 514 nm wurdt werjûn yn figuer 4. Alle spektra fan MNC10, MNC15 en MNC20 bestiet út twa yntinsive bands ferbûn mei lege sp3-koalstof, gewoanlik fûn yn nanographite crystallites mei defekten yn trillingsmodi fan koalstof soarten sp262.De earste peak, leit yn 'e regio fan 1333-1354 cm-1, fertsjintwurdiget de D-band, dy't ûngeunstich is foar ideaal grafyt en oerienkomt mei strukturele steuring en oare ûnreinheden63,64.De op ien nei wichtichste pyk om 1537-1595 sm-1 ûntstiet út it útrekkenjen fan in-fleantúch of kristallijne en oardere grafytfoarmen.De pyk ferskoot lykwols mei sawat 10 cm-1 yn ferliking mei de grafyt G-band, wat oanjout dat de MNC's in lege blêdstapeloarder hawwe en in defekte struktuer.De relative yntensiteiten fan 'e D- en G-banden (ID / IG) wurde brûkt om de suverens fan kristalliten en grafytmonsters te evaluearjen.Neffens Raman spektroskopyske analyze hienen alle MNC's ID / IG-wearden yn it berik fan 0.98-0.99, wat oanjout op strukturele defekten fanwege Sp3-hybridisaasje.Dizze situaasje kin de oanwêzigens fan minder yntinsive 2θ-peaks yn 'e XPA-spektra ferklearje: 26.20 ° foar MNK15 en 26.28 ° foar MNK20, lykas werjûn yn Fig.De ID / IG MNC-ferhâldingen krigen yn dit wurk binne yn it berik fan oare magnetyske nanocarbons, bygelyks 0.85-1.03 foar de hydrothermale metoade en 0.78-0.9665.66 foar de pyrolytyske metoade.Dêrom jout dizze ferhâlding oan dat de hjoeddeiske syntetyske metoade breed brûkt wurde kin.
De magnetyske skaaimerken fan 'e MNC's waarden analysearre mei in trillende magnetometer.De resultearjende hysteresis wurdt werjûn yn Fig.5.As regel krije MNC's har magnetisme fan ferrocene by synteze.Dizze ekstra magnetyske eigenskippen kinne de adsorpsjekapasiteit fan nanocarbons yn 'e takomst ferheegje.Lykas werjûn yn figuer 5, kinne de samples wurde identifisearre as superparamagnetyske materialen.Neffens Wahajuddin & Arora67 is de superparamagnetyske steat dat it stekproef magnetisearre wurdt ta saturaasjemagnetisaasje (MS) as in ekstern magnetysk fjild wurdt tapast.Letter ferskine oerbleaune magnetyske ynteraksjes net mear yn 'e samples67.It is opmerklik dat de sêdingsmagnetisaasje nimt ta mei de syntezetiid.Ynteressant hat MNC15 de heechste magnetyske sêding, om't sterke magnetyske formaasje (magnetisaasje) kin wurde feroarsake troch optimale syntezetiid yn 'e oanwêzigens fan in eksterne magneet.Dit kin komme troch de oanwêzigens fan Fe3O4, dat bettere magnetyske eigenskippen hat yn ferliking mei oare izeroksiden lykas ɣ-Fe2O.De folchoarder fan it adsorpsjonsmomint fan sêding per ienheid massa fan MNCs is MNC15> MNC10> MNC20.De krigen magnetyske parameters wurde jûn yn tabel.2.
De minimale wearde fan magnetyske sêding by it brûken fan konvinsjonele magneten yn magnetyske skieding giet oer 16,3 emu g-1.It fermogen fan MNC's om kontaminanten te ferwiderjen lykas kleurstoffen yn 'e akwatyske omjouwing en it gemak fan ferwidering fan MNC's binne ekstra faktoaren wurden foar de krigen nanocarbons.Stúdzjes hawwe sjen litten dat de magnetyske sêding fan de LSM wurdt beskôge as heech.Sa berikten alle samples magnetyske sêdingswearden mear dan genôch foar de magnetyske skiedingsproseduere.
Koartlyn hawwe metalen strips as triedden oandacht lutsen as katalysatoren as dielektrika yn mikrogolffúzjeprosessen.Mikrogolfreaksjes fan metalen feroarsaakje hege temperatueren as reaksjes binnen de reaktor.Dizze stúdzje beweart dat de tip en kondisearre (oprolde) roestfrij stiel draad fasilitearje mikrofoave-ûntslach en metalen ferwaarming.RVS hat útsprutsen rûchheid oan 'e tip, wat liedt ta hege wearden fan oerflak lading tichtens en eksterne elektryske fjild.As de lading genôch kinetyske enerzjy krigen hat, sille de opladen dieltsjes út it roestfrij stiel springe, wêrtroch't it miljeu ionisearret, in ûntlading of spark 68 produsearje.Metal discharge makket in wichtige bydrage oan oplossing kraken reaksjes beselskippe troch hege temperatuer hot spots.Neffens de temperatuerkaart yn oanfoljende Fig.
Yn dit gefal wurdt in termyske effekt waarnommen, om't swak ferbûne elektroanen kinne bewege en konsintrearje op it oerflak en op 'e tip69.As roestfrij stiel wurdt wûn, helpt it grutte oerflak fan it metaal yn oplossing wervelstreamen op it oerflak fan it materiaal en behâldt it ferwaarmingseffekt.Dizze betingst helpt effektyf om de lange koalstofketten fan CPO en ferrocene en ferrocene te splitsen.Lykas werjûn yn oanfoljende figuer 2b, in konstante temperatuer taryf jout oan dat in unifoarm ferwaarming effekt wurdt waarnommen yn de oplossing.
In foarstelde meganisme foar de foarming fan MNCs wurdt werjûn yn oanfoljende figuer 7. De lange koalstof keatlingen fan CPO en ferrocene begjinne te crack op hege temperatuer.De oalje brekt ôf om split koalwetterstoffen te foarmjen dy't koalstoffoarrinners wurde bekend as globules yn 'e FESEM MNC1070-ôfbylding.Troch de enerzjy fan 'e omjouwing en druk 71 yn atmosfearyske omstannichheden.Tagelyk barst ek ferrocene, en foarmje in katalysator fan koalstofatomen dy't op Fe ôfset wurde.Snelle nukleaasje komt dan foar en de koalstofkearn oksidearret om in amorfe en grafytyske koalstoflaach boppe op 'e kearn te foarmjen.As de tiid ferheget, wurdt de grutte fan 'e bol krekter en unifoarmer.Tagelyk liede de besteande Van der Waals-krêften ek ta de agglomeraasje fan sfearen52.By de reduksje fan Fe-ionen nei Fe3O4 en ɣ-Fe2O3 (neffens röntgenfaze-analyze) wurde op it oerflak fan nanocarbons ferskate soarten izeren oksides foarme, wat liedt ta de foarming fan magnetyske nanocarbons.EDS-mapping liet sjen dat de Fe-atomen sterk ferdield waarden oer it MNC-oerflak, lykas werjûn yn oanfoljende figueren 5a-c.
It ferskil is dat by in syntezetiid fan 20 minuten koalstofaggregaasje optreedt.It foarmet gruttere poaren op it oerflak fan MNCs, wat suggerearret dat MNC's kinne wurde beskôge as aktive koalstof, lykas werjûn yn 'e FESEM-ôfbyldings yn Fig.. 1e-g.Dit ferskil yn poargrutte kin ferbân hâlde mei de bydrage fan izer okside út ferrocene.Tagelyk, troch de berikte hege temperatuer, binne der misfoarme skalen.Magnetyske nanocarbons fertoane ferskate morfologyen op ferskate syntezetiden.Nanocarbons foarmje earder sfearyske foarmen mei koartere syntezetiden.Tagelyk binne poarjes en skalen te berikken, hoewol it ferskil yn syntezetiid mar binnen 5 minuten is.
Magnetyske nanocarbons kinne fersmoargjende stoffen út it akwatyske omjouwing ferwiderje.Har fermogen om maklik te ferwiderjen nei gebrûk is in ekstra faktor foar it brûken fan de yn dit wurk krigen nanocarbons as adsorbents.By it bestudearjen fan de adsorpsje-eigenskippen fan magnetyske nanocarbons, ûndersochten wy it fermogen fan MNC's om methyleneblau (MB) oplossingen by 30 ° C te ûntkleurjen sûnder pH-oanpassing.Ferskate stúdzjes hawwe konkludearre dat de prestaasjes fan koalstofabsorbenten yn it temperatuerberik fan 25-40 °C gjin wichtige rol spylje by it bepalen fan MC-ferwidering.Hoewol ekstreme pH-wearden in wichtige rol spylje, kinne ladingen op it oerflak funksjonele groepen foarmje, wat liedt ta fersteuring fan 'e adsorbaat-adsorbint-ynteraksje en beynfloedet adsorpsje.Dêrom waarden de boppesteande betingsten yn dizze stúdzje keazen, sjoen dizze situaasjes en de needsaak foar typyske ôffalwettersuvering.
Yn dit wurk waard in batch-adsorpsje-eksperimint útfierd troch 20 mg MNC's ta te foegjen oan 20 ml fan in wetterige oplossing fan methyleneblau mei ferskate standert initial konsintraasjes (5-20 ppm) op in fêste kontakttiid60.Oanfoljende figuer 8 toant de status fan ferskate konsintraasjes (5-20 ppm) fan methylene blauwe oplossings foar en nei behanneling mei MNC10, MNC15 en MNC20.By it brûken fan ferskate MNC's fermindere it kleurnivo fan MB-oplossingen.Ynteressant waard fûn dat MNC20 MB-oplossingen maklik ferkleure by in konsintraasje fan 5 ppm.Underwilens ferlege de MNC20 ek it kleurnivo fan 'e MB-oplossing yn ferliking mei oare MNC's.De UV sichtbere spektrum fan MNC10-20 wurdt werjûn yn Supplementary Figure 9. Undertusken, de removal rate en adsorption ynformaasje wurdt werjûn yn figuer 9. 6 en yn tabel 3, respektivelik.
Sterke methylene blauwe peaks kinne fûn wurde by 664 nm en 600 nm.As regel nimt de yntinsiteit fan 'e peak stadichoan ôf mei ôfnimmende initial konsintraasje fan' e MG-oplossing.Yn 'e ekstra Fig.. 9a toant de UV-sichtbere spektra fan MB-oplossingen fan ferskate konsintraasjes nei behanneling mei MNC10, dy't allinich de yntinsiteit fan' e peaks in bytsje feroare.Oan 'e oare kant fermindere de absorption peaks fan MB-oplossingen signifikant nei behanneling mei MNC15 en MNC20, lykas werjûn yn respektivelik oanfoljende figueren 9b en c.Dizze wizigingen wurde dúdlik sjoen as de konsintraasje fan 'e MG-oplossing ôfnimt.De spektrale feroarings dy't troch alle trije magnetyske koalstoffen berikt waarden lykwols genôch om de methylene blauwe kleurstof te ferwiderjen.
Op grûn fan Tabel 3 binne de resultaten foar it bedrach fan adsorbearre MC en it persintaazje fan adsorbearre MC werjûn yn Fig.Underwilens toande it adsorpsjonspersintaazje as MB-ferwideringsrate (MBR) in tsjinoerstelde trend doe't de inisjele konsintraasje ferhege.By legere initial MC-konsintraasjes bleaunen unbesette aktive plakken op it adsorbint oerflak.As de kleurstofkonsintraasje tanimt, sil it oantal net besette aktive siden beskikber foar de adsorpsje fan kleurstofmolekulen ôfnimme.Oaren hawwe konkludearre dat ûnder dizze betingsten sêding fan 'e aktive plakken fan biosorption sil wurde berikt72.
Spitigernôch foar MNC10, MBR ferhege en fermindere nei 10 ppm fan MB oplossing.Tagelyk wurdt mar in hiel lyts part fan MG adsorbearre.Dit jout oan dat 10 ppm de optimale konsintraasje is foar MNC10-adsorpsje.Foar alle MNC's dy't yn dit wurk studearre, wie de folchoarder fan adsorpsjonskapasiteit as folget: MNC20> MNC15> MNC10, de gemiddelde wearden wiene 10.36 mg / g, 6.85 mg / g en 0.71 mg / g, de gemiddelde ferwidering fan MG-sifers wie 87, 79%, 62,26% en 5,75%.Sa toande MNC20 de bêste adsorpsje-kenmerken ûnder de synthesisearre magnetyske nanocarbons, rekken hâldend mei de adsorpsjekapasiteit en it UV-sichtbere spektrum.Hoewol de adsorpsjekapasiteit leger is yn ferliking mei oare magnetyske nanocarbons lykas MWCNT magnetyske komposite (11.86 mg / g) en halloysite nanotube-magnetyske Fe3O4 nanopartikels (18.44 mg / g), fereasket dizze stúdzje net it ekstra gebrûk fan in stimulant.Chemicals fungearje as katalysatoren.it leverjen fan skjinne en mooglike syntetyske metoaden73,74.
Lykas oanjûn troch de SBET-wearden fan 'e MNC's, leveret in hege spesifyk oerflak mear aktive siden foar de adsorpsje fan' e MB-oplossing.Dit wurdt ien fan 'e fûnemintele skaaimerken fan syntetyske nanocarbons.Tagelyk, troch de lytse grutte fan MNC's, is de syntezetiid koart en akseptabel, wat oerienkomt mei de wichtichste kwaliteiten fan belofte adsorbinten75.Yn ferliking mei konvinsjonele natuerlike adsorbents binne de synthesized MNC's magnetysk verzadigd en kinne maklik wurde fuortsmiten fan oplossing ûnder de aksje fan in ekstern magnetysk fjild76.Sa wurdt de tiid nedich foar it hiele behannelingproses fermindere.
Adsorpsje-isotermen binne essensjeel om it adsorpsjeproses te begripen en dan om te demonstrearjen hoe't de adsorbaat-partysjes tusken de floeibere en fêste fazen binne as lykwicht wurdt berikt.De Langmuir en Freundlich fergelikingen wurde brûkt as standert isotherm fergelikingen, dy't ferklearje it meganisme fan adsorption, lykas werjûn yn figuer 7. De Langmuir model goed toant de foarming fan in inkele adsorbate laach op it bûtenste oerflak fan de adsorbent.Isotermen wurde it bêste omskreaun as homogene adsorpsjonsflakken.Tagelyk stelt de Freundlich isotherm it bêste de dielname fan ferskate adsorbintregio's en de adsorpsjonenerzjy yn it drukken fan it adsorbaat nei in inhomogene oerflak.
Model isotherm foar Langmuir isotherm (a–c) en Freundlich isotherm (d–f) foar MNC10, MNC15 en MNC20.
Adsorpsje-isotermen by lege oploste konsintraasjes binne meast lineêr77.De lineêre foarstelling fan it Langmuir isotherm model kin útdrukt wurde yn in fergeliking.1 Bepale adsorpsjonsparameters.
KL (l/mg) is in Langmuir-konstante dy't de binende affiniteit fan MB oan MNC fertsjintwurdiget.Underwilens is qmax de maksimale adsorpsjonskapasiteit (mg / g), qe is de adsorbearre konsintraasje fan MC (mg / g), en Ce is de lykwichtskonsintraasje fan 'e MC-oplossing.De lineêre ekspresje fan it Freundlich isothermmodel kin as folget beskreaun wurde:
Post tiid: Febrewaris 16-2023