view in publisher's site

Removal of Oxytetracycline by Graphene oxide and Boron-doped Reduced Graphene Oxide: A combined Density Function Theory, molecular dynamics simulation and experimental study

Highlights•GO was successfully synthesized, reduced and doped with boric acid to obtain B-rGO.•The highest OTC adsorption rates were observed as 87% and 100% for GO and B-rGO.•The maximum adsorption capacities were 130.4 and 83.9 mg/g for GO and B-rGO.•MD showed that adsorption is formed by π-π interactions and physical adsorption.•DFT calculations and MD showed a good correlation with experimental results.AbstractGraphene-based nanomaterials have demonstrated great potential in the field of environmental applications, especially on water treatment processes. Accordingly, herein, in order to be used as adsorbent in the removal of oxytetracycline (OTC), graphene oxide (GO) and boron doped reduced graphene oxide (B-rGO) was investigated. GO was obtained through the oxidation/exfoliation process using the modified Hummers’ Method and further etched by a thermal annealing approach to obtain B-rGO, utilizing boric acid as boron source for the study. FT-IR, TEM and XRD were used to characterize the morphology properties of GO and B-rGO and confirm the success of these synthesis. To evaluate the degradation potential of OTC by GO and B-rGO, pH of the sample, GO and B-rGO concentration, initial OTC concentration, reaction time and temperature has been selected as effective parameters. Based on the obtained experimental results GO and B-rGO were found to possess favorable adsorption efficiencies reaching 86% and 100 % for GO and B-rGO, respectively, rapidly uptake rate with up to 85% of total removal occurring within the initial 10 min. In addition, it is noteworthy that OTC removal from solution was strongly dependent on pH but independent of temperature. The classical isotherm and kinetic adsorption models suggested that the process perfectly conformed to Freundlich and Pseudo-second-order model (R2 ≥ 0.95). Furthermore, density functional theory (DFT) simulation performed at the B3PW91 level of theory as well as a topological analysis were introduced to elucidate theoretically the interfacial interaction at the molecular-scale associated with OTC sorption on both adsorbents.Graphical abstractDownload : Download high-res image (236KB)Download : Download full-size image

حذف اکسی تتراسایکلین توسط اکسید گرافن و اکسید گرافن آلاییده با بور: یک نظریه تابع چگالی ترکیبی، شبیه‌سازی دینامیک مولکولی و مطالعه تجربی

نکات برجسته: GO با موفقیت سنتز، احیا و با اسید بوریک برای به دست آوردن B - rGO آلاییده شد. بالاترین نرخ جذب OTC برای GO و B - rGO به ترتیب ۸۷ % و ۱۰۰ % مشاهده شد. حداکثر ظرفیت جذب برای GO و B - rGO به ترتیب ۱۳۰.۴ و ۸۳.۹ میلی‌گرم بر گرم بود. * MD نشان داد که جذب توسط برهمکنش‌های π - π و جذب فیزیکی شکل می‌گیرد. محاسبات DFT و MD همبستگی خوبی با نتایج تجربی نشان دادند. نانومواد مبتنی بر گرافن پتانسیل زیادی را در زمینه کاربردهای محیطی به ویژه در فرآیندهای تصفیه آب نشان داده‌اند. بر این اساس، در اینجا به منظور استفاده به عنوان جاذب در حذف اکسی تتراسایکلین (OTC)، اکسید گرافن (GO)و اکسید گرافن کاهش‌یافته دوپ شده با بور (B - rGO)مورد بررسی قرار گرفت. GO از طریق فرآیند اکسیداسیون / پوسته‌پوسته شدن با استفاده از روش هامرز اصلاح‌شده به دست آمد و سپس با یک روش تابکاری حرارتی برای به دست آوردن B - rGO با استفاده از منبع اسید بوریک به عنوان بور برای مطالعه، حکاکی شد. FT - IR، TEM و XRD برای مشخص کردن ویژگی‌های مورفولوژی GO و B - rGO و تایید موفقیت این سنتز مورد استفاده قرار گرفتند. برای ارزیابی پتانسیل تخریب OTC با GO و B - rGO، pH نمونه، GO و B - rGO، غلظت اولیه OTC، زمان واکنش و دما به عنوان پارامترهای موثر انتخاب شده‌اند. براساس نتایج تجربی به‌دست‌آمده GO و B - rGO دارای راندمان جذب مطلوبی بودند که به ترتیب به ۸۶ % و ۱۰۰ % برای GO و B - rGO می‌رسید، نرخ جذب سریع تا ۸۵ % از کل حذف در ۱۰ دقیقه اولیه اتفاق افتاد. علاوه بر این، قابل‌توجه است که حذف OTC از محلول به شدت وابسته به pH اما مستقل از دما بود. مدل‌های جذب ایزوترم و سینتیک کلاسیک نشان می‌دهند که فرآیند به طور کامل با مدل مرتبه دوم فروندلیچ و شبه مرتبه دوم (R۲۰)مطابقت دارد. ۹۵). علاوه بر این، شبیه‌سازی نظریه تابعی چگالی (DFT)اجرا شده در سطح تیوری B۳PW۹۱ و همچنین تجزیه و تحلیل توپولوژیکی برای توضیح نظری تعامل بین سطحی در مقیاس مولکولی مرتبط با جذب OTC در هر دو برج جذب معرفی شد.
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.