Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Að auki, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Sýnir hringekju með þremur skyggnum í einu.Notaðu Fyrri og Næsta hnappana til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu, eða notaðu sleðahnappana í lokin til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu.
Tilvist málma sem gefa frá sér örbylgjugeislun er umdeild vegna þess að málmar kvikna auðveldlega.En það sem er athyglisvert er að rannsakendur komust að því að bogalosunarfyrirbærið býður upp á vænlega leið fyrir myndun nanóefna með því að kljúfa sameindir.Þessi rannsókn er að þróa eins þrepa en samt hagkvæma gerviaðferð sem sameinar örbylgjuhitun og rafboga til að breyta hrári pálmaolíu í segulmagnað nanókolefni (MNC), sem hægt er að líta á sem nýjan valkost fyrir framleiðslu pálmaolíu.Það felur í sér myndun miðils með varanlega vafnum ryðfríu stáli vír (rafmagnsmiðill) og ferrósen (hvata) við óvirkar aðstæður að hluta.Þessi aðferð hefur verið sýnd með góðum árangri fyrir hitun á hitabilinu frá 190,9 til 472,0°C með ýmsum nýmyndunartímum (10-20 mín).Nýútbúin MNC sýndu kúlur með meðalstærð 20,38–31,04 nm, mesoporous byggingu (SBET: 14,83–151,95 m2/g) og hátt innihald af föstu kolefni (52,79–71,24 wt.%), auk D og G bönd (ID/g) 0,98–0,99.Myndun nýrra toppa í FTIR litrófinu (522,29–588,48 cm–1) ber vitni um tilvist FeO efnasambanda í ferróseni.Segulmælar sýna mikla segulmettun (22,32–26,84 emu/g) í járnsegulfræðilegum efnum.Sýnt hefur verið fram á notkun MNCs í skólphreinsun með því að meta aðsogsgetu þeirra með því að nota metýlenblátt (MB) aðsogspróf við mismunandi styrkleika frá 5 til 20 ppm.MNCs sem fengust á nýmyndunartímanum (20 mín) sýndu hæstu aðsogsvirkni (10,36 mg/g) samanborið við önnur og MB litarfjarlægingin var 87,79%.Þess vegna eru Langmuir gildin ekki bjartsýn samanborið við Freundlich gildi, þar sem R2 er um 0,80, 0,98 og 0,99 fyrir MNCs sem eru mynduð eftir 10 mín (MNC10), 15 mín (MNC15) og 20 mín (MNC20) í sömu röð.Þar af leiðandi er aðsogskerfið í misleitu ástandi.Þess vegna býður örbylgjuofnboga upp á efnilega aðferð til að breyta CPO í MNC, sem getur fjarlægt skaðleg litarefni.
Örbylgjugeislun getur hitað innstu hluta efna með sameindavíxlverkun rafsegulsviða.Þessi örbylgjusvörun er einstök að því leyti að hún stuðlar að hraðri og samræmdri hitasvörun.Þannig er hægt að flýta fyrir hitunarferlinu og auka efnahvörf2.Á sama tíma, vegna styttri viðbragðstíma, getur örbylgjuofnhvarfið að lokum framleitt vörur af miklum hreinleika og mikilli ávöxtun3,4.Vegna ótrúlegra eiginleika sinna auðveldar örbylgjugeislun áhugaverða örbylgjumyndun sem er notuð í mörgum rannsóknum, þar á meðal efnahvörf og myndun nanóefna5,6.Í upphitunarferlinu gegna rafeiginleikar viðtakans inni í miðlinum afgerandi hlutverki, þar sem það skapar heitan blett í miðlinum, sem leiðir til myndunar nanókolefna með mismunandi formgerð og eiginleika.Rannsókn eftir Omoriyekomwan o.fl.Framleiðsla á holum kolefnis nanófrefjum úr pálmakjörnum með virku koli og köfnunarefni8.Að auki ákváðu Fu og Hamid notkun á hvata til framleiðslu á olíupálmatrefjavirku kolefni í 350 W9 örbylgjuofni.Þess vegna er hægt að nota svipaða nálgun til að umbreyta hrári pálmaolíu í MNCs með því að kynna viðeigandi hreinsiefni.
Áhugavert fyrirbæri hefur sést á milli örbylgjugeislunar og málma með beittum brúnum, punktum eða undirörsjárfræðilegum ójöfnum10.Tilvist þessara tveggja hluta verður fyrir áhrifum af rafboga eða neista (almennt nefnt ljósbogaútskrift)11,12.Boginn mun stuðla að myndun staðbundnari heitra bletta og hafa áhrif á hvarfið og þar með bætt efnasamsetningu umhverfisins13.Þetta sérstaka og áhugaverða fyrirbæri hefur vakið athygli á ýmsum rannsóknum eins og að fjarlægja mengunarefni14,15, sprungu lífmassa tjöru16, örbylgjuaðstoð við pyrolysis17,18 og efnismyndun19,20,21.
Nýlega hafa nanókolefni eins og kolefni nanórör, kolefni nanókúlur og breytt minnkað grafenoxíð vakið athygli vegna eiginleika þeirra.Þessi nanókolefni hafa mikla möguleika fyrir notkun, allt frá orkuframleiðslu til vatnshreinsunar eða afmengunar23.Auk þess er krafist framúrskarandi kolefniseiginleika en á sama tíma þarf góða segulmagnaðir eiginleikar.Þetta er mjög gagnlegt fyrir fjölnota notkun, þar á meðal mikið aðsog málmjóna og litarefna í skólphreinsun, segulmagnaðir breytingar í lífeldsneyti og jafnvel afkastamikil örbylgjuofnabsorbent24,25,26,27,28.Á sama tíma hafa þessi kolefni annan kost, þar á meðal aukningu á yfirborði virks svæðis sýnisins.
Undanfarin ár hafa rannsóknir á segulmagnuðum nanókolefnisefnum farið vaxandi.Venjulega eru þessi segulmagnaðir nanókolefni fjölnota efni sem innihalda segulmagnaðir efni í nanóstærð sem geta valdið því að ytri hvatar hvarfast, svo sem ytri rafstöðueiginleikar eða segulsvið til skiptis29.Vegna segulmagnaðir eiginleika þeirra er hægt að sameina segulmagnaðir nanókolefni með fjölbreyttu úrvali virkra efna og flókinna mannvirkja fyrir hreyfingarleysi30.Á sama tíma sýna segulmagnaðir nanókolefni (MNCs) framúrskarandi skilvirkni við að aðsoga mengunarefni úr vatnslausnum.Að auki getur hið mikla sértæka yfirborð og svitahola sem myndast í MNCs aukið aðsogsgetu31.Segulskiljur geta aðskilið MNCs frá mjög hvarfgjarnum lausnum og breytt þeim í hagkvæmt og viðráðanlegt sorbent32.
Nokkrir vísindamenn hafa sýnt fram á að hægt er að framleiða hágæða nanókolefni með því að nota hrá pálmaolíu33,34.Pálmaolía, vísindalega þekkt sem Elais Guneensis, er talin vera ein af mikilvægu matarolíunum með framleiðslu upp á um 76,55 milljónir tonna árið 202135. Hrá pálmaolía eða CPO inniheldur jafnvægishlutfall ómettaðra fitusýra (EFA) og mettaðra fitusýra (Peningamálayfirvöld í Singapúr).Flest kolvetnin í CPO eru þríglýseríð, glýseríð sem samanstendur af þremur þríglýseríðasetatþáttum og einum glýserólhluta36.Hægt er að alhæfa þessi kolvetni vegna mikils kolefnisinnihalds, sem gerir þau að hugsanlegum grænum undanfara nanókolefnaframleiðslu37.Samkvæmt bókmenntum eru CNT37,38,39,40, kolefnisnanokúlur33,41 og grafen34,42,43 venjulega framleiddar með því að nota hrápálmaolíu eða matarolíu.Þessi nanókolefni hafa mikla möguleika í notkun, allt frá orkuframleiðslu til vatnshreinsunar eða afmengunar.
Hitamyndun eins og CVD38 eða pyrolysis33 er orðin hagstæð aðferð við niðurbrot pálmaolíu.Því miður hækkar hár hiti í ferlinu framleiðslukostnaðinn.Framleiðsla á ákjósanlegu efni 44 krefst langra, leiðinlegra aðgerða og hreinsunaraðferða.Hins vegar er óneitanlega þörf fyrir líkamlegan aðskilnað og sprungur vegna góðs stöðugleika hráar pálmaolíu við háan hita45.Þess vegna þarf enn hærra hitastig til að breyta hrári pálmaolíu í kolefnisrík efni.Líta má á vökvabogann sem besta möguleikann og nýja aðferðina til að búa til segulmagnaðir nanókolefni 46 .Þessi nálgun veitir beina orku fyrir forefni og lausnir í mjög spenntum ríkjum.Bogalosun getur valdið því að kolefnistengin í hrári pálmaolíu rofna.Hins vegar gæti rafskautabilið sem notað er þurft að uppfylla strangar kröfur, sem mun takmarka iðnaðarskalann, svo enn þarf að þróa skilvirka aðferð.
Eftir því sem við best vitum eru rannsóknir á ljósbogaútskrift með örbylgjuofnum sem aðferð til að búa til nanókolefni takmarkaðar.Á sama tíma hefur notkun á hrári pálmaolíu sem undanfara ekki verið könnuð til hlítar.Þess vegna miðar þessi rannsókn að því að kanna möguleikann á því að framleiða segulmagnaðir nanókolefni úr hráum forverum pálmaolíu með því að nota rafboga með örbylgjuofni.Gnægð pálmaolíu ætti að endurspeglast í nýjum vörum og notkun.Þessi nýja nálgun við hreinsun pálmaolíu gæti hjálpað til við að efla efnahagsgeirann og vera önnur tekjulind fyrir pálmaolíuframleiðendur, sérstaklega hafði áhrif á pálmaolíuplöntur smábænda.Samkvæmt rannsókn Ayompe o.fl. á afrískum smábændum græða smábændur aðeins meiri peninga ef þeir vinna ferska ávaxtaklasa sjálfir og selja hráa pálmaolíu frekar en að selja hana til milliliða, sem er kostnaðarsamt og leiðinlegt starf47.Á sama tíma hefur aukin lokun verksmiðja vegna COVID-19 haft áhrif á pálmaolíu-undirstaða notkunarvörur.Athyglisvert er að þar sem flest heimili hafa aðgang að örbylgjuofnum og aðferðin sem lögð er til í þessari rannsókn getur talist framkvæmanleg og á viðráðanlegu verði, er hægt að líta á MNC framleiðslu sem valkost við pálmaolíuplantekjur í litlum mæli.Á sama tíma, í stærri mæli, geta fyrirtæki fjárfest í stórum kjarnakljúfum til að framleiða stór TNC.
Þessi rannsókn nær aðallega yfir nýmyndunarferlið með því að nota ryðfríu stáli sem rafmagnsmiðil í mismunandi tíma.Flestar almennar rannsóknir þar sem örbylgjuofnar og nanókolefni eru notaðar benda til þess að viðunandi nýmyndunartími sé 30 mínútur eða meira33,34.Til þess að styðja við aðgengilega og framkvæmanlega hagnýta hugmynd, miðaði þessi rannsókn að því að fá MNCs með undir meðaltali nýmyndunartíma.Jafnframt dregur rannsóknin upp mynd af tækniviðbúnaðarstigi 3 þar sem kenningin er sönnuð og útfærð á rannsóknarstofukvarða.Síðar einkenndust MNCs sem mynduðust af eðlisfræðilegum, efnafræðilegum og segulmagnaðir eiginleikar þeirra.Metýlenblátt var síðan notað til að sýna fram á aðsogsgetu MNCs sem mynduðust.
Hrá pálmaolía var fengin frá Apas Balung Mill, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau, og er notað sem kolefnisforveri fyrir myndun.Í þessu tilviki var ryðfrítt stálvír með þvermál 0,90 mm notaður sem rafmagnsmiðill.Ferrocene (hreinleiki 99%), fengið frá Sigma-Aldrich, Bandaríkjunum, var valið sem hvati í þessari vinnu.Metýlenblátt (Bendosen, 100 g) var frekar notað í aðsogstilraunir.
Í þessari rannsókn var heimilisörbylgjuofni (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) breytt í örbylgjuofn.Þrjú göt voru gerð í efri hluta örbylgjuofnsins fyrir inntak og úttak gass og hitatengi.Hitaeinangrarnir voru einangraðir með keramikrörum og settir við sömu aðstæður fyrir hverja tilraun til að koma í veg fyrir slys.Á meðan var bórsílíkatglerkljúfur með þriggja holu loki notaður til að koma fyrir sýnunum og barkanum.Hægt er að vísa til skýringarmyndar af örbylgjuofni á aukamynd 1.
Með því að nota hráa pálmaolíu sem forvera kolefnis og ferrósen sem hvata voru segulmagnaðir nanókolefni smíðaðir.Um það bil 5% miðað við þyngd af ferrósenhvatanum voru framleidd með slurry hvataaðferðinni.Ferróseni var blandað saman við 20 ml af hrári pálmaolíu við 60 snúninga á mínútu í 30 mínútur.Blandan var síðan flutt í súrálsdeiglu og 30 cm langur ryðfríur stálvír var spólaður og settur lóðrétt inn í deigluna.Settu súráldeigluna í glerofninn og festu hana örugglega inni í örbylgjuofninum með lokuðu glerloki.Köfnunarefni var blásið inn í hólfið 5 mínútum áður en hvarfið hófst til að fjarlægja óæskilegt loft úr hólfinu.Örbylgjuaflið hefur verið aukið í 800W vegna þess að þetta er hámarks örbylgjuaflið sem getur viðhaldið góðri ljósbogabyrjun.Þess vegna getur þetta stuðlað að því að skapa hagstæð skilyrði fyrir tilbúið viðbrögð.Á sama tíma er þetta einnig mikið notað aflsvið í vöttum fyrir örbylgjuofnsamrunahvörf48,49.Blandan var hituð í 10, 15 eða 20 mínútur meðan á hvarfinu stóð.Eftir að hvarfinu var lokið voru reactor og örbylgjuofn náttúrulega kæld niður í stofuhita.Lokaafurðin í súráldeiglunni var svart botnfall með þyrillaga vírum.
Svarta botnfallinu var safnað saman og þvegið nokkrum sinnum til skiptis með etanóli, ísóprópanóli (70%) og eimuðu vatni.Eftir þvott og hreinsun er varan þurrkuð yfir nótt við 80°C í hefðbundnum ofni til að gufa upp óæskileg óhreinindi.Varan var síðan safnað saman til að lýsa henni.Sýni merkt MNC10, MNC15 og MNC20 voru notuð til að búa til segulmagnaðir nanókolefni í 10 mínútur, 15 mínútur og 20 mínútur.
Fylgstu með MNC formgerð með rafeindasmásjá eða FESEM (Zeiss Auriga líkan) við 100 til 150 kX stækkun.Á sama tíma var frumefnasamsetningin greind með orkudreifandi röntgengreiningu (EDS).EMF greiningin var framkvæmd í 2,8 mm vinnufjarlægð og hröðunarspennu 1 kV.Sérstakt yfirborðsflatarmál og MNC svitaholagildi voru mæld með Brunauer-Emmett-Teller (BET) aðferðinni, þar á meðal aðsog-afsogsjafnhiti N2 við 77 K. Greiningin var framkvæmd með því að nota líkan yfirborðsflatarmælis (MICROMERITIC ASAP 2020) .
Kristöllun og fasi segulmagnaðir nanókolefna voru ákvörðuð með röntgenduftdiffraction eða XRD (Burker D8 Advance) við λ = 0,154 nm.Diffractograms voru skráð á milli 2θ = 5 og 85° við skannahraða 2° mín-1.Að auki var efnafræðileg uppbygging MNCs rannsökuð með Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).Greiningin var gerð með Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400 með skannahraða á bilinu 4000 til 400 cm-1.Við rannsókn á byggingareiginleikum segulmagnaðra nanókolefna var Raman litrófsspeglun framkvæmd með neodymium-dópaður leysir (532 nm) í U-RAMAN litrófsgreiningu með 100X hlutlægu.
Titringssegulmælir eða VSM (Lake Shore 7400 röð) var notaður til að mæla segulmettun járnoxíðs í MNCs.Segulsvið upp á um 8 kOe var notað og 200 stig fengust.
Þegar verið er að rannsaka möguleika MNCs sem aðsogsefna í aðsogstilraunum var katjóníska litarefnið metýlenblátt (MB) notað.MNCs (20 mg) var bætt við 20 ml af vatnslausn af metýlenbláu með staðalstyrk á bilinu 5–20 mg/L50.pH lausnarinnar var stillt á hlutlaust pH 7 alla rannsóknina.Lausnin var hrærð vélrænt við 150 snúninga á mínútu og 303,15 K á snúningshristara (Lab Companion: SI-300R).MNC eru síðan aðskilin með segul.Notaðu UV-sýnilegan litrófsmæli (Varian Cary 50 UV-Vis litrófsmælir) til að fylgjast með styrk MB lausnarinnar fyrir og eftir aðsogstilraunina og vísaðu til metýlenbláa staðalferilsins við hámarksbylgjulengd 664 nm.Tilraunin var endurtekin þrisvar sinnum og meðalgildi gefið upp.Fjarlæging MG úr lausninni var reiknuð út með því að nota almennu jöfnuna fyrir magn MC sem aðsogað var við jafnvægi qe og prósentu af brottnámi.
Tilraunir á aðsogsjafnhitanum voru einnig gerðar með hræringu í ýmsum styrkjum (5–20 mg/l) af MG lausnum og 20 mg af aðsogsefninu við stöðugt hitastig 293,15 K. mg fyrir öll MNC.
Járn og segulkolefni hafa verið mikið rannsökuð á undanförnum áratugum.Þessi kolefnisbundna segulmagnaðir efni vekja aukna athygli vegna framúrskarandi rafsegulfræðilegra eiginleika þeirra, sem leiða til ýmissa hugsanlegra tæknilegra nota, aðallega í rafmagnstækjum og vatnsmeðferð.Í þessari rannsókn voru nanókolefni mynduð með því að sprunga kolvetni í hrári pálmaolíu með því að nota örbylgjuofn.Nýmyndunin var framkvæmd á mismunandi tímum, frá 10 til 20 mínútum, í föstu hlutfalli (5:1) af forefni og hvata, með því að nota málmstraumsaflara (snúinn SS) og að hluta til óvirkur (óæskilegt loft hreinsað með köfnunarefni við upphaf tilraunarinnar).Kolefnisútfellingarnar sem myndast eru í formi svarts dufts í föstu formi, eins og sýnt er á aukamynd 2a.Afrakstur útfellds kolefnis var um það bil 5,57%, 8,21% og 11,67% við nýmyndunartíma 10 mínútur, 15 mínútur og 20 mínútur, í sömu röð.Þessi atburðarás bendir til þess að lengri nýmyndunartími stuðli að meiri uppskeru51—lítil uppskera, líklega vegna stutts viðbragðstíma og lítillar hvatavirkni.
Á sama tíma er hægt að vísa til söguþræðis um myndun hitastigs á móti tíma fyrir nanókolefnin sem fengust á aukamynd 2b.Hæsti hiti sem fékkst fyrir MNC10, MNC15 og MNC20 var 190,9°C, 434,5°C og 472°C, í sömu röð.Fyrir hverja feril má sjá bratta halla sem gefur til kynna stöðuga hækkun hitastigs inni í kjarnaofanum vegna hita sem myndast við málmbogann.Þetta sést eftir 0-2 mín, 0-5 mín og 0-8 mín fyrir MNC10, MNC15 og MNC20, í sömu röð.Eftir að ákveðnum punkti er náð heldur hallinn áfram að sveima upp í hæsta hitastig og hallinn verður í meðallagi.
Útstreymisskönnun rafeindasmásjár (FESEM) var notuð til að fylgjast með yfirborðs landslagi MNC sýnanna.Eins og sýnt er á mynd.1, segulmagnaðir nanókolefni hafa örlítið mismunandi formfræðilega uppbyggingu á mismunandi tíma myndunar.Myndir af FESEM MNC10 á mynd.1a,b sýna að myndun kolefniskúla samanstendur af flæktum og áföstum ör- og nanókúlum vegna mikillar yfirborðsspennu.Á sama tíma leiðir nærvera van der Waals krafta til samsöfnunar kolefniskúla52.Aukinn nýmyndunartími leiddi til smærri stærða og aukningar á fjölda kúla vegna lengri sprunguviðbragða.Á mynd.1c sýnir að MNC15 hefur næstum fullkomna kúlulaga lögun.Hins vegar geta samansafnaðar kúlur enn myndað mesópór, sem síðar geta orðið góðir staðir fyrir metýlenblátt aðsog.Við mikla stækkun upp á 15.000 sinnum á mynd 1d má sjá fleiri kolefniskúlur þéttbýli með meðalstærð 20,38 nm.
FESEM myndir af tilbúnum nanókolefnum eftir 10 mín (a, b), 15 mín (c, d) og 20 mín (e–g) við 7000 og 15000 sinnum stækkun.
Á mynd.1e–g MNC20 sýnir þróun svitahola með litlum kúlum á yfirborði segulkolefnis og setur saman formgerð segulvirks kolefnis53.Svitahola með mismunandi þvermál og breidd eru af handahófi staðsett á yfirborði segulkolefnis.Þess vegna gæti þetta útskýrt hvers vegna MNC20 sýndi meira yfirborðsflatarmál og svitaholarúmmál eins og sýnt er með BET greiningu, þar sem fleiri svitaholur mynduðust á yfirborði þess en á öðrum gervitíma.Örmyndir sem teknar voru með mikilli stækkun 15.000 sinnum sýndu ósamstæðar kornastærðir og óregluleg lögun, eins og sýnt er á mynd 1g.Þegar vaxtartíminn var aukinn í 20 mínútur mynduðust þéttari kúlur.
Athyglisvert er að snúnar kolefnisflögur fundust einnig á sama svæði.Þvermál kúlanna var breytilegt frá 5,18 til 96,36 nm.Þessi myndun gæti stafað af því að mismunakjarnamyndun kemur fram, sem er auðveldað af háum hita og örbylgjuofnum.Reiknuð kúlustærð tilbúnu MNCs var að meðaltali 20,38 nm fyrir MNC10, 24,80 nm fyrir MNC15 og 31,04 nm fyrir MNC20.Stærðardreifing kúla er sýnd á aukamynd.3.
Viðbótarmynd 4 sýnir EDS litróf og frumefnasamsetningu samantekt MNC10, MNC15 og MNC20, í sömu röð.Samkvæmt litrófinu kom fram að hvert nanókolefni inniheldur mismunandi magn af C, O og Fe.Þetta er vegna hinna ýmsu oxunar- og sprunguhvarfa sem eiga sér stað á viðbótar nýmyndunartímanum.Talið er að mikið magn af C komi frá forvera kolefnisins, hrári pálmaolíu.Á sama tíma er lágt hlutfall O vegna oxunarferlisins við myndun.Á sama tíma er Fe rakið til járnoxíðs sem sett er á nanókolefnisyfirborðið eftir ferrósenbrot.Að auki sýnir viðbótarmynd 5a–c kortlagningu MNC10, MNC15 og MNC20 þátta.Byggt á grundvallarkortlagningu kom í ljós að Fe dreifist vel yfir MNC yfirborðið.
Nitur aðsog-afsogsgreining veitir upplýsingar um aðsogskerfi og gljúpa uppbyggingu efnisins.N2 aðsogsjafnhitar og línurit af MNC BET yfirborðinu eru sýnd á myndum.2. Byggt á FESEM myndunum er gert ráð fyrir að aðsogshegðun sýni blöndu af örgjúpum og mesoporous byggingum vegna samloðunarinnar.Hins vegar sýnir línuritið á mynd 2 að aðsogsefnið líkist tegund IV jafnhita og tegund H2 hysteresis lykkju af IUPAC55.Þessi tegund jafnhita er oft svipuð og í mesoporous efni.Aðsogshegðun mesópóra ræðst venjulega af samspili aðsogs-aðsogsviðbragða við sameindir þétta efnisins.S-laga eða S-laga aðsogsjafnhitar eru venjulega af völdum eins lags fjöllaga aðsogs sem fylgt er eftir af fyrirbæri þar sem gas þéttist í vökvafasa í svitaholum við þrýsting undir mettunarþrýstingi magnvökvans, þekktur sem svitaþétting 56. Háræðaþétting í svitaholum á sér stað við hlutfallslegan þrýsting (p/po) yfir 0,50.Á sama tíma sýnir hin flókna svitahola uppbygging H2-gerð hysteresis, sem er rakin til stíflunar eða leka í þröngum svitaholasviði.
Eðlisfræðilegar breytur yfirborðsins sem fengust úr BET prófunum eru sýndar í töflu 1. BET yfirborðsflatarmál og heildarholarúmmál jókst verulega með auknum myndun tíma.Meðalholastærðir MNC10, MNC15 og MNC20 eru 7,2779 nm, 7,6275 nm og 7,8223 nm, í sömu röð.Samkvæmt ráðleggingum IUPAC er hægt að flokka þessar millisvitaholur sem mesoporous efni.Mesoporous uppbyggingin getur gert metýlenblátt auðveldara gegndræpi og aðsoganlegt af MNC57.Hámarksmyndunartími (MNC20) sýndi hæsta yfirborðsflatarmálið, þar á eftir komu MNC15 og MNC10.Hærra BET yfirborð getur bætt aðsogsvirkni þar sem fleiri yfirborðsvirk efni eru tiltæk.
Röntgengeislunarmynstur tilbúnu MNCs eru sýnd á mynd 3. Við háan hita sprungur ferrocen einnig og myndar járnoxíð.Á mynd.3a sýnir XRD mynstur MNC10.Það sýnir tvo toppa við 2θ, 43,0° og 62,32°, sem er úthlutað til ɣ-Fe2O3 (JCPDS #39–1346).Á sama tíma hefur Fe3O4 tognaðan topp við 2θ: 35,27°.Á hinn bóginn, í MHC15 sveiflumynstrinu á mynd 3b sýnir nýja toppa, sem líklegast tengjast hækkun á hitastigi og myndun tíma.Þrátt fyrir að 2θ: 26.202° toppurinn sé minna ákafur, er sveiflumynstrið í samræmi við grafít JCPDS skrána (JCPDS #75–1621), sem gefur til kynna nærveru grafítkristalla í nanókolefninu.Þessi toppur er ekki til í MNC10, hugsanlega vegna lágs ljósbogahitastigs við myndun.Við 2θ eru þrír tímatoppar: 30.082°, 35.502°, 57.422° sem rekja má til Fe3O4.Það sýnir einnig tvo toppa sem gefa til kynna nærveru ɣ-Fe2O3 við 2θ: 43.102° og 62.632°.Fyrir MNC sem er búið til í 20 mínútur (MNC20), eins og sýnt er á mynd 3c, má sjá svipaða dreifingarmynstur í MNK15.Myndræna toppinn við 26.382° má einnig sjá í MNC20.Þrír skarpu topparnir sýndir við 2θ: 30.102°, 35.612°, 57.402° eru fyrir Fe3O4.Að auki er tilvist ε-Fe2O3 sýnd við 2θ: 42,972° og 62,61.Tilvist járnoxíðsambanda í MNCs sem myndast getur haft jákvæð áhrif á getu til að aðsogast metýlenblá í framtíðinni.
Eiginleikar efnatengis í MNC og CPO sýnunum voru ákvörðuð út frá FTIR endurkastsrófinu á aukamynd 6. Upphaflega voru sex mikilvægir toppar hráar pálmaolíu fulltrúar fjóra mismunandi efnafræðilega þætti eins og lýst er í viðbótartöflu 1. Grunntopparnir sem auðkenndir voru í CPO eru 2913,81 cm-1, 2840 cm-1 og 1463,34 cm-1, sem vísa til CH teygju titrings alkana og annarra alifatískra CH2 eða CH3 hópa.Tindaskógræktarmenn eru 1740,85 cm-1 og 1160,83 cm-1.Toppurinn við 1740,85 cm-1 er C=O tengi sem er framlengt með esterkarbónýli þríglýseríða virka hópsins.Á sama tíma er toppurinn 1160.83 cm-1 áletrun á útbreidda CO58.59 esterhópnum.Á sama tíma er toppurinn 813,54 cm-1 merking alkanhópsins.
Þess vegna hurfu sumir frásogstoppar í hrári pálmaolíu eftir því sem nýmyndunartíminn jókst.Enn má sjá toppa við 2913,81 cm-1 og 2840 cm-1 í MNC10, en það er athyglisvert að í MNC15 og MNC20 hafa topparnir tilhneigingu til að hverfa vegna oxunar.Á sama tíma leiddi FTIR greining á segulmagnuðum nanókolefnum í ljós nýmyndaða frásogstoppa sem tákna fimm mismunandi virka hópa MNC10-20.Þessir toppar eru einnig taldir upp í viðbótartöflu 1. Toppurinn við 2325,91 cm-1 er ósamhverfa CH teygja CH360 alifatíska hópsins.Toppurinn við 1463,34-1443,47 cm-1 sýnir CH2 og CH beygju á alifatískum hópum eins og pálmaolíu, en toppurinn fer að minnka með tímanum.Toppurinn við 813,54–875,35 cm–1 er áletrun á arómatíska CH-alkanhópnum.
Á sama tíma tákna topparnir við 2101,74 cm-1 og 1589,18 cm-1 CC 61 tengi sem mynda C=C alkýn og arómatíska hringi, í sömu röð.Lítill toppur við 1695,15 cm-1 sýnir C=O tengi fríu fitusýrunnar úr karbónýlhópnum.Það er fengið úr CPO karbónýli og ferróseni við myndun.Nýmyndaðir topparnir á bilinu 539,04 til 588,48 cm-1 tilheyra Fe-O titringstengi járns.Miðað við toppana sem sýndir eru á aukamynd 4 má sjá að nýmyndunartími getur dregið úr nokkrum toppum og endurbindingu í segulmagnuðum nanókólefnum.
Litrófsgreining á Raman-dreifingu segulmagnaðir nanókolefna sem fæst á mismunandi tímum nýmyndunar með því að nota innfallsleysi með bylgjulengd 514 nm er sýnd á mynd 4. Öll litróf MNC10, MNC15 og MNC20 samanstanda af tveimur sterkum böndum sem tengjast lágu sp3 kolefni, venjulega finnast í nanógrafítkristöllum með galla í titringshami kolefnistegunda sp262.Fyrsti toppurinn, sem er staðsettur á svæðinu 1333–1354 cm–1, táknar D bandið, sem er óhagstætt fyrir hugsjón grafít og samsvarar röskun í burðarvirki og öðrum óhreinindum63,64.Annar mikilvægasti toppurinn í kringum 1537–1595 cm-1 stafar af teygingu á tengingu í plani eða kristölluðum og skipulögðum grafítformum.Hins vegar færðist toppurinn um 10 cm-1 samanborið við grafít G bandið, sem gefur til kynna að MNCs hafi lága stöflunaröð og gallaða uppbyggingu.Hlutfallslegur styrkleiki D og G bandanna (ID/IG) er notaður til að meta hreinleika kristallíta og grafítsýna.Samkvæmt Raman litrófsgreiningu höfðu allir MNCs ID/IG gildi á bilinu 0,98–0,99, sem gefur til kynna byggingargalla vegna Sp3 blendingar.Þetta ástand getur útskýrt tilvist minna ákafa 2θ toppa í XPA litrófinu: 26,20° fyrir MNK15 og 26,28° fyrir MNK20, eins og sýnt er á mynd 4, sem er úthlutað til grafíttoppsins í JCPDS skránni.ID/IG MNC hlutföllin sem fást í þessari vinnu eru á bilinu annarra segulmagnaðir nanókolefna, til dæmis 0,85–1,03 fyrir vatnshitaaðferðina og 0,78–0,9665,66 fyrir hitagreiningaraðferðina.Þess vegna gefur þetta hlutfall til kynna að hægt sé að nota núverandi gerviaðferð víða.
Seguleiginleikar MNCs voru greindir með því að nota titringssegulmæli.Hysteresis sem myndast er sýnd á mynd 5.Að jafnaði öðlast MNC segulmagn sitt frá ferrocene við myndun.Þessir viðbótar segulmagnaðir eiginleikar geta aukið aðsogsgetu nanókefnis í framtíðinni.Eins og sýnt er á mynd 5 er hægt að bera kennsl á sýnin sem ofurparasegulefni.Samkvæmt Wahajuddin & Arora67 er ofurparasegulsviðið að sýnið er segulmagnað í mettunarsegulmögnun (MS) þegar ytra segulsviði er beitt.Seinna birtast leifar segulsamskipta ekki lengur í sýnunum67.Það er athyglisvert að mettunarsegulmyndunin eykst með nýmyndunartímanum.Athyglisvert er að MNC15 hefur hæstu segulmettun vegna þess að sterk segulmyndun (segulvæðing) getur stafað af ákjósanlegum nýmyndunartíma í viðurvist ytri seguls.Þetta getur verið vegna nærveru Fe3O4, sem hefur betri segulmagnaðir eiginleikar samanborið við önnur járnoxíð eins og ɣ-Fe2O.Röð aðsogsstundar mettunar á hverja massaeiningu MNCs er MNC15>MNC10>MNC20.Fengnar segulbreytur eru gefnar upp í töflu.2.
Lágmarksgildi segulmettunar þegar hefðbundnir seglar eru notaðir í segulskiljun er um 16,3 emu g-1.Geta MNCs til að fjarlægja mengunarefni eins og litarefni í vatnsumhverfinu og auðveld fjarlæging MNCs hafa orðið viðbótarþættir fyrir nanókolefnin sem fæst.Rannsóknir hafa sýnt að segulmettun LSM er talin vera mikil.Þannig náðu öll sýni segulmettunargildi meira en nægjanlegt fyrir segulmagnaðir aðskilnaðarferlið.
Nýlega hafa málmræmur eða vírar vakið athygli sem hvatar eða raforkuefni í örbylgjuofnsamrunaferlum.Örbylgjuviðbrögð málma valda háu hitastigi eða viðbrögðum innan kjarnaofnsins.Þessi rannsókn heldur því fram að oddurinn og skilyrt (vafinn) ryðfrítt stálvír auðvelda örbylgjuútskrift og málmhitun.Ryðfrítt stál hefur áberandi grófleika á oddinum, sem leiðir til mikils gildi yfirborðshleðsluþéttleika og ytra rafsviðs.Þegar hleðslan hefur fengið nægilega hreyfiorku munu hlaðnar agnirnar hoppa upp úr ryðfría stálinu, sem veldur því að umhverfið jónast og mynda útblástur eða neista 68 .Málmlosun leggur verulega sitt af mörkum til sprunguhvarfa lausna ásamt heitum blettum við háan hita.Samkvæmt hitakortinu á aukamynd 2b hækkar hitastigið hratt, sem gefur til kynna að háhitareitir séu til staðar auk sterks útfallsfyrirbærisins.
Í þessu tilviki sjást varmaáhrif þar sem veikt bundnar rafeindir geta hreyft sig og einbeitt sér að yfirborðinu og á oddinum69.Þegar ryðfríu stáli er vefjað hjálpar stórt yfirborð málmsins í lausninni að framkalla hvirfilstrauma á yfirborði efnisins og viðhalda hitaáhrifum.Þetta ástand hjálpar á áhrifaríkan hátt við að kljúfa langar kolefniskeðjur CPO og ferrocene og ferrocene.Eins og sýnt er á aukamynd 2b, gefur stöðugt hitastig til kynna að jöfn hitunaráhrif sjáist í lausninni.
Fyrirhuguð kerfi fyrir myndun MNCs er sýnd á viðbótarmynd 7. Langar kolefniskeðjur CPO og ferrocens byrja að sprunga við háan hita.Olían brotnar niður og myndar klofið kolvetni sem verða kolefnisforefni sem kallast kúlur á FESEM MNC1070 myndinni.Vegna orku umhverfisins og þrýstings 71 við aðstæður í andrúmslofti.Á sama tíma sprungur ferrósen einnig og myndar hvata úr kolefnisatómum sem sett eru á Fe.Hröð kjarnamyndun verður þá og kolefniskjarninn oxast og myndar myndlaust og grafítískt kolefnislag ofan á kjarnanum.Eftir því sem tíminn eykst verður stærð kúlans nákvæmari og einsleitari.Á sama tíma leiða núverandi van der Waals sveitir einnig til þéttbýlis sviða52.Við fækkun Fe jóna í Fe3O4 og ɣ-Fe2O3 (samkvæmt röntgenfasagreiningu) myndast ýmsar tegundir járnoxíða á yfirborði nanókolefna, sem leiðir til myndunar segulmagnaðra nanókolefna.EDS kortlagning sýndi að Fe atómin voru mjög dreifð yfir MNC yfirborðið, eins og sýnt er á aukamyndum 5a-c.
Munurinn er sá að við myndun tíma sem er 20 mínútur á sér stað kolefnissamsöfnun.Það myndar stærri svitahola á yfirborði MNCs, sem bendir til þess að MNCs geti talist virkt kolefni, eins og sýnt er á FESEM myndunum á mynd 1e–g.Þessi munur á svitaholastærðum gæti tengst framlagi járnoxíðs frá ferróseni.Á sama tíma, vegna hás hitastigs sem náðst hefur, eru aflöguð vog.Segulnanokolefni sýna mismunandi formgerð á mismunandi myndunartímum.Nanókolefni eru líklegri til að mynda kúlulaga form með styttri nýmyndunartíma.Jafnframt er hægt að ná svitahola og hreistur, þó munurinn á nýmyndunartíma sé aðeins innan 5 mínútna.
Segulnanokolefni geta fjarlægt mengunarefni úr vatnsumhverfinu.Hæfni þeirra til að vera auðveldlega fjarlægð eftir notkun er viðbótarþáttur til að nota nanókolefnin sem fæst í þessu verki sem aðsogsefni.Við rannsókn á aðsogseiginleikum segulmagnaðir nanókolefna könnuðum við getu MNCs til að aflita metýlenbláar (MB) lausnir við 30°C án þess að breyta pH.Nokkrar rannsóknir hafa komist að þeirri niðurstöðu að frammistaða kolefnisgleypna á hitabilinu 25–40 °C gegni ekki mikilvægu hlutverki við að ákvarða MC fjarlægingu.Þrátt fyrir að mikil pH-gildi gegni mikilvægu hlutverki geta hleðslur myndast á yfirborðsvirkum hópum, sem leiðir til truflunar á samspili aðsogs og aðsogsefnis og hefur áhrif á aðsog.Þess vegna voru ofangreind skilyrði valin í þessari rannsókn með hliðsjón af þessum aðstæðum og þörfinni fyrir dæmigerða skólphreinsun.
Í þessari vinnu var gerð lotuaðsogstilraun með því að bæta 20 mg af MNC í 20 ml af vatnslausn af metýlenbláu með ýmsum stöðluðum upphafsstyrk (5–20 ppm) á föstum snertitíma60.Viðbótarmynd 8 sýnir stöðu ýmissa styrkleika (5–20 ppm) metýlenblára lausna fyrir og eftir meðferð með MNC10, MNC15 og MNC20.Við notkun ýmissa MNCs minnkaði litastig MB lausna.Athyglisvert kom í ljós að MNC20 mislitaði auðveldlega MB lausnir í styrkleikanum 5 ppm.Á sama tíma lækkaði MNC20 einnig litastig MB lausnarinnar samanborið við önnur MNC.Útfjólubláa sýnilega litróf MNC10-20 er sýnt á viðbótarmynd 9. Á sama tíma eru upplýsingar um flutningshraða og aðsog sýndar á mynd 9. 6 og í töflu 3, í sömu röð.
Sterka metýlen bláa toppa má finna við 664 nm og 600 nm.Að jafnaði minnkar styrkur toppsins smám saman með minnkandi upphafsstyrk MG lausnarinnar.Í viðbótarmynd 9a sýnir UV-sýnilegt litróf MB lausna af ýmsum styrkleika eftir meðferð með MNC10, sem breytti aðeins styrk toppanna.Á hinn bóginn minnkuðu frásogstoppar MB lausna marktækt eftir meðferð með MNC15 og MNC20, eins og sýnt er á viðbótarmyndum 9b og c, í sömu röð.Þessar breytingar sjást greinilega þegar styrkur MG lausnarinnar minnkar.Hins vegar voru litrófsbreytingarnar sem allar þrjár segulkolefnin náðu nægjanlegar til að fjarlægja metýlenbláa litinn.
Byggt á töflu 3 eru niðurstöður fyrir magn MC aðsogaðs og hlutfall MC aðsogaðs sýndar á mynd 3. 6. Aðsog MG jókst með notkun hærri upphafsstyrks fyrir alla MNCs.Á sama tíma sýndi aðsogshlutfallið eða MB flutningshlutfallið (MBR) gagnstæða þróun þegar upphafsstyrkurinn jókst.Við lægri upphafsstyrk MC voru óuppteknir virkir staðir eftir á yfirborði aðsogsefnisins.Eftir því sem styrkur litarefnisins eykst mun fjöldi óupptekinna virkra staða sem eru tiltækar fyrir aðsog litarefnasameinda minnka.Aðrir hafa komist að þeirri niðurstöðu að við þessar aðstæður náist mettun á virku lífsogsstöðum72.
Því miður fyrir MNC10 jókst MBR og minnkaði eftir 10 ppm af MB lausn.Á sama tíma er aðeins mjög lítill hluti af MG aðsogast.Þetta gefur til kynna að 10 ppm sé ákjósanlegur styrkur fyrir MNC10 aðsog.Fyrir öll MNC sem rannsakað var í þessari vinnu var röð aðsogsgetu sem hér segir: MNC20 > MNC15 > MNC10, meðalgildin voru 10,36 mg/g, 6,85 mg/g og 0,71 mg/g, meðaltal fjarlægingar á MG-hraða var 87, 79%, 62,26% og 5,75%.Þannig sýndi MNC20 fram á bestu aðsogseiginleikana meðal tilbúna segulmagnaðir nanókolefna, að teknu tilliti til aðsogsgetu og UV-sýnilega litrófsins.Þrátt fyrir að aðsogsgetan sé minni miðað við önnur segulmagnaðir nanókolefni eins og MWCNT segulmagnaðir samsettir (11,86 mg/g) og halloysite nanórör-segulmagnaðir Fe3O4 nanóagnir (18,44 mg/g), krefst þessi rannsókn ekki viðbótarnotkunar örvandi efnis.Efni virka sem hvatar.veita hreinar og framkvæmanlegar gerviaðferðir73,74.
Eins og sýnt er af SBET gildum MNCs, veitir hátt sértækt yfirborð virkari staði fyrir aðsog MB lausnarinnar.Þetta er að verða eitt af grundvallareiginleikum tilbúið nanókolefna.Á sama tíma, vegna smæðar MNCs, er nýmyndunartíminn stuttur og viðunandi, sem samsvarar helstu eiginleikum efnilegra aðsogefna75.Í samanburði við hefðbundin náttúruleg aðsogsefni eru tilbúnu MNC-efnin segulmettuð og auðvelt er að fjarlægja þær úr lausn undir áhrifum ytra segulsviðs76.Þannig minnkar tíminn sem þarf fyrir allt meðferðarferlið.
Aðsogsjafnhitar eru nauðsynlegir til að skilja aðsogsferlið og síðan til að sýna fram á hvernig aðsogsskiptin skiptast á milli fljótandi og fasta fasa þegar jafnvægi er náð.Langmuir og Freundlich jöfnurnar eru notaðar sem staðlaðar jafnhitajöfnur, sem útskýra aðsogsferli eins og sýnt er á mynd 7. Langmuir líkanið sýnir vel myndun eins adsorbatlags á ytra yfirborði aðsogsefnisins.Jafnhitum er best lýst sem einsleitum aðsogsyfirborði.Á sama tíma segir Freundlich jafnhitinn best þátttöku nokkurra aðsogssvæða og aðsogsorku við að þrýsta adsorbatinu á ójafnt yfirborð.
Líkan jafnhita fyrir Langmuir jafnhita (a–c) og Freundlich jafnhita (d–f) fyrir MNC10, MNC15 og MNC20.
Aðsogsjafnhitar við lágan styrk uppleystra efna eru venjulega línulegar77.Línulega framsetningu Langmuir jafnhitalíkans er hægt að tjá í jöfnu.1 Ákvarða aðsogsbreytur.
KL (l/mg) er Langmuir fasti sem táknar bindandi sækni MB við MNC.Á sama tíma er qmax hámarks aðsogsgeta (mg/g), qe er aðsogaður styrkur MC (mg/g) og Ce er jafnvægisstyrkur MC lausnarinnar.Línulegri tjáningu Freundlich jafnhitalíkans má lýsa sem hér segir:
Pósttími: 16-feb-2023