პალმის ზეთის, როგორც მწვანე წინამორბედის გამოყენება, მაგნიტური ნანოკარბონების რკალის სინთეზი ჩამდინარე წყლების გასაწმენდად მიკროტალღური ღუმელის გამოყენებით.

გმადლობთ Nature.com-ის მონახულებისთვის.თქვენ იყენებთ ბრაუზერის ვერსიას შეზღუდული CSS მხარდაჭერით.საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში).გარდა ამისა, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ ვაჩვენებთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.
აჩვენებს კარუსელს სამი სლაიდისგან ერთდროულად.გამოიყენეთ წინა და შემდეგი ღილაკები ერთდროულად სამ სლაიდში გადასაადგილებლად, ან გამოიყენეთ სლაიდერის ღილაკები ბოლოს, რომ გადაადგილდეთ სამ სლაიდზე ერთდროულად.
მიკროტალღური გამოსხივებით გამოსხივებული ლითონების არსებობა საკამათოა, რადგან ლითონები ადვილად ენთება.მაგრამ საინტერესო ის არის, რომ მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ რკალის გამონადენის ფენომენი პერსპექტიულ გზას გვთავაზობს ნანომასალების სინთეზისთვის მოლეკულების გაყოფით.ეს კვლევა ავითარებს ერთსაფეხურიან, მაგრამ ხელმისაწვდომ სინთეზურ მეთოდს, რომელიც აერთიანებს მიკროტალღურ გათბობას და ელექტრო რკალს ნედლი პალმის ზეთის მაგნიტურ ნანოკარბონად (MNC) გარდაქმნისთვის, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს პალმის ზეთის წარმოების ახალ ალტერნატივად.იგი გულისხმობს საშუალების სინთეზს მუდმივად დახვეული უჟანგავი ფოლადის მავთულით (დიელექტრიკული გარემო) და ფეროცენით (კატალიზატორი) ნაწილობრივ ინერტულ პირობებში.ეს მეთოდი წარმატებით იქნა დემონსტრირებული გათბობისთვის 190,9-დან 472,0°C-მდე ტემპერატურის დიაპაზონში სხვადასხვა სინთეზის დროით (10-20 წთ).ახლად მომზადებული MNC-ები აჩვენებდნენ სფეროებს საშუალო ზომით 20,38-31,04 ნმ, მეზოპოროზული სტრუქტურით (SBET: 14,83-151,95 მ2/გ) და ფიქსირებული ნახშირბადის მაღალი შემცველობით (52,79-71,24 წონით%), ასევე D და G. ზოლები (ID/g) 0.98-0.99.ახალი მწვერვალების ფორმირება FTIR სპექტრში (522,29–588,48 სმ–1) მოწმობს ფეროცენში FeO ნაერთების არსებობის სასარგებლოდ.მაგნიტომეტრები აჩვენებენ მაგნიტიზაციის მაღალ გაჯერებას (22,32–26,84 ემუ/გ) ფერომაგნიტურ მასალებში.MNC-ების გამოყენება ჩამდინარე წყლების გაწმენდაში ნაჩვენებია მათი ადსორბციული შესაძლებლობების შეფასებით მეთილენის ლურჯის (MB) ადსორბციული ტესტის გამოყენებით სხვადასხვა კონცენტრაციებში 5-დან 20 ppm-მდე.სინთეზის დროს (20 წთ) მიღებულმა MNC-ებმა აჩვენეს ადსორბციის ყველაზე მაღალი ეფექტურობა (10,36 მგ/გ) სხვებთან შედარებით, ხოლო MB საღებავის მოცილების სიჩქარე იყო 87,79%.ამიტომ, Langmuir-ის მნიშვნელობები არ არის ოპტიმისტური Freundlich-ის მნიშვნელობებთან შედარებით, R2 არის დაახლოებით 0.80, 0.98 და 0.99 MNC-ებისთვის, რომლებიც სინთეზირებულია შესაბამისად 10 წთ (MNC10), 15 წთ (MNC15) და 20 წთ (MNC20).შესაბამისად, ადსორბციული სისტემა ჰეტეროგენულ მდგომარეობაშია.ამიტომ, მიკროტალღური რკალი გვთავაზობს პერსპექტიულ მეთოდს CPO-ს MNC-ად გადაქცევისთვის, რომელსაც შეუძლია მავნე საღებავების მოცილება.
მიკროტალღურ გამოსხივებას შეუძლია გაათბოს მასალების ყველაზე შიდა ნაწილები ელექტრომაგნიტური ველების მოლეკულური ურთიერთქმედებით.ეს მიკროტალღური რეაქცია უნიკალურია იმით, რომ ხელს უწყობს სწრაფ და ერთგვაროვან თერმულ რეაქციას.ამრიგად, შესაძლებელია გათბობის პროცესის დაჩქარება და ქიმიური რეაქციების გაძლიერება2.ამავდროულად, უფრო მოკლე რეაქციის დროის გამო, მიკროტალღურ რეაქციას შეუძლია საბოლოოდ წარმოქმნას მაღალი სისუფთავის და მაღალი მოსავლიანობის პროდუქტები3,4.მისი საოცარი თვისებების გამო, მიკროტალღური გამოსხივება ხელს უწყობს საინტერესო მიკროტალღურ სინთეზებს, რომლებიც გამოიყენება მრავალ კვლევაში, მათ შორის ქიმიურ რეაქციებში და ნანომასალების სინთეზში5,6.გათბობის პროცესში გადამწყვეტ როლს თამაშობს მიმღების დიელექტრიკული თვისებები საშუალების შიგნით, რადგან ის ქმნის ცხელ წერტილს გარემოში, რაც იწვევს სხვადასხვა მორფოლოგიისა და თვისებების მქონე ნანოკარბონების წარმოქმნას.ომორიეკომვანის და სხვ.ნახშირბადის ღრუ ნანობოჭკოების წარმოება პალმის ბირთვიდან გააქტიურებული ნახშირბადის და აზოტის გამოყენებით8.გარდა ამისა, ფუ და ჰამიდმა დაადგინეს კატალიზატორის გამოყენება 350 W9 მიკროტალღურ ღუმელში ზეთის პალმის ბოჭკოების გააქტიურებული ნახშირბადის წარმოებისთვის.აქედან გამომდინარე, მსგავსი მიდგომა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნედლი პალმის ზეთი MNC-ად გადაქცევისთვის, შესაფერისი დამცავი საშუალებების დანერგვით.
საინტერესო ფენომენი დაფიქსირდა მიკროტალღურ გამოსხივებასა და ბასრი კიდეების, წერტილების ან სუბმიკროსკოპული დარღვევების მქონე ლითონებს შორის10.ამ ორი ობიექტის არსებობაზე გავლენას მოახდენს ელექტრული რკალი ან ნაპერწკალი (საყოველთაოდ მოხსენიებული, როგორც რკალის გამონადენი)11,12.რკალი ხელს შეუწყობს უფრო ლოკალიზებული ცხელი წერტილების წარმოქმნას და გავლენას მოახდენს რეაქციაზე, რითაც გააუმჯობესებს გარემოს ქიმიურ შემადგენლობას13.ამ კონკრეტულმა და საინტერესო ფენომენმა მიიპყრო სხვადასხვა კვლევები, როგორიცაა დამაბინძურებლების მოცილება14,15, ბიომასის ტარის გატეხვა16, მიკროტალღური დამხმარე პიროლიზი17,18 და მასალის სინთეზი19,20,21.
ბოლო დროს ნანოკარბონებმა, როგორიცაა ნახშირბადის ნანომილები, ნახშირბადის ნანოსფეროები და შეცვლილი შემცირებული გრაფენის ოქსიდი, მიიპყრო ყურადღება მათი თვისებების გამო.ამ ნანოკარბონებს აქვთ დიდი პოტენციალი გამოყენებისთვის, დაწყებული ელექტროენერგიის გამომუშავებიდან წყლის გაწმენდამდე ან დეკონტამინაციამდე23.გარდა ამისა, საჭიროა ნახშირბადის შესანიშნავი თვისებები, მაგრამ ამავე დროს საჭიროა კარგი მაგნიტური თვისებები.ეს ძალიან სასარგებლოა მრავალფუნქციური აპლიკაციებისთვის, მათ შორის ლითონის იონების და საღებავების მაღალი ადსორბცია ჩამდინარე წყლების გაწმენდაში, მაგნიტური მოდიფიკატორები ბიოსაწვავში და მაღალი ეფექტურობის მიკროტალღური შთამნთქმელებიც კი24,25,26,27,28.ამავდროულად, ამ ნახშირბადებს აქვთ კიდევ ერთი უპირატესობა, მათ შორის ნიმუშის აქტიური ადგილის ზედაპირის გაზრდის ჩათვლით.
ბოლო წლების განმავლობაში, ნანოკარბონის მაგნიტური მასალების კვლევები გაიზარდა.როგორც წესი, ეს მაგნიტური ნანოკარბონები არის მრავალფუნქციური მასალები, რომლებიც შეიცავს ნანოზომის მაგნიტურ მასალებს, რომლებსაც შეუძლიათ გამოიწვიონ გარე კატალიზატორების რეაქცია, როგორიცაა გარე ელექტროსტატიკური ან ალტერნატიული მაგნიტური ველები29.მათი მაგნიტური თვისებების გამო, მაგნიტური ნანოკარბონები შეიძლება გაერთიანდეს აქტიური ინგრედიენტების ფართო სპექტრთან და კომპლექსურ სტრუქტურებთან იმობილიზაციისთვის30.იმავდროულად, მაგნიტური ნანოკარბონები (MNCs) აჩვენებენ შესანიშნავ ეფექტურობას წყალხსნარებიდან დამაბინძურებლების შთანთქმაში.გარდა ამისა, MNC-ებში წარმოქმნილმა მაღალი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობმა და ფორებმა შეიძლება გაზარდოს ადსორბციის უნარი31.მაგნიტურ გამყოფებს შეუძლიათ MNC-ების გამოყოფა უაღრესად რეაქტიული ხსნარებისგან, აქცევს მათ სიცოცხლისუნარიან და მართვად სორბენტად32.
რამდენიმე მკვლევარმა აჩვენა, რომ მაღალი ხარისხის ნანოკარბონების წარმოება შესაძლებელია ნედლი პალმის ზეთის გამოყენებით33,34.პალმის ზეთი, მეცნიერულად ცნობილი როგორც Elais Guneensis, ითვლება ერთ-ერთ მნიშვნელოვან საკვებ ზეთად, რომლის წარმოება დაახლოებით 76,55 მილიონი ტონაა 2021135. ნედლი პალმის ზეთი ან CPO შეიცავს უჯერი ცხიმოვანი მჟავების (EFAs) და გაჯერებული ცხიმოვანი მჟავების დაბალანსებულ თანაფარდობას. (სინგაპურის სავალუტო ორგანო).CPO-ში ნახშირწყალბადების უმეტესობა არის ტრიგლიცერიდები, გლიცერიდი, რომელიც შედგება სამი ტრიგლიცერიდის აცეტატის კომპონენტისგან და ერთი გლიცეროლის კომპონენტისგან36.ეს ნახშირწყალბადები შეიძლება განზოგადდეს მათი უზარმაზარი ნახშირბადის შემცველობის გამო, რაც მათ პოტენციურ მწვანე წინამორბედებად აქცევს ნანოკარბონის წარმოებისთვის37.ლიტერატურის მიხედვით, CNT37,38,39,40, ნახშირბადის ნანოსფეროები33,41 და გრაფენი34,42,43 ჩვეულებრივ სინთეზირებულია ნედლი პალმის ზეთის ან საკვები ზეთის გამოყენებით.ამ ნანოკარბონებს აქვთ დიდი პოტენციალი აპლიკაციებში, დაწყებული ელექტროენერგიის გამომუშავებიდან წყლის გაწმენდამდე ან დეკონტამინაციამდე.
თერმული სინთეზი, როგორიცაა CVD38 ან პიროლიზი33, გახდა ხელსაყრელი მეთოდი პალმის ზეთის დაშლისთვის.სამწუხაროდ, პროცესში მაღალი ტემპერატურა ზრდის წარმოების ღირებულებას.სასურველი მასალის 44 დამზადება მოითხოვს ხანგრძლივ, დამღლელ პროცედურებსა და დასუფთავების მეთოდებს.თუმცა, ფიზიკური გამოყოფისა და გახეხვის აუცილებლობა უდაოა ნედლი პალმის ზეთის კარგი სტაბილურობის გამო მაღალ ტემპერატურაზე45.ამიტომ, ნედლი პალმის ზეთის ნახშირბადოვან მასალებად გადაქცევისთვის კვლავ უფრო მაღალი ტემპერატურაა საჭირო.თხევადი რკალი შეიძლება ჩაითვალოს საუკეთესო პოტენციალ და ახალ მეთოდად მაგნიტური ნანოკარბონის სინთეზისთვის 46 .ეს მიდგომა უზრუნველყოფს პირდაპირ ენერგიას წინამორბედებისა და ხსნარებისთვის ძალიან აღელვებულ მდგომარეობებში.რკალის გამონადენმა შეიძლება გამოიწვიოს ნედლი პალმის ზეთში ნახშირბადის ბმების გაწყვეტა.თუმცა, გამოყენებული ელექტროდების მანძილი შეიძლება საჭირო გახდეს მკაცრი მოთხოვნების დაკმაყოფილება, რაც შეზღუდავს სამრეწველო მასშტაბს, ამიტომ ეფექტური მეთოდი ჯერ კიდევ უნდა შემუშავდეს.
ჩვენი ცოდნის მიხედვით, მიკროტალღების, როგორც ნანოკარბონების სინთეზირების მეთოდის გამოყენებით რკალის გამონადენის კვლევა შეზღუდულია.ამავდროულად, ნედლი პალმის ზეთის, როგორც წინამორბედის გამოყენება სრულად არ არის შესწავლილი.აქედან გამომდინარე, ეს კვლევა მიზნად ისახავს შეისწავლოს მაგნიტური ნანოკარბონების წარმოების შესაძლებლობა პალმის ზეთის ნედლეულის წინამორბედებისგან ელექტრო რკალის გამოყენებით მიკროტალღური ღუმელის გამოყენებით.პალმის ზეთის სიმრავლე უნდა აისახოს ახალ პროდუქტებსა და აპლიკაციებში.პალმის ზეთის გადამუშავების ამ ახალმა მიდგომამ შეიძლება ხელი შეუწყოს ეკონომიკურ სექტორს და იყოს შემოსავლის კიდევ ერთი წყარო პალმის ზეთის მწარმოებლებისთვის, განსაკუთრებით მცირე ფერმერების პალმის ზეთის პლანტაციებზე.Ayompe et al.-ის მიერ აფრიკელი მცირე მესაკუთრეების კვლევის მიხედვით, მცირე მესაკუთრეები უფრო მეტ ფულს შოულობენ მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ისინი თავად ამუშავებენ ახალი ხილის მტევნებს და ყიდიან ნედლეულ პალმის ზეთს, ვიდრე შუამავლებზე გაყიდონ, რაც ძვირადღირებული და დამღლელი სამუშაოა47.ამავდროულად, COVID-19-ის გამო ქარხნების დახურვის ზრდამ იმოქმედა პალმის ზეთზე დაფუძნებულ პროდუქტებზე.საინტერესოა, რადგან შინამეურნეობების უმეტესობას აქვს წვდომა მიკროტალღურ ღუმელებზე და ამ კვლევაში შემოთავაზებული მეთოდი შეიძლება ჩაითვალოს განხორციელებად და ხელმისაწვდომად, MNC წარმოება შეიძლება ჩაითვალოს მცირე ზომის პალმის ზეთის პლანტაციების ალტერნატივად.იმავდროულად, უფრო ფართო მასშტაბით, კომპანიებს შეუძლიათ ინვესტიციები დიდ რეაქტორებში დიდი TNC-ების წარმოებისთვის.
ეს კვლევა ძირითადად მოიცავს სინთეზის პროცესს უჟანგავი ფოლადის, როგორც დიელექტრიკული გარემოს გამოყენებით სხვადასხვა ხანგრძლივობისთვის.მიკროტალღების და ნანოკარბონების გამოყენებით ზოგადი კვლევების უმეტესობა ვარაუდობს, რომ სინთეზის მისაღები დროა 30 წუთი ან მეტი33,34.ხელმისაწვდომი და განხორციელებადი პრაქტიკული იდეის მხარდასაჭერად, ეს კვლევა მიზნად ისახავდა MNC-ების მიღებას საშუალოზე დაბალი სინთეზის დროით.ამავდროულად, კვლევა ასახავს ტექნოლოგიურ მზაობის მე-3 დონის სურათს, რადგან თეორია დადასტურებულია და დანერგილია ლაბორატორიული მასშტაბით.მოგვიანებით, მიღებული MNC-ები ხასიათდებოდა მათი ფიზიკური, ქიმიური და მაგნიტური თვისებებით.მეთილენის ლურჯი შემდეგ გამოიყენებოდა მიღებული MNC-ების ადსორბციის უნარის საჩვენებლად.
ნედლი პალმის ზეთი მიღებული იყო Apas Balung Mill, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau და გამოიყენება როგორც ნახშირბადის წინამორბედი სინთეზისთვის.ამ შემთხვევაში, უჟანგავი ფოლადის მავთული, რომლის დიამეტრი 0,90 მმ იყო გამოყენებული, როგორც დიელექტრიკული საშუალება.ამ ნამუშევარში კატალიზატორად აირჩიეს ფეროცენი (სისუფთავე 99%), მიღებული Sigma-Aldrich-დან, აშშ.მეთილენის ლურჯი (Bendosen, 100 გ) შემდგომში გამოიყენებოდა ადსორბციის ექსპერიმენტებისთვის.
ამ კვლევაში საყოფაცხოვრებო მიკროტალღური ღუმელი (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) გადაკეთდა მიკროტალღურ რეაქტორად.მიკროტალღური ღუმელის ზედა ნაწილში გაკეთდა სამი ხვრელი გაზის შესასვლელ-გამოსასვლელად და თერმოწყვილისთვის.თერმოწყვილების ზონდები იზოლირებული იყო კერამიკული მილებით და მოთავსებული იყო იგივე პირობებში თითოეული ექსპერიმენტისთვის, რათა თავიდან აიცილონ უბედური შემთხვევები.იმავდროულად, ბოროსილიკატური მინის რეაქტორი სამი ხვრელიანი სახურავით გამოიყენებოდა ნიმუშებისა და ტრაქეის მოსათავსებლად.მიკროტალღური რეაქტორის სქემატური დიაგრამა შეგიძლიათ იხილოთ დამატებით სურათზე 1.
ნედლი პალმის ზეთის, როგორც ნახშირბადის წინამორბედის და ფეროცენის, როგორც კატალიზატორის გამოყენებით, სინთეზირებულია მაგნიტური ნანოკარბონები.ფეროცენის კატალიზატორის წონით დაახლოებით 5% მომზადდა ნაფხით კატალიზატორის მეთოდით.ფეროცენი შერეული იყო 20 მლ ნედლი პალმის ზეთთან 60 rpm-ზე 30 წუთის განმავლობაში.შემდეგ ნარევი გადაიტანეს ალუმინის ჭურჭელში, და 30 სმ სიგრძის უჟანგავი ფოლადის მავთული დახვეული იქნა და ვერტიკალურად მოათავსეს ჭურჭელში.მოათავსეთ ალუმინის ჭურჭელი მინის რეაქტორში და უსაფრთხოდ დაამაგრეთ იგი მიკროტალღურ ღუმელში დალუქული შუშის სახურავით.რეაქციის დაწყებამდე 5 წუთით ადრე აზოტი აფეთქდა კამერაში, რათა ამოეღო არასასურველი ჰაერი კამერიდან.მიკროტალღური სიმძლავრე გაიზარდა 800 ვტ-მდე, რადგან ეს არის მაქსიმალური მიკროტალღური სიმძლავრე, რომელსაც შეუძლია კარგი რკალის დაწყება.ამრიგად, ამან შეიძლება ხელი შეუწყოს ხელსაყრელი პირობების შექმნას სინთეზური რეაქციებისთვის.ამავდროულად, ეს არის ასევე ფართოდ გამოყენებული სიმძლავრის დიაპაზონი ვატებში მიკროტალღური შერწყმის რეაქციებისთვის48,49.რეაქციის დროს ნარევი თბებოდა 10, 15 ან 20 წუთის განმავლობაში.რეაქციის დასრულების შემდეგ რეაქტორი და მიკროტალღური ბუნებრივად გაცივდა ოთახის ტემპერატურამდე.ალუმინის ჭურჭელში საბოლოო პროდუქტი იყო შავი ნალექი ხვეული მავთულებით.
შავი ნალექი შეგროვდა და რამდენჯერმე გარეცხეს მონაცვლეობით ეთანოლით, იზოპროპანოლით (70%) და გამოხდილი წყლით.გარეცხვისა და გაწმენდის შემდეგ პროდუქტს აშრობენ ღამით 80°C-ზე ჩვეულებრივ ღუმელში არასასურველი მინარევების აორთქლების მიზნით.შემდეგ პროდუქტი შეგროვდა დახასიათებისთვის.ნიმუშები მარკირებული MNC10, MNC15 და MNC20 გამოიყენებოდა მაგნიტური ნანოკარბონების სინთეზირებისთვის 10 წთ, 15 წთ და 20 წთ.
დააკვირდით MNC მორფოლოგიას ველის ემისიის სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპით ან FESEM (Zeiss Auriga მოდელი) 100-დან 150 kX-მდე გადიდებით.ამავდროულად, ელემენტარული შემადგენლობა გაანალიზდა ენერგიის დისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპიით (EDS).EMF ანალიზი ჩატარდა სამუშაო მანძილზე 2.8 მმ და აჩქარების ძაბვა 1 კვ.სპეციფიური ზედაპირის ფართობი და MNC ფორების მნიშვნელობები გაზომილი იყო Brunauer-Emmett-Teller (BET) მეთოდით, N2-ის ადსორბციულ-დესორბციის იზოთერმის ჩათვლით 77 K-ზე. ანალიზი ჩატარდა მოდელის ზედაპირის ფართობის მრიცხველის გამოყენებით (MICROMERITIC ASAP 2020) .
მაგნიტური ნანოკარბონების კრისტალურობა და ფაზა განისაზღვრა რენტგენის ფხვნილის დიფრაქციით ან XRD (Burker D8 Advance) λ = 0.154 ნმ.დიფრაქტოგრამები დაფიქსირდა 2θ = 5 და 85° შორის სკანირების სიჩქარით 2° წთ-1.გარდა ამისა, MNC-ების ქიმიური სტრუქტურა გამოიკვლია ფურიეს ტრანსფორმაციის ინფრაწითელი სპექტროსკოპიის (FTIR) გამოყენებით.ანალიზი ჩატარდა Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400-ის გამოყენებით სკანირების სიჩქარით 4000-დან 400 სმ-1-მდე.მაგნიტური ნანოკარბონების სტრუქტურული თავისებურებების შესწავლისას რამანის სპექტროსკოპია ჩატარდა ნეოდიმის დოპირებული ლაზერის გამოყენებით (532 ნმ) U-RAMAN სპექტროსკოპიით 100X ობიექტივით.
ვიბრაციული მაგნიტომეტრი ან VSM (Lake Shore 7400 სერია) გამოიყენებოდა MNC-ებში რკინის ოქსიდის მაგნიტური გაჯერების გასაზომად.გამოიყენეს დაახლოებით 8 kOe მაგნიტური ველი და მიიღეს 200 ქულა.
MNC-ების, როგორც ადსორბენტების პოტენციალის შესწავლისას ადსორბციის ექსპერიმენტებში გამოყენებული იქნა კათიონური საღებავი მეთილენის ლურჯი (MB).MNCs (20 მგ) დაემატა 20 მლ მეთილენის ლურჯის წყალხსნარს სტანდარტული კონცენტრაციით 5-20 მგ/ლ50 დიაპაზონში.ხსნარის pH დაყენებული იყო ნეიტრალურ pH 7-ზე მთელი კვლევის განმავლობაში.ხსნარს მექანიკურად ურევენ 150 rpm-ზე და 303.15 K მბრუნავ შეკერზე (Lab Companion: SI-300R).შემდეგ MNC-ები გამოიყოფა მაგნიტის გამოყენებით.გამოიყენეთ UV ხილული სპექტროფოტომეტრი (Varian Cary 50 UV-Vis Spectrophotometer) MB ხსნარის კონცენტრაციის დასაკვირვებლად ადსორბციის ექსპერიმენტამდე და მის შემდეგ და მიმართეთ მეთილენის ლურჯი სტანდარტული მრუდი ტალღის მაქსიმალურ სიგრძეზე 664 ნმ.ექსპერიმენტი სამჯერ განმეორდა და მიეცა საშუალო მნიშვნელობა.MG-ის ამოღება ხსნარიდან გამოთვლილი იყო ზოგადი განტოლების გამოყენებით MC-ის ოდენობის ადსორბირებული qe-ზე წონასწორობისას და ამოღების პროცენტული პროცენტისთვის.
ასევე ჩატარდა ექსპერიმენტები ადსორბციის იზოთერმზე სხვადასხვა კონცენტრაციების (5-20 მგ/ლ) MG ხსნარების და 20 მგ ადსორბენტის შერევით 293,15 კ.მგ მუდმივ ტემპერატურაზე ყველა MNC-სთვის.
რკინა და მაგნიტური ნახშირბადი ფართოდ იქნა შესწავლილი ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში.ნახშირბადზე დაფუძნებული ეს მაგნიტური მასალები იპყრობს მზარდ ყურადღებას მათი შესანიშნავი ელექტრომაგნიტური თვისებების გამო, რაც იწვევს სხვადასხვა პოტენციურ ტექნოლოგიურ გამოყენებას, ძირითადად ელექტრო მოწყობილობებში და წყლის დამუშავებაში.ამ კვლევაში ნანოკარბონები სინთეზირებული იყო პალმის ნედლი ზეთში ნახშირწყალბადების კრეკით მიკროტალღური გამონადენის გამოყენებით.სინთეზი განხორციელდა სხვადასხვა დროს, 10-დან 20 წთ-მდე, წინამორბედისა და კატალიზატორის ფიქსირებული თანაფარდობით (5:1), ლითონის დენის კოლექტორის (დაგრეხილი SS) და ნაწილობრივ ინერტული (არასასურველი ჰაერი გაწმენდილი აზოტით). ექსპერიმენტის დასაწყისი).შედეგად მიღებული ნახშირბადის საბადოები არის შავი მყარი ფხვნილის სახით, როგორც ნაჩვენებია დამატებით ნახ. 2a-ში.ნალექის ნახშირბადის გამოსავლიანობა იყო დაახლოებით 5.57%, 8.21% და 11.67% სინთეზის დროს 10 წუთი, 15 წუთი და 20 წუთი, შესაბამისად.ეს სცენარი ვარაუდობს, რომ სინთეზის ხანგრძლივობა ხელს უწყობს უფრო მაღალ მოსავლიანობას51 - დაბალი გამოსავლიანობას, სავარაუდოდ მოკლე რეაქციის დროისა და დაბალი კატალიზატორის აქტივობის გამო.
იმავდროულად, სინთეზის ტემპერატურის დიაგრამა მიღებული ნანოკარბონებისთვის დროის მიმართ შეიძლება მოხსენიებული იყოს დამატებით სურათზე 2b.ყველაზე მაღალი ტემპერატურა მიღებული MNC10, MNC15 და MNC20 იყო 190.9°C, 434.5°C და 472°C, შესაბამისად.თითოეული მრუდისთვის ჩანს ციცაბო ფერდობა, რაც მიუთითებს რეაქტორის შიგნით ტემპერატურის მუდმივ მატებაზე ლითონის რკალის დროს წარმოქმნილი სითბოს გამო.ეს ჩანს 0-2 წთ, 0-5 წთ და 0-8 წთ MNC10, MNC15 და MNC20, შესაბამისად.გარკვეული წერტილის მიღწევის შემდეგ ფერდობი აგრძელებს უმაღლეს ტემპერატურამდე ცურვას და ფერდობი ზომიერი ხდება.
MNC ნიმუშების ზედაპირული ტოპოგრაფიის დასაკვირვებლად გამოყენებული იქნა საველე ემისიის სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპია (FESEM).როგორც ნაჩვენებია ნახ.1, მაგნიტურ ნანოკარბონებს აქვთ ოდნავ განსხვავებული მორფოლოგიური სტრუქტურა სინთეზის სხვადასხვა დროს.FESEM MNC10-ის სურათები ნახ.1a,b აჩვენებს, რომ ნახშირბადის სფეროების ფორმირება შედგება ჩახლართული და მიმაგრებული მიკრო და ნანოსფეროებისგან მაღალი ზედაპირული დაძაბულობის გამო.ამავდროულად, ვან დერ ვაალის ძალების არსებობა იწვევს ნახშირბადის სფეროების აგრეგაციას52.სინთეზის დროის ზრდამ გამოიწვია უფრო მცირე ზომები და გაზარდა სფეროების რაოდენობა ხანგრძლივი კრეკინგის რეაქციების გამო.ნახ.1c გვიჩვენებს, რომ MNC15 აქვს თითქმის სრულყოფილი სფერული ფორმა.თუმცა, გაერთიანებულ სფეროებს მაინც შეუძლიათ შექმნან მეზოპორები, რომლებიც შემდგომში შეიძლება გახდეს კარგი ადგილი მეთილენის ლურჯი ადსორბციისთვის.1d სურათზე 15000-ჯერ მაღალი გადიდებისას უფრო მეტი ნახშირბადის სფერო ჩანს აგლომერირებული საშუალო ზომით 20,38 ნმ.
სინთეზირებული ნანოკარბონების FESEM გამოსახულებები 10 წთ (a, b), 15 წთ (c, d) და 20 წთ (e–g) 7000 და 15000-ჯერ გადიდების შემდეგ.
ნახ.1e–g MNC20 ასახავს ფორების განვითარებას მცირე სფეროებით მაგნიტური ნახშირბადის ზედაპირზე და ხელახლა აერთიანებს მაგნიტური გააქტიურებული ნახშირბადის მორფოლოგიას53.სხვადასხვა დიამეტრისა და სიგანის ფორები შემთხვევით განლაგებულია მაგნიტური ნახშირბადის ზედაპირზე.აქედან გამომდინარე, ამან შეიძლება აიხსნას, თუ რატომ აჩვენა MNC20-მა უფრო დიდი ზედაპირის ფართობი და ფორების მოცულობა, როგორც ეს ნაჩვენებია BET ანალიზით, რადგან მის ზედაპირზე უფრო მეტი ფორები წარმოიქმნა, ვიდრე სხვა სინთეზურ დროს.15000-ჯერ მაღალი გადიდების დროს გადაღებულმა მიკროგრაფებმა აჩვენეს ნაწილაკების არაერთგვაროვანი ზომები და არარეგულარული ფორმები, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1გ.როდესაც ზრდის დრო გაიზარდა 20 წუთამდე, წარმოიქმნა უფრო აგლომერირებული სფეროები.
საინტერესოა, რომ ამავე ტერიტორიაზე აღმოჩენილია დაგრეხილი ნახშირბადის ფანტელები.სფეროების დიამეტრი მერყეობდა 5,18-დან 96,36 ნმ-მდე.ეს ფორმირება შეიძლება გამოწვეული იყოს დიფერენციალური ნუკლეაციის წარმოქმნით, რასაც ხელს უწყობს მაღალი ტემპერატურა და მიკროტალღები.მომზადებული MNC-ების გამოთვლილი სფეროს ზომა იყო საშუალოდ 20.38 ნმ MNC10-ისთვის, 24.80 ნმ MNC15-ისთვის და 31.04 ნმ MNC20-ისთვის.სფეროების ზომების განაწილება ნაჩვენებია დამატებით ნახ.3.
დამატებითი სურათი 4 გვიჩვენებს EDS სპექტრების და ელემენტარული შემადგენლობის შეჯამებებს MNC10, MNC15 და MNC20, შესაბამისად.სპექტრების მიხედვით აღინიშნა, რომ თითოეული ნანოკარბონი შეიცავს სხვადასხვა რაოდენობას C, O და Fe.ეს გამოწვეულია ჟანგვის და კრეკინგის სხვადასხვა რეაქციებით, რომლებიც ხდება დამატებითი სინთეზის დროს.ითვლება, რომ C-ის დიდი რაოდენობა მოდის ნახშირბადის წინამორბედიდან, ნედლი პალმის ზეთიდან.იმავდროულად, O-ს დაბალი პროცენტი განპირობებულია სინთეზის დროს დაჟანგვის პროცესით.ამავე დროს, Fe მიეკუთვნება რკინის ოქსიდს, რომელიც დეპონირდება ნანოკარბონის ზედაპირზე ფეროცენის დაშლის შემდეგ.გარდა ამისა, დამატებითი სურათი 5a–c გვიჩვენებს MNC10, MNC15 და MNC20 ელემენტების რუკებს.ფუნდამენტური რუკების საფუძველზე, დაფიქსირდა, რომ Fe კარგად არის განაწილებული MNC ზედაპირზე.
აზოტის ადსორბციულ-დესორბციული ანალიზი გვაწვდის ინფორმაციას ადსორბციის მექანიზმისა და მასალის ფოროვანი სტრუქტურის შესახებ.N2 ადსორბციული იზოთერმები და MNC BET ზედაპირის გრაფიკები ნაჩვენებია ნახ.2. FESEM სურათებზე დაყრდნობით, მოსალოდნელია, რომ ადსორბციული ქცევა გამოავლენს მიკროფოროვანი და მეზოფორული სტრუქტურების კომბინაციას აგრეგაციის გამო.თუმცა, დიაგრამა 2-ზე გვიჩვენებს, რომ ადსორბენტი წააგავს IV ტიპის იზოთერმს და H2 ტიპის ჰისტერეზის მარყუჟს IUPAC55.ამ ტიპის იზოთერმი ხშირად მეზოფორული მასალების მსგავსია.მეზოპორების ადსორბციული ქცევა ჩვეულებრივ განისაზღვრება ადსორბციულ-ადსორბციული რეაქციების ურთიერთქმედებით შედედებული ნივთიერების მოლეკულებთან.S- ფორმის ან S- ფორმის ადსორბციის იზოთერმები, როგორც წესი, გამოწვეულია ერთშრიანი მრავალშრიანი ადსორბციით, რასაც მოჰყვება ფენომენი, რომლის დროსაც გაზი კონდენსირდება თხევად ფაზაში ფორებში ზეწოლის ქვეშ, ნაყარი სითხის გაჯერების წნევაზე, რომელიც ცნობილია როგორც ფორების კონდენსაცია 56. პორებში კაპილარული კონდენსაცია ხდება 0,50-ზე მეტი ფარდობითი წნევის დროს (p/po).იმავდროულად, ფორების რთული სტრუქტურა ავლენს H2 ტიპის ჰისტერეზს, რაც მიეკუთვნება ფორების დახურვას ან გაჟონვას ფორების ვიწრო დიაპაზონში.
BET ტესტებიდან მიღებული ზედაპირის ფიზიკური პარამეტრები ნაჩვენებია ცხრილში 1. BET ზედაპირის ფართობი და მთლიანი ფორების მოცულობა მნიშვნელოვნად გაიზარდა სინთეზის დროის მატებასთან ერთად.MNC10, MNC15 და MNC20 ფორების საშუალო ზომებია შესაბამისად 7.2779 ნმ, 7.6275 ნმ და 7.8223 ნმ.IUPAC-ის რეკომენდაციების მიხედვით, ეს შუალედური ფორები შეიძლება კლასიფიცირდეს როგორც მეზოფორული მასალები.მეზოფორულ სტრუქტურას შეუძლია მეთილენის ლურჯი უფრო ადვილად გამტარი და ადსორბირებადი გახადოს MNC57-ით.მაქსიმალური სინთეზის დრო (MNC20) აჩვენა ყველაზე მაღალი ზედაპირის ფართობი, რასაც მოჰყვა MNC15 და MNC10.უფრო მაღალ BET ზედაპირის ფართობს შეუძლია გააუმჯობესოს ადსორბციის მოქმედება, რადგან მეტი ზედაპირული მოქმედების ადგილია ხელმისაწვდომი.
სინთეზირებული MNC-ების რენტგენის დიფრაქციული ნიმუშები ნაჩვენებია ნახ. 3-ში. მაღალ ტემპერატურაზე ფეროცენი ასევე ბზარებს და წარმოქმნის რკინის ოქსიდს.ნახ.3a გვიჩვენებს MNC10-ის XRD შაბლონს.ის აჩვენებს ორ მწვერვალს 2θ, 43.0° და 62.32°, რომლებიც მინიჭებულია ɣ-Fe2O3-ზე (JCPDS #39-1346).ამავდროულად, Fe3O4-ს აქვს დაძაბული პიკი 2θ: 35,27°.მეორე მხრივ, MHC15 დიფრაქციული ნიმუში ნახ. 3b აჩვენებს ახალ მწვერვალებს, რომლებიც, სავარაუდოდ, დაკავშირებულია ტემპერატურის მატებასთან და სინთეზის დროს.მიუხედავად იმისა, რომ 2θ: 26.202° პიკი ნაკლებად ინტენსიურია, დიფრაქციის ნიმუში შეესაბამება გრაფიტის JCPDS ფაილს (JCPDS #75–1621), რაც მიუთითებს ნანოკარბონში გრაფიტის კრისტალების არსებობაზე.ეს პიკი არ არის MNC10-ში, შესაძლოა სინთეზის დროს რკალის დაბალი ტემპერატურის გამო.2θ-ზე არის სამი დროის პიკი: 30.082°, 35.502°, 57.422° მიეკუთვნება Fe3O4-ს.ის ასევე აჩვენებს ორ პიკს, რომლებიც მიუთითებს ɣ-Fe2O3-ის არსებობაზე 2θ: 43.102° და 62.632°.20 წუთის განმავლობაში სინთეზირებული MNC-სთვის (MNC20), როგორც ნაჩვენებია ნახატ 3c-ში, მსგავსი დიფრაქციის ნიმუში შეიძლება შეინიშნოს MNK15-ში.გრაფიკული პიკი 26,382°-ზე ასევე ჩანს MNC20-ში.2θ-ზე ნაჩვენები სამი მკვეთრი პიკი: 30.102°, 35.612°, 57.402° არის Fe3O4-ისთვის.გარდა ამისა, ε-Fe2O3-ის არსებობა ნაჩვენებია 2θ: 42,972° და 62,61.მიღებულ MNC-ებში რკინის ოქსიდის ნაერთების არსებობამ შეიძლება დადებითად იმოქმედოს მომავალში მეთილენის ლურჯის ადსორბციის უნარზე.
ქიმიური კავშირის მახასიათებლები MNC და CPO ნიმუშებში განისაზღვრა FTIR ასახვის სპექტრიდან დამატებით სურათზე 6. თავდაპირველად, ნედლი პალმის ზეთის ექვსი მნიშვნელოვანი პიკი წარმოადგენდა ოთხ განსხვავებულ ქიმიურ კომპონენტს, როგორც აღწერილია დამატებით ცხრილში 1. ფუნდამენტური მწვერვალები გამოვლენილი CPO-ში არის 2913.81 სმ-1, 2840 სმ-1 და 1463.34 სმ-1, რომლებიც ეხება ალკანების და სხვა ალიფატური CH2 ან CH3 ჯგუფების CH გაჭიმვის ვიბრაციებს.გამოვლენილი მწვერვალებია 1740,85 სმ-1 და 1160,83 სმ-1.პიკი 1740,85 სმ-1-ზე არის C=O ბმა, რომელიც გაფართოვებულია ტრიგლიცერიდების ფუნქციური ჯგუფის ესტერ-კარბონილით.იმავდროულად, პიკი 1160.83 სმ-1 არის გაფართოებული CO58.59 ეთერების ჯგუფის ანაბეჭდი.იმავდროულად, პიკი 813,54 სმ-1 არის ალკანური ჯგუფის ანაბეჭდი.
ამიტომ, ნედლი პალმის ზეთში შეწოვის ზოგიერთი პიკი გაქრა სინთეზის დროის გაზრდით.მწვერვალები 2913,81 სმ-1 და 2840 სმ-1 ჯერ კიდევ შეიძლება დაფიქსირდეს MNC10-ში, მაგრამ საინტერესოა, რომ MNC15 და MNC20 მწვერვალები ჟანგვის გამო გაქრობის ტენდენციაა.იმავდროულად, მაგნიტური ნანოკარბონების FTIR ანალიზმა გამოავლინა ახლად წარმოქმნილი შთანთქმის მწვერვალები, რომლებიც წარმოადგენს MNC10-20-ის ხუთ განსხვავებულ ფუნქციურ ჯგუფს.ეს მწვერვალები ასევე ჩამოთვლილია დამატებით ცხრილში 1. პიკი 2325.91 სმ-1 არის CH360 ალიფატური ჯგუფის ასიმეტრიული CH მონაკვეთი.პიკი 1463,34-1443,47 სმ-1-ზე გვიჩვენებს ალიფატური ჯგუფების CH2 და CH მოხრას, როგორიცაა პალმის ზეთი, მაგრამ პიკი დროთა განმავლობაში იწყებს კლებას.პიკი 813,54–875,35 სმ–1 არის არომატული CH-ალკანური ჯგუფის ანაბეჭდი.
იმავდროულად, 2101,74 სმ-1 და 1589,18 სმ-1 მწვერვალები წარმოადგენს CC 61 ბმებს, რომლებიც ქმნიან C=C ალკინურ და არომატულ რგოლებს, შესაბამისად.მცირე პიკი 1695,15 სმ-1-ზე გვიჩვენებს კარბონილის ჯგუფის თავისუფალი ცხიმოვანი მჟავის C=O კავშირს.იგი მიიღება CPO კარბონილისა და ფეროცენისგან სინთეზის დროს.ახლად წარმოქმნილი მწვერვალები 539,04-დან 588,48 სმ-1 დიაპაზონში მიეკუთვნება ფეროცენის Fe-O ვიბრაციულ კავშირს.დამატებითი სურათი 4-ში ნაჩვენები მწვერვალებიდან გამომდინარე, ჩანს, რომ სინთეზის დროს შეუძლია შეამციროს რამდენიმე პიკი და ხელახლა შეკავშირება მაგნიტურ ნანოკარბონებში.
სინთეზის სხვადასხვა დროს მიღებული მაგნიტური ნანოკარბონების რამანის გაფანტვის სპექტროსკოპული ანალიზი 514 ნმ ტალღის სიგრძის ინციდენტური ლაზერის გამოყენებით ნაჩვენებია ნახატზე 4. MNC10, MNC15 და MNC20-ის ყველა სპექტრი შედგება ორი ინტენსიური ზოლისგან, რომლებიც ჩვეულებრივ ასოცირდება დაბალი sp3 ნახშირბადთან. ნაპოვნია ნანოგრაფიტის კრისტალიტებში ნახშირბადის სახეობების sp262 ვიბრაციის რეჟიმების დეფექტებით.პირველი მწვერვალი, რომელიც მდებარეობს 1333–1354 სმ–1 რეგიონში, წარმოადგენს D ზოლს, რომელიც არახელსაყრელია იდეალური გრაფიტისთვის და შეესაბამება სტრუქტურულ დარღვევას და სხვა მინარევებს63,64.მეორე ყველაზე მნიშვნელოვანი მწვერვალი დაახლოებით 1537-1595 სმ-1-ის ფარგლებში წარმოიქმნება სიბრტყეში ბმის გაჭიმვის ან კრისტალური და მოწესრიგებული გრაფიტის ფორმებიდან.თუმცა, პიკი გადაინაცვლა დაახლოებით 10 სმ-1-ით გრაფიტის G ზოლთან შედარებით, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ MNC-ებს აქვთ ფურცლების დაწყობის დაბალი რიგი და დეფექტური სტრუქტურა.D და G ზოლების შედარებითი ინტენსივობა (ID/IG) გამოიყენება კრისტალების და გრაფიტის ნიმუშების სისუფთავის შესაფასებლად.რამანის სპექტროსკოპიული ანალიზის მიხედვით, ყველა MNC–ს ჰქონდა ID/IG მნიშვნელობები 0,98–0,99 დიაპაზონში, რაც მიუთითებს სტრუქტურულ დეფექტებზე Sp3 ჰიბრიდიზაციის გამო.ამ სიტუაციამ შეიძლება ახსნას ნაკლებად ინტენსიური 2θ მწვერვალების არსებობა XPA სპექტრებში: 26.20° MNK15-ისთვის და 26.28° MNK20-ისთვის, როგორც ნაჩვენებია 4-ზე, რომელიც მინიჭებულია გრაფიტის პიკს JCPDS ფაილში.ამ ნაშრომში მიღებული ID/IG MNC კოეფიციენტები სხვა მაგნიტური ნანოკარბონების დიაპაზონშია, მაგალითად, 0,85–1,03 ჰიდროთერმული მეთოდისთვის და 0,78–0,9665,66 პიროლიტიკური მეთოდისთვის.აქედან გამომდინარე, ეს თანაფარდობა მიუთითებს იმაზე, რომ წინამდებარე სინთეზური მეთოდი შეიძლება ფართოდ იქნას გამოყენებული.
MNC-ების მაგნიტური მახასიათებლები გაანალიზდა ვიბრაციული მაგნიტომეტრის გამოყენებით.შედეგად მიღებული ჰისტერეზი ნაჩვენებია ნახ.5-ზე.როგორც წესი, MNC-ები სინთეზის დროს იძენენ მაგნიტიზმს ფეროცენისგან.ამ დამატებითმა მაგნიტურმა თვისებებმა შესაძლოა მომავალში გაზარდოს ნანოკარბონების ადსორბციის უნარი.როგორც მე-5 სურათზეა ნაჩვენები, ნიმუშები შეიძლება განისაზღვროს, როგორც სუპერპარამაგნიტური მასალები.Wahajuddin & Arora67-ის მიხედვით, სუპერპარამაგნიტური მდგომარეობა არის ის, რომ ნიმუში მაგნიტირდება გაჯერების მაგნიტიზაციამდე (MS), როდესაც გამოიყენება გარე მაგნიტური ველი.მოგვიანებით, ნარჩენი მაგნიტური ურთიერთქმედებები აღარ ჩანს ნიმუშებში67.აღსანიშნავია, რომ გაჯერების მაგნიტიზაცია იზრდება სინთეზის დროს.საინტერესოა, რომ MNC15-ს აქვს ყველაზე მაღალი მაგნიტური გაჯერება, რადგან ძლიერი მაგნიტური ფორმირება (მაგნეტიზაცია) შეიძლება გამოწვეული იყოს ოპტიმალური სინთეზის დროით გარე მაგნიტის თანდასწრებით.ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს Fe3O4-ის არსებობით, რომელსაც აქვს უკეთესი მაგნიტური თვისებები სხვა რკინის ოქსიდებთან შედარებით, როგორიცაა ɣ-Fe2O.გაჯერების ადსორბციული მომენტის რიგი MNC-ების მასის ერთეულზე არის MNC15>MNC10>MNC20.მიღებული მაგნიტური პარამეტრები მოცემულია ცხრილში.2.
მაგნიტური გაჯერების მინიმალური მნიშვნელობა მაგნიტურ განცალკევებაში ჩვეულებრივი მაგნიტების გამოყენებისას არის დაახლოებით 16,3 ემუგ-1.MNC-ების უნარი ამოიღონ დამაბინძურებლები, როგორიცაა საღებავები წყლის გარემოში და MNC-ების მოცილების სიმარტივე გახდა დამატებითი ფაქტორები მიღებული ნანოკარბონებისთვის.კვლევებმა აჩვენა, რომ LSM-ის მაგნიტური გაჯერება მაღალია.ამრიგად, ყველა ნიმუშმა მიაღწია მაგნიტური გაჯერების მნიშვნელობებს საკმარისზე მეტს მაგნიტური გამოყოფის პროცედურისთვის.
ცოტა ხნის წინ, ლითონის ზოლებმა ან მავთულებმა მიიპყრეს ყურადღება, როგორც კატალიზატორები ან დიელექტრიკები მიკროტალღური შერწყმის პროცესებში.ლითონების მიკროტალღური რეაქციები იწვევს მაღალ ტემპერატურას ან რეაქტორში რეაქციებს.ეს კვლევა ირწმუნება, რომ წვერი და კონდიცირებული (დახვეული) უჟანგავი ფოლადის მავთული ხელს უწყობს მიკროტალღური გამონადენს და ლითონის გათბობას.უჟანგავი ფოლადს აქვს გამოხატული უხეშობა წვერზე, რაც იწვევს ზედაპირული მუხტის სიმკვრივისა და გარე ელექტრული ველის მაღალ მნიშვნელობებს.როდესაც მუხტი მიიღებს საკმარის კინეტიკურ ენერგიას, დამუხტული ნაწილაკები გადმოხტება უჟანგავი ფოლადიდან, რაც იწვევს გარემოს იონიზაციას, წარმოქმნის გამონადენს ან ნაპერწკალს 68 .ლითონის გამონადენი მნიშვნელოვანი წვლილი შეაქვს ხსნარის დაბზარვის რეაქციებში, რომელსაც თან ახლავს მაღალი ტემპერატურის ცხელი წერტილები.ტემპერატურული რუქის მიხედვით დამატებითი ნახაზი 2b, ტემპერატურა სწრაფად იზრდება, რაც მიუთითებს მაღალი ტემპერატურის ცხელ წერტილების არსებობაზე ძლიერი გამონადენის ფენომენის გარდა.
ამ შემთხვევაში შეინიშნება თერმული ეფექტი, ვინაიდან სუსტად შეკრულ ელექტრონებს შეუძლიათ გადაადგილება და კონცენტრირება ზედაპირზე და წვერზე69.უჟანგავი ფოლადის დაჭრისას, ლითონის დიდი ზედაპირის ფართობი ხსნარში ხელს უწყობს მორევის გამოწვევას მასალის ზედაპირზე და ინარჩუნებს გათბობის ეფექტს.ეს მდგომარეობა ეფექტურად ეხმარება CPO-ს და ფეროცენის და ფეროცენის გრძელი ნახშირბადის ჯაჭვების გაწყვეტას.როგორც ნაჩვენებია დამატებით ნახ. 2b-ში, მუდმივი ტემპერატურის მაჩვენებელი მიუთითებს, რომ ხსნარში შეინიშნება ერთიანი გათბობის ეფექტი.
MNC-ების წარმოქმნის შემოთავაზებული მექანიზმი ნაჩვენებია დამატებით სურათზე 7. CPO და ფეროცენის გრძელი ნახშირბადის ჯაჭვები იწყებენ ბზარს მაღალ ტემპერატურაზე.ზეთი იშლება და წარმოიქმნება გაყოფილი ნახშირწყალბადები, რომლებიც გახდებიან ნახშირბადის წინამორბედები, რომლებიც ცნობილია როგორც გლობულები FESEM MNC1070 გამოსახულებაში.გარემოს ენერგიისა და წნევის 71 გამო ატმოსფერულ პირობებში.ამავდროულად, ფეროცენი ასევე იბზარება, რაც კატალიზატორს ქმნის Fe-ზე დეპონირებული ნახშირბადის ატომებისგან.შემდეგ ხდება სწრაფი ნუკლეაცია და ნახშირბადის ბირთვი იჟანგება ბირთვის თავზე ამორფული და გრაფიკული ნახშირბადის ფენის წარმოქმნით.რაც დრო იზრდება, სფეროს ზომა უფრო ზუსტი და ერთგვაროვანი ხდება.ამავდროულად, არსებული ვან დერ ვაალის ძალები ასევე იწვევს სფეროების აგლომერაციას52.Fe იონების Fe3O4-მდე და ɣ-Fe2O3-მდე შემცირებისას (რენტგენის ფაზის ანალიზის მიხედვით) ნანოკარბონების ზედაპირზე წარმოიქმნება სხვადასხვა ტიპის რკინის ოქსიდები, რაც იწვევს მაგნიტური ნანოკარბონების წარმოქმნას.EDS რუკამ აჩვენა, რომ Fe ატომები ძლიერად იყო განაწილებული MNC ზედაპირზე, როგორც ნაჩვენებია დამატებით სურათებში 5a-c.
განსხვავება ისაა, რომ 20 წუთის სინთეზის დროს ხდება ნახშირბადის აგრეგაცია.ის ქმნის უფრო დიდ ფორებს MNC-ების ზედაპირზე, რაც ვარაუდობს, რომ MNCs შეიძლება ჩაითვალოს გააქტიურებულ ნახშირბად, როგორც ნაჩვენებია FESEM სურათებში ნახ. 1e–g.ფორების ზომების ეს განსხვავება შეიძლება დაკავშირებული იყოს ფეროცენის რკინის ოქსიდის წვლილთან.ამასთან მიღწეული მაღალი ტემპერატურის გამო დეფორმირებული სასწორებია.მაგნიტური ნანოკარბონები ავლენენ სხვადასხვა მორფოლოგიას სხვადასხვა სინთეზის დროს.ნანოკარბონები უფრო მეტად ქმნიან სფერულ ფორმებს სინთეზის უფრო მოკლე დროით.ამავდროულად, ფორები და სასწორები მიღწევადია, თუმცა სინთეზის დროში განსხვავება მხოლოდ 5 წუთშია.
მაგნიტურ ნანოკარბონებს შეუძლიათ წყლის გარემოდან დამაბინძურებლების ამოღება.მათი გამოყენების შემდეგ ადვილად მოცილების უნარი არის დამატებითი ფაქტორი ამ სამუშაოში მიღებული ნანოკარბონების ადსორბენტებად გამოყენებისათვის.მაგნიტური ნანოკარბონების ადსორბციული თვისებების შესწავლისას, ჩვენ გამოვიკვლიეთ MNC-ების უნარი, გააფერალონ მეთილენის ლურჯი (MB) ხსნარები 30°C-ზე ყოველგვარი pH კორექტირების გარეშე.რამდენიმე კვლევამ დაასკვნა, რომ ნახშირბადის შთამნთქმელების მოქმედება ტემპერატურულ დიაპაზონში 25-40 °C არ თამაშობს მნიშვნელოვან როლს MC მოცილების განსაზღვრაში.მიუხედავად იმისა, რომ pH-ის უკიდურესი მნიშვნელობები მნიშვნელოვან როლს თამაშობს, მუხტები შეიძლება ჩამოყალიბდეს ზედაპირზე ფუნქციურ ჯგუფებზე, რაც იწვევს ადსორბატ-ადსორბენტური ურთიერთქმედების დარღვევას და გავლენას ახდენს ადსორბციაზე.აქედან გამომდინარე, ზემოთ ჩამოთვლილი პირობები შეირჩა ამ კვლევაში ამ სიტუაციებისა და ჩამდინარე წყლების ტიპიური გაწმენდის საჭიროების გათვალისწინებით.
ამ ნაშრომში ჩატარდა სერიული ადსორბციის ექსპერიმენტი 20 მგ MNC-ის დამატებით მეთილენის ლურჯის წყალხსნარში 20 მლ სხვადასხვა სტანდარტული საწყისი კონცენტრაციით (5-20 ppm) ფიქსირებული კონტაქტის დროს60.დამატებითი სურათი 8 გვიჩვენებს მეთილენის ლურჯი ხსნარების სხვადასხვა კონცენტრაციების (5-20 ppm) მდგომარეობას MNC10, MNC15 და MNC20 მკურნალობამდე და შემდეგ.სხვადასხვა MNC-ების გამოყენებისას MB გადაწყვეტილებების ფერის დონე შემცირდა.საინტერესოა, რომ აღმოჩნდა, რომ MNC20 ადვილად აფერხებდა MB ხსნარებს 5 ppm კონცენტრაციით.იმავდროულად, MNC20-მა ასევე შეამცირა MB ხსნარის ფერის დონე სხვა MNC-ებთან შედარებით.MNC10-20-ის UV ხილული სპექტრი ნაჩვენებია დამატებით სურათზე 9. იმავდროულად, მოცილების სიჩქარე და ადსორბციის ინფორმაცია ნაჩვენებია სურათზე 9. 6 და ცხრილში 3, შესაბამისად.
ძლიერი მეთილენის ლურჯი მწვერვალები გვხვდება 664 ნმ და 600 ნმ.როგორც წესი, პიკის ინტენსივობა თანდათან მცირდება MG ხსნარის საწყისი კონცენტრაციის შემცირებით.დამატებით ნახ. 9a-ში ნაჩვენებია სხვადასხვა კონცენტრაციის MB ხსნარების UV-ხილული სპექტრები MNC10-ით დამუშავების შემდეგ, რამაც მხოლოდ ოდნავ შეცვალა პიკების ინტენსივობა.მეორეს მხრივ, MB ხსნარების შთანთქმის პიკები მნიშვნელოვნად შემცირდა MNC15 და MNC20-ით მკურნალობის შემდეგ, როგორც ნაჩვენებია დამატებით სურათებში 9b და c, შესაბამისად.ეს ცვლილებები აშკარად ჩანს, როდესაც MG ხსნარის კონცენტრაცია მცირდება.თუმცა, სამივე მაგნიტური ნახშირბადის მიერ მიღწეული სპექტრული ცვლილებები საკმარისი იყო მეთილენის ლურჯი საღებავის მოსაშორებლად.
ცხრილი 3-ზე დაყრდნობით, შედეგები MC-ის ადსორბირებული რაოდენობის და MC-ის ადსორბირებული პროცენტის შესახებ ნაჩვენებია ნახ. 3-ში. 6. MG-ის ადსორბცია გაიზარდა უმაღლესი საწყისი კონცენტრაციების გამოყენებისას ყველა MNC-სთვის.იმავდროულად, ადსორბციის პროცენტმა ან MB მოცილების სიჩქარემ (MBR) აჩვენა საპირისპირო ტენდენცია, როდესაც საწყისი კონცენტრაცია გაიზარდა.დაბალ საწყის MC კონცენტრაციებში, დაუკავებელი აქტიური ადგილები რჩებოდა ადსორბენტის ზედაპირზე.საღებავის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, შემცირდება საღებავების მოლეკულების ადსორბციისთვის ხელმისაწვდომი არაოკუპირებული აქტიური ადგილების რაოდენობა.სხვებმა დაასკვნეს, რომ ამ პირობებში მიიღწევა ბიოსორბციის აქტიური ადგილების გაჯერება72.
სამწუხაროდ MNC10-ისთვის, MBR გაიზარდა და შემცირდა MB ხსნარის 10 ppm შემდეგ.ამავდროულად, MG-ის მხოლოდ ძალიან მცირე ნაწილი ადსორბირებულია.ეს მიუთითებს, რომ 10 ppm არის ოპტიმალური კონცენტრაცია MNC10 ადსორბციისთვის.ამ ნაშრომში შესწავლილი ყველა MNC-სთვის, ადსორბციული შესაძლებლობების თანმიმდევრობა იყო შემდეგი: MNC20 > MNC15 > MNC10, საშუალო მნიშვნელობები იყო 10.36 მგ/გ, 6.85 მგ/გ და 0.71 მგ/გ, MG სიჩქარის საშუალო მოცილება. იყო 87, 79%, 62.26% და 5.75%.ამრიგად, MNC20-მა აჩვენა საუკეთესო ადსორბციის მახასიათებლები სინთეზირებულ მაგნიტურ ნანოკარბონატებს შორის, ადსორბციული სიმძლავრის და ულტრაიისფერი ხილული სპექტრის გათვალისწინებით.მიუხედავად იმისა, რომ ადსორბციის უნარი უფრო დაბალია სხვა მაგნიტურ ნანოკარბონებთან შედარებით, როგორიცაა MWCNT მაგნიტური კომპოზიტი (11,86 მგ/გ) და ჰალოიზიტის ნანომილაკი-მაგნიტური Fe3O4 ნანონაწილაკები (18,44 მგ/გ), ეს კვლევა არ საჭიროებს სტიმულატორის დამატებით გამოყენებას.ქიმიკატები მოქმედებენ როგორც კატალიზატორები.სუფთა და შესაძლებელი სინთეზური მეთოდების უზრუნველყოფა73,74.
როგორც MNC-ების SBET მნიშვნელობებიდან ჩანს, მაღალი სპეციფიკური ზედაპირი უზრუნველყოფს უფრო აქტიურ ადგილებს MB ხსნარის ადსორბციისთვის.ეს ხდება სინთეზური ნანოკარბონის ერთ-ერთი ფუნდამენტური მახასიათებელი.ამავდროულად, MNC-ების მცირე ზომის გამო, სინთეზის დრო მოკლე და მისაღებია, რაც შეესაბამება პერსპექტიული ადსორბენტების ძირითად თვისებებს75.ჩვეულებრივ ბუნებრივ ადსორბენტებთან შედარებით, სინთეზირებული MNC-ები მაგნიტურად გაჯერებულია და ადვილად ამოიღება ხსნარიდან გარე მაგნიტური ველის მოქმედებით76.ამრიგად, მკურნალობის მთელი პროცესისთვის საჭირო დრო მცირდება.
ადსორბციის იზოთერმები აუცილებელია ადსორბციის პროცესის გასაგებად და შემდეგ იმის დემონსტრირებისთვის, თუ როგორ ნაწილდება ადსორბირება თხევად და მყარ ფაზებს შორის, როდესაც წონასწორობა მიიღწევა.Langmuir და Freundlich განტოლებები გამოიყენება როგორც სტანდარტული იზოთერმული განტოლებები, რომლებიც ხსნის ადსორბციის მექანიზმს, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 7. Langmuir მოდელი კარგად აჩვენებს ადსორბენტის გარე ზედაპირზე ერთი ადსორბატური ფენის წარმოქმნას.იზოთერმები საუკეთესოდ აღწერილია, როგორც ერთგვაროვანი ადსორბციული ზედაპირები.ამავდროულად, ფროუნდლიხის იზოთერმა საუკეთესოდ ასახავს რამდენიმე ადსორბციული რეგიონის მონაწილეობას და ადსორბციის ენერგიას ადსორბატის არაჰომოგენურ ზედაპირზე დაჭერისას.
მოდელის იზოთერმი ლანგმუირის იზოთერმისთვის (a–c) და ფროუნდლიხის იზოთერმი (d–f) MNC10, MNC15 და MNC20–სთვის.
ადსორბციის იზოთერმები დაბალი ხსნარის კონცენტრაციით, ჩვეულებრივ, წრფივია77.ლანგმუირის იზოთერმული მოდელის წრფივი წარმოდგენა შეიძლება გამოისახოს განტოლებაში.1 ადსორბციის პარამეტრების განსაზღვრა.
KL (ლ/მგ) არის ლანგმუირის მუდმივი, რომელიც წარმოადგენს MB-ის დაკავშირებულ კავშირს MNC-თან.იმავდროულად, qmax არის მაქსიმალური ადსორბციის უნარი (მგ/გ), qe არის MC-ის ადსორბირებული კონცენტრაცია (მგ/გ), ხოლო Ce არის MC ხსნარის წონასწორული კონცენტრაცია.ფროუნდლიხის იზოთერმის მოდელის წრფივი გამოხატულება შეიძლება აღწერილი იყოს შემდეგნაირად: