마이크로파

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11306(2023) 이 기사 인용

558 액세스

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

양쪽성 야누스 질소 도핑 탄소 양자점(AJ-N-CQD)에 의한 수용액으로부터의 크롬 흡착 거동을 조사했습니다. 실험 데이터를 분석하기 위해 유사 1차 및 2차 흡착 동역학 모델이 ​​사용되었습니다. 2차 흡착 동역학 모델은 실험 데이터와 더 나은 상관 관계를 나타내어 화학 흡착 과정을 제안했습니다. 유사 1차에서 얻은 값은 여전히 ​​Cr(VI) 수착의 동역학을 설명하는 데 적합합니다. 이러한 값은 AJ-N-CQD에 의한 Cr(VI) 흡착에서 화학흡착과 물리흡착과 관련된 표면 과정을 설명합니다. Boyd 모델의 R2는 AJ-N-CQD의 흡착 데이터(즉, 외부 확산)에 더 잘 들어맞았습니다. 이는 AJ-N-CQD에 의한 외부 Cr(VI) 흡착과 관련된 표면 프로세스를 의미합니다. α 값이 더 높을수록 수용액에서 Cr(VI)을 즉시 흡착하기 위한 AJ-N-CQD의 표면적이 더 크기 때문일 수 있습니다. AJ-N-CQD는 Cr(VI) 흡착 전후의 형광 스펙트럼을 갖고 있어 화학 센서 응용 분야에 유망하다는 것을 나타냅니다.

농업 폐기물의 축적은 환경에 해롭습니다. 결과적으로 재활용이 요구됩니다. 사탕수수 버개스의 주요 성분은 셀룰로오스로, 이는 D-글루코스 단위1,2,3,4의 β-1,4-글리코시드 결합으로 구성됩니다. 최근 농업 폐기물을 활용하는 데 더욱 큰 노력이 이루어지고 있습니다. 하나는 탄소 기반 물질을 생산하기 위한 공급원료로 사탕수수를 사용하는 것이었습니다. 폐수에서 금속이온을 제거하는 친환경 기술로 가치 있는 제품을 생산할 수 있는 가장 신뢰할 수 있는 공급원입니다1,5.

탄소 양자점(CQD)과 그래핀(G)은 농업 폐기물에서 생산할 수 있는 두 가지 귀중한 제품입니다. CQD는 표면적이 거대한 볼 나노물질을 갖는 10 nm 직경이고, 그래핀 양자점(GQD)은 G와 CQD의 혼합물입니다. 가장 두드러진 작용기는 O–H, –C = O 및 C–O–C입니다. 유기 분자의 열수 및 용매열 가열, 흑연의 레이저 제거, 열분해 탄화와 같은 여러 방법이 GQD를 만드는 데 사용되었습니다. 그러나 연구에 따르면 마이크로파 가열은 보다 신속하고 합리적인 가격의 CQD 합성 절차를 개발하는 데 적합하다는 것이 밝혀졌습니다5.

-O- 및 -N- 작용기를 포함하는 양쪽성 야누스 질소 도핑 CQD(AJ-N-CQD)는 친수성 -O- 및 -N 층으로 보호된 소수성 탄소 코어의 존재로 인해 양쪽성 야누스 물질(AJM)입니다. –2,6,7. 소수성 및 친수성 부분을 가진 고분자 화합물을 AJM이라고 합니다.

또한 N-CQD는 폐수 처리에 성공적으로 사용되는 형광성 및 친환경 나노 물질입니다1,5. 독성 특성에도 불구하고 Cr(VI)은 다양한 산업에서 널리 사용되며 해당 액체 폐수로부터 회수하는 것이 자연수로 방출되기 전 주요 목표입니다. 따라서 Cr(VI)의 환경 함량을 모니터링하는 것은 공중 보건에 필수적입니다. 활성탄, 천연 제올라이트, 탄소 나노튜브 등과 같은 폐기물에서 Cr(VI)을 제거 및/또는 회수하는 데 여러 가지 재료가 응용되고 있습니다.8. 그 중 AJ-N-CQD에 대한 흡착은 N 및 O 작용기의 존재와 형광 특성으로 인해 높은 흡착 효율로 인해 경쟁적일 수 있으며 이는 Cr(VI)1,5에 적합한 검출기로 만듭니다. Cr(VI)을 검출하기 위해 전기화학 기술, 크로마토그래피 등을 포함한 여러 가지 기존 접근법이 사용되었습니다. 대부분의 접근 방식에서 시료 준비는 힘들고 복잡하며 시간이 많이 걸립니다. 형광 검출 방법은 감도가 높고 비용이 저렴하기 때문에 기존의 다른 기술보다 강력한 것으로 간주됩니다.

결과적으로, 본 연구에서는 사탕수수로부터 다양한 탄소 나노물질(GQD 및 AJ-N-CQD)을 제조하기 위해 마이크로파 에너지를 사용했습니다. 생성된 N-GQD는 다량의 G로 인해 형광 특성이 없습니다. AJ-N-CQD는 형광 특성을 가지므로 Cr(VI)과 같은 금속 이온에 대한 흡착제 및 센서로 유망합니다. 서로 다른 시간에 따른 흡착 과정의 역학과 Cr(VI)이 있거나 없는 AJ-N-CQD의 형광이 연구되었습니다. 결과는 화학 센서 응용 분야에 유망합니다.