การใช้น้ำมันปาล์มเป็นสารตั้งต้นสีเขียว การสังเคราะห์อาร์คของแม่เหล็กนาโนคาร์บอนโดยใช้เตาไมโครเวฟในการบำบัดน้ำเสีย

ขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comคุณกำลังใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันที่มีการรองรับ CSS ที่จำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)นอกจากนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจึงแสดงไซต์ที่ไม่มีสไตล์และ JavaScript
แสดงภาพหมุนสามสไลด์พร้อมกันใช้ปุ่มก่อนหน้าและถัดไปเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์พร้อมกัน หรือใช้ปุ่มตัวเลื่อนที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์พร้อมกัน
การมีอยู่ของโลหะที่ปล่อยออกมาจากรังสีไมโครเวฟนั้นเป็นที่ถกเถียงกันเพราะโลหะนั้นติดไฟได้ง่ายแต่สิ่งที่น่าสนใจคือ นักวิจัยพบว่าปรากฏการณ์การปลดปล่อยอาร์คเป็นเส้นทางที่มีแนวโน้มดีสำหรับการสังเคราะห์วัสดุนาโนโดยการแยกโมเลกุลการศึกษานี้กำลังพัฒนาวิธีการสังเคราะห์แบบขั้นตอนเดียวแต่มีราคาย่อมเยา ซึ่งรวมการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟและอาร์คไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนน้ำมันปาล์มดิบเป็นแมกเนติกนาโนคาร์บอน (MNC) ซึ่งถือได้ว่าเป็นทางเลือกใหม่สำหรับการผลิตน้ำมันปาล์มมันเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์สื่อที่มีลวดเหล็กกล้าไร้สนิมพันแผลอย่างถาวร (สื่อไดอิเล็กทริก) และเฟอร์โรซีน (ตัวเร่งปฏิกิริยา) ภายใต้สภาวะเฉื่อยบางส่วนวิธีการนี้ประสบความสำเร็จในการให้ความร้อนในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 190.9 ถึง 472.0°C โดยมีเวลาการสังเคราะห์ต่างๆ (10-20 นาที)บรรษัทข้ามชาติที่เตรียมใหม่แสดงทรงกลมที่มีขนาดเฉลี่ย 20.38–31.04 นาโนเมตร โครงสร้าง mesoporous (SBET: 14.83–151.95 m2 / g) และปริมาณคาร์บอนคงที่สูง (52.79–71.24 wt.%) เช่นเดียวกับ D และ G แบนด์ (ID/g) 0.98–0.99การก่อตัวของจุดสูงสุดใหม่ในสเปกตรัม FTIR (522.29–588.48 ซม.–1) เป็นพยานถึงการมีอยู่ของสารประกอบ FeO ในเฟอร์โรซีนMagnetometers แสดงความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็กสูง (22.32–26.84 emu/g) ในวัสดุ ferromagneticการใช้ MNCs ในการบำบัดน้ำเสียแสดงให้เห็นโดยการประเมินความสามารถในการดูดซับโดยใช้การทดสอบการดูดซับด้วยเมทิลีนบลู (MB) ที่ความเข้มข้นต่างๆ ตั้งแต่ 5 ถึง 20 ppmMNCs ที่ได้รับในเวลาสังเคราะห์ (20 นาที) แสดงประสิทธิภาพการดูดซับสูงสุด (10.36 มก./ก.) เมื่อเปรียบเทียบกับสารอื่นๆ และอัตราการกำจัดสีย้อม MB เท่ากับ 87.79%ดังนั้น ค่า Langmuir จึงไม่ดีเมื่อเทียบกับค่า Freundlich โดย R2 มีค่าประมาณ 0.80, 0.98 และ 0.99 สำหรับ MNCs ที่สังเคราะห์ที่ 10 นาที (MNC10), 15 นาที (MNC15) และ 20 นาที (MNC20 ) ตามลำดับดังนั้น ระบบการดูดซับจึงอยู่ในสถานะต่างกันดังนั้น การอาร์กด้วยคลื่นไมโครเวฟจึงเป็นวิธีที่มีแนวโน้มดีในการแปลง CPO เป็น MNC ซึ่งสามารถขจัดสีย้อมที่เป็นอันตรายได้
รังสีไมโครเวฟสามารถให้ความร้อนแก่ส่วนในสุดของวัสดุผ่านปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าการตอบสนองของคลื่นไมโครเวฟนี้มีลักษณะพิเศษตรงที่ส่งเสริมการตอบสนองทางความร้อนที่รวดเร็วและสม่ำเสมอดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะเร่งกระบวนการให้ความร้อนและเพิ่มปฏิกิริยาทางเคมี2ในขณะเดียวกัน เนื่องจากเวลาในการทำปฏิกิริยาที่สั้นกว่า ปฏิกิริยาไมโครเวฟจึงสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและผลผลิตสูงได้ในที่สุด3,4เนื่องจากคุณสมบัติที่น่าทึ่ง รังสีไมโครเวฟช่วยอำนวยความสะดวกในการสังเคราะห์ไมโครเวฟที่น่าสนใจ ซึ่งใช้ในการศึกษาจำนวนมาก รวมถึงปฏิกิริยาเคมีและการสังเคราะห์วัสดุนาโน5,6ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน คุณสมบัติไดอิเล็กตริกของตัวรับภายในตัวกลางมีบทบาทชี้ขาด เนื่องจากมันสร้างจุดร้อนในตัวกลาง ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของนาโนคาร์บอนที่มีสัณฐานวิทยาและคุณสมบัติต่างกันการศึกษาโดย Omoriyekomwan และคณะการผลิตเส้นใยนาโนคาร์บอนกลวงจากเมล็ดในปาล์มโดยใช้ถ่านกัมมันต์และไนโตรเจน8.นอกจากนี้ Fu และ Hamid ได้กำหนดการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการผลิตถ่านกัมมันต์ใยปาล์มน้ำมันในเตาอบไมโครเวฟขนาด 350 W9ดังนั้นจึงสามารถใช้วิธีการที่คล้ายกันในการแปลงน้ำมันปาล์มดิบเป็นบรรษัทข้ามชาติโดยการแนะนำของเน่าเสียที่เหมาะสม
มีการสังเกตปรากฏการณ์ที่น่าสนใจระหว่างการแผ่รังสีไมโครเวฟกับโลหะที่มีขอบแหลมคม จุด หรือสิ่งผิดปกติในกล้องจุลทรรศน์10การปรากฏตัวของวัตถุทั้งสองนี้จะได้รับผลกระทบจากอาร์กไฟฟ้าหรือประกายไฟ (โดยทั่วไปเรียกว่าการปลดปล่อยอาร์ค)11,12ส่วนโค้งจะส่งเสริมการก่อตัวของจุดร้อนที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นมากขึ้นและมีอิทธิพลต่อปฏิกิริยา ซึ่งจะเป็นการปรับปรุงองค์ประกอบทางเคมีของสิ่งแวดล้อม13ปรากฏการณ์เฉพาะและน่าสนใจนี้ดึงดูดการศึกษาต่างๆ เช่น การกำจัดสารปนเปื้อน14,15, การแตกของน้ำมันดินจากชีวมวล16, ไพโรไลซิสโดยใช้ไมโครเวฟช่วย17,18 และการสังเคราะห์วัสดุ19,20,21
เมื่อเร็ว ๆ นี้ นาโนคาร์บอน เช่น ท่อนาโนคาร์บอน คาร์บอนนาโนสเฟียร์ และกราฟีนออกไซด์ที่ผ่านการดัดแปลงแล้วได้รับความสนใจเนื่องจากคุณสมบัติของพวกมันนาโนคาร์บอนเหล่านี้มีศักยภาพสูงสำหรับการใช้งานตั้งแต่การผลิตกระแสไฟฟ้าไปจนถึงการทำน้ำให้บริสุทธิ์หรือการปนเปื้อน23นอกจากนี้ยังต้องการคุณสมบัติของคาร์บอนที่ดีเยี่ยม แต่ในขณะเดียวกันก็ต้องการคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีด้วยสิ่งนี้มีประโยชน์มากสำหรับการใช้งานอเนกประสงค์ รวมถึงการดูดซับไอออนโลหะและสีย้อมในระดับสูงในการบำบัดน้ำเสีย สารปรับสภาพแม่เหล็กในเชื้อเพลิงชีวภาพ และแม้กระทั่งตัวดูดซับไมโครเวฟที่มีประสิทธิภาพสูง24,25,26,27,28ในเวลาเดียวกัน คาร์บอนเหล่านี้มีข้อได้เปรียบอีกประการหนึ่ง ซึ่งรวมถึงการเพิ่มพื้นที่ผิวของไซต์แอคทีฟของตัวอย่าง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุแม่เหล็กนาโนคาร์บอนได้เพิ่มสูงขึ้นโดยทั่วไปแล้ว นาโนคาร์บอนแม่เหล็กเหล่านี้เป็นวัสดุอเนกประสงค์ที่มีวัสดุแม่เหล็กขนาดนาโนที่สามารถทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาภายนอกทำปฏิกิริยาได้ เช่น สนามไฟฟ้าสถิตภายนอกหรือสนามแม่เหล็กสลับ29เนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็ก นาโนคาร์บอนแม่เหล็กจึงสามารถรวมกับส่วนผสมที่ออกฤทธิ์หลากหลายและโครงสร้างที่ซับซ้อนสำหรับการตรึง30ในขณะเดียวกัน นาโนคาร์บอนแม่เหล็ก (MNCs) แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในการดูดซับมลพิษจากสารละลายที่เป็นน้ำนอกจากนี้ พื้นที่ผิวจำเพาะสูงและรูพรุนที่เกิดขึ้นในบรรษัทข้ามชาติสามารถเพิ่มความสามารถในการดูดซับได้31ตัวแยกแม่เหล็กสามารถแยก MNC ออกจากสารละลายที่มีปฏิกิริยาสูง เปลี่ยนเป็นตัวดูดซับที่ทำงานได้และจัดการได้32
นักวิจัยหลายคนได้แสดงให้เห็นว่านาโนคาร์บอนคุณภาพสูงสามารถผลิตได้โดยใช้น้ำมันปาล์มดิบ33,34น้ำมันปาล์ม หรือที่รู้จักกันในทางวิทยาศาสตร์ว่า Elais Guneensis ถือเป็นหนึ่งในน้ำมันสำหรับบริโภคที่สำคัญ โดยมีการผลิตประมาณ 76.55 ล้านตันในปี 202135 น้ำมันปาล์มดิบหรือ CPO มีอัตราส่วนที่สมดุลของกรดไขมันไม่อิ่มตัว (EFA) และกรดไขมันอิ่มตัว (หน่วยงานการเงินของสิงคโปร์).ไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่ใน CPO คือไตรกลีเซอไรด์ กลีเซอไรด์ประกอบด้วยส่วนประกอบของไตรกลีเซอไรด์อะซิเตตสามส่วนและส่วนประกอบของกลีเซอรอลหนึ่งส่วน36ไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้สามารถสรุปได้เนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนมาก ทำให้เป็นสารตั้งต้นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับการผลิตนาโนคาร์บอน37จากเอกสารอ้างอิง CNT37,38,39,40 คาร์บอนนาโนสเฟียร์33,41 และกราฟีน34,42,43 มักจะถูกสังเคราะห์โดยใช้น้ำมันปาล์มดิบหรือน้ำมันบริโภคนาโนคาร์บอนเหล่านี้มีศักยภาพในการใช้งานตั้งแต่การผลิตกระแสไฟฟ้าไปจนถึงการทำน้ำให้บริสุทธิ์หรือการปนเปื้อน
การสังเคราะห์ด้วยความร้อน เช่น CVD38 หรือ pyrolysis33 ได้กลายเป็นวิธีที่ดีสำหรับการย่อยสลายน้ำมันปาล์มน่าเสียดายที่อุณหภูมิสูงในกระบวนการทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นการผลิตวัสดุที่ต้องการ 44 ต้องใช้ขั้นตอนและวิธีการทำความสะอาดที่ยาวนานและน่าเบื่ออย่างไรก็ตาม ความจำเป็นในการแยกและการกะเทาะทางกายภาพเป็นสิ่งที่ปฏิเสธไม่ได้ เนื่องจากน้ำมันปาล์มดิบมีความเสถียรที่ดีที่อุณหภูมิสูง45ดังนั้นจึงยังคงต้องใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นในการเปลี่ยนน้ำมันปาล์มดิบเป็นวัสดุคาร์บอนส่วนโค้งของของเหลวถือได้ว่าเป็นศักยภาพที่ดีที่สุดและเป็นวิธีการใหม่สำหรับการสังเคราะห์นาโนคาร์บอนแม่เหล็ก 46วิธีการนี้ให้พลังงานโดยตรงสำหรับสารตั้งต้นและสารละลายในสถานะที่มีความตื่นเต้นสูงการปล่อยอาร์คอาจทำให้พันธะคาร์บอนในน้ำมันปาล์มดิบแตกได้อย่างไรก็ตาม ระยะห่างของอิเล็กโทรดที่ใช้อาจต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวด ซึ่งจะจำกัดขนาดอุตสาหกรรม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการที่มีประสิทธิภาพ
เท่าที่ทราบ การวิจัยเกี่ยวกับการปล่อยอาร์คโดยใช้ไมโครเวฟเป็นวิธีการสังเคราะห์นาโนคาร์บอนยังมีจำกัดในขณะเดียวกัน ยังไม่มีการสำรวจการใช้น้ำมันปาล์มดิบเป็นสารตั้งต้นอย่างเต็มที่ดังนั้น การศึกษานี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจความเป็นไปได้ในการผลิตนาโนคาร์บอนแม่เหล็กจากสารตั้งต้นของน้ำมันปาล์มดิบโดยใช้อาร์คไฟฟ้าโดยใช้เตาอบไมโครเวฟความอุดมสมบูรณ์ของน้ำมันปาล์มควรสะท้อนให้เห็นในผลิตภัณฑ์และการใช้งานใหม่แนวทางใหม่ในการกลั่นน้ำมันปาล์มสามารถช่วยกระตุ้นภาคเศรษฐกิจและเป็นแหล่งรายได้อีกทางหนึ่งสำหรับผู้ผลิตน้ำมันปาล์ม โดยเฉพาะสวนปาล์มน้ำมันของเกษตรกรรายย่อยที่ได้รับผลกระทบจากการศึกษาของเกษตรกรรายย่อยในแอฟริกาโดย Ayompe et al. เกษตรกรรายย่อยจะได้เงินมากขึ้นหากพวกเขาแปรรูปกลุ่มผลไม้สดเองและขายน้ำมันปาล์มดิบแทนที่จะขายให้กับพ่อค้าคนกลาง ซึ่งเป็นงานที่มีค่าใช้จ่ายสูงและน่าเบื่อ47ในขณะเดียวกัน การปิดโรงงานที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากโควิด-19 ได้ส่งผลกระทบต่อผลิตภัณฑ์ที่ใช้น้ำมันปาล์มที่น่าสนใจ เนื่องจากครัวเรือนส่วนใหญ่สามารถเข้าถึงเตาอบไมโครเวฟได้ และวิธีการที่เสนอในการศึกษานี้จึงถือว่าเป็นไปได้และราคาไม่แพง การผลิต MNC จึงถือเป็นทางเลือกแทนการปลูกปาล์มน้ำมันขนาดเล็กในขณะเดียวกัน ในระดับที่ใหญ่ขึ้น บริษัทสามารถลงทุนในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่เพื่อผลิต TNCs ขนาดใหญ่ได้
การศึกษานี้ส่วนใหญ่ครอบคลุมกระบวนการสังเคราะห์โดยใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นสื่อไดอิเล็กตริกในระยะเวลาต่างๆการศึกษาทั่วไปส่วนใหญ่ที่ใช้ไมโครเวฟและนาโนคาร์บอนแนะนำเวลาการสังเคราะห์ที่ยอมรับได้ที่ 30 นาทีขึ้นไป33,34เพื่อสนับสนุนแนวคิดเชิงปฏิบัติที่เข้าถึงได้และเป็นไปได้ การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ได้บรรษัทข้ามชาติที่มีเวลาในการสังเคราะห์ต่ำกว่าค่าเฉลี่ยในขณะเดียวกัน การศึกษาได้วาดภาพความพร้อมของเทคโนโลยีระดับ 3 เมื่อทฤษฎีได้รับการพิสูจน์และนำไปใช้ในระดับห้องปฏิบัติการต่อมาบรรษัทข้ามชาติที่เป็นผลลัพธ์มีลักษณะทางกายภาพ เคมี และคุณสมบัติทางแม่เหล็กจากนั้นใช้เมทิลีนบลูเพื่อแสดงความสามารถในการดูดซับของบรรษัทข้ามชาติที่เป็นผลลัพธ์
น้ำมันปาล์มดิบได้มาจาก Apas Balung Mill, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau และใช้เป็นสารตั้งต้นของคาร์บอนในการสังเคราะห์ในกรณีนี้จะใช้ลวดเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.90 มม. เป็นสื่ออิเล็กทริกFerrocene (ความบริสุทธิ์ 99%) ที่ได้จาก Sigma-Aldrich ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้รับเลือกให้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในงานวิจัยนี้เมทิลีนบลู (เบนโดเซน 100 ก.) ถูกนำมาใช้เพิ่มเติมสำหรับการทดลองการดูดซับ
ในการศึกษานี้ เตาไมโครเวฟในครัวเรือน (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) ถูกแปลงเป็นเครื่องปฏิกรณ์ไมโครเวฟมีรูสามรูที่ส่วนบนของเตาอบไมโครเวฟสำหรับทางเข้าและทางออกของแก๊สและเทอร์โมคัปเปิลหัววัดเทอร์โมคัปเปิลถูกหุ้มฉนวนด้วยท่อเซรามิกและวางไว้ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันสำหรับการทดลองแต่ละครั้งเพื่อป้องกันอุบัติเหตุในขณะเดียวกัน มีการใช้เครื่องปฏิกรณ์แก้วบอโรซิลิเกตที่มีฝาปิดสามรูเพื่อรองรับตัวอย่างและหลอดลมแผนผังของเครื่องปฏิกรณ์ไมโครเวฟสามารถดูได้จากรูปที่ 1 เพิ่มเติม
การใช้น้ำมันปาล์มดิบเป็นสารตั้งต้นของคาร์บอนและเฟอร์โรซีนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา นาโนคาร์บอนแม่เหล็กถูกสังเคราะห์ขึ้นประมาณ 5% โดยน้ำหนักของตัวเร่งปฏิกิริยาเฟอร์โรซีนถูกเตรียมด้วยวิธีตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสารละลายผสมเฟอโรซีนกับน้ำมันปาล์มดิบ 20 มล. ที่ 60 รอบต่อนาที นาน 30 นาทีจากนั้นส่วนผสมจะถูกถ่ายโอนไปยังถ้วยใส่ตัวอย่างอลูมินา และลวดเหล็กกล้าไร้สนิมยาว 30 ซม. ถูกม้วนและวางในแนวตั้งภายในถ้วยใส่ตัวอย่างวางอลูมินาเบ้าหลอมลงในเครื่องปฏิกรณ์แก้วและยึดให้แน่นภายในเตาอบไมโครเวฟด้วยฝาแก้วที่ปิดสนิทไนโตรเจนถูกเป่าเข้าไปในห้องก่อนเริ่มปฏิกิริยา 5 นาทีเพื่อกำจัดอากาศที่ไม่ต้องการออกจากห้องกำลังไมโครเวฟเพิ่มขึ้นเป็น 800W เนื่องจากเป็นกำลังไมโครเวฟสูงสุดที่สามารถรักษาการเริ่มต้นอาร์คที่ดีได้ดังนั้นสิ่งนี้อาจนำไปสู่การสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อปฏิกิริยาสังเคราะห์ในเวลาเดียวกัน นี่เป็นช่วงพลังงานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในหน่วยวัตต์สำหรับปฏิกิริยาฟิวชันของไมโครเวฟ48,49ของผสมถูกให้ความร้อนเป็นเวลา 10, 15 หรือ 20 นาทีในระหว่างปฏิกิริยาหลังจากเสร็จสิ้นปฏิกิริยา เครื่องปฏิกรณ์และไมโครเวฟจะถูกทำให้เย็นลงตามธรรมชาติจนถึงอุณหภูมิห้องผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายในถ้วยใส่ตัวอย่างอะลูมินาคือตะกอนสีดำที่มีเส้นลวดเป็นเกลียว
ตะกอนสีดำถูกรวบรวมและล้างหลายๆ ครั้งสลับกับเอทานอล ไอโซโพรพานอล (70%) และน้ำกลั่นหลังจากล้างและทำความสะอาดแล้ว ผลิตภัณฑ์จะถูกทำให้แห้งข้ามคืนที่อุณหภูมิ 80°C ในเตาอบธรรมดาเพื่อระเหยสิ่งสกปรกที่ไม่ต้องการออกไปจากนั้นจึงรวบรวมผลิตภัณฑ์เพื่อวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะตัวอย่างที่มีป้ายกำกับ MNC10, MNC15 และ MNC20 ถูกนำมาใช้เพื่อสังเคราะห์นาโนคาร์บอนแม่เหล็กเป็นเวลา 10 นาที 15 นาที และ 20 นาที
สังเกตสัณฐานวิทยาของ MNC ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดภาคสนามหรือ FESEM (แบบจำลอง Zeiss Auriga) ที่กำลังขยาย 100 ถึง 150 kXในเวลาเดียวกัน องค์ประกอบของธาตุถูกวิเคราะห์โดยเอ็กซ์เรย์สเปกโทรสโกปีแบบกระจายพลังงาน (EDS)การวิเคราะห์ EMF ดำเนินการที่ระยะการทำงาน 2.8 มม. และแรงดันเร่ง 1 kVพื้นที่ผิวจำเพาะและค่ารูพรุน MNC ถูกวัดโดยวิธี Brunauer-Emmett-Teller (BET) รวมถึงไอโซเทอร์มการดูดซับ-การดูดออกของ N2 ที่ 77 K การวิเคราะห์ดำเนินการโดยใช้เครื่องวัดพื้นที่ผิวแบบจำลอง (MICROMERITIC ASAP 2020) .
ความเป็นผลึกและเฟสของนาโนคาร์บอนแม่เหล็กถูกกำหนดโดย X-ray powder diffraction หรือ XRD (Burker D8 Advance) ที่ λ = 0.154 nmDiffractograms ถูกบันทึกระหว่าง 2θ = 5 และ 85° ที่อัตราการสแกน 2° min-1นอกจากนี้ โครงสร้างทางเคมีของบรรษัทข้ามชาติถูกตรวจสอบโดยใช้ฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (FTIR)การวิเคราะห์ดำเนินการโดยใช้ Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400 ที่มีความเร็วในการสแกนตั้งแต่ 4,000 ถึง 400 ซม.-1ในการศึกษาลักษณะโครงสร้างของแม่เหล็กนาโนคาร์บอน รามานสเปกโทรสโกปีได้ดำเนินการโดยใช้เลเซอร์เจือนีโอดิเมียม (532 นาโนเมตร) ใน U-RAMAN สเปกโทรสโกปีโดยมีวัตถุประสงค์ 100X
เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสั่นหรือ VSM (Lake Shore 7400 series) ใช้ในการวัดความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็กของเหล็กออกไซด์ในบรรษัทข้ามชาติใช้สนามแม่เหล็กประมาณ 8 kOe และได้รับ 200 คะแนน
เมื่อศึกษาศักยภาพของบรรษัทข้ามชาติในฐานะตัวดูดซับในการทดลองการดูดซับ ใช้เมทิลีนบลูสีย้อมประจุบวก (MB)MNCs (20 มก.) ถูกเติมลงในสารละลายที่เป็นน้ำของเมทิลีนบลู 20 มล. ที่มีความเข้มข้นมาตรฐานในช่วง 5–20 มก./ลิตร50ค่า pH ของสารละลายถูกกำหนดไว้ที่ค่า pH เป็นกลางที่ 7 ตลอดการศึกษาสารละลายถูกกวนทางกลไกที่ 150 รอบต่อนาทีและ 303.15 K บนเครื่องเขย่าแบบหมุน (เพื่อนร่วมห้องแล็บ: SI-300R)จากนั้นบรรษัทข้ามชาติจะถูกแยกออกโดยใช้แม่เหล็กใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ที่มองเห็นด้วยรังสียูวี (Varian Cary 50 UV-Vis Spectrophotometer) เพื่อสังเกตความเข้มข้นของสารละลาย MB ก่อนและหลังการทดลองการดูดซับ และอ้างอิงถึงเส้นโค้งมาตรฐานเมทิลีนบลูที่ความยาวคลื่นสูงสุด 664 นาโนเมตรทำการทดลองซ้ำ 3 ครั้งและหาค่าเฉลี่ยการกำจัด MG ออกจากสารละลายคำนวณโดยใช้สมการทั่วไปสำหรับปริมาณของ MC ที่ถูกดูดซับที่สมดุล qe และเปอร์เซ็นต์ของการกำจัด %
การทดลองเกี่ยวกับไอโซเทอร์มของการดูดซับได้ดำเนินการด้วยการกวนสารละลาย MG ที่มีความเข้มข้นต่างๆ (5–20 มก./ลิตร) และตัวดูดซับ 20 มก. ที่อุณหภูมิคงที่ 293.15 เค มก. สำหรับบรรษัทข้ามชาติทั้งหมด
เหล็กและคาร์บอนแม่เหล็กได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมาวัสดุแม่เหล็กที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบกำลังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ซึ่งนำไปสู่การใช้งานทางเทคโนโลยีที่หลากหลาย โดยส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าและการบำบัดน้ำในการศึกษานี้ นาโนคาร์บอนถูกสังเคราะห์โดยการแตกไฮโดรคาร์บอนในน้ำมันปาล์มดิบโดยใช้การปล่อยคลื่นไมโครเวฟการสังเคราะห์ดำเนินการในเวลาต่างๆ ตั้งแต่ 10 ถึง 20 นาที ที่อัตราส่วนคงที่ (5:1) ของสารตั้งต้นและตัวเร่งปฏิกิริยา โดยใช้ตัวเก็บกระแสโลหะ (บิดเกลียว SS) และเฉื่อยบางส่วน (อากาศที่ไม่ต้องการถูกกำจัดด้วยไนโตรเจนที่ เริ่มการทดลอง)การสะสมของคาร์บอนที่เกิดขึ้นจะอยู่ในรูปของผงของแข็งสีดำดังที่แสดงในรูปที่ 2a เพิ่มเติมผลผลิตคาร์บอนที่ตกตะกอนมีค่าประมาณ 5.57%, 8.21% และ 11.67% ที่เวลาสังเคราะห์ 10 นาที 15 นาที และ 20 นาทีตามลำดับสถานการณ์นี้ชี้ให้เห็นว่าเวลาการสังเคราะห์ที่นานขึ้นส่งผลให้ผลผลิตสูงขึ้น 51—ผลผลิตต่ำ เป็นไปได้มากว่าเกิดจากเวลาตอบสนองสั้นและกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาต่ำ
ในขณะเดียวกัน พล็อตของอุณหภูมิการสังเคราะห์เทียบกับเวลาสำหรับนาโนคาร์บอนที่ได้รับสามารถดูได้จากรูปที่ 2b เพิ่มเติมอุณหภูมิสูงสุดที่ได้รับสำหรับ MNC10, MNC15 และ MNC20 คือ 190.9°C, 434.5°C และ 472°C ตามลำดับสำหรับแต่ละเส้นโค้ง จะเห็นความลาดชัน ซึ่งบ่งชี้ว่าอุณหภูมิภายในเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างส่วนโค้งของโลหะสามารถดูได้ที่ 0–2 นาที 0–5 นาที และ 0–8 นาทีสำหรับ MNC10, MNC15 และ MNC20 ตามลำดับหลังจากถึงจุดหนึ่ง ความชันจะลอยตัวจนถึงอุณหภูมิสูงสุด และความชันจะอยู่ในระดับปานกลาง
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดภาคสนาม (FESEM) ใช้เพื่อสังเกตภูมิประเทศพื้นผิวของตัวอย่าง MNCดังแสดงในรูป1 นาโนคาร์บอนแม่เหล็กมีโครงสร้างทางสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันเล็กน้อยในเวลาที่ต่างกันของการสังเคราะห์รูปภาพของ FESEM MNC10 ในรูป1a,b แสดงว่าการก่อตัวของทรงกลมคาร์บอนประกอบด้วยไมโครและนาโนสเฟียร์ที่พันกันยุ่งเหยิงเนื่องจากแรงตึงผิวสูงในเวลาเดียวกัน การปรากฏตัวของกองกำลัง van der Waals นำไปสู่การรวมตัวของทรงกลมคาร์บอน52เวลาในการสังเคราะห์ที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้มีขนาดเล็กลงและจำนวนทรงกลมเพิ่มขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาการแตกร้าวที่ยาวนานขึ้นบนมะเดื่อ1c แสดงว่า MNC15 มีรูปร่างเป็นทรงกลมเกือบสมบูรณ์แบบอย่างไรก็ตามทรงกลมที่รวมกันยังคงสามารถสร้าง mesopores ซึ่งต่อมาสามารถกลายเป็นไซต์ที่ดีสำหรับการดูดซับเมทิลีนบลูด้วยกำลังขยายสูง 15,000 เท่า ในรูป 1d จะเห็นคาร์บอนทรงกลมรวมตัวกันมากขึ้นด้วยขนาดเฉลี่ย 20.38 นาโนเมตร
ภาพ FESEM ของนาโนคาร์บอนที่สังเคราะห์ขึ้นหลังจาก 10 นาที (a, b), 15 นาที (c, d) และ 20 นาที (e–g) ที่กำลังขยาย 7,000 และ 15,000 เท่า
บนมะเดื่อ1e–g MNC20 แสดงให้เห็นการพัฒนาของรูพรุนที่มีทรงกลมขนาดเล็กบนพื้นผิวของคาร์บอนแม่เหล็ก และประกอบสัณฐานวิทยาของถ่านกัมมันต์แม่เหล็กอีกครั้ง53รูพรุนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความกว้างต่างกันจะอยู่บนพื้นผิวของคาร์บอนแม่เหล็กแบบสุ่มดังนั้น สิ่งนี้อาจอธิบายได้ว่าทำไม MNC20 จึงแสดงพื้นที่ผิวและปริมาตรรูพรุนที่มากขึ้นดังที่แสดงโดยการวิเคราะห์ BET เนื่องจากรูพรุนก่อตัวบนผิวของมันมากกว่าเวลาสังเคราะห์อื่นๆไมโครกราฟที่ถ่ายด้วยกำลังขยายสูง 15,000 เท่า แสดงขนาดของอนุภาคที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันและรูปร่างที่ผิดปกติ ดังแสดงในรูปที่ 1 ก.เมื่อเพิ่มเวลาการเติบโตเป็น 20 นาที จะเกิดทรงกลมที่รวมตัวกันมากขึ้น
ที่น่าสนใจคือพบเกล็ดคาร์บอนที่บิดเป็นเกลียวในบริเวณเดียวกันด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของทรงกลมมีตั้งแต่ 5.18 ถึง 96.36 นาโนเมตรการก่อตัวนี้อาจเกิดจากการเกิดขึ้นของดิฟเฟอเรนเชียลนิวเคลียสซึ่งอำนวยความสะดวกด้วยอุณหภูมิสูงและไมโครเวฟขนาดทรงกลมที่คำนวณได้ของ MNC ที่เตรียมไว้มีค่าเฉลี่ย 20.38 นาโนเมตรสำหรับ MNC10, 24.80 นาโนเมตรสำหรับ MNC15 และ 31.04 นาโนเมตรสำหรับ MNC20การกระจายขนาดของทรงกลมแสดงในรูปที่เสริม3.
รูปที่ 4 เพิ่มเติมแสดงสเปกตรัม EDS และสรุปองค์ประกอบองค์ประกอบของ MNC10, MNC15 และ MNC20 ตามลำดับตามสเปกตรัมพบว่านาโนคาร์บอนแต่ละชนิดมีปริมาณ C, O และ Fe ที่แตกต่างกันนี่เป็นเพราะปฏิกิริยาออกซิเดชันและการแตกร้าวต่างๆ ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาการสังเคราะห์เพิ่มเติมเชื่อว่า C จำนวนมากมาจากสารตั้งต้นของคาร์บอนคือน้ำมันปาล์มดิบในขณะเดียวกัน เปอร์เซ็นต์ของ O ที่ต่ำนั้นเกิดจากกระบวนการออกซิเดชันระหว่างการสังเคราะห์ในเวลาเดียวกัน เฟมีสาเหตุมาจากเหล็กออกไซด์ที่สะสมอยู่บนพื้นผิวนาโนคาร์บอนหลังจากการสลายตัวของเฟอร์โรซีนนอกจากนี้ รูปที่ 5a–c เพิ่มเติมยังแสดงการแมปองค์ประกอบ MNC10, MNC15 และ MNC20จากการทำแผนที่พื้นฐานพบว่า Fe มีการกระจายตัวได้ดีบนพื้นผิว MNC
การวิเคราะห์การดูดซับ-การดูดซับด้วยไนโตรเจนให้ข้อมูลเกี่ยวกับกลไกการดูดซับและโครงสร้างที่มีรูพรุนของวัสดุไอโซเทอร์มการดูดซับ N2 และกราฟของพื้นผิว MNC BET แสดงในรูปที่2. จากภาพ FESEM พฤติกรรมการดูดซับคาดว่าจะแสดงการรวมกันของโครงสร้างพรุนขนาดเล็กและ mesoporous เนื่องจากการรวมตัวอย่างไรก็ตาม กราฟในรูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่าตัวดูดซับคล้ายกับไอโซเทอร์มชนิด IV และลูปฮิสเทรีซิสชนิด H2 ของ IUPAC55ไอโซเทอร์มประเภทนี้มักจะคล้ายกับวัสดุมีโซพอรัสพฤติกรรมการดูดซับของ mesopores มักถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ของปฏิกิริยาการดูดซับ-การดูดซับกับโมเลกุลของสารควบแน่นไอโซเทอร์มการดูดซับรูปตัว S หรือรูปตัว S มักเกิดจากการดูดซับแบบชั้นเดียว-หลายชั้น ตามด้วยปรากฏการณ์ที่ก๊าซควบแน่นเป็นเฟสของเหลวในรูพรุนที่ความดันต่ำกว่าความดันอิ่มตัวของของเหลวจำนวนมาก ซึ่งเรียกว่าการควบแน่นของรูพรุน 56 การควบแน่นของเส้นเลือดฝอยในรูขุมขนเกิดขึ้นที่ความดันสัมพัทธ์ (p/po) สูงกว่า 0.50ในขณะเดียวกัน โครงสร้างรูพรุนที่ซับซ้อนจะแสดงฮิสเทรีซิสประเภท H2 ซึ่งเป็นผลมาจากการอุดรูพรุนหรือการรั่วไหลในช่วงแคบๆ ของรูพรุน
พารามิเตอร์ทางกายภาพของพื้นผิวที่ได้จากการทดสอบ BET แสดงไว้ในตารางที่ 1 พื้นที่ผิว BET และปริมาตรรูพรุนทั้งหมดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเวลาการสังเคราะห์เพิ่มขึ้นขนาดรูพรุนเฉลี่ยของ MNC10, MNC15 และ MNC20 คือ 7.2779 นาโนเมตร, 7.6275 นาโนเมตร และ 7.8223 นาโนเมตร ตามลำดับตามคำแนะนำของ IUPAC รูพรุนระดับกลางเหล่านี้สามารถจัดประเภทเป็นวัสดุมีโซพอรัสโครงสร้าง mesoporous สามารถทำให้ MNC57 ซึมผ่านและดูดซับเมทิลีนบลูได้ง่ายขึ้นเวลาสังเคราะห์สูงสุด (MNC20) แสดงพื้นที่ผิวสูงสุด รองลงมาคือ MNC15 และ MNC10พื้นที่ผิว BET ที่สูงขึ้นสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดซับได้เนื่องจากมีไซต์ลดแรงตึงผิวมากขึ้น
รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของบรรษัทข้ามชาติที่สังเคราะห์ขึ้นแสดงในรูปที่ 3 ที่อุณหภูมิสูง เฟอโรซีนยังแตกและก่อตัวเป็นเหล็กออกไซด์บนมะเดื่อ3a แสดงรูปแบบ XRD ของ MNC10แสดงพีคสองพีคที่ 2θ, 43.0° และ 62.32° ซึ่งกำหนดให้กับ ɣ-Fe2O3 (JCPDS #39–1346)ในเวลาเดียวกัน Fe3O4 มีจุดสูงสุดที่ทำให้เครียดที่ 2θ: 35.27°ในทางกลับกัน ในรูปแบบการเลี้ยวเบนของ MHC15 ในรูปที่ 3b แสดงจุดสูงสุดใหม่ ซึ่งน่าจะเกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและเวลาในการสังเคราะห์แม้ว่าพีค 2θ: 26.202° จะเข้มข้นน้อยกว่า แต่รูปแบบการเลี้ยวเบนจะสอดคล้องกับไฟล์ JCPDS ของแกรไฟต์ (JCPDS #75–1621) ซึ่งบ่งชี้ว่ามีผลึกกราไฟต์อยู่ภายในนาโนคาร์บอนจุดสูงสุดนี้ไม่มีใน MNC10 อาจเป็นเพราะอุณหภูมิส่วนโค้งต่ำระหว่างการสังเคราะห์ที่ 2θ มีจุดสูงสุดสามครั้ง: 30.082°, 35.502°, 57.422° เกิดจาก Fe3O4นอกจากนี้ยังแสดงสองพีคที่บ่งชี้ว่ามี ɣ-Fe2O3 ที่ 2θ: 43.102° และ 62.632°สำหรับ MNC ที่สังเคราะห์เป็นเวลา 20 นาที (MNC20) ดังแสดงในรูปที่ 3c รูปแบบการเลี้ยวเบนที่คล้ายคลึงกันสามารถสังเกตได้ใน MNK15จุดสูงสุดกราฟิกที่ 26.382° สามารถดูได้ใน MNC20ยอดแหลมสามยอดที่แสดงที่ 2θ: 30.102°, 35.612°, 57.402° สำหรับ Fe3O4นอกจากนี้ การมีอยู่ของ ε-Fe2O3 แสดงที่ 2θ: 42.972° และ 62.61การมีสารประกอบของเหล็กออกไซด์ใน MNCs ที่เป็นผลลัพธ์สามารถส่งผลดีต่อความสามารถในการดูดซับเมทิลีนบลูในอนาคต
คุณลักษณะของพันธะเคมีในตัวอย่าง MNC และ CPO ถูกกำหนดจากสเปกตรัมการสะท้อนแสง FTIR ในรูปที่ 6 เพิ่มเติม เริ่มแรก จุดสูงสุดที่สำคัญ 6 จุดของน้ำมันปาล์มดิบแสดงถึงส่วนประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน 4 ชนิดตามที่อธิบายไว้ในตารางเสริม 1 จุดสูงสุดพื้นฐานที่ระบุใน CPO คือ 2913.81 ซม.-1, 2840 ซม.-1 และ 1463.34 ซม.-1 ซึ่งอ้างถึงการสั่นแบบยืด CH ของแอลเคนและหมู่ CH2 หรือ CH3 แบบอะลิฟาติกอื่นๆผู้พิทักษ์ป่าสูงสุดที่ระบุคือ 1740.85 ซม.-1 และ 1160.83 ซม.-1จุดสูงสุดที่ 1,740.85 ซม.-1 คือพันธะ C=O ที่ยืดออกโดยเอสเทอร์คาร์บอนิลของหมู่ฟังก์ชันไตรกลีเซอไรด์ในขณะเดียวกัน จุดสูงสุดที่ 1160.83 ซม.-1 เป็นที่ประทับของกลุ่มเอสเทอร์ CO58.59 ที่ขยายออกไปในขณะเดียวกัน จุดสูงสุดที่ 813.54 ซม.-1 เป็นที่ประทับของกลุ่มอัลเคน
ดังนั้นค่าสูงสุดในการดูดซึมของน้ำมันปาล์มดิบบางส่วนจึงหายไปเมื่อระยะเวลาการสังเคราะห์เพิ่มขึ้นยังคงสามารถสังเกตจุดสูงสุดที่ 2913.81 cm-1 และ 2840 cm-1 ได้ใน MNC10 แต่เป็นที่น่าสนใจว่าใน MNC15 และ MNC20 จุดสูงสุดมักจะหายไปเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันในขณะเดียวกัน การวิเคราะห์ FTIR ของแม่เหล็กนาโนคาร์บอนเผยให้เห็นยอดการดูดกลืนที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งเป็นตัวแทนของกลุ่มการทำงานที่แตกต่างกันห้าหมู่ของ MNC10-20จุดสูงสุดเหล่านี้ยังแสดงอยู่ในตารางเสริม 1 จุดสูงสุดที่ 2325.91 cm-1 คือ CH ยืดแบบไม่สมมาตรของกลุ่มอะลิฟาติก CH360จุดสูงสุดที่ 1463.34-1443.47 ซม.-1 แสดงการดัด CH2 และ CH ของกลุ่มอะลิฟาติก เช่น น้ำมันปาล์ม แต่จุดสูงสุดเริ่มลดลงตามเวลาจุดสูงสุดที่ 813.54–875.35 ซม.–1 เป็นที่ประทับของกลุ่ม CH-alkane ที่อะโรมาติก
ในขณะเดียวกัน จุดพีคที่ 2101.74 ซม.-1 และ 1589.18 ซม.-1 แสดงถึงพันธะ CC 61 ที่ก่อรูปวงแหวนอัลไคน์ C=C และอะโรมาติกตามลำดับจุดสูงสุดเล็กน้อยที่ 1695.15 cm-1 แสดงพันธะ C=O ของกรดไขมันอิสระจากหมู่คาร์บอนิลได้รับจาก CPO คาร์บอนิลและเฟอโรซีนในระหว่างการสังเคราะห์จุดสูงสุดที่เกิดขึ้นใหม่ในช่วงตั้งแต่ 539.04 ถึง 588.48 ซม. -1 เป็นของพันธะ Fe-O แบบสั่นสะเทือนของเฟอร์โรซีนจากจุดสูงสุดที่แสดงในรูปที่ 4 เพิ่มเติม จะเห็นได้ว่าเวลาในการสังเคราะห์สามารถลดจุดสูงสุดหลายจุดและเกิดพันธะใหม่ในนาโนคาร์บอนแม่เหล็ก
การวิเคราะห์ทางสเปกโตรสโกปีของการกระเจิงของรามานของแม่เหล็กนาโนคาร์บอนที่ได้รับในเวลาต่างๆ ของการสังเคราะห์โดยใช้เลเซอร์ตกกระทบที่มีความยาวคลื่น 514 นาโนเมตรแสดงในรูปที่ 4 สเปกตรัมทั้งหมดของ MNC10, MNC15 และ MNC20 ประกอบด้วยแถบความเข้มสองแถบที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอน sp3 ต่ำ โดยทั่วไป พบในผลึกนาโนกราไฟต์ที่มีข้อบกพร่องในโหมดการสั่นของคาร์บอนสปีชีส์ sp262จุดสูงสุดแรกซึ่งอยู่ในพื้นที่ 1,333–1,354 ซม.–1 แสดงถึงแถบ D ซึ่งไม่เอื้ออำนวยต่อกราไฟต์ในอุดมคติ และสอดคล้องกับความผิดปกติทางโครงสร้างและสิ่งเจือปนอื่นๆ63,64พีคที่สำคัญที่สุดอันดับสองประมาณ 1537–1595 ซม.-1 เกิดจากการยืดพันธะในระนาบหรือผลึกและรูปแบบกราไฟต์ที่สั่งอย่างไรก็ตาม จุดสูงสุดเปลี่ยนไปประมาณ 10 ซม.-1 เมื่อเทียบกับแถบ G ของกราไฟท์ ซึ่งบ่งชี้ว่าบรรษัทข้ามชาติมีลำดับการซ้อนแผ่นต่ำและโครงสร้างที่บกพร่องความเข้มสัมพัทธ์ของแถบ D และ G (ID/IG) ใช้ในการประเมินความบริสุทธิ์ของตัวอย่างผลึกและกราไฟต์จากการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีของรามาน บริษัทข้ามชาติทั้งหมดมีค่า ID/IG ในช่วง 0.98–0.99 ซึ่งบ่งชี้ถึงข้อบกพร่องของโครงสร้างเนื่องจากการผสมพันธุ์แบบ Sp3สถานการณ์นี้สามารถอธิบายการมีอยู่ของพีค 2θ ที่มีความเข้มน้อยกว่าในสเปกตรัม XPA: 26.20° สำหรับ MNK15 และ 26.28° สำหรับ MNK20 ดังแสดงในรูปที่ 4 ซึ่งกำหนดให้กับพีคของกราไฟท์ในไฟล์ JCPDSอัตราส่วน ID/IG MNC ที่ได้จากงานนี้อยู่ในช่วงของนาโนคาร์บอนแม่เหล็กอื่นๆ เช่น 0.85–1.03 สำหรับวิธีไฮโดรเทอร์มอล และ 0.78–0.9665.66 สำหรับวิธีไพโรไลติกดังนั้นอัตราส่วนนี้แสดงว่าวิธีการสังเคราะห์ในปัจจุบันสามารถใช้ได้อย่างกว้างขวาง
วิเคราะห์ลักษณะทางแม่เหล็กของบรรษัทข้ามชาติโดยใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสั่นฮิสเทรีซิสที่เกิดขึ้นแสดงในรูปที่ 5ตามกฎแล้วบรรษัทข้ามชาติได้รับอำนาจแม่เหล็กจากเฟอร์โรซีนในระหว่างการสังเคราะห์คุณสมบัติทางแม่เหล็กเพิ่มเติมเหล่านี้อาจเพิ่มความสามารถในการดูดซับของนาโนคาร์บอนในอนาคตดังแสดงในรูปที่ 5 ตัวอย่างสามารถระบุได้ว่าเป็นวัสดุซุปเปอร์พาราแมกเนติกจากข้อมูลของ Wahajuddin & Arora67 สถานะซุปเปอร์พาราแมกเนติกคือตัวอย่างถูกทำให้เป็นแม่เหล็กไปที่การทำให้แม่เหล็กอิ่มตัว (MS) เมื่อใช้สนามแม่เหล็กภายนอกในภายหลัง ปฏิกิริยาแม่เหล็กที่เหลือจะไม่ปรากฏในตัวอย่างอีกต่อไป 67เป็นที่น่าสังเกตว่าการดึงดูดความอิ่มตัวเพิ่มขึ้นตามเวลาการสังเคราะห์ที่น่าสนใจคือ MNC15 มีความอิ่มตัวของแม่เหล็กสูงที่สุด เนื่องจากการก่อตัวของแม่เหล็กแรงสูง (การทำให้เป็นแม่เหล็ก) อาจเกิดจากเวลาการสังเคราะห์ที่เหมาะสมที่สุดเมื่อมีแม่เหล็กภายนอกอยู่อาจเป็นเพราะมี Fe3O4 ซึ่งมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับออกไซด์ของเหล็กอื่นๆ เช่น ɣ-Fe2Oลำดับของโมเมนต์การอิ่มตัวต่อหน่วยมวลของ MNCs คือ MNC15>MNC10>MNC20พารามิเตอร์แม่เหล็กที่ได้รับจะแสดงในตาราง2.
ค่าความอิ่มตัวของแม่เหล็กต่ำสุดเมื่อใช้แม่เหล็กทั่วไปในการแยกแม่เหล็กคือประมาณ 16.3 อีมู g-1ความสามารถของบรรษัทข้ามชาติในการกำจัดสิ่งปนเปื้อน เช่น สีย้อมในสภาพแวดล้อมทางน้ำ และความสะดวกในการกำจัดบรรษัทข้ามชาติกลายเป็นปัจจัยเพิ่มเติมสำหรับนาโนคาร์บอนที่ได้รับการศึกษาพบว่าความอิ่มตัวเชิงแม่เหล็กของ LSM นั้นถือว่าสูงดังนั้น ตัวอย่างทั้งหมดถึงค่าความอิ่มตัวของแม่เหล็กมากเกินพอสำหรับขั้นตอนการแยกแม่เหล็ก
เมื่อเร็ว ๆ นี้ แถบโลหะหรือลวดได้รับความสนใจในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาหรือไดอิเล็กทริกในกระบวนการฟิวชันไมโครเวฟปฏิกิริยาไมโครเวฟของโลหะทำให้เกิดอุณหภูมิสูงหรือปฏิกิริยาภายในเครื่องปฏิกรณ์การศึกษานี้อ้างว่าปลายและลวดเหล็กกล้าไร้สนิมปรับอากาศ (ขด) อำนวยความสะดวกในการปล่อยคลื่นไมโครเวฟและความร้อนจากโลหะเหล็กกล้าไร้สนิมมีความหยาบที่ปลายซึ่งนำไปสู่ค่าความหนาแน่นของประจุที่พื้นผิวและสนามไฟฟ้าภายนอกที่มีค่าสูงเมื่อประจุได้รับพลังงานจลน์เพียงพอ อนุภาคที่มีประจุจะกระโดดออกจากเหล็กกล้าไร้สนิม ทำให้สิ่งแวดล้อมแตกตัวเป็นไอออน ทำให้เกิดการปลดปล่อยหรือประกายไฟ 68 .การปล่อยโลหะมีส่วนสำคัญในปฏิกิริยาการแตกร้าวของสารละลายพร้อมกับจุดร้อนที่อุณหภูมิสูงตามแผนที่อุณหภูมิในรูปที่ 2b เพิ่มเติม อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งบ่งชี้ว่ามีจุดร้อนที่อุณหภูมิสูงนอกเหนือไปจากปรากฏการณ์การคายประจุที่รุนแรง
ในกรณีนี้ จะสังเกตเห็นผลกระทบทางความร้อน เนื่องจากอิเล็กตรอนที่มีพันธะอย่างอ่อนสามารถเคลื่อนที่และมุ่งความสนใจไปที่พื้นผิวและบนส่วนปลายได้เมื่อสแตนเลสถูกบาดแผล พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของโลหะในสารละลายจะช่วยทำให้เกิดกระแสน้ำวนบนพื้นผิวของวัสดุและรักษาผลกระทบจากความร้อนสภาวะนี้ช่วยตัดโซ่คาร์บอนยาวของ CPO และเฟอร์โรซีนและเฟอร์โรซีนได้อย่างมีประสิทธิภาพดังที่แสดงในรูปที่ 2b เพิ่มเติม อัตราอุณหภูมิคงที่บ่งชี้ว่ามีการสังเกตผลความร้อนที่สม่ำเสมอในสารละลาย
กลไกที่เสนอสำหรับการก่อตัวของบรรษัทข้ามชาติแสดงในรูปที่ 7 เพิ่มเติม สายโซ่คาร์บอนยาวของน้ำมันปาล์มดิบและเฟอร์โรซีนเริ่มแตกที่อุณหภูมิสูงน้ำมันจะแตกตัวเพื่อสร้างไฮโดรคาร์บอนที่แตกตัวซึ่งกลายเป็นสารตั้งต้นของคาร์บอนที่เรียกว่าทรงกลม ในภาพ FESEM MNC1070เนื่องจากพลังงานของสิ่งแวดล้อมและความดัน 71 ในสภาพบรรยากาศในเวลาเดียวกัน เฟอร์โรซีนยังแตกตัว ก่อตัวเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจากอะตอมของคาร์บอนที่สะสมอยู่บนเฟการเกิดนิวเคลียสอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นและแกนคาร์บอนออกซิไดซ์เพื่อสร้างชั้นคาร์บอนอสัณฐานและกราไฟต์ที่ด้านบนของแกนกลางเมื่อเวลาผ่านไป ขนาดของทรงกลมจะแม่นยำและสม่ำเสมอมากขึ้นในขณะเดียวกัน กองกำลัง van der Waals ที่มีอยู่ก็นำไปสู่การรวมตัวกันของทรงกลม52ในระหว่างการลด Fe ไอออนเป็น Fe3O4 และ ɣ-Fe2O3 (ตามการวิเคราะห์เฟสของรังสีเอกซ์) ออกไซด์ของเหล็กประเภทต่างๆ จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของนาโนคาร์บอน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของนาโนคาร์บอนแม่เหล็กการทำแผนที่ EDS แสดงให้เห็นว่าอะตอมของ Fe มีการกระจายอย่างมากเหนือพื้นผิว MNC ดังแสดงในรูปเพิ่มเติม 5a-c
ข้อแตกต่างคือในเวลาสังเคราะห์ 20 นาที จะเกิดการรวมตัวของคาร์บอนมันก่อตัวเป็นรูพรุนที่ใหญ่ขึ้นบนพื้นผิวของบรรษัทข้ามชาติ ซึ่งบ่งชี้ว่าบรรษัทข้ามชาติสามารถถูกพิจารณาว่าเป็นถ่านกัมมันต์ ดังที่แสดงในภาพ FESEM ในรูปที่ 1e–gความแตกต่างของขนาดรูพรุนนี้อาจเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของเหล็กออกไซด์จากเฟอร์โรซีนในเวลาเดียวกันเนื่องจากอุณหภูมิสูงถึงทำให้มีเกล็ดที่ผิดรูปนาโนคาร์บอนแม่เหล็กแสดงสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันในเวลาการสังเคราะห์ที่แตกต่างกันนาโนคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะสร้างรูปร่างทรงกลมด้วยเวลาสังเคราะห์ที่สั้นกว่าในขณะเดียวกัน รูขุมขนและเกล็ดก็สามารถทำได้ แม้ว่าความแตกต่างของเวลาในการสังเคราะห์จะอยู่ที่ภายใน 5 นาทีเท่านั้น
นาโนคาร์บอนแม่เหล็กสามารถขจัดมลพิษออกจากสิ่งแวดล้อมทางน้ำได้ความสามารถในการถอดออกได้ง่ายหลังการใช้งานเป็นปัจจัยเพิ่มเติมสำหรับการใช้นาโนคาร์บอนที่ได้จากงานนี้เป็นตัวดูดซับในการศึกษาคุณสมบัติการดูดซับของแม่เหล็กนาโนคาร์บอน เราตรวจสอบความสามารถของ MNCs ในการลดสีของสารละลายเมทิลีนบลู (MB) ที่อุณหภูมิ 30°C โดยไม่ต้องปรับค่า pHงานวิจัยหลายชิ้นสรุปว่าประสิทธิภาพของสารดูดซับคาร์บอนในช่วงอุณหภูมิ 25–40 °C ไม่ได้มีบทบาทสำคัญในการพิจารณาการกำจัด MCแม้ว่าค่า pH ที่รุนแรงจะมีบทบาทสำคัญ แต่ประจุสามารถก่อตัวขึ้นบนกลุ่มฟังก์ชันของพื้นผิว ซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักของปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวดูดซับและตัวดูดซับและส่งผลต่อการดูดซับดังนั้นจึงเลือกเงื่อนไขข้างต้นในการศึกษานี้โดยพิจารณาจากสถานการณ์เหล่านี้และความจำเป็นในการบำบัดน้ำเสียโดยทั่วไป
ในงานนี้ การทดลองการดูดซับแบบแบทช์ดำเนินการโดยการเติม MNC 20 มก. ถึง 20 มล. ของสารละลายเมทิลีนบลูในน้ำที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นมาตรฐานต่างๆ (5–20 ppm) ที่เวลาสัมผัสคงที่60รูปที่ 8 เพิ่มเติมแสดงสถานะของความเข้มข้นต่างๆ (5–20 ppm) ของสารละลายเมทิลีนบลูก่อนและหลังการบำบัดด้วย MNC10, MNC15 และ MNC20เมื่อใช้ MNC ต่างๆ ระดับสีของโซลูชัน MB จะลดลงที่น่าสนใจคือพบว่า MNC20 สารละลาย MB ที่เปลี่ยนสีได้ง่ายที่ความเข้มข้น 5 ppmในขณะเดียวกัน MNC20 ยังลดระดับสีของโซลูชัน MB เมื่อเทียบกับ MNC อื่นๆสเปกตรัมรังสียูวีที่มองเห็นได้ของ MNC10-20 แสดงในรูปที่ 9 เพิ่มเติม ในขณะเดียวกัน ข้อมูลอัตราการกำจัดและการดูดซับจะแสดงในรูปที่ 9 6 และในตารางที่ 3 ตามลำดับ
พีคของเมทิลีนบลูที่แข็งแรงสามารถพบได้ที่ 664 นาโนเมตรและ 600 นาโนเมตรตามกฎแล้ว ความเข้มของจุดสูงสุดจะค่อยๆ ลดลงตามความเข้มข้นเริ่มต้นของสารละลาย MG ที่ลดลงในรูปที่ 9a เพิ่มเติมแสดงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ด้วยรังสี UV ของสารละลาย MB ที่มีความเข้มข้นต่างๆ หลังการบำบัดด้วย MNC10 ซึ่งเปลี่ยนความเข้มของพีคเพียงเล็กน้อยเท่านั้นในทางกลับกัน ยอดการดูดซึมของสารละลาย MB ลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังการรักษาด้วย MNC15 และ MNC20 ดังแสดงในรูปเพิ่มเติม 9b และ c ตามลำดับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เห็นได้ชัดเจนเมื่อความเข้มข้นของสารละลาย MG ลดลงอย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงทางสเปกตรัมของคาร์บอนแม่เหล็กทั้งสามนั้นเพียงพอที่จะกำจัดสีย้อมเมทิลีนบลูได้
จากตารางที่ 3 ผลลัพธ์สำหรับปริมาณของ MC ที่ถูกดูดซับและเปอร์เซ็นต์ของ MC ที่ถูกดูดซับจะแสดงในรูปที่ 3 6. การดูดซับของ MG เพิ่มขึ้นเมื่อใช้ความเข้มข้นเริ่มต้นที่สูงขึ้นสำหรับ MNC ทั้งหมดในขณะเดียวกัน เปอร์เซ็นต์การดูดซับหรืออัตราการกำจัด MB (MBR) แสดงแนวโน้มตรงกันข้ามเมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นเพิ่มขึ้นที่ความเข้มข้น MC เริ่มต้นที่ต่ำกว่า พื้นที่ทำงานที่ยังว่างอยู่จะยังคงอยู่บนพื้นผิวตัวดูดซับเมื่อความเข้มข้นของสีย้อมเพิ่มขึ้น จำนวนของตำแหน่งที่ว่างสำหรับการดูดซับโมเลกุลของสีย้อมจะลดลงคนอื่น ๆ ได้สรุปว่าภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้จะบรรลุความอิ่มตัวของตำแหน่งที่ใช้งานของการดูดซับทางชีวภาพ72
น่าเสียดายสำหรับ MNC10 MBR เพิ่มขึ้นและลดลงหลังจาก 10 ppm ของโซลูชัน MBในขณะเดียวกัน MG เพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ถูกดูดซับค่านี้บ่งชี้ว่า 10 ppm เป็นความเข้มข้นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการดูดซับ MNC10สำหรับบรรษัทข้ามชาติทั้งหมดที่ศึกษาในงานนี้ ลำดับของความสามารถในการดูดซับเป็นดังนี้: MNC20 > MNC15 > MNC10 ค่าเฉลี่ยคือ 10.36 มก./ก. 6.85 มก./ก. และ 0.71 มก./ก. ค่าเฉลี่ยของอัตราการกำจัด MG เท่ากับ 87, 79%, 62.26% และ 5.75%ดังนั้น MNC20 จึงแสดงลักษณะการดูดซับที่ดีที่สุดในบรรดานาโนคาร์บอนแม่เหล็กที่สังเคราะห์ขึ้น โดยคำนึงถึงความสามารถในการดูดซับและสเปกตรัมที่มองเห็นได้ของรังสียูวีแม้ว่าความสามารถในการดูดซับจะต่ำกว่าเมื่อเทียบกับนาโนคาร์บอนแม่เหล็กอื่นๆ เช่น วัสดุแม่เหล็ก MWCNT (11.86 มก./ก.) และอนุภาคนาโน Fe3O4 ท่อนาโนแม่เหล็ก Halloysite (18.44 มก./ก.) การศึกษานี้ไม่จำเป็นต้องใช้สารกระตุ้นเพิ่มเติมสารเคมีทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาให้วิธีการสังเคราะห์ที่สะอาดและเป็นไปได้ 73,74
ดังที่แสดงโดยค่า SBET ของ MNCs พื้นผิวที่มีความเฉพาะเจาะจงสูงจะให้ไซต์ที่มีการใช้งานมากขึ้นสำหรับการดูดซับของโซลูชัน MBนี่กลายเป็นหนึ่งในคุณสมบัติพื้นฐานของนาโนคาร์บอนสังเคราะห์ในขณะเดียวกัน เนื่องจาก MNCs มีขนาดเล็ก เวลาในการสังเคราะห์จึงสั้นและยอมรับได้ ซึ่งสอดคล้องกับคุณสมบัติหลักของตัวดูดซับที่มีแนวโน้ม75เมื่อเปรียบเทียบกับตัวดูดซับตามธรรมชาติทั่วไป MNCs ที่สังเคราะห์ขึ้นจะอิ่มตัวด้วยสนามแม่เหล็กและสามารถถอดออกจากสารละลายได้ง่ายภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กภายนอก76ดังนั้นเวลาที่ต้องใช้สำหรับกระบวนการบำบัดทั้งหมดจึงลดลง
ไอโซเทอร์มของการดูดซับมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจกระบวนการดูดซับ และจากนั้นเพื่อแสดงให้เห็นว่าการแบ่งตัวดูดซับระหว่างเฟสของเหลวและของแข็งเมื่อเข้าสู่สภาวะสมดุลสมการแลงมัวร์และฟรุนดลิชใช้เป็นสมการไอโซเทอร์มมาตรฐาน ซึ่งอธิบายกลไกการดูดซับ ดังแสดงในรูปที่ 7 แบบจำลองแลงเมียร์แสดงให้เห็นการก่อตัวของชั้นดูดซับชั้นเดียวบนพื้นผิวด้านนอกของตัวดูดซับไอโซเทอร์มอธิบายได้ดีที่สุดว่าเป็นพื้นผิวการดูดซับที่เป็นเนื้อเดียวกันในเวลาเดียวกัน ไอโซเทอร์มของ Freundlich ระบุการมีส่วนร่วมของบริเวณตัวดูดซับและพลังงานในการดูดซับได้ดีที่สุดในการกดตัวดูดซับไปยังพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอ
ไอโซเทอร์มแบบจำลองสำหรับไอโซเทอร์ม Langmuir (a–c) และไอโซเทอร์มของ Freundlich (d–f) สำหรับ MNC10, MNC15 และ MNC20
ไอโซเทอร์มของการดูดซับที่ความเข้มข้นของตัวถูกละลายต่ำมักจะเป็นเส้นตรง77การแสดงเชิงเส้นของแบบจำลองไอโซเทอร์มของแลงเมียร์สามารถแสดงในสมการได้1 กำหนดพารามิเตอร์การดูดซับ
KL (l/mg) เป็นค่าคงที่ Langmuir ที่แสดงค่าสัมพรรคภาพผูกพันของ MB กับ MNCในขณะเดียวกัน qmax คือความสามารถในการดูดซับสูงสุด (มก./ก.) qe คือความเข้มข้นที่ดูดซับได้ของ MC (มก./ก.) และ Ce คือความเข้มข้นสมดุลของสารละลาย MCการแสดงออกเชิงเส้นของแบบจำลองไอโซเทอร์มของฟรุนดลิชสามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้: