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Scientific Reports volume 13、記事番号: 11306 (2023) この記事を引用

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2 オルトメトリック

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両性ヤヌス窒素ドープカーボン量子ドット (AJ-N-CQD) による水溶液からのクロムの吸着挙動を調査しました。 擬似一次および二次吸着動力学モデルを使用して実験データを分析しました。 二次吸着速度論モデルは実験データとより良い相関関係を示し、化学吸着プロセスを示唆しています。 擬似一次で得られた値は、依然として Cr(VI) 収着の速度論を説明するのに適しています。 これらの値は、AJ-N-CQD による Cr(VI) の吸着における化学吸着と物理吸着を含む表面プロセスを解明します。 Boyd モデルの R2 は、AJ-N-CQD の吸着データ (つまり、外部拡散) によりよく適合しました。これは、AJ-N-CQD による外部 Cr(VI) 吸着を含む表面プロセスを意味します。 α の値が高いのは、水溶液から Cr(VI) を即座に吸着するための AJ-N-CQD の表面積が大きいためである可能性があります。 AJ-N-CQD は Cr(VI) 吸着の前後で蛍光スペクトルを示し、化学センサー用途に有望であることを示しています。

農業廃棄物の蓄積は環境に有害です。 そのため、リサイクルが求められています。 サトウキビバガスの主成分はセルロースで、D-グルコース単位の β-1,4-グリコシド結合で構成されています1,2,3,4。 農業廃棄物の利用については、最近さらに大きな取り組みが行われています。 1 つは、炭素ベースの材料を製造するための原料としてバガスを使用することでした。 これは、廃水から金属イオンを除去する環境に優しい技術によって価値のある製品を生産するための最も信頼できる供給源です1,5。

カーボン量子ドット (CQD) とグラフェン (G) は、農業廃棄物から生産できる 2 つの貴重な製品です。 CQD は直径 10 nm の巨大な表面積を持つボール ナノマテリアルですが、グラフェン量子ドット (GQD) は G と CQD の混合物です。 最も顕著な官能基は、O–H、–C = O、および C–O–C です。 GQD の作成には、有機分子の水熱加熱やソルボサーマル加熱、グラファイトのレーザーアブレーション、熱分解炭化などのいくつかの方法が使用されています。 しかし、研究により、マイクロ波加熱は、より迅速で手頃な価格の CQD 合成手順を開発するのに適していることが明らかになりました 5。

-O- および -N- 官能基を含む両性ヤヌス窒素ドープ CQD (AJ-N-CQD) は、親水性 -O- および -N の層で保護された疎水性炭素コアの存在により、両性ヤヌス材料 (AJM) になります。 –2、6、7。 疎水性部分と親水性部分を持つポリマー化合物は AJM と呼ばれます7。

さらに、N-CQD は蛍光性のある環境に優しいナノ材料であり、廃水処理での使用に成功しています1,5。 その毒性にもかかわらず、Cr(VI) はさまざまな産業で広く使用されており、自然水に排出される前に、対応する廃液からの回収が主な目標となっています。 したがって、環境中の Cr(VI) 含有量を監視することは公衆衛生にとって不可欠です。 活性炭、天然ゼオライト、カーボンナノチューブなどのいくつかの材料は、廃棄物から Cr(VI) を除去および/または回収する用途が見つかっています8。 それらの中で、AJ-N-CQD への吸着は、N および O 官能基の存在による高い吸着効率とその蛍光特性により競合する可能性があり、Cr(VI)1,5 の検出器として適しています。 Cr(VI) の検出には、電気化学技術、クロマトグラフィーなどのいくつかの従来のアプローチが使用されてきました。 これらのアプローチのほとんどでは、サンプルの準備が困難で複雑で、時間がかかります。 蛍光検出法は、高感度で低コストであるため、他の従来技術よりも強力であると考えられています。

その結果、本研究ではマイクロ波エネルギーを使用してバガスからさまざまなカーボンナノ材料（GQDおよびAJ-N-CQD）を調製しました。 生成された N-GQD は、多量の G により蛍光特性を持ちません。AJ-N-CQD は蛍光特性を持ち、Cr(VI) などの金属イオンの吸着剤やセンサーとして有望です。 さまざまな時点での吸着プロセスの反応速度と、Cr(VI) を含む/含まない AJ-N-CQD の蛍光を研究しました。 この結果は、化学センサーの用途に有望です。