التخصص: الفيزياء

التخصص الدقيق: علوم المواد وفيزياء النانو

المستخلص: تمت معالجة المسامير النحاسية الحلزونية بجزيئات CoFe₂O₄ النانوية واستخدامها كركيزة لنمو أنابيب الكربون النانوية (CNTs) طويلة جدًا ذات هياكل حلزونية وأقطار أقل من 20 نانومتر. تم استخدام طرق مختلفة لتوصيف البنية والمورفولوجيا لأنابيب الكربون النانوية النامية. تم تضخيم القمم المميزة في طيف رامان لأنابيب الكربون النانوية أربع مرات بعد تحميلها على المسمار الحلزوني، مما جعل الركيزة أكثر حساسية لتقنية مطيافية رامان المحسنة بالسطح (SERS). تم استخدام أنابيب الكربون النانوية/المسامير النحاسية الحلزونية كركيزة SERS للكشف عن أيونات الزئبق Hg²⁺ والكادميوم Cd²⁺ بتركيزات تتراوح بين 1 إلى 1000 جزء في البليون. أظهر المستشعر المقترح حساسية وانتقائية عالية في الكشف عن هذه الأيونات الثقيلة، مما يجعله أداة فعالة لتحديد المعادن الثقيلة في المحاليل المائية. بالإضافة إلى ذلك، تم دراسة امتزاز صبغة الكونغو الأحمر (CR) وفقًا لتركيز الصبغة الأولي ووقت التلامس. بالنسبة لمحاليل CR ذات تركيزات 5، 10، و20 ملغ/لتر، تم تحديد أعلى نسبة إزالة على النحو التالي: حوالي 99.9%، 85%، و77% على التوالي. وفقًا لدراسة حركية الامتزاز، أثبتت نماذج المرتبة الأولى الزائفة والمرتبة الثانية الزائفة فعاليتها في وصف امتزاز CR على أنابيب الكربون النانوية/المسامير الحلزونية. أدى زيادة تركيز الصبغة من 5 جزء في المليون إلى 20 جزء في المليون إلى انخفاض ثابت المعدل من 0.053 إلى 0.040 دقيقة⁻¹. لذلك، يمكن استخدام النموذج الذي تم تطويره في كل من إزالة صبغة الكونغو الأحمر من مياه الصرف الصحي بكفاءة والكشف عن المعادن الثقيلة.

Abstract: Brass spiral nails were functionalized with CoFe2O4 nanoparticles and utilized as a substrate for the growth of extremely long CNTs with helical structures and diameters smaller than 20 nm. Different methods were used to characterize the grown CNTs’ structures and morphologies. The characteristic Raman peaks of CNTs were amplified four times after being uploaded on the spiral nail, making the substrates for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) more sensitive. To detect Hg2+ and Cd2+ at concentrations ranging from 1 to 1000 ppb, a CNT/spiral brass nail was used as a SERS substrate. The proposed sensor demonstrated high sensitivity and selectivity between these heavy metal ions. As a result, the proposed CNTs/spiral brass sensor can be an effective tool for identifying heavy metal ions in aqueous solutions. In addition, Congo red (CR) adsorption as a function of initial dye concentration and contact time was investigated. For CR dye solutions with concentrations of 5, 10, and 20 mg/L, respectively, the highest removal percentage was determined to be ~99.9%, 85%, and 77%. According to the kinetics investigation, the pseudo-first-order and pseudo-second-order models effectively handle CR adsorption onto CNTs/spiral nails. The increase in the dye concentration from 5 ppm to 20 ppm causes the rate constant to drop from 0.053 to 0.040 min−1 Therefore, our sample can be employed for both the effective degradation of CR dye from wastewater and the detection of heavy metals.

الحالة: محكم ومنشور

جهة التحكيم: دار نشر MDPI

دار النشر: MDPI

سنة النشر: 2022