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Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 11306 (2023) Citar este artículo

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Se investigó el comportamiento de adsorción de cromo de una solución acuosa por los puntos cuánticos de carbono anfóteros dopados con nitrógeno de Janus (AJ – N – CQD). Se emplearon los modelos de cinética de adsorción de pseudoprimer orden y de segundo orden para analizar los datos experimentales; el modelo de cinética de adsorción de segundo orden presentó una mejor correlación con los datos experimentales, sugiriendo un proceso de quimisorción. Los valores obtenidos en pseudoprimer orden siguen siendo adecuados para describir la cinética de la sorción de Cr(VI). Estos valores aclaran los procesos superficiales que involucran quimisorción y fisisorción en la adsorción de Cr (VI) por AJ – N – CQD. El R2 del modelo de Boyd se ajusta mejor a los datos de adsorción de AJ – N – CQD (es decir, difusión externa), lo que significa los procesos superficiales que involucran la adsorción externa de Cr (VI) por AJ – N – CQD. El valor más alto de α puede deberse a la mayor superficie de los AJ – N – CQD para la adsorción inmediata de Cr (VI) de la solución acuosa. Los AJ – N – CQD tienen espectros de fluorescencia antes y después de la adsorción de Cr (VI), lo que indica que son prometedores para aplicaciones de sensores químicos.

La acumulación de residuos agrícolas es perjudicial para el medio ambiente. Como resultado, el reciclaje está en demanda. El componente principal del bagazo de caña de azúcar es la celulosa, que comprende enlaces β-1,4-glucosídicos de la unidad D-glucosa1,2,3,4. La utilización de residuos agrícolas ha experimentado recientemente un esfuerzo más importante. Uno de ellos era emplear bagazo como materia prima para producir materiales a base de carbono. Es la fuente más confiable para producir productos valiosos mediante técnicas ecológicas para eliminar iones metálicos de las aguas residuales1,5.

Los puntos cuánticos de carbono (CQD) y el grafeno (G) son dos productos valiosos que pueden producirse a partir de desechos agrícolas. Los CQD tienen diámetros de 10 nm con nanomateriales de bolas con una superficie colosal, mientras que los puntos cuánticos de grafeno (GQD) son una mezcla de G con CQD. Los grupos funcionales más marcados son O –H, –C = O y C –O –C. Para crear GQD se han utilizado varios métodos, como el calentamiento hidrotermal y solvotérmico de moléculas orgánicas, la ablación láser de grafito y la carbonización pirolítica. Sin embargo, los estudios han revelado que el calentamiento por microondas es adecuado para desarrollar procedimientos de síntesis de CQD más rápidos y a precios razonables5.

Los CQD anfóteros dopados con nitrógeno de Janus (AJ – N – CQD) que contienen grupos funcionales –O– y –N– son materiales de Janus anfóteros (AJM) debido a la presencia de núcleos de carbono hidrófobos protegidos por la capa de –O– y –N hidrófilos. –2,6,7. Los compuestos poliméricos con restos hidrofóbicos e hidrofílicos se denominan AJM7.

Además, los N-CQD son nanomateriales fluorescentes y ecológicos que se utilizan con éxito en el tratamiento de aguas residuales1,5. A pesar de su carácter tóxico, el Cr(VI) se utiliza ampliamente en diversas industrias, y su recuperación de los correspondientes efluentes líquidos es un objetivo principal antes de su vertido a aguas naturales. Por lo tanto, monitorear el contenido ambiental de Cr(VI) es esencial para la salud pública. Varios materiales han encontrado aplicaciones para eliminar y/o recuperar Cr(VI) de desechos, como carbón activado, zeolitas naturales, nanotubos de carbono, etc.8. Entre ellos, la adsorción sobre AJ – N – CQD podría ser competitiva debido a su alta eficiencia de adsorción debido a la presencia de grupos funcionales N y O y sus propiedades de fluorescencia, que los convierten en un detector adecuado de Cr (VI) 1,5. Se han utilizado varios métodos convencionales, incluida la tecnología electroquímica, la cromatografía, etc., para detectar el Cr(VI). La preparación de muestras es ardua, complicada y requiere mucho tiempo en la mayoría de estos enfoques. El método de detección de fluorescencia se considera más potente que otras técnicas convencionales debido a su alta sensibilidad y bajo coste.

En consecuencia, el presente trabajo utilizó energía de microondas para preparar diferentes nanomateriales de carbono (GQD y AJ – N – CQD) a partir de bagazo. Los N – GQD producidos no tienen propiedades de fluorescencia debido a la gran cantidad de G. Los AJ – N – CQD tienen propiedades de fluorescencia, lo que los convierte en adsorbentes y sensores prometedores para iones metálicos como el Cr (VI). Se estudió la cinética del proceso de adsorción en diferentes momentos y la fluorescencia de AJ – N – CQD con/sin Cr (VI). Los resultados son prometedores para aplicaciones de sensores químicos.

Bagazo de caña de azúcar (SB) obtenido de la industria papelera, empresa Quena, Egipto, fue molido a un tamaño de malla de 450 micras. La dimetilformamida (DMF) y el ácido cítrico (CA) son de calidad analítica y se utilizan sin purificación adicional. El cromato de potasio (99%) se adquirió de Sigma Aldrich como material modelo para iones Cr (VI).

Se llevaron a cabo pruebas de adsorción con cromato de potasio (15 mg/L; Sigma Aldrich 99%) como material modelo para iones Cr(VI) en aguas residuales.

Los QD se prepararon utilizando microondas domésticos y de laboratorio; Se colocó una mezcla de SB (1 g), DMF (20 ml) y CA (0,1 g) en un microondas doméstico a 750 W durante 3 min. El polvo negro pardusco final se lavó con agua, se filtró y se secó al vacío para producir GQD1,5.

La misma mezcla se colocó en el microondas del laboratorio a 100 °C, 750 W, durante 135 min. La solución final se dejó enfriar a temperatura ambiente, seguido de centrifugación, filtración y secado al vacío, después de lo cual se obtuvieron nanopartículas fluorescentes basadas en AJ – N – CQD.

Los espectros infrarrojos por transformada de Fourier se recogieron empleando un espectrómetro Mattson 5000 (Unicam, Reino Unido) utilizando el método del disco KBr.

Las imágenes TEM se tomaron con una microscopía electrónica JEOL JEM-2100 a un voltaje de aceleración de 120 kV.

La distribución elemental de GQD y AJ – N – CQD se investigó utilizando la unidad de rayos X de dispersión de energía (EDX) no destructiva conectada a microscopía electrónica de barrido (JSM 6360LV, JEOL/Noran). Para la morfología de la superficie, las imágenes se registraron utilizando un voltaje de aceleración de 10 a 15 kV.

La cristalinidad se estudió mediante difracción de rayos X en polvo. Los patrones de difracción se midieron con un difractómetro de rayos X Bruker D-8 Advance (Alemania), aplicando un voltaje de 40 kV y una corriente de 40 mA empleando radiación de cobre (Kα) (1,5406 Å).

donde A1 = área del dominio cristalino, At = área del dominio total9.

El BET se evaluó mediante la técnica Brunauer-Emmett-Teller (BET) utilizando St 2 en NOVA touch 4LX, Quantachrome Instruments. Las muestras se precalentaron a alta temperatura (120 °C). Estas muestras se midieron en nitrógeno líquido después de ser gasificadas a 200 °C bajo un flujo de N2 durante 3 h. Se utilizó el método de Barrett-Joyner-Halenda (BJH) para medir el tamaño de los poros.

El análisis TGA se realizó en el polvo de polímero preparado empleando un analizador termogravimétrico Perkin Elmer calentando la muestra a 1000 °C a 10 °C/min bajo una atmósfera de nitrógeno. Se exploró la cinética de descomposición térmica para muestras de N – CQD y AJ – N – CQD. Los datos del análisis térmico se registraron para determinar la energía de activación de la degradación térmica (Ea). Las ecuaciones (3) y (4) se aplicaron bajo el enfoque de Coats-Redfern.

Trazar la relación entre {log10 [1-(1-α)1-n] / T2 (1-n)} y 1/T utilizando varios valores de n adecuados debería mostrar una correlación en línea recta siguiendo la ecuación. (3). Para n = 1, la relación entre log {–log(1-α)] / T2} y 1/T se trazó siguiendo la ecuación. (4). Como resultado, se utilizó el método de mínimos cuadrados seleccionando varios valores de n (que van de 0 a 3), calculando el coeficiente de correlación (r) para cada valor de n y estimando el error estándar (SE). El factor de frecuencia A se determinó a partir de la intersección (log AR/ßE) de la ecuación de Coats-Redfern mediante el valor más adecuado de n, mientras que la energía de activación (E) se calculó a partir de la pendiente (E/2,303R). Se utilizó la ecuación (5) para estimar los otros parámetros cinéticos, como la entalpía (∆H), la entropía (∆S) y el cambio de energía libre (∆G)10.

donde (h) y (k) son constantes de Planck y Boltzmann, respectivamente.

El Espectrofluorómetro modelo Jasco FP – 6500, Japón, evaluó espectros de fluorescencia con una fuente de luz: una lámpara de arco de Xenón de 150 Watt.

La eficiencia de eliminación comparativa (R %) y la capacidad de adsorción (qe) de AJ-N-CQD se estudiaron utilizando 20 mg de absorbente en 20 ml de solución acuosa de Cr(VI) a una concentración (15 mg/L), pH ≈ 5, y en diferentes tiempos de contacto (15, 30, 45, 60, 120, 240 y 360 min). Las ecuaciones 6 y 7 se utilizaron para evaluar las eficiencias de sorción de AJ – N – CQD.

donde Co y Ct son las concentraciones de Cr(VI) (mg/L) en la solución antes y después de la adsorción, respectivamente. V es el volumen de solución (L), m es la cantidad (g) del sorbente empleado en el experimento de adsorción10.

El orden cero, el pseudoprimer orden y el pseudosegundo orden se pueden determinar a partir de las ecuaciones. (8), (9) y ((10).

donde qe y qt son las cantidades de Cr (VI) adsorbidas (mg/g) en la capacidad de sorción de equilibrio y en el tiempo t, respectivamente. Ce es la concentración final de AJ – N – CQD con t (tiempo de contacto). K1 (min-1) es la constante de velocidad de adsorción de pseudoprimer orden. K2 es la constante de velocidad de pseudoadsorción de segundo orden. Los valores de qe2 y K2 se calcularon a partir de la gráfica de pendiente e intercepción de t/qt frente a t, respectivamente6.

La difusión intrapartícula de Weber-Morris se puede determinar a partir de la ecuación. (11).

donde K3 es la constante de velocidad de difusión intrapartícula y C es la pendiente que representa el espesor de la capa límite5.

Los modelos de Boyd y Elovich se pueden determinar a partir de las ecuaciones. (12) y (13), respectivamente11.

donde Bt es una función matemática de F, equivalente a qt/qe, que representa la fracción de adsorbato adsorbido en diferentes momentos. Además, α es la tasa inicial de adsorción (mg/g/min) y b está relacionada con el grado de cobertura de la superficie y la energía de activación para la quimisorción (g/mg). Una gráfica de qt contra ln t produce una línea recta con α y b determinados usando la pendiente (1/b) y la intersección (ln αb/b), respectivamente12. El modelo cinético de Elovich puede estudiar la tasa de adsorción en función de la capacidad de absorción en superficies heterogéneas13. Este modelo se utiliza además para describir la cinética de pseudosegundo orden (es decir, quimisorciones), asumiendo que la superficie absorbente es energéticamente heterogénea14.

Los puntos cuánticos de carbono (CD) fluorescentes se sintetizan y emplean como adsorbentes y quimiosensores fluorescentes para la detección selectiva de iones Cr (VI). FT-IR, TEM, SEM/EDX, XRD y TGA/DTG investigaron la estructura, el tamaño y la morfología.

Los espectros FTIR de los GQD preparados, como se muestra en la Fig. 1, revelaron un pico amplio en la banda de absorción de 3426,06 cm-1 atribuido a las contribuciones de vibración de los grupos O – H. Los AJ – N – CQD y AJ – N – CQD / Cr (VI) mostraron picos separados para O – H y –N – H en 3721,96, 3422,61 y 3344,41, 3286,30 cm-1, respectivamente. Para GQD, AJ–N–CQD y AJ–N–CQD/Cr(VI), los picos entre 2919,87–2935,25, 2858,78–2878,5, 1654,70–1743,43, 1496,47–1656,65, 1438,25–1596,86, 1 381,80–1387,08, 1238,15– 1254,67 y 1033,72–1094,95 cm-1 se atribuyeron a bandas –CH–, –CH2, C = O, amida I, amida II, C = C, O – C = O y C – O – C, respectivamente. Hay un grupo C – N adicional para AJ – N – CQD y AJ – N – CQD / Cr (VI) entre 659,71 y 661,49 cm-1. La presencia de grupos amina (N – H y C – N) para AJ – N – CQD y AJ – N – CQD / Cr (VI) confirmó la formación de CQD aminados1,2,5. Al mismo tiempo, el O – H de N – GQD en 3426,06 cm −1 se desplazó a 3422,61 cm −1 para AJ – N – CQD. Este cambio se atribuye al enlace de H intermolecular más fuerte. Las fuerzas medias calculadas de los enlaces de hidrógeno (MHBS) fueron 0,90 y 0,98 para N –GQD y AJ –N –CQD, respectivamente, lo que confirma la formación de este enlace de H intermolecular10.

Espectros FTIR de GQD, AJ – N – CQD y AJ – N – CQD / Cr (VI).

La absorbancia relativa (RA) de la característica –N–H es 1,09 y 0,95, y para el grupo C–N es 3,62 y 0,97 para AJ–N–CQD y AJ–N–CQD/Cr(VI), respectivamente, confirmó la alto contenido de grupos nitrogenados en los AJ – N – CQD preparados que los AJ – N – CQD / Cr (VI), debido al enlace del Cr (VI) con los grupos aminados. La reducción de Cr(VI) en presencia de amida I y amida II en AJ–N–CQD es evidente para AJ–N–CQD/Cr(VI)) por una disminución de la intensidad del pico C = O (1743,43 cm-1 ) que los AJ – N – CQD (1654,70 cm-1 (. El RA del grupo O – H fue de 0,87 y 0,96 para los AJ – N – CQD y AJ – N – CQD / Cr (VI), respectivamente. El filtro interno de fluorescencia Este efecto respalda aún más esto en los espectros de fluorescencia. El FTIR para AJ–N–CQDs/Cr(VI) mostró un pico adicional en 599,78 cm-1 asignado a los enlaces Cr-O debido al Cr(VI) adsorbido.

A partir del análisis TEM (Fig. 2), se observaron láminas de grafeno (G) para los GQD con pequeñas cantidades de puntos, mientras que los AJ – N – CQD representaron nanopartículas puras con regularidad esférica sin láminas de grafeno. Los diámetros promedio de las nanopartículas fueron 13,34 y 8,42 nm para GQD y AJ – N – CQD, respectivamente. Además, la distribución del tamaño de partículas es amplia y estrecha para GQD (8–15 nm) y AJ – N – CQD (entre 8 y 9 nm), respectivamente. Utilizando un microondas doméstico, las imágenes TEM revelaron la presencia de GQD5. Mientras que el uso de un microondas de laboratorio cambiando las condiciones produjo CQD puros. La Figura 2 muestra que la cantidad de puntos en los AJ – N – CQD es mayor que en los GQD, lo que confirma la eficiencia del laboratorio sobre el microondas doméstico para preparar AJ – N – CQD puros.

Imágenes TEM, SEM y análisis EDX de GQD y AJ – N – CQD.

Las imágenes SEM mostraron hojas esponjosas de GO para GQD. Los puntos no aparecieron aquí debido a su bajo número. Además, los AJ – N – CQD mostraron estructuras precipitadas arrugadas, que no mostraban ningún punto debido al pequeño tamaño de partícula de los AJ – N – CQD y la aglomeración existente debido al almacenamiento de la muestra. Los resultados de EDX mostraron que los AJ – N – CQD están nitrogenados con un contenido de nitrógeno de ~ 2,90%, mientras que los GQD no están nitrógeno (Fig. 2).

El patrón XRD de los GQD, como se muestra en la Fig. 3, reveló picos en 10,84 y 22,80° relacionados con los planos (001) y (002), respectivamente, debido a la presencia de GO con d \(\approx \) 0,18 nm5. Los AJ–N–CQD mostraron un pico amplio a las 22:02 relacionado con el avión (002) (tarjeta JCPDS n.º 26–1076)15. El valor d de AJ – N – CQD (0,20 nm) es mayor que el de GQD (0,18 nm). Esto puede deberse a la presencia de grupos N y O, que aumentan el espaciado de AJ – N – CQD16. El Cr.I. calculado. El porcentaje de GQD y AJ–N–CQD fue 72,04 y 94,68%, respectivamente.

Patrón XRD de GQD y AJ – N – CQD.

La isoterma de adsorción de nitrógeno (N2) se analizó mediante el método Brunauer-Emmett-Teller (BET) para calcular el área específica. La Figura 4 ilustra las isotermas de adsorción de N2 y la distribución del tamaño de los poros. El tamaño y la distribución de los poros proporcionan la información necesaria sobre la interacción química y física del metal adsorbido con la superficie adsorbente. La isoterma de adsorción de N2 se utilizó para medir la superficie BET y el volumen de los poros.

Isotermas de adsorción/desorción de nitrógeno (el recuadro muestra la distribución del tamaño de los poros).

El área de superficie de GQD y AJ – N – CQD es 208,48 y 675,75 m2 / g, mientras que los radios de poro promedio son 1,63 X 104 y 1,60 X 107 nm, respectivamente. Los resultados mostraron que la superficie de los AJ – N – CQD es mayor que la de los GQD. En general, una superficie elevada puede proporcionar suficientes sitios de adsorción. Al mismo tiempo, aumentar adecuadamente el número de poros y el volumen de la muestra la hace entrar en contacto con el Cr(VI), lo que puede promover la mejora del rendimiento de la adsorción. Ésta puede ser una de las razones de la diferencia en las propiedades de fluorescencia.

El TGA/DTG de los GQD, como se muestra en la Fig. 5, reveló tres pasos de descomposición, mientras que los AJ–N–CQD revelaron un paso de descomposición con una pérdida de masa (ML) de 72,92 y 69,79%, respectivamente, a 1000 °C, debido a los contenidos no volátiles. El primer NM para GQD fue de 34,46 a 143,38 °C con una temperatura máxima de 76,79 °C y un NM promedio de 3,14 % debido al contenido de humedad. La segunda etapa de ML se encuentra entre 176,80 y 394,98 °C, con una temperatura máxima de 323,99 °C y un LM promedio de 13,68%, debido a la degradación pirolítica. Finalmente, la tercera etapa ML se encuentra entre 709,13 y 1000 °C, con una temperatura máxima de 734,55 °C y una LM promedio de 26,10%, debido a la descomposición del carbono residual9,16.

TGA / DTG de GQD y AJ – N – CQD y su cinética.

Al mismo tiempo, el primer NM de AJ–N–CQD estuvo en el rango de 68,38–189,32 °C con una temperatura máxima de 163,90 °C y un NM promedio de 61,79 % debido al contenido de humedad. Como se ve, los AJ–N–CQD necesitan más temperatura por encima de 1000 °C para completar su degradación debido a su alta estabilidad térmica6.

Según la Tabla 1, todas las muestras bajo investigación tienen valores de ΔH para los GQD que disminuyen desde aproximadamente 9,40 kJ mol-1 en la primera etapa de la reacción hasta aproximadamente 3,94 kJ mol-1 en la segunda etapa, lo que indica un requerimiento de energía superficial a medida que el la reacción progresa (Ea disminuyó de 12,31 a 8,90 kJ mol-1). Al reducir los valores de n (de 1,5 a 0,5), se redujo el ΔH (3,94 kJ mol-1). Después de eso, con un valor de n creciente (2.5), el ΔH aumentó (16.89 kJ mol-1), lo que indica un alto requerimiento de energía para la etapa final (Ea \(\approx \) 25.26 kJ mol-1)1,6 . Según las observaciones de ΔG, los AJ – N – CQD son menos espontáneos y requieren un aporte de calor externo que los GQD, lo que mejora su alta estabilidad térmica4.

En primer lugar, los GQD no produjeron ningún espectro de fluorescencia. Esto puede deberse a la presencia de una gran cantidad de grafeno, que bloquea los puntos fluorescentes en los GQD. Entonces, en este estudio, usaremos AJ – N – CQD para la adsorción de Cr (VI). La Figura 6 muestra los espectros de emisión de fluorescencia de AJ – N – CQD y AJ – N – CQD / Cr (VI). Fueron excitados a 350 nm y mostraron una longitud de onda de emisión máxima de 442,0 y 459,0 nm, respectivamente. En teoría, esta emisión de cambio de color azul podría demostrar el uso de estos materiales como sensores. La emisión de fluorescencia es causada por restos C = O/C = N de las superficies de los CQD. Los picos de emisión a 511,0 y 499,5 nm se derivan de la vacante de oxígeno para AJ – N – CQD y AJ – N – CQD / Cr (VI), respectivamente. Los defectos de vacancia de oxígeno en el caso de AJ – N – CQD / Cr (VI) están casi ocultos y pueden deberse a la adsorción de Cr (VI). La alta RA de los grupos OH prueba esta vacante de oxígeno en FTIR. La eficiencia de extinción de la fluorescencia (FQE) se determinó utilizando la siguiente fórmula17:

donde F0 y F se refieren al FI de AJ–N–CQD y AJ–N–CQD/Cr(VI) Cr(VI), respectivamente. El FQE calculado fue del 49,57%, lo que indica una sensibilidad relativamente alta. Se descubrió que la interacción entre las funcionalidades superficiales nitrogenadas y oxigenadas (–COOH, –OH y –NH2) de AJ – N – CQD / Cr (VI) es responsable del FQE18. La reducción en la intensidad de fluorescencia de AJ – N – CQD / Cr (VI) en comparación con AJ – N – CQD se debe al IFE. Los iones Cr (VI) absorben radiación luminosa en el mismo rango de longitud de onda que los AJ – N – CQD. Como resultado, la intensidad se reduce, lo que reduce la intensidad de fluorescencia de AJ – N – CQD / Cr (VI) 19. Además, debido al alto FQE, estos hallazgos validaron la eficiencia de los AJ – N – CQD sintetizados a partir de bagazo como un material excelente para su posterior utilización en aplicaciones de detección química.

Espectros fluorescentes de AJ – N – CQD y AJ – N – CQD / Cr (VI).

En este estudio, elegimos AJ – N – CQD con propiedades fluorescentes para eliminar el Cr (VI). El efecto del tiempo de contacto sobre la eficiencia de adsorción de AJ – N – CQD se estudió en diferentes tiempos, a saber, 15, 30, 45, 60, 120, 240 y 360 min. Como se muestra en la Fig. 7, la afinidad de los AJ – N – CQD hacia el Cr (VI) no fue la misma, y ​​se descubrió que la eliminación de Cr (VI) por los AJ – N – CQD fue rápida al principio debido a la presencia La formación de más grupos funcionales libres se volvió lenta. No hubo un aumento notable en la tasa de adsorción observada después de 45 min. Entonces, el tiempo óptimo para la adsorción de Cr (VI) en AJ – N – CQD a 25 ° C es 45 min. La adsorción de Cr (VI) a AJ – N – CQD fue del 83,85% y estable hasta los 45 min. La adsorción puede deberse al alto contenido de nitrógeno y oxígeno. Después de 45 min, la tasa de adsorción disminuyó debido al proceso de lixiviación1,6.

Efecto del tiempo de contacto, reacción de orden cero, pseudoprimer orden y pseudosegundo orden, modelo de Boyd y modelo de Elovich para la adsorción de Cr (VI) por AJ – N – CQD.

La reacción de orden cero no la hizo adecuada para describir la cinética de la sorción de Cr (VI) en AJ – N – CQD, lo que supone que el aumento de la concentración de reactivos no afecta la magnitud de la velocidad de reacción20. Por lo tanto, se utilizan ecuaciones de pseudoprimer y pseudosegundo orden para modelar la cinética del Cr (VI) en AJ – N – CQD. Con respecto a los valores de R2 presentados en la Tabla 2, se ve que el modelo de pseudosegundo orden se ajusta mejor a los datos de adsorción de AJ – N – CQD (enlaces químicos en la adsorción). Sin embargo, los valores obtenidos en pseudoprimer orden siguen siendo adecuados para describir la cinética de la sorción de Cr (VI). Estos valores aclaran los procesos superficiales que involucran quimisorción y fisisorción en la adsorción de Cr (VI) por AJ – N – CQD5.

El modelo de Boyd muestra que el ajuste lineal no cruza el eje en el origen, lo que indica que la difusión externa no fue sólo el paso de control de la velocidad. Por lo tanto, la pendiente más baja del modelo de Boyd está relativamente asociada con un fuerte efecto de la difusión intrapartícula. Al mismo tiempo, R2 del modelo de Boyd se ajusta mejor a los datos de adsorción de AJ – N – CQD (difusión externa). Estos valores aclaran los procesos superficiales que involucran la difusión externa e intrapartícula en la adsorción de Cr (VI) por AJ – N – CQD. El valor más alto de α puede deberse a la mayor superficie de los AJ – N – CQD para la adsorción inmediata de Cr (VI) de una solución acuosa5,21.

En nuestro estudio utilizamos un Cr(VI) de 15 mg/L para estimular el agua contaminante, por lo que con una eliminación del 100% de Cr(VI) la capacidad adsorbente será de 15 mg/g. El porcentaje máximo de eliminación de Cr (VI) de los AJ – N – CQD es del 83,85 % para los AJ – N – CQD, que es mayor que la adsorción de otros adsorbentes indicada en la literatura (Tabla 3). Por ejemplo, el R% fue 48, 45 y 37% para la organosílice mesoporosa modificada con puntos de carbono como adsorbente para la eliminación de Hg(II), Cu(II) y Pb(II), respectivamente22. Además, el R % máximo de Cr(VI) por TiO2/CQD fue del 43,39%23.

Esta investigación informó sobre un método de microondas simple para preparar CQD dopados con nitrógeno (AJ – N – CQD) a partir de bagazo, ácido cítrico y DMF. Los AJ – N – CQD tienen una alta capacidad de adsorción y una alta detección de Cr (VI). Se muestra que la adsorción de Cr (VI) en AJ – N – CQD es rápida en los primeros 45 minutos debido a la presencia de un alto grupo funcional de nitrógeno y oxígeno. FTIR-Spectra, XRD, TEM y SEM/EDX confirmaron la formación de AJ – N – CQD. Los estudios de morfología y BET confirmaron que los AJ – N – CQD tenían una estructura porosa, lo que afectaba significativamente sus propiedades de absorción. Los estudios de absorción cinética de AJ – N – CQD preparados para Cr (VI) siguieron el modelo de pseudosegundo orden. La intensidad de fluorescencia de los AJ – N – CQD se redujo con la adsorción de Cr (VI). Por lo tanto, el presente trabajo ofrece una estrategia práctica hacia un método de producción simple para preparar AJ – N – CQD y sus posibles aplicaciones para la adsorción de Cr (VI) y quimiosensor de Cr (VI).

Los datos están disponibles previa solicitud del autor correspondiente.

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Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB). Los autores agradecen a la Estrategia Nacional de Ingeniería Genética y Biotecnología, Fase III: Desarrollo de Aplicaciones y Productos, por apoyar este trabajo.

Departamento de Celulosa y Papel, Centro Nacional de Investigación, 33 El Bohouth Str., PO 12622, Dokki, Giza, Egipto

Hebat-Allah S. Tohamy, Mohamed El-Sakhawy y Samir Kamel

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H.-AST: Conceptualización, Metodología, Software, Validación, Análisis formal, Curación de datos, redacción: preparación del borrador original, Visualización y administración de proyectos. ME-S.: Conceptualización, Metodología, Software, Validación, Análisis formal, Curación de datos, redacción: preparación del borrador original, Visualización, Supervisión y administración de proyectos. SK: Conceptualización, Metodología, Software, Validación, Análisis formal, Curación de datos, redacción: preparación del borrador original, Visualización, Supervisión y administración de proyectos. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Mohamed El-Sakhawy.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Tohamy, HA.S., El-Sakhawy, M. & Kamel, S. Síntesis asistida por microondas de puntos cuánticos de carbono fluorescentes anfóteros y su adsorción de cromo a partir de una solución acuosa. Representante científico 13, 11306 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-37894-4

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Recibido: 02 de abril de 2023

Aceptado: 29 de junio de 2023

Publicado: 12 de julio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-37894-4

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