Preparación ecológica de nanohojas de óxido de grafeno como adsorbente.

Jun 05, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 9314 (2023) Citar este artículo

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Como componente básico de los materiales a base de grafeno, el óxido de grafeno (GO) desempeña un papel importante en la investigación científica y las aplicaciones industriales. En la actualidad, se han empleado numerosos métodos para sintetizar GO, todavía hay algunos problemas que deben resolverse, por lo que es importante desarrollar un método de preparación de GO ecológico, seguro y de bajo costo. En este documento, se diseñó un método ecológico, seguro y rápido para preparar GO, a saber, primero se oxidó polvo de grafito en una solución diluida de ácido sulfúrico (H2SO4, 6 mol/L) con peróxido de hidrógeno (H2O2, 30% en peso) como oxidante, y Luego se exfolia hasta GO mediante tratamiento ultrasónico en agua. En este proceso, el único oxidante fue H2O2 y no se utilizaron otros oxidantes, por lo que se pudo eliminar por completo la naturaleza explosiva de la reacción de preparación de GO en los métodos convencionales. Este método tiene otras ventajas, como que es ecológico, rápido, de bajo coste y sin residuos a base de Mn. Los resultados experimentales confirman que el GO obtenido con grupos que contienen oxígeno tiene mejores propiedades de adsorción en comparación con el polvo de grafito. Como adsorbente, GO puede eliminar azul de metileno (50 mg/L) y Cd2+ (56,2 mg/L) del agua con una capacidad de eliminación de 23,8 mg/g y 24,7 mg/g, respectivamente. Proporciona un método ecológico, rápido y de bajo costo para preparar GO para algunas aplicaciones como adsorbente.

El grafeno se preparó por primera vez mediante exfoliación mecánica de grafito pirolítico altamente orientado en 20041. Hasta ahora, el grafeno se considera ampliamente como uno de los nanomateriales 2D novedosos más importantes2,3,4. Como derivado del grafeno5,6, GO tiene su propiedad única debido a varios grupos que contienen oxígeno unidos covalentemente a sus planos basales y bordes7,8. Más importante aún, GO actúa como un bloque de construcción básico, se pueden sintetizar varios materiales a base de grafeno a través de las interacciones entre GO y otros materiales9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19. Por lo tanto, una preparación de GO ecológica, segura, rápida y de bajo costo es muy crítica, y este tema ha atraído mucha atención.

Sobre la base del proceso de oxidación-exfoliación, la ruta química húmeda20 se reconoce generalmente como un método de preparación a gran escala. Desde que la preparación de GO se informó por primera vez en 1859 basándose en el método de Brodie21, se utilizó una mezcla de clorato de potasio (KClO3) en ácido nítrico fumante (HNO3) para oxidar el grafito. Casi cuarenta años después, Staudenmaier oxidó de manera óptima el grafito agregando lentamente KClO3 a una mezcla de HNO3 humeante y H2SO422 concentrado. En 1958, el grafito se oxidaba habitualmente mediante el método de Hummers23 con una mezcla de KMnO4 y NaNO3 en H2SO4 concentrado. En 2010, el método de Hummers se optimizó aún más y se denominó método de Tour al reemplazar el NaNO3 y agregar ácido fosfórico proporcional (H3PO4) como estabilizador para el sistema mixto24. Además, Jin et al.25 utilizaron H2SO4 concentrado como moléculas intercaladas en la oxidación de grafito a GO y catalizador para la exfoliación por deshidratación de grupos oxigénicos e hídricos de GO basado en el método de Hummers.

Aunque los investigadores han hecho grandes esfuerzos para mejorar el método de Hummers, quedan algunos problemas prácticos por resolver, como el largo tiempo de reacción, los riesgos de seguridad, el difícil control de calidad y una gran cantidad de líquido ácido residual26. Por tanto, se han explorado numerosos métodos alternativos para sintetizar GO. Por ejemplo, Gao et al.27 informaron sobre un método a base de hierro con ferrato de potasio Fe (VI) (K2FeO4) como oxidante; en este proceso, las impurezas de los metales a base de Mn se evitaron de manera efectiva y el H2SO4 concentrado se recicló de manera efectiva. Yu et al.28 informaron sobre un método sencillo y ecológico para sintetizar GO con K2FeO4 y H2O2 como oxidantes en agua con pH de 3 a 50 °C. Como catalizador combinado, la mezcla de solución de Fe(VI) y H2O2 sustituye al KMnO4 y a ácidos fuertemente corrosivos. Sin embargo, estos métodos a base de hierro tienen algunos problemas, como la contaminación de los metales a base de Fe y un posprocesamiento complejo.

Debido a su respeto al medio ambiente y su bajo costo, los procesos electroquímicos se han desarrollado ampliamente para preparar GO29,30. Por ejemplo, Pei et al.31 utilizaron H2SO4 concentrado (98% en peso) como agente de intercalación de grafito con una corriente continua de 1,6 V, luego emplearon H2SO4 diluido (50% en peso) como medio ácido para oxidar el grafito intercalado con corriente continua. de 5 V, y finalmente contrató ultrasonidos para exfoliar el grafito oxidado intercalado. En este proceso, el H2SO4 se utilizó principalmente como agente de control para ajustar la reacción de desprendimiento de oxígeno del agua para la oxidación de la red grafítica, por lo que se recicló el H2SO4 y no se necesitó ningún otro oxidante. Desafortunadamente, el proceso de electrólisis de agua/solvente que lo acompaña agrava la expansión y delaminación de los materiales grafíticos, lo que conduce a un suministro de corriente ineficaz o a la rotura del circuito29,30. Además, la estructura y propiedades de los productos obtenidos son muy diferentes de las del GO preparado mediante los métodos mejorados de Hummers5,6,7,8,9,10, tal vez debido al bajo grado de oxidación y exfoliación32,33,34,35.

Al mismo tiempo, se han realizado grandes esfuerzos para descubrir el mecanismo de formación de GO36. Por ejemplo, Lee et al.37 exfoliaron y dispersaron materiales 2D en agua pura debido a la presencia de cargas superficiales como resultado de la funcionalización de los bordes o la polaridad intrínseca, que pueden inducir el ataque del oxígeno. Li et al.38 exfoliaron grandes cristales de grafito hasta convertirlos en pequeñas escamas de grafeno debido a la sonicación que provocó la ruptura y las estrías de las bandas retorcidas en las superficies de las escamas, el posterior ataque oxidativo y la intercalación de disolvente. Más recientemente, Zhu et al. Láminas GO exquisitamente preparadas mediante oxidación microfluídica de grafito con KMnO4 en H2SO4 concentrado en una botella con tapa de rosca sellada debido a la transferencia de masa mejorada y al intercambio de energía extremadamente rápido39.

Sobre la base del desarrollo de métodos de preparación de GO y la exploración del mecanismo de formación de GO mencionado anteriormente, estamos tratando de encontrar una forma ecológica, segura y de bajo costo de preparar GO. En este artículo, se diseñó un método ecológico, seguro y de bajo costo para sintetizar GO oxidando polvo de grafito en una solución diluida de H2SO4 con H2O2 como oxidante y posterior tratamiento ultrasónico en agua. Los resultados experimentales demuestran que GO se puede preparar mediante este método. Curiosamente, el GO obtenido con grupos que contienen oxígeno se puede utilizar como adsorbente para eliminar el azul de metileno y el Cd2+ del agua.

Se adquirieron polvo de grafito (99,8% en peso de pureza, malla 200), H2SO4 (18 mol/l) y H2O2 (30% en peso en agua) de National Pharmaceutical Reagent Company. Todos los químicos fueron usados ​​sin purificación adicional. En todos los experimentos se utilizó agua desionizada (una resistencia de 18 MΩ) elaborada a partir de un sistema disolvente Milli-Q.

Como proceso típico, el polvo de grafito se oxidó primero en una mezcla de H2SO4 y H2O2 y luego se exfolió hasta obtener GO en agua.

En primer lugar, se agregaron 2,0 g de polvo de grafito a un vaso de precipitados con 50 ml de solución diluida de H2SO4 (6 mol/l) y se agregaron lentamente 20 ml de H2O2 (30 % en peso) a la dispersión mixta en condiciones de agitación electromagnética. Luego, la dispersión mixta se calentó a 40 ℃ a través de un baño de agua con control de temperatura durante 3 h. Como experimentos de control, se añadió a otro vaso con 2,0 g de polvo de grafito y 50 mL de solución de H2SO4 sin agregar H2O2, siguiendo la misma operación experimental que en el primer vaso.

En segundo lugar, después de enfriar naturalmente a temperatura ambiente, la dispersión resultante se filtró y se limpió con agua desionizada varias veces hasta un pH de 7. La solución diluida de H2SO4 se recogió y almacenó para su reutilización.

En tercer lugar, una porción de la muestra se trató con ultrasonido en agua desionizada durante 30 minutos, después de filtrar, el GO obtenido se secó al vacío a 60 °C para su caracterización.

En este proceso, sólo el H2O2 fue oxidante y no se utilizó ningún otro oxidante. La solución diluida de H2SO4 se utilizó principalmente como medio ácido28,31 y agente de control para ajustar la reacción de los radicales de oxígeno, por lo que se recicló el H2SO4. El proceso de preparación dura menos de 4 h, incluidas 3 h de baño de agua a 40 °C para la reacción de oxidación y 30 min de extracción ultrasónica a temperatura ambiente.

Las microestructuras del polvo de grafito, el intermedio y el GO obtenido se detectaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM, Hitachi S-4800), microscopía electrónica de transmisión (TEM, JEM-2100) y microscopía de fuerza atómica (AFM, Nanoscope V, Bruker Instruments). . Para analizar la composición estructural de IR.

Las microestructuras del polvo de grafito, el grafito oxidado (marcado como intermedio) y GO se muestran en la Fig. 1. El polvo de grafito tiene una estructura irregular y muy apilada (Fig. 1b), mientras que la estructura del intermedio está suelta (Fig. 1c). muy diferente al del polvo de grafito y se puede esparcir fácilmente en el agua desionizada (el recuadro de la Fig. 1c). Después del tratamiento con ultrasonido en agua desionizada, el intermedio se puede exfoliar hasta GO (Fig. 1d) y el color de la solución GO es amarillo claro (el recuadro de la Fig. 1d).

(a) Fotografía óptica de polvo de grafito. Imágenes SEM (b) de polvo de grafito, (c) intermedio y (d) GO. El recuadro de (c) es una dispersión del intermedio y el recuadro de (d) es una solución de GO (0,5 mg/ml).

La Figura 2a revela además que el polvo de grafito tiene una estructura irregular y apilada con tamaños en un rango de decenas de micrones. Por el contrario, el intermedio tiene una estructura suelta con tamaños más pequeños, como se muestra en la Fig. 2b. Además, las imágenes SEM de sección transversal del polvo de grafito y el intermedio muestran su diferencia más claramente. En comparación con el polvo de grafito (Fig. 2c), el intermedio (Fig. 2d) tiene una separación de capas más amplia. Después del proceso ultrasónico, el polvo de grafito se puede separar en láminas grandes con un tamaño de varias micras (Fig. 2e), mientras que el intermedio se puede separar en nanohojas GO (Fig. 2f).

Imágenes SEM de polvo de grafito (a, c) y el intermedio (b, d) con diferentes aumentos. Imágenes SEM de (e) láminas grandes derivadas de polvo de grafito y (f) nanohojas GO derivadas del intermedio.

Las imágenes TEM revelan que el GO obtenido con estructura plegada es de una sola capa o de varias capas, como se muestra en la Fig. 3. Por lo tanto, se puede confirmar que las nanohojas GO se pueden preparar a partir de polvo de grafito mediante este método.

Imágenes TEM de (a, b) nanohojas GO con diferentes aumentos.

Después de que el intermedio se exfoliara a una solución acuosa de GO (0,5 mg/mL) mediante tratamiento ultrasónico, y luego la solución de GO se goteó sobre un sustrato de Si recién limpiado después del secado al vacío para la caracterización de AFM. La Figura 4 muestra que GO con una estructura arrugada tiene un espesor de pocas capas40.

(a) Imagen AFM de GO y (b) los perfiles de altura correspondientes de la superficie GO.

Una solución acuosa de GO (1,0 mg/ml) tiene un claro efecto Tyndall (Fig. 5a). El espectro UV-Vis de esta solución GO tiene un pico principal a 231 nm y un hombro ancho alrededor de 300 nm (Fig. 5b), lo que sugiere que algunos grupos funcionales que contienen oxígeno están unidos a los planos basales y bordes de GO24.

Fotografía óptica (a) y espectro UV-Vis (b) de la solución GO (1,0 mg/ml).

Se analizaron los espectros XRD, FTIR y Raman de polvo de grafito y nanohojas GO obtenidas para revelar su diferencia estructural. Como se muestra en la Fig. 6a, el pico XRD del polvo de grafito se ubica en 2θ = 26,4°, mientras que el pico de las nanohojas GO se ubica en 2θ = 10,0°, y sus picos son consistentes con informes anteriores41,42, lo que indica un mayor espacio entre GO capas en comparación con el polvo de grafito.

(a) patrones XRD, (b) patrones FTIR, (c) espectros Raman de polvo de grafito y nanohojas GO, y (d) ajustes de picos Raman 2D de polvo de grafito. El recuadro de (a) es el patrón XRD de nanohojas GO, y el recuadro de (d) son ajustes de pico Raman 2D de nanohojas GO.

Según los análisis de espectros FTIR, las nanohojas GO obtenidas tienen algunos grupos funcionales41,42 como vibración de estiramiento O-H (3430 cm-1), vibración de estiramiento C=O (1720 cm-1), vibración C=C (1620 cm-1). −1), vibraciones C – O (1400 cm −1, 1050 cm −1) y vibración C – OH (1240 cm −1), mientras que los espectros FTIR del polvo de grafito son diferentes de los del GO obtenido (Fig. 6b). .

También se utilizaron análisis Raman para probar su cambio estructural (Fig. 6c). Se puede ver que ambos tienen pico D (∼ 1320 cm-1), pico G (∼ 1580 cm-1) y banda 2D (∼ 2650 cm-1). Además, la relación de intensidad de la banda D (∼ 1320 cm-1) a la banda G (∼ 1580 cm-1) (ID/IG) aumenta ligeramente de 0,38 para el polvo de grafito a 0,45 para las nanohojas GO obtenidas, lo que indica que la Los defectos y el desorden del cristal aumentan en las nanohojas GO obtenidas 41,42. Además, sus accesorios de pico Raman 2D tienen una clara diferencia, como se muestra en la Fig. 6d.

Se realizaron espectros XPS de polvo de grafito y nanohojas GO para analizar su composición. Como se muestra en la Fig. 7, ambos espectros de estudio XPS tienen dos picos claros de carbono (C1) y oxígeno (O1), mientras que la intensidad del pico de O1 en GO aumenta significativamente, en comparación con el polvo de grafito (Fig. 7a). Los espectros de C1 de alta resolución revelan que ambos tienen grupos C = C / C – C (284,7 eV), C – O (285,8 eV) y C = O (286,7 eV)41,42, respectivamente. Sus espectros XPS O1 de alta resolución tienen dos picos principales ubicados a 531,8 eV (C – O) y 533,0 eV (C = O), respectivamente. Además, la intensidad máxima de C = O para el polvo de grafito (Fig. 7b, c) es menor que la de las nanohojas GO (Fig. 7e, f), tal vez debido a la intercalación de oxidación de H2O2.

(a) espectros de estudio XPS, (b) espectro C1s XPS de alta resolución y (c) espectro O1s XPS de alta resolución de polvo de grafito. ( d ) espectros de estudio XPS, (e) espectro XPS C1 de alta resolución y (f) espectro XPS O1 de alta resolución de nanohojas GO.

Para analizar el proceso de preparación de GO mediante este método, se deben tener en cuenta algunos factores importantes a continuación.

En el sistema de H2SO4/H2O2, sólo el H2O2 actúa como un oxidante verde fuerte y una solución diluida de H2SO4 (6 mol/L) es un medio ácido. En este proceso, algunos radicales de oxígeno (como ·OH y ·OH2) se pueden producir a partir de H2O2 en condiciones ácidas, y luego los pliegues y defectos en la superficie del grafito son atacados selectivamente por los radicales de oxígeno37,38. Como resultado, el ataque selectivo dotó a GO de algunos grupos que contienen oxígeno, lo que se confirma mediante los espectros FTIR y XPS de polvo de grafito y nanohojas de GO. La solución diluida de H2SO4 se utiliza principalmente como medio ácido28,31 y agente de control para ajustar la reacción de los radicales de oxígeno, por lo que el H2SO4 se recicla.

El contenido de oxidante y la temperatura de reacción son factores que influyen de forma muy crítica. En este proceso, si el contenido de oxidante es bajo, no se conseguirá el efecto de oxidación deseado. Por otro lado, si la temperatura de la reacción es demasiado alta, la aceleración de la reacción de descomposición del H2O2 da como resultado un tiempo de reacción insuficiente. Después de la optimización, la dispersión mixta (que incluía 2,0 g de polvo de grafito, 50 ml de solución de H2SO4 de 6 mol/l y 20 ml de H2O2 al 30 % en peso) se colocó en un vaso de precipitados y se calentó a 40 °C durante 3 h, por lo que el grafito se calentó a 40 °C durante 3 h. superficie fue atacada por suficientes radicales de oxígeno derivados de la descomposición del H2O2 durante suficiente tiempo.

El GO se preparó mediante este método que implica dos procesos principales: la intercalación de oxidación y la delaminación ultrasónica. La intercalación de oxidación se logró mediante el ataque selectivo de radicales de oxígeno en una solución diluida de H2SO4, lo que provoca una superficie GO con muchos grupos funcionales que contienen oxígeno. La delaminación se completó mediante tratamiento ultrasónico en agua desionizada y no se requirió ningún otro agente de intercalación en este proceso.

Según el análisis anterior, solo se usó H2O2 como oxidante sin subproductos dañinos, la solución diluida de H2SO4 se usó como medio ácido y se recicló. La dispersión que contenía el intermedio no era viscosa y el intermedio se filtraba y limpiaba fácilmente para eliminar la delaminación, por lo que el proceso de preparación era ecológico, seguro y de bajo costo.

Se analizó la microestructura del intermedio para confirmar la viabilidad de este método. Como se muestra en la Fig. 8a, el intermedio muestra una estructura suelta, en comparación con el polvo de grafito (Fig. 1b). Las partes ampliadas de su área seleccionada muestran claramente algunos rastros después del ataque selectivo (Fig. 8b-d). Además, el espacio entre las capas se amplió notablemente en el intermedio (Fig. 8e), y se dejaron muchos rastros en los bordes después del ataque selectivo (Fig. 8f), por lo que las nanohojas GO se prepararon con éxito a partir de polvo de grafito hasta el intermedio después de la oxidación. intercalación de H2O2 y tratamiento ultrasónico en agua desionizada.

Imágenes SEM de (a – d) el intermedio con diferentes aumentos, y (e, f) la sección transversal del intermedio.

Las nanohojas GO obtenidas con abundantes grupos funcionales se pueden utilizar como adsorbente para eliminar el azul de metileno (MB) y el Cd2+ del agua. En general, se utilizó MB como compuesto modelo para verificar la propiedad de adsorción del adsorbente. El proceso experimental general se describió de la siguiente manera: se agregaron 110 mg de adsorbente a 50 ml de solución de MB (50 mg/L), seguido de agitación a 200 rpm a temperatura ambiente. A intervalos de tiempo de 10 min, el adsorbente se separó mediante filtración y la concentración de MB residual en el filtrado se calculó mediante la ley de Beer con base en el pico de absorción a 662 nm con un espectrofotómetro UV-Vis (Shimadzu UV-2450)43,44 .

Por otro lado, se preparó una solución acuosa de Cd2+ disolviendo el correspondiente nitrato de plomo en agua desionizada para llegar a una concentración de 5,0 × 10–4 mol/L (56,2 mg/L). Las pruebas de adsorción se llevaron a cabo utilizando 130 mg de adsorbente en 50 ml de solución acuosa de Cd2+. Se llevaron a cabo experimentos discontinuos de adsorción en matraces cónicos con agitación en condiciones ambientales. A intervalos de tiempo dados de 10 min, se obtuvo 1 ml del filtrado filtrando la solución mixta. La concentración de Cd2+ en el filtrado se determinó mediante oscilopolarografía de barrido único (JP-303E)45,46.

Por el contrario, el polvo de grafito y las nanohojas GO adsorbieron MB (50 mg/L) a temperatura ambiente, sus equilibrios de adsorción se alcanzaron alrededor de los 50 min (Fig. 9a), su eficiencia de eliminación es del 75,0% y el 95,0%, respectivamente. Además, su capacidad de adsorción se evaluó como 18,8 mg/g y 23,8 mg/g, respectivamente.

Eficiencia de eliminación de MB (a) y Cd2+ (b) de polvo de grafito y nanoláminas GO.

Por otro lado, el polvo de grafito y las nanoláminas GO adsorbieron Cd2+ (56,2 mg/L) del agua a temperatura ambiente, sus equilibrios de adsorción se alcanzaron alrededor de los 50 min (Fig. 9b), su eficiencia de eliminación fue del 46,0% y 88,0%, respectivamente. . Así como su capacidad de adsorción se evaluó como 12,9 mg/g y 24,7 mg/g, respectivamente.

A partir de la comparación anterior de las propiedades de adsorción, el polvo de grafito y las nanoláminas GO pueden adsorber MB y Cd2+ del agua, especialmente la capacidad de adsorción de las nanoláminas GO es mayor que la del polvo de grafito y se informaron algunos resultados47,48,49,50,51. Los resultados de adsorción también se compararon con la literatura47,48,49,50,51,52,53,54,55. Las características de adsorción de MB y Cd2+ sobre GO o compuestos GO se muestran en la Tabla 1. En nuestro experimento, GO se usó directamente como adsorbente y su propiedad de adsorción debería mejorarse. En particular, GO se puede hibridar para fabricar materiales compuestos con mejores propiedades de adsorción. Por ejemplo, la esponja GO/quitosano con un contenido de esponja de quitosano del 9 % tiene una capacidad de adsorción de 275,5 mg/g para MB56.

Debido a la abundancia de grupos funcionales y defectos estructurales en sus planos base y bordes, GO tiene una estructura y propiedades únicas (como propiedades fisicoquímicas novedosas, gran área de superficie específica y superficie altamente activa), que desempeña un papel importante en la eliminación de compuestos orgánicos y contaminantes inorgánicos del agua57.

En el caso de la adsorción de MB, el GO cargado negativamente interactúa con el tinte positivo de MB, por lo que la atracción electrostática y las interacciones hidrofóbicas π-π son responsables de este proceso de adsorción58,59. Además, la cinética y termodinámica de adsorción de MB sobre GO se demostró como un proceso mixto de fisisorción-quimisorción60.

Para eliminar los iones de metales pesados ​​del agua, GO tiene varias interacciones, como coordinación, quelación, interacción electrostática, interacción π – π, interacción ácido-base con varios iones metal/metal, debido a su estructura química única que contiene varios grupos hidrófilos que contienen oxígeno y pequeños dominios de carbono sp2 rodeados por dominios sp361,62,63. Según la literatura publicada64,65,66, el proceso de adsorción de Cd2+ sobre GO fue consistente con la ecuación de pseudo segundo orden y el modelo de isoterma de Langmuir. Sin embargo, el proceso de adsorción real tiene varios factores que influyen67, como la electronegatividad y el potencial de reducción estándar de los iones de metales pesados.

Por otro lado, las condiciones experimentales juegan un papel importante en el proceso de adsorción específico. En los casos de MB y Cd2+, se deben tener en cuenta algunos factores de influencia importantes (como la dosis de adsorbente, el pH de la solución, el tiempo de contacto y la temperatura), de la siguiente manera. Como se muestra en la Fig. 9, sus equilibrios de adsorción se alcanzan alrededor de los 50 minutos y se considera que el tiempo de contacto de adsorción se extiende a una hora. Para ahorrar costes operativos, la temperatura de adsorción se mantiene a temperatura ambiente.

Al mismo tiempo, se aumenta gradualmente la dosis de adsorbente de 50 a 70, 90, 110, 130, 150 y 170 mg en 50 mL de solución de MB (50 mg/L) o solución de Cd2+ (56,2 mg/L), y el pH de la solución se ajusta gradualmente de 1 a 12.

La Figura 10a muestra que la eliminación por adsorción de MB alcanza el equilibrio cuando la dosis de adsorbente es de 110 mg en 50 ml de solución, mientras que la Fig. 10b revela que la eliminación por adsorción de MB alcanza el máximo a un pH de 10. Por otro lado, la Fig. 10c muestra que La eliminación por adsorción de Cd2+ alcanza el equilibrio ya que la dosis de adsorbente es de 130 mg en 50 ml de solución, mientras que la Fig. 10d revela que la eliminación por adsorción de Cd2+ alcanza el máximo a un pH de 7.

(a, b) Efectos de la concentración del adsorbente y el pH de la solución en MB adsorbido en GO, y (d, f) Efectos de la concentración del adsorbente y el pH de la solución en Cd2+ adsorbido en GO.

En conclusión, desarrollamos un método ecológico, seguro, rápido y de bajo costo para preparar nanoláminas GO oxidando polvo de grafito en una solución diluida de H2SO4 con H2O2 como oxidante y posterior extracción ultrasónica en agua desionizada. El mecanismo de formación se puede atribuir a fuertes radicales de oxígeno que atacan los pliegues y defectos en la superficie de grandes láminas de grafito, lo que hace que los intermedios con grupos funcionales que contienen oxígeno se exfolie fácilmente en nanoláminas mediante tratamiento ultrasónico. Este trabajo proporciona un método ecológico, seguro y de bajo costo para preparar nanohojas GO para aplicaciones funcionales como adsorbentes.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo.

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Este trabajo fue apoyado por el Programa para el Fondo Inicial de Talentos de Alto Nivel (PXY-BSQD2016010) y el Fondo Nacional de Cultivo (PXY-PYJJ2017001) de la Universidad de Pingdingshan, la Fundación de Ciencias Naturales de China (11904092) y la Provincia de Hunan. Fundación de Ciencias Naturales (2019JJ50028).

Escuela de Química e Ingeniería Ambiental, Laboratorio Clave de Innovación de Germoplasma y Utilización de Plantas Leñosas Ecoeconómicas de Henan, Universidad de Pingdingshan, Weilai Road, Pingdingshan, 467000, China

Kesheng Cao, Zhengshan Tian y Yabo Wang

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad de Chizhou, Chizhou, 247000, China

Xunyou Zhang

Facultad de Ingeniería Electrónica y de la Información, Universidad de la ciudad de Hunan, Yingbin East Road, Yiyang, 413000, China

Qiuxiang Zhu

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KC concibió la idea, ZT diseñó los experimentos, XZ escribió el texto principal del manuscrito, YW y QZ prepararon las Figs. 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Zhengshan Tian o Xunyou Zhang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Cao, K., Tian, ​​Z., Zhang, X. et al. Preparación verde de nanohojas de óxido de grafeno como adsorbente. Informe científico 13, 9314 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36595-2

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Recibido: 06 de agosto de 2022

Aceptado: 06 de junio de 2023

Publicado: 08 de junio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36595-2

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