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Kopräzipitationsverfahren synthetisiert.Außerdem wurde das Festkörperdispersionsverfahren zur Synthese des ternären ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposits verwendet.Das ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit wurde durch verschiedene Techniken charakterisiert, darunter XRD, EDX, SEM, BET, FTIR, XPS, EELS und Photolumineszenz (PL).Die FTIR-Analyse des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Photokatalysators zeigte starke Peaks im Bereich von 450 bis 700 cm−1, die Streckschwingungen von Zr-O, Ti-O und Fe-O darstellen.Die Ergebnisse von FTIR und XRD, XPS-Analysen und PL-Spektren bestätigten, dass das Festkörperdispersionsverfahren ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposite erzeugte.Die EELS-Analyse bestätigte die reinen Proben von Fe3O4, TiO2 und ZrO2.Die EDAX-Analyse zeigte, dass das Zr:Ti:Fe-Atomverhältnis 0,42:2,08:1,00 betrug.Die spezifische Oberfläche, das Porenvolumen und die durchschnittliche Porengröße des Photokatalysators wurden mit 280 m 2 /g, 0,92 cm 3 /g bzw. 42 nm erhalten.Darüber hinaus wurde die Leistung des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposits für die Entfernung von Naproxen unter Verwendung der Response-Surface-Methode (RSM) bewertet.Die vier Parameter wie NPX-Konzentration, Zeit, pH-Wert und Katalysatorkonzentration wurden untersucht.Der Punkt der Nullladung des Photokatalysators war 6. Der maximale und minimale Abbau von Naproxen unter Verwendung des Photokatalysators waren 100 % (unter Bedingungen: NPX-Konzentration = 10 mg/l, Zeit = 90 min, pH = 3 und Katalysatorkonzentration = 0,5 g/ L) bzw. 66,10 %.Das Stabilitätsexperiment zeigte, dass der ternäre Nanokatalysator nach 7 Zyklen eine relativ höhere photokatalytische Aktivität zeigt.Die Umweltverschmutzung durch pharmazeutische Verbindungen gilt als eines der schwerwiegendsten Probleme der letzten Jahre1,2.Für die Behandlung von pharmazeutischem Abwasser und für die Entfernung von Schadstoffen, bevor diese in die Umwelt gelangen, ist die Identifizierung der effizientesten Methode eine Herausforderung3.Pharmazeutische Abwässer können mit physikalischen4, chemischen, biologischen5 sowie kombinierten Verfahren6 behandelt werden.Die fortgeschrittenen Oxidationsprozesse7, einschließlich fortgeschrittener Oxidation auf der Basis von Sulfatradikalen8, UV-sichtbarem9, natürlichem Sonnenlicht10, Fenton-Oxidation11, elektrochemischen12, Nanokomposit-Katalysatoren13 und Sonolyse und Sono-Fenton14, wurden weit verbreitet verwendet, um Schadstoffe aus pharmazeutischem Abwasser mit großer Leistung zu entfernen.Die Bildung von Radikalen bei diesen Prozessen führt zur Oxidation von organischen Schadstoffen in wässrigen Lösungen.Im Vergleich zu anderen Methoden bietet die Photokatalyse mehrere Vorteile, wie z. B. hohe Effizienz, niedrige Kosten, Design geeigneter Katalysatoren für bestimmte Abwässer und hohe Korrosions- und Temperaturstabilität15,16,17.Titandioxid (TiO2) wird häufig als Katalysator beim Abbau organischer Verbindungen und pharmazeutischer Schadstoffe verwendet, da es ein lichtempfindlicher Halbleiter (einschließlich UV- und sichtbarem Licht) ist18,19.Die Bildung von Valenzbandlöchern und Leitungsbandelektronen während der Photokatalyse erzeugt Oxidations-Reduktions-Medien im Abwasser.Es kann organische Verbindungen leicht abbauen und sie in ungiftige Verbindungen wie CO2 und Wasser umwandeln20,21.Titandioxid ist ein polymorphes Material mit drei kristallinen Phasen: Anatas, Rutil und Brookit.Die Anatasphase ist photokatalytisch aktiver als die Rutilphase22,23.Um die photokatalytische TiO2-Aktivität zu steigern, ist es wichtig, kleinere Partikel (Nanogröße) zu verwenden, da kleinere Partikel größere spezifische Oberflächen haben24.Die Entfernung von Titandioxid-Nanopartikeln nach der Behandlung verringert den Nutzen dieses Photokatalysators, und die Immobilisierung von Titandioxid (TiO2) auf Trägermaterialien kann durchgeführt werden, aber die Immobilisierung verringert die spezifische Oberfläche im Vergleich zu einem homogenen Katalysator25.Andererseits kann die schnelle Rekombination von erzeugten Elektron-Loch-Paaren die Aktivität des Titandioxid-Photokatalysators verringern26.Daher werden einige andere Halbleiter wie ZrO2 verwendet, um die Aktivität von TiO2 zu verbessern.ZrO2-Dotierung kann die Elektron-Loch-Paar-Rekombination verlangsamen, das Material stärken und die Oberfläche und das Verhältnis von Anatas zu Rutil-Kristallphasen erhöhen27,28.ZrO2-TiO2-Photokatalysator wurde verwendet, um organische Verbindungen abzubauen, wobei ZrO2 in dieser Verbindung als Träger oder Photokatalysator im System fungiert29.Die Zugabe einer kleinen Menge ZrO2 zu TiO2 kann die Oberfläche vergrößern, da ZrO2 Phasenübergänge von Anatas zu Rutil, Verdichtung und Kristallitwachstum hemmt, indem es unterschiedliche Grenzen bereitstellt30.Es wurde beobachtet, dass Änderungen der Oberflächenchemie, insbesondere des Säuregehalts, die photokatalytische Aktivität verbessern31.In diesem binären Katalysator fangen Löcher wie die Hydroxylgruppen ein, verhindern die Elektron-Loch-Rekombination und Oxidations-Reduktions-Reaktionen und erhöhen die Quantenausbeute31.Zusätzlich zu ZrO2-Nanopartikeln muss diesen binären Metalloxiden eine weitere Verbindung zugesetzt werden, um die Oberfläche des TiO2-Photokatalysators sowie die Rückgewinnung von TiO2 aus behandeltem Abwasser zu verbessern32,33.Hierfür eignen sich magnetische Nanopartikel wie Fe3O4.Ein Fe3O4@TiO2-Photokatalysator wurde synthetisiert, um Bisphenol A unter Bestrahlung mit sichtbarem und langwelligem UV-Licht abzubauen.Eine moderate Eisenbeladung reduzierte die Lochpaartrennung effektiv und verschob die Bandlücke in den sichtbaren Bereich.Darüber hinaus spielen die magnetischen Eigenschaften von Fe3O4 eine entscheidende Rolle bei der Rückgewinnung des gebrauchten Katalysators aus der Lösung, was praktische Anwendungen des Fe3O4@TiO2-Photokatalysators erleichtert34.Fe3O4@SiO2@g-C3N4/TiO2-Nanokomposit wurde verwendet, um Farbstoffverunreinigungen zu entfernen.Es wurde festgestellt, dass der Kompositkatalysator mit 10 Gew.-% g-C3N4/TiO2 über 91 % der anionischen und kationischen Farbstoffe abbauen kann35.Daher ist es möglich, die drei Verbindungen zu kombinieren, um toxische und schädliche Schadstoffe im Abwasser abzubauen.In den letzten Jahren wurden zunehmend nichtsteroidale Antirheumatika (NSAIDs) zur Behandlung von COVID-1936 eingesetzt,37.Daher wird vorhergesagt, dass NSAIDs wie Naproxen enthaltendes Abwasser aus pharmazeutischer Produktion zunehmen wird, und es wird sehr wichtig sein, ein wirksames Verfahren zum Abbau dieser Verbindungen aus dem Abwasser zu entwickeln.Der Abbau von Naproxen durch H2O2-modifiziertes Titanat-Nanomaterial und Bi-modifizierte Titanat-Nanobulks unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht wurde erfolgreich durchgeführt38,39.In früheren Arbeiten wurde jedes dieser Metalloxide separat als Katalysator verwendet, um verschiedene Kontaminanten zu entfernen40,41,42,43, aber die Wechselwirkung der drei Metalloxide Fe3O4, TiO2 und ZrO2 zusammen und ihre Funktion zur Entfernung pharmazeutischer Kontaminanten erzeugen kann ein synergistischer Effekt.Der Unterschied in den physikalischen und chemischen Eigenschaften jeder Komponente dieses Nanophotokatalysators macht ihn einzigartig.Schließlich wurde ein Nanokomposit mit magnetischen, stabilen und hohen photokatalytischen Eigenschaften synthetisiert44,45.TiO2 hat eine Bandlücke von 3,2 eV für Anatas und 3,0 eV für Rutil46,47.Das ZrO2 wird aufgrund seiner Halbleitereigenschaften (Typ n) als Photokatalysator in heterogenen Reaktionen verwendet.Die Bandlückenenergie von ZrO2 variiert je nach Probenvorbereitung zwischen 3,25 und 5,1 eV48,49,50,51,52,53,54,55.Seine gemeinsame Bandlückenenergie beträgt 5 eV55.Es hat eine breite Bandlücke und ein stark negatives Flachbandpotential, das für die Wasserstoffproduktion durch Wasserzersetzung verwendet werden kann55,56.Magnetische Eigenschaften von Fe3O4-Nanopartikeln ermöglichen recycelbare Nanokomposite.Darüber hinaus kann der Anregungsbereich von aus Fe3O4 synthetisierten Nanokompositen aufgrund ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften im Bereich des sichtbaren Lichts genutzt werden.Die Response Surface Methodology (RSM) ist eine weit verbreitete mathematische und statistische Methode zur Modellierung und Analyse eines Prozesses, bei dem eine Reaktion von mehreren Variablen beeinflusst wird, und ihr Ziel ist es, die Reaktion zu optimieren57,58.Die Synthese von Fe3O4/TiO2/ZrO2-Nanokomposit kann die photokatalytische Eigenschaft des Katalysators verbessern.Die Synthese dieser Nanopartikel einzeln kann einige Nachteile haben, wie z. B. eine große Energielücke, Aktivität nur im UV-Bereich, geringere photokatalytische Aktivität. Ihre Verbundsynthese bietet jedoch Vorteile wie höhere magnetische Eigenschaften, Recyclingfähigkeit, höhere Stabilität und Aktivität und verbesserte Photokatalyse Aktivität59,60,61,62,63,64,65,66,67.Das Box-Behnken-Design (BBD) wurde in dieser Studie aufgrund seines drehbaren oder nahezu drehbaren Designs zweiter Ordnung verwendet.Der Prozentsatz des Naproxenabbaus wurde als experimentelle Designreaktion ausgewählt68,69.Die aktuellen Arbeiten konzentrieren sich auf die Synthese eines neuen ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanophotokatalysators mit hoher photokatalytischer Aktivität und Wiederverwendbarkeit für die pharmazeutische Abwasserbehandlung.Seine Leistung wurde bei der Entfernung von Naproxen aus pharmazeutischem Abwasser unter UV-Licht bewertet.Der synthetisierte Photokatalysator wurde mit Methoden wie Röntgenbeugung (XRD), energiedispersivem Röntgen (EDX), Rasterelektronenmikroskop (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET), Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) charakterisiert. , Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) und Photolumineszenz (PL).Wir untersuchten verschiedene Faktoren, darunter die Anfangskonzentration von Naproxen, den Anfangs-pH-Wert der Lösung, die Dosierung des Photokatalysators und die Zeit, bis die optimale Abbaueffizienz unter Verwendung des RSM-Verfahrens erreicht wurde.Titan(IV)-Isopropoxid 97 %, Zirkonyl(IV)-Chlorid-Octahydrat (ZrOCl2.8H2O, 98 %) und Eisen(II)-Chlorid-Tetrahydrat (≥ 99 %) und Eisen(III)-Chlorid-Hexahydrat (≥ 99 %) waren als Vorstufen für die Synthese von TiO2, ZrO2 bzw. Fe3O4 verwendet.Ethanol wurde von Sigma-Aldrich bezogen und ohne weitere Verarbeitung verwendet.In dem Experiment wurde auch deionisiertes Wasser (DI-Wasser) verwendet.Schwefelsäure (H2SO4, 0,1 M) und Natriumhydroxid (NaOH, 0,1 M) wurden zur Einstellung des pH-Werts der Lösung verwendet.(S)-6-Methoxy-α-methyl-2-naphthalenessigsäurenatriumsalz wurde von Sigma Aldrich gekauft und seine wässrige Lösung für Abbauexperimente verwendet.In Tabelle 1 sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Naproxen gezeigt.Für die Synthese von ZrO2-Nanopartikeln wurde das Kopräzipitationsverfahren verwendet.Zunächst wurde ZrOCI2.8H2O in deionisiertem Wasser gelöst.Dann wurde der Lösung 2 M NaOH-Lösung zugesetzt, um eine Lösung mit einem pH-Wert von 10 zu erreichen. Die Lösung wurde 1 h leicht gerührt.Danach wurde der Niederschlag filtriert und mit destilliertem Wasser gewaschen, um einen neutralen pH-Wert zu erreichen.Das erhaltene Pulver wurde in einem Ofen bei 60°C für 24 h getrocknet und dann bei 700°C für 10 h kalziniert70.Die Sol-Gel-Methode wurde zur Herstellung von TiO2-Nanopartikeln verwendet.15 ml Titan(IV)-isopropoxid wurden in 60 ml Ethanol gegeben.Ein Magnetrührer wurde verwendet, um die Lösung 30 Minuten lang zu mischen.10 ml entionisiertes Wasser wurden tropfenweise in die Mischung gegeben, bis eine Hydrolysereaktion im System stattfand.Das erhaltene weiße Gel wurde bei 100 °C getrocknet und später bei 450 °C für 2 h kalziniert71.Bekannte Mengen an FeCl3.6H2O (0,605 g) und FeCl2.4H2O (0,215 g) wurden in deionisiertem Wasser gelöst.Dann wurde die erhaltene Lösung für 5 min in einen Ultraschallhomogenisator gegeben.Danach wurden 60 ml 1 M NaOH tropfenweise unter Ultraschall bei 70°C in die Lösung gegeben.Nach 60 min wurde das bräunliche Pulver bei einem pH-Wert von 13,4 erhalten und mit einer Zentrifuge von der Lösung abgetrennt.Schließlich wurde es bei 300 °C für 1 h72 kalziniert.ZrO2/TiO2/Fe3O4-Photokatalysatoren wurden unter Verwendung des Festkörperdispersionsverfahrens hergestellt.ZrO2-, TiO2- und Fe3O4-Nanopartikel wurden in einem Verhältnis von 4:8:1 in Ethanollösung gemischt.Das resultierende ternäre Oxid wurde mit einer konstanten Geschwindigkeit von 300 U/min für 15 min gerührt.Dann wurde Ethanol aus einer Mischung aus Nanokomposit durch Verdampfen entfernt.Dann wurde das Produkt bei 110 °C getrocknet und 6 h bei 450 °C kalziniert, um einen ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit-Photokatalysator zu erhalten60.Das Mischungsverhältnis der verwendeten Komponenten im synthetisierten Nanokomposit wurde basierend auf der höchsten Effizienz des Naproxenabbaus unter den gleichen Betriebsbedingungen ausgewählt.Das beste Verhältnis wurde von den Verbindungen ZrO2, TiO2, Fe3O4 erreicht (4:8:1).Die mineralogische Analyse der präparierten Nanopartikel wurde durch Röntgenbeugung (Inel France, Equinox 3000) mit Cu Kα -Strahlung charakterisiert.SEM (AIS2100).Es wurde verwendet, um die Oberflächenmorphologie und Mikrostruktur des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit-Photokatalysators zu bestimmen.Zur Analyse der chemischen Bindung in einem Photokatalysator wurde die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (VERTEX 70, Bruker, USA) im Wellenlängenbereich von 400 bis 4000 cm-1 verwendet.Textureigenschaften von Nanopartikeln wurden mit TriStar-II-Series, Micromeritics Instrument Corporation, USA, untersucht.Die spezifische Oberfläche von Photokatalysatoren wurde über das N2-Adsorptions-Desorptions- und Brunauer-Emmett-Teller (BET)-Modell bestimmt.Die Barrett-Joyner-Halenda-Methode (BJH) wurde verwendet, um die Größe der Poren und die Porengrößenverteilung unter Verwendung von Adsorptions-Desorptions-Kurven zu berechnen.Pulverproben für die XPS-Analyse werden im Labor in Form von Pellets vorbereitet (das Pulver sollte groß genug sein, um eine Oberfläche von 1,5 × 1,5 cm zu bedecken), dann sollten die Proben nach der Vorbereitung in eine Vakuumkammer gegeben werden.Ein PHI Perkin-Elmer Model 5400 Instrument wurde verwendet, um XPS-Spektren aufzuzeichnen.Die EELS-Analyse wurde unter Verwendung einer Sondengröße im Sub-Nanometer-Bereich unter Verwendung des GIF2000-Filters erhalten.Die PL-Spektroskopie wurde mit einem Spektrometer des Modells Avaspec-2048-TEC aufgezeichnet.Zur Bestimmung des Ladungsnullpunkts des Photokatalysators wurde eine amphotere Oxidmethode verwendet73.Zur Bestimmung des Point of Zero Charge (PZC) wurden 0,25 g des synthetisierten Photokatalysators in die Lösung mit gleicher Ionenstärke und unterschiedlichen pH-Werten gegeben.Der synthetisierte Nanokatalysator wurde zu 50 ml 0,1 M NaNO3-Lösung gegeben.Der pH-Wert der Lösung wurde mit 0,1 M H2SO4 und 0,1 M NaOH im Bereich von 3–9 eingestellt.Der pH-Wert der Lösung wurde vor und nach 24-stündigem Mischen gemessen und diese wurden als pHi bzw. pHf bezeichnet.Das Diagramm der pH-Änderungen (ΔpH) als Funktion des anfänglichen pHi wurde zur Bestimmung von PZC73 verwendet.Um die photokatalytische Aktivität zu optimieren, wurde die RSM verwendet.Die Software Design Expert 8.0 (Stat-Ease, Inc., USA) wurde verwendet, um Experimente zu entwerfen und die mathematische Modellierung zu analysieren.Jedes Experiment wurde doppelt durchgeführt.Das Box-Behnken-Design (BBD) wurde in dieser Studie aufgrund seines drehbaren oder nahezu drehbaren Designs zweiter Ordnung angewendet.Das „y“ war die Reaktion (der Prozentsatz des Naproxenabbaus).Wir haben vier unabhängige Variablen ausgewertet, einschließlich Katalysatorbeladungsdosierung, Anfangskonzentration von Naproxen, Zeit und pH-Wert, um einen optimalen Zustand zu finden:ZrO2/TiO2/Fe3O4 Photokatalysator wurde für den Abbau von Naproxen in einer pharmazeutischen synthetischen Lösung verwendet.Die Experimente wurden basierend auf den Bedingungen in Tabelle 2 durchgeführt. In dieser Studie wurden die Wirkungen des Lösungs-pH, der Zeit, der anfänglichen Naproxen-Konzentration und der Beladungsdosis des Photokatalysators auf den Naproxen-Abbau bewertet.Zur Bestimmung des Adsorptionsverhaltens des Photokatalysators wurde die Lösung eine halbe Stunde im Dunkeln aufbewahrt.Der Reaktor wurde unmittelbar nach Zugabe des Photokatalysators bestrahlt.Für jedes Experiment wurde eine 150-W-UV-Lichtquelle zur Bestrahlung verwendet (die Intensität wurde bei 15 W/m² gehalten).Am Ende jedes Experiments wurde für jede entnommene Probe eine 20-minütige Zentrifugation mit 12.000 U/min durchgeführt, gefolgt von einer Absorptionsmessung unter Verwendung von UV-Vis (Shimadzu UV2401PC) bei λ = 230 nm.Die Effizienz von entworfenen Photokatalysatoren für den Abbau von Naproxen wurde wie folgt berechnet:wobei Ci und Cf die Naproxenkonzentration vor bzw. nach der Abbaureaktion sind.Wiederverwendbarkeitstests wurden für ZrO2/TiO2/Fe3O4 Photokatalysator durchgeführt.Kurz gesagt, der ausgewählte Photokatalysator, der im Abbautest von Naproxen verwendet wurde, wurde unter Verwendung eines 1,3-Tesla-Magneten von der Lösung getrennt.Gebrauchte Photokatalysatoren wurden in destilliertem Wasser gespült und 12 h unter UV-Licht bestrahlt.Um die Wiederverwendbarkeit eines Photokatalysators zu bewerten, wurden sieben aufeinanderfolgende Versuchsläufe durchgeführt.Aufbauphase, Kristallgröße und Kristallstrukturen der ZrO2-, TiO2- und Fe3O4-Nanopartikel und des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokompositmaterials, charakterisiert durch XRD, die in Abb. 1 dargestellt sind. Für ZrO2 erschienen die primären charakteristischen Beugungspeaks bei 2θ = 30°, 35°, 50,8°, 60,1° und 63° entsprechen den Kristallebenen von (1 1 1), (0 0 2), (0 2 2), (3 1 1) und (2 2 2).Die Mehrzahl dieser kristallinen Phasen ist monoklin.Der Übergang von tetragonal zu monoklin kann mit einer Erhöhung der Kalzinierungstemperatur erfolgen, was die Kristallitgröße der Proben erhöht74.Gemäß Abb. 1 für die TiO2-Probe besteht eine gute Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen dieser Studie und dem in der Literatur berichteten XRD-Muster für die Titandioxidphase75,76,77.Die Beugungspeaks bei 2 Thetha-Werten von 25,32°, 37,90°, 48,09°, 54,10°, 55,15°, 62,85°, 68,99°, 70,49° und 75,12° gehörten zu Kristallebenen von (1 0 1), (0 0 4), (2 0 0), (1 0 5), (2 1 1), (2 0 4), (1 1 6), (2 2 0), (2 1 5)78.Alle im Beugungsmuster von TiO2-Nanopartikeln beobachteten Peaks stimmen gut mit Anatas (JCPDS Nr. 00–001-0562) überein.Abbildung 1 zeigt deutlich die Magnetitbildung mit wohldefinierter Kristallinität in Fe3O4.Alle Beugungspeaks beziehen sich auf (2 2 0), (3 1 1), (2 2 2), (4 0 0), (4 2 2), (5 1 1) und (4 4 0) Kristallebenen und diese gehörten zu Fe3O4.Die Ergebnisse bestätigten das Auftreten einer inversen Spinellstruktur in Fe3O4.Die XRD-Peaks von Verunreinigungen wurden nicht beobachtet, was bedeutet, dass die synthetisierten Fe3O4-Nanopartikel rein sind79.Schließlich wurden im XRD-Muster des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposits die Hauptpeaks für alle drei Verbindungen beobachtet.Die Ergebnisse zeigten, dass die Probe einen Spinal-Reverse-Würfel mit Fe3O4-Struktur aufweist.Das ZrO2 ist eine amorphe Phase und die Phase von TiO2 ist tetragonal (Anatas).Die durchschnittlichen Kristallitgrößen wurden nach der Scherrer-Formel berechnet:Die XRD-Muster von ZrO2, TiO2, Fe3O4 und ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit.wobei λ die Röntgenwellenlänge, β die Halbwertsbreite der Beugungslinie und θ der Beugungswinkel80 ist.Die durchschnittliche Kristallitgröße von TiO2, ZrO2, Fe3O4 und ZrO2/TiO2/Fe3O4 betrug 18,75 nm, 22,29 nm, 13,27 bzw. 33,42 nm.Die wichtigste Ursache für Unterschiede in der Partikelgröße synthetisierter Proben kann der Unterschied in ihrem Syntheseverfahren sein81.Die EDAX-Analyse bestätigte das Vorhandensein aller Elemente, einschließlich Zr, Ti, O und Fe, in dem synthetisierten Photokatalysator, und es gibt keinen Hinweis auf irgendein anderes Element.Die eingefügte Tabelle in Abb. 2 zeigt eine elementare Zusammensetzung des Photokatalysators.Die Ergebnisse zeigten, dass das Atomverhältnis von Zr:Ti:Fe 0,42:2,08:1,00 betrug.Das synthetisierte Nanokomposit hatte unterschiedliche Peaks bei 0,70, 6,39 und 6,92 keV, die mit Lα, Kα und Kβ von Fe in Beziehung stehen, und 0,52 keV ist Kα von Sauerstoff.Peaks bei 2,04 (Lα) und 2,26 (Lβ) keV sind für Zirkonium.Basierend auf den erhaltenen Ergebnissen sind Fe3O4-Partikel größer als TiO2-Partikel.EDX-Spektrum.(Einschub: Elementanalyse von synthetisiertem Nanokomposit).Die REM-Analyse wurde verwendet, um die Morphologie und Größe der Nanopartikel des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposits zu bestimmen (siehe Abb. 3).In Abb. 3 sind ZrO2- und TiO2-Nanopartikel fast kubisch bzw. kugelförmig, während Fe3O4 keine spezifische Form hat.REM-Aufnahme von ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit.Abbildung 4a und b zeigen die Porositätsverteilungskurve und die Porengrößenverteilung des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposits.Die spezifische Oberfläche (SSA) wurde unter Verwendung der N2-Isothermen berechnet.Die BET-SSA, das Porenvolumen, die durchschnittliche Porengröße des erhaltenen Photokatalysators betrugen 280 m 2 /g, 0,92 cm 3 /g bzw. 42 nm.Die Probe ist mesoporös, da der Porendurchmesser größer als 2 nm ist.Für die Probe wurde eine Hystereseschleife der Typen IV-H1 erhalten, die mit zylindrischen und kugelförmigen Poren in der Probe in Beziehung steht82.Hinsichtlich der Porengrößenverteilung wurde eine breite Porengrößenverteilung beobachtet, insbesondere hatten Poren mit einer Größe von mehr als 3 nm ein signifikantes Volumen in der Probe.Es wurde festgestellt, dass eine Porengröße von mehr als 3 nm für das Eindringen der Reaktanten in das poröse Medium des Photokatalysators geeignet ist83,84.(a) N2-Adsorptions-Desorptions-Hysterese und (b) Porengrößenverteilung des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Photokatalysators.Abbildung 5a–d zeigt die FTIR-Analyse von ZrO2-, TiO2-, Fe3O4- und ZrO2/TiO2/Fe3O4-Photokatalysatoren.Wie bei ZrO2 wird der starke breite Peak im Bereich von 498–502 cm−1 dem Schwingungsmodus von \({\mathrm{ZrO}}_{3}^{2-}\)-Gruppen zugeschrieben.Die Peaks um 754 cm−1 hängen mit den Zr-O-Streckschwingungen in ZrO2 zusammen.Das IR bei 1553 cm-1 wird der Streckung von O-H-Gruppen zugeschrieben, was auf die adsorbierte Feuchtigkeit hinweist85.Für TiO2-Nanopartikel wurden TiO2-Netzwerkbindungen und Verformungsschwingungen des Streckmodus von Ti-OH-Peaks bei 483 cm-1 bzw. 1623 cm-1 beobachtet.Dies kann mit der Absorption von Wasser auf der TiO2-Oberfläche zusammenhängen.Asymmetrische und symmetrische Streckschwingung von Hydroxylgruppen (–OH) wurde bei 3405 cm–1 beobachtet.Die erhaltenen Ergebnisse stimmen mit den in der Literatur berichteten überein86,87.Gemäß Abb. 5c kann die Streckschwingung des O–H der Absorptionsbande 3444 cm−1 zugeordnet werden.Die Peaks bei 419 cm-1 und 589 cm-1 wurden der Streckschwingung des Fe-O zugeschrieben.Die starken Peaks im Bereich von 450–700 cm−1 wurden Streckschwingungen von Zr-O, Ti-O und Fe-O im ZrO2/TiO2/Fe3O4-Photokatalysator zugeschrieben.Die Ergebnisse bestätigen das Vorhandensein aller drei Nanopartikel im ZrO2/TiO2/Fe3O4-Photokatalysator.FTIR-Spektren von (a) ZrO2, (b) TiO2, (c) Fe3O4, (d) des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Photokatalysators.Zur weiteren Untersuchung der Natur des synthetisierten Nanomaterials führten wir hochauflösende Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) an den synthetisierten reinen ZrO2-, TiO2- und Fe3O4-Nanopartikeln und dem ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit durch.Die XPS-Spektren von reinen und Nanokomposit-Proben sind in Abb. 6 gezeigt. Abbildung 6a und b zeigen die XPS-Ergebnisse von hochauflösenden Fe3O4-Nanopartikeln.Im XPS-Spektrum sind drei Komponenten der Fe-O-Bindung zu sehen.Nach Photoanregung weist die Aufspaltung von O1s bei 531,6 eV auf die Bildung einer Fe-O-Bindung hin.Die XPS-Peaks von C1s bei 292,6 eV und O1s bei 531,6 eV weisen auf die Bildung von Fe-C- und Fe-O-Bindungen nach Partikel-Photoanregung hin (siehe Abb. 6a und b)88.Abbildung 6c und d zeigen die XPS-Analyse der reinen TiO2-Elementzusammensetzung.Auf der Oberfläche der TiO2-Nanopartikel sind laut XPS-Spektrum die Elemente Ti, C und O vorhanden.Fe3O4- und TiO2-Nanopartikelproben enthielten Kohlenstoff, der aus kohlenstoffbasierten Verunreinigungen stammte.Die XPS-Peaks von Fig. 6c zeigen C1s bei 288,27 eV und O1s bei 532,1 eV und Ti2p bei 461,1 eV.Abbildung 6d zeigt die Peaks von 458,5 eV und 464,2 eV, die Ti 2p3/2 bzw. Ti 2p1/2 entsprechen.Die Peakposition zwischen Ti 2p3/2 und Ti 2p1/2 bei 464,2 eV weist auf das Vorhandensein der Oxidationsstufe Ti4+ hin89,90.Abbildung 6e und f zeigen das XPS-Spektrum von ZrO2-Nanopartikeln, die auf das Vorhandensein relevanter Elemente hinweisen.Die Spektren des Zr3d-Niveaus von Fig. 6f zeigen die Zr3d5/2- und Zr3d3/2-Peaks bei Bindungsenergien von 185,66 eV bzw. 188,1 eV.Die Energiedifferenz von 2,44 eV zwischen den beiden Peaks zeigt das Vorhandensein von Zr+491 an.Der dritte geeignete Peak für die Schulter, der an der Basis von Zr 3d3/2 erscheint, kann dem Mangel an Sauerstoff zugeschrieben werden, der auf unterkoordinierte Zr-Plätze von sehr kleinen ZrO2-Nanopartikeln zurückzuführen sein kann92.Die XPS-Analyse wurde untersucht, um die Oberflächenzusammensetzung und den chemischen Zustand des ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposits genau zu bestimmen (wie in Abb. 6g–k gezeigt).Wie in Fig. 6g gezeigt, werden die Hauptpeaks von Zr3d, C1s, Ti2p, O1s und Fe2p bei 184,33, 282,59, 458,05, 530,18 bzw. 708,37 eV gezeigt.Diese Ergebnisse bestätigten nicht nur das Vorhandensein der drei Nanopartikel ZrO2, Fe3O4 und TiO2, sondern zeigten auch, dass ZrO2, Fe3O4 und TiO2 hauptsächlich als separate Phasen im ZrO2/TiO2/Fe3O4-Verbundstoff vorliegen.Abbildung 6h zeigt, dass die Bindungsenergie von O1s bei 530,08 eV erscheint, was die Existenz von Sauerstoff im Kristallgitter (O2)93 beweist.In Abb. 6i entsprechen die Doppelpeaks von Zr 3d mit Bindungsenergien bei 182,52 eV und 184,87 eV den chemischen Zuständen Zr 3d3/2 bzw. Zr 3d5/2, was auf Zirkonium in der Oxidationsstufe +4 hinweist94.Außerdem weisen zwei Peaks bei 182,52 und 184,87 eV auf das Vorhandensein chemischer Zr-Ti-Bindungen in den Verbundwerkstoffen95 hin.In Abb. 6j entsprechen die Ti 2p-Peaks bei 458,84 eV und 464,58 eV den chemischen Zuständen Ti 2p1/2 bzw. Ti 2p3/2.Ti-Peaks bestätigen das Vorhandensein der Oxidationsstufe Ti4+ im Nanokomposit.Unterdessen kann der Peak von 464,58 eV chemischen Zr-Ti-Bindungen zugeschrieben werden96.Das Vorhandensein von chemischen Bindungen Fe-O, Zr-O, Ti-O und Zr-Ti, Ti-Fe und Zr-Fe weist auf einen Phasenkontakt zwischen Fe3O4, TiO2 und ZrO2 hin.In Abb. 6k für Fe3O4 werden die Hauptpeaks bei 710,96 eV und 724,59 eV Fe3+ 2p3/2 bzw. Fe3+ 2p1/2 zugeschrieben.Die Bindungsenergien von Fe2+ 2p3/2 und Fe2+ 2p1/2 haben einen Doppelpeak bei 708,96 eV bzw. 721,52 eV.Die Ergebnisse der Fe3O4-XPS-Analyse stimmen mit dem Fe2p-Spektrum97 überein.XPS-Analyse von Nanopartikeln (a) Fe3O4, (b) Das O1s-Niveauspektrum, (c) TiO2, (d) Das Ti 2p-Niveauspektrum, (e) ZrO2, (f) Das Zr-3d-Niveauspektrum und (g) Nanokomposit von ZrO2/TiO2/Fe3O4, XPS-Spektrum von (h) dem O1s-Niveau (i) dem Zr 3d-Niveau (j) dem Ti 2p-Niveau und (k) dem Fe 2p-Niveau.Die Analyse der Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) wurde verwendet, um die reinen Proben genauer zu identifizieren.Die Kombination von EELS und statistischer Analyse kann weitere Informationen zur Unterscheidung von Fe3O4- und Fe2O3-Spinellstrukturen liefern.Abbildung 7a zeigt, dass die Energieverlustpeaks bei 70,96 eV und 72,19 eV nur der Fe3O4-Phase zugeschrieben werden können, da der erwartete Wert für Gamma-Fe2O3 (70,2 eV) signifikant anders ist.Wie in Fig. 7a gezeigt, werden die EELS-Spektren von ZrO2-Nanopartikeln erhalten (erhaltene Peaks für ZrO2 sind 1,4, 14,8, 27,28 bzw. 43,72 eV).Die synthetisierten ZrO2-Nanopartikel können anhand der erhaltenen Peaks aus der Analyse nachgewiesen werden.Wie in Fig. 7 gezeigt, weist die Ti-Struktur im EELS-Spektrum für Ti4+ auf einen niedrigeren Oxidationszustand hin, dessen Kanten sich leicht in Richtung des geringeren Energieverlusts verschieben.Die blaue Kurve ist dabei die Feinstruktur des Ti4+-Zustands.EELS wurde unter Verwendung einer Sub-Nanometer-Sondengröße unter Verwendung des GIF2000-Filters erhalten.EELS-Spektrum für Strukturen von (a) Fe3O4, (b) ZrO2 und TiO2.Die Lichtabsorption von Photokatalysatoren beeinflusst signifikant die Aktivität von Photokatalysatoren.Auch das Spektrum der PL (Photolumineszenz) und ihre Intensität stehen in engem Zusammenhang mit ihrer photokatalytischen Aktivität.Abbildung 8a–d zeigt die Photolumineszenzspektren (PL) von reinen ZrO2-, TiO2- und Fe3O4-Proben und dem ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit bei Raumtemperatur im Wellenlängenbereich von 300–600 nm mit einer Anregungswellenlänge von 293 nm.Wie in Abb. 8a–c gezeigt, zeigen die reinen ZrO2-, TiO2- und Fe3O4-Proben signifikante PL-Signale bei 376, 407, 478 und 480, 556, 509 bzw. 543 nm.Unter allen Proben zeigt die TiO2-Probe die höchste Intensität.Das erhaltene PL-Spektrum für reine ZrO2-Nanopartikel ist den zuvor berichteten Ergebnissen fast ähnlich98.Nach früheren Untersuchungen99,100,101,102 ist das Vorhandensein dieser Peaks im sichtbaren Bereich wahrscheinlich auf das Vorhandensein von Sauerstoffleerstellen, Defekten, Oberflächenzuständen und anderen strukturellen Verunreinigungen zurückzuführen.Eine hohe PL-Intensität von reinem ZrO2 scheint darauf hinzudeuten, dass die ZrO2-Oberflächenzustände viel niedriger sind, sodass ein einfacher Elektronentransfer zwischen VB und CB von ZrO2 sogar mit einer Niedrigenergie-Laseranregungsquelle (325 nm) stattfinden kann103.Wenn Fe3O4 und TiO2 mit ZrO2 als ternäre Oxidkatalysatoren beladen werden, nimmt die PL-Intensität von ZrO2 außerdem abrupt ab (Abb. 8d).Die Bildung einer chemischen Wechselwirkung zwischen reinen Oxiden, wenn sie zusammen akkumulieren (–Ti–O–Fe–), (–Ti–O–Zr–) und (–Fe–O–Zr–), hat, wie gezeigt, einen tiefgreifenden Effekt zu den photokatalytischen Eigenschaften104.Ein PL-Spektrum der physikalisch gemischten reinen ZrO2-, TiO2- und Fe3O4-Katalysatoren in verschiedenen Verhältnissen bestätigt weiter den synergistischen Effekt des ternären ZrO2/TiO2/Fe3O4-Systems und das Vorhandensein von (–Ti–O–Fe–), (–Ti– O–Zr–) und (–Fe–O–Zr–).Die bei 403, 427 und 490 nm unter der Anregungswellenlänge von 293 nm für das ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit gezeigten Peaks müssen auf die Interferenz von Fallenzuständen zwischen den Lücken zurückzuführen sein, wie z. B. Oberflächendefekte und Sauerstoffleerstellen (Abb. 8d )105.Die Vorbereitung für feste Proben (Pulver) wurde für die PL (Photolumineszenz-Spektroskopie)-Analyse durchgeführt.Die PL-Spektroskopie wurde mit einem Spektrometer des Modells Avaspec-2048-TEC aufgezeichnet.Das Valenzband (VB) und das Leitungsband (CB) sind in Fig. 8e gezeigt.In dieser Abbildung sind die Energiebänder des Photokatalysators von Fe3O4/TiO2/ZrO2 in (CB) und (VB) dargestellt.Der VB bestimmt die Energieniveaus von Elektronen im VB einer atomaren Struktur.Die Kombination von drei Metalloxiden kann eine verbesserte elektromagnetische Trennung und eine Verengung der Photokatalysator-Bandlücke bewirken.In einem Fe3O4/TiO2/ZrO2-Halbleiter wandern Elektronen zu CB, wohingegen;positive Löcher werden auf VB erzeugt.Das OH entsteht durch die Reaktion von Ladungsträgern mit adsorbierten Verbindungen auf der Photokatalysatoroberfläche.In Fe3O4/TiO2/ZrO2-Nanokompositen kann die Elektron-Loch-Trennung zwischen ZrO2 und TiO2 auftreten.Die Oberflächenenergie von Fe3O4 für VB und CB wurde in die TiO2-Bandlücke und die Oberflächenenergie von TiO2 in die ZrO2-Bandlücke gelegt (Abb. 8e).Bei der Anregung von Elektronen aus drei Katalysatoren wandern die meisten Elektronen von CB von ZrO2 zu CB von TiO2 und dann zu CB von Fe3O4.Dadurch wird die Elektron-Loch-Rekombination in ZrO2 verhindert und findet in Fe3O4 statt.Photolumineszenz (PL)-Spektren von (a) ZrO2, (b) TiO2, (c) Fe3O4-Nanopartikeln und (d) ZrO2/TiO2/Fe3O4-Nanokomposit, (e) Energieniveau und Elektron-Loch-Paartrennung/-übertragung in ZrO2/TiO2/ Fe3O4-Nanokomposit.Die experimentelle Arbeit wurde entworfen und die erhaltenen tatsächlichen Ergebnisse sowie die vorhergesagten Werte sind in Tabelle 3 angegeben. Für die experimentelle Gestaltung wurde das Box-Behnken-Design für RSM verwendet.Die statistische Untersuchung der experimentellen Daten wurde unter Verwendung von linearen, Zwei-Faktor-Wechselwirkungs-, quadratischen und kubischen Modellen durchgeführt.Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Gemäß Tabelle 4 und den R2-Werten wurde festgestellt, dass das quadratische Modell das genaueste Modell für die Vorhersage experimenteller Daten in Bezug auf die Entfernung von Naproxen ist.Sein vorhergesagter R2-Wert wurde mit 0,9901 ermittelt, was bedeutet, dass die entwickelte Modellgleichung die Ergebnisse genau vorhersagen kann.TechnologieEng.Eng.Eng.Eng.Eng.Eng.TechnologieTechnologieEng.Eng.Eng.Int.TechnologieEng.Int.Int.Int.Int.TechnologieEng.Eng.TechnologieEng.Int.Eng.Leider ist für diesen Artikel derzeit kein teilbarer Link verfügbar.