Struktur Nano MgO yang Didoping Grafena Oksida untuk Degradasi Pewarna dan Tindakan Bakterisida yang Sangat Efisien
Abstrak
Berbagai konsentrasi (rasio 0,01, 0,03 dan 0,05 berat) nanosheet graphene oxide (GO) didoping ke dalam struktur nano magnesium oksida (MgO) menggunakan teknik presipitasi kimia. Tujuannya adalah untuk mempelajari pengaruh konsentrasi dopan GO pada sifat katalitik dan antibakteri dari jumlah tetap MgO. Teknik XRD mengungkapkan fase kubik MgO, sedangkan sifat kristalnya dikonfirmasi melalui profil SAED. Kehadiran gugus fungsi dan Mg-O (443 cm
−1
) di daerah sidik jari terbukti dengan spektroskopi FTIR. Sifat optik direkam melalui spektroskopi UV–tampak dengan pergeseran merah yang menunjukkan penurunan energi celah pita dari 5,0 menjadi 4,8 eV setelah doping. Perilaku rekombinasi elektron-lubang diperiksa melalui spektroskopi photoluminescence (PL). Spektrum Raman menunjukkan pita D (1338 cm
−1
) dan G band (1598 cm
−1
) terbukti dengan doping GO. Pembentukan struktur nano dengan morfologi kubik dan segi enam dikonfirmasi dengan TEM, sedangkan jarak-d rata-rata antar lapisan 0,23 nm dinilai menggunakan HR-TEM. Keberadaan dopan dan evaluasi konstitusi unsur Mg, O dikuatkan menggunakan teknik EDS. Aktivitas katalitik terhadap methyl blue ciprofloxacin (MBCF) berkurang secara signifikan (45%) untuk konsentrasi dopan GO yang lebih tinggi (0,05), sedangkan aktivitas bakterisida MgO terhadap E. koli ditingkatkan secara signifikan (4,85 mm zona hambat) setelah doping dengan konsentrasi GO yang lebih tinggi (0,05), karena pembentukan nanorods.
Pengantar
Air merupakan komponen yang paling esensial bagi kelangsungan hidup makhluk hidup. Industrialisasi skala besar dan pemanasan global yang semakin meningkat seiring berjalannya waktu membuat tingkat air bersih menurun dengan cepat. Permukaan bumi ditutupi dengan 71% air di mana sungai, danau, dan air tanah segar hanya menyumbang 0,03% dari total air, yang dianggap berguna untuk minum [1, 2]. 2,5% air layak konsumsi, sedangkan sisanya 97,5% adalah air asin; oleh karena itu pasokan air bersih relatif kurang dibandingkan dengan permintaan yang tinggi. Sekitar 750 juta penduduk bumi menghadapi kekurangan air bersih dan peningkatan jumlah polutan mikro dalam air menjadi berbahaya bagi ekosistem. Dunia sedang menghadapi konsekuensi bencana yang disebabkan oleh pencemaran lingkungan dan air. Industri adalah sumber utama pencemaran air karena pembuangan air limbah yang disuntikkan dengan senyawa berbahaya dan berpotensi beracun. Berbagai industri seperti tekstil, percetakan kertas, dan industri makanan menggunakan senyawa aromatik yang mudah larut dalam air sehingga menyebabkan pencemaran air dan bahaya kesehatan [3]. Industrialisasi dan urbanisasi yang cepat telah menyebabkan pencemaran lingkungan yang signifikan melalui logam berat yang persisten di lingkungan. Paparan logam berat yang merugikan di lingkungan merupakan bahaya serius bagi makhluk hidup [4]. Menurut WHO, batas maksimum logam yang diperbolehkan dalam air misalnya besi (0,1 mg/L), kalsium (75 mg/L), magnesium (50 mg/L), tembaga (1 mg/L) dan timbal ( 0,05 mg/L). Profil toksisitas logam berat yang dilaporkan USEPA antara lain timbal (kerusakan/fatal pada otak), kadmium (kerusakan ginjal) dan kromium (masalah saluran pernapasan) [5]. Pewarna beracun membahayakan kehidupan akuatik dengan menghalangi sinar matahari yang diperlukan untuk pertumbuhan organisme hidup. Spesies air mengkonsumsi pewarna beracun ini sementara spesies ini pada gilirannya dikonsumsi oleh orang-orang yang merusak kesehatan mereka [6].
Berbagai pendekatan tradisional untuk mengekstrak pewarna dari air limbah telah diusulkan, termasuk, penguapan [7], ekstraksi pelarut [8], koagulasi [9], pertukaran ion [10], pemisahan membran [11], teknik fisik, kimia dan biologi [12] ]. Masalah utama adalah bahwa teknik pengobatan konvensional ini mahal ketika mencapai tingkat skala besar. Dalam pandangan ini, para peneliti telah mengembangkan berbagai adsorben seperti zeolit, karbon aktif, nanotube karbon, polimer dan bahan graphene. Metode adsorpsi banyak digunakan dalam pengolahan air limbah untuk mendegradasi zat warna reaktif [13,14,15,16,17]. Perlakuan pewarna yang tepat, seperti adsorpsi dan degradasi katalitik diusulkan untuk menghilangkan pewarna untuk meningkatkan kualitas hidup. Adsorpsi hemat biaya tetapi pemulihan katalis masih menjadi masalah yang dapat menghasilkan bahan berbahaya. Degradasi katalitik sedikit mahal; namun relatif sederhana dan memiliki keunggulan dapat didaur ulang [18]. Banyak semikonduktor oksida (TiO2 , ZnO, MgO, Fe2 O3 dan WO3 ) telah dilaporkan secara luas sebagai katalis untuk degradasi pewarna organik karena stabilitas kimianya yang tinggi, sifat bebas racun, aktivitas tinggi, dan manfaat biayanya.
Di antaranya, MgO yang tidak beracun dan hemat biaya telah terbukti efektif di bidang adsorpsi, katalisis untuk air yang tercemar, produk superkonduktor dan bahan antibakteri [19,20,21]. Selama beberapa tahun terakhir, berbagai struktur nano MgO, yang mengandung partikel nano, bunga nano dan lembaran nano telah berhasil dibuat [22]. Baru-baru ini, MgO dengan celah pita besar 7,8 eV telah mengungkapkan banyak minat karena sifat uniknya:optik, elektronik, dan magnetik [23]. Diakui secara luas bahwa cacat titik pada kristal seperti kekosongan oksigen [Vo (yaitu, F
+
-type center, F
+
tengah, atau Fc )] dapat mengubah efisiensi material dalam padatan MgO kosong [24]. Selain itu, MgO memiliki kerapatan yang lebih rendah dibandingkan dengan oksida logam lainnya termasuk oksida tembaga, oksida seng dan oksida besi [25]. MgO adalah oksida logam alkali tanah dengan pH nol muatan yang tinggi [26], luas permukaan 250–300 m
2
/g [27], dan potensial zeta sekitar 29,89 mV [28]. Penelitian telah menemukan bahwa ukuran partikel dan luas permukaan spesifik merupakan faktor penting yang mempengaruhi kinerja adsorpsi. Oleh karena itu sifat permukaan produk yang dihasilkan secara signifikan dipengaruhi oleh suhu kalsinasi selama sintesis [29,30,31,32,33]. MgO non-toksik memiliki aplikasi organik yang ditingkatkan sebagai agen antibakteri untuk meredakan nyeri ulu hati dan regenerasi tulang dibandingkan dengan senyawa Mg lainnya sebagaimana dikonfirmasi oleh Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (21CFR184.1431) [34,35,36].
Dalam dekade terakhir, lembaran tebal bahan berbasis karbon graphene oxide (GO) telah dipelajari secara ekstensif untuk aplikasi yang berbeda [37]. Nanomaterial GO dua dimensi menunjukkan mobilitas elektron yang besar, stabilitas kimia yang kuat, luas permukaan yang luas dan konduktivitas termal yang tinggi [38, 39]. Turunan kimia dari graphene adalah GO yang memiliki luas permukaan sekitar 736,6 m
2
/g (teoritis) [40] dan nilai potensial zeta 113,77 mV [41] yang mengandung gugus epoksida, karboksilat dan hidroksil. Gugus fungsi ini menghasilkan muatan negatif, dan hidrofilisitas dan dengan mudah menghasilkan dispersi GO dalam larutan berair untuk membangun suspensi yang stabil [42, 43].
Selanjutnya, beberapa penelitian telah melihat ke dalam degradasi pewarna tekstil untuk MgO, di mana MgO disiapkan melalui dekomposisi termal dan digunakan untuk degradasi metilen biru. 90% dari pewarna ini terdegradasi setelah 180 menit [44]. Juga, MgO disiapkan melalui metode sol-gel dengan ukuran partikel 15-25 nm, untuk menghilangkan 98,3% pewarna dalam air limbah setelah 300 menit [45]. Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk memeriksa pengaruh dopan GO terhadap MgO, dimana berbagai wt. rasio (0, 0,01, 0,03, dan 0,05) GO didoping ke dalam MgO menggunakan metode presipitasi kimia. Efek dopan GO pada karakteristik yang berbeda dari MgO seperti struktur, morfologi dan komposisi kimia dalam katalisis dan aksi antibakteri dipelajari. Di sisi lain, motivasi di balik penggunaan nanokomposit ini adalah untuk mengeksplorasi penggunaan signifikan bahan nano plasmonik untuk meningkatkan aktivitas antimikroba serta katalitik oksida logam.
Bagian Eksperimental
Materi
Magnesium klorida (MgCl2 ·6H2 O, 99%), natrium nitrat (NaNO3 , 98%) dan natrium hidroksida (NaOH, 98%) diperoleh dari Sigma Aldrich. Bubuk grafit (99,5%), asam sulfat (H2 JADI4 ) dan kalium permanganat (KMnO4 , 99,5%) diperoleh dari Analar.
Sintesis Magnesium Oksida dan Grafena Oksida
Dengan mengikuti strategi kopresipitasi kimia basah, MgO yang didoping GO disiapkan. Metode Hummer yang dimodifikasi [46] digunakan dalam persiapan GO. Untuk menyiapkan MgO, jumlah MgCl yang diinginkan2 ·6H2 O (0,5 M) diaduk ke dalam 50 mL air deionisasi (air DI) di atas hot plate. PH larutan yang diaduk dipertahankan pada 12 menggunakan NaOH (0,1 M), yang diaduk selama 4 jam pada 80 °C. Larutan yang diaduk disentrifugasi pada 3500 rpm selama 15 menit selanjutnya; supernatan dikumpulkan dan dikeringkan pada suhu 120 °C selama 24 jam dalam oven. Serbuk yang terkumpul digerus menggunakan mortar dan alu untuk mendapatkan serbuk halus yang tidak didoping dan MgO yang didoping GO (0,01, 0,03 dan 0,05). Diagram skema persiapan MgO yang didoping GO ditunjukkan pada Gambar 1.
Diagram skema skema sintesis struktur nano MgO yang didoping GO
Katalisis
Aktivitas katalitik struktur nano MgO yang didoping GO diuji terhadap 3 mL MBCF (metil biru ciprofloxacin) yang dicampur dalam 400 L NaBH yang baru disiapkan4 (agen pereduksi). NaOH dan H2 JADI4 (400 L) ditambahkan masing-masing untuk mendapatkan sifat basa dan asam dari larutan. Setelah itu, 400 L MgO yang didoping ditambahkan ke dalam larutan berbasis reduktor. Kemudian warna biru pada sediaan pewarna (MBCF) mulai memudar yang menunjukkan degradasi pewarna MBCF menjadi Leuco-MBCF (tidak berwarna). Sampel yang diterima dari larutan redup pada berbagai interval ditangkap dengan spektrofotometer UV-Vis dalam kisaran 200-800 nm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Representasi skematis aktivitas katalitik selama degradasi pewarna
Isolasi dan Identifikasi S. aureus dan E. koli
Spesimen susu domba positif mastitis diambil dari banyak klinik hewan dan peternakan di Punjab dan dibiakkan pada agar darah domba (SBA) 5%. Semalam pada suhu 37 ° C, sampel budaya diinkubasi. Isolat bakteri yang dipisahkan dimurnikan dengan cara digoreskan pada MacConkey dan agar garam manitol (MA dan MSA) dalam triplet yang masing-masing mempertahankan ~ pH 7. Validasi koloni standar dilanjutkan dengan pewarnaan gram dan analisis biokimia (yaitu, uji katalase dan koagulase).
Aktivitas Antibakteri
Perilaku antibakteri bahan yang disintesis dinilai melalui uji difusi sumur dengan usap 0,5 McFarland dari E terisolasi. koli dan S. aureus strain bakteri pada MA dan MSA, masing-masing. Penggerek gabus steril digunakan untuk membentuk sumur dengan diameter 6 mm pada pelat MA dan MSA dan konsentrasi yang berbeda dari MgO murni dan yang didoping (0,5 dan 1,0 mg/0,5 mL) dimasukkan ke dalam setiap sumur dengan dosis minimum dan maksimum sebagai perbandingan. dengan ciprofloxacin (0,005 mg/0,5 mL) dan air DI (0,55 mL) sebagai kontrol positif dan negatif, masing-masing, dalam kondisi aseptik. Setelah inkubasi semalam pada suhu 37 °C, efektivitas antimikroba dicapai dengan menghitung area penghambatan dalam milimeter (mm) menggunakan jangka sorong.
Analisis Statistik
Analisis variasi satu arah (ANOVA) dengan SPSS 20 digunakan untuk memperkirakan efektivitas antimikroba dalam hal skor zona penghambatan (mm).
Karakterisasi Material
Untuk mengidentifikasi struktur kristal dan fase dalam produk yang disiapkan, sampel dinilai melalui difraktometer sinar-X (model:PAN Analytical Xpert–PRO) menggunakan radiasi Cu-Kα (λ = 1,540 ) dan 2θ nilai dari 10° sampai 85°. Kajian gugus fungsi terlampir diperoleh melalui FTIR (Perkin Elmer spectrometer) yang digunakan pada 4000–400 cm
−1
jangkauan. Spektrum serapan direkam dengan spektrofotometer UV-Vis (Genesys 10S) dalam kisaran 200-700 nm, saat menggunakan spektrofluorometer (JASCO, FP-8300), spektroskopi photoluminescence (PL) dilakukan. Spektrum Raman diukur dengan mikroskop Raman DXR (Thermo Scientific) menggunakan laser berbasis di λ = 532 nm (6 mV). Komposisi unsur dicapai melalui SEM–EDS menggunakan perangkat lunak INCA EDS, sedangkan jarak-d divisualisasikan dengan bantuan mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (model HR-TEM JEOL JEM 2100F).
Hasil dan Diskusi
XRD MgO dan MgO yang didoping GO dilakukan untuk mengidentifikasi struktur kristal, ukuran dan komposisi fasa pada Gambar 3a. Puncak yang diamati pada 2θ ° = 37°, 43,10°, 62,5°, 74,7° dan 78,8° sesuai dengan bidang (111), (200), (220), (311) dan (222) yang menegaskan bahwa MgO memiliki struktur kubik yang bertepatan dengan (JCPDS 75-1525) [47]. Setelah doping, puncak difraksi identik menunjuk ke arah kandungan kecil GO dopan bekas, yang tidak terdeteksi. Ukuran kristal rata-rata dihitung dari puncak difraksi menggunakan persamaan Debye-Scherrer, yang ditemukan 13,28 nm. Jarak d yang dihitung (0,21 nm) dikaitkan dengan (200) bidang kisi MgO kubik. Pola difraksi elektron area yang dipilih (SAED) dari sampel menunjukkan sifat kristal MgO (Gbr. 3b-d). Titik terang cincin konsentris berhubungan baik dengan bidang XRD MgO [48].
a Pola XRD dari MgO yang didoping GO, a′ Kode referensi MgO, b Pola SAED (0:1), c PERGI (0,01:1, d (0,05:1), e Spektrum FTIR
Untuk memeriksa gugus fungsi terlampir dari MgO yang didoping, FTIR dioperasikan pada bilangan gelombang dari 4000 hingga 400 cm
−1
rentang seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 3e. Puncak transmisi sekitar 3699 cm
−1
dalam MgO yang didoping dianggap berasal dari vibrasi ulur karakteristik gugus hidroksil (alkohol) yang diperoleh karena reaksi antara permukaan MgO dan uap air di udara [3]. Pengurangan intensitas puncak dengan pengenalan GO diamati, yang dikaitkan dengan lembaran dopan yang melilit MgO. Pita ditemukan pada 1450 cm
−1
terkait dengan vibrasi regangan asimetris ion karbonat (C–O), sedangkan puncak vibrasi tekuk yang sesuai terlihat pada ~ 865 dan ~ 867 cm
−1
[48]. Namun, penurunan intensitas pita yang disebutkan di atas diamati untuk sampel MgO yang didoping GO [20]. Pita ditemukan sekitar 443 cm
−1
menunjukkan adanya vibrasi regangan berciri Mg-O [49].
Spektrum absorpsi MgO bebas dopan dan terdoping dikumpulkan dari rentang 220 hingga 700 nm (Gbr. 4a). Penyerapan pita untuk MgO yang ditemukan pada ~ 250 dan ~ 320 nm dapat mendukung kekosongan oksigen (F dan F2
2+
) pusat, masing-masing. Dengan eksitasi λ = 250 nm, melibatkan proses fotoionisasi pusat F, yang dipimpin oleh persamaan F + hυ ↔ F + + e [23]. Puncak penyerapan GO ditemukan sekitar 230 nm yang dapat ditetapkan ke π –π * transisi C=C dalam sistem karbon amorf [50], pada penyerapan doping meningkat disertai dengan pergeseran merah. Celah pita sedikit berkurang (5,0–4,8 eV) dengan meningkatnya jumlah GO dalam jumlah MgO yang tetap seperti yang digambarkan pada Gambar 4b. Pergeseran merah ini menunjukkan efek morfologis pada kristal yang memiliki banyak situs aktif atau mungkin efek kurungan kuantum [51].
a Spektrum serapan sampel yang berbeda dari MgO yang didoping GO, aʹ Spektrum penyerapan GO-MgO yang diperbesar, b Plot tauc, c Spektrum PL dan d Spektrum Raman dari struktur nano GO-MgO
Gambar 4c mengungkapkan spektrum emisi PL dari MgO yang didoping diukur mulai dari 377 hingga 500 nm dengan λ yang menarik dari 350nm. Untuk menentukan efisiensi rekombinasi pembawa muatan (migrasi) dan kemanjuran perangkap, digunakan PL. Puncak emisi PL pada 414 nm dihasilkan dari transisi pita cacat karena tingkat energi yang dihasilkan dengan berbagai lowongan anion tipe F (kekosongan ion oksigen) [52]. Emisi PL GO biasanya disebabkan oleh rekombinasi lubang elektron dari keadaan elektronik terbatas yang berdekatan ke pita valensi luas (VB) dan pita konduksi bawah (CB). Dalam struktur atom, emisi sebagian besar dihasilkan dari transisi elektronik antara daerah karbon tidak teroksidasi (–C=C–) dan tepi daerah atom karbon teroksidasi (C–O, C=O dan O=C–OH) [53]. Puncak GO-MgO mengungkapkan pergeseran biru dan menunjukkan intensitas rendah, yang menunjukkan penurunan laju rekombinasi yang mungkin disebabkan oleh transfer elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi ke keadaan baru yang dihasilkan.
Struktur permukaan dan kelainan sampel yang dibuat dianalisis melalui spektroskopi Raman seperti yang disajikan pada Gambar. 4d. Spektrum sampel kontrol Raman tidak menunjukkan karakteristik puncak pada 100–1600 cm
−1
wilayah, yang menunjukkan fonon rendah intensitas hamburan MgO [54, 55]. Dalam kasus sampel yang didoping, pita terletak sekitar 1338 cm
−1
(pita D) dan 1598 cm
−1
(G band) mengkonfirmasi keberadaan GO dalam sampel [56]. D-band ditetapkan untuk cacat di sp
3
atom karbon (C) dan pita-G muncul dari E2g hamburan fonon (hamburan orde pertama) dari sp
2
atom C. Peningkatan intensitas puncak D dan G diperoleh dengan peningkatan konsentrasi doping. Selain itu, rasio intensitas (ID /AkuG ) dari pita D dan G menunjukkan derajat kelainan sp
2
Domain C [46].
Untuk mengkonfirmasi struktur kristal dan morfologi MgO yang didoping, HR-TEM digunakan (Gbr. 5). Gambar HRTEM (5a) dari sampel bebas dopan memiliki struktur nano berbentuk segi enam yang diaglomerasi. Dengan penggabungan GO, morfologi segi enam dari struktur nano digabungkan dengan lembar nano GO dan pembentukan struktur tipe batang dengan adanya segi enam diamati. Agregasi meningkat dengan meningkatnya jumlah dopan dalam MgO di mana morfologi batang dan segi enam dari struktur nano ditemukan. Perlu dicatat bahwa diameter struktur nano segi enam menurun dengan konsentrasi GO yang lebih tinggi yang mengkonfirmasi interaksi antara MgO dan GO.
a –d Gambar HR-TEM dari berbagai konsentrasi MgO yang didoping GO (0, 0,01, 0,03 dan 0,05), masing-masing
Interlayer d-spacing diukur dengan gambar HR-TEM menggunakan perangkat lunak Gatan seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 6a-d. Nilai jarak-d untuk berbagai konsentrasi (0:1, 0,01:1, 0,03:1 dan 0,05:1) dari MgO yang didoping-GO dihitung sebagai 0,250, 0,240, 0,20 dan 0,24 nm, masing-masing, ditugaskan ke (200) bidang dari MgO (Gbr. 6a-d) yang disinkronkan dengan hasil XRD. Selain itu, perubahan nilai d-spacing telah ditetapkan untuk doping GO ke dalam kisi MgO.
d-spacing dihitung menggunakan gambar HR-TEM dari GO-MgO (a –d ) dengan konten GO (0, 0,01, 0,03, 0,05)
Analisis SEM-EDS mengungkapkan informasi rinci pada permukaan sampel mengenai komposisi unsurnya. Spektrum EDS dari MgO dan berbagai rasio (0,01:1, 0,03:1 dan 0,05:1) GO menjadi MgO masing-masing diekspresikan pada Gambar 7a–d. Kehadiran magnesium (Mg) dan oksigen (O) yang terdeteksi pada Gambar 7a adalah konfirmasi untuk pembentukan MgO. Puncak karbon (C) dianggap berasal dari nanosheet GO, sedangkan puncak unsur Na dalam sampel diamati karena penggunaan NaOH selama proses sintesis untuk menjaga pH.
Analisis SEM–EDS dari MgO yang didoping GO (a –d ) dengan konten GO (0, 0,01, 0,03 dan 0,05), masing-masing
Untuk menguji aktivitas katalitik MgO yang didoping-GO, digunakan spektrum serapan UV-Vis yang dicapai pada degradasi sampel referensi (MBCF). Mengurangi kapasitas NaBH4 dengan MBCF tidak terpengaruh secara signifikan setelah 200 menit seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8a-d. Dalam keadaan netral, larutan MBCF (3 mL) ditambahkan ke dalam 400 L NaBH4 dan 3 mL sampel dalam waktu 180-160 menit menunjukkan pengurangan terbatas (degradasi 4,8%) untuk sampel yang tidak didoping dan didoping. Selain itu, dalam aktivitas dasar untuk sampel (0:1, 0,01:1, 0,03:1, 0,05:1) menghasilkan degradasi 11, 3,5, 12, 26% berturut-turut dalam 3 menit (Gbr. 8a–d). Fungsi katalitik tertinggi diperoleh dalam larutan asam dengan konsentrasi GO yang lebih tinggi (0,05) dalam struktur nano MgO yang menunjukkan degradasi 45% dalam 1 menit seperti yang digambarkan pada Gambar 8d.
a –d Katalisis MBCF kosong dan MgO yang didoping GO dalam media pewarna yang berbeda [netral (N), basa (B) dan asam (A)], masing-masing
Selama katalisis, pengurangan MBCF dengan adanya NaBH4 , bahan sintesis bertindak sebagai relai elektron sehingga transfer elektron dari BH4
−
ion (donor) ke MBCF (akseptor) menghasilkan pengurangan pewarna [57]. Situs aktif yang melimpah dari struktur nano meningkatkan adsorpsi untuk BH4
−
ion dan molekul pewarna untuk bereaksi satu sama lain. pH larutan juga mempengaruhi kinerja degradasi. Untuk media asam (H2 JADI4 ), peningkatan aktivitas katalitik yang dikaitkan dengan peningkatan generasi H
+
ion ditawarkan untuk diadsorpsi pada permukaan struktur nano. Pada penambahan NaOH untuk medium basa, jumlah gugus hidroksil meningkat menyebabkan oksidasi produk tereduksi dan penurunan aktivitas katalitik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa degradasi zat warna oleh struktur nano dalam medium asam jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kondisi basa.
Kemanjuran antibakteri in vitro dari MgO murni dan yang didoping GO dilakukan terhadap isolat G ve dan +ve dengan uji difusi sumur (Tabel 1). Hasil menggambarkan peningkatan aksi mikrobisida dan sinergisme GO-MgO untuk E. koli dibandingkan dengan S. aureus , lihat Tabel 1. Signifikan (p <-0,05) daerah penghambatan dicatat sebagai (1,55-4,75 mm) dan (2,10-4,85 mm) untuk E. koli pada dosis minimum dan maksimum, masing-masing, dan (1,30-4,00 mm) untuk S. aureus pada dosis tinggi. Semua konsentrasi menunjukkan kemanjuran antibakteri nol untuk S. aureus pada dosis rendah. Perbandingan hasil dilanjutkan dengan ve control DI water (0 mm) dan +ve control ciprofloxacin (7,15 mm) dan (11,25 mm) area penghambatan untuk E. koli dan S. aureus , masing-masing.
Secara keseluruhan, struktur nano yang didoping mengungkapkan aktivitas bakterisida nol terhadap G +ve dalam dosis rendah, sementara efektivitas terhadap G –ve adalah substansial (p < 0.05) relatif terhadap G +ve dalam konten yang didoping.
Stres oksidatif struktur nano rekayasa bergantung pada beragam faktor seperti bentuk, ukuran dan konsentrasi nanopartikel yang memainkan peran penting dalam aksi antibakteri [58]. Bahan berukuran nano kecil secara efisien menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS) yang menyebabkan kerusakan membran sel bakteri dan ekstrusi sitoplasma, yang mengakibatkan pecahnya bakteri, lihat Gambar 9 [59]. Kedua, interferensi kationik nanomaterial yang signifikan dengan fragmen membran sel bakteri negatif mengakibatkan keruntuhan. Aktivitas antibakteri nanopartikel MgO ditingkatkan terhadap E. coli, yang disebabkan oleh pembentukan sejumlah besar O2
−
dan mungkin peroksidasi lipid dan ROS [60]. Dalam sampel dopan, aktivitas antibakteri meningkat karena meningkatnya konsentrasi GO.
Mekanisme yang diusulkan untuk aktivitas bakterisida struktur nano GO-MgO
Sampel
Mengontrol celah pita sampel (eV)
Mengurangi celah pita (eV)
Referensi
ZnO yang didoping GO
3.6
2.9
[61]
GO yang didoping ag
4.10
3.50
[2]
ZnO yang didoping GO
3.10
2.98
[62]
MgO yang didoping GO
5.0
4.8
Mempresentasikan studi
Kesimpulan
Dalam karya ini, struktur nano MgO yang didoping GO berhasil disintesis dengan rute pengendapan kimia. Struktur kubik MgO diamati menggunakan teknik XRD dan dikonfirmasi dengan HRTEM. Ikatan molekul Mg-O dengan berbagai gugus fungsi dan karakteristik puncak transmitansi MgO sekitar 443 cm
−1
di wilayah sidik jari direkam menggunakan FTIR. Penyerapan meningkat setelah doping, yang memperkenalkan pergeseran merah pada konsentrasi GO yang lebih tinggi. Celah pita yang dihitung menggunakan plot Tauc dari spektrum penyerapan MgO yang didoping ditemukan 4,8 eV (konsentrasi tinggi) dibandingkan dengan MgO (5,0 eV) dianggap berasal dari pergeseran merah dalam penyerapan pada doping. Morfologi struktur nano kubik dan segi enam diamati pada MgO dan pertumbuhan struktur seperti batang diamati pada doping dengan penurunan diameter segi enam di HR-TEM. Selanjutnya, jarak d rata-rata (0,23 nm) dari HRTEM dengan perangkat lunak Gatan sangat cocok dengan XRD. Analisis EDS mengungkapkan komposisi unsur yang menunjukkan konfirmasi Mg, O dengan doping GO. Dengan penggabungan GO, intensitas PL menurun dari 414 nm disertai dengan pergeseran biru yang menunjukkan tingkat rekombinasi rangsangan yang rendah. Adanya pita D dan G (pada 1338, 1598 cm
−1
, masing-masing) terkait dengan sp
3
dan sp
2
atom C diverifikasi dengan Raman. Aktivitas katalitik dinilai dan degradasi pewarna tertinggi sekitar 45% dicapai dalam kondisi asam dengan 0,05 GO-MgO. Selain itu, hasil eksperimen menunjukkan peningkatan efikasi bakterisida GO-MgO terhadap G –ve (E. coli ) relatif terhadap G +ve (S. aureus ). Selain itu, sinergisme GO-MgO menunjukkan peningkatan efikasi bakterisida terhadap G –ve (E. coli ) dibandingkan dengan G +ve (S. aureus ). Studi ini mengeksplorasi sifat-sifat yang bergantung pada dopan dari nanokomposit MgO yang dapat digunakan untuk membersihkan air yang tercemar industri dan dalam aplikasi antimikroba untuk remediasi lingkungan.
