洋葱鳞茎的可持续价值利用：用于金纳米粒子的绿色合成及亚甲蓝的催化降解

《Green Technologies and Sustainability》：Sustainable valorization of onion bulbs for the green synthesis of gold nanoparticles and catalytic degradation of methylene blue

本研究利用洋葱 bulbs 提取物绿色合成纳米金颗粒，优化条件为pH 7、5分钟反应时间、87.5% HAuCl4体积浓度及60%提取液浓度，所得纳米颗粒催化降解甲基蓝效率达95%，8分钟内完成，遵循伪一级动力学，速率常数0.3550 min?1。该方法将农业废弃物转化为高值纳米材料，兼具环境友好与经济可行优势。

　　绿色纳米技术在水处理领域的应用正在迅速发展，尤其是利用植物提取物合成金属纳米颗粒，如金纳米颗粒（AuNPs），以实现对有毒合成染料的高效降解。本研究展示了一种利用洋葱（Allium cepa）鳞茎提取物进行AuNPs绿色合成的新方法，同时评估了这些纳米颗粒在降解亚甲基蓝（Methylene Blue, MB）方面的催化性能。这一方法不仅为农业废弃物的再利用提供了新的思路，也为可持续的水处理技术开辟了新的路径。

洋葱作为一种常见的蔬菜作物，其鳞茎在收获、储存、运输和加工过程中会产生大量的废弃生物质。这些废弃物通常被视为低价值或无价值的副产品，处理不当可能对环境造成负担。然而，洋葱中含有丰富的抗氧化成分，如槲皮素、黄酮类化合物和多酚类物质，这些天然生物分子不仅能够作为还原剂和稳定剂参与AuNPs的合成，还具有良好的环境友好性和生物相容性。因此，将洋葱鳞茎转化为功能性的纳米材料，既能够实现农业废弃物的高附加值利用，又能够减少化学合成过程中对环境的污染，为绿色化学和循环经济提供了有力支持。

在本研究中，通过优化实验条件，成功合成了尺寸约为8纳米的球形AuNPs。这些纳米颗粒表现出良好的胶体稳定性，其Zeta电位为-24.40 mV，表明其在水中的分散性和抗聚集能力较强。通过紫外-可见光谱分析，确认了AuNPs的形成，其特征吸收峰出现在530纳米处，这一现象与胶体金的典型表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）特性一致。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析进一步揭示了洋葱提取物中关键生物分子的参与，包括羟基（O–H）伸缩振动、烷基（C–H）伸缩振动以及羧酸酯或羰基（C=O）的伸缩振动等，这些分子在AuNPs的合成过程中起到了还原和稳定的作用。

为了验证AuNPs的催化性能，研究团队采用NaBH?作为还原剂，对MB进行了降解实验。实验结果显示，在8分钟内，AuNPs能够实现超过95%的MB去除率，其反应遵循伪一级动力学模型，表观速率常数（k）为0.3550 min?1。这一催化效率远高于其他植物或微生物介导的AuNPs合成方法，例如由Lilium longiflorum提取物合成的AuNPs，其降解速率常数为1.29 min?1，但所需的AuNPs用量较大。相比之下，本研究中使用的洋葱提取物合成的AuNPs不仅催化性能优异，而且用量更少，进一步降低了实验成本。

研究还对不同实验参数对AuNPs合成的影响进行了系统分析，包括pH值、HAuCl?浓度、洋葱提取物浓度以及反应时间。结果表明，pH值为7时，AuNPs的合成效率最高，且形成的纳米颗粒具有较高的均匀性和稳定性。此外，HAuCl?浓度为87.5% v/v、洋葱提取物浓度为60% v/v以及HAuCl?与洋葱提取物的体积比为3:2时，能够获得最佳的AuNPs合成效果。这些优化条件确保了纳米颗粒的快速形成和良好的分散性，同时避免了过高的金属离子浓度导致的副产物增加或反应失控。

通过透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM-EDX）等微观分析技术，进一步确认了合成的AuNPs具有均匀的球形结构，尺寸分布在7至10纳米之间。X射线粉末衍射（XRD）分析显示，这些纳米颗粒具有面心立方（FCC）晶体结构，与标准金的XRD图谱一致，表明其具有良好的结晶性。这些结果不仅验证了洋葱提取物作为天然还原剂和稳定剂的有效性，也为进一步研究其在其他催化反应中的应用提供了理论依据。

在经济可行性方面，本研究展示了洋葱废弃物合成AuNPs的低成本优势。尽管黄金本身的成本较高，但实验所需的AuNPs用量非常小，仅需25微升的纳米颗粒悬浮液即可实现95%以上的MB去除率。这一低用量特性显著降低了每项实验的实际费用，仅约为0.027美元（约2.7美分），并且减少了对金盐的依赖，从而降低了整体生产成本。此外，使用植物提取物替代传统的化学还原剂，不仅减少了有毒化学品的使用，还降低了对环境的潜在危害，符合绿色化学的核心理念。

尽管本研究取得了显著成果，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，AuNPs在水处理过程中的固液分离问题尚未完全解决，传统的离心或膜过滤技术在大规模应用中可能效率低下。此外，长期运行在复杂的废水环境中，可能存在金离子的泄漏风险，这可能影响环境安全性并抵消绿色合成的优势。因此，未来的研究应关注如何通过固定化技术（如将AuNPs固定在活性炭、二氧化硅或生物聚合物等低成本载体上）来提高其可回收性和重复使用性，从而进一步提升其在实际水处理中的应用价值。

总体而言，本研究为绿色纳米技术在水污染治理中的应用提供了新的思路和实验依据。通过将农业废弃物转化为高价值的纳米材料，不仅提高了资源利用效率，还为可持续发展提供了技术支持。未来的研究可以进一步拓展这一方法的应用范围，探索其在其他有机污染物降解中的潜力，同时开发更高效的纳米材料回收和再利用策略，以实现更广泛和更深入的环境治理目标。