微波辅助胡芦巴叶提取物绿色合成银纳米颗粒及其对水污染物的高效光降解研究

《Scientific Reports》：Microwave assisted green synthesis of silver nanoparticles using Trigonella Hamosa L.plant extract for the photodegradation of some water pollutants

本研究针对传统纳米颗粒合成方法高成本、高污染的问题，开发了一种利用胡芦巴(Trigonella hamosa L.)叶提取物微波辅助绿色合成银纳米颗粒(AgNPs)的新方法。结果表明，该方法合成的AgNPs粒径更小(14 nm)、分布均匀，对亚甲蓝(MB)染料和扑热息痛(Paracetamol)的光降解率分别高达96.2%和94.5%，为水污染物治理提供了高效环保的新型催化剂。

　　

随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重，特别是制药和纺织行业排放的有机污染物对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统的物理化学水处理方法存在成本高、效率低、易产生二次污染等局限性，迫切需要开发新型高效、环保的水处理技术。纳米技术的兴起为解决这一难题提供了新思路，其中银纳米颗粒(AgNPs)因其独特的表面等离子体共振(SPR)效应和催化性能，在光催化降解有机污染物领域展现出巨大潜力。

然而，传统的AgNPs合成方法通常需要使用有毒化学试剂，存在环境污染风险。绿色合成技术利用植物提取物作为还原剂和稳定剂，为纳米颗粒的可持续制备提供了新途径。在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，埃及阿斯旺大学的研究团队首次利用胡芦巴(Trigonella hamosa L.)叶提取物，通过微波辅助方法成功合成了高性能的AgNPs，并系统评估了其对典型水污染物的光催化降解效果。

研究采用的主要技术方法包括：利用胡芦巴叶水提取物作为生物还原剂，通过常规加热和微波辅助两种方法合成AgNPs；使用紫外-可见分光光度计(UV-vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)对合成的AgNPs进行表征；以亚甲蓝(MB)染料和扑热息痛(PCA)作为目标污染物，在太阳光和可见光照射下评估AgNPs的光催化降解性能。

表征分析

通过UV-vis光谱分析证实，微波辅助合成的AgNPs在430 nm处出现明显的表面等离子体共振(SPR)吸收峰，表明纳米颗粒成功形成。与传统加热方法相比，微波辅助合成将反应时间从3-4小时缩短至5分钟，且合成的AgNPs粒径更小(14 nm)。

FTIR分析表明，胡芦巴叶提取物中的酚类、醇类和酰胺等官能团在AgNPs的还原和稳定过程中起关键作用。XRD图谱显示合成的AgNPs具有面心立方晶体结构，且结晶度良好。HR-TEM图像进一步证实AgNPs呈近似球形，分布均匀，粒径在5-23 nm之间。

光催化降解性能

在光催化降解实验中，AgNPs表现出优异的催化活性。在太阳光照射24小时后，对MB染料的降解率达到96.2%，对扑热息痛的降解率为94.5%。在可见灯照射7小时的条件下，降解率分别为94.9%和92%。研究表明，降解效率与AgNPs的粒径密切相关，较小的粒径具有更大的比表面积，从而提高了催化效率。

降解机理研究表明，AgNPs在光照射下产生电子-空穴对，激发产生的活性氧物种(如·O₂^-)是降解有机污染物的关键因素。AgNPs的SPR效应增强了光吸收能力，从而提高了光催化效率。

循环使用性能

研究人员还评估了AgNPs的循环使用性能。经过五次循环使用后，AgNPs对污染物的光降解效率仅下降约30%，表明其具有良好的稳定性和可重复使用性，有利于实际应用。

本研究成功开发了一种快速、环保的AgNPs绿色合成方法，首次利用胡芦巴叶提取物通过微波辅助技术合成了高性能的AgNPs催化剂。该催化剂对MB染料和扑热息痛等有机污染物表现出优异的光催化降解性能，为水处理领域提供了新的解决方案。研究方法避免了有毒化学试剂的使用，符合绿色化学原则，具有良好的应用前景和环境效益。此外，该研究为植物资源在纳米材料合成中的应用提供了新思路，推动了可持续纳米技术的发展。