基于酸叶藤叶片提取物绿色合成超细氧化锌纳米颗粒及其对亚甲基蓝染料光催化降解的优化与动力学研究

本研究针对纺织印染废水中有毒染料污染问题，采用酸叶藤（Phyllanthus acidus）叶片提取物绿色合成超细氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs），通过XRD、BET、XPS等系统表征证实其六方纤锌矿结构及15-30 nm粒径分布。在模拟太阳光下，优化催化剂用量（1.5 g/L）与染料浓度（0.05 mM）后实现72%的亚甲基蓝（MB）降解效率，结合过氧单硫酸盐（PMS）可提升至93%，反应速率常数达6.3×10?4 s?1 ，为绿色纳米材料在废水处理中的应用提供新策略。

　　

纺织印染工业排放的亚甲基蓝（MB）染料废水对生态环境和人类健康构成严重威胁。这种难以生物降解的染料会阻碍水体光合作用，其分解产物如苯丙胺和亚甲基具有致癌性，可引发贫血、皮肤刺激等疾病。尽管传统吸附、电解等水处理技术存在成本高、二次污染等问题，半导体光催化技术因其能将污染物矿化为CO₂
和H₂
O而备受关注。其中，氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）因3.2 eV宽带隙、无毒和低成本等优势成为二氧化钛（TiO₂
）的理想替代品，但传统化学合成法使用有毒还原剂的缺陷制约了其应用。

为解决这一难题，来自Sri Vidya Mandir Arts & Science College等机构的研究团队创新性地利用酸叶藤叶片提取物中的生物活性成分（如黄酮类和多酚）作为还原剂和稳定剂，通过绿色合成法制备超细ZnO NPs，并系统研究其对MB的光催化降解性能。相关成果发表于《Results in Engineering》。

研究采用X射线衍射（XRD）确认六方纤锌矿结构，通过Rietveld精修获得晶格参数（a=3.24158 ?，c=5.1953 ?）。Brunauer-Emmett-Teller（BET）分析显示21.2016 m²
/g的高比表面积，透射电镜（TEM）证实15-25 nm的均匀粒径分布。紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）测得3.21 eV带隙，X射线光电子能谱（XPS）验证Zn²⁺
和O^2?
的化学态。光催化实验在模拟太阳光下进行，通过优化参数探究反应动力学。

3.1 XRD分析
XRD图谱显示（100）、（002）等晶面衍射峰，证实六方纤锌矿结构（JCPDS 36-1451），（101）晶面优先取向表明高结晶度。

3.2 Rietveld精修
精修结果（R_p
=11.62%，χ²
=1.85）确认P63mc空间群，晶胞体积47.277 ?³
，为光催化提供稳定晶体框架。

3.3 BET分析
N₂
吸附-脱附等温线呈IV型，49.18 nm平均孔径和0.24 cm³
/g孔容积有利于染料分子扩散。

3.4 XPS分析
Zn 2p_3/2
（1021.45 eV）和O 1s（530.04 eV）结合峰证实ZnO形成，531.22 eV峰表明叶片提取物衍生的表面羟基（–OH）增强催化活性。

3.5 形貌分析
FESEM/TEM显示15-30 nm球形颗粒，HRTEM中0.262 nm晶格条纹对应（002）面，选区电子衍射（SAED）环证实多晶结构。

3.7 光催化性能评估
在1.5 g/L催化剂、0.05 mM MB条件下实现72%降解率，添加0.7 mM PMS后效率提升至93%，速率常数达6.3×10^?4
s^?1
。

3.9 降解机制
光照下ZnO NPs产生电子-空穴对，PMS协同生成SO₄
^•?
和^•
OH自由基，攻击MB分子中的发色团实现矿化。

该研究通过绿色合成获得超细ZnO NPs，其优化的光催化体系在模拟工业废水（硬度1236 ppm）中仍保持活性，速率常数为2.8×10^?5
s^?1
。相较于传统植物提取法合成的ZnO NPs（降解率47-84%），本研究通过精准调控PMS协同作用与纳米结构特性，将效率提升至93%，为开发可持续废水处理技术提供重要参考。生物分子修饰的ZnO NPs表面与PMS的协同作用机制，为设计高效环境修复材料开辟了新途径。