用于克唑替尼及其杂质的HPLC-UV方法：AQbD技术与绿色化学原理的结合应用

《Journal of the Indian Chemical Society》：HPLC-UV method for Crizotinib and its Impurities: Integration of AQbD and green chemistry principles

制备了Mn掺杂的CeO?纳米颗粒及其磁性生物炭复合催化剂，通过XRD和XPS分析证实了Mn的掺杂及表面化学特性。在pH4条件下，9% Mn掺杂的CeO?纳米颗粒与磁性生物炭复合催化剂对5ppm甲基橙的降解效率达99%，仅需16分钟紫外照射，且具有优异循环稳定性和磁性回收特性。

　　本研究围绕Ce_1-xMn_xO_2-δ纳米颗粒及其与磁性生物炭结合形成的纳米复合材料MC-Ce_0.91Mn_0.09O_2-δ的合成与表征展开，重点探讨了其在光催化降解甲基橙（Methyl Orange，简称MO）方面的性能。随着工业化进程的加快，水体中合成染料的污染问题日益严重，尤其是一些具有持久性和毒性的染料，对生态环境和人类健康构成了潜在威胁。因此，开发高效、环保的污水处理技术成为当前研究的重要方向。本研究提出了一种结合了磁性回收与高效光催化性能的新材料，有望为染料废水处理提供更优的解决方案。

在实际应用中，水体中的染料污染物通常具有较强的稳定性，难以通过传统方法有效去除。光催化降解技术因其绿色、高效的特点而受到广泛关注。该技术利用光能激发催化剂，产生具有强氧化性的自由基，从而将有机污染物分解为无害的小分子。然而，现有的光催化剂在实际应用中仍面临一些挑战，如反应时间较长、催化剂难以回收、稳定性不足等。因此，如何优化催化剂的性能，提高其降解效率和可重复使用性，是当前研究的关键。

CeO₂作为一种重要的功能材料，因其独特的红ox性质而在催化、能源和生物医学等领域具有广泛应用。CeO₂的Ce³⁺/Ce⁴⁺循环使其具备优异的氧存储能力，这在汽车尾气净化、燃料电池等应用中尤为重要。此外，CeO₂纳米颗粒由于其高比表面积和氧空位的存在，能够有效提升催化反应的效率。在光催化方面，CeO₂纳米颗粒能够吸收紫外光，产生电子-空穴对，进而引发氧化还原反应，降解有机污染物。然而，单独使用CeO₂纳米颗粒在实际应用中存在一定的局限性，尤其是在反应速率和催化剂回收方面。

为了克服这些限制，研究者们尝试通过掺杂金属元素（如Mn、Zn、Ti、Ag等）来改性CeO₂纳米颗粒。掺杂不仅能够改变材料的电子结构，还能有效调控其光学和电学性质，从而提升其在光催化中的性能。例如，Mn掺杂可以缩小CeO₂的带隙能量，使其能够更有效地吸收可见光，扩大光响应范围。此外，Mn的引入还能增强材料的氧化还原能力，提高对污染物的降解效率。在本研究中，Mn的掺杂浓度被设定为3%、6%和9%，其中9%的掺杂浓度表现出最佳的降解性能。

与此同时，磁性生物炭（Magnetic Biochar, MBC）作为一种新型的吸附材料，因其具有高比表面积、良好的孔隙结构以及磁性回收能力而备受关注。生物炭通常由生物质在高温下热解得到，具有较强的吸附能力，能够有效去除水体中的有机污染物和重金属离子。然而，传统生物炭在回收过程中往往存在困难，限制了其在实际应用中的推广。通过将金属氧化物（如铁氧化物）掺杂到生物炭中，可以赋予其磁性，使其在光催化降解后能够通过外部磁场轻松回收，大大提高了其在环境修复中的实用性。

在本研究中，磁性生物炭被用作载体，与Ce_0.91Mn_0.09O_2-δ纳米颗粒结合，形成了MC-Ce_0.91Mn_0.09O_2-δ纳米复合材料。这种材料不仅保留了CeO₂纳米颗粒的优异光催化性能，还通过磁性生物炭的引入，显著提升了催化剂的可回收性和稳定性。实验结果显示，在pH 4的条件下，使用5 ppm浓度的MO作为目标污染物，MC-Ce_0.91Mn_0.09O_2-δ纳米复合材料能够在16分钟内实现99%的MO降解效率，远高于传统CeO₂纳米颗粒的性能。

从材料的合成角度来看，本研究采用了一种环保且高效的制备方法。首先，通过将 curry leaf（咖喱叶）茎粉进行碳化处理，制备出磁性生物炭。这一过程不仅利用了可再生的生物质资源，还避免了传统化学合成方法可能带来的环境污染。随后，将CeO₂纳米颗粒与Mn进行掺杂，形成Ce_1-xMn_xO_2-δ纳米颗粒。随着Mn掺杂浓度的增加，纳米颗粒的晶粒尺寸逐渐减小，这有助于提高其比表面积，从而增强光催化活性。此外，磁性生物炭的加入进一步优化了纳米颗粒的分散性，提高了材料的整体性能。

在材料表征方面，X射线衍射（XRD）分析显示，掺杂后的Ce_1-xMn_xO_2-δ纳米颗粒保持了CeO₂的面心立方（FCC）结构，其衍射峰与标准图谱（ICDD PDF No. 81–0792）吻合良好，表明Mn成功掺杂进入CeO₂晶格中。同时，随着Mn掺杂浓度的增加，衍射峰的强度也相应增强，这说明材料的结晶度得到了提升。进一步的表征还表明，掺杂后的纳米颗粒比表面积增加，这为其光催化性能的提升提供了理论依据。

除了XRD分析，研究还通过X射线光电子能谱（XPS）对材料的表面化学组成和价态进行了深入探讨。XPS分析结果揭示了Ce和Mn在材料表面的分布情况，以及它们的氧化态。CeO₂中的Ce主要以Ce⁴⁺形式存在，而Mn则主要以Mn³⁺和Mn⁴⁺的形式出现。这种表面化学状态的调控对于光催化反应的进行至关重要，因为不同价态的金属离子能够影响电子的转移效率和反应活性。

在光催化性能测试中，研究者选择了甲基橙作为目标污染物，因为其广泛应用于纺织、皮革和化工等行业，且具有较强的环境稳定性，难以通过常规方法去除。实验结果显示，随着Mn掺杂浓度的增加，Ce_1-xMn_xO_2-δ纳米颗粒的带隙能量逐渐减小，这表明材料的光响应范围得到了扩展。此外，磁性生物炭的引入进一步降低了带隙能量，使得材料在可见光下也能表现出一定的光催化活性。这种性能的提升为实际应用提供了更大的可能性，因为可见光在自然界中更为常见，且无需额外的紫外光源。

在实际应用中，光催化降解过程通常需要特定的pH条件，以确保催化剂的稳定性和反应效率。本研究发现，在pH 4的条件下，Ce_1-xMn_xO_2-δ纳米颗粒及其复合材料表现出最佳的降解效果。这一结果可能与材料表面的电荷分布有关，因为pH值的变化会影响催化剂表面的电荷状态，进而影响其与污染物之间的相互作用。此外，pH 4的环境也能够促进电子-空穴对的有效分离，减少电子-空穴的复合概率，从而提高光催化效率。

在实验设计方面，研究者采用了系统的方法，对不同Mn掺杂浓度的Ce_1-xMn_xO_2-δ纳米颗粒及其复合材料进行了对比分析。结果表明，9%的Mn掺杂浓度在所有测试条件下均表现出最优的性能，这可能与材料的结构优化和表面化学状态的改变有关。此外，磁性生物炭的引入不仅提升了材料的比表面积，还增强了其在降解后的回收能力，使得该材料在实际应用中具有更高的可行性。

值得注意的是，本研究在材料合成和性能优化方面取得了一些创新性的成果。首先，通过使用curry leaf茎粉作为生物炭的原料，不仅实现了资源的循环利用，还降低了材料的生产成本。其次，通过精确控制Mn的掺杂浓度，研究人员能够有效平衡材料的光催化活性与结构稳定性，从而获得最佳的降解效果。最后，磁性生物炭的引入为材料的回收和重复使用提供了便利，这在实际工程应用中具有重要意义。

从环保角度来看，本研究提出的新材料具有显著的优势。首先，磁性生物炭的制备过程使用了可再生的生物质资源，符合可持续发展的理念。其次，材料的合成和表征过程均采用了绿色化学方法，减少了有害物质的使用和排放。此外，由于材料具备良好的可回收性，其在实际应用中能够有效降低二次污染的风险，提高资源利用率。这些特点使得MC-Ce_0.91Mn_0.09O_2-δ纳米复合材料在环境治理领域具有广阔的应用前景。

在实际应用中，这种材料可以用于处理含有合成染料的工业废水，尤其是在纺织、印染和化工等行业中。由于染料废水通常具有复杂的成分，传统的处理方法往往难以达到理想的去除效果。而本研究提出的材料不仅能够高效降解染料，还能通过磁性回收实现重复使用，降低了处理成本，提高了经济性。此外，材料的稳定性和可重复使用性使其能够在不同环境条件下保持较高的性能，为大规模应用提供了保障。

从材料科学的角度来看，本研究的成果不仅拓展了CeO₂基材料的应用范围，还为其他金属氧化物的改性研究提供了参考。通过结合磁性回收和光催化性能，研究人员成功开发出一种具有多功能特性的复合材料，这种材料的设计思路可以应用于其他类型的污染物处理，如有机物、重金属离子和微生物等。此外，本研究还强调了材料合成过程中参数调控的重要性，为后续研究提供了理论依据和技术支持。

在实验方法上，本研究采用了多种先进的表征技术，如XRD、XPS和比表面积分析等，以全面评估材料的物理和化学性质。这些表征手段不仅能够确认材料的结构和组成，还能揭示其在不同环境条件下的性能变化。例如，XRD分析能够提供材料的晶体结构信息，而XPS则可以深入探讨材料表面的化学状态。比表面积分析则有助于理解材料的吸附能力和反应活性。这些数据的综合分析为材料性能的优化提供了科学依据。

此外，本研究还关注了材料在实际应用中的稳定性。通过多次循环实验，研究人员发现MC-Ce_0.91Mn_0.09O_2-δ纳米复合材料在多次使用后仍能保持较高的降解效率，这表明其具有良好的耐久性和重复使用性。这种稳定性对于实际工程应用至关重要，因为催化剂在长期使用过程中可能会因结构变化或表面污染而失去活性。因此，本研究的材料不仅在初始性能上表现出色，而且在长期使用中也能够维持较高的效率。

在实际工程应用中，材料的可回收性是另一个重要的考量因素。传统的光催化剂在使用后往往需要复杂的化学处理或高温焙烧才能回收，这不仅增加了处理成本，还可能对环境造成二次污染。而本研究中的磁性生物炭能够通过外部磁场轻松回收，使得催化剂的再利用成为可能。这种特性不仅提高了材料的经济性，还符合绿色化学和可持续发展的要求。

本研究的成果表明，通过合理的材料设计和合成方法，可以有效提升光催化剂的性能，使其在实际应用中更具优势。此外，材料的多功能性（如磁性回收、高比表面积和良好的稳定性）也为其在其他领域的应用提供了可能性。例如，在生物医学领域，这种材料可以用于药物输送或生物成像，而在能源领域，其优异的氧存储能力可能有助于提高燃料电池的性能。

从整体来看，本研究不仅为光催化降解染料污染物提供了新的解决方案，还为材料科学的发展提供了新的思路。通过结合磁性回收和光催化性能，研究人员成功开发出一种高效、环保、可重复使用的复合材料，这种材料的出现有望推动染料废水处理技术的进步，并为其他类型的污染物治理提供借鉴。未来，随着研究的深入和技术的成熟，这种材料有望在更广泛的领域中得到应用，为环境保护和可持续发展做出更大的贡献。