基于马齿苋介导磁性氧化铁纳米颗粒的绿色合成及其对偶氮染料的高效光催化降解研究

本研究针对工业废水中有机染料污染问题，采用马齿苋(Achyranthes aspera)叶提取物绿色合成磁性氧化铁纳米颗粒(AaIONPs)，通过XRD、FTIR、SEM等技术表征证实其5-60 nm粒径范围和超顺磁性。该材料在5次循环中对亚甲基蓝(MB)和结晶紫(CV)分别保持90%和95%的脱色效率，为可持续废水处理提供了可回收、高效的光催化剂解决方案。

　　

随着纺织、印染等工业的快速发展，偶氮染料污染已成为全球性环境挑战。据统计，全球每年使用约70万吨合成染料，其中40%最终进入水体，不仅造成"视觉污染"，更会通过氧化反应生成致癌芳香胺。传统处理方法如活性炭吸附效率有限，而化学氧化法又面临高成本和二次污染问题。在此背景下，绿色合成的磁性纳米材料因其可回收性和催化活性成为研究热点，但现有化学合成法常使用有毒还原剂，且生物合成材料的稳定性与规模化应用仍存瓶颈。

Dr. D. Y. Patil Vidyapeeth（被认为是大学）的研究团队创新性地利用印度常见药用植物马齿苋(Achyranthes aspera)叶提取物，开发出兼具高催化活性和磁分离特性的氧化铁纳米颗粒(AaIONPs)。该研究通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电镜(FEG-SEM)和纳米颗粒追踪分析(NTA)等技术，证实所得纳米颗粒具有5-60 nm的可控粒径、4.28 eV能隙和超顺磁性。相关成果发表在《Sustainable Chemistry for the Environment》期刊，为工业废水处理提供了环境友好的解决方案。

研究采用的主要技术包括：1）植物介导绿色合成法，以马齿苋叶提取物同时作为还原剂和封端剂；2）X射线衍射分析晶体结构；3）动态光散射(DLS)测定Zeta电位；4）光催化降解实验评估染料脱色效率；5）动力学模型分析降解机制。

研究结果显示：
3.1 绿色合成机理
铁盐在马齿苋多酚作用下形成Fe(OH)₃/Fe(OH)₂核壳结构，最终脱水生成具有蛋白包被的Fe₃O₄晶体，反应涉及羧基与Fe³⁺/Fe²⁺的螯合作用。

3.2 材料表征
FTIR证实植物提取物中的醇羟基(3676 cm^-1)、胺基(3325 cm^-1)参与纳米颗粒稳定；XRD显示(311)晶面特征峰，结晶度63.5%；SEM显示不规则球形结构，EDS证实铁氧原子比符合Fe₃O₄化学计量；Zeta电位-17.7 mV表明胶体稳定性。

3.3 染料降解性能
在H₂O₂协同下，AaIONPs对MB(25 mg/L)和CV(50 mg/L)的降解分别遵循一级动力学(k₁=0.0155 min^-1)和二级动力学(k₂=1.22857 L mg^-1 min^-1)，5次循环后效率仍保持90%以上。机理研究表明，光照产生的空穴(h⁺)和·OH自由基是降解主要活性物种。

该研究的突破性在于：1）利用高酚含量(70-130 mg GAE/gDW)的马齿苋提取物替代传统有毒还原剂；2）实现纳米颗粒合成-修饰一体化，表面有机层增强催化活性；3）磁分离特性解决纳米材料回收难题。相比化学法合成的纳米颗粒，该绿色合成材料具有更好的环境相容性和成本优势，每克干燥植物材料可制备约200 mg AaIONPs。研究团队建议未来重点探索：1）实际工业废水中的复杂组分影响；2）连续流反应器放大工艺；3）纳米颗粒包被改性以提升稳定性。这项工作为发展可持续水处理技术提供了重要范式，其"合成-应用-回收"的全绿色理念对推动纳米技术环境应用具有指导意义。