QSAR驱动发现与排序潜在抗H1N1抑制剂：壳聚糖/Fe3O4@钠沸石纳米复合材料光催化降解甲基橙的研究

本研究针对水体有机染料污染问题，开发了一种新型Chito/Fe3O4@NAT纳米复合材料，通过响应面法优化光催化条件，实现甲基橙(MO)染料97.5%的降解率，材料展现优异磁回收性和6次循环稳定性，为绿色水处理技术提供新方案。

　　

随着工业化的快速发展，纺织、造纸、皮革等行业排放的有机染料对水资源造成了严重污染。甲基橙(Methyl Orange, MO)作为典型的偶氮染料，即使微量存在也会对水生生物和人类健康产生致癌、致突变等毒性效应。传统的水处理方法如吸附、膜过滤等虽然具有一定效果，但存在产生二次污染、能耗高、普适性差等局限性。光催化技术因其能够将有机污染物完全矿化为无毒物质，被公认为最具前景的绿色处理技术。

在此背景下，埃塞俄比亚阿尔巴门奇大学的研究团队在《Scientific African》发表了创新性研究成果，通过将天然壳聚糖(Chitosan)、磁性四氧化三铁(Fe₃O₄NPs)和钠沸石(Natrolite, NAT)进行复合，成功制备出新型Chito/Fe₃O₄@NAT纳米复合材料，为解决染料污染问题提供了新的技术方案。

研究人员采用绿色合成方法，从鱼鳞中提取天然壳聚糖，从沸石矿物中获得钠沸石，并通过植物提取物还原法合成Fe₃O₄纳米颗粒。通过浸渍法将三种材料按1:1:1比例复合，制备出具有磁性的纳米复合材料。采用Box-Behnken设计(BBD)和响应面法(RSM)优化光催化条件，考察了催化剂剂量、染料初始浓度和光照时间等关键参数的影响。

材料制备与表征

通过X射线衍射(XRD)分析显示复合材料具有19.59nm的晶体尺寸，紫外-可见光谱(UV-Vis)在285nm处出现特征吸收峰，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)证实了Fe-O伸缩振动(557cm^-1)和生物活性分子的存在。扫描电子显微镜(SEM)显示材料具有多孔异质结构，能谱分析证实了各元素的成功复合。材料带隙能为2.82eV，低于单一组分，有利于光催化性能提升。

光催化降解性能

在优化条件(催化剂剂量0.05g，MO浓度30mg/L，光照时间90min)下，复合材料对MO的降解率高达97.5%。通过自由基捕获实验证实·OH和·O₂^-是主要的活性物种。降解过程符合Langmuir-Hinshelwood准一级动力学模型(R²=0.997)，等温线数据符合Langmuir模型(R²=0.9962)，表明降解为表面反应控制过程。

回收利用性能

材料凭借Fe₃O₄的磁性实现了快速分离，在6次循环后仍保持60%的降解能力，展现了良好的稳定性和可重复使用性。零电荷点(pH_PZC=6.5)分析表明材料在酸性条件下更有利于阴离子染料的吸附降解。

本研究成功开发了一种高效、稳定且可回收的Chito/Fe₃O₄@NAT纳米复合材料，为解决有机染料污染问题提供了新的解决方案。材料的绿色合成方法、优异的光催化性能和良好的回收特性，使其在环境修复领域具有广阔的应用前景。这项研究不仅为设计新型光催化剂提供了新思路，也为实现可持续的水处理技术做出了重要贡献。