《South African Journal of Botany》：Green synthesis of ferrous oxide nanoparticles for sustainable dye decolorization
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本研究通过植物介导法合成Crinum asiaticum根叶来源的铁氧化物纳米颗粒（FeONPs），优化合成条件并评估其催化脱色性能。结果表明FeONPs_R和FeONPs_L对Safranin、Methyl Red等12种染料具有显著脱色活性，其纳米特性及表面特性（如负电荷和均匀结构）为可持续废水处理提供了新策略。
Sailee Satyawan Raut | Pallavi Satish Chaubey | Rupali Nemgonda Chougule | Utkarsha Manoj Lekhak
生物技术系，霍米·巴芭科学研究所，德罗尼塔·巴芭邦立大学，孟买 400032，印度
摘要
染料脱色是废水处理中的关键步骤，尤其是在将纺织染料排放到自然水体之前。纳米颗粒作为染料脱色的催化剂，已成为一种高效且环保的方法。这些纳米颗粒可以通过物理、化学和生物方法合成，其中植物介导的合成方法因其环保和可持续性而受到广泛关注。本研究的目的是评估使用Crinum asiaticum合成的氧化亚铁纳米颗粒的染料脱色潜力。通过改变提取物浓度、前体盐浓度、pH值和温度来优化合成条件。使用FTIR、FESEM、TEM、XRD、NTA、DLS和ZP对合成的FeONPs进行了表征。颗粒大小分析显示，从根提取物中合成的FeONPs（FeONPs_R）尺寸范围为4至11纳米，而从叶提取物中合成的FeONPs（FeONPs_L）尺寸范围为16至100纳米。这些纳米颗粒具有非晶结构，并带有负表面电荷（约-20 mV），表明其具有中等程度的胶体稳定性。对12种染料进行了FeONPs的催化活性测试。在12种染料中，FeONPs_R和FeONPs_L对藏红花红、甲基红、中性红和结晶紫的脱色效果最好，这些结果在优化步骤中得到了进一步分析。这些发现突显了植物介导的氧化亚铁纳米颗粒合成作为废水处理的可持续和环保策略的潜力，符合可持续发展目标（SDGs）3、6、9、14和15。
引言
含有合成染料的纺织工业废弃物是全球工业废水污染的主要来源之一，对水生生态系统构成严重威胁，损害动植物（Kumari, 2024）。它通过减少阳光穿透、影响生物节律、二氧化碳利用、初级生产力、氧气水平和溶解氧含量，最终导致水生生物死亡。升高的生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）以及污染物的生物放大作用进一步加剧了环境破坏（Kumari, 2024）。因此，处理含染料的废水已成为紧迫的环境问题。
2015年，联合国通过了17项可持续发展目标（SDGs），以应对气候变化、保护生态系统并促进全球可持续发展。SDG 3旨在确保所有年龄段的人都能享有健康生活；SDG 6旨在确保所有人都能获得和可持续管理水资源和卫生设施；SDG 9旨在建设有韧性的基础设施，促进包容性和可持续的工业化，并推动创新；SDG 14旨在保护和可持续利用海洋、海域和海洋资源以实现可持续发展；SDG 15旨在保护、恢复和促进陆地生态系统的可持续利用，可持续管理森林，防止荒漠化，制止和逆转生物多样性的丧失（SDGs, 2025）。特别是纺织染料的工业废水排放，与这些目标相符，需要采用环保的废水处理技术和严格的排放法规。纳米颗粒在染料脱色方面发挥着关键作用，已被证明在废水处理中有效（Xiao et al., 2015; Beheshtkhoo et al., 2018; Raman and Kanmani, 2016; Kumari, 2024）。最近的研究进一步强调了纳米结构材料和磁性纳米复合材料在水环境中降解药物和染料污染物的潜力（Nasiri et al., 2025; Akhtar et al., 2024; Mbuyazi and Ajibade, 2024）。
纳米技术研究通过物理、化学或生物方法合成的纳米材料（<10^-9米）（Raut et al., 2024b）。生物方法包括使用微生物和植物的生物还原和生物吸附（Jamkhande et al., 2019）。纳米颗粒具有光学、电子、磁性、热学和机械等独特性质，使其在各个行业和环境保护中具有价值（Khan et al., 2019; Joudeh and Linke, 2022）。金属纳米颗粒，尤其是金、银和铂等贵金属，具有广泛的应用（Bhatia, 2016; Jeyaraj et al., 2019）。
氧化亚铁纳米颗粒（FeONPs）是良好的吸附剂，因此在催化方面表现出色，能够有效脱色偶氮染料和孔雀石绿等染料，处理农药、抗生素以及铬和铜等重金属（Vijayaram et al., 2024）。生物合成的FeONPs在环境修复方面显示出强大潜力，通过类芬顿反应和光催化机制有效降解纺织染料（Srivastava et al., 2023）。通过微波辅助共沉淀法制备的先进纳米复合材料（如CuCoFe?O?@GA/AC）也展示了高效去除甲硝唑等药物污染物的能力，为大规模水处理提供了安全经济的解决方案（Gharaghani et al., 2025）。磁性纳米复合材料和功能化的铁基材料进一步增强了水系统中的污染物吸附和降解效果（Nasiri et al., 2025; Akhtar et al., 2024）。除了环境应用外，磁性Fe?O?和Fe?O?纳米颗粒还因其生物相容性而受到重视，并已在癌症治疗和MRI领域得到研究，与量子点结合时稳定性得到提高（Hasan, 2015; Fan et al., 2009a）。在合成方法中，尤其是植物介导的方法因其环保性和成本效益而越来越受到青睐，其中生物分子作为天然的还原剂和稳定剂（Priya et al., 2021; Iqbal et al., 2020）。最近的研究证实，植物来源的铁纳米颗粒表现出增强的表面反应性和催化活性，能够有效去除废水中的染料（Rathore and Devra, 2023）。
在本研究中，使用石蒜科（Amaryllidaceae）的Crinum asiaticum合成FeONPs，该属以其药用价值和丰富的多样性而闻名。历史上，Crinum物种在阿育吠陀医学中具有重要作用，广泛用于治疗目的（Parihar and Sharma, 2021; Sikarwar, 2024; Kumar et al., 2024; Raut et al., 2024a; Singh et al., 2025）。在印度发现的116种Crinum物种中，有15种被用于FeONPs的合成，主要来自C. asiaticum的根和叶提取物（POWO, 2025; Raut et al., 2024a; Singh et al., 2025）。尽管已经有一些关于使用植物提取物绿色合成FeONPs的研究，但目前尚无关于Crinum合成的FeONPs在染料脱色方面催化活性的报道。本研究通过从C. asiaticum的根和叶提取物合成FeONPs，并研究其在染料脱色中的催化效率，展示了一种可持续和环保的纺织废水处理方法，有助于改善水质和保护水生生态系统。
植物提取物的收集与制备
从印度收集了多种Crinum物种的根和叶，并在Kolhapur的Shivaji大学植物园保存。表1中提到的凭证标本（Singh et al., 2025）被存放在Kolhapur的Shivaji大学植物学系的标本馆中。
根和叶经过彻底清洗后切成小块，在45°C的烤箱中干燥一周，然后用搅拌机研磨成粉末。
筛选
研究了多种Crinum物种的根和叶提取物以探索FeONPs的合成。如图1所示，C. asiaticum的根和叶提取物显示出最高的FeONPs合成吸光度。
最近的研究强调了植物提取物在纳米颗粒绿色合成中的作用。C. moorei的根提取物已被用于...
结论与未来展望
当前研究表明，印度的Crinum物种在合成FeONPs方面具有巨大潜力。从Crinum asiaticum的根和叶提取物中获得了最大的FeONPs产量。进一步确定了FeONPs_R和FeONPs_L的最佳合成条件。TEM分析显示FeONPs_R和FeONPs_L的尺寸范围相似，FTIR鉴定出几乎相同的官能团，XRD揭示了它们的非晶结构。
资助
本研究得到了Chhatrapati Shahu Maharaj国家研究奖学金（CSMNRF）– 2023的支持，该奖学金由Chhatrapati Shahu Maharaj研究、培训与人类发展研究所（Sarathi）提供，该机构是印度马哈拉施特拉邦政府的自治组织；同时得到了孟买妇女毕业生联合会、印度大学妇女联合会以及国际大学妇女联合会的支持。
作者贡献声明
Sailee Satyawan Raut：撰写 – 审稿与编辑、资源管理、方法论、研究实施、资金获取、数据分析、数据管理。
Pallavi Satish Chaubey：撰写 – 原稿撰写。
Rupali Nemgonda Chougule：撰写 – 审稿与编辑、资源管理。
Utkarsha Manoj Lekhak：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、验证、项目监督、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢Kolhapur的Shivaji大学植物学系首席植物园的Manoj Lekhak博士在样本收集和Crinum物种鉴定方面的帮助。感谢ICON Labs在TEM和FESEM分析方面的支持。同时感谢Mumbai的Ismail Yusuf学院的物理系在FTIR和XRD分析方面的协助。作者还感谢...
