利用可食用海藻（Gracilaria edulis）介导的绿色合成Ag?O纳米颗粒对染料废水进行环境修复：对土壤和水质的影响

《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Environmental remediation of dye effluents using Gracilaria edulis (Marine red alga) mediated green synthesized Ag?O nanoparticles: Impacts on soil and water quality

　　

摘要

工业染料废液由于其毒性、持久性和抗生物降解性，对环境和人类健康构成了重大风险，这突显了可持续修复方法的重要性。本研究详细介绍了利用Gracilaria edulis提取物作为天然还原剂、包覆剂和稳定剂来生产银氧化物纳米粒子（Ag?O NPs）的环保方法。所制备的Ag?O NPs通过紫外-可见光谱（UV–Vis spectroscopy）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析-差热分析（TGA–DTA）、Zeta电位和电子顺磁共振（EPR）光谱进行了分析。研究结果表明，这些纳米粒子主要为球形结晶，粒径在18至40纳米之间。EPR分析发现了与缺陷中心相关的特征性顺磁共振信号，特别是与氧空位相关的信号，这些缺陷可能增强了光催化活性。在可见光照射下，Ag?O NPs对亚甲蓝的降解效率达到了88%，对玫瑰红（rose bengal）的降解效率达到了70%，遵循伪一级动力学。处理染料废液后，化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）和总溶解固体显著降低，同时pH值和整体水质得到改善。将处理后的水施用于土壤后，盐度降低，养分性质得到改善。总之，利用Gracilaria edulis合成的Ag?O NPs是一种环保、成本低廉且多功能性的纳米材料，在可持续处理染料废水和改善水质方面具有巨大潜力。

引言

工业化导致含有染料的废水广泛排放到水环境中，由于其毒性、持久性和抗生物降解性，对这些生态系统和人类健康构成了严重威胁（Dhanalakshmi等人，2012；Dong等人，2022）。传统的废水处理方法往往无法完全去除这些复杂污染物，因此需要更高效和可持续的修复技术（Kumar等人，2012；Manikandan等人，2017）。

在先进处理方法中，光催化降解因其能够通过光照射产生的活性氧（ROS）将有毒有机污染物矿化为无害产物而受到广泛关注（Okpara等人，2023）。半导体纳米材料凭借其高表面积、可调带隙和高效的电荷分离能力，已成为环境修复的有希望的光催化剂（Chavan等人，2025）。最近的研究重点关注金属氧化物、掺杂纳米结构、纳米复合材料和异质结系统，以增强光催化效率（Chavan等人，2025；Mondal，2017）。形态工程、优化的晶粒尺寸、增加的表面积和改善的载流子动力学被认为可以加强结构与性能之间的关系，并显著提升光催化活性（Chavan等人，2025；Mondal，2017）。

然而，传统的纳米粒子合成方法通常涉及有毒化学物质、高能耗和环境有害的副产品，限制了它们的可持续性（Shahid等人，2022；Singhal等人，2011）。因此，使用植物、微生物和海洋藻类等生物资源进行绿色合成已成为一种环保的替代方案（Oturan和Aaron，2014；Xue等人，2019）。天然存在的植物化学物质，如酚类、黄酮类、萜类和多糖类，可以作为还原剂和包覆剂，促进纳米粒子的形成，同时提高稳定性、表面化学性质和电子转移特性（Almeida等人，2011；Kotta Ramulu等人，2025）。这些特性增强了光催化效率和环境相容性（Xue等人，2019；Almeida等人，2011）。

像Gracilaria edulis这样的海洋红藻富含生物活性代谢物，使其成为制备功能性纳米材料的优秀候选材料（Almeida等人，2011；Kotta Ramulu等人，2025；Kumar等人，2026）。在半导体金属氧化物中，Ag?O纳米粒子具有优异的可见光吸收能力、半导体特性和高效的电子-空穴对生成能力，能够有效降解染料分子（Ghodbane等人，2021；Wali等人，2019）。此外，绿色合成方法改善了Ag?O纳米粒子的表面特性和光催化性能，同时减少了对环境的影响（Hassaan等人，2023；Kucuk等人，2025）。

**尽管取得了这些进展，**关于利用Gracilaria edulis介导的Ag?O纳米粒子同时光催化降解混合染料废液并通过水质和土壤质量分析进行环境安全性评估的研究仍然有限。因此，本研究重点利用Gracilaria edulis提取物绿色合成Ag?O纳米粒子，对其进行了全面的物理化学表征，评估了其在可见光下的光催化降解效果，并评估了处理后水和土壤的质量。这项工作将绿色化学与半导体纳米技术相结合，开发了一种用于可持续废水处理和环境保护的环保光催化剂（Chavan等人，2025；Wali等人，2019；Chabalala等人，2025；Singh等人，2020）。

章节摘录

Gracilaria edulis提取物的采集与制备

最近从印度泰米尔纳德邦Cuddalore沿海地区采集了Gracilaria edulis（红藻）样本。样品先用自来水仔细清洗，再用蒸馏水冲洗以去除杂质和盐分。净化后的藻类在空气中干燥5-7天，然后研磨成细粉。约10克粉末与100毫升双蒸水在60-70°C下煮沸30分钟，随后冷却并用Whatman滤纸过滤。

紫外-可见光谱分析

Gracilaria edulis介导的Ag?O纳米粒子的紫外-可见光谱显示在426纳米处有一个明显的表面等离子体共振峰，证实了纳米粒子的形成（图1）。宽吸收带反映了Ag?O的半导体特性，并表明纳米粒子表面与提取物中的植物化学物质之间存在强烈的亲和力（Gunathilaka等人，2025）。吸收峰的轻微蓝移表明存在与量子限制效应相关的现象

结论

本研究有效展示了利用Gracilaria edulis提取物作为天然还原剂、包覆剂和稳定剂来生产银氧化物纳米粒子（Ag?O NPs）的环保方法。详细的表征证实了这些纳米粒子主要为球形结晶，粒径在18至40纳米之间。EPR分析发现了与缺陷中心相关的特征性顺磁共振信号，尤其是与氧空位相关的信号。

CRediT作者贡献声明

G. Visu：撰写原始草稿、进行研究、数据管理。N. Muruganantham：撰写、审稿与编辑、概念设计。P. Anitha：验证方法、进行正式分析。R. Govindharaju：数据可视化、资源准备。V. Anusuya：撰写、审稿与编辑、进行正式分析。

伦理批准

本研究未涉及人类参与者或动物，因此不需要伦理批准。

资金

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

Gungure等人，2024

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的利益冲突或个人关系。

致谢

作者衷心感谢印度泰米尔纳德邦Perambalur的Thanthai Hans Roever学院（自治学院）化学系提供的实验设施。同时感谢Coimbatore的PSG理工学院提供的表征设备。作者还感谢位于印度泰米尔纳德邦Kattankulathur的SRM科学技术学院的纳米技术研究中心（NRC）的支持。

G. Visu|N. Muruganantham|P. Anitha|R. Govindharaju|V. Anusuya

泰国米尔纳德邦Perambalur 621220，Elambalur，Bharathidasan大学附属Thanthai Hans Roever学院化学系