当前世界环境

介绍

纳米尺度的材料合成是二十世纪的重大发现。“纳米”一词来源于古希腊语“纳米”，意思是“侏儒”。纳米指的是十亿分之一。纳米(nm)可以通过说人的头发大约有一百万纳米宽来感受。当一种材料至少有一面属于1- 100nm时，称为纳米材料。纳米材料的物理和化学性质与它们的体积形态有很大的不同。例如，不透明的材料变成透明的(如铜)，不溶的变成可溶的，化学惰性物质在纳米形态下作为有效的催化剂(如金)¹。由于表面等离子体共振吸收，金属非粒子具有独特的光学特性。纳米材料之所以呈现出令人兴奋的颜色，不仅是因为它的大小或形状，还因为它们周围的介电介质。在散装状态下，金是黄色的，但当颗粒大小分别从20纳米到200纳米变化时，金胶体的颜色就会从宝石红变成蓝色²。

铂、钯、金、银等贵金属纳米粒子因其在先进技术中的应用前景而备受关注^3.。在这些金属纳米颗粒中，银因其高稳定性、高性价比和高效率而被广泛应用于生物医学领域⁴。除了越来越多的工业用途外，它们还同样用于不同的医疗应用，包括成像、肿瘤热疗、药物输送，甚至作为抗癌物质⁵。

快速变化的微生物病原体的全球人口的增加，必然需要发现新的药物来对抗人类疾病。此外，在没有适当医疗咨询的情况下，不分青红皂白地生产和不科学地使用药物，导致出现多种抗生素耐药菌株，从而产生更复杂的健康危害问题⁶。因此，开发对抗火星的新药是一个令人担忧的状态。在此背景下，纳米材料因其强大的抗菌作用、体积小导致更高的表面积以及与微生物的强结合亲和力而受到了研究人员的广泛关注⁷。从很久以前，银就被用作医疗用途的有效抗菌材料⁸。Ag NP设定了它的目标，因为它对多种微生物具有显著的抗菌作用⁹。

制备银纳米粒子的方法有很多，其中激光烧蚀法、热解法、化学法、微波辅助法、水热法等较为常见。¹⁰。每种方法都有一个或多个缺点，包括成本效益、能源消耗、使用有毒化学品(如封盖剂和稳定剂)、有机溶剂，因此没有一种方法是可持续的。为了克服这一问题，一种新的合成方法被称为绿色合成方法，以绿色化学为基础合成银NP是一种可持续的方法^11、12。在这种方法中，没有使用有毒化学物质，因此它是环境友好的，也是经济有效的。绿色合成方法有植物介导和微生物介导两种¹³。由于微生物的培养危害，研究人员通常倾向于使用各种植物的不同部位作为绿色材料来合成纳米材料。我们已经分别用印楝树和番石榴叶的水提物合成了银纳米粒子^{12 - 14}。在本研究中，我们报告了在常温下仅使用硝酸银一种化学物质的水溶液制备印楝叶提取物介导银纳米粒子的形成。通过光学吸收光谱证实了银NP的形成，而通过透射电子显微镜捕获颗粒的图像来估计颗粒的大小。所有实验结果都证实了这种可持续绿色合成方法成功地合成了银纳米粒子。

在过去的几十年里，水受到各种工业排放的有机染料的污染，导致对环境和人类健康的不利影响。虽然目前有过滤、混凝、臭氧氧化、吸附、阳极氧化、反渗透等大量方法可用于去除有毒染料，但它们都不具有成本效益¹⁵。最近，一种新型杂化吸附剂PANI@Fe-Mn-Zr用于去除水溶液中的甲基红染料¹⁶和MgFe₂O₄/聚苯胺纳米复合材料¹⁷据报道。以三氯化铁为混凝剂，采用混凝法对有毒染料伊红黄水溶液进行了快速、高效的分离¹⁸。因此，对一种快速、改进、有效、低成本的有害染料脱除方法的需求日益增长。近年来，绿色合成金属纳米粒子已被用于分解不同的染料，如亚甲蓝，罗丹明B，甲基红，4-硝基苯酚，刚果红和甲基橙¹⁹。然而，这项工作声称其新颖之处是，通过使用遵循绿色化学制备的生物合成银纳米粒子，在阳光照射下实现了亚甲基蓝(MB)染料降解的显着百分比(~88%)。

合成与表征

生物源性Ag NPs的合成示意图如图1所示。从当地收集新鲜的印度楝叶，并进行适当的清洗。树叶被太阳晒干，然后压成粉末。大约5克将叶尘加入0.1升蒸馏水中，放入热风箱45℃保存至水变成淡黄色。然后将有色提取物适当过滤并保存在冰箱中。样品的制备方法与我们之前的工作[12,14]相同。这里加入2ml叶提取物在硝酸银溶液40 ml (5 mM)，连续搅拌。过了一会儿，无色混合物的颜色逐渐变成淡黄色，然后变成黑黄色，证实了银纳米粒子的形成。

图1:生物源性Ag NPs合成示意图 点击此处查看图

采用紫外可见分光光度计(JASCO, V-630)进行光吸收(OA)光谱测量。通过x射线衍射(XRD)技术研究了样品的晶体结构。这里使用的是PROTO AXRD衍射仪。它的工作功率为0.6 kW，工作x射线波长为1.540 Å (CuK_？辐射)。为了记录XRD数据，将几滴液体样品滴在清洁的玻璃基板上制成薄膜。通过透射电子显微镜(JEOL, JEM 1400 plus)获得颗粒的图像。^12日,14日。

染料降解活性的研究

染料降解机制对这些Ag NPs进行了分析在日光照射下的亚甲基蓝染料。将1mg亚甲基蓝与0.2升蒸馏水混合制成染料溶液。然后加入5 mg Ag NPs，在暗室中搅拌30分钟。然后将溶液置于阳光照射下持续搅拌。在特定的时间间隔，从混合物中分离出一定量(~ 2ml)的有色水进行OA研究。这一退化的数据记录是由JASCO, v - 630紫外可见分光光度计^20.。

实验结果

光吸收光谱学

在制备样品时，如前所述，注意到水样的逐渐颜色变化。这种颜色的变化证实了不同大小Ag NP的形成。通过测量有色水样的OA光谱，可以证实银NP的形成。这是最基本、最基本的技术。图2为在硝酸银溶液中加入印楝叶提取物2小时后合成样品的OA谱图。光谱中有一个宽吸收峰，中心在~420 nm处，证实了银纳米粒子的形成。这种吸收也被称为表面等离子体共振(SPR)，当金属表面上的未束缚电子在电磁辐射的激发下发生谐波振荡时就会出现²¹。

TEM研究

利用透射电子显微镜获得的图像直接测量NP的大小。图3显示了相应的图像，其中发现颗粒接近球形。据估计，合成样品的平均尺寸为30 nm。

图2:生物合成银纳米颗粒的OA谱 点击此处查看图

图3:生物合成银纳米颗粒的TEM图像 点击此处查看图

XRD研究

采用x射线衍射(XRD)对材料进行了鉴定和结晶度分析。图4为样品的XRD谱图。光谱由~ 38º、44º、54º和78º四个突出的衍射峰组成，分别对应Ag的(111)、(200)、(220)和(311)面²²。标记为(*)的衍射峰是由于存在生物分子而产生的²³在样本内。结果表明，合成的样品具有面心立方结构和良好的晶体结构。XRD数据表明，颗粒的平均粒径为~20 nm²³。

图4:生物合成银纳米颗粒的XRD谱图 点击此处查看图

能量色散x射线光谱学(EDS)研究

图5为合成样品的EDS谱图。光谱中有一个很强的Ag峰，证实了合成样品的化学成分。能谱中的C, O和Cl的其他小峰可能是由于样品中存在的稳定纳米颗粒的生物化合物的x射线发射²⁴。得到的结果是一致的，因为银纳米粒子通常在3000 eV左右由于SPR而表现出一个特征OA峰²⁵。

图5:绿色合成银纳米颗粒的能谱图 点击此处查看图

染料降解评价

在日光照射下对甲基溴的分解进行了光催化活性研究。图6显示了染料在不同时间的降解情况。每个光谱由两个以~663 nm和~610 nm为中心的OA峰组成，分别属于和的跃迁²⁶。随着时间的推移，吸收峰的强度逐渐减小，说明生物源Ag NPs对染料进行了分解和降解。

染料的降解百分率可以用下面的公式来估计²⁷

在哪里C₀和C分别为t时刻和任意时刻染料的浓度。

MB染料的浓度与吸光度成正比。图7显示了染料降解率随时间的变化。观察到染料在4小时内降解率高达88%，这推断了生物源银纳米颗粒作为光催化剂的优异性能。表1显示了之前报道的结果与本研究结果的比较研究，绿色合成Ag NPs介导的MB染料在阳光下的降解。从表中可以看出，我们的绿色合成银纳米粒子相比其他合成银纳米粒子具有更好的光催化效果。

表1:本研究中Ag NPs介导的MB染料在日光照射下降解与部分文献报道结果的比较

通过吸收太阳光子，银纳米粒子的表面等离子体电子发生激发。这些被激发的电子被介质中的溶解氧分子吸收，并将其转化为超氧自由基(•O)₂^-)，它是一种非常强的氧化剂，能够分解并降解MB染料[34]。这解释了Ag NPs在太阳光照射下降解MB染料的机理。

图6:不同时间间隔Ag NP辅助降解MB的紫外可见光谱 点击此处查看图

图7:MB染料随时间的降解百分比。填充的圆圈是实验数据点 点击此处查看图

结论

本文采用绿色合成的方法，以印楝叶水提物和硝酸银溶液为原料，在室温下成功合成了纳米银。除了硝酸银外，这里没有使用其他化学物质，因此它是环保和可持续的。在这里，不同的生物化合物存在于印度楝叶提取物中，作为还原剂和封盖剂。银纳米粒子的形成主要通过硝酸银水溶液的颜色变化来证实，并通过光学吸收光谱在~420 nm处显示出宽的吸收峰来证实。通过透射电子显微镜获得的图像估计颗粒的大小，发现颗粒的大小在纳米(10)⁹米)的规模。所有的实验结果都与其他人的观察结果和我们之前的工作相一致。合成的银纳米粒子结晶度好，除特征峰外，在XRD光谱中未观察到其他峰，为纯银晶体。最后得出结论，生物合成银纳米颗粒可用于废水处理、纺织工业或其他领域作为染料降解的光催化剂，以减少合成染料对环境的污染。

确认

作者要感谢西孟加拉邦普鲁里亚Sidho-Kanho-Birsha大学物理系和布尔德万大学科学仪器中心(USIC)扩建了实验设施。作者还要感谢Sidho-Kanho-Birsha大学物理系教授Probodh K. Kuiri教授和Burdwan大学物理系教授Atis C. Mandal教授的动机和启发。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

资金来源

作者在研究、撰写和/或发表这篇文章时没有得到任何经济支持。

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