JNT 纳米技术杂志》 1687 - 9511 1687 - 9503 Hindawi出版公司 10.1155 / 2016/4059591 4059591 研究文章 生物合成的铁纳米粒子使用领带观音茶提取溴麝香草酚蓝的降解 http://orcid.org/0000 - 0002 - 6107 - 5247 鑫 海盐 1 http://orcid.org/0000 - 0001 - 8188 - 9355 杨 鑫 1 http://orcid.org/0000 - 0001 - 5979 - 3744 刘 小丽 1 http://orcid.org/0000 - 0002 - 1694 - 5960 唐 交给 1 http://orcid.org/0000 - 0002 - 5329 - 9742 翁 Lianjin 1 http://orcid.org/0000 - 0001 - 9854 - 1996 汉 渊源 1 罗西 马可 福建省重点实验室生化技术 化学工程学院 华侨大学 集美大道668号 厦门361021 中国 hqu.edu.cn 2016年 27 12 2016年 2016年 30. 06 2016年 18 11 2016年 24 11 2016年 2016年 版权©2016海燕鑫et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

肤浅的合成零价铁纳米粒子已经使用领带观音茶提取物开发降低和稳定剂。描述由紫外- SEM, TEM, XRD和红外光谱技术已经确定的成功合成零价铁纳米粒子。很明显从球形的TEM结果零价铁纳米粒子的平均尺寸 6.58 ± 0.76 纳米已经通过生物方法在本研究中获得的。红外光谱谱表明,多酚类物质的合成过程中起着重要的作用。衍射峰在2 θ 44.9°,49.1°的XRD谱解释铁纳米粒子的存在。此外,铁纳米颗粒的浓度效应和浓度的溴麝香草酚蓝在降解过程中动力学速率常数进行了研究。

 福建省自然科学基金 2012年j05025 研究福建省教育局的基础 JA15022 厦门科技项目 3502年z20163011 华侨大学 福建科技的关键项目 2014年n0006 1。介绍

近年来的严重短缺,清洁和安全的水在中国,因为环境污染的水资源正面临着严峻的挑战,由于城市化、工业化、农业和矿业活动( 1, 2]。尤其是染料存在迫在眉睫的威胁水质的大中型城市印染行业的不断发展 3, 4]。印染废水的处理已经因此吸引了越来越多的关注,以实现可持续发展( 5]。

纳米技术最近吸引了密集的工业圈的关注和学术界的应用在各种领域。报道,纳米材料可以发挥其独特的性能在广泛的领域,如医疗保健( 6),与食品相关的使用( 7)、生物传感( 8),和环境修复( 9),使用抗菌剂、吸附剂和高效催化剂,由于其独特的物理和化学性质( 3, 10, 11]。在金属纳米粒子,研究铁纳米颗粒是一种最有趣的研究领域,近年来。铁纳米粒子指零价铁颗粒与颗粒大小在1 - 100纳米的范围。零价铁的金属离子可以减少其背后位于元素周期表,由于其固有的减少能力强( 12]。此外,它还可以降解有毒有机化合物耐火材料,通过将大分子物质分解为小分子,将难生化降解的化学物质转换为简单的生化处理的材料( 13- - - - - - 15]。即零价铁可以广泛应用于废水处理、生物催化( 16]。到目前为止,物理和化学方法两种普通的方法对铁纳米颗粒的合成。物理方法主要包括高能球磨技术,物理气相沉积方法,金属蒸气合成、溅射、真空蒸发法和机械合金化法。然而,这些行之有效的工具至关重要的仪器和设备以及缺乏有效的方法来控制金属纳米粒子的形态。比较,化学协议制造金属纳米粒子吸引了更多的关注由于其灵活性和操作方便。化学合成的纳米颗粒通常分为化学还原法、高温裂解法,微乳液法,电化学方法( 17]。如果这些技术可以实现成功,通常避免使用有毒的化学试剂(还原剂、防护剂)、硼氢化钠、水合肼、hexadecyltrimethylammonium溴铵(CTAB)和聚乙二醇(PEG),等等( 18- - - - - - 20.]。因此,它可以带来一定程度的环境问题,不符合绿色化学的原则和我们社会的可持续发展。

新世纪成立以来,生物合成的纳米粒子作为一种新兴的纳米技术受到越来越多的关注,这是由于不断增长的需要开发环保技术在材料合成 21- - - - - - 24]。例如,大量的精力已经投入绿色合成金属纳米粒子,利用微生物、壳聚糖、纤维素纳米晶体,和植物( 25- - - - - - 32]。Sastry和同事获得生物合成金属纳米颗粒的植物叶子中提取( 33, 34]。我们演示了非盟的形成、Ag)和钯纳米颗粒的生物或植物提取物 35- - - - - - 37]。上述合成的协议是有前途的应用植物生物合成金属纳米颗粒。然而,很少有研究报道的绿色合成零价铁纳米粒子使用生物质在自然界中。

在这工作,不熟练地合成零价铁纳米粒子(GZVINPs)合成的提取领带观音茶,semifermented茶和福建的丰富,中国。领带观音茶提取物的活性成分是茶多酚和类黄酮,这已经确定共轭 π电子系统的分子可以使羟基捐赠电子自由基从而更好的抗氧化能力( 38]。当前工作的目的如下:(i)的合成零价铁纳米粒子(ZVINPs)领带观音茶提取物,原产于福建,中国,(ii)特征的ZVINPs用来分析其形态、大小、结构,(3)应用铁纳米颗粒的催化降解溴麝香草酚蓝。

 2。材料和方法 2.1。绿色合成GZVINPs

领带观音茶提取物通过加热20 g / L的领带观音茶80°C与机械搅拌真空过滤紧随其后。随后,0.05 FeCl3添加到20 g / L领带观音茶中提取1:2体积比。最终的解决方案是孵化在60°C水浴1 h达到GZVINPs。

 2.2。制备溴麝香草酚蓝和H <子> < /订阅> O <子> 2 < /订阅>解决方案

在这个实验中,不同浓度的溴百里酚蓝(100、150、250、400和500 mg / L)是由溶解适量去离子水的溴麝香草酚蓝。另外,2%的H2O2解决方案从一个不稳定的获得30% H2O2用去离子水稀释的解决方案。

 2.3。表征GZVINPs

记录产生的紫外可见光谱分散在不同的波长λ950分光光度计(美国PerkinElmer)。收集粉末的红外光谱谱GZVINPs使用iS50(热费希尔)红外分光光度计。为此,庞大的切片样本准备混合1% (w / w)和100毫克KBr样本。执行的XRD分析GZVINPs使用x射线衍射分析仪(SmartLab Rigaku,日本)铜Ka辐射( λ = 1.54 )在扫描范围从10°- 80°2 θ 扫描速度3°min−1。用扫描电镜观察之前,在乙醇溶液和ultrasonicated样本稀释了15分钟。使用扫描电子显微镜日立SU8000与加速电压3000 V和60000倍的放大。之前与TEM观察,在乙醇溶液和ultrasonicated样本稀释了25分钟。一滴乙醇浆被碳包覆铜网格,真空干燥,然后使用TEM观察准备样品。样本的照片拍摄与Tecnai + 30(范、飞利浦、荷兰)TEM,运营在300千伏。

 2.4。批实验

溴麝香草酚蓝的降解实验在室温下进行。紫外可见吸光度是阅读 λ 米 一个 x = 431年 使用紫外线WinLab PerkinElmer nm为溴麝香草酚蓝。的浓度测定依赖溴麝香草酚蓝的标准曲线。此外,空白实验只是执行与H2O2。批处理实验使用催化剂合成与降解溴麝香草酚蓝领带观音茶提取物水介质。对于这个实验,石英试管用作所有实验的反应容器。3毫升500 mg / L H溴麝香草酚和2%2O2被添加到一个石英试管。铁源快速注入试管的分光光度计。然后立即开始扫描混合解决方案保持不变,直到完成。各种GZVINPs浓度为0.06,0.12,0.33,0.5,和0.66毫米被用于这个实验来确定他们的去除效率。同样,不同浓度的影响(100.0,150.0,250.0,400.0,和500.0 mg / L)的溴麝香草酚蓝也被调查。

 3所示。结果与讨论

当领带观音茶提取和水FeCl3溶液混合,反应混合物的颜色瞬间从黄色变成深棕色。与此同时,我们可以观察到视觉上的黑色沉淀出现在烧杯。GZVINPs进一步解释的形成与紫外可见分光光度计测量其吸光度范围从350到800纳米(图 1)。对于FeCl3解决方案,没有锋利的吸收550至800海里,而GZVINPs浆有明显的吸收波长在更高,而且它是大大不同于其他两个在490海里。

(一)FeCl的紫外光谱3、(b)茶提取物和(c) GZVINPs。

图 2显示了SEM和TEM GZVINPs合成的图像。很明显看到,铁纳米粒子表现出球形。TEM表征(图 2 (b))进一步说明了球形纳米粒子的均匀分布和平均粒径 6.58 ± 0.76 纳米(图 2 (c))。

(一)SEM图像,(b) GZVINPs的TEM图像合成与领带观音茶提取物,和(c)人口分布的纳米粒子。平均直径是 6.58 ± 0.76 nm。

红外光谱分析应用于评估可能的生物分子的振动特征附加铁纳米颗粒。红外光谱谱领带观音茶显示伸展振动在1634厘米−1C = C和3382厘米−1地,碳氢键和碳氮吸附乐队在2920和1367厘米−1。相比之下,铁纳米颗粒的红外光谱谱显示大片地集团在3410厘米−1碳氢键,2923厘米−1在1594厘米,C = C−1,C-O-C和碳氮在1039和1396厘米−1(图 3(一个)),这是安装茶中提取的光谱。在分析的基础上,结合表面氧化的多酚GZVINPs检查。因此,推测多酚可能功能降低和覆盖剂在合成过程中。

红外光谱谱(a)和x射线衍射模式GZVINPs合成与领带观音茶提取物(b)。

XRD分析的模式进行了探讨合成铁纳米颗粒在示例(图 3 (b))。XRD分析表明几个明显的峰值约为44.9°和49.2°显示存在的零价铁( 3, 39),而峰值大约35.5°,20 - 35°是由磁铁矿(Fe3O4)和铁氢氧化物(FeOOH),分别 40),而峰值约为17.6°被确认为成分茶多酚/咖啡因的提取( 18]。

评估铁纳米粒子的降解潜力,进行批量实验。如图 4溴麝香草酚蓝,简直是退化的H2O2没有任何催化剂,而只有不到10%的溴麝香草酚蓝是退化的茶叶提取物和90%以上被GZVINPs退化。

溴麝香草酚蓝的降解茶叶提取和GZVINPs和缺乏催化剂。

此外,它显然是观察从图 5431纳米的最大吸光度降低每在紫外可见光谱扫描时间和消除溴麝香草酚蓝收益几乎瞬间,有超过90%的溴麝香草酚蓝15分钟内被删除GZVINPs使用0.33或0.5毫米。的好GZVINPs花更少时间的降解溴麝香草酚蓝与结果(约60分钟)在报道文献[ 39]。有趣的是,去除效率与0.5毫米GZVINPs类似于0.33毫米证明了图的结果 5 (d)。总的来说,它可以推断出,更高的GZVINPs浓度加快氧化溴麝香草酚蓝。

溴麝香草酚蓝的紫外可见光谱随时间与不同浓度的GZVINPs, (a) 0.06毫米,0.33毫米(b)、(c) 0.5毫米,和(d),溴百里酚蓝的降解。

确认溴麝香草酚的降解as-synthesized铁纳米粒子,实验数据拟合得很好符合一级反应动力学模型。发现是符合报告的引用( 32]。一条线可以获得策划ln的速率常数( C t/ C0)与反应时间。结果如图 6。图表说明了铁纳米颗粒浓度影响溴麝香草酚蓝的降解时间的2% H2O2和0.06,0.12,0.33,0.5,和0.66毫米GZVINPs分别。相比之下,0.33毫米GZVINPs催化H2O2最高的催化反应生成的。速率常数明显增加从0.04353分钟−1在0.06毫米GZVINPs 0.20190分钟−1在0.33毫米GZVINPs,而减少时观察到的浓度GZVINPs超过0.33毫米(表 1)。溴麝香草酚蓝的降解被证明与铁纳米颗粒的浓度有明显关系。因此,0.33毫米GZVINPs被认为是足够达到最好的去除效率,用于下一个实验。

的降解速率常数与GZVINPs催化溴麝香草酚蓝H2O2。

曲线在图 6 GZVINPs(毫米) 率(最低−1) R2
(一) 0.06 0.04353 0.98308
(b) 0.12 0.08437 0.97672
(c) 0.33 0.2019 0.91499
(d) 0.5 0.14225 0.97781
(e) 0.66 0.13645 0.96021

分解的动力学与GZVINPs溴百里酚蓝(a)浓度0.06毫米,0.12毫米(b)、(c) 0.33毫米,(d) 0.5毫米,0.66毫米(e)。

为了研究溴麝香草酚蓝的浓度的影响动力学速率常数,0.33毫米GZVINPs用于100,150,250,400,500 mg / L溴麝香草酚蓝。见图 7,溴百里酚蓝浓度的增加导致快速降解浓度来之前到150 mg / L,但速率常数逐渐降低(表 2)。结果表明,高溴麝香草酚浓度并不有利于H的分解2O2和羟基自由基的形成,导致降解速度放缓。

的降解速率常数与不同浓度使用0.33毫米GZVINPs催化溴麝香草酚蓝H2O2。

曲线在图 7 溴麝香草酚蓝(毫克/升) 率(最低−1) R2
(一) One hundred. 0.09286 0.99721
(b) 150年 0.16825 0.92986
(c) 250年 0.13278 0.97113
(d) 400年 0.10185 0.97786
(e) 500年 0.10226 0.96533

动能的降解溴麝香草酚蓝使用0.33毫米GZVINPs不同浓度。

 4所示。结论

灵巧的锅的绿色方法合成GZVINPs成功开发使用领带观音茶提取和FeCl3解决方案没有额外的化学药剂。茶多酚作为减少和限制代理,延长催化剂的寿命。重要的是,好GZVINPs显示高活动与超过90%的溴麝香草酚蓝降解染料去除在环境温度在15分钟,这是明显优于结果(约60分钟)的研究报告。和催化动力学表明,反应速率达到最高的2%的H2O2和0.33毫米铁纳米颗粒在溴麝香草酚蓝150 mg / L。结果令人信服地证明GZVINPs加速催化转换导致溴麝香草酚蓝的降解率明显增加。因此,绿色纳米技术将发挥重要作用的探索和改进催化降解印染废水的环境。

 相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

作者感谢这种支持这项工作的福建省自然科学基金(没有。2012 j05025),研究基金会教育局的福建省,中国(JA15022)、厦门科技项目(3502 z20163011),研究生科研创新项目的华侨大学(2014),和福建的科技重点项目(没有。2014 n0006)。

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