铁观音茶提取液生物合成纳米铁降解溴百里酚蓝

摘要

使用Timanyin茶提取物作为还原和稳定剂，开发了零价铁纳米粒子的容易合成。通过UV-VI，SEM，TEM，XRD和FTIR技术进行的表征已经确定了零价铁纳米粒子的成功合成。从TEM结果中显而易见的是球形零价铁纳米粒子，平均大小本研究通过生物方法得到纳米。红外光谱表明多酚在合成过程中起着重要作用。2点衍射峰在XRD光谱中44.9°和49.1°解释了铁纳米粒子的存在。另外，研究了在降解过程中浓缩铁纳米粒子浓度和溴酚蓝浓度对动力学率常数的影响。

1.导言

近年来目睹了中国清洁和安全水的严重短缺，因为由于城市化，工业化，农业和采矿活动，水资源面临着环境污染的严峻挑战[1，2]特别是随着印染工业的不断发展，染料对大中城市的水质构成了迫在眉睫的威胁[3.，4]因此，为了实现可持续发展，印染废水的处理越来越受到重视[5］.

近年来，纳米技术在各个领域的应用引起了工业界和学术界的广泛关注。据报道，纳米材料可以在广泛的领域发挥其独特的性能，如医疗保健[6]与食物相关的用途[7]，生物传感[8]，以及环境整治[9]，用作抗菌剂，吸附剂和有效催化剂，由于其特殊的物理和化学性质[3.，10.，11.］.在已报道的金属纳米粒子中，铁纳米粒子的研究是近年来最引人关注的研究领域之一。铁纳米颗粒是指粒径在1 ~ 100 nm范围内的零价铁颗粒。零价铁由于其固有的强还原能力，可以还原元素周期表中位于它后面的金属离子[12.］.另外，通过将大分子物质分解成较小的分子，还可以降解有毒耐火有机化合物，将难以生化的生化降解转化为具有易生化治疗的材料的化学物质[13.- - - - - -15.］.即零价铁可广泛应用于废水处理和生物催化[16.]迄今为止，物理和化学方法是合成铁纳米颗粒的两种常用方法。物理方法主要有高能球磨法、物理气相沉积法、金属气相合成法、溅射法、真空蒸发法和机械合金化法。然而，这些成熟的工具对仪器和设备至关重要，并且缺乏有效的方法来控制金属纳米颗粒的形态。相比之下，制备金属纳米颗粒的化学方法因其灵活性和易操作性而备受关注。纳米粒子的化学合成通常分为化学还原法、高温热解法、微乳液法和电化学法[17.］.如果这些技术能够成功实现，通常不可避免地要使用有毒的化学试剂(还原剂、保护剂)，如硼氢化钠、水合肼、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)等[18.- - - - - -20.]因此，它会带来一定程度的环境问题，这不符合绿色化学原则和我们社会的可持续发展。

进入新世纪以来，纳米粒子生物合成作为纳米技术的一个新兴亮点受到越来越多的关注，因为在材料合成中开发环境友好的技术的需求越来越大[21.- - - - - -24.］.例如，使用微生物，壳聚糖，纤维素纳米晶体和植物，已经投入了大量的努力。使用微生物，壳聚糖，纤维素纳米晶体和植物25.- - - - - -32]Sastry及其同事通过植物叶提取物实现了金属纳米颗粒的生物合成[33，34］.我们证明了Au, Ag和Pd纳米粒子的形成由生物质或植物提取物[35- - - - - -37］.上述合成方案说明了植物生物资源在金属纳米粒子合成中的应用前景。然而，利用生物质在自然界中绿色合成零价铁纳米颗粒的研究报道甚少。

在这项工作中，用Tie Guanyin Tea的提取物合成了绿色合成的零价铁纳米粒子（GZVinps），该茶叶是半切割的茶，并在中国福建大量提供。TieGaanyin茶提取物的活性组分是多酚和黄酮类化合物，其已鉴定为共轭π分子的电子系统可以使羟基向自由基提供电子，从而提高抗氧化能力[38］.目前工作的目的如下:(1)利用中国福建铁观音茶提取物合成零价铁纳米颗粒(ZVINPs);(2)对零价铁纳米颗粒进行表征，分析其形态、大小和结构;(3)铁纳米颗粒用于催化降解溴百里酚蓝。

2.材料和方法

2.1。Gzvinps的绿色合成

铁观音茶提取物通过加热20分钟获得 g/L铁观音茶至80°C，机械搅拌，然后真空过滤。随后，0.05 M-FeCl_3.加入到20克/升绞纱茶提取物中以1：2体积比。然后将所得溶液在60℃的水浴中温育1小时以获得Gzvinps。

2．2．溴百里酚蓝和H₂O₂解决方案

在本实验中，不同浓度的溴麝香草酚蓝（100、150、250、400和500 将适量的溴麝香草酚蓝溶解于去离子水中，制备出mg/L的溴麝香草酚蓝₂O₂溶液从不稳定的30%溶液中获得₂O₂用去离子水稀释溶液。

2.3。GZVINPS的特征

在Lambda 950分光光度计（Perkinlemer，USA）上记录所制备分散体在不同波长下的紫外-可见光谱。使用iS50（Thermo Fisher）红外分光光度计收集粉末GZVINPs的FTIR光谱。为此，通过将1%（w/w）样品与100%样品混合制备样品薄片 镁 KBr。GZVINPs的XRD分析采用X射线衍射分析仪（日本日立株式会社SmartLab）Cu-Ka辐射进行( Å）在10°到80°2的扫描范围内以3°min的扫描速度⁻¹．SEM观察前，将样品用乙醇溶液稀释，超声15 min。使用日立SU8000扫描电子显微镜，加速电压3000 V，放大率60000。透射电镜观察前，将样品用乙醇溶液稀释，超声25 min。将一滴乙醇浆滴在碳包铜栅上，真空干燥，用TEM观察制备的样品。样品的照片是用Tecnai F30 (FEI, Philips, Netherlands) TEM在300 kV下拍摄的。

2.4.批量试验

溴素醇蓝色实验的所有降解在室温下进行。读取UV-Vis吸光度 使用Perkinlemer UV-WinLab测定溴麝香草酚蓝的波长。根据溴麝香草酚蓝的标准曲线测定浓度。此外，空白实验仅用H进行。₂O₂．以铁观音茶提取液为原料合成催化剂，对溴百里酚蓝进行了间歇降解试验。在本实验中，石英试管作为所有实验的反应容器。3 mL 500 mg/L溴百里酚和2% H₂O₂加入石英反应杯。将铁源快速注入分光光度计中的反应杯。然后立即开始扫描，混合溶液保持原样直到完成。不同浓度的GZVINPs为0.06、0.12、0.33、0.5和0.66 在本实验中，使用mM测定其去除效率。同样，不同浓度（100.0、150.0、250.0、400.0和500.0）的影响 并对溴百里酚蓝（mg/L）进行了研究。

3。结果与讨论

铁观音提取液与氯化铁水溶液_3.将溶液混合，反应混合物的颜色瞬间转向黄色的深褐色。同时，我们可以观察到烧杯中的视觉上的黑色沉淀物。通过测量其在350至800nm的范围内的UV-Vis分光光度计的吸光度来进一步解释GZVinps的形成（图1)．对于FECL._3.溶液中，在550 ~ 800 nm之间没有明显的吸收，而GZVINPs浆体在较高波长处有明显的吸收，在490 nm后与其他两种浆体有明显的差异。

图形2显示合成的Gzvinps的SEM和TEM图像。显而易见的是，铁纳米粒子本质上表现出球形。TEM表征（图2 (b))进一步说明了球形纳米粒子的均匀分布，平均粒径约为纳米(图2 (c))．

FTIR分析用于评估可能附着铁纳米颗粒的生物分子的振动特性。铁观音茶的FTIR光谱在1634处显示拉伸振动 厘米⁻¹为C=C和3382厘米⁻¹在2920和1367 cm处，O-H、C-H和C-N的吸附带明显增加⁻¹．相比之下，铁纳米颗粒的FTIR光谱显示出3410厘米的大量O-H组⁻¹，C-H在2923厘米处⁻¹，C=C，在1594处 厘米⁻¹，以及1039及1396的C-O-C及C-N 厘米⁻¹(图3(一个)），它适用于茶提取物的光谱。基于分析，研究了氧化多酚对GZVINPS表面的键合。因此，推测多酚可以在合成过程中用作还原和覆盖剂。

通过XRD分析，研究了样品中合成的铁纳米颗粒的形貌(图)3 (b))．XRD分析说明了大约44.9°和49.2°的几个明显的峰值显示出零价铁的存在[3.，39]，而35.5°和20–35°附近的峰值则归因于磁铁矿（Fe_3.O₄)和铁氢氧化物(FeOOH) [40]，而在茶提取物的多酚/咖啡因中鉴定为约17.6°的峰值[18.］.

为了评价纳米铁的降解性能，进行了分批实验。如图所示4溴麝香草酚蓝在H存在下几乎不能降解₂O₂在没有任何催化剂的情况下，溴百里酚蓝的降解率低于10%，GZVINPs降解率超过90%。

此外，从图中可以清楚地观察到5最大吸光度为431 在紫外-可见光谱中，nm随每次扫描时间而减小，溴麝香草酚蓝的去除几乎在瞬间进行，在15分钟内去除了90%以上的溴麝香草酚蓝 最小值使用0.33或0.5 制备的GZVINPs降解溴麝香草酚蓝所需的时间远少于结果（~60 min）在报告的文献中[39］.有趣的是，用0.5mm Gzvinps的去除效率类似于0.33mm，如图所示5（d）．总的来说，可以推断出较高的GZVINPS浓度加速溴酚蓝的氧化。

为了证实合成的纳米铁颗粒对溴麝香草酚的降解，实验数据与拟一级反应动力学模型很好地吻合，这一发现与文献报道一致[32]。可以绘制一条线，通过绘制ln来获得速率常数(C_t/C₀)与反应时间的关系。结果如图所示6．该图显示了在2% H的存在下，铁纳米颗粒浓度随时间的变化对溴百里酚蓝降解的影响₂O₂和0.06,0.12,0.33,0.5和0.66 mM GZVINPs，分别为0.33 mM-GZVINPs催化H₂O₂产生最高的催化反应性。速率常数显着增加0.04353分钟⁻¹0时06分 毫米GZVINPs至0.20190 闵⁻¹0.33 mM GZVINPs，而当GZVINPs浓度超过0.33时，观察到下降 毫米（表1)．结果表明，纳米铁的浓度对溴百里酚蓝的降解有明显的影响。因此，0.33 mM的GZVINPs可以达到最佳的去除效果，可用于后续实验。

为研究溴百里酚蓝浓度对动力学速率常数的影响，分别用0.33 mM GZVINPs处理100、150、250、400和500 mg/L溴百里酚蓝。如图所示7，溴麝香草酚蓝浓度的增加导致溴麝香草酚蓝在浓度达到150%之前迅速降解 mg/L，但此后速率常数逐渐降低（表2)结果表明，高浓度的溴百里酚不利于H的分解₂O₂并形成羟基自由基，导致降解速度减慢。

4。结论

以铁观音茶提取物和三氯化铁为原料，建立了一种简便的一锅绿色合成GZVINPs的方法_3.溶液没有额外的化学试剂。茶多酚用作延长催化剂寿命的还原和封端剂。重要的是，AS制备的GZVINPS在环境温度下在15分钟内以超过90％的染料除去染色的染色蛋白蓝色降解的高活性，这在报道的研究中显着优于结果（〜60分钟）。并且催化动力学表明在2％H存在下实现最高的反应速率₂O₂和0.33 溴麝香草酚蓝为150时的mM铁纳米颗粒 结果令人信服地表明，GZVINPs加速了催化转化，导致溴麝香草酚蓝的降解率明显提高。因此，绿色纳米技术将在探索和改善环境中染料废水的催化降解方面发挥重要作用。

利益争夺

提交人声明没有关于本文的出版物的竞争利益。

致谢

作者感谢福建省自然科学基金的这项工作的友好支持（2012J05025），福建省（JA15022），厦门科技项目（3502Z20163011），研究创新项目，教育局研究基金作者：王莹，2009年第03期华桥大学研究生博学生（2014年），福建科技科技重点项目（2014年NAN0006）。

参考

1. 胡敏，唐斌，韩伟，程志成，“多金属氧酸盐催化零价铁去除废水中Cr(VI)的效果、机理及影响因素”，台湾化学工程学会学报，卷。47，pp.177-181,2015。查看在：出版商网站|谷歌学者
2. R. Kumar, N. Singh，和S. N. Pandey，“绿色合成零价铁纳米颗粒修复铅污染水的潜力”，国际环境科学与技术杂志，卷。12，不。12，pp。3943-3950,2015。查看在：出版商网站|谷歌学者
3. T.Wang，X.Jin，Z.Chen，M.Megharaj和R.Naidu，“利用桉树叶提取物绿色合成铁纳米颗粒以处理富营养化废水，”总体环境科学，第466-467卷，第210-213页，2014年。查看在：出版商网站|谷歌学者
4. H. Abdul Salam, P. Rajiv, M. Kamaraj, P. Jagadeeswaran, S. Gunalan, and R. Sivaraj，“植物:纳米粒子合成的绿色途径”，国际生物科学研究杂志， vol. 1, no. 15, pp. 85-90, 2012。查看在：谷歌学者
5. 黄磊，翁新民，陈志刚，M. Megharaj, R. Naidu，“不同茶叶提取物的绿色合成纳米铁的反应性比较研究，”光谱化学学报A部分:分子和生物分子光谱，卷。130，pp。295-301,2014。查看在：出版商网站|谷歌学者
6. “超顺磁性氧化铁纳米粒子的合成及其在肿瘤靶向治疗和成像中的应用，”前沿的医学，卷。5，不。4，pp。379-387，2011。查看在：出版商网站|谷歌学者
7. M.Cao，Z.Li，J.Wang等人，“磁性氧化铁纳米颗粒的食品相关应用：酶固定化、蛋白质纯化和食品分析，”食品科学和技术的发展趋势，卷。27，不。1，pp。47-56,2012。查看在：出版商网站|谷歌学者
8. G.K.Kouassi，“磁性和镀金磁性氧化铁纳米颗粒作为检测工具：制备、表征和生物传感应用，”目前的纳米科学，第7卷，第5期4，pp。510-523，2011。查看在：出版商网站|谷歌学者
9. R. Singh, A. Singh, V. Misra，和R. P. Singh，“使用零价铁纳米颗粒降解林丹污染的土壤”，生物医学纳米技术杂志，第7卷，第5期1, pp. 175-176, 2011。查看在：出版商网站|谷歌学者
10. R.A.Crane和T.B.Scott，“纳米零价铁：新兴水处理技术的未来前景，”危险材料杂志，第211-212卷，第112-125页，2012年。查看在：出版商网站|谷歌学者
11. E. Matei, A. Predescu, E. Vasile，和A. Predescu，“用作废水处理材料的磁性铁氧化物的特性”，物理学杂志：会议系列第304卷1, 2011。查看在：出版商网站|谷歌学者
12. G.邱，H.Huang，H. numenino等，“微波辅助水热合成纳米α.-fe.₂O_3.对于催化剂和吸附剂，”物理化学学报C，第115卷，第40号，第19626-19631页，2011年。查看在：出版商网站|谷歌学者
13. X. Weng，L. Huang，Z. Chen，M. Megharaj，以及R. Naidu，“通过绿茶提取物合成铁基纳米粒子及其对孔雀石的降解”工业作物及产品， vol. 51, pp. 342-347, 2013。查看在：出版商网站|谷歌学者
14. K. M. Kumar, B. K. Mandal, K. S. Kumar, P. S. Reddy, B. Sreedhar，“基于生物的绿色方法合成钯和铁纳米颗粒恒星芝士水提取物，”光谱化学学报A部分:分子和生物分子光谱，卷。102，pp。128-133,2013。查看在：出版商网站|谷歌学者
15. K. B. Narayanan和N.Sakthivel，“通过微生物的金属纳米粒子的生物合成”，胶体和界面科学的进步，卷。156，没有。1-2，pp。1-13，2010。查看在：出版商网站|谷歌学者
16. O. V. Kharissova, H. V. R. Dias, B. I. Kharisov, B. O. Pérez, V. M. J. Pérez，“纳米粒子的绿色合成”，生物技术的趋势第31卷第1期4, pp. 240-248, 2013。查看在：出版商网站|谷歌学者
17. X.-Q。Li, D. W. Elliott，和w - x。“零价铁纳米颗粒在环境污染治理中的应用:材料和工程方面”，固体和材料科学评论，第31卷，第4期，第111-122页，2006年。查看在：出版商网站|谷歌学者
18. T. Shahwan，S. Abu Sirriah，M. Nairat等人，“铁纳米粒子的绿色合成及其作为阳离子和阴离子染料的降解的Fenton样催化剂的应用，”化学工程杂志，第172卷，第1期，第258-266页，2011年。查看在：出版商网站|谷歌学者
19. D. O'Carroll, B. Sleep, M. Krol, H. Boparai，和C. Kocur，“污染场地修复的纳米级零价铁和双金属颗粒”，水资源进展，第51卷，第104-122页，2013年。查看在：出版商网站|谷歌学者
20. O. V. Kharissova和B. I. Kharisov，“活性纳米结构金属的合成技术和应用:到2008年的亮点，”纳米技术的最新专利，卷。2，不。2，pp。103-119，2008。查看在：出版商网站|谷歌学者
21. “环糊精对铁基纳米粒子表面形貌和反应性的影响桉树叶子提取物，“工业作物及产品， vol. 69, pp. 308-313, 2015。查看在：出版商网站|谷歌学者
22. 蔡元元、沈元元、谢亚军、李树森和王晓峰，“绿色合成豆芽介导的超顺磁性铁。”_3.O₄纳米颗粒,”磁性和磁性材料杂志CHINESE，第322卷，第19号，第2938-29432010页。查看在：出版商网站|谷歌学者
23. Y.-P.太阳，X.-q.李，w.-x.张和H.P. Wang，“一种制备零价铁纳米粒子稳定分散的方法，”胶体和表面A：物理化学和工程方面，第308卷，第2期1-3，第60-66页，2007。查看在：出版商网站|谷歌学者
24. S. Mohanraj，S.Kodhaiyolii，M.Rengasamy和V.Pugalenthi，“绿色合成的氧化铁纳米粒子对发酵氢产生的影响acetobutylicum梭状芽胞杆菌，“应用生物化学与生物技术，第173卷，第1期，第318-331页，2014年。查看在：出版商网站|谷歌学者
25. Li G. Li, Li W. Li, F. Yang, and H. Liu， " Greenly synthesis of金-海藻酸盐纳米复合催化剂的制备及其对偶氮染料的脱色性能，"纳米技术，第10卷，第8期，文章编号1550108，2015年。查看在：出版商网站|谷歌学者
26. S.Sohrabnezhad、M.Rassa和A.Seifi，“蒙脱石中银纳米颗粒的绿色合成，”材料字母，卷。168，pp。28-30,2016。查看在：出版商网站|谷歌学者
27. F.Torkamani和S.Azizian，“绿色、简单地合成负载在纤维素纤维上的银纳米颗粒，作为高效、低成本的4-硝基苯酚还原催化剂，”分子液体杂志， vol. 214, pp. 270-275, 2016。查看在：出版商网站|谷歌学者
28. Zhang y, X. Bo, A. Nsabimana etal .，“一种基于多金属氧酸盐/有序介孔碳三组分纳米复合材料的纳米金纳米粒子的合成及其电化学应用，”生物传感器和生物电子学，第66卷，第191-197页，2015年。查看在：出版商网站|谷歌学者
29. 阎，陈，王等，“纤维素纳米晶负载金纳米颗粒的简易绿色合成，具有优异的催化活性，”碳水化合物聚合物，第140卷，第66-73页，2016。查看在：出版商网站|谷歌学者
30. 王瑞荣、姚耀荣、沈明明、王晓峰，“绿色合成Au@Ag种子介导的纳米结构及其在SERS中的应用胶体和表面A：物理化学和工程方面，第492卷，第263-2722016页。查看在：出版商网站|谷歌学者
31. A. Annamalai，V.L.P.Christina，D. Sudha，M.Kalpana和P.T.V.Lakshmi，“Au NPS的绿色合成，表征和抗微生物活性大戟Hirta.l .叶提取。”胶体和表面B：生物界面，第108卷，第60-65页，2013年。查看在：出版商网站|谷歌学者
32. S. Ahmed, M. Ahmad, B. L. Swami，和S. Ikram，“利用印楝叶水提取物绿色合成银纳米颗粒”，辐射研究与应用科学杂志，第9卷，第5期。1, pp. 1 - 7, 2016。查看在：出版商网站|谷歌学者
33. S.S.Shankar、A.Ahmad、R.Pasricha和M.Sastry，“天竺葵叶及其内生真菌生物还原氯金酸离子产生不同形状的金纳米粒子，”材料化学杂志，卷。13，不。7，pp。1822-1826,2003。查看在：出版商网站|谷歌学者
34. S.S.Shankar、A.Rai、B.Ankamwar、A.Singh、A.Ahmad和M.Sastry，“三角形金纳米棱镜的生物合成，”天然材料，卷。3，不。7，第482-488,2004。查看在：出版商网站|谷歌学者
35. 黄建军，李强，孙东东等，“新型樟脑叶合成纳米银和金纳米粒子的研究”，纳米技术，第18卷，第10号，第ID 105104条，2007年。查看在：出版商网站|谷歌学者
36. J. Huang，L. Lin，Q.Li等人，“Silixivium的Sildnamomum Camphora叶片中的银纳米粒子的连续流动生物合成，管状微反应器”工业与工程化学研究，第47卷，第47期。16, pp. 6081-6090, 2008。查看在：出版商网站|谷歌学者
37. Yang X.， Li Q.， Wang H. et al.， " Green synthesis of palladium nanoparticles using broth .樟树叶，“纳米粒子研究杂志，卷。12，不。5，PP。1589-1598,2010。查看在：出版商网站|谷歌学者
38. G. Kozma，A.Rónavári，Z.Kónya和Á。Kukovecz，“零价铁纳米粒子的环境良性合成方法”ACS可持续化学与工程，卷。4，不。1，pp。291-297,2016。查看在：出版商网站|谷歌学者
39. G.E.Hoag、J.B.Collins、J.L.Holcomb、J.R.Hoag、M.N.Nadagouda和R.S.Varma，“使用茶多酚合成的“绿色”纳米零价铁降解溴麝香草酚蓝，”材料化学杂志，第19卷，第45号，第8671-8677页，2009年。查看在：出版商网站|谷歌学者
40. 黄磊，翁新民，陈志刚，M. Megharaj, R. Naidu，“利用乌龙茶提取物合成铁基纳米颗粒降解孔雀石绿，”光谱学学报A部分：分子和生物分子光谱学，第117卷，第801-804页，2014。查看在：出版商网站|谷歌学者

版权

版权所有©2016 Haiyan Xin等人。这是分布下的开放式访问文章知识共享署名许可协议，允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制，但必须正确引用原作。