بیوسنتز سبز نانوذرات Fe3O4 با استفاده از عصاره برگ درخت انبه و بررسی مشخصات آن
محورهای موضوعی : کشاورزی و محیط زیست
سهیل ایزدپناه
1
,
مازیار شریف زاده بائی
2
,
مجتبی معصومی
3
,
زهرا قاسمی
4
*
1 - دانشجوی دکتری مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد ایت الله آملی، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی.
2 - دانشیار، دانشگاه آزاد ایت الله آملی، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی.
3 - استادیار ، دانشگاه آزاد ایت الله آملی، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی.
4 - دانشیار، دانشگاه هرمزگان، دانشکده علوم و فنون دریایی، گروه شیلات. *(مسوول مکاتبات)
کلید واژه: سنتز سبز, نانوذرات مگنتیک, عصاره آبی, Mangifera indica.,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف: امروزه سنتز زیستی نانوذرات با بهرهگیری از عصاره گیاهی به علت سازگاری با محیط زیست و جلوگیری از ایجاد اثرات نامطلوب روشهای شیمیایی به عنوان یک فرآیند قابل اعتماد برای سنتز نانوذرات اکسید فلزی، در حال توسعه است. گیاهان به دلیل در دسترس بودن و عدم نیاز به شرایط و مواد غذایی خاص برای رشد، نسبت به سایر منابع زیستی گزینه‌ای مناسب برای تولید نانوذرات به روش زیستی محسوب می‌شوند. هدف از انجام تحقیق حاضر، سنتز سبز نانوذرات پرکاربرد Fe3O4 با استفاده از عصاره برگ درخت انبه به منظور کاهش هزینه‌های مرتبط با روشهای سنتز شیمیایی می باشد.
روش بررسی: در این مطالعه سنتز زیستی نانوذرات اکسید آهن (Fe3O4) با استفاده از عصاره برگ درخت انبه به عنوان کاهنده و پایدار کننده در سنتز Fe3O4 مورد استفاده قرار گرفت. برای این منظور ابتدا عصاره آبی از برگهای درخت انبه (Mangifera indica) در بهار 1403 تهیه شد و سپس از آن برای سنتز نانوذرات Fe3O4 استفاده گردید. محلول 1/0 مولار کلرید آهن با FeCl2 و FeCl3 در آب دیونیزه تهیه شد و سپس با عصاره برگ انبه احیا شد. همچنین اثر مقدار عصاره بر سنتز نانوذرات و خصوصیات آنها بررسی شد. مشخصات محصولات به وسیله تکنیکهای طیف سنج پراش اشعه ایکس، میکروسکوب الکترونی روبشی، مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی، میکروسکوب الکترونی عبوری، طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه و جذب و واجذب نیتروژن بررسی شد.
یافته ها: آنالیز طیف سنجی پراش اشعه ایکس تشکیل فاز کریستالی نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 را تایید کرد. استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری برای بررسی خصوصیات مورفولوژیکی ذرات نشان داد که نانوذرات سنتز شده، کروی شکل و با قطر حدود 20 نانومتر می باشند. مقدار اشباع مغناطیسی و مساحت سطح ویژه Fe3O4 سنتزی به ترتیب emu.g-1 1/42 و m2.g-1 46/227 بود.
بحث و نتیجه گیری: به نظر می‌رسد که روش زیستی با استفاده از عصاره آبی برگ درخت انبه، به عنوان روشی سازگار با محیطزیست و ارزان، می‌تواند جایگزین روشهای شیمیایی مرسوم برای سنتز نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 با کاربردهای گسترده باشد.
Background and Objective: Nowadays, researchers are focusing on the biosynthesis of nanoparticles using plant extracts as a more environmentally friendly alternative to chemical methods. This method is considered reliable for producing metal oxide nanoparticles while minimizing adverse effects on the environment. Plants are deemed as a viable choice for the biological production of nanoparticles compared to other biological sources due to their accessibility and minimal requirements for specific conditions and nutrients for growth. The aim of the present research is to achieve the green synthesis of widely used Fe3O4 nanoparticles using mango leaf extract in order to reduce costs associated with chemical synthesis methods.
Material and Methodology: The utilization of mango tree leaf extract as both a reducing agent and stabilizer was employed in the synthesis of iron oxide nanoparticles (Fe3O4) in this study. Initially, an aqueous extract was derived from the leaves of the mango tree (Mangifera indica) in the spring 2024 with the intention of utilizing it in the production of Fe3O4 nanoparticles. The 0.1 molar iron chloride solution was prepared with FeCl2 and FeCl3 in deionized water and then reduced with mango leaf extract. Additionally, the effect of extract amount on nanoparticle synthesis and their properties was investigated. In order to analyze the properties of the products, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, vibrating sample magnetometry, Fourier-transform infrared spectroscopy, Nitrogen adsorption and desorption techniques were used.
Findings: Analysis using X-ray diffraction spectroscopy verified the presence of the crystalline phase of the Fe3O4 magnetic nanoparticles. Analysis of the morphological features of the produced particles through the utilization of scanning and transmission electron microscope imagery revealed the creation of spherical nanoparticles with an approximate diameter of 20 nm. The magnetic saturation value and specific surface area of synthetic Fe3O4 were 42.1 emu.g-1 and 227.46 m2.g-1, respectively.
Discussion and conclusion: Hence, it appears that utilizing the biological approach involving the aqueous extract of mango tree leaves, as a cost-effective and eco-friendly alternative, has the potential to substitute traditional chemical techniques in the production of Fe3O4 magnetic nanoparticles that have diverse uses.
1. Ghasemi Z, Abdi V, Sourinejad I. Single-step biosynthesis of Ag/AgCl@TiO2 plasmonic nanocomposite with enhanced visible light photoactivity through aqueous leaf extract of a mangrove tree. Applied Nanoscience. 2019.
2. Ghasemi Z, Abdi V, Sourinejad I. Green fabrication of Ag/AgCl@TiO2 superior plasmonic nanocomposite: Biosynthesis, characterization and photocatalytic activity under sunlight. Journal of Alloys and Compounds. 2020;841:155593.
3. Saravanakumar K, Chelliah R, Shanmugam S, Varukattu NB, Oh D-H, Kathiresan K, et al. Green synthesis and characterization of biologically active nanosilver from seed extract of Gardenia jasminoides Ellis. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2018;185:126-35.
4. Subhapriya S, Gomathipriya P. Green synthesis of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles by Trigonella foenum-graecum extract and its antimicrobial properties. Microbial Pathogenesis. 2018;116:215-20.
5. Taghavi Fardood S, Ebadzadeh B, Ramazani A. Green Synthesis and Characterization of Ni-Cu-Mg Ferrite Nanoparticles in the Presence of Tragacanth Gum and Study of Their Catalytic Activity in the Synthesis of Hexanitrohexaazaisowurtzitane. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE). 2019;38(6):21-9.
6. Abdi V, Sourinejad I, Yousefzadi M, Ghasemi Z. Mangrove-mediated synthesis of silver nanoparticles using native Avicennia marina plant extract from southern Iran. Chemical Engineering Communications. 2018;205(8):1069-76.
7. Shahin Lefteh M, Sourinejad I, Ghasemi Z. Avicennia marina mediated synthesis of TiO2 nanoparticles: its antibacterial potential against some aquatic pathogens. Inorganic and Nano-Metal Chemistry. 2021;51(12):1775-85.
8. Abdi V, Sourinejad I, Yousefzadi M, Ghasemi ZJIJoS, Technology TAS. Biosynthesis of Silver Nanoparticles from the Mangrove Rhizophora mucronata: Its Characterization and Antibacterial Potential. 2019;43:2163 - 71.
9. Padhi DK, Panigrahi TK, Parida K, Singh SK, Mishra PM. Green Synthesis of Fe3O4/RGO Nanocomposite with Enhanced Photocatalytic Performance for Cr(VI) Reduction, Phenol Degradation, and Antibacterial Activity. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017;5(11):10551-62.
10. Demirci S, Dikici T, Yurddaskal M, Gultekin S, Toparli M, Celik E. Synthesis and characterization of Ag doped TiO2 heterojunction films and their photocatalytic performances. Applied Surface Science. 2016;390:591-601.
11. Vinayagam R, Varadavenkatesan T, Selvaraj RJJoCS. Evaluation of the Anticoagulant and Catalytic Activities of the Bridelia retusa Fruit Extract-Functionalized Silver Nanoparticles. 2017;28:2919-32.
12. Rezania S, Park J, Md Din MF, Mat Taib S, Talaiekhozani A, Kumar Yadav K, et al. Microplastics pollution in different aquatic environments and biota: A review of recent studies. Marine Pollution Bulletin. 2018;133:191-208.
13. Dubey SP, Lahtinen M, Sillanpää M. Green synthesis and characterizations of silver and gold nanoparticles using leaf extract of Rosa rugosa. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010;364(1):34-41.
14. Souri M, Hoseinpour V, Ghaemi N, Shakeri A. Procedure optimization for green synthesis of manganese dioxide nanoparticles by Yucca gloriosa leaf extract. International Nano Letters. 2019;9(1):73-81.
15. Pai S, H S, Varadavenkatesan T, Vinayagam R, Selvaraj R. Photocatalytic zinc oxide nanoparticles synthesis using Peltophorum pterocarpum leaf extract and their characterization. Optik. 2019;185:248-55.
16. Tan HL, Lim YC, Ng LY, Lim YP. Plant-mediated synthesis of iron nanoparticles for environmental application: Mini review. Materials Today: Proceedings. 2023;87:64-9.
17. Fatimah I, Yanti I, Wijayanti HK, Ramanda GD, Sagadevan S, Tamyiz M, et al. One-pot synthesis of Fe3O4/NiFe2O4 nanocomposite from iron rust waste as reusable catalyst for methyl violet oxidation. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering. 2023;8:100369.
18. Ghasemi Z, Younesi H, Zinatizadeh AA. Preparation, characterization and photocatalytic application of TiO 2/Fe-ZSM-5 nanocomposite for the treatment of petroleum refinery wastewater: Optimization of process parameters by response surface methodology. Chemosphere. 2016;159:552-64.
19. Torkaman P, Karimzadeh R, Jafari A. Synthesis of Fe3O4-Mn2O3 and Fe3O4-graphene oxide hybrid nanocatalyst and their effects on the electromagnetic properties and their performance on heavy hydrocarbons upgrading. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2024;179:106467.
20. Karami N, Mohammadpour A, Samaei MR, Amani AM, Dehghani M, Varma RS, et al. Green synthesis of sustainable magnetic nanoparticles Fe3O4 and Fe3O4-chitosan derived from Prosopis farcta biomass extract and their performance in the sorption of lead(II). International Journal of Biological Macromolecules. 2024;254:127663.