Экологичный синтез наночастиц диоксида марганца, легированных железом, для ускоренного обезвреживания антибиотика тетрациклина

Диоксид марганца (MnO₂) — один из наиболее активных минеральных окислителей в природе. Однако чистый MnO₂ недостаточно эффективен для каталитического окисления антибиотиков. В этой работе наночастицы пористого MnO₂, легированного железом (0,02Fe–MnO₂, 0,1Fe–MnO₂ и 0,14Fe–MnO₂), синтезировали одностадийным методом, отличающимся простотой и низкими энергозатратами. Эксперименты показали, что легирование железом улучшает свойства MnO₂ за счёт снижения степени кристалличности, увеличения количества поверхностных кислородных дефектов и изменения соотношения Mn(III)/Mn(IV). Эффективность удаления тетрациклина (ТC) с помощью 0,14Fe–MnO₂ достигала 92% без дополнительного окислителя, что на 20% выше, чем при использовании нелегированных наночастиц MnO₂. Процесс протекал быстро: за 5 мин удалялось 70% ТC. Высокая эффективность удаления (≥90%) сохранялась в широком диапазоне pH — от 3,0 до 9,0. Механистические исследования показали, что разложение ТC обусловлено окислением активными формами кислорода и Mn(III); основным радикалом реакции был супероксид-радикал O₂•−, на долю которого приходилось 55% удаления ТC. Испытания на цитотоксичность показали, что наноматериал 0,14Fe–MnO₂ эффективно снижает биотоксичность ТC для организмов. Этот материал может стать доступным и простым в применении средством для удаления ТC из окружающей среды и снижения угрозы загрязнения экосистем.