Экологичный синтез наночастиц оксида марганца, легированного железом, для эффективного фотоускоренного обезвреживания тетрациклина

Широкое применение антибиотиков оказывает серьёзное воздействие на водоёмы и экосистемы, что требует разработки эффективных фотокатализаторов для их разложения. В настоящей работе описан биосинтез наночастиц MnO:xFe (MF-x, x = 0, 2, 4, 6, 8 и 10) с использованием Tridax procumbens в качестве восстановителя и стабилизатора. Структурные, оптические и морфологические свойства наночастиц MF-x подтверждены различными физико-химическими методами. Для фотокатализа в видимом свете выявлено снижение ширины запрещённой зоны до 2,06–0,97 эВ. Рентгенофазовый анализ показал, что наночастицы MF-x имеют кубическую кристаллическую структуру и относятся к пространственной группе № 206 (Ia-3); размер кристаллитов составляет 39–70 нм. Структуру дополнительно уточняли методом Ритвельда; для легированного образца значение χ составило 2,3, что свидетельствует о приемлемом качестве уточнения. Спектры комбинационного рассеяния подтвердили наличие активных мод F и E + F, характерных для структуры биксбиита с пространственной группой Ia-3. По данным растровой электронной микроскопии с полевой эмиссией и просвечивающей электронной микроскопии, наночастицы обладают однородной высококристаллической пористой морфологией; оценённые размеры частиц согласуются с результатами рентгенофазового анализа. Количественный состав элементов исходных компонентов подтверждён методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Фотокаталитическую активность MF-10 при разложении гидрохлорида тетрациклина (TC-HCl) оценивали в видимом свете при оптимальных значениях pH, дозы катализатора и концентрации TC-HCl. При оптимальной массе синтезированных наночастиц 100 мг степень разложения оптимальной концентрации TC-HCl 20 ppm за 90 мин составила 94,23%. Изменение pH и испытания на возможность повторного использования показали, что эффективность разложения была высокой при нейтральном pH и снизилась до 64,28 на пятом цикле; измеренное значение pH составило 7,55. Таким образом, наночастицы MnO:Fe могут применяться для очистки воды как недорогой и экологически безопасный материал.