海藻酸钠/Bi2WO6/g-C3N4复合材料高效降解媒染橙1染料及其在水处理应用中的植物毒性评估

《International Journal of Biological Macromolecules》：“Efficient degradation of mordant Orange 1 dye using Alg/Bi 2WO 6/g-C 3N 4 composite and evaluation of Phytotoxicity for water treatment applications”

　　本综述重点介绍了以可持续生物聚合物海藻酸钠（Alginate）为基质，结合Bi2WO6与石墨相氮化碳（g-C3N4）构建的Alg/Bi2WO6/g-C3N4复合催化剂。该材料在NaBH4存在下对降解媒染橙1（MO1）染料展现出优异的催化活性（表观速率常数最高达0.4168 min-1）与良好的机械稳定性及可重复使用性。植物毒性实验证实，经该复合材料处理后的出水对环境安全，凸显了其在可持续废水处理领域的应用潜力。

　　

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Reagents and materials

本次研究使用的所有化学品均为分析纯，无需进一步纯化。海藻酸钠（(C₆H₇NaO₆)_n）是一种从褐藻中提取的藻酸钠盐，适用于固定微生物。五水合硝酸铋（Bi(NO₃)₃·5H₂O）和六水合仲钨酸铵（(NH₄)₁₀(W₁₂O₄₁)·6H₂O）用作合成Bi₂WO₆的前驱体。

XRD Caracterization

利用粉末X射线衍射（XRD）对合成材料的物相组成和结晶度进行了分析。g-C₃N₄的XRD图谱显示出两个特征衍射峰：12.71°处的峰对应（001）晶面，反映了三嗪单元的面内结构堆积；27.41°处的更强峰则对应于共轭芳香环系统的层间堆叠。对于Bi₂WO₆，其衍射峰与正交晶系的标准卡片（JCPDS No. 39-0256）完美匹配。而在Alg/Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合材料的图谱中，可以同时观察到来自Bi₂WO₆和g-C₃N₄的特征峰，并且没有出现杂质峰，这表明成功形成了杂交复合材料，各组分之间保持了良好的结构完整性。

Catalytic performance of reference samples and composite

在相同条件下进行的对比实验证实了Alg/Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合材料的卓越有效性。单独使用海藻酸钠或纯g-C₃N₄时，MO1染料的还原率极低（分别为5%和7%），表明其本征催化活性微弱。纯Bi₂WO₆表现出中等效率（40%），而二元Bi₂WO₆/g-C₃N₄异质结构将性能提升至60%，凸显了两者之间的协同相互作用。

Phytotoxicity effect evaluation

植物毒性评估结果颇为有趣。图13显示，海藻酸钠对种子发芽指数（GI）有积极影响。然而，在500 ppm浓度下，纯Bi₂WO₆以及Alg/Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合材料（250和500 ppm）处理组的GI值均低于100%，表明在此高浓度下存在一定的生长抑制效应。

Comparative analysis effects of supported nanoparticles on plant germination and growth

被天然聚合物（如海藻酸钠、壳聚糖或聚琥珀酰亚胺）负载的纳米颗粒通常对种子发芽和植物生长有积极影响，在低浓度下能刺激生理活性。然而，一些纳米颗粒，如银纳米颗粒（AgNPs）或Bi₂WO₆，在较高剂量下可能变得具有植物毒性。因此，其效应强烈依赖于纳米颗粒类型、聚合物载体以及施用浓度。

Conclusion

本研究探索了掺入Bi₂WO₆和g-C₃N₄的海藻酸钠基复合材料（Alg/Bi₂WO₆/g-C₃N₄）的制备，并评估了其在还原剂NaBH₄（常见于工业废水中）存在下，降解有机污染物（特别是媒染橙1染料）的催化潜力。这些复合材料利用了各组分的协同作用：Bi₂WO₆和g-C₃N₄提高了催化反应活性，而海藻酸钠则促进了固相催化剂的稳定性、易于回收和重复使用。植物毒性测试为了解处理后的废水对水生植物的潜在影响提供了重要见解。未来的研究应侧重于优化复合材料配方、探索其对抗其他新兴污染物的功效，以及评估其在实际废水处理场景中的长期稳定性，从而弥合实验室研究与实际应用之间的差距。