التخليق الأخضر والتطبيقات البيئية للجسيمات النانوية لأكاسيد المعادن

Abstract

يسعى التخليق الأخضر إلى توظيف المستخلصات النباتية في إنتاج الجسيمات النانوية، لتكون بديلا صديقا للبيئة عوضا عن الطرق الكيميائية التقليدية الضارة، وتبرز أهمية هذا العمل في تطوير مواد نانوية عالية الكفاءة لمعالجة المياه الملوثة بالأصباغ العضوية ،حيث تم تخليق أكاسيد معدنية نانوية باستخدام مستخلص الزنجبيل، تمثلت في: أولا جسيمات ZnOحيث تم توصيف الجسيمات النانوية المصنعة باستخدام جهاز ) (UV-Visالذي أظهر قمة امتصاص رئيسية عند طول موجي يقارب 340 نانومتر، وفجوة طاقة بلغت 3.23إلكترون فولت، وأكدت تحليلات ) (FTIRروابط المركب بظهور حزمة Zn–Oعند 618سم⁻ ،¹كما كشف جهاز ) (XRDعن بنية بلورية سداسية من نوع الفورتزيت بحجم بلوري قدر بـ 23.19 ± 6.72نانومتر .وثانياً، تم تصنيع جسيمات أكسيد الزنك النانوية المطعمة بالألمنيوم والسيريوم ) ،(Ce/Al co-doped ZnOحيث أظهر تحليل ) (UV-Visنجاح التطعيم وازدياد فجوة الطاقة إلى 3.48إلكترون فولت بفعل الحصر الكمي. وأثبتت نتائج ) (FTIRدمج الأيونات عبر تداخل روابط )(Zn–O, Ce–O, Al–Oعند 621سم⁻ ،¹بينما حافظ تحليل ) (XRDعلى البنية السداسية مع ظهور قمم إضافية للتطعيم وبحجم بلوري بلغ 20.16 ± 6.66نانومتر .كما قمنا بدراسة نشاط التحفيز الضوئي لكلا المركبين في تفكيك صبغة أخضر البروموكريسول تحت الأشعة فوق البنفسجية. وحقق المركب المشّوب ) (Ce/Al co-doped ZnOفعالية أعلى بنسبة إزالة بلغت %82بعد 120د، مقارنة بـ %65 لـ ZnOالنقي. ويعود هذا التميز إلى دور أيونات السيريوم والألمنيوم في تقليل إعادة اتحاد شحنات (إلكترون/فجوة) وزيادة إنتاج الجذور الحرة الفعالة Green synthesis aims to utilize plant extracts in the production of nanoparticles as an environmentally friendly alternative to conventional chemical methods that may cause environmental harm. The importance of this work lies in the development of highly efficient nanomaterials for treating water contaminated with organic dyes. metal oxide nanoparticles were synthesized using ginger extract. First, zinc oxide nanoparticles (ZnO) were prepared and characterized using UV–Visible spectroscopy, which revealed a major absorption peak at approximately 340 nm and an energy band gap of 3.23 eV. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) confirmed the formation of the compound through the appearance of the Zn–O vibration band at 618 cm⁻¹. In addition, X-ray Diffraction (XRD) analysis indicated a hexagonal wurtzite crystal structure with an average crystallite size of 23, 19 ± 6.72 nm. Secondly, cerium and aluminum co-doped zinc oxide nanoparticles (Ce/Al co-doped ZnO) were synthesized. UV–Vis analysis confirmed the successful incorporation of the dopants and showed an increase in the band gap energy to 3.48 eV due to the quantum confinement effect. FTIR results demonstrated the incorporation of dopant ions through the overlap of Zn– O, Ce–O, and Al–O bonds at 621 cm⁻¹. Furthermore, XRD analysis showed that the hexagonal crystal structure was preserved, with the appearance of additional diffraction peaks attributed to doping, and an average crystallite size of 20, 16 ± 6.66 nm. The photocatalytic activity of both materials was investigated for the degradation of Bromocresol Green dye under ultraviolet irradiation. The doped nanocomposite (Ce/Al codoped ZnO) exhibited superior photocatalytic performance, achieving a removal efficiency of 82% after 120 minutes, compared with 65% for pure ZnO. This enhanced performance is attributed to the role of cerium and aluminum ions in suppressing electron–hole recombination and promoting the generation of highly reactive free radicals