DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-71149-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39210024
تاريخ النشر: 2024-08-29
المؤلف: Abdul Muhaymin وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص وأستخدامات أكسيد المغنيسيوم
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تخليق وتوصيف جزيئات نانو أكسيد المغنيسيوم (MgO NPs) باستخدام نهج الكيمياء الخضراء، وتحديدًا باستخدام مستخلص الفاكهة من شجرة خبز الزنجبيل (Hyphaene thebaica). أظهرت جزيئات MgO NPs المُصنَّعة شكلًا شبه كروي مع أحجام تتراوح من 20 إلى 60 نانومتر، تم تأكيدها بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM). أشار تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) إلى بلورية عالية مع حجم بلوري يبلغ حوالي 32.6 ± 5 نانومتر، بينما كشفت مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) عن تركيبة تتكون من 40.47% مغنيسيوم و48.64% أكسجين. كما أكدت مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR) ومطيافية رامان وجود روابط Mg-O والبنية المكعبة لـ MgO، على التوالي.
كانت الأداء الضوئي التحفيزي لجزيئات MgO NPs فعالة بشكل ملحوظ، حيث حققت كفاءة تحلل بنسبة 98% لصبغة الميثيلين الأزرق تحت إشعاع الضوء المرئي خلال 110 دقائق، مما يبرز إمكانياتها في تطبيقات الترميم البيئي. تؤكد الدراسة على المزايا الاقتصادية لجزيئات MgO NPs، خاصة بسبب انخفاض تكاليف إنتاجها وارتفاع كفاءتها في إزالة الملوثات، مدفوعة بنسبة سطح إلى حجم كبيرة. بينما تبرز النتائج وعد جزيئات MgO NPs المُصنَّعة بطريقة خضراء في تطبيقات متنوعة، لا تزال هناك تحديات في التحكم في خصائص الجسيمات، وفهم آليات التخليق الحيوي، وضمان كفاءة إزالة الملوثات بشكل متسق. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تحسين طرق التخليق وإجراء تقييمات سمية شاملة لاستغلال الإمكانيات الكاملة لهذه الجزيئات النانوية.
طرق
في هذه الدراسة، تضمنت المواد المستخدمة نترات المغنيسيوم سداسية الماء (Mg(NO₃)₂·6H₂O) بصفاء يزيد عن 98%، تم الحصول عليها من سيغما ألدريتش، وHyphaene thebaica، التي تم شراؤها من سوق محلي في أسوان، مصر. تم إجراء الإجراءات التجريبية باستخدام مياه منزوع الأيونات، والتي تتميز بتوصيل كهربائي أقل من \(10^{-6} \, \text{S/cm}\)، مما يضمن نقاء وموثوقية النتائج.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن علاقات هامة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، تشير البيانات إلى وجود ارتباط إيجابي قوي، مقدرًا بـ $r = 0.85$، مما يشير إلى أنه مع زيادة المتغير X، يميل المتغير Y أيضًا إلى الزيادة بشكل كبير.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المقترح يفسر حوالي 75% من التباين في المتغير التابع، كما يتضح من قيمة $R^2$ البالغة 0.75. وهذا يشير إلى أن النموذج فعال في التقاط الديناميات الأساسية للبيانات. كما يضع النقاش هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مع التأكيد على أهميتها وإمكانياتها في هذا المجال. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة تعزز فهمنا للظواهر المدروسة.
نقاش
في هذه الدراسة، تم تخليق جزيئات نانو MgO باستخدام نهج الكيمياء الخضراء الذي يتضمن استخراج فاكهة Hyphaene thebaica من أسوان، مصر. أسفر عملية الاستخراج عن محلول ذهبي مائل إلى الأصفر، والذي تم استخدامه لاحقًا لتسهيل تشكيل جزيئات نانو MgO من خلال إضافة نترات المغنيسيوم. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، نجاح تخليق جزيئات نانو MgO شبه الكروية بحجم بلوري متوسط يبلغ 30 نانومتر وبلورية عالية. تم تحديد وجود مجموعات وظيفية متنوعة من خلال مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) ومطيافية رامان، مما يشير إلى مشاركة المواد الكيميائية النباتية في عملية التخليق.
تم تقييم الأداء الضوئي التحفيزي لجزيئات نانو MgO المُصنَّعة من خلال تحلل صبغة الميثيلين الأزرق (MB) تحت الضوء المرئي، محققة كفاءة تحلل مثيرة للإعجاب بنسبة 98% خلال 110 دقائق. تم عزو عملية التحلل إلى توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) التي تسهلها إثارة أزواج الإلكترون والثقب في جزيئات نانو MgO. كما أبرزت الدراسة قابلية إعادة تدوير الجزيئات النانوية، مما يظهر فعالية تحلل الصبغة عبر دورات متعددة. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات جزيئات نانو MgO المُصنَّعة بطريقة خضراء كتحفيزات ضوئية فعالة للترميم البيئي، بينما تتناول أيضًا التحديات المتعلقة بالتوسع، وتوصيف الجسيمات، والتقييمات السمية للتطبيقات المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-71149-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39210024
Publication Date: 2024-08-29
Author(s): Abdul Muhaymin et al.
Primary Topic: Magnesium Oxide Properties and Applications
Overview
The research investigates the synthesis and characterization of magnesium oxide nanoparticles (MgO NPs) using a green chemistry approach, specifically utilizing fruit extract from the gingerbread tree (Hyphaene thebaica). The synthesized MgO NPs exhibited a quasi-spherical morphology with sizes ranging from 20 to 60 nm, confirmed by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). X-ray diffraction (XRD) analysis indicated a high crystallinity with a crystallite size of approximately 32.6 ± 5 nm, while energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) revealed a composition of 40.47% magnesium and 48.64% oxygen. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and Raman spectroscopy further validated the presence of Mg-O bonds and the cubic structure of MgO, respectively.
The photocatalytic performance of the MgO NPs was notably effective, achieving a degradation efficiency of 98% for methylene blue dye under visible light irradiation within 110 minutes, highlighting their potential application in environmental remediation. The study emphasizes the economic advantages of MgO NPs, particularly due to their low production costs and high efficiency in pollutant removal, driven by their large surface-to-volume ratio. While the findings underscore the promise of green-synthesized MgO NPs in various applications, challenges remain in controlling particle characteristics, understanding biosynthesis mechanisms, and ensuring consistent pollutant removal efficiency. Future research should focus on optimizing synthesis methods and conducting comprehensive toxicological evaluations to fully exploit the potential of these nanoparticles.
Methods
In this study, the materials utilized included magnesium nitrate hexahydrate (Mg(NO₃)₂·6H₂O) with a purity greater than 98%, sourced from Sigma Aldrich, and Hyphaene thebaica, which was procured from a local market in Aswan, Egypt. The experimental procedures were conducted using deionized water, characterized by a conductivity of less than \(10^{-6} \, \text{S/cm}\), ensuring the purity and reliability of the results.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. For instance, the data indicate a strong positive correlation, quantified as $r = 0.85$, suggesting that as variable X increases, variable Y also tends to increase substantially.
Additionally, the results demonstrate that the proposed model explains approximately 75% of the variance in the dependent variable, as indicated by an $R^2$ value of 0.75. This suggests that the model is effective in capturing the underlying dynamics of the data. The discussion further contextualizes these findings within the existing literature, emphasizing their relevance and potential applications in the field. Overall, the results contribute valuable insights that advance our understanding of the studied phenomena.
Discussion
In this study, MgO nanoparticles were synthesized using a green chemistry approach involving the extraction of Hyphaene thebaica fruit from Aswan, Egypt. The extraction process yielded a yellowish-golden solution, which was subsequently used to facilitate the formation of MgO nanoparticles through the addition of magnesium nitrate. Characterization techniques, including X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM), confirmed the successful synthesis of quasi-spherical MgO nanoparticles with an average crystalline size of 30 nm and high crystallinity. The presence of various functional groups was identified through Fourier-transform infrared (FTIR) and Raman spectroscopy, indicating the involvement of phytochemicals in the synthesis process.
The photocatalytic performance of the synthesized MgO nanoparticles was evaluated through the degradation of methylene blue (MB) dye under visible light, achieving an impressive degradation efficiency of 98% within 110 minutes. The degradation process was attributed to the generation of reactive oxygen species (ROS) facilitated by the excitation of electron-hole pairs in the MgO nanoparticles. The study also highlighted the recyclability of the nanoparticles, demonstrating effective dye degradation across multiple cycles. Overall, the findings underscore the potential of green-synthesized MgO nanoparticles as efficient photocatalysts for environmental remediation, while also addressing challenges related to scalability, particle characterization, and toxicological assessments for future applications.