从Cistus ladanifer副产品中提取的绿色零价铁纳米颗粒，用于水和土壤中草甘膦的修复

岩蔷薇（Cistus ladanifer）蒸馏后残渣叶和茎提取物绿色合成纳米零价铁（nZVI），用于治理含草甘膦（Glyph）的水和土壤污染，并验证其生物安全性及环保性。摘要：

菲利佩·费尔南德斯（Filipe Fernandes）|保拉·派加（Paula Paíga）|玛丽亚·弗雷塔斯（Maria Freitas）|克劳迪娅·皮尼奥（Cláudia Pinho）|安娜·伊莎贝尔·奥利维拉（Ana Isabel Oliveira）|克里斯蒂娜·德莱鲁-马托斯（Cristina Delerue-Matos）|克拉拉·格罗索（Clara Grosso）

REQUIMTE/LAQV，波尔图高等工程学院，波尔图理工学院，安东尼奥·贝尔纳迪诺·德阿尔梅达博士街（Rua Dr. António Bernardino de Almeida）431号，4249-015波尔图，葡萄牙

摘要

食品和农业行业产生的大量废弃物具有很高的价值化潜力。Cistus ladanifer L.被用于香水及精油行业，其蒸馏后的残渣富含酚类化合物（PCs）。这些残渣可以用于绿色合成纳米零价铁（nZVI），后者在环境修复领域得到了广泛研究。本研究的目的是利用Cistus ladanifer蒸馏后叶片（CLL）和茎部（CLS）提取物作为还原剂，制备nZVI，进而用于修复受草甘膦（Glyphosate，简称Glyph）污染的水体和土壤。通过液相色谱-质谱（LC-MS）鉴定出提取物中的12种化合物；扫描电子显微镜（SEM）观察到nZVI呈球形，粒径在79.0至94.8纳米之间。能量分散X射线光谱（EDS）分析显示其主要成分是碳（41.9–48.7%）、氧（32.6–41.0%）和铁（14.4–16.6%）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测到nZVI中存在的酚类化合物特征峰。修复实验表明，nZVI能够有效吸附Glyph，显著降低其在水体和土壤中的浓度。此外，所有nZVI对MRC-5和U87细胞系均无毒性。

引言

Cistus ladanifer L.是一种原产于地中海地区（包括伊比利亚半岛、法国南部、摩洛哥和阿尔及利亚）的灌木。该植物适应多种气候条件，具有很强的耐寒、耐旱和耐热能力。作为一种火后再生植物，它能在火灾后迅速蔓延，从而增加土壤中的真菌多样性（Pérez-Izquierdo等人，2024年）。不同种群间的C. ladanifer在次生化合物组成及有毒元素耐受/积累能力上存在差异，这使其能够在不影响农田的情况下生长（Raimundo等人，2018年）。

C. ladanifer产生的乳香树脂被香水工业广泛用于固定剂和芳香剂。其精油具有多种生物活性，如抗菌、抗氧化、抗痉挛、抗真菌、抗糖尿病、抗血小板聚集、抗肿瘤、保护胃黏膜以及镇痛和放松作用（Tavares等人，2020a）。尽管关于精油水溶物的研究较少，但部分研究表明其具有潜在生物活性，亟需进一步研究（Tavares等人，2020b）。

C. ladanifer精油的年产量约为100吨（Upadhyay等人，2018年）。精油生产过程中会产生大量废弃物，若管理不当可能对环境造成影响。这些废弃物富含生物活性成分，如膳食纤维、酚类化合物（PCs）、矿物质、维生素和类胡萝卜素等（Yadav等人，2024年）。这些废弃物可应用于食品开发、纳米颗粒（NPs）制备、动物饲料和生物燃料生产（Fernandes等人，2024年）。因此，需要创新方法从废弃物中提取额外价值并实现资源回收。

纳米零价铁（nZVI）

nZVI是欧洲和美国用于土壤和地下水修复的最常用纳米材料（Lefevre等人，2015年）。其颗粒直径小于1微米，核心为Fe⁰，外层包裹着氧化铁（hydroxide）壳，具有较大的比表面积（通常超过20 m²g⁻¹（Li等人，2024年）。然而，其高反应性和易聚集性限制了应用效果，主要是因为迁移性和运输能力较低。目前已有表面修饰、多孔材料支撑及复合材料应用等改进措施（Xu等人，2024年）。传统上，nZVI通过物理化学方法合成，通常加入硼氢化钠（NaBH₄）与氯化铁（FeCl₃反应（Lefevre等人，2015年）。绿色合成方法采用微生物或植物提取物替代NaBH₄，具有优势。植物提取物中的次级代谢物可参与铁的还原过程（Monga等人，2020年），不仅避免了有毒溶剂的使用，还提高了nZVI的稳定性。此外，植物工业副产物也被用于nZVI合成（Monga等人，2020年）。不同前体的选择会显著影响nZVI的性能。

方法

Cistus ladanifer蒸馏后废弃物（叶片和茎部）由Naturalness精油厂（葡萄牙Louriçal do Campo）提供。样品在41°C下干燥至含水量低于10%，随后研磨并储存在暗处备用。总酚含量（TPC）和抗氧化活性检测试剂购自美国圣路易斯市的Sigma-Aldrich公司。

甲醇（MeOH）和硼氢化钠（NaBH₄）来自德国Seelze的Riedel-de Haën公司，甲酸来自...

LC-MS分析

通过LC-MS分析C. ladanifer提取物中的化合物。表1列出了鉴定出的化合物及其保留时间、前体离子和碎片离子。在CLL40°C、CLS40°C和CLS60°C提取物中分别鉴定出12种化合物，包括奎宁酸（Fig. S1）、没食子酰葡萄糖苷（Fig. S2）、没食子酸（Fig. S3）、 Punicalin + Punicalagin（Fig. S4和S5）、Punicalagin异构体（Fig. S6）和Cistusin（Fig. S7）等。

结论

本研究利用C. ladanifer提取物实现了nZVI的绿色合成。对比了传统化学法合成的nZVI，发现其具有较高的酚类含量和抗氧化活性。此外，该合成方法对环境友好，有望用于水体和土壤中草甘膦的去除。

作者声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益冲突或个人关系。

致谢

作者感谢Naturalness精油厂提供C. ladanifer蒸馏后废弃物，感谢ISEP-IPP的Paula Venda协助进行热重分析，感谢CEMUP的Rui Rocha和Daniela Silva协助XPS分析，以及UME-UTAD的Lisete Fernandes协助XRD分析。同时感谢IFIMUP的M. Pereira在磁学分析方面的支持。