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当前合成颜料存在毒性、环境等问题，研究人员开展从藻类生物质制备天然源纳米颜料用于多功能涂料的研究。结果显示，该纳米颜料有抗菌性、热稳定性且颜色鲜艳。这为涂料行业提供可持续选择，推动绿色发展。
在当今材料科学与化工领域，涂料的应用无处不在，但传统合成颜料却暗藏诸多弊端。合成颜料虽具有高纯度、稳定性和一致性等优点，在多个行业广泛应用，比如在涂料、造纸、化妆品及化学工业中都不可或缺 。然而，其毒性问题日益受到关注，对环境的可持续性造成威胁，生产过程还可能带来污染。与此同时，天然颜料虽具有绿色环保的优势，却存在价格昂贵、稳定性差、颜色种类有限以及易受环境因素影响而褪色等问题。在这样的背景下，寻找一种既环保又具备优异性能的颜料替代品迫在眉睫。
埃及国家研究中心的研究人员针对上述问题展开了深入研究。他们旨在利用藻类生物质合成经济且环保的天然源纳米颜料，并将其应用于多功能涂料中。研究人员从废水中培养藻类细胞，收获、干燥后获得藻类生物质（AB），再用不超过 10% 的锌铁氧体或铈铁氧体纳米层覆盖藻类生物质，制备出新型纳米颜料。之后，将这些纳米颜料以 2.5% 和 5% 两种比例添加到醇酸树脂中，制备涂料。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为涂料行业的可持续发展开辟了新路径。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。通过显微镜技术，如透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜 / 能量色散 X 射线分析（SEM/EDX），对合成的纳米颜料的结构和尺寸进行观察与分析；利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外 - 可见光谱（UV-Vis）等光谱技术，研究纳米颜料的化学组成和光学性质；借助热重分析（TGA）探究纳米颜料及涂料的热稳定性；采用圆盘扩散法和 CIELab 法分别测试涂料的抗菌活性和颜色 。
研究结果如下：
- 藻类群落结构鉴定：通过对高率藻塘样本的分析，发现其中优势藻类为四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda），占比 69%，还有卵形卵囊藻（Oocystis parva）等。同时，监测到收获时叶绿素 a 含量达 2.6mg/L，这一数据可用于评估藻类生长状况和生物量。
- 合成纳米颜料的表征：TEM 和 SEM 图像显示，藻类生物质颗粒被锌铁氧体或铈铁氧体颗粒包裹，成功制备出天然源纳米颜料。EDX 分析表明，纳米颜料表面元素组成符合预期。zeta 电位结果显示，藻类生物质稳定性良好，而锌铁氧体 / AB 和铈铁氧体 / AB 纳米颜料的 zeta 电位值表明它们在制备涂料时需超声分散以防止团聚。FT-IR 光谱显示，纳米颜料具有铁氧体的特征吸收峰。UV-Vis 光谱证明了纳米颜料的小粒径特性。TGA 曲线表明，合成的纳米颜料热稳定性良好。
- 涂料性能评估：
- 机械性能：含纳米颜料的涂料硬度高于含藻类生物质的涂料，且 5% 纳米颜料添加量的涂料硬度更好。不过，含 5% 纳米颜料的涂料冲击抗性和延展性略低于 2.5% 添加量的涂料。
- 附着力：含藻类生物质的涂料附着力最低，而含锌铁氧体 / AB 和铈铁氧体 / AB 的涂料附着力强，且高浓度纳米颜料涂料附着力更强。
- 颜色和光泽：含绿色藻类生物质的涂料呈绿色，（-a）值体现其颜色特征；含锌铁氧体 / AB 和铈铁氧体 / AB 的涂料呈红色，（+a）值随纳米颜料浓度增加而升高。含 2.5% 藻类生物质的涂料光泽度高于 5% 的，而含锌铁氧体 / AB 和铈铁氧体 / AB 的涂料则相反。
- 抗菌性能：含藻类生物质和纳米颜料的涂料对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和白色念珠菌（Candida albicans）均有抑制作用，5% 添加量的涂料抑菌圈更大。
- 热稳定性：含藻类生物质的涂料热稳定性差，重量损失高；含锌铁氧体 / AB 和铈铁氧体 / AB 的涂料热稳定性好，5% 添加量的最佳，且 SEM 图像显示其高温下表面均匀无裂缝和空隙。
研究结论表明，利用藻类生物质制备的天然源纳米颜料具有成本效益高、可持续的特点，且具备鲜艳颜色、热稳定性和抗菌性能，适用于涂料行业。这一研究成果为涂料行业提供了一种经济可行且更环保的选择，在生物医学设备涂层、高温熔炉以及装饰等领域具有广阔的应用前景，推动了材料科学向绿色、可持续方向发展，为解决传统颜料面临的问题提供了创新思路和有效方案。
