Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 31-36.

This dissertation comprehensively explores green synthesis strategies for cobalt ferrite
(CoFe₂O₄) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles, emphasizing their structural, magnetic, optical, and
catalytic properties for advanced environmental and optoelectronic applications. Five distinct but
interrelated studies contribute to a unifying theme: environmentally sustainable nanoparticle
synthesis using bio-resources, with controlled engineering of material properties through statistical
design.
Eco-friendly synthesis protocols were developed using diverse natural agents, including
Greek yogurt, Hibiscus sabdariffa L. extract, carrot, and pomegranate juice. These biomaterials
acted as fuels, reducing agents, and capping agents, facilitating the formation of high-purity metal
oxides with tailored nano-scale features.
In one study, CoFe₂O₄ nanoparticles were synthesized via a green self-ignition method
using Greek yogurt, revealing a spinel structure with small crystallite size (14.78 nm), direct and
indirect band gaps (1.46 eV and 0.9 eV), and excellent catalytic activity for H₂O₂ degradation (97%
within 150 minutes). Another investigation employed carrot and pomegranate juice extracts to
produce CoFe₂O₄ with high surface area and mesoporosity, demonstrating impressive Cr³⁺ removal
efficiency.
Another study showed that using apple extract in the preparation of CoFe₂O₄ nanoparticles
resulted in a highly porous surface and a large specific surface area (347.04 m²/g), with a photo-
degradation efficiency of Methylene Blue dye reaching 96.88% and a complete (100%) adsorption
capacity for chromium (Cr³⁺) and lead (Pb²⁺) ions. These properties make the nanoparticles highly
promising for environmental and medical applications, as they demonstrated strong antimicrobial
activity and potential use in drug delivery and cancer chemotherapy, attributed to their high surface
properties and bio-nanostructure.
Furthermore, ZnO nanoparticles synthesized using Hibiscus sabdariffa extract exhibited
high crystallinity and enhanced photocatalytic activity, demonstrating potential for visible-light-
driven environmental clean-up. The most recent and central contribution utilized Hibiscus extract
in a self-ignition process, integrating Response Surface Methodology (RSM) using Central
Composite Design (CCD) to optimize three key parameters: extract volume, Fe precursor mass,
and concentration of extract. Structural analysis confirmed the presence of a pure cubic spinel
phase, with crystallite sizes ranging from 9.1 to 14.45 nm. Field Emission Scanning Electron
Microscopy (FESEM) illustrated variations in porosity and morphology, directly influencing
magnetic properties (Ms up to 45.8 emu/g) and optical band gaps (3.58–4.19 eV). The photo-
Fenton catalytic degradation of methylene blue showed > 98% efficiency in the best conditions.
Statistical models and ANOVA validated the interactions among synthesis variables and material
properties, enabling precise control of the functional performance.
Collectively, this body of work demonstrates that green synthesis combined with statistical design
can effectively tailor nanoparticle properties for specific environmental and technological
applications. The integration of natural materials, eco-conscious processing, and optimization
techniques offers a replicable model for sustainable nanomaterial development aligned with
modern scientific and environmental standards.

تستكشف هذه الأطروحة بشكل شامل استراتيجيات التخليق الأخضر لجسيمات نانوية من فيريت الكوبالت
(CoFe₂O₄) وأكسيد الزنك (ZnO)، مع التركيز على خصائصها البنيوية والمغناطيسية والبصرية والحفزية
لتطبيقات بيئية وإلكترونية ضوئية متقدمة. تساهم خمس دراسات متميزة ولكنها مترابطة في موضوع موحد: تخليق الجسيمات النانوية بطريقة مستدامة بيئيًا
باستخدام الموارد الحيوية، مع هندسة مضبوطة لخصائص المواد من خلال التصميم الإحصائي
تم تطوير بروتوكولات تخليق صديقة للبيئة باستخدام عوامل طبيعية متنوعة، بما في ذلك
الزبادي اليوناني، ومستخلص الكركديه، والجزر، وعصير الرمان. عملت هذه المواد الحيوية
كوقود، وعوامل اختزال، وعوامل تغليف، مما سهّل تكوين أكاسيد معدنية عالية النقاء
بخصائص نانوية مصممة خصيصًا. في إحدى الدراسات، تم تصنيع جسيمات نانوية من أكسيد الكوبالت والحديد (CoFe₂O₄) باستخدام طريقة الاشتعال الذاتي الصديقة للبيئة
باستخدام الزبادي اليوناني، مما كشف عن بنية سبينيل ذات حجم بلوري صغير (14.78 نانومتر)، وفجوات طاقة مباشرة وغير مباشرة (1.46 إلكترون فولت و0.9 إلكترون فولت)، ونشاط تحفيزي ممتاز لتحلل بيروكسيد الهيدروجين (97% خلال 150 دقيقة). وفي دراسة أخرى، تم استخدام مستخلصات عصير الجزر والرمان
لإنتاج أكسيد الكوبالت والحديد (CoFe₂O₄) ذي مساحة سطحية عالية ومسامية متوسطة، مما أظهر كفاءة رائعة في إزالة أيونات الكروم الثلاثي (Cr³⁺).
... أظهرت دراسة أخرى أن استخدام مستخلص التفاح في تحضير جسيمات CoFe₂O₄ النانوية
أدى إلى سطح عالي المسامية ومساحة سطحية نوعية كبيرة (347.04 م²/غ)، مع كفاءة تحلل ضوئي
لصبغة أزرق الميثيلين تصل إلى 96.88% وقدرة امتصاص كاملة (100%)
لأيونات الكروم (Cr³⁺) والرصاص (Pb²⁺). هذه الخصائص تجعل الجسيمات النانوية
واعدة للغاية للتطبيقات البيئية والطبية، حيث أظهرت نشاطًا قويًا مضادًا للميكروبات
وإمكانية استخدامها في توصيل الأدوية والعلاج الكيميائي للسرطان، ويعزى ذلك إلى خصائص سطحها العالية
وبنيتها النانوية الحيوية.
علاوة على ذلك، أظهرت جسيمات ZnO النانوية المصنعة باستخدام مستخلص الكركديه
بلورية عالية ونشاطًا تحفيزيًا ضوئيًا معززًا، مما يدل على إمكانية استخدامها في التنظيف البيئي باستخدام الضوء المرئي. استخدمت أحدث وأهم مساهمة مستخلص الكركديه
في عملية اشتعال ذاتي، حيث دمجت منهجية سطح الاستجابة (RSM) باستخدام التصميم المركب المركزي (CCD)
لتحسين ثلاثة معايير رئيسية: حجم المستخلص، وكتلة طليعة الحديد
وتركيز المستخلص. أكد التحليل البنيوي وجود طور الإسبينيل المكعب النقي
بأحجام بلورية تتراوح من 9.1 إلى 14.45 نانومتر. أوضح المجهر الإلكتروني الماسح ذو الانبعاث الميداني (FESEM)
اختلافات في المسامية والشكل، مما يؤثر بشكل مباشر على
الخواص المغناطيسية (Ms تصل إلى 45.8 وحدة كهرومغناطيسية/غرام) وفجوات النطاق البصري (3.58-4.19 إلكترون فولت). أظهر التحلل التحفيزي الضوئي
لميثيلين الأزرق كفاءة تزيد عن 98% في أفضل الظروف.
أكدت النماذج الإحصائية وتحليل التباين (ANOVA) التفاعلات بين متغيرات التخليق وخصائص المادة
مما يتيح التحكم الدقيق في الأداء الوظيفي.
تُظهر هذه المجموعة من الأعمال مجتمعةً أن التخليق الأخضر المقترن بالتصميم الإحصائي
يُمكنه تعديل خصائص الجسيمات النانوية بفعالية لتناسب تطبيقات بيئية وتكنولوجية محددة.
كما يُوفر دمج المواد الطبيعية، والمعالجة الصديقة للبيئة، وتقنيات التحسين
نموذجًا قابلًا للتكرار لتطوير مواد نانوية مستدامة تتماشى مع المعايير العلمية والبيئية الحديثة.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.