الطريق السونوكيميائي الأخضر إلى جسيمات الفضة النانوية
كثيرا ما تستخدم جسيمات الفضة النانوية (AgNPs) المواد النانوية بسبب خصائصها المضادة للميكروبات وخصائصها البصرية والتوصيل الكهربائي العالي. الطريق الكيميائي باستخدام كاراجينان كابا هو طريقة تخليق بسيطة ومريحة وصديقة للبيئة لإعداد جزيئات الفضة النانوية. يستخدم κ-carrageenan كمثبت طبيعي صديق للبيئة ، بينما تعمل الموجات فوق الصوتية للطاقة كعامل اختزال أخضر.
التوليف بالموجات فوق الصوتية الخضراء للجسيمات النانوية الفضية
Elsupikhe et al. (2015) طوروا مسار توليف أخضر بمساعدة الموجات فوق الصوتية لإعداد جسيمات الفضة النانوية (AgNPs). من المعروف أن Sonochemistry تعزز العديد من التفاعلات الكيميائية الرطبة. يتيح Sonication توليف AgNPs مع κ-carrageenan كمثبت طبيعي. يعمل التفاعل في درجة حرارة الغرفة وينتج جسيمات نانوية فضية ذات بنية بلورية fcc بدون أي شوائب. يمكن أن يتأثر توزيع حجم الجسيمات ل AgNPs بتركيز κ-carrageenan.
مخطط التفاعل بين المجموعات المشحونة Ag-NPs التي توجت ب κ-carrageenan تحت صوتنة. [Elsupikhe et al. 2015]
إجراء
- تم تصنيع Ag-NPs عن طريق تقليل AgNO3 باستخدام الموجات فوق الصوتية في وجود κ-الكاراجينان. للحصول على عينات مختلفة ، تم تحضير خمسة معلقات ، بإضافة 10 مل من 0.1 M AgNO3 إلى 40 مل κ-كاراجينان. كانت محاليل κ-carrageenan المستخدمة 0.1 و 0.15 و 0.20 و 0.25 و 0.3٪ بالوزن٪ على التوالي.
- تم تقليب الحلول لمدة 1 ساعة للحصول على AgNO3/κ-كاراجينان.
- بعد ذلك ، تعرضت العينات للإشعاع بالموجات فوق الصوتية المكثفة: سعة جهاز الموجات فوق الصوتية UP400S (400 واط ، 24 كيلو هرتز) تم ضبطه على 50٪. تم تطبيق Sonication لمدة 90 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. سونوترودي من المعالجات السائلة بالموجات فوق الصوتية UP400S مغمورة مباشرة في محلول التفاعل.
- بعد صوتنة ، تم الطرد المركزي للتعليق لمدة 15 دقيقة وغسلها بالماء المقطر المزدوج أربع مرات لإزالة بقايا أيون الفضة. تم تجفيف الجسيمات النانوية المترسبة عند 40 درجة مئوية تحت الفراغ طوال الليل للحصول على Ag-NPs.
معادلة
- إن إتش2O —صوتنة–> +H + OH
- أوه + رطوبة نسبية –> R + H2O
- AgNo3–التحلل–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + ح+
- Ag+ + ح –التخفيضات–> Ag°
- Ag+ + ح2O —> Ag° + OH + H+
التحليل والنتائج
لتقييم النتائج ، تم تحليل العينات عن طريق التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية ، وحيود الأشعة السينية ، والتحليل الكيميائي FT-IR ، وصور TEM و SEM.
زاد عدد Ag-NPs مع زيادة تركيزات κ-carrageenan. تم تحديد تكوين Ag / κ-carrageenan بواسطة التحليل الطيفي المرئي للأشعة فوق البنفسجية حيث لوحظ الحد الأقصى لامتصاص البلازمون السطحي عند 402 إلى 420 نانومتر. أظهر تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) أن Ag-NPs ذات بنية مكعبة محورها الوجه. أشار طيف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FT-IR) إلى وجود Ag-NPs في κ-carrageenan. أظهرت صورة المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) لأعلى تركيز ل κ-carrageenan توزيع Ag-NPs بمتوسط حجم جسيم قريب من 4.21 نانومتر. أوضحت صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) الشكل الكروي ل Ag-NPs. يظهر تحليل SEM أنه مع زيادة تركيز κ-carrageenan ، حدثت تغيرات في سطح Ag / κ-carrageenan ، بحيث Ag-NPs صغيرة الحجم ذات شكل كروي تم الحصول عليها.
صور TEM وتوزيعات الحجم المقابلة للكاراجينان Ag / κ-carrageenan المركب كيميائيا بتركيزات مختلفة من κ-carrageenan. [0.1٪ و 0.2٪ و 0.3٪ على التوالي (أ ، ب ، ج)].
Ag + / κ-carrageenan (يسار) وصوتي Ag / κ-carrageenan (يمين). تم إجراء Sonication باستخدام UP400S لمدة 90 دقيقة. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – جهاز الموجات فوق الصوتية المستخدم في التوليف الكيميائي للجسيمات النانوية Ag
صور SEM ل Ag / κ-carrageenan بتركيزات مختلفة من κ-carrageenan. [0.1٪ و 0.2٪ و 0.3٪ على التوالي (أ ، ب ، ج)]. [Elsupikhe et al. 2015]
الأدب / المراجع
- السوبيخ، رندة فوزي; شاميلي ، كاميار ؛ أحمد، منصور ب; إبراهيم ولا عزوة. زين الدين ، نورهازلين (2015): التوليف الكيميائي الأخضر للجسيمات النانوية الفضية بتركيزات متفاوتة من κ-carrageenan. رسائل البحوث النانوية 10. 2015.
معلومات اساسية
سونوكيمياء
عندما يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية القوية على التفاعلات الكيميائية في المحلول (حالة السائل أو الملاط) ، فإنها توفر طاقة تنشيط محددة بسبب ظاهرة فيزيائية ، تعرف باسم التجويف الصوتي. يخلق التجويف قوى قص عالية وظروفا قاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة جدا ومعدلات التبريد والضغوط والنفاثات السائلة. يمكن لهذه القوى الشديدة أن تبدأ تفاعلات وتدمر قوى جذب الجزيئات في الطور السائل. من المعروف أن العديد من التفاعلات تستفيد من التشعيع بالموجات فوق الصوتية ، على سبيل المثال انحلال الصوت ، طريق سول جل، التوليف الكيميائي ل بلاديوم, اللاتكس, هيدروكسيباتيت والعديد من المواد الأخرى. قراءة المزيدحول سونوكيمياء هنا!
جسيمات الفضة النانوية
تتميز جسيمات الفضة النانوية بحجم يتراوح بين 1 نانومتر و 100 نانومتر. بينما توصف في كثير من الأحيان بأنها "فضية’ يتكون بعضها من نسبة كبيرة من أكسيد الفضة بسبب نسبتها الكبيرة من ذرات الفضة السطحية إلى السائبة. يمكن أن تظهر جسيمات الفضة النانوية بهياكل مختلفة. الأكثر شيوعا ، يتم تصنيع جسيمات الفضة النانوية الكروية ، ولكن يتم أيضا استخدام صفائح الماس والمثمن والرقيقة.
تتكرر جسيمات الفضة النانوية بشكل كبير في التطبيقات الطبية. أيونات الفضة نشطة بيولوجيا ولها تأثيرات قوية مضادة للميكروبات ومبيد للجراثيم. تسمح مساحة سطحها الكبيرة للغاية بتنسيق العديد من الروابط. الخصائص الهامة الأخرى هي الموصلية والخصائص البصرية الفريدة.
لخصائصها الموصلة ، غالبا ما يتم دمج جسيمات الفضة النانوية في المركبات والبلاستيك والإيبوكسي والمواد اللاصقة. جزيئات الفضة تزيد من التوصيل الكهربائي. لذلك كثيرا ما تستخدم المعاجين والأحبار الفضية في تصنيع الإلكترونيات. نظرا لأن جسيمات الفضة النانوية تدعم البلازمونات السطحية ، فإن AgNPs لها خصائص بصرية رائعة. تستخدم جسيمات الفضة النانوية البلازمونية لأجهزة الاستشعار وأجهزة الكشف والمعدات التحليلية مثل مطيافية رامان المحسنة السطحية (SERS) ومطيافية الفلورة المعززة بمجال البلازمون السطحي (SPFS).
الكاراجينان
الكاراجينان هو بوليمر طبيعي رخيص ، يوجد في أنواع مختلفة من الأعشاب البحرية الحمراء. الكاراجينان عبارة عن عديد السكاريد الخطية الكبريتية التي تستخدم على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية ، لخصائصها في التبلور والسماكة والتثبيت. تطبيقها الرئيسي هو في منتجات الألبان واللحوم ، بسبب ارتباطها القوي بالبروتينات الغذائية. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الكاراجينان ، والتي تختلف في درجة الكبريتات. يحتوي Kappa-carrageenan على مجموعة كبريتات واحدة لكل ثنائي السكاريد. يحتوي أيوتا-كاراجينان (ι-carrageenen) على كبريتين لكل ثنائي السكاريد. يحتوي كاراجينان لامدا (λ-carrageenen) على ثلاث كبريتات لكل ثنائي السكاريد.
يحتوي كابا كاراجينان (κ-carrageenan) على بنية خطية من عديد السكاريد الكبريتي من D-galactose و 3،6-anhydro-D-galactose.
κ- يستخدم الكاراجينان على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية ، على سبيل المثال كعامل تبلور وتعديل الملمس. يمكن العثور عليها كمادة مضافة في الآيس كريم والقشدة والجبن القريش والميلك شيك وتوابل السلطة والحليب المكثف المحلى وحليب الصويا & حليب نباتي آخر ، وصلصات لزيادة لزوجة المنتج.
علاوة على ذلك ، يمكن العثور على κ-carrageenan في المنتجات غير الغذائية مثل مثخن في الشامبو والكريمات التجميلية ، في معجون الأسنان (كمثبت لمنع فصل المكونات) ، رغوة مكافحة الحرائق (كمثخن للتسبب في أن تصبح الرغوة لزجة) ، جل معطر الجو ، تلميع الأحذية (لزيادة اللزوجة) ، في التكنولوجيا الحيوية لشل حركة الخلايا / الإنزيمات ، في المستحضرات الصيدلانية (كسواغ غير نشط في الحبوب / الأقراص) ، في أغذية الأليفة وما إلى ذلك.