Зелен сонохимичен път към сребърни наночастици
Сребърните наночастици (AgNPs) са често използвани наноматериали поради техните антимикробни свойства, оптични свойства и висока електрическа проводимост. Сонохимичният път с помощта на капа карагенан е прост, удобен и екологичен метод за синтез за получаване на сребърни наночастици. κ-карагенанът се използва като естествен екологичен стабилизатор, докато силовият ултразвук действа като зелен редуциращ агент.
Зелен ултразвуков синтез на сребърни наночастици
Elsupikhe et al. (2015) са разработили зелен ултразвуков метод за синтез за получаване на сребърни наночастици (AgNPs). Добре известно е, че сонохимията насърчава много мокри химични реакции. Соникацията позволява синтезиране на AgNP с κ-карагенан като естествен стабилизатор. Реакцията протича при стайна температура и произвежда сребърни наночастици с кристална структура без никакви примеси. Разпределението на частиците по размер на AgNP може да бъде повлияно от концентрацията на κ-карагенан.

Схема на взаимодействие между заредените Ag-NP групи, които са ограничени с κ-карагенан при ултразвук. [Elsupikhe et al. 2015]
Процедура
- Ag-NP са синтезирани чрез намаляване на AgNO3 използване на ултразвук в присъствието на κ-карагенан. За да се получат различни проби, бяха приготвени пет суспензии, като се добавиха 10 ml 0,1 M AgNO3 до 40-ml κ-карагенан. Използваните разтвори на κ-карагенан са съответно 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 и 0,3 тегловни процента.
- Разтворите се разбъркват в продължение на 1 час, за да се получи AgNO3/κ-карагенан.
- След това пробите са били изложени на интензивно ултразвуково облъчване: Амплитудата на ултразвуковото устройство UP400S (400W, 24kHz) е настроен на 50%. Сонацията се прилага за 90 минути при стайна температура. Сонотродът на ултразвуковите течни процесори UP400S беше потопен директно в реакционния разтвор.
- След ултразвука суспензиите се центрофугират за 15 минути и се измиват с двойно дестилирана вода четири пъти, за да се отстранят остатъците от сребърни йони. Утаените наночастици се сушат при 40°C под вакуум за една нощ, за да се получат Ag-NP.
Уравнение
- nH2O —ултразвук–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- АгНо3–хидролиза–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + Н+
- Аг+ + Н –Намаления–> Ag°
- Аг+ + Н2O —> Ag° + OH + H+
Анализ и резултати
За да се оценят резултатите, пробите бяха анализирани чрез UV-видим спектроскопски анализ, рентгенова дифракция, FT-IR химичен анализ, TEM и SEM изображения.
Броят на Ag-NP се увеличава с увеличаване на концентрациите на κ-карагенан. Образуването на Ag/κ-карагенан е определено чрез UV-видима спектроскопия, където максимумът на абсорбция на повърхностния плазмон се наблюдава при 402 до 420 nm. Рентгеновият дифракционен анализ (XRD) показа, че Ag-NP са с лицево центрирана кубична структура. Инфрачервеният спектър на преобразуването на Фурие (FT-IR) показва наличието на Ag-NP в κ-карагенан. Изображението с трансмисионна електронна микроскопия (TEM) за най-високата концентрация на κ-карагенан показва разпределението на Ag-NP със среден размер на частиците близо до 4,21 nm. Изображенията от сканирана електронна микроскопия (SEM) илюстрират сферичната форма на Ag-NP. SEM анализът показва, че с увеличаване на концентрацията на κ-карагенан настъпват промени в повърхността на Ag/κ-карагенан, така че малки по размер Ag-NP със сферична форма бяха получени.

Ag+/κ-карагенан (вляво) и ултразвуков Ag/κ-карагенан (вдясно). Соникацията е извършена с UP400S за 90 минути. [Elsupikhe et al. 2015]
Литература/Препратки
- Елсупихе, Ранда Фаузи; Шамели, Камяр; Ахмад, Мансор Б; Ибрахим, Нор Азова; Zainudin, Norhazlin (2015): Зелен сонохимичен синтез на сребърни наночастици при различни концентрации на κ-карагенан. Наномащабни изследователски писма 10. 2015.
Основна информация
Сонохимия
Когато мощен ултразвук се прилага към химични реакции в разтвор (течно или кашово състояние), той осигурява специфична енергия на активиране поради физическо явление, известно като акустична кавитация. Кавитацията създава високи сили на срязване и екстремни условия като много високи температури и скорости на охлаждане, налягания и течни струи. Тези интензивни сили могат да инициират реакции и да унищожат силите на привличане на молекулите в течната фаза. Известно е, че многобройни реакции се възползват от ултразвуковото облъчване, например сонолиза, Сол-гел маршрут, сонохимичен синтез на паладий, латекс, хидроксиапатит и много други вещества. Прочетете повече за Сонохимия тук!
сребърни наночастици
Сребърните наночастици се характеризират с размер между 1nm и 100nm. Въпреки че често се описва като "сребърно"’ Някои са съставени от голям процент сребърен оксид поради голямото им съотношение на повърхностни към обемни сребърни атоми. Сребърните наночастици могат да се появят с различни структури. Най-често се синтезират сферични сребърни наночастици, но се използват и диамантени, осмоъгълни и тънки листове.
Сребърните наночастици са често срещани в медицинските приложения. Сребърните йони са биоактивни и имат силно антимикробно и бактерицидно действие. Изключително голямата им повърхност позволява координацията на множество лиганди. Други важни характеристики са проводимостта и уникалните оптични свойства.
Поради своите проводими свойства сребърните наночастици често се включват в композити, пластмаси, епоксидни смоли и лепила. Сребърните частици увеличават електрическата проводимост; Затова сребърните пасти и мастила често се използват в производството на електроника. Тъй като сребърните наночастици поддържат повърхностни плазмони, AgNP имат изключителни оптични свойства. Плазмонните сребърни наночастици се използват за сензори, детектори и аналитично оборудване като повърхностна раманова спектроскопия (SERS) и повърхностна плазмонна флуоресцентна спектроскопия (SPFS).
карагенан
Карагенанът е евтин естествен полимер, който се намира в различни видове червени водорасли. Карагенаните са линейни сулфатирани полизахариди, които се използват широко в хранително-вкусовата промишленост, заради техните желиращи, сгъстяващи и стабилизиращи свойства. Основното им приложение е в млечните и месните продукти, поради силното им свързване с хранителните протеини. Има три основни разновидности на карагенан, които се различават по степента си на сулфатиране. Капа-карагенанът има една сулфатна група на дизахарид. Йота-карагенан (ι-карагенен) има два сулфата на дизахарид. Ламбда карагенан (λ-карагенен) има три сулфата на дизахарид.
Капа карагенан (κ-карагенан) има линейна структура от сулфатиран полизахарид на D-галактоза и 3,6-анхидро-D-галактоза.
κ- карагенанът се използва широко в хранително-вкусовата промишленост, например като желиращ агент и за промяна на текстурата. Може да се намери като добавка в сладолед, сметана, извара, млечни шейкове, дресинги за салати, подсладени кондензирани млека, соево мляко & други растителни млека и сосове за увеличаване на вискозитета на продукта.
Освен това κ-карагенанът може да се намери в нехранителни продукти като сгъстител в шампоани и козметични кремове, в паста за зъби (като стабилизатор за предотвратяване на отделянето на съставките), противопожарна пяна (като сгъстител, който причинява лепкав на пяната), гелове за освежаване на въздуха, лак за обувки (за увеличаване на вискозитета), в биотехнологиите за обездвижване на клетките/ензимите, във фармацевтичните продукти (като неактивно помощно вещество в хапчета/таблетки), в храни за домашни любимци и др.