Zelená sonochemická cesta k nanočásticím stříbra
Nanočástice stříbra (AgNPs) jsou často využívanými nanomateriály díky svým antimikrobiálním vlastnostem, optickým vlastnostem a vysoké elektrické vodivosti. Sonochemická cesta pomocí kappa karagenanu je jednoduchá, pohodlná a ekologická metoda syntézy pro přípravu nanočástic stříbra. κ-karagenan se používá jako přírodní ekologický stabilizátor, zatímco výkonový ultrazvuk působí jako zelené redukční činidlo.
Zelená ultrazvuková syntéza nanočástic stříbra
Elsupikhe et al. (2015) vyvinuli zelenou ultrazvukem asistovanou syntetickou cestu pro přípravu nanočástic stříbra (AgNPs). Je dobře známo, že sonochemie podporuje mnoho mokrých chemických reakcí. Sonikace umožňuje syntetizovat AgNPs s κ-karagenanem jako přirozeným stabilizátorem. Reakce probíhá při pokojové teplotě a produkuje nanočástice stříbra s krystalovou strukturou fcc bez jakýchkoli nečistot. Distribuce velikosti částic AgNPs může být ovlivněna koncentrací κ-karagenanu.
Schéma interakce mezi Ag-NPs nabitými skupinami, které jsou omezeny κ-karagenanem pod sonikací. [Elsupikhe et al. 2015]
Procedura
- Ag-NPs byly syntetizovány redukcí AgNO3 Použití ultrazvuku v přítomnosti κ-karagenanu. Pro získání různých vzorků bylo připraveno pět suspenzí přidáním 10 ml 0,1 M AgNO3 na 40 ml κ-karagenanu. Použité roztoky κ-karagenanu byly 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 a 0,3 hm%.
- Roztoky byly míchány po dobu 1 hodiny, aby se získal AgNO3/κ-karagenan.
- Poté byly vzorky vystaveny intenzivnímu ultrazvukovému ozáření: Amplituda ultrazvukového zařízení UP400S (400 W, 24 kHz) byla nastavena na 50 %. Sonikace byla aplikována po dobu 90 minut při pokojové teplotě. Sonotroda ultrazvukových kapalinových procesorů UP400S byl ponořen přímo do reakčního roztoku.
- Po sonikaci byly suspenze centrifugovány po dobu 15 minut a čtyřikrát promyty dvakrát destilovanou vodou, aby se odstranily zbytky iontů stříbra. Vysrážené nanočástice byly přes noc vysušeny při teplotě 40 °C ve vakuu, aby se získaly Ag-NPs.
Rovnice
- Nh2O —sonikace–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–hydrolýza–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –redukce–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analýza a výsledky
Pro vyhodnocení výsledků byly vzorky analyzovány pomocí spektroskopické analýzy ve viditelném UV záření, rentgenové difrakce, chemické analýzy FT-IR, TEM a SEM snímků.
Počet Ag-NPs se zvyšoval se zvyšující se koncentrací κ-karagenanu. Tvorba Ag/κ-karagenanu byla stanovena pomocí UV viditelné spektroskopie, kde maximum absorpce povrchových plazmonů bylo pozorováno při 402 až 420 nm. Analýza rentgenové difrakce (XRD) ukázala, že Ag-NPs mají krychlovou strukturu zaměřenou na plochu. Infračervené spektrum s Fourierovou transformací (FT-IR) ukázalo přítomnost Ag-NPs v κ-karagenanu. Snímek z transmisní elektronové mikroskopie (TEM) pro nejvyšší koncentraci κ-karagenanu ukázal distribuci Ag-NPs s průměrnou velikostí částic blízkou 4,21 nm. Snímky ze skenovací elektronové mikroskopie (SEM) ilustrují kulovitý tvar Ag-NPs. Analýza SEM ukazuje, že se zvyšující se koncentrací κ-karagenanu docházelo ke změnám na povrchu Ag/κ-karagenanu, takže malé Ag-NP s kulovitým tvarem byly získány.
TEM snímky a odpovídající velikostní distribuce pro sonochemicky syntetizovaný Ag/κ-karagenan při různých koncentracích κ-karagenanu. [0,1 %, 0,2 % a 0,3 % (a, b, c)].
Ag+/κ-karagenan (vlevo) a sonikovaný Ag/κ-karagenan (vpravo). Sonikace byla provedena s UP400S po dobu 90 minut. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – ultrazvukové zařízení používané pro sonochemickou syntézu nanočástic Ag
SEM snímky pro Ag/κ-karagenan při různých koncentracích κ-karagenanu. [0,1 %, 0,2 % a 0,3 % (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]
Literatura/Odkazy
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, ani Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Zelená sonochemická syntéza nanočástic stříbra při různých koncentracích κ-karagenanu. Výzkumné dopisy v nanoměřítku 10. 2015.
Základní informace
Sonochemie
Když je na chemické reakce v roztoku (kapalný nebo suspenzní stav) aplikován silný ultrazvuk, poskytuje specifickou aktivační energii v důsledku fyzikálního jevu, známého jako akustická kavitace. Kavitace vytváří vysoké smykové síly a extrémní podmínky, jako jsou velmi vysoké teploty a rychlosti chlazení, tlaky a trysky kapaliny. Tyto intenzivní síly mohou iniciovat reakce a zničit přitažlivé síly molekul v kapalné fázi. Je známo, že ultrazvukové ozařování má prospěch z mnoha reakcí, např. sonolýza, Sol-Gel trasa, sonochemická syntéza palladium, latex, hydroxyapatit a mnoho dalších látek. Přečtěte si více o Sonochemie zde!
nanočástice stříbra
Nanočástice stříbra se vyznačují velikostí mezi 1 nm a 100 nm. I když je často popisován jako "stříbrný"’ Některé jsou složeny z velkého procenta oxidu stříbrného kvůli jejich velkému poměru povrchových k objemovým atomům stříbra. Nanočástice stříbra se mohou objevit s různými strukturami. Nejčastěji se syntetizují sférické nanočástice stříbra, ale používají se také diamantové, osmihranné a tenké plechy.
Nanočástice stříbra jsou velmi často využívány v lékařských aplikacích. Ionty stříbra jsou bioaktivní a mají silné antimikrobiální a germicidní účinky. Jejich extrémně velký povrch umožňuje koordinaci mnoha ligandů. Dalšími důležitými vlastnostmi jsou vodivost a jedinečné optické vlastnosti.
Pro své vodivé vlastnosti jsou nanočástice stříbra často součástí kompozitů, plastů, epoxidů a lepidel. Částice stříbra zvyšují elektrickou vodivost; Proto se při výrobě elektroniky často používají stříbrné pasty a inkousty. Vzhledem k tomu, že nanočástice stříbra podporují povrchové plazmony, mají AgNPs vynikající optické vlastnosti. Plazmonické nanočástice stříbra se používají pro senzory, detektory a analytická zařízení, jako je povrchem zesílená Ramanova spektroskopie (SERS) a povrchová plazmonová fluorescenční spektroskopie (SPFS).
Karagenan
Karagenan je levný přírodní polymer, který se nachází v různých druzích červených mořských řas. Karagenany jsou lineární sulfátové polysacharidy, které jsou široce používány v potravinářském průmyslu pro své želírovací, zahušťovací a stabilizační vlastnosti. Jejich hlavní uplatnění je v mléčných a masných výrobcích, a to díky jejich silné vazbě na potravinové bílkoviny. Existují tři hlavní odrůdy karagenanu, které se liší stupněm sulfatace. Kappa-karagenan má jednu sulfátovou skupinu na disacharid. Jota-karagenan (ι-karageen) má dva sulfáty na disacharid. Lambda karagenan (λ-karageen) má tři sulfáty na disacharid.
Kappa karagenan (κ-karagenan) má lineární strukturu sulfatovaného polysacharidu D-galaktózy a 3,6-anhydro-D-galaktózy.
κ-karagenan je široce používán v potravinářském průmyslu, např. jako želírující činidlo a pro úpravu textury. Lze jej nalézt jako přísadu do zmrzliny, smetany, tvarohu, mléčných koktejlů, salátových dresinků, slazených kondenzovaných mlék, sójového mléka & jiná rostlinná mléka a omáčky pro zvýšení viskozity produktu.
Kromě toho lze κ-karagenan nalézt v nepotravinářských výrobcích, jako je zahušťovadlo v šamponech a kosmetických krémech, v zubní pastě (jako stabilizátor zabraňující oddělování složek), hasicí pěna (jako zahušťovadlo způsobující lepkavost pěny), gely pro osvěžení vzduchu, krém na boty (pro zvýšení viskozity), v biotechnologii k imobilizaci buněk/enzymů, ve léčivech (jako neaktivní pomocná látka v pilulkách/tabletách), v krmivu pro domácí zvířata atd.