Πράσινη Sonochemical διαδρομή προς νανοσωματίδια αργύρου
Τα νανοσωματίδια αργύρου (AgNPs) χρησιμοποιούνται συχνά νανοϋλικά λόγω των αντιμικροβιακών ιδιοτήτων τους, των οπτικών ιδιοτήτων τους και της υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητάς τους. Η sonochemical οδός χρησιμοποιώντας kappa carrageenan είναι μια απλή, βολική και φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος σύνθεσης για την παρασκευή νανοσωματιδίων αργύρου. Η κ-καραγενάνη χρησιμοποιείται ως φυσικός φιλικός προς το περιβάλλον σταθεροποιητής, ενώ ο υπέρηχος ισχύος δρα ως πράσινος αναγωγικός παράγοντας.
Πράσινη υπερηχητική σύνθεση νανοσωματιδίων αργύρου
Elsupikhe et al. (2015) έχουν αναπτύξει μια πράσινη υπερηχητικά υποβοηθούμενη διαδρομή σύνθεσης για την παρασκευή νανοσωματιδίων αργύρου (AgNPs). Η ηχοχημεία είναι γνωστό ότι προάγει πολλές υγρές χημικές αντιδράσεις. Κατεργασία με υπερήχους επιτρέπει τη σύνθεση AgNPs με κ-καραγενάνη ως φυσικό σταθεροποιητή. Η αντίδραση λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου και παράγει νανοσωματίδια αργύρου με κρυσταλλική δομή fcc χωρίς ακαθαρσίες. Η κατανομή μεγέθους σωματιδίων των AgNPs μπορεί να επηρεαστεί από τη συγκέντρωση της κ-καραγενάνης.
Σχήμα αλληλεπίδρασης μεταξύ των ομάδων που χρεώνονται Ag-NPs που καλύπτονται με κ-καραγενάνη υπό υπερήχους. [Elsupikhe et al. 2015]
Διαδικασία
- Τα Ag-NPs συντέθηκαν μειώνοντας το AgNO3 Χρησιμοποιώντας υπερήχους παρουσία κ-καραγενάνης. Για τη λήψη διαφορετικών δειγμάτων, παρασκευάστηκαν πέντε εναιωρήματα, με την προσθήκη 10 ml 0,1 M AgNO3 έως 40-mL κ-καραγενάνη. Τα διαλύματα κ-καραγενάνης που χρησιμοποιήθηκαν ήταν 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 και 0,3 wt%, αντίστοιχα.
- Τα διαλύματα αναδεύτηκαν για 1 ώρα για να ληφθεί AgNO3/κ-καραγενάνη.
- Στη συνέχεια, τα δείγματα εκτέθηκαν σε έντονη υπερηχητική ακτινοβολία: Το πλάτος της συσκευής υπερήχων UP400S (400W, 24kHz) ρυθμίστηκε στο 50%. Κατεργασία με υπερήχους εφαρμόστηκε για 90 λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου. Το sonotrode των υπερήχων υγρών επεξεργαστών UP400S βυθίστηκε απευθείας στο διάλυμα αντίδρασης.
- Μετά από κατεργασία με υπερήχους, τα εναιωρήματα φυγοκεντρήθηκαν για 15 λεπτά και πλύθηκαν με διπλό απεσταγμένο νερό τέσσερις φορές για να αφαιρεθεί το υπόλειμμα ιόντων αργύρου. Τα κατακρημνισμένα νανοσωματίδια ξηράνθηκαν στους 40 ° C υπό κενό κατά τη διάρκεια της νύχτας για να ληφθούν τα Ag-NPs.
Εξίσωση
- nH2O —Υπερήχηση–> +H + OH
- Ω + RH –> R + H2O
- AgNo3–υδρόλυση–> Ag+ + NO3–
- Ε + Αγ+ —> Ag° + R’ + Η+
- Αγ+ + Η –Μειώσεις–> Ag°
- Αγ+ + Η2O —> Ag° + OH + H+
Ανάλυση και αποτελέσματα
Για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, τα δείγματα αναλύθηκαν με φασματοσκοπική ανάλυση ορατή με υπεριώδη ακτινοβολία, περίθλαση ακτίνων Χ, χημική ανάλυση FT-IR, εικόνες TEM και SEM.
Ο αριθμός των Ag-NPs αυξήθηκε με την αύξηση των συγκεντρώσεων κ-καραγενάνης. Ο σχηματισμός της Ag/κ-καραγενάνης προσδιορίστηκε με φασματοσκοπία ορατή με υπεριώδη ακτινοβολία όπου παρατηρήθηκε η μέγιστη απορρόφηση επιφανειακού πλασμονίου στα 402 έως 420nm. Η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) έδειξε ότι τα Ag-NPs έχουν κυβική δομή με επίκεντρο το πρόσωπο. Το υπέρυθρο φάσμα μετασχηματισμού Fourier (FT-IR) έδειξε την παρουσία Ag-NPs στην κ-καραγενάνη. Η εικόνα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας μετάδοσης (TEM) για την υψηλότερη συγκέντρωση κ-καραγενάνης έδειξε την κατανομή των Ag-NPs με μέσο μέγεθος σωματιδίων κοντά στα 4,21nm. Οι εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) απεικόνιζαν το σφαιρικό σχήμα των Ag-NP. Η ανάλυση SEM δείχνει ότι με την αύξηση της συγκέντρωσης κ-καραγενάνης, συνέβησαν αλλαγές στην επιφάνεια της Ag/κ-καραγενάνης, έτσι ώστε μικρού μεγέθους Ag-NPs με σφαιρικό σχήμα αποκτήθηκαν.
Εικόνες TEM και αντίστοιχες κατανομές μεγέθους για sonoχημικά συντιθέμενη Ag/κ-καραγενάνη σε διαφορετικές συγκεντρώσεις κ-καραγενάνης. [0,1%, 0,2% και 0,3%, αντίστοιχα (α, β, γ)].
Ag+/κ-καραγενάνη (αριστερά) και υπερήχων Ag/κ-καραγενάνη (δεξιά). Κατεργασία με υπερήχους πραγματοποιήθηκε με το UP400S για 90min. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – η συσκευή υπερήχων που χρησιμοποιείται για τη sonochemical σύνθεση νανοσωματιδίων Ag
Εικόνες SEM για Ag/κ-καραγενάνη σε διαφορετικές συγκεντρώσεις κ-καραγενάνης. [0,1%, 0,2% και 0,3%, αντίστοιχα (α, β, γ)]. [Elsupikhe et al. 2015]
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor Β; Ιμπραήμ, ούτε Αζόβα. Zainudin, Norhazlin (2015): Πράσινη sonochemical σύνθεση νανοσωματιδίων αργύρου σε ποικίλες συγκεντρώσεις κ-καραγενάνης. Ερευνητικές επιστολές νανοκλίμακας 10. 2015.
Βασικές πληροφορίες
Ηχοχημεία
Όταν εφαρμόζεται ισχυρός υπέρηχος σε χημικές αντιδράσεις σε διάλυμα (υγρή κατάσταση ή πολτός), παρέχει ειδική ενέργεια ενεργοποίησης λόγω ενός φυσικού φαινομένου, γνωστού ως ακουστική σπηλαίωση. Η σπηλαίωση δημιουργεί υψηλές δυνάμεις διάτμησης και ακραίες συνθήκες όπως πολύ υψηλές θερμοκρασίες και ρυθμούς ψύξης, πιέσεις και πίδακες υγρού. Αυτές οι έντονες δυνάμεις μπορούν να ξεκινήσουν αντιδράσεις και να καταστρέψουν τις ελκτικές δυνάμεις των μορίων στην υγρή φάση. Πολλές αντιδράσεις είναι γνωστό ότι ωφελούνται από την υπερηχητική ακτινοβολία, π.χ. sonolysis, Οδός sol-gel, sonochemical σύνθεση του παλλάδιο, κόμμι, Υδροξυαπατίτη και πολλές άλλες ουσίες. Διαβάστε περισσότερα για sonochemistry εδώ!
νανοσωματίδια αργύρου
Silver nano-particles are characterized by a size of between 1nm and 100nm. While frequently described as being ‘silver’ Μερικά αποτελούνται από ένα μεγάλο ποσοστό οξειδίου του αργύρου λόγω της μεγάλης αναλογίας επιφανειακών προς χύδην ατόμων αργύρου. Τα νανοσωματίδια αργύρου μπορούν να εμφανιστούν με διαφορετικές δομές. Συνηθέστερα, συντίθενται σφαιρικά νανοσωματίδια αργύρου, αλλά χρησιμοποιούνται επίσης διαμάντια, οκταγωνικά και λεπτά φύλλα.
Τα νανοσωματίδια αργύρου είναι ιδιαίτερα συχνά σε ιατρικές εφαρμογές. Τα ιόντα αργύρου είναι βιοενεργά και έχουν ισχυρά αντιμικροβιακά και μικροβιοκτόνα αποτελέσματα. Η εξαιρετικά μεγάλη επιφάνειά τους επιτρέπει το συντονισμό πολλών συνδετήρων. Άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά είναι η αγωγιμότητα και οι μοναδικές οπτικές ιδιότητες.
Για τα αγώγιμα χαρακτηριστικά τους, τα νανοσωματίδια αργύρου συχνά ενσωματώνονται σε σύνθετα υλικά, πλαστικά, εποξικά και κόλλες. Τα σωματίδια αργύρου αυξάνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ως εκ τούτου, οι πάστες αργύρου και τα μελάνια χρησιμοποιούνται συχνά στην κατασκευή ηλεκτρονικών. Δεδομένου ότι τα νανοσωματίδια αργύρου υποστηρίζουν επιφανειακά πλασμόνια, τα AgNPs έχουν εξαιρετικές οπτικές ιδιότητες. Τα πλασμονικά νανοσωματίδια αργύρου χρησιμοποιούνται για αισθητήρες, ανιχνευτές και αναλυτικό εξοπλισμό όπως η φασματοσκοπία Raman ενισχυμένης επιφάνειας (SERS) και η φασματοσκοπία φθορισμού ενισχυμένη με επιφανειακό πλασμόνιο (SPFS).
Καραγενάνη
Η καραγενάνη είναι ένα φτηνό φυσικό πολυμερές, το οποίο βρίσκεται σε διάφορα είδη κόκκινων φυκιών. Οι καραγενάνες είναι γραμμικοί θειωμένοι πολυσακχαρίτες που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων, για τις πηκτωματοποιητικές, πυκνωτικές και σταθεροποιητικές τους ιδιότητες. Η κύρια εφαρμογή τους είναι στα γαλακτοκομικά προϊόντα και τα προϊόντα κρέατος, λόγω της ισχυρής δέσμευσής τους στις πρωτεΐνες των τροφίμων. Υπάρχουν τρεις κύριες ποικιλίες καραγενάνης, οι οποίες διαφέρουν ως προς τον βαθμό θείωσης. Το Kappa-carrageenan έχει μία θειική ομάδα ανά δισακχαρίτη. Η Iota-carrageenan (ι-carrageenen) έχει δύο θειικά άλατα ανά δισακχαρίτη. Η καραγενάνη λάμδα (λ-καραγενένιο) έχει τρία θειικά άλατα ανά δισακχαρίτη.
Η καραγενάνη Kappa (κ-καραγενάνη) έχει γραμμική δομή θειωμένου πολυσακχαρίτη D-γαλακτόζης και 3,6-ανυδρο-D-γαλακτόζης.
Η κ- καραγενάνη χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων, π.χ. ως πηκτωματογόνος παράγοντας και για την τροποποίηση της υφής. Μπορεί να βρεθεί ως πρόσθετο σε παγωτό, κρέμα, τυρί cottage, μιλκσέικ, σάλτσες σαλάτας, ζαχαρούχα συμπυκνωμένα γάλατα, γάλα σόγιας & άλλα φυτικά γάλατα και σάλτσες για την αύξηση του ιξώδους του προϊόντος.
Επιπλέον, η κ-καραγενάνη μπορεί να βρεθεί σε μη εδώδιμα προϊόντα όπως πηκτικό σε σαμπουάν και καλλυντικές κρέμες, σε οδοντόκρεμες (ως σταθεροποιητής για την πρόληψη του διαχωρισμού των συστατικών), αφρός πυρόσβεσης (ως πηκτικό για να προκαλέσει κολλώδη αφρό), τζελ αποσμητικών χώρου, βερνίκι παπουτσιών (για αύξηση του ιξώδους), στη βιοτεχνολογία για την ακινητοποίηση κυττάρων/ενζύμων, σε φαρμακευτικά προϊόντα (ως ανενεργό έκδοχο σε χάπια/δισκία), σε τροφές για ζώα συντροφιάς κ.λπ.