Σύνθεση νανο-αργύρου με μέλι και υπερήχους

Ο νανο-άργυρος χρησιμοποιείται για τις αντιβακτηριακές του ιδιότητες για την ενίσχυση των υλικών στην ιατρική και την επιστήμη των υλικών. Υπερήχους επιτρέπει μια ταχεία, αποτελεσματική, ασφαλής, και φιλική προς το περιβάλλον σύνθεση των σφαιρικών νανοσωματιδίων αργύρου στο νερό. Υπερήχων νανοσωματιδίων σύνθεση μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί από μικρή σε μεγάλη παραγωγή.

Υπερήχων υποβοηθούμενη σύνθεση του κολλοειδούς νανο-αργύρου

Η ηχοχημική σύνθεση, οι οποίες είναι συνθετικές αντιδράσεις υπό υπερηχητική ακτινοβολία, χρησιμοποιούνται ευρέως για την παραγωγή νανοσωματιδίων όπως ασήμι, χρυσό, μαγνητίτη, Υδροξυαπατίτη, χλωροκίνη, Περοβσκίτης, κόμμι και πολλά άλλα νανοϋλικά.

Υπερήχων υγρή-χημική σύνθεση

Για νανοσωματίδια αργύρου, είναι γνωστές αρκετές οδοί σύνθεσης με υπερήχους. Παρακάτω, παρουσιάζεται μια οδός σύνθεσης υπερήχων χρησιμοποιώντας μέλι ως παράγοντες μείωσης και κάλυψης συνδέτη. Τα συστατικά του μελιού όπως η γλυκόζη και η φρουκτόζη είναι υπεύθυνα για το ρόλο του τόσο ως παράγοντα κάλυψης όσο και ως αναγωγικός παράγοντας στη διαδικασία σύνθεσης.
Όπως και οι περισσότερες κοινές μέθοδοι για τη σύνθεση νανοσωματιδίων, η υπερηχητική σύνθεση νανο-αργύρου εμπίπτει στην κατηγορία της υγρής χημείας, πάρα πολύ. Υπερήχους προωθεί την πυρήνωση των νανο-σωματιδίων αργύρου μέσα σε ένα διάλυμα. Η υπερηχητικά προωθημένη πυρήνωση συμβαίνει όταν ένας πρόδρομος άργυρος (σύμπλοκο ιόντων αργύρου), π.χ. νιτρικό άργυρο (AgNO₃) ή υπερχλωρικό άργυρο (AgClO)₄), ανάγεται σε κολλοειδή άργυρο παρουσία ενός αναγωγικού παράγοντα, όπως το μέλι. Υπό την προϋπόθεση ότι η συγκέντρωση ιόντων αργύρου στο διάλυμα αυξάνεται αρκετά, τα διαλυμένα μεταλλικά ιόντα αργύρου συνδέονται μεταξύ τους και σχηματίζουν μια σταθερή επιφάνεια. Όταν το σύμπλεγμα ιόντων αργύρου είναι ακόμα μικρό, είναι μια ενεργειακά δυσμενής κατάσταση λόγω αρνητικού ενεργειακού ισοζυγίου. Το αρνητικό ενεργειακό ισοζύγιο συμβαίνει δεδομένου ότι η ενέργεια που αποκτάται από τη μείωση της συγκέντρωσης των διαλυμένων σωματιδίων αργύρου είναι χαμηλότερη από την ενέργεια που δαπανάται με τη δημιουργία μιας νέας επιφάνειας.
Όταν το σμήνος φτάσει στην κρίσιμη ακτίνα, που είναι το σημείο όπου γίνεται ενεργειακά ευνοϊκό, είναι αρκετά σταθερό για να συνεχίσει να αναπτύσσεται. Κατά τη διάρκεια της φάσης ανάπτυξης, περισσότερα άτομα αργύρου διαχέονται μέσω του διαλύματος και προσκολλώνται στην επιφάνεια. Όταν η συγκέντρωση του διαλυμένου ατομικού αργύρου μειώνεται σε ένα ορισμένο σημείο, το κατώφλι πυρήνωσης επιτυγχάνεται έτσι ώστε τα άτομα να μην μπορούν να συνδεθούν περισσότερο μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν σταθερό πυρήνα. Σε αυτό το κατώφλι πυρήνωσης, η ανάπτυξη νέων νανοσωματιδίων σταματά και ο υπόλοιπος διαλυμένος άργυρος απορροφάται με διάχυση στα αναπτυσσόμενα νανοσωματίδια στο διάλυμα.
Κατεργασία με υπερήχους προωθεί τη μεταφορά μάζας, δηλαδή την διαβροχή των συστάδων, η οποία οδηγεί σε ταχύτερη πυρήνωση. Με ακριβή ελεγχόμενη υπερήχηση, μπορεί να προσδιοριστεί ο ρυθμός ανάπτυξης, το μέγεθος και το σχήμα των δομών νανοσωματιδίων.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με μια άλλη πράσινη μέθοδο για υπερήχων συνθέτουν νανο-ασήμι χρησιμοποιώντας καραγενάνη!

Σύγκριση συμβατικών μεθόδων και μεθόδων πράσινης σύνθεσης νανοσωματιδίων.

Μελέτη περίπτωσης υπερήχων νανο-ασημένια σύνθεση

Υλικά: νιτρικός άργυρος (AgNO₃) ως πρόδρομη ουσία αργύρου· μέλι ως μέσο κάλυψης / αναγωγής. Νερό
Συσκευή υπερήχων: UP400St

Πρωτόκολλο σύνθεσης υπερήχων

Οι καλύτερες συνθήκες για τη σύνθεση κολλοειδών νανοσωματιδίων αργύρου βρέθηκαν να είναι οι εξής: Μείωση νιτρικού αργύρου υπό υπερήχους που μεσολαβείται από φυσικό μέλι. Εν συντομία, 20 ml διαλύματος νιτρικού αργύρου (0,3 M) που περιείχε μέλι (20 wt%) εκτέθηκαν σε ακτινοβολία υπερήχων υψηλής έντασης υπό συνθήκες περιβάλλοντος για 30 λεπτά. Υπερήχους πραγματοποιήθηκε με έναν υπερηχητικό τύπο καθετήρα UP400S (400W, 24 kHz) βυθίζεται απευθείας στο διάλυμα αντίδρασης.

Κατανομή μεγέθους σωματιδίων των Ag-NPs που συντίθενται σε βέλτιστες συνθήκες. συγκεντρώσεις αργύρου (0,3 M), συγκεντρώσεις μελιού (20 wt%) και χρόνος ακτινοβολίας υπερήχων (30 λεπτά)
πηγή εικόνας: Oskuee et al. 2016

Το μέλι κατάλληλο για τρόφιμα χρησιμοποιείται ως παράγοντας κάλυψης / σταθεροποίησης και αναγωγής, γεγονός που καθιστά το υδατικό διάλυμα πυρήνωσης και τα κατακρημνισμένα νανοσωματίδια καθαρά και ασφαλή για πολλαπλές εφαρμογές.
Καθώς αυξάνεται ο χρόνος υπερήχων, τα νανοσωματίδια αργύρου γίνονται μικρότερα και η συγκέντρωσή τους ενισχύεται.
Στο υδατικό διάλυμα μελιού, υπερήχους είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει το σχηματισμό νανο-σωματιδίων αργύρου. Παράμετροι υπερήχων όπως το πλάτος, ο χρόνος και ο συνεχής έναντι παλλόμενου υπερήχου είναι σημαντικοί παράγοντες που επιτρέπουν τον έλεγχο του μεγέθους και της ποσότητας των νανοσωματιδίων αργύρου.

Αποτέλεσμα της υπερηχητικής σύνθεσης νανοσωματιδίων αργύρου

Η υπερηχητικά προωθημένη, μέλι-μεσολαβούμενη σύνθεση με το UP400St οδήγησε σε σφαιρικά νανοσωματίδια αργύρου (Ag-NPs) με μέσο μέγεθος σωματιδίων περίπου 11,8nm. Η υπερηχητική σύνθεση των νανοσωματιδίων αργύρου είναι μια απλή και ταχεία μέθοδος ενός δοχείου. Η χρήση του νερού και του μελιού ως υλικά, καθιστά την αντίδραση οικονομικά αποδοτική και εξαιρετικά φιλική προς το περιβάλλον.
Η παρουσιαζόμενη τεχνική της υπερηχητικής σύνθεσης χρησιμοποιώντας μέλι ως παράγοντα μείωσης και κάλυψης μπορεί να επεκταθεί σε άλλα ευγενή μέταλλα, όπως ο χρυσός, το παλλάδιο και ο χαλκός, που προσφέρει διάφορες πρόσθετες εφαρμογές από την ιατρική στη βιομηχανία.

Εικόνα TEM (A) και κατανομή μεγέθους σωματιδίων (B) των Ag-NPs που συντίθενται σε βέλτιστες συνθήκες.

Επηρεάζοντας την πυρήνωση και το μέγεθος των σωματιδίων με υπερήχους

Ο υπέρηχος επιτρέπει την παραγωγή νανοσωματιδίων όπως νανοσωματίδια αργύρου προσαρμοσμένα στις απαιτήσεις. Τρεις γενικές επιλογές υπερήχων έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην παραγωγή:
Αρχική κατεργασία με υπερήχους: Η σύντομη εφαρμογή κυμάτων υπερήχων σε ένα υπερκορεσμένο διάλυμα μπορεί να ξεκινήσει τη σπορά και το σχηματισμό πυρήνων. Καθώς η κατεργασία με υπερήχους εφαρμόζεται μόνο κατά τη διάρκεια του αρχικού σταδίου, η επακόλουθη ανάπτυξη κρυστάλλων προχωρά ανεμπόδιστα με αποτέλεσμα μεγαλύτερους κρυστάλλους.
Συνεχής κατεργασία με υπερήχους: Η συνεχής ακτινοβόληση του υπερκορεσμένου διαλύματος έχει ως αποτέλεσμα μικρούς κρυστάλλους, καθώς η παύση υπερήχων δημιουργεί πολλούς πυρήνες με αποτέλεσμα την ανάπτυξη πολλών μικρών κρυστάλλων.
Παλμική υπερήχηση: Παλμικό υπερηχογράφημα σημαίνει την εφαρμογή υπερήχων σε καθορισμένα χρονικά διαστήματα. Μια επακριβώς ελεγχόμενη είσοδος υπερηχητικής ενέργειας επιτρέπει να επηρεάσει την ανάπτυξη κρυστάλλων, προκειμένου να επιτευχθεί ένα προσαρμοσμένο μέγεθος κρυστάλλου.

Υπερήχων υψηλής απόδοσης για σύνθεση

Hielscher Υπέρηχοι παρέχει ισχυρό και αξιόπιστο υπερήχων επεξεργαστές για sonochemical εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων sono-σύνθεση και sono-κατάλυση. Υπερήχων ανάμειξη και διασπορά αυξάνει τη μεταφορά μάζας και προωθεί την διαβροχή και την επακόλουθη πυρήνωση των ομάδων ατόμων προκειμένου να κατακρημνίσει νανο-σωματίδια. Υπερήχων σύνθεση των νανο-σωματιδίων είναι μια απλή, οικονομικά αποδοτική, βιοσυμβατή, αναπαραγώγιμη, ταχεία, και ασφαλής μέθοδος.
Hielscher Υπέρηχοι παρέχει ισχυρό και ακριβώς ελεγχόμενο υπερήχων επεξεργαστές για την πυρήνωση και την κατακρήμνιση των νανο-ϋλικών. Όλες οι ψηφιακές συσκευές είναι εξοπλισμένες με έξυπνο λογισμικό, έγχρωμη οθόνη αφής, αυτόματη καταγραφή δεδομένων σε ενσωματωμένη κάρτα SD και διαθέτουν ένα διαισθητικό μενού για φιλική προς το χρήστη και ασφαλή λειτουργία.
Καλύπτοντας το πλήρες εύρος ισχύος από 50 watt χειρός υπερήχων για το εργαστήριο έως 16.000 watt ισχυρά βιομηχανικά συστήματα υπερήχων, Hielscher έχει την ιδανική ρύθμιση υπερήχων για την εφαρμογή σας. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: