સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સનો ગ્રીન સોનોકેમિકલ રૂટ
સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સ (AgNPs) તેમના એન્ટિ-માઇક્રોબાયલ ગુણધર્મો, ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો અને ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતાને કારણે વારંવાર નેનોમટેરિયલ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ચાંદીના નેનો કણોની તૈયારી માટે કપ્પા કેરેજેનનનો ઉપયોગ કરીને સોનોકેમિકલ માર્ગ એ એક સરળ, અનુકૂળ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ સંશ્લેષણ પદ્ધતિ છે. κ-carrageenan નો ઉપયોગ કુદરતી પર્યાવરણને અનુકૂળ સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે થાય છે, જ્યારે પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ગ્રીન રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે કામ કરે છે.
Green chemistry requires precise parameter control. Our nanomaterial engineers will help you select the right sonotrode, reactor geometry, and power settings to maximize yield, control particle morphology, and ensure full compliance with green chemistry principles.
Ag+/κ-carrageenan (left) and sonicated Ag/κ-carrageenan (right). Sonication was performed with the UP400S for 90min.
[Elsupikhe et al. 2015]
સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સનું ગ્રીન અલ્ટ્રાસોનિક સિન્થેસિસ
એલ્સુપીખે એટ અલ. (2015) સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સ (AgNPs) ની તૈયારી માટે ગ્રીન અલ્ટ્રાસોનિકલી-સહાયિત સંશ્લેષણ માર્ગ વિકસાવ્યો છે. સોનોકેમિસ્ટ્રી ઘણી ભીની-રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને પ્રોત્સાહન આપવા માટે જાણીતી છે. Sonication નેચરલ સ્ટેબિલાઈઝર તરીકે κ-carrageenan સાથે AgNP ને સિન્થસાઈઝ કરવામાં સક્ષમ કરે છે. પ્રતિક્રિયા ઓરડાના તાપમાને ચાલે છે અને કોઈપણ અશુદ્ધિઓ વિના એફસીસી ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર સાથે સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સ ઉત્પન્ન કરે છે. AgNPs ના કણોના કદનું વિતરણ κ-carrageenan ની સાંદ્રતા દ્વારા પ્રભાવિત થઈ શકે છે.
Ag-NPs ચાર્જ કરેલ જૂથો વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની યોજના કે જે sonication હેઠળ κ-carrageenan સાથે મર્યાદિત છે. [એલસુપીખે એટ અલ. 2015]
Procedure: Sustainable Synthesis of Silver Nanoparticles
- AgNO ને ઘટાડીને Ag-NPsનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું3 κ-carrageenan ની હાજરીમાં અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને. વિવિધ નમૂનાઓ મેળવવા માટે, 0.1 M AgNO ના 10 એમએલ ઉમેરીને, પાંચ સસ્પેન્શન તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા.3 થી 40-mL κ-carrageenan. વપરાયેલ κ-કેરેજેનન સોલ્યુશન્સ અનુક્રમે 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 અને 0.3 wt% હતા.
- AgNO મેળવવા માટે ઉકેલોને 1 કલાક માટે હલાવવામાં આવ્યા હતા3/κ-કેરેજીનન.
- પછી, નમૂનાઓ તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશનના સંપર્કમાં આવ્યા હતા: અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણનું કંપનવિસ્તાર UP400S (400W, 24kHz) 50% પર સેટ કરવામાં આવી હતી. ઓરડાના તાપમાને 90 મિનિટ માટે સોનિકેશન લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું. અલ્ટ્રાસોનિક લિક્વિડ પ્રોસેસર્સનો સોનોટ્રોડ UP400S સીધા પ્રતિક્રિયા ઉકેલમાં ડૂબી હતી.
- સોનિકેશન પછી, સસ્પેન્શનને 15 મિનિટ માટે સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવ્યું હતું અને ચાંદીના આયન અવશેષોને દૂર કરવા માટે ડબલ નિસ્યંદિત પાણીથી ચાર વખત ધોવામાં આવ્યું હતું. Ag-NPs મેળવવા માટે અવક્ષેપિત નેનોપાર્ટિકલ્સને વેક્યૂમ હેઠળ 40°C પર રાતોરાત સૂકવવામાં આવ્યા હતા.
સમીકરણ
- nH₂O —sonication–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- AgNo₃–હાઇડ્રોલિસિસ–> Ag+ + NO₃–
- R + Ag+ —> એજી° + આર’ + એચ+
- એજી+ + એચ –ઘટાડો–> સરેરાશ°
- એજી+ + એચ2ઓ —> એજી° + ઓએચ + એચ+
Analysis and Results: Ultrasonically Synthesized Silver Nanoparticles
પરિણામોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, નમૂનાઓનું યુવી-દૃશ્યમાન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક વિશ્લેષણ, એક્સ-રે વિવર્તન, FT-IR રાસાયણિક વિશ્લેષણ, TEM અને SEM છબીઓ દ્વારા વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.
The number of Ag-NPs increased with increasing κ-carrageenan concentrations. The formation of Ag/κ-carrageenan was determined by UV-visible spectroscopy where the surface plasmon absorption maximum was observed at 402 to 420nm. The X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the Ag-NPs are of a face-centered cubic structure. The Fourier transform infrared (FT-IR) spectrum indicated the presence of Ag-NPs in κ-carrageenan. Transmission electron microscopy (TEM) image for the highest concentration of κ-carrageenan showed the distribution of Ag-NPs with an average particle size near to 4.21nm. Scan electron microscopy (SEM) images illustrated the spherical shape of the Ag-NPs. The SEM analysis shows that with increasing κ-carrageenan concentration, changes in the surface of Ag/κ-carrageenan occurred, so that small-sized Ag-NPs with spherical shape were obtained.
TEM છબીઓ અને κ-carrageenan ની વિવિધ સાંદ્રતામાં સોનોકેમિકલી સંશ્લેષણ Ag/κ-carrageenan માટે અનુરૂપ કદ વિતરણો. [0.1%, 0.2%, અને 0.3%, અનુક્રમે (a, b, c)].
UP400S – એજી નેનોપાર્ટિકલ્સના સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણ
સાહિત્ય/સંદર્ભ
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Green sonochemical synthesis of silver nanoparticles at varying concentrations of κ-carrageenan. Nanoscale Research Letters 10. 2015.
- Reza Kazemi Oskuee, Azhar Banikamali, Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz, Hasan Ali Hosseini, and Majid Darroudi (2016): Honey-Based and Ultrasonic-Assisted Synthesis of Silver Nanoparticles and Their Antibacterial Activities. Journal of Nanoscience and Nanotechnology Vol. 16, 7989–7993, 2016.
- Bose, Rahul & Roychoudhury, Piya & Pal, Ruma (2021): In-situ green synthesis of fluorescent silica–silver conjugate nanodendrites using nanoporous frustules of diatoms: an unprecedented approach. Bioprocess and Biosystems Engineering 44, 2021
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011): Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો: સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સના ગ્રીન સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સના લીલા સંશ્લેષણને કેવી રીતે સુધારે છે?
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ એકોસ્ટિક પોલાણ ચલાવે છે, સ્થાનિક હોટસ્પોટ્સ બનાવે છે જે ઇકો-ફ્રેન્ડલી એજન્ટોનો ઉપયોગ કરીને ચાંદી આયનોને ઝડપથી ઘટાડે છે. આ સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયા પ્રતિક્રિયા ગતિશાસ્ત્રને વેગ આપે છે, સમાન ન્યુક્લિયેશનને પ્રોત્સાહન આપે છે, અને કણોના કદ અને આકાર પર ચોક્કસ નિયંત્રણને સક્ષમ કરે છે - બધા કઠોર રસાયણો અથવા ઉચ્ચ ઉષ્ણીય ઊર્જા વિના.
ચાંદીના નૅનોકણિકાઓ (AgNPs) માટે લીલા સોનોકેમિકલ માર્ગના મુખ્ય લાભો શું છે?
લીલું સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ અલ્ટ્રાસાઉન્ડને બાયોકમ્પેટિબલ રિડ્યૂસિંગ અને કૅપિંગ એજન્ટ્સ (જેમ કે છોડ ની નિકાસ, ખાંડ, અથવા પોલિમર) સાથે મિશ્રિત કરે છે જેથી ઝેરી નહીં, પર્યાવરણસર્જક ચાંદીના નૅનોકણિકાઓનો ઉત્પન્ન થાય. આ પદ્ધતિ ઊર્જાનો ઉપયોગ ઘટાડે છે, સંશ્લેષણ સમય ઘટાડે છે, જોખમભર્યા બાયપ્રોડક્ટ્સને દૂર કરે છે, અને સ્થાયીતા સાથે નિર્દિષ્ટ કદ વિતરણવાળા નૅનોકણિકાઓ આપે છે.
શું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ચાંદીના નૅનોકણિકાઓના કદ અને આકારને નિયંત્રિત કરી શકે છે?
હા. અલ્ટ્રાસોનિક એમ્પ્લિટ્યુડ, ફ્રિક્વેન્સી, પાવર ડેન્સિટી અને સોનિકેશન સમયને એડજસ્ટ કરીને, ઉત્પાદકો નિયુક્લિએશન અને વૃદ્ધિ દરને બારીકીથી નિયંત્રિત કરી શકે છે. આ 5–100 nm સુધીના વિવિધ આકાર (ગોળાકાર, ઘનાકાર, ત્રિકોણાકાર પ્લેટો) માં AgNPs નું પુનરાવૃત્તિ પાત્ર ઉત્પાદન શક્ય બનાવે છે, જે નિર્ધારિત બાયոմેડિકલ, ઇલેક્ટ્રોનિક, અથવા ઉદ્યોગપ્રત્યે જરૂરીતાઓ માટે અનુકૂળ છે.
શું અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રીન સિન્થેસિસ ઔદ્યોગિક AgNP ઉત્પાદન માટે સ્કેલ કરવા યોગ્ય છે?
બિલકુલ. ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ સુધરે છે સતત ફ્લો-થ્રૂ રિએક્ટર્સ જે લેબ બેચથી સંપૂર્ણ ઉત્પાદન સુધી સરળતાથી સ્કેલ કરી શકે છે. ઇનલાઇન સોનિકેશનસર ઊભી કેવિટેશનની સમાન વિતરણ, રિયલ-ટાઈમ પ્રક્રિયા મોનિટરિંગ અને બેચ-ટુ-બેચ સતતતા સુનિશ્ચિત કરે છે, જે એ ઉચ્ચ-વોલ્યુમ, પર્યાવરણીય રીતે અનુકૂળ AgNP ઉત્પાદન માટે આદર્શ બનાવે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ સંશ્લેષણ સાથે કયા હરિત ઘટાડક એજન્ટો શ્રેષ્ઠ રીતે કાર્ય કરે છે?
પ્રભાવી પર્યાવરણમિત્ર એજન્ટોમાં બોટાન્યિકલ નિષ્કર્ષો (જેમ કે એલોઇ, ગ્રીન ટી, લીંબૂ છાલ), કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ, એમિનો એસિડ્સ, પ્રોટીન અને બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમરોનો સમાવેશ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક તેમના ઘટાવા અને સ્થિરકરણની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે મદદ કરે છે, જે સંપૂર્ણપણે કૃત્રિમ રાસાયણિકોનું સ્થાન લઈ શકે છે જ્યારે ઉચ્ચ ઉપજ, કોલોઈડલ સ્થિરતા અને કાર્યક્ષમિક કાર્યક્ષમતા જાળવી રાખવામાં આવે છે.
સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ પરંપરિક રાસાયણિક પદ્ધતિઓની તુલનામાં AgNPs માટે કેવી રીતે સરખામણી કરે છે?
Conventional chemical routes often rely on toxic reducers (e.g., sodium borohydride), extreme pH, and generate hazardous waste. Green sonochemical synthesis uses safe, renewable materials, operates at ambient or mild temperatures, cuts processing time significantly, and produces cleaner, more biocompatible nanoparticles with superior dispersion and shelf life.
Which industries benefit from green ultrasonic silver nanoparticles?
ગ્રીન સોનોકેમિકલ પદ્ધતિઓ દ્વારા સંશ્લેષિત એજીએનપીનો ઉપયોગ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ કોટિંગ્સ, તબીબી ઉપકરણો, ઘાની સંભાળ, પાણીના ફિલ્ટરેશન, લવચીક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને ટકાઉ પેકેજિંગમાં વ્યાપકપણે થાય છે. તેમનું ઇકો-ફ્રેન્ડલી ઉત્પાદન ઉચ્ચ પ્રદર્શન અને નિયમનકારી સ્વીકૃતિ પ્રદાન કરતી વખતે કડક પર્યાવરણીય અને સલામતીના ધોરણોનું પાલન સુનિશ્ચિત કરે છે.
સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સ શું છે?
સિલ્વર નેનો-કણો 1nm અને 100nm વચ્ચેના કદ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. જ્યારે વારંવાર 'સિલ્વર' તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે’ કેટલાક સિલ્વર ઑક્સાઈડની મોટી ટકાવારીથી બનેલા હોય છે કારણ કે તેમની સપાટી-થી-જથ્થાબંધ ચાંદીના અણુઓના મોટા પ્રમાણને કારણે. સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સ વિવિધ બંધારણો સાથે દેખાઈ શકે છે. સામાન્ય રીતે, ગોળાકાર ચાંદીના નેનોપાર્ટિકલ્સનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે, પરંતુ હીરા, અષ્ટકોણ અને પાતળી શીટ્સનો પણ ઉપયોગ થાય છે.
તબીબી એપ્લિકેશનોમાં સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સ ખૂબ વારંવાર જોવા મળે છે. ચાંદીના આયનો બાયોએક્ટિવ હોય છે અને તેમાં મજબૂત એન્ટિમાઇક્રોબાયલ અને જંતુનાશક અસરો હોય છે. તેમનો અત્યંત વિશાળ સપાટી વિસ્તાર અસંખ્ય લિગાન્ડ્સના સંકલન માટે પરવાનગી આપે છે. અન્ય મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતાઓ વાહકતા અને અનન્ય ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો છે.
તેમની વાહક વિશેષતાઓ માટે, સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સ ઘણીવાર કોમ્પોઝિટ, પ્લાસ્ટિક, ઇપોક્સી અને એડહેસિવ્સમાં સમાવિષ્ટ થાય છે. ચાંદીના કણો વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે; તેથી સિલ્વર પેસ્ટ અને શાહીનો વારંવાર ઈલેક્ટ્રોનિક્સના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગ થાય છે. સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સ સપાટીના પ્લાઝમોન્સને ટેકો આપતા હોવાથી, AgNPs પાસે ઉત્કૃષ્ટ ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો છે. પ્લાઝમોનિક સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ સેન્સર, ડિટેક્ટર અને વિશ્લેષણાત્મક સાધનો જેમ કે સરફેસ એનહાન્સ્ડ રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (SERS) અને સરફેસ પ્લાઝમોન ફીલ્ડ-એન્હાન્સ્ડ ફ્લોરોસેન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (SPFS) માટે થાય છે.
કેરેજીનન શું છે?
Carrageenan એક સસ્તું કુદરતી પોલિમર છે, જે લાલ સીવીડની વિવિધ પ્રજાતિઓમાં જોવા મળે છે. કેરેજીનન્સ એ રેખીય સલ્ફેટેડ પોલિસેકરાઇડ્સ છે જેનો ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, તેમના જેલિંગ, જાડા અને સ્થિર ગુણધર્મો માટે. તેમનો મુખ્ય ઉપયોગ ડેરી અને માંસ ઉત્પાદનોમાં છે, જે ખોરાક પ્રોટીન સાથે મજબૂત બંધનકર્તા હોવાને કારણે છે. કેરેજેનનની ત્રણ મુખ્ય જાતો છે, જે તેમના સલ્ફેશનની ડિગ્રીમાં અલગ છે. કપ્પા-કૅરેજેનન ડિસેકરાઇડ દીઠ એક સલ્ફેટ જૂથ ધરાવે છે. Iota-carrageenan (ι-carrageenen) ડિસેકરાઇડ દીઠ બે સલ્ફેટ ધરાવે છે. Lambda carrageenan (λ-carrageenen) ડિસેકરાઇડ દીઠ ત્રણ સલ્ફેટ ધરાવે છે.
Kappa carrageenan (κ-carrageenan) પાસે D-galactose અને 3,6-anhydro-D-galactose ના સલ્ફેટેડ પોલિસેકરાઇડનું રેખીય માળખું છે.
κ- કેરેજેનનનો ઉપયોગ ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં વ્યાપકપણે થાય છે, દા.ત. જેલિંગ એજન્ટ તરીકે અને ટેક્સચરમાં ફેરફાર કરવા માટે. તે આઈસ્ક્રીમ, ક્રીમ, કુટીર ચીઝ, મિલ્કશેક, સલાડ ડ્રેસિંગ, મીઠાઈયુક્ત કન્ડેન્સ્ડ મિલ્ક, સોયા મિલ્કમાં એડિટિવ તરીકે મળી શકે છે. & ઉત્પાદનની સ્નિગ્ધતા વધારવા માટે અન્ય છોડના દૂધ અને ચટણીઓ.
તદુપરાંત, κ-કેરેજીનન બિન-ખાદ્ય ઉત્પાદનોમાં મળી શકે છે જેમ કે શેમ્પૂ અને કોસ્મેટિક ક્રીમમાં જાડું કરનાર, ટૂથપેસ્ટમાં (તત્વોને અલગ થતા અટકાવવા માટે સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે), અગ્નિશામક ફીણ (ફીણને ચીકણું થવા માટે ઘટ્ટ કરનાર તરીકે), એર ફ્રેશનર જેલ્સ. , શૂ પોલિશ (સ્નિગ્ધતા વધારવા માટે), બાયોટેકનોલોજીમાં કોષો/ઉત્સેચકોને સ્થિર કરવા માટે, ફાર્માસ્યુટિકલ્સમાં (ગોળીઓ/ગોળીઓમાં નિષ્ક્રિય સહાયક તરીકે), પાલતુ ખોરાક વગેરેમાં.
κ-carrageenan ની વિવિધ સાંદ્રતામાં Ag/κ-carrageenan માટે SEM છબીઓ. [0.1%, 0.2%, અને 0.3%, અનુક્રમે (a, b, c)]. [એલસુપીખે એટ અલ. 2015]