सिल्वर नैनोकणों के संश्लेषण का हरित सोनोकेमिकल मार्ग
सिल्वर नैनोकण (AgNPs) अपने सूक्ष्मजीवरोधी गुणों, प्रकाशीय गुणों और उच्च विद्युत चालकता के कारण अक्सर उपयोग किए जाने वाले नैनोपदार्थ हैं। कैप्पा कैरेजीनन का उपयोग करने वाला सोनोकेमिकल मार्ग सिल्वर नैनोकणों को तैयार करने की एक सरल, सुविधाजनक और पर्यावरण के अनुकूल संश्लेषण विधि है। κ-carrageenan का उपयोग एक प्राकृतिक, पर्यावरण के अनुकूल स्थिरीकारक के रूप में किया जाता है, जबकि उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड एक हरित अपचायक के रूप में कार्य करता है।
हरित रसायन विज्ञान के लिए प्राचलों का सटीक नियंत्रण आवश्यक है। हमारे नैनोपदार्थ इंजीनियर सही सोनोट्रोड, रिएक्टर की ज्यामिति और शक्ति सेटिंग चुनने में आपकी सहायता करेंगे, ताकि उपज को अधिकतम किया जा सके, कणों की आकारिकी को नियंत्रित किया जा सके और हरित रसायन विज्ञान के सिद्धांतों का पूर्ण अनुपालन सुनिश्चित किया जा सके।
Ag+/κ-carrageenan (बाएँ) और सोनिकेशन के बाद Ag/κ-carrageenan (दाएँ)। UP400S से 90min तक सोनिकेशन किया गया।
[Elsupikhe et al. 2015]
सिल्वर नैनोकणों का हरित अल्ट्रासोनिक संश्लेषण
Elsupikhe et al. (2015) ने सिल्वर नैनोकणों (AgNPs) को तैयार करने के लिए अल्ट्रासाउंड की सहायता से एक हरित संश्लेषण मार्ग विकसित किया है। सोनोकेमिस्ट्री अनेक आर्द्र-रासायनिक अभिक्रियाओं को बढ़ावा देने के लिए जानी जाती है। सोनिकेशन से प्राकृतिक स्थिरीकारक के रूप में κ-carrageenan का उपयोग करके AgNPs का संश्लेषण संभव होता है। यह अभिक्रिया कमरे के तापमान पर होती है और बिना किसी अशुद्धि के fcc क्रिस्टल संरचना वाले सिल्वर नैनोकण उत्पन्न करती है। κ-carrageenan की सांद्रता से AgNPs के कण आकार वितरण को प्रभावित किया जा सकता है।
सोनिकेशन के दौरान κ-carrageenan से आच्छादित Ag-NPs के आवेशित समूहों के बीच अंतःक्रिया का योजनात्मक चित्र। [Elsupikhe et al. 2015]
प्रक्रिया: सिल्वर नैनोकणों का संधारणीय संश्लेषण
- Ag-NPs के संश्लेषण के लिए AgNO3 का अपचयन κ-carrageenan की उपस्थिति में अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा किया गया। विभिन्न नमूने प्राप्त करने के लिए पाँच निलंबन तैयार किए गए, जिनके लिए 10 mL 0.1 M AgNO3 को 40-mL κ-carrageenan में मिलाया गया। उपयोग किए गए κ-carrageenan विलयन क्रमशः 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 और 0.3 wt% के थे।
- विलयनों को 1h तक हिलाया गया ताकि AgNO3/κ-carrageenan प्राप्त हो सके।
- इसके बाद, नमूनों को तीव्र अल्ट्रासोनिक विकिरण के संपर्क में लाया गया: अल्ट्रासोनिक उपकरण UP400S (400W, 24kHz) का आयाम 50% पर सेट किया गया। कमरे के तापमान पर 90min तक सोनिकेशन किया गया। अल्ट्रासोनिक द्रव प्रोसेसर UP400S के सोनोट्रोड को सीधे अभिक्रिया विलयन में डुबोया गया।
- सोनिकेशन के बाद, निलंबनों को 15min तक अपकेंद्रित किया गया और सिल्वर आयनों के अवशेष हटाने के लिए दो बार आसुत जल से चार बार धोया गया। Ag-NPs प्राप्त करने के लिए अवक्षेपित नैनोकणों को निर्वात में 40°C पर रात भर सुखाया गया।
समीकरण
- nH₂O —सोनिकेशन–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- AgNo₃–जल-अपघटन–> Ag+ + NO₃–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –अपचयन–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
विश्लेषण और परिणाम: अल्ट्रासोनिक रूप से संश्लेषित सिल्वर नैनोकण
परिणामों का मूल्यांकन करने के लिए, नमूनों का विश्लेषण UV-दृश्य स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण, एक्स-रे विवर्तन, FT-IR रासायनिक विश्लेषण तथा TEM और SEM छवियों द्वारा किया गया।
κ-carrageenan की सांद्रता बढ़ने के साथ Ag-NPs की संख्या बढ़ी। Ag/κ-carrageenan का निर्माण UV-दृश्य स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा निर्धारित किया गया, जिसमें सतही प्लाज़्मॉन अवशोषण का अधिकतम मान 402 से 420nm पर देखा गया। एक्स-रे विवर्तन (XRD) विश्लेषण ने दिखाया कि Ag-NPs की संरचना फलक-केंद्रित घनीय है। फूरिए रूपांतरण अवरक्त (FT-IR) स्पेक्ट्रम ने κ-carrageenan में Ag-NPs की उपस्थिति का संकेत दिया। κ-carrageenan की उच्चतम सांद्रता के लिए संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM) छवि में Ag-NPs का वितरण दिखा, जिसका औसत कण आकार लगभग 4.21nm था। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) छवियों ने Ag-NPs का गोलाकार रूप दिखाया। SEM विश्लेषण दर्शाता है कि κ-carrageenan की सांद्रता बढ़ने के साथ Ag/κ-carrageenan की सतह में परिवर्तन हुए, जिससे छोटे आकार के गोलाकार Ag-NPs प्राप्त हुए।
κ-carrageenan की विभिन्न सांद्रताओं पर सोनोकेमिकल रूप से संश्लेषित Ag/κ-carrageenan की TEM छवियाँ और संगत आकार वितरण। [क्रमशः 0.1%, 0.2% और 0.3% (a, b, c)]।
UP400S – Ag नैनोकणों के सोनोकेमिकल संश्लेषण के लिए प्रयुक्त अल्ट्रासोनिक उपकरण
साहित्य/संदर्भ
- 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.
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न: चाँदी के नैनोकणों का हरित सोनोकेमिकल संश्लेषण
अल्ट्रासाउंड चाँदी के नैनोकणों के हरित संश्लेषण को कैसे बेहतर बनाता है?
अल्ट्रासाउंड ध्वनिक कैविटेशन उत्पन्न करता है, जिससे स्थानीयकृत अत्यधिक गर्म क्षेत्र बनते हैं, जो पर्यावरण के अनुकूल अभिकर्मकों की मदद से चाँदी के आयनों का तेजी से अपचयन करते हैं। यह सोनोकेमिकल प्रक्रिया अभिक्रिया की गतिकी को तेज करती है, एकसमान नाभिकीयन को बढ़ावा देती है और कणों के आकार तथा आकृति पर सटीक नियंत्रण संभव बनाती है – यह सब कठोर रसायनों या उच्च तापीय ऊर्जा के बिना होता है।
AgNPs के लिए हरित सोनोकेमिकल विधि के मुख्य लाभ क्या हैं?
हरित सोनोकेमिकल संश्लेषण में अल्ट्रासाउंड को जैवसंगत अपचायक और कैपिंग अभिकर्मकों (जैसे पादप अर्क, शर्कराएँ या बहुलक) के साथ संयोजित करके अविषैले, पर्यावरण को हानि न पहुँचाने वाले चाँदी के नैनोकण बनाए जाते हैं। यह विधि ऊर्जा का उपयोग घटाती है, संश्लेषण का समय कम करती है, खतरनाक उपोत्पादों को समाप्त करती है और सुसंगत आकार वितरण वाले अत्यधिक स्थिर नैनोकण उत्पन्न करती है।
क्या अल्ट्रासाउंड चाँदी के नैनोकणों के आकार और आकारिकी को नियंत्रित कर सकता है?
हाँ। अल्ट्रासोनिक आयाम, आवृत्ति, शक्ति घनत्व और सोनिकेशन समय को समायोजित करके निर्माता नाभिकीयन और वृद्धि की दरों को सूक्ष्मता से नियंत्रित कर सकते हैं। इससे विशिष्ट जैवचिकित्सीय, इलेक्ट्रॉनिक या औद्योगिक अनुप्रयोगों के अनुरूप विभिन्न आकृतियों (गोले, घन, त्रिकोणीय प्लेटें) में 5–100 nm आकार के AgNPs का पुनरुत्पादनीय उत्पादन संभव होता है।
क्या अल्ट्रासोनिक हरित संश्लेषण को औद्योगिक AgNP उत्पादन के लिए बड़े पैमाने पर लागू किया जा सकता है?
बिल्कुल। औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर ऐसे सतत प्रवाह वाले रिएक्टरों का समर्थन करते हैं जिन्हें प्रयोगशाला के बैचों से पूर्ण विनिर्माण स्तर तक सहजता से विस्तारित किया जा सकता है। इनलाइन सोनिकेशन कैविटेशन का एकसमान वितरण, वास्तविक समय में प्रक्रिया की निगरानी और विभिन्न बैचों के बीच एकरूपता सुनिश्चित करता है, जिससे यह बड़ी मात्रा में, पर्यावरण के अनुकूल AgNP विनिर्माण के लिए आदर्श बनता है।
चाँदी के नैनोकणों के अल्ट्रासोनिक संश्लेषण में कौन-से हरित अपचायक अभिकर्मक सबसे अच्छा काम करते हैं?
प्रभावी पर्यावरण के अनुकूल अभिकर्मकों में पादप अर्क (जैसे एलोवेरा, हरी चाय, खट्टे फलों के छिलके), कार्बोहाइड्रेट, अमीनो अम्ल, प्रोटीन और जैवनिम्नीकरणीय बहुलक शामिल हैं। अल्ट्रासाउंड उनकी अपचयन और स्थिरीकरण दक्षता बढ़ाता है, जिससे उच्च उपज, कोलॉइडी स्थिरता और कार्यात्मक प्रदर्शन बनाए रखते हुए संश्लेषित रसायनों को पूरी तरह प्रतिस्थापित किया जा सकता है।
AgNPs के लिए सोनोकेमिकल संश्लेषण की तुलना पारंपरिक रासायनिक विधियों से कैसे होती है?
पारंपरिक रासायनिक विधियाँ अक्सर विषैले अपचायकों (जैसे सोडियम बोरोहाइड्राइड) और चरम pH पर निर्भर करती हैं तथा खतरनाक अपशिष्ट उत्पन्न करती हैं। हरित सोनोकेमिकल संश्लेषण सुरक्षित, नवीकरणीय सामग्रियों का उपयोग करता है, परिवेशीय या मध्यम तापमान पर संचालित होता है, प्रसंस्करण समय को काफी कम करता है और बेहतर परिक्षेपण तथा भंडारण आयु वाले अधिक स्वच्छ, अधिक जैवसंगत नैनोकण उत्पन्न करता है।
चाँदी के हरित अल्ट्रासोनिक नैनोकणों से किन उद्योगों को लाभ होता है?
हरित सोनोकेमिकल विधियों से संश्लेषित AgNPs का व्यापक उपयोग रोगाणुरोधी लेपों, चिकित्सा उपकरणों, घावों की देखभाल, जल निस्यंदन, लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स और टिकाऊ पैकेजिंग में होता है। उनका पर्यावरण के अनुकूल उत्पादन उच्च प्रदर्शन और नियामकीय स्वीकृति प्रदान करते हुए कठोर पर्यावरणीय तथा सुरक्षा मानकों का अनुपालन सुनिश्चित करता है।
चाँदी के नैनोकण क्या हैं?
चाँदी के नैनोकणों की विशेषता उनका 1nm और 100nm के बीच का आकार है। हालाँकि इन्हें अक्सर ‘चाँदी’ के कण कहा जाता है, इनमें से कुछ में सिल्वर ऑक्साइड का प्रतिशत अधिक होता है, क्योंकि इनमें सतह पर स्थित चाँदी के परमाणुओं का आंतरिक भाग में स्थित चाँदी के परमाणुओं से अनुपात अधिक होता है। चाँदी के नैनोकण विभिन्न संरचनाओं में पाए जा सकते हैं। सबसे अधिक गोलाकार चाँदी के नैनोकणों का संश्लेषण किया जाता है, लेकिन समचतुर्भुजाकार, अष्टकोणीय और पतली चादरों के रूप वाले नैनोकणों का भी उपयोग किया जाता है।
चिकित्सीय अनुप्रयोगों में चाँदी के नैनोकणों का बहुत अधिक उपयोग होता है। चाँदी के आयन जैवसक्रिय होते हैं और उनमें प्रबल रोगाणुरोधी तथा रोगाणुनाशी प्रभाव होते हैं। उनका अत्यंत विशाल सतह क्षेत्र अनेक लिगैंडों के साथ उपसहसंयोजन की अनुमति देता है। अन्य महत्वपूर्ण विशेषताओं में चालकता और विशिष्ट प्रकाशीय गुण शामिल हैं।
उनके चालक गुणों के कारण, चाँदी के नैनोकणों को अक्सर कंपोज़िट, प्लास्टिक, एपॉक्सी और चिपकने वाले पदार्थों में शामिल किया जाता है। चाँदी के कण विद्युत चालकता बढ़ाते हैं; इसलिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण में चाँदी के पेस्ट और स्याही का अक्सर उपयोग किया जाता है। चूँकि चाँदी के नैनोकण पृष्ठीय प्लाज़्मॉन का समर्थन करते हैं, इसलिए AgNPs में उत्कृष्ट प्रकाशीय गुण होते हैं। प्लाज़्मॉनिक चाँदी के नैनोकणों का उपयोग सेंसर, डिटेक्टर और विश्लेषणात्मक उपकरणों में किया जाता है, जैसे पृष्ठ-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (SERS) और पृष्ठीय प्लाज़्मॉन क्षेत्र-संवर्धित प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी (SPFS)।
कैरेजीनन क्या है?
कैरेजीनन एक सस्ता प्राकृतिक बहुलक है, जो लाल समुद्री शैवाल की विभिन्न प्रजातियों में पाया जाता है। कैरेजीनन रैखिक सल्फेटित पॉलीसैकेराइड होते हैं, जिनका खाद्य उद्योग में जेल बनाने, गाढ़ापन बढ़ाने और स्थिरता प्रदान करने वाले गुणों के लिए व्यापक उपयोग किया जाता है। खाद्य प्रोटीनों के साथ उनके मज़बूत बंधन के कारण उनका मुख्य उपयोग डेयरी और मांस उत्पादों में होता है। कैरेजीनन की तीन मुख्य किस्में हैं, जो सल्फेटन की मात्रा में एक-दूसरे से भिन्न होती हैं। कप्पा-कैरेजीनन में प्रति डाइसैकेराइड एक सल्फेट समूह होता है। आयोटा-कैरेजीनन (ι-carrageenen) में प्रति डाइसैकेराइड दो सल्फेट समूह होते हैं। लैम्ब्डा कैरेजीनन (λ-carrageenen) में प्रति डाइसैकेराइड तीन सल्फेट समूह होते हैं।
कप्पा कैरेजीनन (κ-carrageenan) की संरचना D-galactose और 3,6-anhydro-D-galactose के सल्फेटित पॉलीसैकेराइड की रैखिक संरचना होती है।
κ-कैरेजीनन का खाद्य उद्योग में व्यापक उपयोग किया जाता है, जैसे जेल बनाने वाले कारक के रूप में और बनावट में बदलाव के लिए। उत्पाद की श्यानता बढ़ाने के लिए इसे आइसक्रीम, क्रीम, कॉटेज चीज़, मिल्कशेक, सलाद ड्रेसिंग, मीठे संघनित दूध, सोया दूध और अन्य पादप-आधारित दूध तथा सॉस में योजक के रूप में पाया जा सकता है।
इसके अलावा, κ-कैरेजीनन गैर-खाद्य उत्पादों में भी पाया जा सकता है, जैसे शैम्पू और कॉस्मेटिक क्रीम में गाढ़ापन बढ़ाने वाले पदार्थ के रूप में, टूथपेस्ट में (घटकों को अलग होने से रोकने वाले स्थिरक के रूप में), अग्निशमन फोम में (फोम को चिपचिपा बनाने के लिए गाढ़ापन बढ़ाने वाले पदार्थ के रूप में), एयर फ्रेशनर जेल में, जूते की पॉलिश में (श्यानता बढ़ाने के लिए), जैव प्रौद्योगिकी में कोशिकाओं/एंज़ाइमों को स्थिर करने के लिए, औषधियों में (गोलियों/टैबलेट में निष्क्रिय सहायक पदार्थ के रूप में), पालतू पशुओं के आहार आदि में।
κ-carrageenan की विभिन्न सांद्रताओं पर Ag/κ-carrageenan की SEM छवियाँ। [क्रमशः 0.1%, 0.2%, और 0.3 % (a, b, c)]। [Elsupikhe et al. 2015]