Green Sonochemical Route untuk Silver Nanoparticles
Nanopartikel perak (AgNPs) sering digunakan Nanomaterials karena sifat anti-mikroba mereka, sifat optik dan konduktivitas listrik yang tinggi. Rute sonokimia menggunakan kappa carrageenan adalah metode sintesis sederhana, mudah dan ramah lingkungan untuk persiapan partikel nano perak. Κ-karaginan digunakan sebagai penstabil ramah lingkungan yang alami, sementara kekuatan ultrasound bertindak sebagai green reducing agent.
Kimia hijau memerlukan pengendalian parameter yang tepat. Para insinyur bahan nano kami akan membantu Anda memilih sonotrode, geometri reaktor, dan pengaturan daya yang tepat untuk memaksimalkan hasil, mengendalikan morfologi partikel, serta memastikan kepatuhan penuh terhadap prinsip-prinsip kimia hijau.
Ag+/κ-karagenan (kiri) dan Ag/κ-karagenan yang telah melalui sonikasi (kanan). Sonikasi dilakukan menggunakan UP400S selama 90 menit.
[Elsupikhe dkk. 2015]
Green Ultrasonic Synthesis untuk Silver Nanoparticles
Elsupikhe et al. (2015) telah mengembangkan green ultrasonically-assisted synthesis route untuk persiapan nanopartikel perak (AgNPs). Sonochemistry terkenal untuk mendorong wet-chemical reaksi . Sonikasi memungkinkan untuk mensintesis AgNPs dengan κ-carrageenan sebagai penstabil yang alami. Reaksi berjalan pada suhu kamar dan menghasilkan nanopartikel perak dengan struktur kristal fcc tanpa adanya kotoran. Distribusi ukuran partikel AgNPs dapat dipengaruhi oleh konsentrasi κ-carrageenan.
Skema interaksi antara kelompok Ag-NP yang dibebankan yang dibatasi dengan κ-carrageenan di bawah sonikasi. [Elsupikhe et al. 2015]
Prosedur: Sintesis Berkelanjutan Partikel Nano Perak
- Ag-SPN yang disintesis dengan mengurangi AgNO3 menggunakan ultrasonikasi dengan adanya κ-carrageenan. Untuk mendapatkan sampel yang berbeda, lima suspensi disiapkan, dengan menambahkan 10 mL 0,1 M AgNO3 untuk 40-mL κ-carrageenan. Solusi κ-carrageenan yang digunakan adalah 0.1, 0,15, 0,20, 0,25, dan 0.3 wt %, masing-masing.
- Solusi yang diaduk selama 1h untuk mendapatkan AgNO3/Κ-Carrageenan.
- Kemudian, sampel terkena iradiasi ultrasonik yang intens: amplitudo dari perangkat ultrasonik UP400S (400W, 24 kHz) ditetapkan menjadi 50%. Sonikasi diaplikasikan selama 90 menit pada suhu kamar. Sonotrodes dari ultrasonik processor UP400S terbenam dalam cairan langsung ke larutan reaksi.
- Setelah sonikasi, suspensi disentrifugasi selama 15 menit dan dicuci dengan air suling ganda sebanyak empat kali untuk menghilangkan residu ion perak. Nanopartikel yang diendapkan dikeringkan pada suhu 40 ° C di bawah vakum semalaman untuk mendapatkan Ag-NP.
Persamaan
- tidak ada air —sonikasi–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- No₃–hidrolisis–> Ag⁺ + NO₃⁻–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ H+
- AG+ H –reductions–> At°
- AG+ H2O —> Ag° + OH + H+
Analisis dan Hasil: Nanopartikel Perak yang Disintesis dengan Metode Ultrasonik
Untuk mengevaluasi hasil, sampel dianalisis dengan UV-visible spectroscopic analysis, X-ray diffraction, FT-IR chemical analysis, TEM dan SEM images.
Jumlah Ag-NPs meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi κ-karagenan. Pembentukan Ag/κ-karagenan ditentukan dengan spektroskopi UV-visible di mana penyerapan plasmon permukaan maksimum diamati pada 402 hingga 420 nm. Analisis difraksi sinar-X (XRD) menunjukkan bahwa Ag-NPs memiliki struktur kubik berpusat muka. Spektrum transformasi Fourier inframerah (FT-IR) menunjukkan adanya Ag-NPs dalam κ-karagenan. Gambar mikroskop elektron transmisi (TEM) untuk konsentrasi κ-karagenan tertinggi menunjukkan distribusi Ag-NPs dengan ukuran partikel rata-rata mendekati 4,21 nm. Gambar mikroskop elektron pemindaian (SEM) memperlihatkan bentuk bulat Ag-NPs. Analisis SEM menunjukkan bahwa seiring meningkatnya konsentrasi κ-karagenan, terjadi perubahan pada permukaan Ag/κ-karagenan, sehingga diperoleh Ag-NPs berukuran kecil dengan bentuk bulat.
TEM gambar dan ukuran yang sesuai distribusi untuk Sonochemically disintesis Ag / κ-carrageenan pada konsentrasi yang berbeda dari κ-carrageenan. [0,1%, 0,2%, dan 0,3%, masing-masing (a, b, c)].
UP400S – perangkat ultrasonik yang digunakan untuk sintesis sonochemical nanopartikel Ag
Literatur / Referensi
- 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.
Pertanyaan yang Sering Diajukan: Sintesis Sonokimia Ramah Lingkungan Partikel Nano Perak
Bagaimana ultrasonik meningkatkan sintesis hijau nanopartikel perak?
Ultrasonik memicu kavitasi akustik, sehingga menciptakan titik-titik konsentrasi lokal yang secara cepat mengurangi ion perak menggunakan bahan-bahan ramah lingkungan. Proses sono-kimia ini mempercepat kinetika reaksi, mendorong pembentukan inti yang seragam, dan memungkinkan pengendalian yang tepat terhadap ukuran serta bentuk partikel—semuanya tanpa menggunakan bahan kimia keras atau energi panas yang tinggi.
Apa saja keunggulan utama dari metode sonokimia ramah lingkungan untuk AgNPs?
Sintesis sonokimia ramah lingkungan menggabungkan gelombang ultrasonik dengan agen pereduksi dan agen penutup yang biokompatibel (seperti ekstrak tumbuhan, gula, atau polimer) untuk menghasilkan nanopartikel perak yang tidak beracun dan ramah lingkungan. Metode ini mengurangi penggunaan energi, mempersingkat waktu sintesis, menghilangkan produk sampingan berbahaya, serta menghasilkan nanopartikel yang sangat stabil dengan distribusi ukuran yang konsisten.
Apakah ultrasonik dapat mengendalikan ukuran dan morfologi nanopartikel perak?
Ya. Dengan menyesuaikan amplitudo ultrasonik, frekuensi, kepadatan daya, dan waktu sonikasi, produsen dapat mengatur laju nukleasi dan pertumbuhan secara presisi. Hal ini memungkinkan produksi AgNPs berukuran 5–100 nm dalam berbagai bentuk (bola, kubus, lempengan segitiga) yang dapat diulang, yang disesuaikan dengan aplikasi biomedis, elektronik, atau industri tertentu.
Apakah sintesis hijau berbasis ultrasonik dapat diterapkan secara besar-besaran untuk produksi AgNP skala industri?
Tentu saja. Pengolah ultrasonik industri mendukung reaktor aliran terus-menerus yang dapat ditingkatkan skalanya secara mulus dari skala batch laboratorium hingga produksi massal. Sonikasi inline memastikan distribusi kavitasi yang merata, pemantauan proses secara real-time, serta konsistensi antar-batch, sehingga sangat ideal untuk produksi AgNP bervolume tinggi dan ramah lingkungan.
Agen pereduksi hijau apa yang paling efektif digunakan dalam sintesis nanopartikel perak dengan metode ultrasonik?
Bahan ramah lingkungan yang efektif antara lain ekstrak tumbuhan (misalnya, lidah buaya, teh hijau, kulit buah jeruk), karbohidrat, asam amino, protein, dan polimer yang dapat terurai secara hayati. Gelombang ultrasonik meningkatkan efisiensi reduksi dan stabilisasi bahan-bahan tersebut, sehingga memungkinkan penggantian penuh bahan kimia sintetis sambil tetap mempertahankan hasil yang tinggi, stabilitas koloid, dan kinerja fungsional.
Bagaimana perbandingan sintesis sonokimia dengan metode kimia konvensional dalam pembuatan AgNPs?
Proses kimia konvensional sering kali mengandalkan zat pereduksi beracun (misalnya, natrium borohidrida), nilai pH ekstrem, dan menghasilkan limbah berbahaya. Sintesis sonokimia ramah lingkungan menggunakan bahan yang aman dan terbarukan, dilakukan pada suhu kamar atau suhu rendah, secara signifikan mempersingkat waktu pemrosesan, serta menghasilkan nanopartikel yang lebih bersih dan lebih biokompatibel dengan dispersi dan masa simpan yang lebih baik.
Industri apa saja yang mendapat manfaat dari nanopartikel perak ultrasonik ramah lingkungan?
AgNPs yang disintesis melalui metode sonokimia ramah lingkungan banyak digunakan dalam lapisan antimikroba, perangkat medis, perawatan luka, penyaringan air, elektronik fleksibel, dan kemasan berkelanjutan. Proses produksinya yang ramah lingkungan memastikan kepatuhan terhadap standar lingkungan dan keselamatan yang ketat, sekaligus memberikan kinerja tinggi dan penerimaan dari pihak regulator.
Apa itu Nanopartikel Perak?
Nanopartikel perak ditandai dengan ukuran antara 1nm dan 100nm. Sementara sering digambarkan sebagai ' perak’ beberapa terdiri dari persentase besar oksida perak karena rasio yang besar dari permukaanatom perak yang besar. Nanopartikel dapat muncul dengan struktur yang berbeda . Yang paling umum adalah nanopartikel bulat yang disintesis, namun lembaran berlian segi delapan serta tipis dapat juga digunakan
Nanopartikel perak sangat sering ditemukan dalam aplikasi medis. Ion perak bersifat bioaktif dan memiliki efek antimikroba dan kuman yang kuat. Luas permukaannya yang sangat besar memungkinkan koordinasi sejumlah ligan. Karakteristik penting lainnya adalah konduktivitas dan sifat optik yang unik.
Untuk fitur mereka yang konduktif, nanopartikel perak sering digabungkan dalam komposit, plastik, epoxies dan perekat. Partikel perak meningkatkan konduktivitas listrik; Oleh karena itu pasta dan tinta perak sering digunakan dalam pembuatan elektronika. Karena nanopartikel perak mendukung plasmon permukaan, AgNP memiliki sifat optik yang luar biasa. Plasmonic silver nanoparticles digunakan untuk sensor, detektor dan peralatan analisis seperti Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) dan Surface Plasmon Field-enhanced Fluorescence Spectroscopy (SPFS).
Apa itu Karagenan?
Carrageenan adalah polimer alam murah, yang ditemukan di berbagai spesies rumput laut merah. Carrageenans adalah polisakarida tersulfat linier yang banyak digunakan dalam industri makanan, untuk sifat gelling, thickening, dan stabilizing. Aplikasi utamanya adalah produk susu dan daging, karena ikatannya kuat dengan protein makanan. Ada tiga varietas carrageenan utama, yang berbeda dalam tingkat sulfasi mereka. Kappa-karagenan memiliki satu kelompok sulfat per disakarida. Iota-karaginan (ι-carrageenen) memiliki dua sulfat per disakarida. Lambda carrageenan (λ-carrageenen) memiliki tiga sulfat per disakarida.
Kappa carrageenan (κ-carrageenan) memiliki struktur yang linier dari polisakarida sulfated D-galaktosa dan 3,6-anhydro-D-galaktosa.
Κ - carrageenan secara luas digunakan dalam industri makanan, misalnya sebagai agen gelling dan tekstur modifikasi. Dapat ditemukan sebagai aditif dalam es krim, krim, keju cottage, milkshake, dressing salad, susu kental manis, susu kedelai & susu tanaman lain, dan saus untuk meningkatkan kekentalan produk.
Selain itu, κ-carrageenan dapat ditemukan dalam produk-produk non-makanan seperti pengental dalam sampo dan kosmetik krim, dalam pasta gigi (sebagai stabilizer untuk mencegah konstituen yang memisahkan), busa pemadam kebakaran (sebagai pengental menyebabkan busa untuk menjadi lengket), gel pembersih udara , semir sepatu (untuk meningkatkan viskositas), dalam bioteknologi untuk melumpuhkan sel / enzim, dalam farmasi (sebagai eksipien yang tidak aktif dalam pil / tablet), pada makanan hewan dll.
SEM images untuk Ag/κ-carrageenan pada konsentrasi κ-carrageenan yang berbeda. [0,1%, 0,2% dan 0,3%, masing-masing (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]