은 나노 입자에 대한 녹색 Sonochemical 경로
은 나노 입자 (AgNP)는 항균 특성, 광학 특성 및 높은 전기 전도성으로 인해 자주 사용되는 나노 물질입니다. 카파 카라기난을 사용한 초음파 화학 경로는은 나노 입자의 제조를위한 간단하고 편리하며 환경 친화적 인 합성 방법입니다. κ-카라기난은 천연 친환경 안정제로 사용되며, 파워 초음파는 녹색 환원제로 작용합니다.
친환경 화학에는 정밀한 매개변수 제어가 필요합니다. 당사의 나노물질 엔지니어들은 수율을 극대화하고, 입자 형태를 제어하며, 친환경 화학 원칙을 완벽하게 준수할 수 있도록 적합한 소노트로드, 반응기 형상 및 출력 설정을 선정하는 데 도움을 드릴 것입니다.
Ag+/κ-카라기난(왼쪽)과 초음파 처리를 거친 Ag/κ-카라기난(오른쪽). 초음파 처리는 UP400S를 사용하여 90분 동안 수행되었다.
[Elsupikhe 외 2015]
은 나노 입자의 녹색 초음파 합성
Elsupikhe et al. (2015)은 은 나노 입자 (AgNP)의 제조를위한 녹색 초음파 보조 합성 경로를 개발했습니다. Sonochemistry는 많은 습식 화학 반응을 촉진하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 초음파 처리는 자연 안정제로 κ- 카라기난을 사용하여 AgNP를 합성 할 수 있습니다. 반응은 실온에서 실행되며 불순물이 없는 fcc 결정 구조를 갖은은 나노입자를 생성합니다. AgNP의 입자 크기 분포는 κ-카라기난의 농도에 의해 영향을 받을 수 있습니다.
초음파 처리 하에 κ-carrageenan으로 상한을 씌운 Ag-NPs 충전 그룹 간의 상호 작용 계획. [Elsupikhe 외. 2015]
절차: 은 나노입자의 지속 가능한 합성
- Ag-NP는 AgNO를 환원시켜 합성하였다3 κ-carrageenan의 존재 하에서 초음파 사용을 사용하여. 다른 샘플을 얻기 위해 10mL의 0.1M AgNO를 첨가하여 5개의 현탁액을 준비했습니다3 40 mL κ-카라기난에. 사용된 κ-카라기난 용액은 각각 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 및 0.3 wt%였습니다.
- 용액을 1시간 동안 교반하여 AgNO를 수득하였다3/κ-카라기난.
- 그런 다음 샘플을 강렬한 초음파 조사(초음파 장치의 진폭)에 노출시켰습니다 업400S (400W, 24kHz)를 50%로 설정했습니다. 초음파 처리는 실온에서 90 분 동안 적용되었습니다. 초음파 액체 프로세서의 sonotrode 업400S 반응 용액에 직접 담갔다.
- 초음파 처리 후, 현탁액을 15 분 동안 원심 분리하고 이중 증류수로 4 번 세척하여은 이온 잔류 물을 제거하였다. 침전된 나노입자를 40°C에서 진공 상태에서 하룻밤 동안 건조시켜 Ag-NP를 수득하였다.
방정식
- 물 없음 —쥡니다–> +H + OH
- 오 + 상대습도 –> R + H₂O
- No₃–가수분해–> Ag⁺ + NO₃⁻–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag (아그)+ + H –감소–> Ag°
- Ag (아그)+ + H2O —> Ag° + OH + H+
분석 및 결과: 초음파를 이용한 은 나노입자 합성
결과를 평가하기 위해 UV 가시광선 분광 분석, X선 회절, FT-IR 화학 분석, TEM 및 SEM 이미지로 샘플을 분석했습니다.
κ-카라기난 농도가 증가함에 따라 Ag-NP의 수가 증가했다. Ag/κ-카라기난의 형성은 자외선-가시광선 분광법을 통해 확인되었으며, 표면 플라즈몬 흡수 최대치는 402~420nm에서 관찰되었다. X선 회절(XRD) 분석 결과, Ag-NPs는 면심 입방 구조를 갖는 것으로 나타났다. 푸리에 변환 적외선(FT-IR) 스펙트럼은 κ-카라기난 내에 Ag-NP가 존재함을 나타냈다. κ-카라기난 농도가 가장 높은 시료의 투과전자현미경(TEM) 이미지에서는 평균 입자 크기가 4.21nm에 가까운 Ag-NP의 분포가 나타났다. 주사전자현미경(SEM) 이미지를 통해 Ag-NPs의 구형 모양이 확인되었다. SEM 분석 결과, κ-카라기난 농도가 증가함에 따라 Ag/κ-카라기난 표면에 변화가 발생하여 구형의 소형 Ag-NPs가 얻어지는 것으로 나타났다.
다양한 농도의 κ-카라기난에서 초음파 화학적으로 합성된 Ag/κ-카라기난에 대한 TEM 이미지 및 해당 크기 분포. [각각 0.1%, 0.2%, 0.3% (a, b, c)].
업400S – Ag 나노 입자의 초음파 화학 합성에 사용되는 초음파 장치
문헌/참고문헌
- 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.
자주 묻는 질문: 은 나노입자의 친환경 초음파 화학 합성
초음파는 은 나노입자의 친환경 합성을 어떻게 향상시키나요?
초음파는 음향 캐비테이션을 유발한다, 친환경 물질을 사용하여 은 이온을 신속하게 감소시키는 국소적인 핫스팟을 생성합니다. 이 초음파-화학적 공정은 반응 속도를 가속화하고 균일한 핵생성을 촉진하며, 입자 크기와 모양을 정밀하게 제어할 수 있게 해줍니다. 이 모든 과정이 유해한 화학 물질이나 높은 열 에너지를 사용하지 않고 이루어집니다.
AgNPs를 제조하는 친환경 초음파 화학 공법의 주요 장점은 무엇인가요?
친환경 초음파-생화학적 합성법은 초음파와 생체적합성 환원제 및 캡핑제(식물 추출물, 당류, 고분자 등)를 결합하여 무독성이며 환경 친화적인 은 나노입자를 생산합니다. 이 방법은 에너지 소비를 줄이고, 합성 시간을 단축하며, 유해한 부산물을 발생시키지 않을 뿐만 아니라, 일관된 크기 분포를 가진 매우 안정적인 나노입자를 생성합니다.
초음파를 이용해 은 나노입자의 크기와 형태를 조절할 수 있을까?
네. 초음파 진폭, 주파수, 전력 밀도 및 초음파 처리 시간을 조절함으로써 제조업체는 핵형성 및 성장 속도를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이를 통해 특정 생의학, 전자 또는 산업 분야에 맞춰 5~100 nm 크기의 다양한 형태(구형, 입방체, 삼각판)를 가진 AgNP를 재현성 있게 생산할 수 있습니다.
초음파를 이용한 친환경 합성법은 산업용 AgNP 생산에 적용 가능한가?
물론입니다. 산업용 초음파 처리기는 다음을 지원합니다. 연속 유동식 반응기 실험실 규모 배치에서 본격적인 양산 단계로 원활하게 확장할 수 있습니다. 인라인 초음파 처리는 균일한 캐비테이션 분포, 실시간 공정 모니터링, 배치 간 일관성을 보장하므로 대량 생산이 가능한 친환경 AgNP 제조에 이상적입니다.
초음파를 이용한 은 나노입자 합성에 가장 효과적인 녹색 환원제는 무엇인가요?
효과적인 친환경 활성 성분으로는 식물 추출물(예: 알로에, 녹차, 감귤 껍질), 탄수화물, 아미노산, 단백질 및 생분해성 고분자가 있습니다. 초음파 처리는 이러한 성분들의 환원 및 안정화 효율을 높여주어, 높은 수율, 콜로이드 안정성 및 기능적 성능을 유지하면서 합성 화학 물질을 완전히 대체할 수 있게 해줍니다.
AgNPs의 초음파 화학 합성은 기존의 화학적 합성법과 비교했을 때 어떤 차이가 있나요?
기존의 화학적 합성 방법은 종종 독성이 있는 환원제(예: 나트륨 보로하이드라이드)와 극단적인 pH 조건에 의존하며, 유해 폐기물을 발생시킵니다. 친환경 초음파 합성법은 안전하고 재생 가능한 재료를 사용하며, 상온 또는 온화한 온도에서 진행되고, 처리 시간을 대폭 단축할 뿐만 아니라, 분산성과 저장 수명이 뛰어난 더 깨끗하고 생체 적합성이 높은 나노입자를 생산합니다.
어떤 산업 분야에서 친환경 초음파 은 나노입자의 이점을 누릴 수 있나요?
친환경 초음파 합성법을 통해 제조된 AgNPs는 항균 코팅, 의료 기기, 상처 치료, 정수, 플렉서블 전자기기 및 지속 가능한 포장 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이러한 소재의 친환경적인 생산 방식은 엄격한 환경 및 안전 기준을 준수하는 동시에 뛰어난 성능과 규제 당국의 승인을 보장합니다.
은 나노입자란 무엇인가요?
은 나노 입자는 1nm에서 100nm 사이의 크기가 특징입니다. 흔히 '은'으로 묘사되지만’ 일부는 표면 대 벌크은 원자의 비율이 높기 때문에 많은 비율의 산화은으로 구성됩니다. 은 나노 입자는 다른 구조로 나타날 수 있습니다. 가장 일반적으로 구형은 나노 입자가 합성되지만 다이아몬드, 팔각형 및 얇은 시트도 사용됩니다.
은 나노 입자는 의료 응용 분야에서 매우 빈번합니다. 은 이온은 생체 활성이며 강력한 항균 및 살균 효과가 있습니다. 그들의 극단적으로 큰 표면은 수많은 리간드의 조정을 허용합니다. 다른 중요한 특성은 전도성과 독특한 광학 특성입니다.
전도성 특성으로 인해은 나노 입자는 종종 복합 재료, 플라스틱, 에폭시 및 접착제에 통합됩니다. 은 입자는 전기 전도성을 증가시킵니다. 따라서 은 페이스트와 잉크는 전자 제품 제조에 자주 사용됩니다. 은 나노 입자가 표면 플라즈몬을 지원하기 때문에 AgNP는 뛰어난 광학 특성을 가지고 있습니다. 플라즈몬은 나노 입자는 SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) 및 SPF (Surface Plasmon Field-enhanced Fluorescence Spectroscopy)와 같은 센서, 검출기 및 분석 장비에 사용됩니다.
카라기난이란 무엇인가요?
카라기난은 다양한 종의 붉은 해조류에서 발견되는 저렴한 천연 폴리머입니다. 카라기난은 겔화, 농축 및 안정화 특성으로 인해 식품 산업에서 널리 사용되는 선형 황산염 다당류입니다. 그들의 주요 응용 분야는 식품 단백질에 대한 강한 결합으로 인해 유제품 및 육류 제품에 있습니다. 카라기난에는 세 가지 주요 품종이 있으며 황산화 정도가 다릅니다. Kappa-carrageenan에는 이당류 당 1개의 황산염 그룹이 있습니다. 요오타-카라기난(ι-carrageenen)은 이당류당 2개의 황산염을 함유하고 있습니다. 람다 카라기난(λ-carrageenen)은 이당류당 3개의 황산염을 함유하고 있습니다.
카파 카라기난(κ-카라기난)은 D-갈락토스와 3,6-안하이드로-D-갈락토스의 황산화 다당류의 선형 구조를 가지고 있습니다.
κ- 카라기난은 식품 산업에서 널리 사용됩니다., 예를 들어 겔화제 및 질감 수정. 그것은 아이스크림, 크림, 코티지 치즈, 밀크 쉐이크, 샐러드 드레싱, 가당 연유, 두유에서 첨가물로 찾을 수 있습니다 & 다른 식물성 우유 및 제품 점도를 증가시키는 소스.
게다가, κ carrageenan는 샴푸와 화장용 크림에 있는 증점제와 같은 비 식품 제품에서, 치약에서 (성분이 분리되는 것을 방지하는 안정제로), 소방 거품 (거품이 끈적거리게 하는 원인이 되는 증점제로), 공기 청정제 젤, 구두약 (점성을 증가하기 위하여), 세포/효소를 고정시키는 생명공학에서, 조제약 (알약/정제에 있는 비활성 부형제로), 애완 동물 사료 등에서.
다양한 농도의 κ-카라기난에서 Ag/κ-카라기난에 대한 SEM 이미지. [각각 0.1%, 0.2%, 0.3% (a, b, c)]. [Elsupikhe 외. 2015]