Zielona droga sonochemiczna do nanocząstek srebra
Nanocząstki srebra (AgNP) są często wykorzystywanymi nanomateriałami ze względu na ich właściwości przeciwdrobnoustrojowe, właściwości optyczne i wysoką przewodność elektryczną. Droga sonochemiczna z wykorzystaniem kappa-karagenu jest prostą, wygodną i przyjazną dla środowiska metodą syntezy do wytwarzania nanocząstek srebra. κ-karagen jest stosowany jako naturalny, przyjazny dla środowiska stabilizator, podczas gdy ultradźwięki działają jako zielony środek redukujący.
Zielona ultradźwiękowa synteza nanocząstek srebra
Elsupikhe i wsp. (2015) opracowali zieloną, wspomaganą ultradźwiękami drogę syntezy do wytwarzania nanocząstek srebra (AgNP). Sonochemia jest dobrze znana z promowania wielu mokrych reakcji chemicznych. Sonikacja umożliwia syntezę AgNP z κ-karagenem jako naturalnym stabilizatorem. Reakcja przebiega w temperaturze pokojowej i wytwarza nanocząstki srebra o strukturze krystalicznej fcc bez żadnych zanieczyszczeń. Na rozkład wielkości cząstek AgNPs może wpływać stężenie κ-karagenu.
Schemat interakcji między naładowanymi grupami Ag-NPs, które są pokryte κ-karagenem pod wpływem sonikacji. [Elsupikhe et al. 2015].
Procedura
- Ag-NPs zostały zsyntetyzowane poprzez redukcję AgNO3 za pomocą ultradźwięków w obecności κ-karagenu. Aby uzyskać różne próbki, przygotowano pięć zawiesin, dodając 10 ml 0,1 M AgNO3 do 40 ml κ-karagenu. Zastosowane roztwory κ-karagenu wynosiły odpowiednio 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 i 0,3% wag.
- Roztwory mieszano przez 1 godzinę w celu uzyskania AgNO3/κ-carrageenan.
- Następnie próbki poddano intensywnemu działaniu ultradźwięków: Amplituda urządzenia ultradźwiękowego UP400S (400W, 24kHz) ustawiono na 50%. Sonikację stosowano przez 90 minut w temperaturze pokojowej. Sonotroda ultradźwiękowych procesorów cieczy UP400S zanurzono bezpośrednio w roztworze reakcyjnym.
- Po sonikacji zawiesiny odwirowywano przez 15 minut i przemywano czterokrotnie podwójnie destylowaną wodą w celu usunięcia pozostałości jonów srebra. Wytrącone nanocząstki suszono w temperaturze 40°C pod próżnią przez noc w celu uzyskania Ag-NPs.
Równanie
- nH2O —sonikacja–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–hydroliza–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –redukcje–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analiza i wyniki
Aby ocenić wyniki, próbki analizowano za pomocą analizy spektroskopowej UV-visible, dyfrakcji rentgenowskiej, analizy chemicznej FT-IR, obrazów TEM i SEM.
Liczba Ag-NPs wzrastała wraz ze wzrostem stężenia κ-karagenu. Tworzenie się Ag/κ-karagenu określono za pomocą spektroskopii UV-widzialnej, w której maksimum absorpcji plazmonów powierzchniowych zaobserwowano przy 402 do 420 nm. Analiza dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) wykazała, że Ag-NPs mają strukturę sześcienną ześrodkowaną na powierzchni. Widmo w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR) wykazało obecność Ag-NPs w κ-karagenie. Obraz z transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) dla najwyższego stężenia κ-karagenu wykazał dystrybucję Ag-NPs o średnim rozmiarze cząstek zbliżonym do 4,21 nm. Obrazy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) zilustrowały kulisty kształt Ag-NPs. Analiza SEM pokazuje, że wraz ze wzrostem stężenia κ-karagenu nastąpiły zmiany w powierzchni Ag/κ-karagenu, tak że małe Ag-NPs o kulistym kształcie zostały uzyskane.
Obrazy TEM i odpowiadające im rozkłady wielkości dla sonochemicznie syntetyzowanego Ag/κ-karagenu przy różnych stężeniach κ-karagenu. [0,1%, 0,2% i 0,3%, odpowiednio (a, b, c)].
Ag+/κ-karagen (po lewej) i sonikowany Ag/κ-karagen (po prawej). Sonikację przeprowadzono za pomocą UP400S przez 90 minut. [Elsupikhe et al. 2015].
UP400S – urządzenie ultradźwiękowe używane do sonochemicznej syntezy nanocząstek Ag
Obrazy SEM dla Ag/κ-karagenu przy różnych stężeniach κ-karagenu. [0,1%, 0,2% i 0,3%, odpowiednio (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015].
Literatura/Referencje
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Zielona sonochemiczna synteza nanocząstek srebra w różnych stężeniach κ-karagenu. Nanoscale Research Letters 10. 2015.
Podstawowe informacje
przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia).
Gdy silne ultradźwięki są stosowane do reakcji chemicznych w roztworze (w stanie ciekłym lub zawiesiny), zapewniają one określoną energię aktywacji ze względu na zjawisko fizyczne, znane jako kawitacja akustyczna. Kawitacja tworzy wysokie siły ścinające i ekstremalne warunki, takie jak bardzo wysokie temperatury i szybkości chłodzenia, ciśnienia i strumienie cieczy. Te intensywne siły mogą inicjować reakcje i niszczyć siły przyciągania cząsteczek w fazie ciekłej. Liczne reakcje są znane z korzyści płynących z napromieniowania ultradźwiękowego, np. sonolizy, droga zol-żelsonochemiczna synteza pallad, lateks, hydroksyapatyt i wiele innych substancji. Przeczytaj więcej o sonochemia tutaj!
nanocząstki srebra
Nanocząsteczki srebra charakteryzują się rozmiarem od 1nm do 100nm. Choć często opisywane są jako "srebro’ Niektóre z nich składają się z dużego procentu tlenku srebra ze względu na duży stosunek powierzchni do masy atomów srebra. Nanocząstki srebra mogą mieć różne struktury. Najczęściej syntetyzowane są kuliste nanocząstki srebra, ale wykorzystywane są również diamentowe, ośmiokątne i cienkie arkusze.
Nanocząstki srebra są bardzo często stosowane w medycynie. Jony srebra są bioaktywne i mają silne działanie przeciwdrobnoustrojowe i bakteriobójcze. Ich niezwykle duża powierzchnia pozwala na koordynację wielu ligandów. Inne ważne cechy to przewodnictwo i unikalne właściwości optyczne.
Ze względu na swoje właściwości przewodzące, nanocząstki srebra są często dodawane do kompozytów, tworzyw sztucznych, żywic epoksydowych i klejów. Cząsteczki srebra zwiększają przewodność elektryczną, dlatego też pasty i tusze ze srebrem są często stosowane w produkcji elektroniki. Ponieważ nanocząstki srebra wspierają plazmony powierzchniowe, AgNP mają wyjątkowe właściwości optyczne. Plazmoniczne nanocząstki srebra są wykorzystywane w czujnikach, detektorach i urządzeniach analitycznych, takich jak spektroskopia ramanowska wzmocniona powierzchniowo (SERS) i spektroskopia fluorescencyjna wzmocniona polem plazmonów powierzchni (SPFS).
karagen
Karagen jest tanim naturalnym polimerem, który występuje w różnych gatunkach czerwonych wodorostów. Karageny to liniowe siarczanowane polisacharydy, które są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym ze względu na ich właściwości żelujące, zagęszczające i stabilizujące. Ich głównym zastosowaniem są produkty mleczne i mięsne, ze względu na ich silne wiązanie z białkami żywności. Istnieją trzy główne odmiany karagenów, które różnią się stopniem zasiarczenia. Kappa-karagen ma jedną grupę siarczanową na disacharyd. Iota-karagen (ι-karagen) ma dwa siarczany na disacharyd. Lambda-karagen (λ-karagen) ma trzy siarczany na disacharyd.
Kappa karagen (κ-karagen) ma liniową strukturę siarczanowanego polisacharydu D-galaktozy i 3,6-anhydro-D-galaktozy.
κ-karagen jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym, np. jako środek żelujący i do modyfikacji tekstury. Można go znaleźć jako dodatek do lodów, śmietany, twarogu, koktajli mlecznych, sosów sałatkowych, słodzonego mleka skondensowanego, mleka sojowego. & inne mleka roślinne i sosy w celu zwiększenia lepkości produktu.
Ponadto κ-karagen można znaleźć w produktach niespożywczych, takich jak zagęszczacz w szamponach i kremach kosmetycznych, w pastach do zębów (jako stabilizator zapobiegający oddzielaniu się składników), piance przeciwpożarowej (jako zagęszczacz powodujący lepkość piany), żelach do odświeżania powietrza, pastach do butów (w celu zwiększenia lepkości), w biotechnologii do unieruchamiania komórek / enzymów, w farmaceutykach (jako nieaktywna zaróbka w tabletkach / tabletkach), w karmie dla zwierząt domowych itp.