Calea sonochimică verde către nanoparticulele de argint
Nanoparticulele de argint (AgNPs) sunt nanomateriale utilizate frecvent datorită proprietăților lor antimicrobiene, proprietăților optice și conductivității electrice ridicate. Calea sonochimică folosind kappa caragenan este o metodă de sinteză simplă, convenabilă și ecologică pentru prepararea nanoparticulelor de argint. κ-caragenanul este utilizat ca stabilizator natural ecologic, în timp ce ultrasunetele de putere acționează ca un agent reducător verde.
Sinteza cu ultrasunete verde a nanoparticulelor de argint
Elsupikhe et al. (2015) au dezvoltat un traseu verde de sinteză asistată ultrasonically pentru prepararea nanoparticulelor de argint (AgNPs). Sonochemistry este bine cunoscut pentru promovarea multor reacții chimice umede. Sonicare permite sintetizarea AgNPs cu κ-caragenan ca stabilizator natural. Reacția se desfășoară la temperatura camerei și produce nanoparticule de argint cu structură cristalină fcc fără impurități. Distribuția dimensiunii particulelor AgNPs poate fi influențată de concentrația de κ-caragenan.
Schema de interacțiune între grupurile încărcate Ag-NPs care sunt acoperite cu κ-caragenan sub sonicare. [Elsupikhe și colab. 2015]
Procedură
- Ag-NPs au fost sintetizate prin reducerea AgNO3 Folosind ultrasonication în prezența κ-caragenan. Pentru a obține diferite probe, au fost preparate cinci suspensii, prin adăugarea a 10 ml de 0,1 M AgNO3 până la 40 ml κ-caragenan. Soluțiile κ-caragenan utilizate au fost de 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 și, respectiv, 0,3% în greutate.
- Soluțiile au fost agitate timp de 1 oră pentru a obține AgNO3/κ-caragenan.
- Apoi, probele au fost expuse la iradiere ultrasonică intensă: Amplitudinea dispozitivului cu ultrasunete UP400S (400W, 24kHz) a fost setat la 50%. Sonicare a fost aplicat pentru 90min la temperatura camerei. Sonotroda procesoarelor lichide cu ultrasunete UP400S a fost scufundat direct în soluția de reacție.
- După sonicare, suspensiile au fost centrifugate timp de 15min și spălate cu apă dublu distilată de patru ori pentru a îndepărta reziduurile de ioni de argint. Nanoparticulele precipitate au fost uscate la 40 °C sub vid peste noapte pentru a obține Ag-NPs.
Ecuație
- Nh2O —Sonicare–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–Hidroliză–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –Reduceri–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analiză și rezultate
Pentru a evalua rezultatele, probele au fost analizate prin analiză spectroscopică vizibilă UV, difracție cu raze X, analiză chimică FT-IR, imagini TEM și SEM.
Numărul de Ag-NPs a crescut odată cu creșterea concentrațiilor de κ-caragenan. Formarea Ag/κ-caragenanului a fost determinată prin spectroscopie vizibilă UV, unde maximul de absorbție a plasmonului de suprafață a fost observat la 402 până la 420nm. Analiza difracției cu raze X (XRD) a arătat că Ag-NPs au o structură cubică centrată pe față. Spectrul infraroșu al transformatei Fourier (FT-IR) a indicat prezența Ag-NPs în κ-caragenan. Imaginea microscopiei electronice de transmisie (TEM) pentru cea mai mare concentrație de κ-caragenan a arătat distribuția Ag-NPs cu o dimensiune medie a particulelor aproape de 4,21nm. Imaginile microscopiei electronice de scanare (SEM) au ilustrat forma sferică a Ag-NP-urilor. Analiza SEM arată că, odată cu creșterea concentrației de κ-caragenan, au apărut modificări ale suprafeței Ag/κ-caragenan, astfel încât Ag-NP-uri de dimensiuni mici cu formă sferică au fost obținute.
Imagini TEM și distribuții dimensionale corespunzătoare pentru Ag/κ-caragenan sintetizat sonochimic la diferite concentrații de κ-caragenan. [0,1%, 0,2% și, respectiv, 0,3% (a, b, c)].
Ag + / κ-caragenan (stânga) și sonicat Ag / κ-caragenan (dreapta). Sonicare a fost efectuată cu UP400S timp de 90min. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – dispozitivul cu ultrasunete utilizat pentru sinteza sonochimică a nanoparticulelor Ag
Imagini SEM pentru Ag/κ-caragenan la diferite concentrații de κ-caragenan. [0,1%, 0,2% și, respectiv, 0,3% (a, b, c)]. [Elsupikhe și colab. 2015]
Literatură/Referințe
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, nici Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Sinteza sonochimică verde a nanoparticulelor de argint la diferite concentrații de κ-caragenan. Scrisori de cercetare la scară nanometrică 10. 2015.
Informații de bază
Sonochimie
Atunci când ultrasunetele puternice sunt aplicate reacțiilor chimice în soluție (stare lichidă sau suspensie), aceasta oferă energie specifică de activare datorită unui fenomen fizic, cunoscut sub numele de cavitație acustică. Cavitația creează forțe mari de forfecare și condiții extreme, cum ar fi temperaturi foarte ridicate și rate de răcire, presiuni și jeturi de lichid. Aceste forțe intense pot iniția reacții și pot distruge forțele de atracție ale moleculelor în faza lichidă. Numeroase reacții sunt cunoscute pentru a beneficia de iradiere cu ultrasunete, de exemplu, sonoliză, Traseul sol-gel, sinteza sonochimică a paladiu, latex, hidroxiapatită și multe alte substanțe. Citiți mai multe despre Sonochemistry aici!
nanoparticule de argint
Nanoparticulele de argint se caracterizează printr-o dimensiune cuprinsă între 1nm și 100nm. În timp ce frecvent descris ca fiind "argint’ Unele sunt compuse dintr-un procent mare de oxid de argint datorită raportului lor mare de atomi de argint de suprafață la vrac. Nanoparticulele de argint pot apărea cu structuri diferite. Cel mai frecvent, nanoparticulele sferice de argint sunt sintetizate, dar sunt utilizate și foi de diamant, octogonale și subțiri.
Nanoparticulele de argint sunt foarte frecventate în aplicațiile medicale. Ionii de argint sunt bioactivi și au efecte antimicrobiene și germicide puternice. Suprafața lor extrem de mare permite coordonarea a numeroși liganzi. Alte caracteristici importante sunt conductivitatea și proprietățile optice unice.
Pentru caracteristicile lor conductive, nanoparticulele de argint sunt adesea încorporate în compozite, materiale plastice, epoxizi și adezivi. Particulele de argint cresc conductivitatea electrică; Prin urmare, pastele și cernelurile de argint sunt frecvent utilizate în fabricarea produselor electronice. Deoarece nanoparticulele de argint susțin plasmonii de suprafață, AgNPs au proprietăți optice remarcabile. Nanoparticulele de argint plasmonic sunt utilizate pentru senzori, detectoare și echipamente analitice, cum ar fi spectroscopia Raman îmbunătățită la suprafață (SERS) și spectroscopia de fluorescență îmbunătățită cu câmp plasmonic de suprafață (SPFS).
caragenan
Caragenanul este un polimer natural ieftin, care se găsește în diferite specii de alge marine roșii. Caragenanii sunt polizaharide sulfatate liniare care sunt utilizate pe scară largă în industria alimentară, pentru proprietățile lor de gelifiere, îngroșare și stabilizare. Principala lor aplicație este în produsele lactate și din carne, datorită legării lor puternice de proteinele alimentare. Există trei soiuri principale de caragenan, care diferă în funcție de gradul lor de sulfatare. Kappa-caragenan are o grupare sulfat per dizaharidă. Iota-caragenan (ι-carageenen) are doi sulfați per dizaharidă. Lambda caragenan (λ-carageenen) are trei sulfați per dizaharidă.
Kappa caragenan (κ-caragenan) are o structură liniară de polizaharidă sulfatată de D-galactoză și 3,6-anhidro-D-galactoză.
κ- caragenanul este utilizat pe scară largă în industria alimentară, de exemplu ca agent de gelifiere și pentru modificarea texturii. Acesta poate fi găsit ca aditiv în înghețată, smântână, brânză de vaci, milkshake-uri, sosuri pentru salate, lapte condensat îndulcit, lapte de soia & alte tipuri de lapte vegetal și sosuri pentru a crește vâscozitatea produsului.
În plus, κ-caragenanul poate fi găsit în produse nealimentare, cum ar fi îngroșătorul din șampon și cremele cosmetice, în pasta de dinți (ca stabilizator pentru a preveni separarea constituenților), spuma de stingere a incendiilor (ca agent de îngroșare pentru a face ca spuma să devină lipicioasă), gelurile odorizante, lacul de pantofi (pentru a crește vâscozitatea), în biotehnologia de imobilizare a celulelor / enzimelor, în produsele farmaceutice (ca excipient inactiv în pastile / tablete), în hrana pentru animale de companie etc.