Зеленый сонохимический путь к наночастицам серебра
Наночастицы серебра (AgNPs) часто используются в качестве наноматериалов благодаря своим антимикробным свойствам, оптическим свойствам и высокой электропроводности. Сонохимический путь с использованием каппа-каррагинана – это простой, удобный и экологически чистый метод синтеза для получения наночастиц серебра. κ-каррагинан используется в качестве натурального экологически чистого стабилизатора, в то время как мощный ультразвук действует как экологический восстановитель.
Зеленый ультразвуковой синтез наночастиц серебра
Elsupikhe et al. (2015) разработали зеленый способ ультразвукового синтеза для получения наночастиц серебра (AgNPs). Хорошо известно, что сонохимия способствует многим влажным химическим реакциям. Ультразвуковая обработка позволяет синтезировать AgNP с κ-каррагинаном в качестве естественного стабилизатора. Реакция протекает при комнатной температуре и дает наночастицы серебра с кристаллической структурой FCC без каких-либо примесей. На распределение частиц AgNP по размерам может влиять концентрация κ-каррагинана.
Схема взаимодействия между Ag-НЧ заряженными группами, которые под ультразвуковым обработкой покрыты κ-каррагинаном. [Эльсупихе и др. 2015]
Процедура
- Ag-НЧ синтезировали путем восстановления AgNO3 Использование ультразвука в присутствии κ-каррагинана. Для получения различных образцов готовили пять суспензий, добавляя 10 мл 0,1 М AgNO3 до 40-мл κ-каррагинана. Используемые растворы κ-каррагинана составляли 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 и 0,3 мас.% соответственно.
- Растворы перемешивали в течение 1 ч для получения AgNO3/κ-каррагинан.
- Затем образцы подвергались интенсивному ультразвуковому облучению: амплитуда ультразвукового устройства УП400С (400 Вт, 24 кГц) был установлен на 50%. Ультразвук применялся в течение 90 минут при комнатной температуре. Сонотрод ультразвуковых жидкостных процессоров УП400С был погружен непосредственно в реакционный раствор.
- После ультразвуковой обработки суспензии центрифугировали в течение 15 минут и четыре раза промывали водой двойной дистилляции для удаления остатков ионов серебра. Осажденные наночастицы высушивали при 40°С в вакууме в течение ночи с получением Ag-НЧ.
Уравнение
- nH2O —Ультразвуковая обработка–> +H + OH
- ОН + СПРАВА –> R + H2O
- AgNo3–гидролиз–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + Ч+
- Аг+ + Ч –Сокращения–> Ag°
- Аг+ + Ч2O —> Ag° + OH + H+
Анализ и результаты
Для оценки полученных результатов образцы были проанализированы методами УФ-видимого спектроскопического анализа, рентгеновской дифракции, химического анализа ИК-Фурье, ПЭМ и СЭМ-изображений.
Количество Ag-NP увеличивалось с увеличением концентрации κ-каррагинана. Образование Ag/κ-каррагинана определяли с помощью УФ-видимой спектроскопии, где максимум поглощения поверхностного плазмона наблюдался на длине волны от 402 до 420 нм. Рентгеноструктурный анализ (XRD) показал, что Ag-NP имеют гранецентрированную кубическую структуру. Инфракрасный спектр преобразования Фурье (ИК-Фурье) указывал на присутствие Ag-NP в κ-каррагинане. Изображение с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) для самой высокой концентрации κ-каррагинана показало распределение Ag-NP со средним размером частиц около 4,21 нм. Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), иллюстрируют сферическую форму Ag-NPs. Анализ СЭМ показывает, что с увеличением концентрации κ-каррагинана происходили изменения на поверхности Ag/κ-каррагинана, так что малогабаритные Ag-NP сферической формы были получены.
ПЭМ-изображения и соответствующие распределения по размерам для сонохимически синтезированного Ag/κ-каррагинана при различных концентрациях κ-каррагинана. [0,1%, 0,2% и 0,3% соответственно (a, b, c)].
Ag+/κ-каррагинан (слева) и ультразвуковой Ag/κ-каррагинан (справа). Ультразвуковая обработка проводилась с помощью UP400S в течение 90 минут. [Elsupikhe et al. 2015]
УП400С – ультразвуковое устройство, используемое для сонохимического синтеза наночастиц Ag
СЭМ-изображения для Ag/κ-каррагинана при различных концентрациях κ-каррагинана. [0,1 %, 0,2 % и 0,3 % соответственно (a, b, c)]. [Эльсупихе и др. 2015]
Литература/Литература
- Эльсупихе, Ранда Фаузи; Шамели, Камяр; Ахмад, Мансор Б; Ибрагим, Нор Азова; Зайнудин, Норхазлин (2015): Зеленый сонохимический синтез наночастиц серебра при различных концентрациях κ-каррагинана. Наноразмерные исследовательские письма 10. 2015.
Основная информация
Сонохимия
Когда мощный ультразвук применяется к химическим реакциям в растворе (жидком или суспензионном состоянии), он обеспечивает определенную энергию активации благодаря физическому явлению, известному как акустическая кавитация. Кавитация создает высокие поперечные силы и экстремальные условия, такие как очень высокие температуры и скорость охлаждения, давление и струи жидкости. Эти интенсивные силы могут инициировать реакции и разрушать силы притяжения молекул в жидкой фазе. Известно, что ультразвуковое облучение приводит к многочисленным реакциям, например, сонолиз, Золь-гель маршрут, сонохимический синтез палладий, латекс, гидроксиапатит и многие другие вещества. Подробнее о Сонохимия здесь!
наночастицы серебра
Наночастицы серебра характеризуются размером от 1 нм до 100 нм. Хотя его часто описывают как «серебряный»’ Некоторые из них состоят из большого процента оксида серебра из-за большого соотношения поверхностных и объемных атомов серебра. Наночастицы серебра могут иметь различную структуру. Чаще всего синтезируются сферические наночастицы серебра, но также используются алмазные, восьмиугольные и тонкие листы.
Наночастицы серебра очень часто используются в медицине. Ионы серебра являются биологически активными и обладают сильным антимикробным и бактерицидным действием. Их чрезвычайно большая площадь поверхности позволяет координировать многочисленные лиганды. Другими важными характеристиками являются проводимость и уникальные оптические свойства.
Из-за своих проводящих свойств наночастицы серебра часто включаются в композиты, пластики, эпоксидные смолы и клеи. Частицы серебра увеличивают электропроводность; Поэтому серебряные пасты и чернила часто используются в производстве электроники. Поскольку наночастицы серебра поддерживают поверхностные плазмоны, AgNP обладают превосходными оптическими свойствами. Плазмонные наночастицы серебра используются в датчиках, детекторах и аналитическом оборудовании, таком как спектроскопия комбинационного рассеяния света с поверхностным усилением (SERS) и флуоресцентная спектроскопия с поверхностным плазмонным расширением поля (SPFS).
Каррагинан
Каррагинан – это дешевый природный полимер, который содержится в различных видах красных водорослей. Каррагинаны представляют собой линейные сульфатированные полисахариды, которые широко используются в пищевой промышленности благодаря своим желирующим, загущающим и стабилизирующим свойствам. Основное их применение – в молочных и мясных продуктах, благодаря сильному связыванию с пищевыми белками. Существует три основные разновидности каррагинана, которые отличаются по степени сульфатации. Каппа-каррагинан имеет одну сульфатную группу на дисахарид. Йота-каррагинан (ι-каррагинен) содержит два сульфата на дисахарид. Лямбдакаррагинан (λ-каррагинен) содержит три сульфата на дисахарид.
Каппа-каррагинан (κ-каррагинан) имеет линейную структуру сульфатированных полисахаридов D-галактозы и 3,6-ангидро-D-галактозы.
κ-каррагинан широко используется в пищевой промышленности, например, в качестве желирующего агента и для модификации текстуры. Его можно найти в качестве добавки в мороженое, сливки, творог, молочные коктейли, салатные заправки, подслащенную сгущенку, соевое молоко & другие растительные молоча, а также соусы для повышения вязкости продукта.
Кроме того, κ-каррагинан можно найти в непищевых продуктах, таких как загуститель в шампунях и косметических кремах, в зубной пасте (в качестве стабилизатора для предотвращения расслоения компонентов), противопожарной пене (в качестве загустителя, вызывающего липкость пены), гелях для освежения воздуха, креме для обуви (для повышения вязкости), в биотехнологиях для иммобилизации клеток/ферментов, в фармацевтических препаратах (в качестве неактивного наполнителя в таблетках), в кормах для домашних животных и т.д.