Zelená sonochemická cesta k nanočasticiam striebra
Nanočastice striebra (AgNP) sú často používané nanomateriály vďaka svojim antimikrobiálnym vlastnostiam, optickým vlastnostiam a vysokej elektrickej vodivosti. Sonochemická cesta využívajúca kappa karagenán je jednoduchá, pohodlná a ekologická metóda syntézy na prípravu nanočastíc striebra. κ-karagénan sa používa ako prírodný ekologický stabilizátor, zatiaľ čo ultrazvuk Power pôsobí ako zelené redukčné činidlo.
Zelená ultrazvuková syntéza nanočastíc striebra
Elsupikhe et al. (2015) vyvinuli zelenú ultrazvukom asistovanú syntézu na prípravu nanočastíc striebra (AgNP). Sonochémia je dobre známa tým, že podporuje mnoho mokro-chemických reakcií. Sonikácia umožňuje syntetizovať AgNP s κ-karagénanom ako prírodným stabilizátorom. Reakcia prebieha pri izbovej teplote a produkuje nanočastice striebra s kryštálovou štruktúrou fcc bez akýchkoľvek nečistôt. Distribúcia veľkosti častíc AgNP môže byť ovplyvnená koncentráciou κ-karagenanu.
Schéma interakcie medzi skupinami nabitými Ag-NP, ktoré sú pri sonikácii zakryté κ-karagenánom. [Elsupikhe a kol. 2015]
Procedúra
- Ag-NP boli syntetizované redukciou AgNO3 pomocou ultrazvuku v prítomnosti κ-karagenanu. Na získanie rôznych vzoriek sa pripravilo päť suspenzií pridaním 10 ml 0,1 M AgNO3 na 40 ml κ-karagenánu. Použité roztoky κ-karagénanu boli 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 a 0,3 % hmotnosti.
- Roztoky sa miešali 1 hodinu, aby sa získalo AgNO3/κ-karagenan.
- Potom boli vzorky vystavené intenzívnemu ultrazvukovému žiareniu: Amplitúda ultrazvukového zariadenia UP400S (400 W, 24 kHz) bolo nastavené na 50 %. Sonikácia bola aplikovaná 90 minút pri izbovej teplote. Sonotróda ultrazvukových kvapalinových procesorov UP400S bol ponorený priamo do reakčného roztoku.
- Po sonikácii sa suspenzie odstredili 15 minút a štyrikrát sa premyli dvojitou destilovanou vodou, aby sa odstránili zvyšky iónov striebra. Vyzrážané nanočastice sa cez noc vysušili pri 40 °C vo vákuu, aby sa získali Ag-NP.
Rovnica
- Nh2O —Ultrazvukom–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–hydrolýza–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –Zníženia–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analýza a výsledky
Na vyhodnotenie výsledkov boli vzorky analyzované UV-viditeľnou spektroskopickou analýzou, röntgenovou difrakciou, FT-IR chemickou analýzou, TEM a SEM snímkami.
Počet Ag-NP sa zvyšoval so zvyšujúcimi sa koncentráciami κ-karagénanu. Tvorba Ag/κ-karagenanu bola stanovená UV-viditeľnou spektroskopiou, kde bolo pozorované maximum absorpcie povrchového plazmónu pri 402 až 420 nm. Röntgenová difrakčná analýza (XRD) ukázala, že Ag-NP majú kubickú štruktúru zameranú na tvár. Infračervené spektrum s Fourierovou transformáciou (FT-IR) naznačovalo prítomnosť Ag-NP v κ-karagénane. Obraz transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM) pre najvyššiu koncentráciu κ-karagenanu ukázal distribúciu Ag-NP s priemernou veľkosťou častíc blízkou 4,21 nm. Snímky skenovacej elektrónovej mikroskopie (SEM) ilustrovali sférický tvar Ag-NP. Analýza SEM ukazuje, že so zvyšujúcou sa koncentráciou κ-karagénanu dochádzalo k zmenám na povrchu Ag/κ-karagénanu, takže malé Ag-NP s guľovitým tvarom boli získané.
TEM snímky a zodpovedajúce distribúcie veľkosti pre sonochemicky syntetizovaný Ag/κ-karagénan pri rôznych koncentráciách κ-karagénanu. [0,1 %, 0,2 % a 0,3 % (a, b, c)].
Ag+/κ-karagénan (vľavo) a sonikovaný Ag/κ-karagénan (vpravo). Sonikácia bola vykonaná s UP400S po dobu 90 minút. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – ultrazvukové zariadenie používané na sonochemickú syntézu Ag nanočastíc
Snímky SEM pre Ag/κ-karagenan pri rôznych koncentráciách κ-karagénanu. [0,1 %, 0,2 % a 0,3 % (a, b, c)]. [Elsupikhe a kol. 2015]
Literatúra/Referencie
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, ani Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Zelená sonochemická syntéza nanočastíc striebra pri rôznych koncentráciách κ-karagénanu. Výskumné listy v nanomierke 10. 2015.
Základné informácie
Sonochémia
Keď sa na chemické reakcie v roztoku aplikuje silný ultrazvuk (kvapalný alebo kalový stav), poskytuje špecifickú aktivačnú energiu v dôsledku fyzikálneho javu, známeho ako akustická kavitácia. Kavitácia vytvára vysoké šmykové sily a extrémne podmienky, ako sú veľmi vysoké teploty a rýchlosti chladenia, tlaky a prúdy kvapaliny. Tieto intenzívne sily môžu iniciovať reakcie a zničiť príťažlivé sily molekúl v kvapalnej fáze. Je známe, že ultrazvukové ožarovanie prospieva mnohým reakciám, napr. sonolýza, Trasa sol-gel, sonochemická syntéza paládium, latex, hydroxyapatit a mnoho ďalších látok. Prečítajte si viac o Sonochémia tu!
nanočastice striebra
Nanočastice striebra sa vyznačujú veľkosťou medzi 1 nm a 100 nm. Aj keď sa často opisuje ako "strieborný"’ Niektoré sú zložené z veľkého percenta oxidu strieborného kvôli ich veľkému pomeru povrchových a objemových atómov striebra. Nanočastice striebra sa môžu objaviť s rôznymi štruktúrami. Najčastejšie sa syntetizujú guľové nanočastice striebra, ale používajú sa aj diamantové, osemuholníkové a tenké plechy.
Nanočastice striebra sú veľmi časté v medicínskych aplikáciách. Ióny striebra sú bioaktívne a majú silné antimikrobiálne a germicídne účinky. Ich extrémne veľká plocha umožňuje koordináciu mnohých ligandov. Ďalšími dôležitými vlastnosťami sú vodivosť a jedinečné optické vlastnosti.
Pre svoje vodivé vlastnosti sa nanočastice striebra často začleňujú do kompozitov, plastov, epoxidov a lepidiel. Častice striebra zvyšujú elektrickú vodivosť; Preto sa pri výrobe elektroniky často používajú strieborné pasty a atramenty. Keďže nanočastice striebra podporujú povrchové plazmóny, AgNP majú vynikajúce optické vlastnosti. Plazmonické nanočastice striebra sa používajú v senzoroch, detektoroch a analytických zariadeniach, ako je povrchovo vylepšená Ramanova spektroskopia (SERS) a fluorescenčná spektroskopia s povrchovým plazmónovým poľom (SPFS).
karagénan
Karagénan je lacný prírodný polymér, ktorý sa nachádza v rôznych druhoch červených morských rias. Karagenány sú lineárne sulfátové polysacharidy, ktoré sú široko používané v potravinárskom priemysle pre svoje želírujúce, zahusťovacie a stabilizačné vlastnosti. Ich hlavné uplatnenie je v mliečnych a mäsových výrobkoch vďaka ich silnej väzbe na potravinové bielkoviny. Existujú tri hlavné odrody karagénanu, ktoré sa líšia stupňom sulfatácie. Kappa-karagenán má jednu sulfátovú skupinu na disacharid. Jota-karagenán (ι-karagenén) má dva sulfáty na disacharid. Lambda karagénan (λ-karagenén) má tri sulfáty na disacharid.
Kappa karagénan (κ-karagenan) má lineárnu štruktúru sulfátového polysacharidu D-galaktózy a 3,6-anhydro-D-galaktózy.
κ- karagénan je široko používaný v potravinárskom priemysle, napr. ako želírujúce činidlo a na úpravu textúry. Nachádza sa ako prísada do zmrzliny, smotany, tvarohu, mliečnych koktailov, šalátových dresingov, sladeného kondenzovaného mlieka, sójového mlieka & iné rastlinné mlieka a omáčky na zvýšenie viskozity produktu.
Okrem toho sa κ-karagénan nachádza v nepotravinárskych výrobkoch, ako je zahusťovadlo v šampónoch a kozmetických krémoch, v zubnej paste (ako stabilizátor na zabránenie oddeľovaniu zložiek), protipožiarna pena (ako zahusťovadlo spôsobujúce lepkavosť peny), osviežovacie gély, lak na topánky (na zvýšenie viskozity), v biotechnológii na znehybnenie buniek/enzýmov, vo farmaceutických výrobkoch (ako neaktívna pomocná látka v tabletách/tabletách), v krmive pre domáce zvieratá atď.