Зелений сонохімічний шлях до наночастинок срібла
Наночастинки срібла (AgNPs) часто використовуються наноматеріалами через їх антимікробні властивості, оптичні властивості та високу електропровідність. Сонохімічний шлях з використанням каппа-карагінану є простим, зручним та екологічно чистим методом синтезу для отримання наночастинок срібла. κ-карагенан використовується як природний екологічно чистий стабілізатор, тоді як силовий ультразвук діє як зелений відновник.
Зелений ультразвуковий синтез наночастинок срібла
Elsupikhe et al. (2015) розробили зелений маршрут синтезу за допомогою ультразвуку для приготування наночастинок срібла (AgNPs). Добре відомо, що сонохімія сприяє багатьом вологим хімічним реакціям. Ультразвукове дослідження дозволяє синтезувати AgNPs з κ-карагенаном як природним стабілізатором. Реакція протікає при кімнатній температурі і дає наночастинки срібла з кристалічною структурою ГЦК без будь-яких домішок. На гранулометричний склад AgNPs може впливати концентрація κ-карагінану.
Схема взаємодії між зарядженими групами Ag-NPs, які при ультразвуковому дослідженні заблоковані κ-карагенаном. [Elsupikhe та ін., 2015]
Процедура
- Синтез Ag-NP здійснювався шляхом відновлення AgNO3 використання ультразвуку в присутності κ-карагінану. Для отримання різних зразків було приготовлено п'ять суспензій, шляхом додавання 10 мл 0,1 М AgNO3 до 40 мл κ-карагінану. Використовувані розчини κ-карагінану становили 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 і 0,3 мас відповідно.
- Розчини перемішували протягом 1 год для отримання AgNO3/κ-карагенан.
- Потім зразки піддавали інтенсивному ультразвуковому опроміненню: амплітуду ультразвукового апарату UP400S (400 Вт, 24 кГц) було встановлено на 50%. Ультразвук застосовували протягом 90 хв при кімнатній температурі. Сонотрод ультразвукових рідинних процесорів UP400S був занурений безпосередньо в реакційний розчин.
- Після ультразвукового дослідження суспензії центрифугували протягом 15 хв і чотири рази промивали подвійною дистильованою водою, щоб видалити залишок іонів срібла. Осаджені наночастинки сушили при температурі 40 ° C під вакуумом протягом ночі для отримання Ag-NP.
Рівняння
- nH2O —ультразвукова хвороба,–> +H + OH
- ОН + RH –> R + H2O
- Агно3–Гідролізу–> Ag+ + NO3–
- Р + Аг+ —> Ag° + R’ + Ч+
- Сільське господарство+ + Ч –Скорочення–> Ag°
- Сільське господарство+ + Ч2O —> Ag° + OH + H+
Аналіз та результати
Для оцінки результатів зразки були проаналізовані за допомогою спектроскопічного аналізу, видимого ультрафіолетового спектроскопічного аналізу, рентгенівської дифракції, хімічного аналізу FT-IR, зображень TEM та SEM.
Кількість Ag-NP збільшувалася зі збільшенням концентрації κ-карагінану. Утворення Ag/κ-карагінану визначали за допомогою УФ-видимої спектроскопії, де максимум поверхневого поглинання плазмонів спостерігався при 402–420 нм. Рентгеноструктурний (XRD) аналіз показав, що Ag-NP мають гранецентровану кубічну структуру. Інфрачервоний спектр перетворення Фур'є (FT-IR) вказав на наявність Ag-NPs у κ-карагінані. Зображення трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ) для найвищої концентрації κ-карагінану показало розподіл Ag-NPs із середнім розміром частинок близько 4,21 нм. Зображення скануючої електронної мікроскопії (SEM) проілюстрували сферичну форму Ag-NPs. Аналіз SEM показує, що зі збільшенням концентрації κ-карагінану відбувалися зміни на поверхні Ag/κ-карагінану, так що малогабаритні Ag-NP зі сферичною формою були отримані.
Зображення ТЕМ та відповідні розподіли розмірів для сонохомічно синтезованого Ag/κ-карагінану при різних концентраціях κ-карагінану. [0,1%, 0,2% і 0,3% відповідно (a, b, c)].
Ag+/κ-карагенан (ліворуч) та ультразвуковий Ag/κ-карагенан (праворуч). Ультразвук проводився за допомогою UP400S протягом 90 хв. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – ультразвуковий апарат, що використовується для сонохімічного синтезу наночастинок Ag
SEM-зображення для Ag/κ-карагінану при різних концентраціях κ-карагінану. [0,1%, 0,2% та 0,3 % відповідно (a, b, c)]. [Elsupikhe та ін., 2015]
Література/Список літератури
- Ельсупіхе, Ранда Фавзі; Шамелі, Кам'яр; Ахмад, Мансор Б; Ібрагім, Ні Азова; Зайнудін, Норхазлін (2015): Зелений сонохімічний синтез наночастинок срібла при різних концентраціях κ-карагінану. Нанорозмірні наукові листи 10. 2015.
Основна інформація
Сонохімія
Коли потужний ультразвук застосовується для хімічних реакцій у розчині (рідкий або суспензичний стан), він забезпечує специфічну енергію активації завдяки фізичному явищу, відомому як акустична кавітація. Кавітація створює високі сили зсуву та екстремальні умови, такі як дуже високі температури та швидкість охолодження, тиск та струмені рідини. Ці інтенсивні сили можуть ініціювати реакції і руйнувати сили притягання молекул в рідкій фазі. Відомо, що від ультразвукового опромінення виявляються численні реакції, наприклад, соноліз, Золь-гель шлях, сонохімічний синтез паладій, Латексу, гідроксиапатит і багато інших речовин. Читати далі про Сонохімія тут!
наночастинки срібла
Наночастинки срібла характеризуються розміром від 1 нм до 100 нм. Хоча часто описують як «сріблястий’ Деякі з них складаються з великого відсотка оксиду срібла через велике співвідношення поверхневих і об'ємних атомів срібла. Наночастинки срібла можуть з'являтися з різною структурою. Найчастіше синтезують сферичні наночастинки срібла, але також використовують алмазні, восьмикутні і тонкі листи.
Наночастинки срібла дуже часто використовуються в медицині. Іони срібла є біологічно активними і мають сильну антимікробну та бактерицидну дію. Їх надзвичайно велика площа поверхні дозволяє координувати численні ліганди. Іншими важливими характеристиками є провідність і унікальні оптичні властивості.
Завдяки своїм провідним властивостям наночастинки срібла часто включають до складу композитів, пластмас, епоксидних смол та клеїв. Частинки срібла збільшують електропровідність; Тому срібні пасти і чорнило часто використовуються у виробництві електроніки. Оскільки наночастинки срібла підтримують поверхневі плазмони, AgNP мають видатні оптичні властивості. Наночастинки плазмонного срібла використовуються для датчиків, детекторів та аналітичного обладнання, такого як поверхнева посилена раманівська спектроскопія (SERS) та флуоресцентна спектроскопія з посиленням поверхневого плазмонного поля (SPFS).
карагенан
Карагенан - це дешевий природний полімер, який міститься в різних видах червоних водоростей. Карагенани - це лінійні сульфатовані полісахариди, які широко використовуються в харчовій промисловості, завдяки своїм желирующим, загущающим і стабілізуючим властивостям. Основне їх застосування - в молочних і м'ясних продуктах, завдяки їх міцному зв'язуванню з білками їжі. Існує три основні різновиди карагінану, які розрізняються за ступенем сульфатації. Каппа-карагенан має одну сульфатну групу на дисахарид. Йота-карагенан (ι-карагенен) має два сульфати на дисахарид. Лямбда-карагенан (λ-карагенен) має три сульфати на дисахарид.
Каппа-карагенан (κ-карагенан) має лінійну структуру сульфатованого полісахариду D-галактози та 3,6-ангідро-D-галактози.
κ- карагенан широко використовується в харчовій промисловості, наприклад, як гелеутворювач і для модифікації текстури. Його можна знайти в якості добавки в морозиві, вершках, сирі, молочних коктейлях, заправках для салатів, згущеному молоці з цукром, соєвому молоці & інші рослинні молочні добавки, а також соуси для підвищення в'язкості продукту.
Крім того, κ-карагенан можна знайти в нехарчових продуктах, таких як загусник у шампунях та косметичних кремах, у зубній пасті (як стабілізатор для запобігання розшаруванню компонентів), піні для пожежогасіння (як загусник, що викликає липкість піни), гелях для освіжувачів повітря, крему для взуття (для підвищення в'язкості), у біотехнології для іммобілізації клітин/ферментів, у фармацевтичних препаратах (як неактивна допоміжна речовина в таблетках/таблетках), в кормах для домашніх тварин і т.д.