Tổng hợp Nano-Silver với mật ong và siêu âm

Nano-bạc được sử dụng cho các đặc tính chống vi khuẩn của nó để củng cố các vật liệu trong y học và khoa học vật liệu. Ultrasonication cho phép tổng hợp nhanh chóng, hiệu quả, an toàn và thân thiện với môi trường của các hạt nano bạc hình cầu trong nước. Tổng hợp hạt nano siêu âm có thể dễ dàng thu nhỏ từ sản xuất nhỏ đến lớn.

Ultrasonically hỗ trợ tổng hợp keo nano-bạc

Tổng hợp siêu âm, đề cập đến các phản ứng hóa học được tạo điều kiện thuận lợi bởi bức xạ siêu âm, là một phương pháp được áp dụng rộng rãi để sản xuất các hạt nano. Chúng bao gồm bạc, vàng, magnetit, hydroxyapatit, chloroquine, Perovskite, cao su và nhiều vật liệu nano khác.

Tổng hợp hóa học ướt siêu âm

Nhiều tuyến đường tổng hợp hỗ trợ siêu âm đã được phát triển để sản xuất các hạt nano bạc. Một phương pháp đáng chú ý sử dụng mật ong như một chất khử và đóng nắp. Các thành phần trong mật ong, chẳng hạn như glucose và fructose, hoạt động hiệp đồng trong các vai trò này trong quá trình tổng hợp.
Tương tự như nhiều kỹ thuật tổng hợp hạt nano, tổng hợp nano-bạc siêu âm thuộc loại hóa học ướt. Quá trình này bắt đầu với sự hình thành hạt nano bạc trong dung dịch. Trong quá trình siêu âm, tiền chất bạc (ví dụ: bạc nitrat (AgNO₃), hoặc bạc perchlorate (AgClO₄)) được khử khi có chất khử, chẳng hạn như mật ong, để tạo ra bạc keo.

Cơ chế tạo mầm và tăng trưởng bạc siêu âm

Giai đoạn tạo mầm ban đầu: Khi nồng độ các ion bạc hòa tan tăng lên, các ion bạc kim loại bắt đầu liên kết để tạo thành các cụm nhỏ. Ở giai đoạn này, các cụm này không ổn định về mặt năng lượng do cân bằng năng lượng âm. Năng lượng cần thiết để tạo ra các bề mặt mới vượt quá năng lượng thu được bằng cách giảm nồng độ bạc hòa tan.

• Bán kính tới hạn: Khi một cụm đạt đến một kích thước cụ thể (bán kính tới hạn), quá trình này trở nên thuận lợi về mặt năng lượng, ổn định cụm. Sự ổn định này cho phép cụm hoạt động như một hạt nhân để phát triển hơn nữa.
• Giai đoạn tăng trưởng: Trong quá trình tăng trưởng, các nguyên tử bạc bổ sung khuếch tán qua dung dịch và bám vào bề mặt hạt nano đang phát triển. Sự phát triển tiếp tục cho đến khi nồng độ bạc hòa tan giảm xuống dưới ngưỡng tạo mầm, ngăn chặn sự hình thành các hạt nhân mới.
• Khuếch tán và hoàn thiện: Bạc hòa tan còn lại được kết hợp vào các hạt nano hiện có, hoàn thành quá trình.

Sonication đẩy nhanh quá trình truyền khối lượng, đặc biệt là quá trình làm ướt và khuếch tán, dẫn đến quá trình tạo mầm nhanh hơn và tăng trưởng có kiểm soát. Bằng cách điều chỉnh chính xác các thông số siêu âm, chẳng hạn như cường độ và thời gian, kích thước, tốc độ tăng trưởng và hình dạng của các hạt nano có thể được điều chỉnh tinh tế. Điều khiển chính xác này đảm bảo cấu trúc hạt nano nhất quán phù hợp với các ứng dụng cụ thể.

Tổng hợp hỗ trợ siêu âm nổi bật như một cách tiếp cận hóa học xanh hiệu quả, có thể mở rộng và xanh để sản xuất nano-bạc với các đặc tính được xác định rõ ràng, mang lại lợi thế đáng kể cho các ứng dụng đa dạng trong nghiên cứu và công nghiệp.

Nhấn vào đây để đọc thêm về một phương pháp xanh khác để tổng hợp siêu âm bạc nano bằng carrageenan!

Sonication tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tổng hợp nhanh chóng, xanh của các hạt nano bạc nhỏ với phân bố kích thước hẹp.

Nghiên cứu điển hình về tổng hợp nano-bạc siêu âm

Nghiên cứu có tiêu đề “Tổng hợp các hạt nano bạc dựa trên mật ong và siêu âm và hoạt động kháng khuẩn của chúng” của Oskuee et al. (2016) khám phá một phương pháp đơn giản và thân thiện với môi trường để tổng hợp các hạt nano bạc (Ag-NPs) bằng cách sử dụng mật ong tự nhiên làm chất khử và ổn định. Quá trình này, liên quan đến việc khử bạc nitrat (AgNO₃) dưới bức xạ siêu âm, được đặc trưng bởi các thông số khác nhau bao gồm nồng độ ion bạc, nồng độ mật ong và thời gian siêu âm. Ag-NP thu được có kích thước trung bình khoảng 11,8 nm và thể hiện đặc tính kháng khuẩn chống lại các vi khuẩn gây bệnh như Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa và E. coli.
Nghiên cứu nêu bật lợi ích của việc sử dụng mật ong trong tổng hợp hạt nano, nhấn mạnh tính chất xanh, chi phí thấp và không độc hại của nó. Các tác giả chứng minh rằng kích thước và năng suất của Ag-NPs có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các thông số phản ứng như nồng độ bạc, hàm lượng mật ong và thời gian siêu âm. Ag-NP tổng hợp được chứng minh là có hoạt tính kháng khuẩn hiệu quả, đặc biệt là chống lại E. coli và S. aureus, với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) khoảng 19,46 ppm. Phương pháp này trình bày một ứng dụng tiềm năng cho Ag-NP trong các lĩnh vực y tế, bao gồm chữa lành vết thương và kiểm soát nhiễm trùng.

• Vật liệu: bạc nitrat (AgNO₃) làm tiền chất bạc; mật ong làm chất đóng nắp / khử; Nước
• Thiết bị siêu âm: Sonicator loại đầu dò UP400St

Giao thức tổng hợp siêu âm

Các điều kiện tốt nhất để tổng hợp các hạt nano bạc keo được tìm thấy như sau: Giảm bạc nitrat dưới quá trình siêu âm qua trung gian bởi mật ong tự nhiên. Tóm lại, 20 ml dung dịch bạc nitrat (0,3 M) có chứa mật ong (20 wt%) được phơi xạ siêu âm cường độ cao trong điều kiện môi trường trong 30 phút. Siêu âm được thực hiện với máy siêu âm kiểu đầu dò UP400S (400W, 24 kHz) được nhúng trực tiếp vào dung dịch phản ứng.
Mật ong cấp thực phẩm được sử dụng làm chất đóng nắp / ổn định và khử, làm cho dung dịch tạo mầm nước và các hạt nano kết tủa sạch và an toàn cho các ứng dụng đa dạng.
Khi thời gian siêu âm tăng lên, các hạt nano bạc trở nên nhỏ hơn và nồng độ của chúng được tăng cường.
Trong dung dịch mật ong nước, siêu âm là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự hình thành các hạt nano bạc. Các thông số sonication như biên độ, thời gian và siêu âm liên tục so với xung là những yếu tố chính cho phép kiểm soát kích thước và số lượng của các hạt nano bạc.

Phân bố kích thước hạt của Ag-NP được tổng hợp trong điều kiện tối ưu; nồng độ bạc (0,3 M), nồng độ mật ong (20 trọng lượng%) và thời gian chiếu xạ siêu âm (30 phút)
nguồn ảnh: ©Oskuee et al. 2016

Kết quả tổng hợp siêu âm các hạt nano bạc

Quá trình tổng hợp qua trung gian mật ong, được thúc đẩy bằng siêu âm với máy siêu âm UP400St dẫn đến các hạt nano bạc hình cầu (Ag-NPs) với kích thước hạt trung bình khoảng 11,8nm. Quá trình siêu âm tổng hợp các hạt nano bạc là một phương pháp đơn giản và nhanh chóng. Việc sử dụng nước và mật ong làm nguyên liệu, làm cho phản ứng tiết kiệm chi phí và đặc biệt thân thiện với môi trường.
Kỹ thuật tổng hợp siêu âm được trình bày bằng cách sử dụng mật ong làm chất khử và đóng nắp có thể được mở rộng sang các kim loại quý khác, chẳng hạn như vàng, palladium và đồng, cung cấp các ứng dụng bổ sung khác nhau từ y học đến công nghiệp.

Phân bố kích thước hạt của Ag-NP được tổng hợp trong điều kiện tối ưu; nồng độ bạc (0,3 M), nồng độ mật ong (20 wt%) và thời gian chiếu xạ siêu âm (30 phút)
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Oskuee et al. 2016

Ảnh hưởng đến quá trình tạo mầm và kích thước hạt bằng cách sonication

Siêu âm cho phép sản xuất các hạt nano như hạt nano bạc phù hợp với yêu cầu. Ba tùy chọn chung của sonication có ảnh hưởng quan trọng đến đầu ra:
Sonication ban đầu: Việc áp dụng ngắn sóng siêu âm vào dung dịch siêu bão hòa có thể bắt đầu gieo hạt và hình thành hạt nhân. Vì sonication chỉ được áp dụng trong giai đoạn ban đầu, sự tăng trưởng tinh thể tiếp theo tiến hành không bị cản trở dẫn đến các tinh thể lớn hơn.
Sonication liên tục: Việc chiếu xạ liên tục của dung dịch siêu bão hòa dẫn đến các tinh thể nhỏ kể từ khi siêu âm không tạm dừng tạo ra rất nhiều hạt nhân dẫn đến sự phát triển của nhiều tinh thể nhỏ.
Sonication xung: Siêu âm xung có nghĩa là ứng dụng siêu âm trong khoảng thời gian xác định. Một đầu vào được kiểm soát chính xác của năng lượng siêu âm cho phép ảnh hưởng đến sự tăng trưởng tinh thể để có được kích thước tinh thể phù hợp.

Máy siêu âm hiệu suất cao để tổng hợp hạt nano

Hielscher Ultrasonics cung cấp các bộ xử lý siêu âm công suất cao, đáng tin cậy được thiết kế cho các ứng dụng siêu âm tiên tiến, bao gồm tổng hợp sono và xúc tác son. Trộn và phân tán siêu âm tăng cường đáng kể sự truyền khối lượng, thúc đẩy sự làm ướt của các cụm nguyên tử và tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành hạt nano tiếp theo của chúng, dẫn đến kết tủa hiệu quả của các hạt nano. Tổng hợp siêu âm được công nhận là một phương pháp đơn giản, tiết kiệm chi phí, tương thích sinh học, có thể tái tạo, nhanh chóng và an toàn để sản xuất vật liệu nano chất lượng cao. (Đọc thêm về tổng hợp sonchemical của Perovskite và Cấu trúc nano ZnO!)

Máy siêu âm Hielscher được thiết kế để kiểm soát chính xác, tạo điều kiện tối ưu cho sự hình thành và phát triển của vật liệu nano. Các thiết bị kỹ thuật số này có phần mềm thông minh, màn hình cảm ứng màu và menu trực quan để vận hành an toàn và thân thiện với người dùng. Ngoài ra, chúng đi kèm với tính năng ghi dữ liệu tự động trên thẻ SD tích hợp, đảm bảo tài liệu quy trình liền mạch.

Với một loạt các hệ thống - từ máy siêu âm cầm tay 50 watt nhỏ gọn để sử dụng trong phòng thí nghiệm đến các hệ thống công nghiệp 16.000 watt mạnh mẽ - Hielscher cung cấp giải pháp siêu âm lý tưởng cho mọi ứng dụng. Được thiết kế để có độ bền, thiết bị siêu âm Hielscher được chế tạo để hoạt động liên tục trong điều kiện nặng nhọc, ngay cả trong môi trường khắc nghiệt, đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy 24/7.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

So sánh các phương pháp thông thường và phương pháp tổng hợp xanh của tổng hợp hạt nano.