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 Sonochemical, là các phản ứng tổng hợp dưới chiếu xạ siêu âm, được sử dụng rộng rãi để sản xuất các hạt nano như bạc, vàng, magnetit, hydroxyapatit, chloroquine, Perovskite, cao su và nhiều vật liệu nano khác.

Tổng hợp hóa học ướt siêu âm

Đối với các hạt nano bạc, một số tuyến tổng hợp hỗ trợ siêu âm được biết đến. Dưới đây, một tuyến tổng hợp siêu âm sử dụng mật ong làm chất khử và giới hạn phối tử, được trình bày. Các thành phần mật ong như glucose và fructose chịu trách nhiệm về vai trò của nó như là cả chất đóng nắp và khử trong quá trình tổng hợp.
Giống như hầu hết các phương pháp phổ biến để tổng hợp hạt nano, tổng hợp nano-bạc siêu âm cũng thuộc loại hóa học ướt. Ultrasonication thúc đẩy sự tạo mầm của các hạt nano bạc trong một giải pháp. Các siêu âm thúc đẩy nucleation xảy ra khi một tiền chất bạc (phức hợp ion bạc), ví dụ như bạc nitrat (AgNO₃) hoặc bạc perchlorate (AgClO₄), được khử thành bạc keo với sự có mặt của chất khử, chẳng hạn như mật ong. Trong điều kiện nồng độ các ion bạc trong dung dịch tăng đủ, các ion bạc kim loại hòa tan liên kết với nhau và tạo thành một bề mặt ổn định. Khi cụm ion bạc vẫn còn nhỏ, đó là một điều kiện không thuận lợi về mặt năng lượng do cân bằng năng lượng âm. Sự cân bằng năng lượng âm xảy ra vì năng lượng thu được bằng cách giảm nồng độ của các hạt bạc hòa tan thấp hơn năng lượng dành cho việc tạo ra một bề mặt mới.
Khi cụm đạt đến bán kính tới hạn, đó là điểm khi nó trở nên thuận lợi về mặt năng lượng, nó đủ ổn định để tiếp tục phát triển. Trong giai đoạn tăng trưởng, nhiều nguyên tử bạc khuếch tán qua dung dịch và bám vào bề mặt. Khi nồng độ bạc nguyên tử hòa tan giảm đến một điểm nhất định, ngưỡng tạo mầm đạt đến để các nguyên tử không thể liên kết lâu hơn với nhau để tạo thành hạt nhân ổn định. Ở ngưỡng tạo mầm này, sự phát triển của các hạt nano mới chấm dứt và bạc hòa tan còn lại được hấp thụ bằng cách khuếch tán vào các hạt nano đang phát triển trong dung dịch.
Sonication thúc đẩy sự truyền khối lượng, tức là làm ướt các cụm, dẫn đến sự tạo mầm nhanh hơn. Bằng cách sonication được kiểm soát chính xác, tốc độ tăng trưởng, kích thước và hình dạng của các cấu trúc hạt nano có thể được xác định.
Nhấn vào đây để đọc thêm về một phương pháp xanh khác để tổng hợp siêu âm bạc nano bằng carrageenan!

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

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

Vật liệu: bạc nitrat (AgNO₃) làm tiền chất bạc; mật ong làm chất đóng nắp / khử; Nước
Thiết bị siêu âm: UP400ST

Giao thức tổng hợp siêu âm

Điều kiện tốt nhất để tổng hợp các hạt nano bạc keo đã được tìm thấy như sau: Giảm bạc nitrat dưới ultrasonication qua trung gian mật ong tự nhiên. Tóm lại, 20 ml dung dịch bạc nitrat (0,3 M) chứa mật ong (20%) đã tiếp xúc với chiếu xạ siêu âm cường độ cao trong điều kiện môi trường xung quanh trong 30 phút. Ultrasonication được thực hiện với một ultrasonicator loại thăm dò UP400S (400W, 24 kHz) Ngâm trực tiếp vào dung dịch phản ứng.

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)
nguồn ảnh: Oskuee et al. 2016

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.

Kết quả tổng hợp siêu âm các hạt nano bạc

Các ultrasonically thúc đẩy, mật ong trung gian tổng hợp với UP400ST dẫn đến các hạt nano bạc hình cầu (Ag-NPs) với kích thước hạt trung bình khoảng 11,8nm. Sự tổng hợp siêu âm của các hạt nano bạc là một phương pháp một nồi đơn giản và nhanh chóng. Việc sử dụng nước và mật ong làm nguyên liệu, làm cho phản ứng hiệu quả về 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.

Hình ảnh TEM (A) và sự phân bố kích thước hạt (B) của Ag-NP được tổng hợp trong điều kiện tối ưu.

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.

Ultrasonicators hiệu suất cao để tổng hợp

Hielscher Ultrasonics cung cấp bộ vi xử lý siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy cho các ứng dụng sonochemical bao gồm sono-tổng hợp và sono-xúc tác. Siêu âm trộn và phân tán làm tăng chuyển khối lượng và thúc đẩy làm ướt và tạo mầm tiếp theo của các cụm nguyên tử để kết tủa các hạt nano. Tổng hợp siêu âm các hạt nano là một phương pháp đơn giản, hiệu quả về chi phí, tương thích sinh học, tái tạo, nhanh chóng và an toàn.
Hielscher Ultrasonics cung cấp bộ vi xử lý siêu âm mạnh mẽ và chính xác có thể kiểm soát cho sự tạo mầm và kết tủa của vật liệu nano. Tất cả các thiết bị kỹ thuật số đều được trang bị phần mềm thông minh, màn hình cảm ứng màu, ghi dữ liệu tự động trên thẻ SD tích hợp và có menu trực quan để vận hành thân thiện và an toàn.
Bao gồm phạm vi năng lượng hoàn chỉnh từ 50 watt cầm tay ultrasonicators cho phòng thí nghiệm lên đến 16.000 watt hệ thống siêu âm công nghiệp mạnh mẽ, Hielscher có thiết lập siêu âm lý tưởng cho ứng dụng của bạn. Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: