NANOsrebro.pdf

(387 KB) Pobierz

INSTRUKCJA_AZ_instrukcja

POLITECHNIKA GDAŃSKA

WYDZIAŁ CHEMICZNY

KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

Otrzymywanie nanoczĄstek srebra metodĄ redukcji

chemicznej, fotochemicznej oraz metodĄ mikroemulsyjnĄ

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

INSTRUKCJĘ OPRACOWAŁA:

MGR INś. ANNA ZIELIŃSKA-JUREK

GDAŃSK 2009

330045212.051.png

330045212.062.png

330045212.073.png

330045212.084.png

330045212.001.png

330045212.002.png

330045212.003.png

330045212.004.png

330045212.005.png

330045212.006.png

330045212.007.png

330045212.008.png

330045212.009.png

330045212.010.png

330045212.011.png

330045212.012.png

330045212.013.png

330045212.014.png

330045212.015.png

330045212.016.png

330045212.017.png

330045212.018.png

330045212.019.png

330045212.020.png

330045212.021.png

330045212.022.png

330045212.023.png

330045212.024.png

330045212.025.png

330045212.026.png

330045212.027.png

330045212.028.png

330045212.029.png

330045212.030.png

330045212.031.png

330045212.032.png

330045212.033.png

330045212.034.png

330045212.035.png

330045212.036.png

330045212.037.png

330045212.038.png

330045212.039.png

330045212.040.png

330045212.041.png

330045212.042.png

330045212.043.png

330045212.044.png

330045212.045.png

330045212.046.png

330045212.047.png

330045212.048.png

330045212.049.png

330045212.050.png

330045212.052.png

330045212.053.png

330045212.054.png

330045212.055.png

330045212.056.png

330045212.057.png

330045212.058.png

330045212.059.png

330045212.060.png

330045212.061.png

330045212.063.png

330045212.064.png

330045212.065.png

330045212.066.png

330045212.067.png

330045212.068.png

330045212.069.png

330045212.070.png

330045212.071.png

330045212.072.png

330045212.074.png

330045212.075.png

330045212.076.png

330045212.077.png

330045212.078.png

330045212.079.png

330045212.080.png

330045212.081.png

330045212.082.png

330045212.083.png

330045212.085.png

330045212.086.png

330045212.087.png

330045212.088.png

330045212.089.png

330045212.090.png

330045212.091.png

330045212.092.png

330045212.093.png

1. Wprowadzenie

Srebro jest efektywnym metalem o właściwościach biobójczych (baterio- i grzybobójczych)

[1,2,3]. Materiały zawierające w swojej strukturze nanocząstki srebra mogą znajdować

zastosowanie m in. w preparatach sanitarnych, kosmetykach, technologii leków, produkcji

opakowań oraz folii stosowanych do przechowywania produktów spoŜywczych oraz

produkcji powłok o właściwościach bakteriobójczych. DuŜa aktywność biobójcza

nanocząstek srebra jest ściśle związana z ich wielkością. Ogromna powierzchnia czynna

wpływa na wzrost aktywności biologicznej i skutkuje zwalczaniem drobnoustrojów

chorobotwórczych. Mechanizm działania nanocząstek srebra na określony typ

drobnoustrojów jest odmienny. U grzybów mechanizm polega na zaburzeniu naturalnej

gospodarki wodnej poprzez zablokowanie zdolności grzyba do przyłączenia cząsteczki wody.

W przypadku wirusów mechanizm działania sprowadza się do pozbawienia ich zdolności do

katalitycznego rozkładu podłoŜa lipidowo-białkowego.

Istnieje równieŜ kilka mechanizmów działania nanocząstek srebra na komórkę bakterii.

Nanocząstki srebra dzięki temu, Ŝe charakteryzują się wysokim przewodnictwem

elektrycznym, przylegając do błony komórkowej bakterii zaburzają naturalnie występujący

gradient potencjału elektrycznego. Potencjały elektryczne błony komórkowej decydują o

właściwym dla Ŝycia bakterii przepływie substancji i energii. W wyniku działania

nanocząstek srebra na błonę komórkową bakterii następuje, więc zahamowanie przepływu

energii i substancji. Potraktowane srebrem bakterie przestają pobierać substancje pokarmowe

oraz wydalać produkty przemiany materii [4].

Nanosrebro wnika takŜe do wnętrza protoplazmy poprzez istniejące w błonie komórkowej

kanaliki, powodując zaburzenie działania mitochondriów i jądra komórkowego. W przypadku

bakterii wyposaŜonej w wici zwane flagella, cząstki srebra umiejscawiają się na tych

wypustkach błony cytoplazmatycznej, unieruchamiajac [5].

Jony srebra w komórkach drobnoustrojów wiąŜą się takŜe z grupami tiolowymi (-SH)

prowadząc do unieczynnienia białek. Inhibicję wzrostu bakterii wywołuje równieŜ tlen

atomowy zaadsorbowany na powierzchni srebra. W stosunku do takich działań bakterie nie są

w stanie wytworzyć skutecznego mechanizmu obronnego. To właśnie wyjaśnia fakt, iŜ mimo

wieków stosowania srebra nie zauwaŜono, aby powstawały szczepy oporne na jego działanie

bakteriobójcze.

Unikalne właściwości, jakie wykazuje srebro w skali nano skłaniają do poszukiwań

kolejnych metod otrzymywania, stabilizacji nanocząstek, badania ich właściwości i

opracowywania korzystnych i bezpiecznych dla człowieka i środowiska aplikacji

technologicznych.

2. Metody otrzymywania nanocząstek metali

Monodyspersyjne cząstki srebra moŜna otrzymywać m.in.:

a) metodami chemicznymi [6-7]

•

redukcja za pomocą NaBH 4 , N 2 H 4 ×H 2 O, kwas askorbinowy [8]

•

odwrócone micele (emulsje, mikroemulsje) [9]

•

w roztworach wyŜszych alkoholi [10]

• ciekłe kryształy [11]

b) metodami elektrochemicznymi

c) fotochemicznymi (redukcja jonów metali za pomocą promieniowania UV) [12-13]

d) sonochemicznymi (np. redukcja jonów srebra Ag + z wykorzystaniem ultradźwięków

w atmosferze gazu obojętnego) [14-15]

e) z wykorzystaniem promieniowania laserowego

W metodzie sonochemicznej stosowane są ultradźwięki o częstotliwości 20 KHz powodujące

zerwanie wiązań chemicznych. Metoda ta w porównaniu z innymi metodami np. zol-Ŝel

pozwala na uzyskanie nanocząstek metalu w krótszym okresie czasu. Proces przebiega w

atmosferze gazu obojętnego azotu lub argonu. Metoda sonochemiczna w przeciwieństwie do

metod chemicznej redukcji (mikroemulsje) nie pozwala kontrolować kształtu tworzących się

cząstek koloidalnych. Wielkość nanocząstek zaleŜy głównie od stęŜenia prekursora w

roztworze poddawanym działaniu ultradźwięków.

Metoda z wykorzystaniem promieniowania UV (fotochemiczna) pozwala na otrzymanie

bardzo małych, monodyspersyjnych cząstek koloidalnych o wielkości wynoszącej nawet 3 nm

[17]. Metodą fotochemiczna pozwala na kontrolowaną redukcję metalu poprzez kontrolę

czasu naświetlania [18].

W metodzie elektrochemicznej na powierzchni elektrod wytwarzane są i zuŜywane tylko

elektrony, dzięki temu otrzymane nanocząstki srebra nie są zanieczyszczone dodatkowo

innymi związkami chemicznymi i mogą znajdować bezpośrednio zastosowanie

w farmaceutyce, kosmetyce i medycynie. Wadą tej metody w porównaniu z innymi metodami

np. chemicznej redukcji jest wyŜszy koszt prowadzenia procesu.

Najczęściej stosowaną metodą otrzymywania nanocząstek metali jest metoda chemicznej

redukcji. W porównaniu z innymi metodami nie wymaga stosowania specjalistycznego

sprzętu, jest tania i jednocześnie pozwala na uzyskanie bardzo małych cząstek koloidalnych,

rzędu kilku nanometrów.

Otrzymywanie nanocząstek w mikroemulsjach stanowi atrakcyjną metodę pozwalającą na

uzyskanie cząstek wielkości rzędu 2-5 nm. Wielkość tworzących się nanocząstek jest

kontrolowana m.in. poprzez wielkość kropli fazy wewnętrznej. Cząsteczki surfaktantu

adsorbując się na powierzchni tworzących się cząstek stabilizują układ i zapobiegają

aglomeracji.

Mikroemulsja to transparentny układ, powstający w wyniku mieszania wody i oleju

stabilizowany dodatkiem związku amfifilowego, który stanowi substancja powierzchniowo

czynna. W niektórych przypadkach stosowany jest takŜe dodatek substancji pomocniczej

kosurfaktantu. Mikroemulsje, w odróŜnieniu od układów emulsyjnych, stanowią dyspersję

termodynamicznie stabilną, pozwalającą na uzyskanie układu o poŜądanej jednorodności

w najkrótszym czasie [8-9, 19,20].

W zaleŜności od fazy ciągłej i rozproszonej wyróŜnić moŜna dwa typy mikroemulsji:

•

mikroemulsja typu O/W – olej stanowi fazę wewnętrzną rozproszoną w postaci małych

kropelek w fazie ciągłej, którą stanowi woda.

•

mikroemulsja typu W/O – fazę wewnętrzną stanowi woda, zaś fazę zewnętrzną kropelki

oleju.

Dzięki duŜemu rozwinięciu powierzchni międzyfazowej w układach mikroemulsyjnych

moŜliwe jest osiągnięcie duŜego rozproszenia fazy wewnętrznej, co pozwala na zastosowanie

mikroemulsji jako uniwersalnego środowiska/medium w syntezie chemicznej [8].

W emulsjach typu w/o kropelki wody ulegają ciągłym zderzeniom, procesom koalescencji

i rozpadu, co wpływa na nieustanną wymianę zawartości fazy rozproszonej. Procesy kolizji

cząsteczek wody zaleŜą od dyfuzji kropelek wody w fazie ciągłej (olejowej), natomiast

procesy koalescencji i rozpadu od oddziaływań hydrofobowego łańcucha surfaktantu

i trwałości filmu międzyfazowego podczas zbliŜania się kropelek wody do siebie.

Właściwości międzyfazowe mają bardzo duŜy wpływ na przebieg procesu otrzymywania

nanocząstek. Struktura oleju, alkoholu i siła jonowa fazy wodnej wpływają znacząco na

trwałość filmu międzyfazowego, a w związku z tym takŜe na kinetykę reakcji.

Mikroemulsyjna metoda otrzymywania cząstek nanosrebra pozwala na uzyskanie srebra

koloidalnego o ściśle określonym przedziale wielkości cząstek [8].

Istnieją dwie podstawowe metody otrzymywania nanocząstek metali w układzie

mikroemulsyjnym, z których jedna opiera się na energicznym mieszaniu dwóch mikroemulsji,

zawierających odpowiednio odczynnik strącający oraz substancję strącaną. Druga metoda

polega na dodawaniu do układu mikroemulsyjnego odczynnika redukcyjnego w postaci

cieczy lub gazu. Schemat otrzymywania nanocząstek metali metoda mikroemulsyjną

przedstawiono na Rys. 1.

Rysunek 1. Schemat otrzymywania nanoczĄstek metodĄ mikroemulsyjnĄ poprzez: (a) mieszanie

ze sobĄ dwóch mikroemulsji, (b) dodawanie substancji redukujĄcej do mikroemulsji,

(c) przepuszczanie pĘcherzyków gazu przez mikroemulsjĘ [19].

Na wielkość otrzymywanych nanocząstek metali szlachetnych ma wpływ m.in. temperatura

reakcji, stosowane odczynniki redukujące, rodzaj fazy rozpraszającej, rodzaj uŜytego

stabilizatora, zaś w przypadku metody mikroemulsyjnej równieŜ ilość wprowadzanej do

układu fazy zdyspergowanej oraz rodzaj uŜytego kosurfaktantu.

Najczęściej wykorzystywane reduktory oraz stabilizatory w procesie otrzymywania

nanocząstek metali przedstawiono w Tabeli 1 i 2.

330045212.094.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

chem_srod.zip (29667 KB)
WWA, PCB.doc (156 KB)
MBAS.pdf (138 KB)
laboratorium_artykul_2007_10_3864.pdf (353 KB)
IMG(1).pdf (601 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin