Определение условий образования наночастиц серебра при восстановлении экстрактом банановой кожуры в водных растворах

№50-1,

Химические науки

В статье рассматривается метод синтеза наночастиц серебра в водных растворах с применением в качестве восстановителя экстракта, полученного из отхода агропромышленного комплекса – банановой кожуры. Изучено влияние таких условий протекания реакции, как температура реакционной смеси и pH, найдены оптимальные параметры синтеза. Полученные наночастицы серебра охарактеризованы методом оптической спектроскопии в УФ- и видимой области спектра.

Похожие материалы

Введение

Синтез различных типов наночастиц является важной областью нанотехнологии благодаря широкому применению наночастиц металлов в медицине, физике и химии. Наночастицы металлов могут быть синтезированы химическими, физическими, электрохимическими [1] и биологическими методами [2-4]. Синтез наночастиц с использованием химических и физических методов является довольно дорогостоящим и связан с различными недостатками, такими как потребность в больших количествах энергии, трудности в очистке, а также использование токсичных химических веществ в процессе синтеза, которые являются потенциально опасными для окружающей среды. Синтез наночастиц с использованием экстрактов растений считается экономически эффективным и не требует использования высокого давления, температуры, энергии, и токсичных химических веществ. В течение последнего десятилетия предпринимаются многочисленные попытки разработать различные экологически чистые и более дешевые способы синтеза наночастиц благородных металлов с использованием многих биологических источников.

Банан (Musa acuminata) является одним из наиболее потребляемых фруктов во всем мире. Белая мякоть банана съедобна, но наружная кожура считается отходом с низкой коммерческой ценностью. Тем не менее, кожура банана богата множеством биологически активных соединений, таких как клетчатка, белки, сахара и минеральные вещества [5]. Благодаря своему богатому химическому составу банановая кожура может выступить в качестве ценного ресурса для получения комплекса биологически активных соединений, пригодных для восстановления ионов серебра с получением наночастиц серебра.

Таким образом, целью данного исследования является определение оптимальных условий синтеза наночастиц серебра с использованием экстракта банановой кожуры.

Экспериментальная часть

Получение экстракта. Получение экстракта из банановой кожуры проведено по методике, предложенной в статье [6]. Тщательно промытую кожуру банана взвешивали на технических весах. Масса навески – 50±0,1 г. Затем навеску вносили в колбу с дистиллированной водой (V(H2O) = 100 мл) при температуре 80 оС и продолжали нагревание колбы, поддерживая заданную температуру в течение 10 минут. Раствор экстракта охлаждали до комнатной температуры, тщательно фильтровали через фильтровальную бумагу. Полученный фильтрат смешивали с равным объемом ацетона. Полученный студенистый осадок отфильтровывали через фильтровальную бумагу, несколько раз промывая на фильтре дистиллированной водой. Фильтр с осадком оставляли при температуре 40 оС на 24 ч до полного высушивания. Высушенный осадок растирали в фарфоровой чашке до порошкообразного состояния и хранили в темном месте при комнатной температуре. Полученный экстракт использовали в качестве восстановителя в реакциях получения наночастиц серебра.

Синтез наночастиц серебра. Для всех экспериментов источником ионов серебра выступал раствор нитрата серебра (AgNO3) в дистиллированной воде. Реакционные смеси представляли собой 2 мл раствора нитрата серебра с C = 0,001 М с растворенной навеской экстракта банановой кожуры массой 10 мг. В данном исследовании изучалось влияние pH и температуры на синтез наночастиц. Влияние pH на синтез наночастиц серебра определяли изменением pH реакционной смеси (pH 3,0; 4,0; 5,0; 6,0) при комнатной температуре путем добавления в реакционную смесь растворов гидроксида аммония (NH4OH) или уксусной кислоты (CH3COOH). Необходимая величина рН контролировалась при помощи прибора рН-150МИ. Для изучения влияния температуры на синтез наночастиц серебра реакционные смеси при pH 5,0 инкубировали при 40, 60, 80 и 100 оС в течение 30 минут в лабораторном сушильном шкафу.

Оптические спектры поглощения полученных гидрозолей регистрировали при комнатной температуре в области 300-700 нм на спектрофотометре Hitachi U-2001 (Япония) в кварцевой кювете, длина оптического слоя – 1 см. Седиментационную устойчивость золей оценивали визуально.

Результаты и их обсуждение

Влияние pH на образование наночастиц серебра. При исследовании влияния рН в интервале 3-6 (С(AgNO3) = 0,001 М, mэкс = 10 мг, tкомн) установлено, что уже через 10 мин инкубации при заданном pH реакционные смеси приобрели различную окраску от светло-желтого до коричневого (Рис. 1).

Влияние pH реакционной смеси на окраску золей
Рисунок 1. Влияние pH реакционной смеси на окраску золей
  1. Раствор экстракта, tкомн; 2) 40 оС; 3) 60 оС; 4) 80 оС; 5) 100 оС

На полученных электронных спектрах поглощения золей в интервале длин волн 300-700 нм наблюдаются единственные выраженные пики при длине 440 нм (Рис. 2). Цвет золя и интенсивность пиков зависят от рН. Так, при рН 3,0 наблюдалось слабое изменение цвета и пик небольшой интенсивности в области 440 нм. С дальнейшим увеличением pH реакционной смеси наблюдается усиление интенсивности пика и усиление окраски золей. Наиболее интенсивный пик поглощения наблюдается у золя с pH 5, окраска данного золя имеет коричневый цвет. Дальнейшее увеличение pH реакционной смеси ведет к уменьшению поглощения при длине волны 440 нм и снижению интенсивности окраски золя. Таким образом, оптимальное значение рН реакционной смеси равно 5.

Влияние pH реакционной смеси на образование наночастиц серебра
Рисунок 2. Влияние pH реакционной смеси на образование наночастиц серебра

Влияние температуры на образование наночастиц серебра. При исследовании влияния температуры в интервале 40-100 оС (С(AgNO3) = 0,001 М, mэкс = 10 мг, pH 7) установлено, что уже через 15 мин инкубации при заданной температуре реакционные смеси приобрели различную окраску от желтого до коричневого (Рис. 3).

Влияние температуры реакционной смеси на окраску золей
Рисунок 3. Влияние температуры реакционной смеси на окраску золей
  1. Раствор экстракта, tкомн; 2) 40 оС; 3) 60 оС; 4) 80 оС; 5) 100 оС

На полученных электронных спектрах поглощения золей в интервале длин волн 300-700 нм наблюдаются единственные выраженные пики при длине 440 нм (Рис. 4). Наблюдается прямая зависимость цвета золя и интенсивности пиков от температуры. Так, при 40 0C наблюдалось слабое изменение цвета и пик небольшой интенсивности в области 440 нм. С дальнейшим увеличением температуры реакционной смеси наблюдается усиление интенсивности пика и усиление окраски золей. Наиболее интенсивный пик поглощения наблюдается у золя, который был подвергнут инкубации при 100 оС, окраска данного золя имеет коричневый цвет. Дальнейшее увеличение температуры смеси ведет к образованию в реакционном сосуде осадка темно-серого цвета. Вероятно, в этом случае образующиеся золи теряют свою агрегативную устойчивость. Таким образом, оптимальное значение температуры реакционной смеси равно 100 оС.

Влияние температуры реакционной смеси на образование наночастиц серебра
Рисунок 4. Влияние температуры реакционной смеси на образование наночастиц серебра

Вывод

Исследована способность экстракта банановой кожуры восстанавливать ионы серебра в растворе с образованием наночастиц серебра. Установлено, что данный экстракт обладает восстанавливающими свойствами. Изучено влияние температуры и pH на образование наночастиц серебра. При этом определены оптимальные условия синтеза наночастиц – 100 оС, pH 5.

Список литературы

  1. Ю. А. Крутяков , А. А. Кудринский, А. Ю. Оленин, Г. В. Лисичкин Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы // Успехи химии. - 2008. - Т. 77. - С. 242 — 269.
  2. Muhammad J. A. Green synthesis of silver nanoparticles using leaves extract of Skimmia laureola: Characterization and antibacterial activity // Materials Letters. – 2015. - Vol. 153. – P. 10-13.
  3. Baghizadeh A., Ranjbar S., Vinod Kumar Gupta Green synthesis of silver nanoparticles using seed extract of Calendula officinalis in liquid phase // Journal of Molecular Liquids. – 2015. – Vol. 207. – P. 159-163.
  4. Padalia H., Moteriya P., Chanda S. Green synthesis of silver nanoparticles from marigold flower and its synergistic antimicrobial potential // Arabian Journal of Chemistry. – 2015. – Vol. 8-5. – P. 732-741.
  5. Изучение технологических свойств вторичных ресурсов плодового сырья Вьетнама / Тхи Ми Фам, М. Е. Цибизова // Вестник Астраханского государственного технического университета. - 2011. - № 1. - С. 39-43.
  6. Bankar A., Joshi B., Kumar A.R. Banana peel extract mediated novel route for the synthesis of silver nanoparticles // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2010. – Vol. 368. – P. 58-63.
  7. Козлова Е.С., Никифорова Т.Е. Внедрение наночастиц серебра в целлюлозную матрицу для получения упаковочных материалов для пищевых продуктов // ЖПХ. 2015. T. 88. Вып. 4. С. 607-615.