IX Международная научно-практическая Интернет-конференция «НАУКА В ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ» (10–11 октября 2013 г.)

К. х. н. Катнов В. Е., Вахитов Т. Р., Катнова Р. Р.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, Российская Федерация

КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ СТИМУЛИРОВАНИЯ РЕАКЦИИ ВОССТАНОВЛЕНИИ НАНОСЕРЕБРА

Известно, что свойства наночастиц серебра, в том числе антимикробные, сильно зависят как от характеристик индивидуальных частиц (их размера, формы и состава, наличия и структуры адсорбционных слоев), так и от их окружения, в том числе и от способа пространственного упорядочения частиц [1]. Поэтому синтез наночастиц серебра с заданной структурой, морфологией поверхности, размерами частиц является весьма приоритетной задачей.

В данной работе изучено влияние комбинированных факторов стимулирования процесса восстановления наносеребра, применяемого в рецептурах бактерицидных лакокрасочных материалов. Проведена их описательная сравнительная характеристика.

Синтез наночастиц (НЧ) осуществляли по реакции Толленса в химическом стакане из кварцевого стекла при постоянном перемешивании на магнитной мешалке. В качестве восстановителя-стабилизатора использовалась натриевая соль полиакриловой кислоты. Воздействия, с помощью которых инициировался процесс восстановления наносеребра: а) использование ультразвука (УЗ) с помощью ультразвукового гомогенизатора (UP400S) при термостатировании реакционной смеси при температуре 20 о С; б) воздействие УЗ без использования холодильника (т.е. происходил нагрев от 35 до 45 о С благодаря озвучиванию); в) освещение ультрафиолетом (УФ) при помощи ультрафиолетовой лампы (460 Вт, λ=365 нм); г) использование УФ с одновременным нагреванием реакционной смеси до 40–45 о С при помощи магнитной мешалки (ES-6120), снабженной нагревательным элементом; д) использование УФ, УЗ и нагревания. Процесс образования НЧ серебра и их дисперсность контролировали по положению пика поверхностно плазмонного резонанса (ППР), определяемого из спектров экстинкции, снятых при помощи спектрофотометра (Proscan MC122) через определенные промежутки времени. Размер частиц определяли, зная положение ППР из эмпирической зависимости, приведенной в [2] и отраженной на рис. 1. В качестве конечной точки синтеза было выбрано время в 150 минут, что достаточно для образования НЧ и их стабилизации в растворе.

Рис. 1. Зависимость положения максимума полосы поглощения

от диаметра сферических частиц серебра.

Спектры экстинции свидетельствуют о постепенном увеличении пика ППР во всех вариантах проведения реакции. Причем в каждом рассмотренном случае пик находился в разных местах. Так, при ультразвуковом воздействии наблюдается пик при λ=420 нм (рис. 2), что соответствует размеру частиц 42,82 нм, а при ультрафиолетовом излучении – λ=410 нм (рис. 3) и размеру частиц 36,56 нм.

Рис. 2. Зависимость оптической плотности

от длины волны при УЗ воздействии

по истечении 150 минут

Рис. 3. Зависимость оптической плотности

от длины волны при УФ воздействии

по истечении 150 минут

Если же кроме УЗ и УФ добавить воздействие температурного фактора, то получается следующее: в случае варианта УЗ с нагревом, пик находится при λ=425 нм (рис. 4), соответствующий размер частиц 45,95 нм, а при УФ излучении с нагревом от мешалки – λ=385 нм (рис. 5), размер частиц равен 20,91 нм.

Рис. 4. Зависимость оптической

плотности от длины волны при УЗ воздействии с нагревом по истечении

150 минут

Рис. 5. Зависимость оптической плотности от длины волны при УФ воздействии с нагревом по истечении 150 минут

Рис. 6. Зависимость оптической плотности от длины волны при УЗ, УФ воздействии

и нагревании по истечении 150 минут.

В последнем случае, анализируемый раствор подвергали УЗ, УФ стабилизирующему действию, а также нагреву. В результате пик образуется при λ=435 нм (рис. 6), размер частиц равен 52,21 нм.

Отдельно было проведено более полное сравнение влияний только УФ и УЗ, как инициирующих факторов. С помощью ионоселективного электрода определяли концентрацию катионов серебра. Анализ изменения концентрации серебра в ходе реакции восстановления (рис. 7) показывает, что их большее количество высвобождается из комплекса в УФ излучении. Однако зависимость экстинкции положения пика ППР от продолжительности реакции выглядит иначе (рис. 8), т.е. кривая, отражающая ход процесса при УЗ воздействии, проходит выше кривой, описываемой реакцию при УФ излучении.

Рис. 7. Изменение концентрации ионов

серебра в ходе реакции восстановления при различных стимулирующих воздействиях

Рис. 8. Зависимость оптической плотности от продолжительности синтеза НЧ серебра при различных стимулирующих воздействиях

Таким образом, в ходе экспериментов была показана возможность получения наносеребра методом химического восстановления под действием различных инициирующих воздействий, в том числе и комбинированных, значения размеров получаемых частиц похожи. Однако коллоидно-химические характеристики, а вернее стабильность этих характеристик во времени сильно зависит от типа воздействия. Водные дисперсии наносеребра, полученные с применением комбинированных методов стимулирования реакции восстановления, сохраняют размеры частиц и, тем самым, физико-химические свойства дисперсной системы намного дольше, нежели полученные с применением только одного типа воздействия. Поэтому поиск оптимального сочетания этих факторов для достижения коллоидно-химических характеристик дисперсий НЧ серебра весьма актуален.

Список использованных источников:

1. Henglein A. Physicochemical properties of small metal particles in solution: «microelectrode» reactions, chemisorption, composite metal particles, and the atom-to-metal transition / Henglein A. II J. Phys. Chem. – 1993. – V. 97. – P. 5457–5471.

2. Крутяков Ю. А. Синтез, люминесцентные и антибактериальные свойства наночастиц серебра: автореф. дис. канд. хим. наук / Ю. А. Крутяков. – М., 2008. – 26 с.