PL229348B1 - Modified nanocomposite material, method for producing it and its application - Google Patents

Modified nanocomposite material, method for producing it and its application

Info

Publication number
PL229348B1
PL229348B1 PL411409A PL41140915A PL229348B1 PL 229348 B1 PL229348 B1 PL 229348B1 PL 411409 A PL411409 A PL 411409A PL 41140915 A PL41140915 A PL 41140915A PL 229348 B1 PL229348 B1 PL 229348B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
zeolite
silver
edta
paper
samples
Prior art date
Application number
PL411409A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL411409A1 (en
Inventor
Joanna ŁOJEWSKA
Joanna Łojewska
Tomasz ŁOJEWSKI
Tomasz Łojewski
Jacob L. THOMAS
Jacob L. Thomas
Roman J. JĘDRZEJCZYK
Roman J. Jędrzejczyk
Dominika PAWCENIS
Dominika Pawcenis
Barbara GIL
Barbara Gil
Jakub M. MILCZAREK
Jakub M. Milczarek
Katarzyna TURNAU
Katarzyna Turnau
Andrzej KOŁODZIEJ
Andrzej Kołodziej
Original Assignee
Inst Inzynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
Univ Jagiellonski
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Inzynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Univ Jagiellonski filed Critical Inst Inzynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL411409A priority Critical patent/PL229348B1/en
Priority to US15/309,474 priority patent/US10174457B2/en
Priority to PCT/IB2015/053408 priority patent/WO2015170303A1/en
Priority to EP15733894.8A priority patent/EP3140456B1/en
Publication of PL411409A1 publication Critical patent/PL411409A1/en
Publication of PL229348B1 publication Critical patent/PL229348B1/en

Links

Landscapes

  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

Ujawniono materiał nanokompozytowy o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych oparty na celulozie wypełnianej mineralnym wypełniaczem (zeolitem) podstawianym srebrem, charakteryzujący się tym, że wypełniacz mineralny stanowi zeolity typu Y, zaś srebro występuje w formie związanej z matrycą zeolitową w postaci kationów i nanocząstek srebra zredukowanego, zwłaszcza w proporcji 1:1, a zawartość srebra w zeolicie nie przekracza 1% wagowego, natomiast materiał poza właściwościami przeciwdrobnoustrojowymi wykazuje również właściwości sorpcyjne i utleniające katalityczne potwierdzone w temperaturze pokojowej bez dostępu powietrza; a także sposób wytwarzania takiego materiału oraz jego zastosowanie do opakowywania roślin, dzieł sztuki, archiwów, zabytków a także żywności, środków farmaceutycznych oraz karmy dla zwierząt.Disclosed is a nanocomposite material with antimicrobial properties based on cellulose filled with a silver-substituted mineral filler (zeolite), characterized by the fact that the mineral filler is Y-type zeolites, and silver is bound to the zeolite matrix in the form of cations and reduced silver nanoparticles, especially in the proportion 1: 1, and the silver content in the zeolite does not exceed 1% by weight, while the material, apart from antimicrobial properties, also exhibits sorption and catalytic oxidizing properties, confirmed at room temperature without air access; as well as the method of producing such material and its use for packaging plants, works of art, archives, monuments as well as food, pharmaceuticals and animal feed.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest modyfikowany materiał na no kompozytowy oparty na celulozie, sposób jego wytwarzania oraz zastosowanie. Bardziej szczegółowo, rozwiązanie dotyczy: 1) opakowaniowego materiału nanokompozytowego na bazie celulozy, którego materiałem aktywnym jest zeolit z wbudowanymi w strukturę nanocząstkami metalicznego srebra oraz kationów srebra w formie związanej z matrycą zeolitową i w niej rozproszonej; 2) sposobu wytwarzania opakowaniowego materiału nanokompozytowego zawierającego dodatkowy etap sonikacji zeolitu podstawionego kationami srebra, który prowadzi do ich częściowej redukcji, jak również 3) zastosowania materiału nanokompozytowego do opakowywania dzieł sztuki, archiwów oraz zabytków, jak również żywności, roślin, środków farmaceutycznych oraz karmy dla zwierząt. Literatura przedmiotu wskazuje na to, że nanocząstki srebra mają właściwości zarówno biostatyczne jak i biobójcze, przy jednocześnie kwestionowanej toksyczności (w porównaniu do innych metali przejściowych) wobec organizmów wyższych.The subject of the invention is a modified cellulose-based composite material, its production method and application. More specifically, the solution relates to: 1) a cellulose-based nanocomposite packaging material, the active material of which is zeolite with metallic silver nanoparticles and silver cations embedded in the structure in a form bound to the zeolite matrix and dispersed in it; 2) a method for the production of nanocomposite packaging material containing an additional step of sonication of zeolite substituted with silver cations, which leads to their partial reduction, as well as 3) the use of nanocomposite material for packaging works of art, archives and monuments, as well as food, plants, pharmaceuticals and food for animals. The literature on the subject indicates that silver nanoparticles have both biostatic and biocidal properties, with at the same time the questioned toxicity (compared to other transition metals) towards higher organisms.

Z europejskiego patentu EP 0297538 B1, (data publikacji: 29.06.1988) znany jest film zawierający zeolit o właściwościach biobójczych (antybiotycznych). Patent opisuje zeolit zawierający film polimerowy o właściwościach biobójczych, gdzie zawartość zeolitu jest zminimalizowana. Film jest nałożony, na co najmniej jedną stronę polimerowego nośnika.From European patent EP 0297538 B1, (publication date: June 29, 1988), a film containing zeolite with biocidal (antibiotic) properties is known. The patent describes a zeolite containing a polymer film with biocidal properties, where the zeolite content is minimized. The film is applied to at least one side of the polymeric support.

Międzynarodowa publikacja WO 2006/046837 A1, (data publikacji: 4.05.2006) ujawnia metodę przygotowywania substratów kompozytowych zeolit-włókna. Zgłoszenie opisuje metodę przygotowywania kompozytów zeolit-włókna, a kolejne kroki obejmują reakcję włókien lub zeolitu z substancją łączącą w celu utworzenia związku pośredniego, następnie zaś przy zastosowaniu sonikacji prowadzona jest reakcja pomiędzy związkiem pośrednim i pozostałym zeolitem lub włóknami w celu otrzymania materiału kompozytowego.The international publication WO 2006/046837 A1, (publication date: May 4, 2006) discloses a method for the preparation of zeolite-fiber composite substrates. The application describes a method for preparing zeolite-fiber composites, and the subsequent steps involve reacting the fibers or zeolite with a binder to form an intermediate, followed by sonication using a reaction between the intermediate and the remaining zeolite or fibers to form a composite material.

Z europejskiego patentu EP 0270129 BI, (data publikacji: 12.04.1987 r.) znany jest zeolit biobójczy (antybiotyczny). Patent opisuje zeolit biobójczy oraz żywicę zawierającą zeolit lub zeolit biobójczy. Opisane zostały wszystkie naturalne i syntetyczne zeolity, które wymienione są jonami srebra (0,1-15%), jonami miedzi i/lub cynku (0,1-8%) oraz jonami amonowymi (0,5-15%). Inne metale ciężkie mogą być również wymienione w zeolicie, a opisane żywice obejmują cały zbiór termoutwardzalnych i termoplastycznych żywic.A biocidal (antibiotic) zeolite is known from the European patent EP 0270129 B1 (published on: April 12, 1987). The patent describes a biocidal zeolite and a resin containing either the zeolite or the biocidal zeolite. All natural and synthetic zeolites are described, including silver ions (0.1-15%), copper and / or zinc ions (0.1-8%) and ammonium ions (0.5-15%). Other heavy metals may also be mentioned in the zeolite and the described resins include the entire body of thermosetting and thermoplastic resins.

Międzynarodowa publikacja WO 01/94512 A1 ujawnia sposób częściowego podstawiania (w ilości 2-40%wag.) atomów metalu (M) zeolitu o wzorze M2/n*Al2O3*xSiO2*yH2O przez metal z grupy III, IV oraz Mg, Ti, Cr. Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Ag. przy czym metal miesza się z zeolitem w postaci wodnego roztworu soli tego metalu, a pH roztworu mieści się w przedziale 4-10.The international publication WO 01/94512 A1 discloses a method of partial substitution (in the amount of 2-40 wt.%) Of the metal atoms (M) of the zeolite of formula M2 / n * Al2O3 * xSiO2 * yH2O by a metal from groups III, IV and Mg, Ti, Cr. Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Ag. the metal is mixed with the zeolite in the form of an aqueous solution of the metal salt, and the pH of the solution is in the range of 4-10.

Międzynarodowa publikacja WO 2007037195 A1 opisuje zeolit antybakteryjny, w którym jony wymienne są częściowo lub całkowicie zastąpione jonami wodoru oraz srebra. Rozwiązanie dotyczy materiału na bazie żywicy wypełnionej zeolitem w postaci wodorowej podstawionego kationami srebra.The international publication WO 2007037195 A1 describes an antibacterial zeolite in which the exchange ions are partially or completely replaced by hydrogen and silver ions. The solution concerns a resin-based material filled with hydrogen zeolite substituted with silver cations.

Publikacja TW 201215561 A ujawnia zeolit o modyfikowanych właściwościach mechanicznych przedłużających jego żywotność. Zeolit podstawiony został kationami miedzi i srebra, co ma na celu zmniejszenie kosztów produkcji przy zachowaniu podobnych do czysto srebrowych właściwościach mikrobójczych. Modyfikacja polega na optymalizacji stosunku Si do Al. oraz zastosowaniu dodatków strukturalnych w postaci fosforanu cyrkonu i substancji żelujących.Publication TW 201215561 A discloses a zeolite with modified mechanical properties extending its service life. The zeolite has been substituted with copper and silver cations, which is aimed at reducing production costs while maintaining microbicidal properties similar to purely silver. The modification consists in optimizing the ratio of Si to Al. and the use of structural additives in the form of zirconium phosphate and gelling agents.

Chińskie zgłoszenie patentowe CN 102452664 A dotyczy materiału zeolitowego o modyfikowanej strukturze poprzez dodatki popiołu, fosforanu cyrkonu i zaprawy ogniotrwałej oraz poprzez optymalizację stosunku Si do Al w samym zeolicie. Zeolit zawiera jony srebra i miedzi, co ma na celu utrzymanie podobnych właściwości mikrobójczych przy mniejszych kosztach.Chinese patent application CN 102452664 A relates to a zeolite material with a modified structure by adding ash, zirconium phosphate and a refractory mortar and by optimizing the Si to Al ratio in the zeolite itself. The zeolite contains silver and copper ions to maintain similar microbicidal properties at lower cost.

Znane są również techniki oferowane na rynku - produkty papierowe MicroChamber i Artcare zawierające w swojej budowie zeolity mogące usuwać egzo- i endogenne zanieczyszczenia gazowe z mikrośrodowiska obiektów zabytkowych. Papier typu MicroChamber jednak nie ma w swojej budowie zeolitów zawierających wymieniane metale lub nanocząstki metaliczne. Papier tego typu nie wykazuje również żadnej aktywności antymikrobiologicznej.The techniques offered on the market are also known - MicroChamber and Artcare paper products containing zeolites in their structure that can remove exo- and endogenous gaseous pollutants from the microenvironment of historic buildings. MicroChamber paper, however, does not contain any zeolites containing exchanged metals or metallic nanoparticles. This type of paper also has no antimicrobial activity.

Firma EKOPAK-plus produkuje opakowania ze specjalną powłoką nanocząstek srebra. Powłoka ta zabezpiecza produkty przed rozwojem mikroorganizmów (bakterie, wirusy oraz grzyby) podczas transportu i przechowywania. Nanosrebro hamuje procesy enzymatyczne bakterii i przyczynia się do powstawania aktywnego tlenu w wodzie i powietrzu, co skutecznie uniemożliwia wzrost mikroorganizmów.The EKOPAK-plus company produces packages with a special coating of silver nanoparticles. This coating protects the products against the growth of microorganisms (bacteria, viruses and fungi) during transport and storage. Nanosilver inhibits the enzymatic processes of bacteria and contributes to the formation of active oxygen in water and air, which effectively prevents the growth of microorganisms.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Podstawowym problemem w wykorzystaniu właściwości biobójczych srebra jest migracja jego nanocząstek do chronionego obiektu (żywności, organizmów). Szkodliwość nanocząstek dla biosfery jest wciąż przedmiotem dysput naukowych, a zawartość nanocząstek srebra w żywności oraz opakowaniach nie jest w tym momencie regulowana w Unii Europejskiej, ani też w Stanach Zjednoczonych Ameryki. Ostatnie doniesienia literaturowe wskazują jednak na szkodliwość nanosrebra na komórki organizmów wyższych poprzez przenikanie srebra do mitochondriów.The main problem in using the biocidal properties of silver is the migration of its nanoparticles to the protected object (food, organisms). The harmfulness of nanoparticles to the biosphere is still the subject of scientific disputes, and the content of silver nanoparticles in food and packaging is not currently regulated in the European Union or the United States of America. However, recent literature reports indicate that nanosilver is harmful to the cells of higher organisms through the penetration of silver into the mitochondria.

Jak wynika z przedstawionych doniesień literaturowych i stanu techniki w dalszym ciągu istnieje potrzeba intensywnych prac nad poszukiwaniem materiałów opakowaniowych, które różniłyby się od tych aktualnie dostępnych wieloma cechami, a w tym posiadały charakter wielofunkcyjny, a także posiadały właściwości ograniczające migrację cząsteczek srebra z opakowania do opakowanego przedmiotu.As it results from the presented literature and the state of the art, there is still a need for intensive work on the search for packaging materials that would differ from those currently available in many features, including multifunctional nature, and have properties limiting the migration of silver particles from the packaging to the packed object. .

Celem wynalazku jest dostarczenie materiału opakowaniowego o dużej aktywności biobójczej i właściwościach sorpcyjnych i katalitycznych przy minimalnej zawartości wprowadzonego do zeolitu srebra, które to srebro byłoby w stanie rozproszenia w kanałach i komorach zeolitu w postaci klasterów lub atomów metalicznego srebra i kationów srebra, aby zapobiegać ich migracji. Wytworzenie w zeolicie srebra na dwóch stopniach utlenienia ma zapewnić aktywność katalityczną materiału. Celem jest również dostarczenie sposobu otrzymywania takiego materiału o wskazanych powyżej cechach.The aim of the invention is to provide a packaging material with high biocidal activity and sorption and catalytic properties with a minimum content of silver introduced into the zeolite, which silver would be dispersed in zeolite channels and chambers in the form of clusters or metallic silver atoms and silver cations to prevent their migration . The production of silver in zeolite at two oxidation states is to ensure the catalytic activity of the material. It is also an aim to provide a method of obtaining such a material with the above-mentioned characteristics.

Przedmiotem wynalazku jest materiał na no kompozytowy zawierający celulozę wypełnianą zeolitem zawierającym srebro, znamienny tym, że wypełniacz mineralny stanowi zeolit typu Y, natomiast srebro występuje w formie związanej z matrycą zeolitową w postaci kationów srebra i nanocząstek srebra metalicznego, korzystnie w stosunku 1:1, przy czym całkowita zawartość srebra w zeolicie nie przekracza 1 % wagowych. Korzystnie, jony srebra wprowadzone zostały do struktury zeolitu na drodze wymiany jonowej. Korzystnie, srebro występuje obok kationów srebra w zeolicie w wyniku zastosowania procedury sonikacyjnej. Korzystnie, matryca zeolitową nie zawiera srebra w formie niezwiązanej w postaci klasterów tlenku srebra. Korzystnie, materiał według wynalazku wykazuje właściwości sorpcyjne wobec lotnych związków organicznych oraz zanieczyszczeń gazowych oraz właściwości katalityczne w utlenianiu lotnych związków organicznych w temperaturze pokojowej w powietrzu i w temperaturze od 60°C bez dostępu powietrza. Równie korzystnie materiał według wynalazku wykazuje właściwości bakteriobójcze i grzybobójcze, zwłaszcza w stosunku do bakterii Escherichia coli, Serratia marcescens, Bacillus suhtilis oraz Bacillus megatherium i/lub grzybów Trichoderma viride, Chaetomium giobosum. Aspergillus Niger, Cladosporium cladosporides, oraz Morterella alpinum.The subject of the invention is a composite material containing cellulose filled with silver-containing zeolite, characterized in that the mineral filler is a Y-type zeolite, while the silver is in a form bound to the zeolite matrix in the form of silver cations and metallic silver nanoparticles, preferably in a 1: 1 ratio, the total silver content of the zeolite does not exceed 1% by weight. Preferably, silver ions have been introduced into the zeolite structure by ion exchange. Preferably, silver is present in addition to the silver cations in the zeolite as a result of the sonication procedure. Preferably, the zeolite matrix does not contain silver in an unbound form in the form of silver oxide clusters. Advantageously, the material according to the invention exhibits sorption properties against volatile organic compounds and gaseous pollutants as well as catalytic properties in the oxidation of volatile organic compounds at room temperature in air and at temperatures from 60 ° C in the absence of air. The material according to the invention also preferably has bactericidal and fungicidal properties, in particular against Escherichia coli, Serratia marcescens, Bacillus suhtilis and Bacillus megatherium and / or the fungi Trichoderma viride, Chaetomium giobosum. Aspergillus Niger, Cladosporium cladosporides, and Morterella alpinum.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania opakowaniowego materiału nanokompozytowego, obejmujący podstawienie matrycy zeolitowej jonami srebra (I). dodanie do zawiesiny celulozowej materiału aktywnego w postaci matrycy zeolitowej zawierającej srebro i jej osadzenie na włóknach celulozowych, uformowanie masy papierniczej do pożądanego kształtu oraz suszenie charakteryzujący się tym, że przed dodaniem podstawionej jonami srebra matrycy zeolitowej do zawiesiny celulozowej prowadzi się sonikację matrycy zeolitowej. korzystnie przez 10 minut w zawiesinie zeolitu przy średniej mocy 90 W i w temperaturze roztworu poniżej 60°C, a następnie przemywa się zeolit wodnym roztworem soli dwusodowej kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA), przy czym korzystnie przemywanie EDTA obejmuje następujące etapy: a) przemywanie zeolitu 0,01 M EDTA w temperaturze pokojowej; b) wypłukiwanie przez czas 1 godziny w temperaturze wrzenia 0,01 M EDTA; c) przemywanie zeolitu 0,1 M roztworu EDTA oraz d) przepłukiwanie zeolitu wodą dejonizowaną. Korzystnie, w trakcie jej wysycania srebrem matryca zeolitową traktowana jest roztworem azotanu (V) srebra.Another object of the invention is a method of obtaining a nanocomposite packaging material, which includes the substitution of a zeolite matrix with silver (I) ions. adding the active material to the cellulosic suspension in the form of a zeolite matrix containing silver and depositing it on the cellulose fibers, shaping the furnish to the desired shape, and drying characterized by sonicating the zeolite matrix before adding the silver ion-substituted zeolite matrix to the cellulose suspension. preferably for 10 minutes in a zeolite suspension at an average power of 90 W and a solution temperature below 60 ° C, and then washing the zeolite with an aqueous solution of the disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), preferably washing with EDTA comprising the following steps: a) washing the zeolite 0, 01M EDTA at room temperature; b) rinsing for 1 hour at the boiling point of 0.01 M EDTA; c) rinsing the zeolite with 0.1 M EDTA solution; and d) rinsing the zeolite with deionized water. Preferably, during its saturation with silver, the zeolite matrix is treated with a solution of silver nitrate.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie materiału nanokompozytowego według wynalazku określonego powyżej do opakowywania. zwłaszcza do opakowywania roślin, dzieł sztuki, archiwów oraz zabytków, lub do opakowywania żywności, środków farmaceutycznych oraz karmy dla zwierząt.Another object of the invention is the use of the nanocomposite material according to the invention as defined above for packaging. in particular for the packaging of plants, works of art, archives and antiques, or for the packaging of food, pharmaceuticals and animal feed.

W szczególnej realizacji przedmiotem wynalazku jest materiał na nokom pozytowy o właściwościach sorpcyjnych, katalitycznych i przeciwdrobnoustrojowych. Materiał otrzymywany jest z masy celulozowej wypełnianej zeolitem typu Y, w którego strukturze uwięzione są klastery lub atomy metalicznego srebra, tak by nie migrowały na zewnątrz materiału. Przedmiotem wynalazku jest również metoda otrzymywania zmodyfikowanego zeolitu wymienionego kationami srebra, a następnie wypłukanego roztworem EDTA w celu usunięcia srebra niezwiązanego z matrycą zeolitu, za pomocą sonikacji, która prowadzi do reakcji srebra i rozdrobnienia zeolitu przy zachowaniu jego struktury. Materiał będący przedmiotem wynalazku może znaleźć zastosowanie jako materiał opakowaniowy do przechowywaniaIn a particular embodiment, the invention relates to a positic nock material with sorption, catalytic and antimicrobial properties. The material is made of cellulose pulp filled with a Y-type zeolite, in the structure of which clusters or metallic silver atoms are trapped, so that they do not migrate to the outside of the material. The subject of the invention is also a method of obtaining a modified zeolite exchanged with silver cations and then eluted with EDTA solution in order to remove the silver not bound to the zeolite matrix by means of sonication, which leads to the silver reaction and refining of the zeolite while maintaining its structure. The inventive material can be used as a packaging material for storage

PL 229 348 Β1 dzieł sztuki, archiwów oraz zabytków, a także roślin, żywności, środków farmaceutycznych oraz karmy dla zwierząt.PL 229 348 Β1 works of art, archives and antiques, as well as plants, food, pharmaceuticals and animal feed.

Pierwszym aspektem wynalazku jest wielofunkcyjny materiał nanokompozytowy oparty na celulozie wypełnianej zeolitem z klasterami lub atomami metalicznego srebra oraz kationami srebra uwięzionymi w strukturze jego kanałów i komór, wykazujący właściwości przeciwdrobnoustrojowe, sorpcyjne i katalityczne, który może zostać wykorzystany m.in. do opakowywania roślin (kwiaty żywe i cięte), żywności i środków farmaceutycznych, karmy dla zwierząt, dzieł sztuki i zabytków oraz jako materiał izolacyjny.The first aspect of the invention is a multifunctional nanocomposite material based on cellulose filled with zeolite with clusters or silver metal atoms and silver cations trapped in the structure of its channels and chambers, showing antimicrobial, sorption and catalytic properties, which can be used, among others for wrapping plants (live and cut flowers), food and pharmaceuticals, pet food, works of art and antiques, and as insulation material.

Kolejny aspekt wynalazku dotyczy sposobu wytwarzania materiału według wynalazku. Zgodnie z wynalazkiem, do modyfikacji celulozy wykorzystuje się zeolit typu Y (materiał mezoporowaty o strukturze fojazytu), który jest stosowany jako nośnik dla srebra. Podczas wymiany jonowej formy sodowej zeolitu kationy sodu podstawiane są kationami srebra (stan związany srebra), jednak możliwe jest również osadzenie krystalitów tlenku srebra na powierzchni zewnętrznej zeolitu (stan niezwiązany srebra). W pierwszym etapie, po traktowaniu roztworem soli srebra w zeolicie występuje zarówno forma związana srebra w postaci kationów, jak i forma niezwiązana w postaci krystalitów (klasterów) jego tlenku. Następnie prowadzi się eliminację srebra w postaci klasterów z powierzchni zeolitu do otrzymania czystego zeolitu podstawionego kationami srebra, czyli materiału ze srebrem w stanie związanym o minimalnej zawartości srebra. W kolejnym etapie prowadzi się sonikację tak przygotowanego materiału w celu redukcji kationów srebra do srebra metalicznego w postaci atomów lub klasterów, tak aby w końcowym produkcie otrzymać określoną zawartość obu postaci srebra. Ze względu na prowadzenie tego procesu we wnętrzu zeolitu otrzymane atomy lub nanocząstki srebra są w nim uwięzione, co w efekcie redukuje ryzyko zanieczyszczenia srebrem opakowywanych produktów oraz środowiska zewnętrznego.A further aspect of the invention relates to a method for producing a material according to the invention. According to the invention, for cellulose modification, a Y-type zeolite (mesoporous material with a fotosite structure) is used, which is used as a support for silver. During ion exchange of the sodium form of the zeolite, sodium cations are replaced with silver cations (silver bound state), but it is also possible to deposit silver oxide crystals on the zeolite outer surface (silver unbound state). In the first step, after treatment with a solution of silver salt in zeolite, there is both a bound form of silver in the form of cations and an unbound form in the form of crystallites (clusters) of its oxide. The elimination of silver in the form of clusters from the surface of the zeolite is then carried out to obtain pure zeolite substituted with silver cations, i.e. a material with silver in a bonded state with minimal silver content. In the next stage, the material prepared in this way is sonicated in order to reduce silver cations to metallic silver in the form of atoms or clusters, so as to obtain a specific content of both forms of silver in the final product. Due to the fact that this process is carried out inside the zeolite, the obtained silver atoms or nanoparticles are trapped in it, which in turn reduces the risk of silver contamination of the packed products and the external environment.

Sonikatory są powszechnie stosowane w przemyśle chemicznym do modyfikowania właściwości chemicznych materiałów lub do syntezy chemicznej. Podejście do projektowania materiału prezentowane w niniejszym wynalazku umożliwia równomiernie rozmieszczenie i wysoką dyspersję zeolitu w materiale papierowym zarówno ze względu na i) zastosowanie zeolitu wymienionego srebrem w skali atomowej związanego trwale z matrycą zeolitową dzięki metodzie wypłukiwania za pomocą EDTA, ii) sonikację powodującą dyspersję zeolitu i redukcję kationów srebra w nim zawartego, jak i na iii) sposób wytwarzania arkuszy papierowych z wypełnieniem w postaci zeolitu.Sonicators are commonly used in the chemical industry to modify the chemical properties of materials or for chemical synthesis. The approach to material design presented in the present invention allows the uniform distribution and high dispersion of zeolite in the paper material both due to i) the use of silver exchanged zeolite at the atomic scale permanently attached to the zeolite matrix by the EDTA leaching method, ii) sonication causing the zeolite dispersion and reduction of silver cations contained therein, and iii) a method of producing paper sheets with a zeolite filling.

Modyfikowany zeolit stosowany w prezentowanym wynalazku wykazuje zdolność sorpcji gazów i okazał się skuteczny jako składnik innych produktów, pełniąc rolę materiału zmniejszającego stężenie lotnych związków organicznych (LZO) i innych gazów związanych z przykrymi zapachami, np. powstającymi w wyniku degradacji przechowywanych materiałów. Dodatkowo, srebro w stanie rozproszonym wewnątrz zeolitów jest katalizatorem reakcji utleniania LZO, co wykazano na przykładzie utleniania aldehydu octowego. Nieoczekiwanie ustalono, że dla uzyskania aktywności katalitycznej srebra w niskich temperaturach, zwłaszcza temperaturze pokojowej, konieczna jest obecność zarówno zredukowanej formy metalicznego srebra, jak i jego kationów. Aktywność katalityczna materiału notowana jest w niskich temperaturach nawet bez dostępu powietrza do materiału. W ten sposób przedstawiony wynalazek jest nowością w porównaniu do innych materiałów celulozowych zawierających zeolity, ze względu na to. że za jego pomocą można usunąć niepożądane gazy organiczne zarówno poprzez ich sorpcję, jak i poprzez rozkład katalityczny.The modified zeolite used in the present invention has a gas sorption capacity and has proven effective as a component of other products, acting as a material reducing the concentration of volatile organic compounds (VOCs) and other odor-related gases, e.g. resulting from the degradation of stored materials. In addition, silver in a dispersed state inside zeolites is a catalyst for the oxidation of VOCs, as demonstrated by the oxidation of acetaldehyde. It has surprisingly been found that in order to obtain the catalytic activity of silver at low temperatures, especially room temperature, it is necessary to have both a reduced form of metallic silver and its cations. The catalytic activity of the material is recorded at low temperatures, even without air access to the material. In this way, the present invention is new compared to other zeolite containing cellulosic materials because of this. that it can remove unwanted organic gases both by their sorption and by catalytic decomposition.

Podstawowym składnikiem służącym do wytwarzania materiału według wynalazku jest masa celulozowa, która może być z łatwością przygotowana w dużych ilościach oraz formowana w dwu- i trójwymiarowe obiekty takie jak: papier, karton, pojemniki itp. poprzez znane procesy przemysłowe, lub zawieszona w cieczy i nakładana w formie spreju, a także suszona i wdmuchiwana w izolowane przestrzenie. Włókna celulozowe posiadają mikro- i mezopory oraz puste przestrzenie, a także polarną powierzchnię, dzięki czemu mogą związać i utrzymać cząstki zeolitu.The basic ingredient for the production of the material according to the invention is pulp, which can be easily prepared in large quantities and formed into two- and three-dimensional objects such as: paper, cardboard, containers, etc. by known industrial processes, or suspended in a liquid and applied to it. in the form of a spray, as well as dried and blown into insulated spaces. Cellulose fibers have micro- and mesopores and voids, as well as a polar surface, thanks to which they can bind and hold zeolite particles.

Stanowiący szczególną realizację wynalazku papier wypełniany spreparowanym zeolitem posiada udowodnione właściwości biostatyczne i biobójcze zarówno wobec bakterii, jak i grzybów. Dodatkowo charakteryzuje się on właściwościami sorpcyjnymi wobec zarówno (LZO), jak i zanieczyszczeń gazowych takich jak SO2, czy też NOx. Wykazano również aktywność katalityczną uzyskanego materiału w utlenianiu LZO w niskich temperaturach bez dostępu powietrza.Paper filled with the prepared zeolite, which is a special embodiment of the invention, has proven biostatic and biocidal properties against both bacteria and fungi. In addition, it has sorption properties against both (VOC) and gaseous pollutants such as SO2 or NOx. The catalytic activity of the obtained material was also demonstrated in the oxidation of VOCs at low temperatures without air access.

Wynalazek posiada szereg nieoczekiwanych zalet w porównaniu z podobnymi rozwiązaniami znanymi ze stanu techniki.The invention has a number of unexpected advantages over similar prior art.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

W szczególności, w prezentowanym wynalazku srebro występuje nie tylko w postaci kationów wymienionych w zeolicie, a także w postaci atomów lub nanocząstek uwięzionych w strukturze zeolitu. Dzięki temu poprawione zostały właściwości katalityczne materiału, który utlenia lotne związki organiczne już w temperaturze pokojowej, a nawet częściowo bez dostępu powietrza. Uzyskano również wysoką dyspersję materiału, co dodatkowo przyczyniło się do poprawienia aktywności katalitycznej. Zawartość srebra sprowadzono natomiast do ilości poniżej 1% wag. Zastosowanie zeolitów ma działanie stabilizacyjne dla srebra, które jest składnikiem aktywnym całego materiału. Szczególnie należy wziąć pod uwagę ograniczenie migracji nanocząstek srebra (zgromadzonego w materiale opakowaniowym) do przedmiotów lub substancji przechowywanych w tym opakowaniu.In particular, in the present invention, silver is present not only in the form of cations mentioned in the zeolite, but also in the form of atoms or nanoparticles trapped in the zeolite structure. As a result, the catalytic properties of the material, which oxidizes volatile organic compounds already at room temperature, and even partially in the absence of air, have been improved. A high dispersion of the material was also obtained, which additionally contributed to the improvement of catalytic activity. On the other hand, the silver content was reduced to less than 1% by weight. The use of zeolites has a stabilizing effect on silver, which is the active ingredient of the entire material. In particular, one should consider limiting the migration of silver nanoparticles (accumulated in the packaging material) to objects or substances stored in the packaging.

Opisywany w niniejszym zgłoszeniu wynalazek w zasadniczy sposób rożni się od produktów ze stanu techniki ze względu na to, że proponowany materiał jest wielofunkcyjnym produktem papierowym sorbującym zanieczyszczenia oraz wykazującym właściwości antymikrobiologiczne i katalityczne dzięki zastosowaniu zeolitów ze srebrem na dwóch stopniach utlenienia. W przedmiotowym rozwiązaniu immobilizowane są agregaty zeolitowe z uwięzionymi kationami i atomami lub klasterami srebra w ich strukturze, na oczyszczonych włóknach celulozowych przy zastosowaniu chemicznych i fizycznych metod sorpcyjnych, w celu uformowania materiału kompozytowego zeolit-włókno. Przy zastosowaniu metod filtracji i sedymentacji możliwe jest wytworzenie materiału kompozytowego składającego się z komponentu zeolit-włókno wzbogaconym warstwą funkcjonalizowanych zeolitów.The invention described in the present application differs significantly from the prior art products in that the proposed material is a multifunctional paper product that absorbs contaminants and exhibits antimicrobial and catalytic properties due to the use of silver zeolites in two oxidation states. In the present solution, zeolite aggregates with trapped cations and silver atoms or clusters in their structure are immobilized on purified cellulose fibers using chemical and physical sorption methods to form a zeolite-fiber composite material. With the use of filtration and sedimentation methods, it is possible to produce a composite material consisting of a zeolite-fiber component enriched with a layer of functionalized zeolites.

Wynalazek powinien znaleźć zastosowanie w obszarze zabezpieczania dzieł sztuki i zabytków. Opracowany materiał może być częścią elementów kartonowych mających kontakt z dziełem sztuki, w szczególności w przypadku opraw, które będą wchodziły w kontakt ze ścianami zewnętrznymi budynków. Podczas zimy ściany zewnętrzne, zwłaszcza w słabo izolowanych budynkach, takich jak zabytkowe domy i kościoły, mogą mieć niską temperaturę, czego efektem jest wytworzenie wilgotnego mikroklimatu we wnętrzu budynku. Jest to szczególnie niebezpieczna sytuacja w przestrzeniach za i pomiędzy interesującymi nas obiektami, gdzie zwiększa się ryzyko wzrostu pleśni. Przedstawiony wynalazek przygotowany w formie kartonu i zastosowany jako podpora montażowa lub jako tylna ściana dla obiektu w ramie, może służyć jako profilaktyczne narzędzie ograniczające wzrost pleśni. W wyniku zwiększonej wilgotności utworzą się mostki wodne pomiędzy płytą kartonową i naszym obiektem, co powinno jeszcze wzmocnić efekt biostatyczny. Innym zastosowaniem w tej grupie może być materiał do owijania materiałów pochodzenia organicznego (tkanina, skóra, pergamin, papier, drewno, skamieniałości etc.), które również są podatne na atak drobnoustrojów. Papier bibułowy może być również przygotowany i dostarczony jako gotowy zestaw do użycia na wypadek katastrofy takiej jak powódź lub zalanie. W przypadku tego typu katastrof lub awarii mokre przedmioty są często pakowane w bibułę i owijane w chusteczki przed pakowaniem próżniowym, W następnym etapie przedmioty są przechowywane w niskiej temperaturze, co powstrzymuje lub znacząco ogranicza wzrost/rozwój mikroorganizmów. Przedstawiony wynalazek oddałby w tym przypadku możliwość dodatkowej ochrony przeciwdrobnoustrojowej. We wszystkich przedstawionych przypadkach również właściwości sorpcyjne prezentowanego wynalazku mają znaczenie. Do przechowywania archiwaliów lub zbiorów bibliotecznych można wykorzystać pudła lub koperty o tych właśnie katalitycznych, sorpcyjnych i biobójczych właściwościach.The invention should find application in the area of securing works of art and monuments. The developed material can be part of cardboard elements in contact with a work of art, in particular for luminaires that will come into contact with the exterior walls of buildings. During winter, exterior walls, especially in poorly insulated buildings such as historic houses and churches, can become cold, creating a moist microclimate inside the building. This is a particularly dangerous situation in the spaces behind and between the objects of interest, where the risk of mold growth increases. The present invention, prepared in the form of a cardboard and used as a mounting support or as a back wall for an object in a frame, can serve as a preventive tool to limit the growth of mold. As a result of increased humidity, water bridges will form between the cardboard board and our facility, which should further strengthen the biostatic effect. Another use in this group may be for wrapping material of organic materials (fabric, leather, parchment, paper, wood, fossils, etc.), which are also susceptible to microbial attack. Tissue paper can also be prepared and delivered as a ready-to-use kit in the event of a disaster such as a flood or flooding. In the case of this type of disaster or breakdown, wet items are often wrapped in tissue paper and wrapped in wipes before vacuum packing. In the next step, items are kept at low temperature, which inhibits or significantly reduces the growth / development of microorganisms. The present invention would provide in this case the possibility of additional antimicrobial protection. In all the cases presented, also the sorption properties of the present invention are of importance. For the storage of archives or library collections, boxes or envelopes with these catalytic, sorption and biocidal properties can be used.

W zabezpieczaniu dzieł obiektów o wartości kulturowej konieczne jest odcięcie ich od wpływu gazowych szkodliwych zanieczyszczeń powietrza takich jak np. kwasowe gazy obecne w dużym stężeniu w aglomeracjach miejskich (NOx. SO2, CO2), a także usunięcie z atmosfery otaczającej obiekt gazowych produktów jego degradacji, które również często mają działanie niszczące na obiekt. Niepożądane działania mikroorganizmów (grzybów i bakterii) na dzieła sztuki jest znane i wielokrotnie opisywane w literaturze tematu.In protecting the works of objects of cultural value, it is necessary to cut them off from the influence of gaseous harmful air pollutants, such as acid gases present in high concentration in urban agglomerations (NOx, SO2, CO2), as well as to remove gaseous products of its degradation from the atmosphere surrounding the object, which also often have a destructive effect on the object. The undesirable effects of microorganisms (fungi and bacteria) on works of art are known and described many times in the literature on the subject.

Jako opakowanie zabezpieczające obiekty zabytkowe i archiwalne, przedstawiony wynalazek jest jedynym obecnie znanym produktem, który posiada jednocześnie antygrzybiczne i antybakteryjne właściwości biobójcze a także biostatyczne i jednocześnie posiada właściwości sorpcyjne. Właściwości stabilizacyjne, wielofunkcyjność, zastosowanie odnawialnych materiałów, proste i skalowalne metody produkcji oraz podejście zgodne z nurtem „zielonej chemii odróżniają prezentowany wynalazek od innych produktów dostępnych komercyjnie na rynku.As a packaging protecting historic and archival objects, the presented invention is the only currently known product that has both antifungal and antibacterial biocidal and biostatic properties, and at the same time has sorption properties. Stabilization properties, multi-functionality, the use of renewable materials, simple and scalable production methods and the approach in line with the "green chemistry" trend distinguish the present invention from other products commercially available on the market.

Opracowany materiał opakowaniowy został poddany wszechstronnym badaniom fizykochemicznym. Wykazano w nich m.in., że zarówno kationy srebra, jak i metaliczne srebro w postaci rozproszonej w zeolicie są z nim trwale związane i nie przenikają do otoczenia, co ma istotne znaczenie ze względuThe developed packaging material was subjected to comprehensive physicochemical tests. They have shown, among others, that both silver cations and metallic silver in a dispersed form in zeolite are permanently bound to it and do not penetrate into the environment, which is important due to

PL 229 348 Β1 na niezmienność własności biostatycznych materiału i bezpieczeństwo jego stosowania. Przeprowadzone testy na obecność srebra w wodnym przesączu, który pozostawał w kontakcie z opracowanym materiałem (użyto próbki oznaczonej PZAgO) dały wynik negatywny - tak na zimno, jak i na gorąco do wody nie ekstrahowały się zarówno jony, jak i nanocząstki srebra, co stwierdzono wykonując test z jonami chlorkowymi oraz analizy XRF.PL 229 348 Β1 invariability of biostatic properties of the material and safety of its use. The conducted tests for the presence of silver in the aqueous filtrate, which was in contact with the developed material (the sample marked PZAgO was used) gave a negative result - both cold and hot into the water, neither ions nor silver nanoparticles were extracted, which was found by chloride ion test and XRF analysis.

Przeniesienie nanocząstek srebra i jonów srebra w trakcie kontaktu z modelową żywnością może być sprawdzone przy zastosowaniu odpowiednich technik analitycznych. W badaniach, które twórcy zgłoszenia wykonali z użyciem techniki XRF, nie stwierdzono obecności srebra na pożywkach agarowych pozostających w długim kontakcie z krążkami papieru zawierającymi srebro.The transfer of silver nanoparticles and silver ions during contact with model food can be checked using appropriate analytical techniques. In the tests that the authors of the application performed using the XRF technique, no silver was found on agar media in long contact with silver-containing paper discs.

Ponadto wykazano, że dzięki zastosowaniu sonikacji i otrzymaniu srebra na dwóch stopniach utlenienia w matrycy zeolitowej. materiał wykazuje aktywność katalityczną w dopalaniu lotnych związków organicznych w temperaturze pokojowej nawet bez dostępu powietrza i posiada znacząca aktywność biobójczą. Potwierdzono to za pomocą testów sorpcyjnych i katalitycznych prowadzonych in situ z analizą przejściowych produktów reakcji DRIFT/FTIR. Dzięki sonikacji uzyskano wysokie rozdrobnienie materiału, co mogło przyczynić się również do wyjątkowej aktywności katalitycznej. Zawartość srebra w materiale sprowadzono poniżej 1%.Moreover, it was shown that thanks to the use of sonication and obtaining silver at two oxidation states in a zeolite matrix. the material exhibits catalytic activity in the afterburning of volatile organic compounds at room temperature even in the absence of air and has significant biocidal activity. This was confirmed by in situ sorption and catalytic tests with the analysis of intermediate products of the DRIFT / FTIR reaction. Thanks to sonication, high fragmentation of the material was obtained, which could also contribute to the unique catalytic activity. The silver content in the material was brought below 1%.

Wyniki testów mikrobiologicznych potwierdzają wysoką aktywność materiału dla szczepów bakterii i grzybów występujących typowo w żywności, lub archiwach, porównywalną jednak do materiału niesonikowanego zawierającego jedynie kationy srebra.The results of microbiological tests confirm the high activity of the material for strains of bacteria and fungi typically found in food or archives, comparable, however, to non-sonicated material containing only silver cations.

Wyniki analiz Fizykochemicznych i mikrobiologicznych wynalazku zostały przedstawione na Figurach 1-15. Fig. 1 przedstawia charakterystykę ilościową wymiany kationów srebra w zeolicie w postaci izotermy wymiany przygotowaną na podstawie analiz fluorescencji rentgenowskiej (XRF) zawartości srebra w zeolicie: fig. 2-5 odnoszą się do badań wpływu sonikacji na zeolit wymieniany srebrem; fig. 2 przedstawia wyniki analiz uzyskanych za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) topograficznych materiału zeolitowego poddanego sonikacji (Mapy topograficzne AFM (pierwsza kolumna) i rozkład krawędzi krystalitów uzyskane w metodzie bezkontaktowej (druga kolumna) próbek zeolitu Y poddanego sonikacji); fig. 3 przedstawia wyniki analiz dyfłaktometrycznych próbek zeolitów poddanych sonikacji; fig. 4 przedstawia wyniki analiz ilościowych i jakościowych w spektroskopowych w podczerwieni metodą in situ (in situ FTIR) dla sorpcji CO na materiałach zeolitowych poddanych sonikacji oraz na materiałach odniesienia (a) Widma FTIR tlenku węgla (II) absorbowanego na jonach Ag' w badanych próbkach zeolitu Y, (b) Porównanie warunków aktywacji zeolitu; fig. 5 przedstawia wyniki analiz zawartości srebra w materiale papierowym wypełnionym sonikowanym zeolitem; Fig. 6-8 przedstawiają charakterystykę materiału papierowego wypełnionego zeolitem; fig. 6 przedstawia trwałość materiału papierowego określoną za pomocą pomiarów pH próbek na różnych etapach preparatyki oraz próbek odniesienia; fig. 7 przedstawia trwałość materiału papierowego po testach starzeniowych wykonanych według normy ASTM i wyrażoną jako stopień polimeryzacji (DP) celulozy; fig. 8 przedstawia trwałość papieru wypełnionego zeolitem Y wyrażoną jako siła zerwania przy zerowym wpięciu; fig. 9 i 10 przedstawiają wyniki testów sorpcyjnych i katalitycznych aldehydu octowego, odpowiednio bez dostępu powietrza i w powietrzu, wykonanych za pomocą badań in situ FTIR z przestawką do odbicia rozproszonego (DRIFT) przeprowadzonych na sonikowanym zeolicie i niesonikowanym zeolicie. Fig. 9: otrzymane w różnych temperaturach w przepływie He dla próbki A) sonikowanego zeolitu Y (ZAgO_EDTA), B) niesonikowanego zeolitu Y(ZAg+_EDTA. Widma C i D stanowią powiększenie odpowiednio widm A i B w zakresie drgań od grup karbonylowych; fig. 10: Widma in situ FTIR (DRIFT) przemiany sorbowanego aldehydu octowego otrzymane w różnych temperaturach w przepływie powietrza dla próbki A) sonikowanego zeolitu Y (ZAgO_EDTA), B) niesonikowanego zeolitu Y(ZAg'_EDTA prezentowane w zakresie drgań od grup karbonylowych; fig. 11 prezentuje wyniki ilościowe badań spektroskopowych DRIFT prezentowanych na rysunku 9 110, przy czym ilościowa interpretacja pasm od drgań aldehydu octowego przy 1780 cm'1 przedstawiona została jako stopień przemiany X = (I25-It)/I25, gdzie I oznacza intensywność tego pasma w odpowiednich temperaturach (za początkową ilość aldehydu przyjęto intensywność pasma w 25°C); i kwasu octowego przy 1680 cm'1 przedstawiony jako jego stopień przemiany Y wyliczony z intensywności jego pasma w odpowiednich temperaturach Y=li7lmaxT (jako wartość odniesienia zastosowano maksymalną intensywność zaobserwowaną dla danej próbki w danej temperaturze lmaxT), A) dla eksperymentu bez powietrza, B) dla eksperymentu w przepływie powietrza (w tym przypadku jako I25 użyto wynik otrzymany w eksperymencie bez powietrza ze względu na natychmiastowe przereagowanie aldehydu). Figura 12 prezentuje wyniki sorpcji aldehydu octowego bez dostępu powietrza dla próbki papierowej z sonikowanym zeolitem (Widma in situ FTIR (DRIFT) sorpcji aldehydu octowego bezThe results of the physicochemical and microbiological analyzes of the invention are shown in Figures 1-15. Fig. 1 shows the quantification of the silver cation exchange in the zeolite in the form of an exchange isotherm prepared by X-ray fluorescence (XRF) analyzes of the silver content in the zeolite: Figs. 2-5 refer to studies of the effect of sonication on silver exchanged zeolite; Fig. 2 shows the results of atomic force microscopy (AFM) analyzes of the sonicated zeolite topographic material (AFM topographic maps (first column) and crystallite edge distribution obtained by the non-contact method (second column) of sonicated Y zeolite samples); Figure 3 shows the results of diffractometry analyzes of the sonicated zeolite samples; Fig. 4 shows the results of quantitative and qualitative analyzes in infrared spectroscopic in situ (in situ FTIR) for CO sorption on zeolite materials subjected to sonication and on reference materials (a) FTIR spectra of carbon monoxide (II) absorbed on Ag 'ions in the tested zeolite Y samples, (b) Comparison of zeolite activation conditions; Fig. 5 shows the results of analyzes of silver content in paper material filled with sonicated zeolite; 6-8 show the characteristics of zeolite filled paper material; Fig. 6 shows the stability of the paper material as determined by measuring the pH of the samples at various stages of the preparation and the reference samples; Fig. 7 shows the durability of the paper material after aging tests performed according to ASTM standard and expressed as degree of polymerization (DP) of cellulose; Fig. 8 shows the life of zeolite Y-filled paper in terms of breaking force at zero pinching; Figures 9 and 10 show the results of sorption and catalytic tests for acetaldehyde in an airtight and in air, respectively, performed by in situ FTIR with a diffuse reflection shifter (DRIFT) on sonicated zeolite and non-sonicated zeolite. Fig. 9: obtained at different temperatures in He flow for a sample of A) sonicated Y zeolite (ZAgO_EDTA), B) unssonicated Y zeolite (ZAg + _EDTA. Spectra C and D are an enlargement, respectively, of A and B spectra in the vibration range from carbonyl groups; Fig. 10: In situ FTIR (DRIFT) spectra of the transformation of sorbed acetaldehyde obtained at different temperatures in the air flow for a sample of A) sonicated Y zeolite (ZAgO_EDTA), B) unssonicated Y zeolite (ZAg'_EDTA presented in the vibration range from carbonyl groups; Fig. 11 presents the quantitative results of DRIFT spectroscopic studies presented in Fig. 9 110, while the quantitative interpretation of the bands from acetaldehyde vibration at 1780 cm -1 was presented as the degree of conversion X = (I25-It) / I25, where I denotes the intensity of this band at appropriate temperatures (the intensity of the band at 25 ° C was taken as the initial amount of aldehyde); and acetic acid at 1680 cm -1 presented as its degree of conversion Y calculated from the intensity its band at appropriate temperatures Y = li7lmaxT (the maximum intensity observed for a given sample at a given temperature lmaxT was used as a reference value), A) for the experiment without air, B) for the experiment in air flow (in this case, the result obtained in the experiment without air due to the immediate reaction of the aldehyde). Figure 12 shows the results of acetaldehyde sorption in the air for a paper sample with sonicated zeolite (FTIR (DRIFT) spectra of acetaldehyde sorption without

PL 229 348 Β1 dostępu powietrza dla próbki papieru wypełnionego sonikowanym zeolitem Y (PZAgO_EDTA)). Fig. 13 przedstawia porównanie aktywności mikrobiologicznej różnych zeolitów wymienianych srebrem i sonikowanych (Aktywność biobójcza przeciwko bakterii E.coli w przypadku różnych materiałów zeolitowych (próba kontrolna 9000 zliczeń)); fig. 14 przedstawia wyniki badań mikrobiologicznych dla bakterii; fig. 15 przedstawia wyniki badań mikrobiologicznych dla grzybów.PL 229 348 Β1 air access for a paper sample filled with sonicated Y zeolite (PZAgO_EDTA)). Figure 13 shows a comparison of the microbial activity of different silver-exchanged and sonicated zeolites (E. coli biocidal activity for different zeolite materials (9000 counts control)); Fig. 14 shows the results of microbiological tests for bacteria; Figure 15 shows the results of microbiological tests for fungi.

Wynalazek został opisany bliżej w poniższym przykładzie wykonania, który nie powinien jednak być utożsamiany z pełnym zakresem wynalazku.The invention is described in more detail in the following embodiment, which, however, should not be equated with the full scope of the invention.

Przykład 1. Otrzymywanie materiału według wynalazkuExample 1. Preparation of the material according to the invention

Wymiana jonowa zeolituIon exchange of zeolite

Podstawowym zeolitem używanym do badań był zeolit Y, dla którego przeprowadzono optymalizację procedury wymiany jonowej przedstawioną poniżej. Do badań zastosowano również próbki zeolitów porównawczych ZSM-5 i MCM-56. Procedura wymiany jonowej była następująca. Po umieszczeniu 50 mg zeolitu w 10 cm3 0,1 M wodnego roztworu AgNOs, tak przygotowane zawiesiny wytrząsano z prędkością 300 obr/min. Wytrząsanie przebiegało w warunkach bez dostępu światła. Po założonym czasie sorpcji zawiesinę wirowano z prędkością 2000 obr/min. Wirowanie zgodnie z przeprowadzoną optymalizacją prowadzono 5-krotnie. Osady po wypłukaniu wysuszono w temperaturze 120°C. Wysuszone osady po kondycjonowaniu przez 24 h zważono z dokładnością do 0,1 mg. Próbki umieszczono w zlewce, a następnie zalano 5 cm3 65% roztworu kwasu azotowego(V). Zawiesinę podgrzewano do wrzenia i utrzymywano w tej temperaturze przez okres 15 minut. Po schłodzeniu zawiesinę odwirowano (2000 obr/min), a roztwór znad osadu przeniesiono ilościowo do kolby miarowej o pojemności 25 cm3. Pozostały na dnie probówki osad zalano wodą dejonizowaną i wytrząsano do momentu utworzenia na nowo zawiesiny, którą następnie odwirowano. Roztwór znad osadu przeniesiono do kolby miarowej, w której znajdował się roztwór po pierwszym odwirowaniu. Procedurę tę powtórzono łącznie 5 razy. Osad wysuszono i zbadano w kierunku zawartości ewentualnie pozostającego w nim srebra. Roztwór w kolbie dopełniono wodą dejonizowaną do 25 cm3. Tak przygotowany roztwór srebra (odpowiadający początkowej zawartości srebra w zeolicie) był analizowany za pomocą XRF z wykorzystaniem metody krzywej kalibracyjnej.The basic zeolite used for the research was Y zeolite, for which the ion exchange procedure was optimized, as shown below. ZSM-5 and MCM-56 comparative zeolites were also used for the tests. The ion exchange procedure was as follows. After placing 50 mg zeolite in 10 cm 3 of a 0.1 M aqueous solution of Agnos so prepared suspensions were shaken at 300 rpm / min. Shaking was carried out in conditions with no light. After the assumed sorption time, the suspension was centrifuged at a speed of 2000 rpm. Centrifugation according to the performed optimization was carried out 5 times. The rinsing pellets were dried at 120 ° C. After conditioning for 24 h, the dried pellets were weighed with an accuracy of 0.1 mg. The samples were placed in a beaker and then poured over with 5 cm 3 of 65% nitric acid solution (V). The slurry was heated to boiling and held at that temperature for a period of 15 minutes. After cooling, the suspension was centrifuged (2000 rpm) and the supernatant solution was quantitatively transferred to a 25 cm 3 volumetric flask. The sediment remaining at the bottom of the test tube was flooded with deionized water and shaken until resuspension was formed, which was then centrifuged. The supernatant solution was transferred to a volumetric flask which contained the solution after the first centrifugation. This procedure was repeated a total of 5 times. The precipitate was dried and tested for any silver remaining therein. The solution in the flask was made up to 25 cm 3 with deionized water. The silver solution prepared in this way (corresponding to the initial silver content in the zeolite) was analyzed by means of XRF using the calibration curve method.

Oznaczenie srebra w zeolicie za pomocą spektroskopii fluorescencji rentgenowskiej (XRF)Determination of silver in zeolite by X-ray fluorescence spectroscopy (XRF)

Pomiary wykonano za pomocą spektrometru ED-XRF (Quant’x - Thermo). Parametry pomiaru: t = 60 s, pomiar w atmosferze tlenowej, filtr miedziowy gruby, duży kubek pomiarowy. Do oznaczeń została wybrana linia emisyjna Kot dla srebra (całkowana z odcięciem tła w zakresie 21,46-22,60 keV). Oznaczenie srebra wykonywano w roztworach HNOs z rozpuszczonym zeolitem, a wyniki zaprezentowano w tabeli 1. Oznaczenie zawartości srebra obarczone jest 5% błędem, wyznaczonym na podstawie odniesienia do ślepej próby. Błąd wynika z rozrzutu wyników - współczynnik korelacyjny dla dopasowania krzywej kalibracyjnej opracowanej na podstawie analiz roztworów wzorcowych AgNOs, (patrz tabela 1) wynosi R2 = 0,9819. Błąd wnoszony jest również poprzez niekompletne wymywanie srebra z zeolitu za pomocą gorącego HNOs. Sprawdzono również zawartość srebra w części nierozpuszczonego zeolitu w postaci osadu, jednak ilość srebra w osadach nie przekraczała 1% wag. Z tego powodu oznaczenia zawartości srebra w zeolicie oparto na analizach roztworzonego materiału.Measurements were made using an ED-XRF (Quant'x - Thermo) spectrometer. Measurement parameters: t = 60 s, measurement in an oxygen atmosphere, thick copper filter, large measuring cup. The Cat for silver emission line (integrated with background cut-off in the range of 21.46-22.60 keV) was selected for the determination. The determination of silver was carried out in HNOs solutions with dissolved zeolite, and the results are presented in Table 1. The determination of the silver content has a 5% error, determined on the basis of the reference to the blank. Problem results from the scatter of the - correlation coefficient for fitting the calibration curve prepared on the basis of the analysis Agnos standard solutions (see Table 1) is R 2 = 0.9819. The error is also brought about by incomplete elution of silver from the zeolite with hot HNOs. The content of silver in the part of undissolved zeolite in the form of sediment was also checked, but the amount of silver in the sediments did not exceed 1% by weight. For this reason, determinations of silver content in zeolite were based on analyzes of dissolved material.

Izoterma sorpcji wyznaczona za pomocą XRF pokazała, że połowiczną wymianę zeolitu jonami srebra w opisanych warunkach uzyskuje się po ok. 1 h (rys. 1.). Zeolit Y wybrany jako komponent materiału maksymalnie wysyca się jonami srebra po 2 h wymiany z 0,1 M roztworu AgNOs w warunkach opisanych powyżej, a izoterma wymiany jonów srebra, podobnie jak w przypadku innych metali dąży asymptotycznie do wartości maksymalnej. Dalsze prowadzenie wymiany (powyżej 2 h) nie przynosi zwiększenia zawartości srebra w zeolicie, a kolejne wyniki mieszczą się w granicy błędu oznaczenia. Pomiary zawartości wody w zaprezentowanych wcześniej próbkach pokazały, że ilość ta jest praktycznie niezmienna (rozrzut wyników 2,5%). Podobne wyniki uzyskano dla referencyjnego zeolitu typu ZSM-5 i MCM-56. Izotermy nie różniły się co do kształtu, a jedynie nieznaczne różnice można było zaobserwować w szybkości wymiany jonowej całej objętości zeolitu. Całkowite zapełnienie było uzyskiwane już po 1 h.The sorption isotherm determined by means of XRF showed that the half exchange of zeolite with silver ions under the described conditions is achieved after approx. 1 h (Fig. 1). Zeolite Y selected as a component of the material is maximally saturated with silver ions after 2 hours of exchange with 0.1 M AgNOs solution under the conditions described above, and the silver ion exchange isotherm, as in the case of other metals, tends asymptotically towards the maximum value. Further exchange (over 2 hours) does not increase the silver content in the zeolite, and the subsequent results are within the error limit of the determination. Measurements of the water content in the samples presented earlier showed that this amount is practically unchanged (2.5% spread of results). Similar results were obtained for the reference zeolite type ZSM-5 and MCM-56. The isotherms did not differ in shape, and only slight differences could be observed in the ion exchange rate of the entire zeolite volume. Complete filling was achieved after just 1 hour.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Tabela 1. Wyniki badań zawartości srebra w roztworach po płukaniu zeolitu po wymianie jonowej za pomocą gorącego HNO3. Przedostatnia pozycja w nazwie próbki (0,1 oznacza stężenie srebra w roztworze, AgNO3 z którego dokonano wymiany), ostatnia pozycja w nazwie oznacza czas wymiany jonowej.Table 1. The results of studies of silver content in solutions after washing zeolite after ion exchange with hot HNO3. The penultimate position in the name of the sample (0.1 means the concentration of silver in the solution, AgNO3 from which the exchange was made), the last position in the name means the ion exchange time.

Oznaczenie Mark Czas wymiany jonowej ' [h] ‘ Ion exchange time '[h]' Liczba zliczeń Number of counts Zawartość srebra [mg Ag/'g zeolitu] Silver content [mg Ag / 'g zeolite] YAg_0.l_i YAg_0.l_i 1 1 280 000 280,000 94.0 94.0 YAg_0.1_2 YAg_0.1_2 2 2 429 500 429,500 263 263 YAg_0.l_3 YAg_0.l_3 422 800 422 800 253 253 YAg 0.1 20 YAg 0.1 20 20 twenty 396 006 396 006 246 246 YAg_0.l_29 YAg_0.l_29 29 29 423 700 423 700 265 265 YAg_0.l_39 YAg_0.l_39 39 39 374 800 374,800 225 225 YAg_0.l_92 YAg_0.l_92 92 92 439 200 439 200 254 254 Dane do krzywej kalibracyjnej Data for the calibration curve Stężenie roztworu AgNOi [ md/diTt’] AgNOi solution concentration [md / diTt '] * * - - 0.1 0.1 681 900 681 900 - - 0.05 0.05 - - 430 100 430 100 - - 0.033 0.033 * * 365 600 365 600 - - 0.025 0.025 298 100 298 100 - - - - wyznaczone stężenie [mobdrn'] determined concentration [mobdrn '] Ślepa próba COS Blind COS - - 424 900 424 900 0.0475 0.0475

Przygotowanie matrycy zeolitowejPreparation of the zeolite matrix

Na podstawie wyznaczonej izotermy sorpcji jako optymalny czas wymiany jonowej wybrano 1 h. Odważono trzy porcje po 5,00 g każda. Pierwszą porcję umieszczono w zlewce i zalano 100 cm3 0,1 M wodnego roztworu azotanu(V) srebra. Zawiesinę wytrząsano przez godzinę z prędkością 300 obr./min. Osad odsączono, a odzyskany roztwór azotanu wykorzystano ponownie do przeprowadzenia sorpcji dla porcji drugiej i trzeciej. Osady zostały przepłukane 500 cm3 wody destylowanej w celu wypłukania nadmiaru azotanu(V) srebra. Po wysuszeniu osadów w temperaturze 60°C zmieszano je otrzymując homogeniczną próbkę. Z tak przygotowanego materiału podstawowego pobrano próbkę reprezentatywną celem wykonania analiz fizykochemicznych (wyniki przedstawione w dalszej części). Materiał podstawowy (zeolit wymieniony srebrem) był wykorzystywany jako wypełniacz arkuszy papieru w dalszej preparatyce.On the basis of the determined sorption isotherm, 1 h was selected as the optimal time of ion exchange. Three portions of 5.00 g each were weighed. The first portion was placed in a beaker and covered with 100 cm 3 of a 0.1 M aqueous solution of nitrate (V) silver. The suspension was shaken for one hour at 300 rpm. The precipitate was filtered off and the recovered nitrate solution was reused for sorption for the second and third batches. The pellets were rinsed with 500 cm 3 of distilled water to wash out excess silver nitrate. After the pellets were dried at 60 ° C, they were mixed to obtain a homogeneous sample. From the thus prepared basic material, a representative sample was collected in order to perform physicochemical analyzes (the results are presented below). The base material (silver exchanged zeolite) was used as a filler for paper sheets in the further preparation.

Modyfikacja budowy i składu matrycy zeolitowejModification of the structure and composition of the zeolite matrix

Wymywanie za pomocą EDTA stosowano na ostatecznie przygotowanej próbce w celu usunięcia nie związanego z zeolitem srebra. W przypadku próbek sonikowanych następowało to zatem po sonikacji. Jednak ze względu na porównania próbek sonikowanych z niesonikowanymi próbkami odniesienia procedura wymywania opisana jest jako pierwsza w kolejności. Optymalizacja procedury wymywania została opracowana dla próbek niesonikowanych i dalej stosowana w ten sam sposób dla próbek sonikowanych opisywanych w niniejszym wynalazku.Elution with EDTA was applied to the final prepared sample to remove non-zeolite silver. Thus, in the case of sonicated samples this was followed by sonication. However, due to the comparison of the sonicated samples with the unssonicated reference samples, the elution procedure is described first in the sequence. Optimization of the elution procedure was developed for non-sonicated samples and further applied in the same manner to the sonicated samples described in the present invention.

Wypłukiwanie niezwiązanego srebra roztworem soli EDTARinsing out unbound silver with EDTA salt solution

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Przed zastosowaniem procedury usuwania jonów srebra z zewnętrznych powierzchni krystalitów zeolitu sprawdzono wpływ przemywania na dealuminację próbki. W tym celu referencyjne próbki surowego zeolitu przemywano wodnym roztworem soli dwusodowej kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA). Procedura składała się z trzech etapów:Before applying the procedure for removing silver ions from the outer surfaces of zeolite crystallites, the effect of washing on sample dealumination was checked. For this, reference samples of crude zeolite were washed with an aqueous solution of disodium ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). The procedure consisted of three stages:

a) przemywanie zeolitu na lejku (papierowy sączek) 150 ml 0,01 M roztworu EDTA (temperatura pokojowa),a) washing the zeolite on a funnel (paper filter) with 150 ml of 0.01 M EDTA solution (room temperature),

b) wypłukiwanie w temperaturze wrzenia 150 ml 0,01 M roztworu EDTA (czas utrzymywania 1 godz.),b) rinsing at boiling point with 150 ml of 0.01 M EDTA solution (holding time 1 hour),

c) przemywanie 150 ml 0,1 M roztworu EDTA.c) washing with 150 ml of 0.1 M EDTA solution.

Przepłukiwanie było prowadzone na lejku jakościowym z wykorzystaniem jakościowych sączków papierowych. Odpowiednie roztwory były dozowane w ten sposób, by osad był zanurzony w roztworze przez cały okres przemywania. Osad przemywany był za każdym razem świeżą porcją kompleksonu nie stosowano recyrkulacji roztworów. W przypadku przemywania na gorąco modyfikowany materiał został umieszczony w zlewce i zalany 0,01 M roztworem EDTA. Roztwór był mieszany za pomocą mieszadła magnetycznego i utrzymywany w temperaturze wrzenia przez okres jednej godziny.The rinsing was carried out in a quality funnel with the use of quality paper points. The appropriate solutions were dosed in such a way that the sediment was immersed in the solution throughout the washing period. The sediment was washed with a fresh portion of complexone each time, no recirculation of solutions was used. In the case of hot washing, the modified material was placed in a beaker and poured with 0.01 M EDTA solution. The solution was stirred with a magnetic stirrer and kept at reflux for one hour.

Wykluczenie dealuminacji zeolituZeolite dealumination is excluded

Przesącze zostały odwirowane (4000 obr./min, 4 min), po czym scharakteryzowane za pomocą atomowej spektrometrii absorpcyjnej ASA (spektrometr absorpcji atomowej z polaryzacją Zeemana - Z 2000, HITACHI) w celu wyeliminowania możliwości dealuminacji zeolitu podczas wypłukiwania. Wykonano również analizy NMR z wykorzystaniem spektrometru firmy Bruker 400 MHz z przystawką do ciał stałych. W tabeli 2 przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych dla przesączów po traktowaniu zeolitów za pomocą Na2EDTA. Wyniki przedstawione w tabeli 2 dowodzą, że traktowanie zeolitów zimnym 0,01 M roztworem EDTA nie powoduje wymywania glinu ze struktury. Jako próbkę odniesienia, wybrano zeolit ogrzewany w roztworze wodnym EDTA przez 1 godzinę, w przypadku którego dealuminacja miała miejsce.The filtrates were centrifuged (4000 rpm, 4 min) and then characterized by ASA atomic absorption spectrometry (Zeeman polarized atomic absorption spectrometer - Z 2000, HITACHI) in order to eliminate the possibility of zeolite dealumination during leaching. NMR analyzes were also performed using a Bruker 400 MHz spectrometer with a solids adapter. Table 2 shows the results of the tests performed on the filtrates after treatment of zeolites with Na2EDTA. The results presented in Table 2 show that treatment of the zeolites with cold 0.01 M EDTA solution did not leach the aluminum from the structure. As a reference sample, a zeolite heated in EDTA aqueous solution for 1 hour was selected, in which dealumination took place.

W tym przypadku w przesączach wykryto glin metodą ASA. Jednak nie wykrycie glinu w pozostałych roztworach nie jest jednoznacznym potwierdzeniem braku dealuminacji w sieci zeolitu, stąd analizy materiału zostały rozszerzone o metodę 27AI MAS NMR używaną do określania stopnia dealuminacji. W tym celu wysuszone osady po przemywaniu wodnym roztworem EDTA przebadano w kierunku zmian sygnału NMR pochodzącego od glinu. Przeprowadzono normalizację widm NMR względem pola powierzchni głównego sygnału dla glinu tetraedrycznego niemodyfikowanego wyjściowego zeolitu Y (A = 1.0000). Wartości dla zmierzonych próbek zostały umieszczone w tabeli 2. Otrzymane wyniki wskazują, że wybrany sposób przepłukiwania nie powoduje dealuminacji, co udowodniło tezę, że po obróbce chemicznej (przemywanie 0,01 M EDTA) zeolit nie zmienia struktury sieci krystalicznej. Zauważmy, że w przypadku ogrzewania zeolitu w roztworze EDTA lub stosowania wyższego stężenia EDTA zmiany strukturalne występują. Dla przepłukiwania 0,1 M EDTA ubytek wyniósł 6%.In this case, aluminum was detected in the filtrates by ASA. However, the lack of detection of aluminum in the remaining solutions is not an unequivocal confirmation of the lack of dealumination in the zeolite lattice, hence the material analyzes were extended by the 27AI MAS NMR method used to determine the degree of dealumination. For this purpose, the dried pellets after washing with an aqueous EDTA solution were tested for changes in the aluminum NMR signal. The NMR spectra were normalized against the surface area of the main signal for the aluminum tetrahedral unmodified Y zeolite starting material (A = 1.0000). The values for the measured samples are presented in Table 2. The obtained results indicate that the selected washing method does not cause dealumination, which proves the thesis that after chemical treatment (washing with 0.01 M EDTA) the zeolite does not change the structure of the crystal lattice. Note that when the zeolite is heated in an EDTA solution or when a higher concentration of EDTA is used, structural changes occur. There was a loss of 6% for a wash with 0.1 M EDTA.

Tabela 2. Wyniki oznaczenia gliny w przesączach po przemywaniu EDTATable 2. The results of the clay determination in the filtrates after EDTA washing

Oznaczenie Mark Sposób traktowania Treatment method Metoda ASA (j.u.j ASA method (j.u.j Metoda NMR procentowy ubytek glinu z sieci* NMR method - percentage of aluminum loss from the lattice * ZAg+ 0.01 125 ZAg + 0.01 125 Na zimno 150 cm3 0.0! M EDTA Cold 150 cm3 0.0! M EDTA 1 (nie wykryto) 1 (not detected) 0.05 0.05 ZAg+_O.0l Tl 00 ZAg + _O.0l Tl 00 Ogrzewane przez godzinę w 0.01 M EDTA Heated for one hour in 0.01 M EDTA 3.80 3.80 ZAg+ O.l T25 ZAg + O.l T25 Przemyte J 50 cm3 0.1 M EDTA Washed J 50 cm3 0.1 M EDTA i (nie wykryto) and (not detected) 6.10 6.10

* wyniki odniesione do wystandaryzowanych co do masy suchych osadów zeolitów, pobranych po procesie opisanym w kolumnie drugiej tabeli. Oznaczenia T25 i T100 odnoszą się do temperatury odpowiednio 25 i 100°C.* results related to standardized zeolite dry sludge collected after the process described in the second column of the table. The designations T25 and T100 refer to a temperature of 25 and 100 ° C, respectively.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Optymalizacja przemywania zeolituOptimization of zeolite washing

W celu optymalizacji czasu i krotności płukania materiałów zeolitowych wymienianych srebrem za pomocą EDTA w celu kompleksowania jonów srebra znajdujących się na zewnętrznych powierzchniach krystalitów zeolitu przeprowadzono analizę XRF przesączy po przemywaniu (lub roztworów po odwirowaniu zawiesin).In order to optimize the time and multiplicity of washing of the silver-exchanged zeolite materials with EDTA in order to complex the silver ions on the outer surfaces of the zeolite crystallites, XRF analysis of the washing filtrates (or solutions after centrifuging the suspensions) was performed.

Tabela 3. Analiza ilościowa XRF - intensywności linii przejścia dla srebra przy kolejnych płukaniach z użyciem EDTA dla próbki ZAg+ zeolitu Y po wymianie jonowej (wytrząsanie).Table 3. Quantitative analysis of XRF - silver transition line intensity with successive EDTA washes for ZAg + Y zeolite sample after ion exchange (shaking).

Krotność płukania (objętość r-ru V~krotność 10 ________ , _____ cm3)_________________________Rinsing multiplicity (volume V ~ 10 times ________, _____ cm 3 ) _________________________ Sygnał analityczny dla srebra [keV] Analytical signal for silver [keV] 1 1 i 710 009 and 710 009 2 2 224 776 224 776 3 3 13 700 13,700 4 4 3 134 3 134 5 5 2 215 2 215 6 6 2 731 2 731

Powyższe wyniki otrzymane były dla świeżo przygotowanej próbki zeolitu po wymianie jonowej. Jak pokazuje analiza wyników zawartych w tabeli 3. dostateczne wypłukanie zeolitu z jonów niezwiązanych ze strukturą uzyskuje się po 5-krotnym płukaniu kiedy to sygnał srebra plasuje się na stałym minimalnym poziomie (nie prowadzono badań nad wpływem płukania na jony związane w matrycy). Stopień wymycia srebra z zeolitu w porównaniu z przepłukiwaniem za pierwszym razem wynosi prawie 100%, natomiast stopień wymycia pomiędzy 4 i 5 płukaniem jest mniejszy od 0,1% więc praktycznie nie ma utraty materiału aktywnego (z pewnym przybliżeniem, dlatego że dla świeżych materiałów, bardzo ciężko uzyskać taką strukturę, która by całkowicie była odporna na płukanie wodą). Ze względu na taki wynik uznano, że 5-krotne przemywanie za pomocą wody jest wystarczające z punktu widzenia wymywania srebra, jednocześnie stoi w zgodzie z założeniami optymalizacji płukania, które miało zapewnić dobrze zdefiniowaną strukturę materiałów o minimalnej ilości srebra wyłącznie związanego z matrycą zeolitu.The above results were obtained for a freshly prepared zeolite sample after ion exchange. As the analysis of the results in Table 3 shows, sufficient rinsing of the zeolite from ions not associated with the structure is obtained after 5-fold washing, when the silver signal is at a constant minimum level (no studies on the effect of washing on the bound ions in the matrix have been conducted). The silver washout rate from zeolite compared to the first wash is almost 100%, while the washout ratio between the 4th and 5th wash is less than 0.1% so there is practically no loss of active material (with some approximation, because for fresh materials, it is very difficult to obtain such a structure that would be completely resistant to washing with water). Due to this result, it was found that 5-fold washing with water is sufficient from the point of view of silver washing, at the same time it complies with the assumptions of washing optimization, which was to ensure a well-defined structure of materials with a minimum amount of silver only bound to the zeolite matrix.

Dodatkowo podobne analizy przeprowadzono dla zwiększających się objętości stosowanego roztworu EDTA. W tym celu taką samą masę zeolitu wymienionego jonami srebra przemywano kolejnymi porcjami wody po 50 cm3. Z tak przygotowanego przesączu pobierane były 2 cm3 roztworu i analizowane za pomocą XRF. Jak wynika z danych podanych w tabeli 4. w tym przypadku również uzyskiwano niskie wartości sygnału pochodzącego od srebra (stosunek ostatniego do pierwszego wyniku wynosi 0,13%).Additionally, similar analyzes were performed for increasing volumes of the EDTA solution used. For this purpose, the same mass of zeolite exchanged with silver ions was washed with successive portions of water, 50 cm 3 each . 2 cm 3 of the solution were taken from the filtrate prepared in this way and analyzed by means of XRF. As can be seen from the data presented in Table 4, in this case also low values of the signal derived from silver were obtained (the ratio of the last to the first result is 0.13%).

Tabela 4. Analiza ilościowa XRF - przemywanie próbki zeolitu Y wymienionego jonami srebra ZAg+ za pomocą wody.Table 4. Quantitative XRF analysis - washing of a sample of zeolite Y with silver ions ZAg + with water.

Suma objętości porcji wody [cm3]The sum of the volume of a portion of water [cm 3 ] Sygnał analityczny dla srebra* [keV] Analytical signal for silver * [keV] 0 0 1 047 293 1 047 293 50 50 51 722 51 722 100 100 3 019 3 019 150 150 1 393 1 393

♦ sygnał wy standaryzowany co do masy próbki i objętości badanego przesączu.♦ standardized signal for sample weight and filtrate volume tested.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Zastosowanie roztworu EDTA jest, jak wykazano, dobrym sposobem minimalizacji ilości srebra w próbkach do poziomu srebra związanego z matrycą zeolitową. Ma to z założenia zapobiec migracji srebra do otoczenia, w szczególności żywności, która często cechuje się wysoką wilgotnością. Warte zauważenia jest również to, że po przepłukaniu 40 cm3 EDTA uzyskuje się stabilny poziom wymycia (tabela 3). Stopień wymywania jednak nie zmniejsza się tak jak w przypadku wody. Ewidentnie roztwór EDTA po skompleksowaniu wszystkich jonów słabo związanych ze strukturą zeolitu może mieć dostęp do związanych jonów srebra wymienionych w zeolicie.The use of an EDTA solution has been shown to be a good way to minimize the amount of silver in the samples to the level of silver bound to the zeolite matrix. This is to prevent silver from migrating to the environment, especially in food, which is often very humid. It is also worth noting that after rinsing with 40 cm 3 EDTA, a stable washout level is obtained (Table 3). However, the leaching rate does not decrease as with water. Evidently, the EDTA solution, after complexing all ions weakly bound to the zeolite structure, can access the bound silver ions exchanged in the zeolite.

Na kolejnym etapie optymalizacji zbadano stabilność gotowych zeolitów wymienianych jonami srebra w roztworach wodnych (tym razem już po wcześniejszym wysuszeniu próbek - materiał wyjściowy). Porównano stopień wymywania jonów srebra przez wodę i EDTA. Wyniki znajdują się w tabeli 5.At the next stage of optimization, the stability of finished zeolites exchanged with silver ions in aqueous solutions was examined (this time after drying the samples previously - the starting material). The degree of elution of silver ions by water and EDTA was compared. The results are presented in Table 5.

Wyniki zaprezentowane w tabeli 5. pokazują, że wypełniacz zeolitowy w środowisku wodnym traci nieznaczące ilości srebra. Prócz tego, po przepłukaniu porcją 50 cm3 wody zawartość srebra w roztworach poekstrakcyjnych jest poniżej granicy oznaczalności. Tak wypłukaną próbkę przepłukano następnie roztworem EDTA kolejno porcjami po 10 cm3 (zabarwiona część w tabeli 5). Skuteczność wymywania jonów srebra roztworem EDTA jest znacznie większa niż dla wody (od 150 do 200 razy) i rośnie wraz ze zwiększeniem objętości roztworu. W momencie, gdy woda już nie była w stanie dalej wypłukiwać jonów srebra, dla roztworu EDTA uzyskano duży sygnał pochodzący od srebra.The results presented in Table 5 show that the zeolite filler loses insignificant amounts of silver in the aqueous environment. Moreover, after rinsing with 50 cm 3 of water, the silver content in the post-extraction solutions is below the quantification limit. The sample washed in this way was then rinsed with EDTA solution successively with 10 cm 3 portions (the colored part in Table 5). The efficiency of eluting silver ions with EDTA solution is much higher than for water (from 150 to 200 times) and increases with increasing volume of the solution. At the moment when the water was no longer able to rinse the silver ions, a large silver signal was obtained for the EDTA solution.

Tabela 5. Przemywanie tej samej próbki zeolitu Y wymienionego jonami srebra (ZAg+) za pomocą wody, a następnie EDTA.W wynikach zaprezentowanych w tabelach 3 i 4 stosowano tę samą próbkę podzieloną na części.Table 5. Washing of the same sample of zeolite Y exchanged with silver ions (ZAg +) with water followed by EDTA. In the results presented in Tables 3 and 4, the same portioned sample was used.

Suma objętości wody w kolejnym przepłukiwaniu porcjami po 10 cm5 [cm?]The sum of the water volume in the subsequent rinsing with 10 cm 5 [cm ? ] Sygnał analityczny XRF dla srebra [-] XRF analytical signal for silver [-] 10 10 2 129 2 129 20 twenty 737 737 30 thirty 56! 56! 40 40 399 399 50 50 <ŁW <ŁW Suma objętości EDTA w kolejnym przepłukiwaniu porcjami po JO cm’ The sum of the EDTA volume in the subsequent rinsing with portions of JO cm ' 10 EDTA 10 EDTA 150 045 150 045 20 EDTA 20 EDTA 55 039 55 039 30 EDTA 30 EDTA 23 001 23 001 40 EDTA 40 EDTA 22 100 22 100

Dodatkowo optymalizację stężenia i ilości roztworu EDTA stosowanego do przemywania próbek zeolitów podstawianych kationami Ag* wykonano na podstawie analiz powierzchni metodą XPS dla pasma Ag' o energii wiązania 432 eV w widmie. W tabeli 6. pokazano wyniki analizy ilościowej próbek modyfikowanego zeolitu (symbole oznaczają odpowiednio: ZAg+ oznacza zeolit podstawiony jonami srebra nieprzepłukiwany, ZAg+_H2O - zeolit podstawiony jonami srebra przepłukiwany wodą dejonizowaną. ZAg+_0.01 M EDTA 150 - zeolit podstawiony jonami srebra przepłukiwany 150 cm3 0,01 M EDTA oraz wodą, ZAg+_0,01M_EDTA_150 - zeolit podstawiony jonami srebra przepłukiwany 150 cm3 0,1 M EDTA oraz wodą. ZAg+_0,01 M_EDTA_300 - zeolit podstawiony jonami srebra przepłukiwany 300 cm'1 0,01 M EDTA oraz wodą.In addition, optimization of the concentration and amount of EDTA solution used to wash the Ag * cation-substituted zeolite samples was performed on the basis of XPS surface analyzes for the Ag 'band with a binding energy of 432 eV in the spectrum. Table 6 shows the results of the quantitative analysis of modified zeolite samples (symbols mean, respectively: ZAg + means zeolite substituted with silver ions, not rinsed, ZAg + _H2O - zeolite substituted with silver ions, washed with deionized water. ZAg + _0.01 M EDTA 150 - zeolite substituted with silver ions rinsed 150 cm 3 0.01 M EDTA and water, ZAg + _0.01M_EDTA_150 - zeolite substituted with silver ions rinsed 150 cm 3 0.1 M EDTA and water ZAg + _0.01 M_EDTA_300 - zeolite substituted with silver ions rinsed 300 cm ' 1 0.01 M EDTA and water.

Wyniki pokazują, że zwiększenie stężenia EDTA z 0,01 M na 0,1 M dla próbek odpowiednio ZAg+_0,01M_EDTA_150 i _Ag+_0,1 IM_EDTA_150 powoduje dalsze wypłukiwanie srebra z poThe results show that increasing the EDTA concentration from 0.01 M to 0.1 M for the samples ZAg + _0.01M_EDTA_150 and _Ag + _0.1 IM_EDTA_150, respectively, results in further leaching of silver from the

PL 229 348 Β1 wierzchni krystalitów zeolitu. W celu minimalizacji ilości srebra do dalszych prób przemywania zastosowano bardziej stężony roztwór EDTA. Z kolei wzrost ilości roztworu używanego do przemywania z 150 na 300 cm3 dla próbek odpowiednio ZAg+_0,1M_EDTA_150 i ZAg+_0,1M_EDTA_300 nie powoduje dalszego wypłukiwania srebra, a różnice w wyznaczonych ilościach Ag' mieszczą się w granicach błędu pomiarowego. Wyniki analizy XPS są zgodne z tymi otrzymanymi za pomocą XRF. EDTA po wypłukaniu jonów słabo związanych ze strukturą (ok. 40-50 cm3), nadal jest wstanie wypłukiwać srebro ze struktury, jednak stopień tego wypłukiwania jest na niskim i stałym poziomie.PL 229 348 Β1 surface of zeolite crystallites. In order to minimize the amount of silver, a more concentrated EDTA solution was used for further washing tests. On the other hand, an increase in the amount of washing solution from 150 to 300 cm 3 for the samples ZAg + _0.1M_EDTA_150 and ZAg + _0.1M_EDTA_300, respectively, does not cause further leaching of silver, and the differences in the determined amounts of Ag 'are within the measurement error. The results of the XPS analysis are consistent with those obtained with the XRF. EDTA, after rinsing out ions weakly bound to the structure (approx. 40-50 cm 3 ), is still able to rinse silver from the structure, but the degree of leaching is at a low and constant level.

Tabela 6. Wyniki ilościowe XPS dla srebra na powierzchni krystalitów zeolitu po przemywaniu EDTA.Table 6. XPS quantitative results for silver on the surface of the zeolite crystallites after washing with EDTA.

Próbka A sample Stężenie EDTA [mol/dnfj EDTA concentration [mol / dnfj Przemywanie [cm3]Washing [cm 3 ] Sygnał dla. srebra po normalizacji [j.u.] Signal for. silver after normalization [j.u.] i and 2 2 ZAgi ZAgi - - 1.05 1.05 ZAg\H2OZAg \ H 2 O 150 HjO 150 HjO 150 HjO 150 HjO 1.19 1.19 ZAg' 0.0IM.EDTA 150 ZAg '0.0IM.EDTA 150 0.01 0.01 150 EDTA 150 EDTA 150 HjO 150 HjO 1.25 1.25 ZAg’ 0.1 M EDTA 150 ZAg '0.1 M EDTA 150 0.1 0.1 150 EDTA 150 EDTA 150H?O 150H? O 0.29 0.29 ZAg'_0.1 M_EDTA_300 ZAg'_0.1 M_EDTA_300 0.1 0.1 300 EDTA 300 EDTA 150 HjO 150 HjO 0.31 0.31

Przeprowadzona optymalizacja wypłukiwania próbek materiałów wyjściowych, pokazała że zastosowana preparatyka pozwala na uzyskanie stabilnych materiałów o minimalnej ilości srebra mocno związanego z matrycą zeolitu, które były zastosowane do dalszej modyfikacji materiału.The optimization of rinsing of the samples of the starting materials showed that the applied preparation allows to obtain stable materials with a minimum amount of silver strongly bonded to the zeolite matrix, which were used for further modification of the material.

SonikacjaSonication

Sonikowane próbki zeolitów podstawianych kationami srebra przygotowano jako próbki referencyjne zawierające rozproszone w matrycy zeolitu nanocząski metalicznego srebra. Próbki te konieczne były do porównania właściwości biobójczych kationów srebra i zredokowanego srebra. Poniżej zaprezentowano sposób sonikacji próbek.Sonicated samples of silver cation substituted zeolites were prepared as reference samples containing metallic silver nanoparticles dispersed in the zeolite matrix. These samples were necessary to compare the biocidal properties of silver and redoxed silver cations. The method of sonication of samples is presented below.

Procedura sonikacji w roztworachProcedure for sonication in solutions

Syntezę nanocząstek metalicznych jako próbek referencyjnych, prowadzono w wodnym roztworze AgNOs (0,1 M). Pierwszym etapem było sprawdzenie, czy w trakcie procesu powstają nanocząstki, jakiego są rozmiaru i na ile są stabilne. Do syntezy używano generatora ultradźwięków o mocy 20 000 kHz. W pierwszym etapie badano możliwość syntezy nanocząstek srebra w roztworze AgNOs bez dodatków. W kolejnych etapach zmieniano procedurę w ten sposób, że dodawano coraz większe ilości etanolu (max. 5 cm3) do roztworu. Ostatnim etapem było zastosowanie przedmuchu gazu obojętnego (argon) przez 60 minut przed włączeniem ultradźwięków, a także mieszaniny redukującej (H2/He5/95%voi) w trakcie procesu sonikacji.The synthesis of metallic nanoparticles as reference samples was carried out in an aqueous solution of AgNOs (0.1 M). The first step was to check whether nanoparticles are formed during the process, what size they are and how stable they are. An ultrasound generator with a power of 20,000 kHz was used for the synthesis. In the first stage, the possibility of synthesizing silver nanoparticles in AgNOs solution without additives was investigated. In subsequent steps, the procedure was changed in such a way that increasing amounts of ethanol (max. 5 cm 3 ) were added to the solution. The last step was to apply an inert gas (argon) blast for 60 minutes before turning on the ultrasound, as well as a reducing mixture (H2 / He5 / 95% voi) during the sonication process.

Procedura sonikacji w zawiesinie zeolituSonication procedure in zeolite suspension

Nanocząstki srebra syntezowano również w matrycy zeolitowej. W tym celu przygotowywano naważki 1,00 g zeolitu Y 100 i umieszczano w zlewce. Zeolit zalano 150 cm3 wody destylowanej i przepłukano argonem (czas 15 minut). Proces sonikacji prowadzono za pomocą generatora ultradźwięków (OSonica S-4000, głowica o średnicy 72”.Pchwiiowe = 90 W. Ecaik. = ok. 97000 J (po 30 min) przez okres zgodny z danymi w tabeli 18. Warunki sonikacji - średnia moc 90 W, temperatura roztworu - poniżej 60°C. W końcowej fazie stosowano przedmuch zawiesiny zeolitowej przez godzinę oraz w trakcie sonikacji mieszaniną redukującą.Silver nanoparticles were also synthesized in a zeolite matrix. For this purpose, weights of 1.00 g of zeolite Y 100 were prepared and placed in a beaker. The zeolite was flooded with 150 cm 3 of distilled water and purged with argon (time 15 minutes). The sonication process was carried out using an ultrasound generator (OSonica S-4000, head with a diameter of 7 2 ". Chest = 90 W. Ecaik. = Approx. 97,000 J (30 minutes each) for a period consistent with the data in Table 18. Sonication conditions - average power of 90 W, the temperature of the solution - below 60 ° C. In the final phase, blowing the zeolite suspension was used for an hour and, during sonication, with the reducing mixture.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Tabela 7. Czas sonikacji próbek zeolitu.Table 7. Sonication time of zeolite samples.

Lp No. Oznaczenie* Mark* Czas sonikacji (min] Sonication time (min] I AND z with 0 0 2 2 Z_son_i0 Z_son_i0 10 10 3 3 Z_son_20 Z_son_20 20 twenty 4 4 Z_son_30 Z_son_30 30 thirty

Wpływ sonikacji na strukturę zeolitówThe influence of sonication on the structure of zeolites

Badania wpływu sonikacji na dyspersję zeolitu wykonano za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM, Park Systems, model ΧΕ100). Z obrazów przedstawionych na rys 2, wynika, że wraz ze wzrastającym czasem sonikacji zmienia się rozdrobnienie próbek. W przypadku sonikowanej próbki przez 30 minut można zauważyć drastyczny spadek uziamienia. Szacując rozmiar ziaren można zauważyć, że dla próbki niesonikowanej ziarna mają średnią wielkość około 3 pm, a dla próbki Z_son_10 wielkości są odpowiednio ok. 10-krotnie mniejsze. Dla próbki sonikowanej najdłużej Z_son_30 obserwowany jest powtórny ich wzrost, chociaż analizy kształtu krawędzi wskazują, że większe ziarna składają się z połączenia tych drobnych. W przypadku dłuższego czasu sonikowania. otrzymane próbki ciężko było przesączyć, gdyż nie osadzały się na sączku i przedostawały się do przesączu (stąd konieczne było odwirowanie tych próbek). Ma to znaczący wpływ na sposób postępowania z materiałem - trudności w zatrzymaniu materiału aktywnego w matrycy celulozowej. Niemniej, ze względu na brak zmian w charakterze materiału wybrano czas sonikacji równy 30 minut, rozważając zmianę procedury odsączania materiału, dla tej konkretnej próbki.The study of the effect of sonication on zeolite dispersion was performed using atomic force microscopy (AFM, Park Systems, model ΧΕ100). The images presented in Fig. 2 show that the fragmentation of the samples changes with increasing sonication time. In the case of a sonicated sample for 30 minutes, a drastic drop in graining can be noticed. When estimating the size of the grains, it can be seen that for the sample of unssonicated grains they have an average size of approx. 3 µm, and for the sample Z_son_10, the sizes are respectively approx. 10 times smaller. For the longest sonicated sample Z_son_30, their repeated growth is observed, although the edge shape analyzes indicate that larger grains consist of a combination of fine grains. When the sonication time is longer. the obtained samples were difficult to filter as they did not settle on the filter and got to the filtrate (hence it was necessary to centrifuge these samples). This has a significant impact on the handling of the material - difficulties in retaining the active material in the cellulose matrix. However, due to the lack of change in the nature of the material, a sonication time of 30 minutes was chosen, considering changing the material drainage procedure for this particular sample.

Badania wpływu sonikacji na strukturę zeolitu za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) wykonano dla wyjściowych (niewymienionych) próbek zeolitu Y poddanego sonikacji (tabela 7). Na dyfraktogramach (rys. 3) nie stwierdzono różnic. Na dyfraktogramach można zidentyfikować charakterystyczne refleksy związane ze strukturą zeolitu typu Y m.in. 7,42,10,05,11,93, 20,40, 37,73. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że traktowanie próbek zeolitów ultradźwiękami nie wpływa na ich skład fazowy.Investigations of the sonication effect on the zeolite structure by means of X-ray diffraction (XRD) were performed for the original (not listed) Y zeolite samples subjected to sonication (Table 7). No differences were found in the diffraction patterns (Fig. 3). Characteristic reflections related to the structure of the Y-type zeolite can be identified on the diffractograms, e.g. 7.42.10.05.11.93, 20.40, 37.73. Based on the conducted research, it can be concluded that the treatment of zeolite samples with ultrasound does not affect their phase composition.

Postać i ilość srebra w zeolicieThe form and amount of silver in zeolite

Celem tej części badań było określenie składu zeolitu i formy występującego w nim srebra. Badania umożliwiły również określenie pojemności sorpcyjnej zeolitu dla cząsteczki CO. Do badań wykorzystano technikę in situ spektroskopii w podczerwieni (in situ FTIR) z wykorzystaniem cząsteczki sondy dla kationów Ag* (pasmo od drgań CO zaadsorbowanego na Ag' występuje przy 2170 cm1). Pomiary wykonano dwoma sposobami:The aim of this part of the research was to determine the composition of zeolite and the form of silver present in it. The research also made it possible to determine the sorption capacity of zeolite for a CO molecule. The technique of in situ infrared spectroscopy (in situ FTIR) with the use of the probe molecule for Ag * cations was used for the research (the band of CO vibrations adsorbed on Ag 'occurs at 2170 cm 1 ). The measurements were made in two ways:

Sorpcja tlenku węgla(ll) w temperaturze pokojowej była wykonana celem określenia stosunku ilościowego pomiędzy atomami srebra na pierwszym i zerowym stopniu utlenienia. Wyniki przedstawiono na Rysunku 4. Analizy pokazują, że zarówno sonikacja, jak również przemywanie podczas preparatyki materiałów wodnym roztworem Na2EDTA wpływa znacząco na ten stosunek (obniżenie zawartości Ag'). Przemywanie roztworem EDTA miało na celu wymycie pozasieciowych (niewymienionych z zeolitem) jonów srebra, co ma odzwierciedlenie w mniejszej ilości zaadsorbowanego CO względem próbki odniesienia (porównaj ZAg' i ZAg'_EDTA). Zgodnie z przeprowadzoną wymianą jonową (rys. 1.) czas wymiany jonowej gwarantuje połowiczną wymianę jonów sodu jonami srebra. Wyznaczony czas wymiany oraz rodzaj zeolitu (tutaj Si/AI = 2,5) determinują zatem całkowitą liczbę jonów srebra przypadającą na komórkę elementarną zeolitu równą 27. Przeprowadzona analiza pokazuje, że w przypadku zeolitu wymienionego kationami srebra, liczba ta przypadająca na komórkę jest prawie 2 razy mniejsza i wynosi 15,5 jonów/komórkę. Część jonów srebra jest zatem zredukowana (bądź znajdować się w miejscach niedostępnych dla tlenku węgla(ll)).Sorption of carbon monoxide (II) at room temperature was done to determine the quantitative ratio between the silver atoms in the first and zero oxidation states. The results are shown in Figure 4. The analyzes show that both sonication and washing during the preparation of materials with an aqueous solution of Na2EDTA significantly affect this ratio (reduction of Ag 'content). Washing with EDTA solution was intended to wash out the extra-network (not exchanged with zeolite) silver ions, which is reflected in the lower amount of adsorbed CO relative to the reference sample (compare ZAg 'and ZAg'_EDTA). According to the performed ion exchange (Fig. 1), the time of ion exchange guarantees a half exchange of sodium ions with silver ions. The determined exchange time and the type of zeolite (here Si / AI = 2.5) thus determine the total number of silver ions per zeolite unit cell equal to 27. The analysis carried out shows that in the case of zeolite replaced with silver cations, this number per cell is almost 2 times smaller and amounts to 15.5 ions / cell. Part of the silver ions is thus reduced (or located in places inaccessible to carbon monoxide (II)).

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Aktywacja próbek zeolitu za pomocą kondycjonowania w próżni przeprowadzona została w dwóch temperaturach - pokojowej i w 80°C i 450°C. Pomiary w temperaturze 80°C były wykonane w celu sprawdzenia czy możliwe jest usunięcie wody z zeolitu przez jej odparowanie, przy jednoczesnym zachowaniu intensywności pasma pochodzącego od sorbującego się tlenku węgla(ll), co umożliwia analizę próbek. Dla zeolitu typu Y pasmo to przypada na 2175 cm'1 i jest przypisywane ugrupowaniu monokarbonylowemu Ag+(CO). Jak pokazano na rysunku 4, (w części b) tylko w przypadku próbek aktywowanych próżniowo w temperaturze pokojowej uzyskano wystarczającą intensywność pasma. Dla aktywacji temperaturowej pasmo to praktycznie zanika zarówno dla temperatury 80°C, jak i 450°C. Dlatego jako marker zawartości srebra(l) w zeolitach wybrano pasmo zarejestrowane po aktywacji próżnią w temperaturze pokojowej przy 2175 cm'1. Zastosowanie próżni umożliwiło desorpcję wody z zeolitu ze strefy koordynacyjnej srebra, co umożliwia ilościową interpretację wyników sorpcji CO na centrach Ag+, nie wprowadzając przy tym błędów oznaczenia.Activation of zeolite samples by means of vacuum conditioning was carried out at two temperatures - room temperature and at 80 ° C and 450 ° C. Measurements at the temperature of 80 ° C were made in order to check whether it is possible to remove water from the zeolite by evaporation, while maintaining the intensity of the band originating from sorbing carbon monoxide (II), which enables the analysis of the samples. For the Y-type zeolite, this band is 2175 cm -1 and is attributed to the Ag + (CO) monocarbonyl moiety. As shown in Figure 4, (in part b), only the samples activated by vacuum at room temperature had a sufficient band intensity. For temperature activation, this band practically disappears at both 80 ° C and 450 ° C. Therefore, the band recorded after activation with vacuum at room temperature at 2175 cm -1 was chosen as a marker for the silver (I) content in zeolites. The use of vacuum enabled the desorption of water from the zeolite from the silver coordination zone, which enables the quantitative interpretation of the results of CO sorption on Ag + centers, without introducing errors in the determination.

Wyniki uzyskane po aktywacji próbek zeolitów wymienionych srebrem w temperaturze pokojowej pokazują, że istnieje duża możliwość występowania srebra(l) w pryzmach heksagonalnych, ze względu na mniejszą niż w zeolitach niepodmienionych ilość grup -OH. Aktywacja w podwyższonej temperaturze (80°C) pozwala na stwierdzenie, że w zeolicie występuje migracja i redukcja srebra, co z kolei związane jest z pojawieniem się grup -OH, które muszą teraz bilansować ujemny ładunek sieci, czego nie mogą robić metaliczne ugrupowania srebra.The results obtained after the activation of zeolites exchanged with silver at room temperature show that there is a high possibility of silver (l) presence in hexagonal heaps, due to the smaller number of -OH groups than in unchanged zeolites. Activation at elevated temperature (80 ° C) shows that there is migration and reduction of silver in the zeolite, which in turn is associated with the appearance of -OH groups, which must now balance the negative charge of the lattice, which cannot be done by metallic silver groups.

Stopień redukcji srebra jest większy dla próbki sonikowanej krócej. W przypadku próbki sonikowanej przez 30 min i dodatkowo wypłukanej EDTA (ZAg+_son_30_EDTA) obserwowane jest wypłukiwanie kationów srebra o efekcie porównywalnym do niesonikowanej próbki (ZAg+_EDTA).The degree of silver reduction is greater for the shorter sonicated sample. In the case of the sample sonicated for 30 min and additionally rinsed with EDTA (ZAg + _son_30_EDTA), washing out of silver cations with an effect comparable to that of the unssonicated sample (ZAg + _EDTA) is observed.

Tabela 8. Liczba jonów srebra przypadających na komórkę elementarną w zeolicie.Table 8. Number of silver ions per unit cell in zeolite.

Próbka A sample Liczba at. Ag+7kom. el. Number of at. Ag + 7com. el. Ułamek Ag’ w próbce Ag 'fraction in the sample Stosunek at. Ag7Ag Ratio at. Ag7Ag ZAg+ ZAg + 15.5 15.5 1 1 1:0 1: 0 ZAg+_EDTA ZAg + _EDTA 6.4 6.4 1 1 1:0 1: 0 ZAg0_son. 10 ZAg0_son. 10 8.5 8.5 0,6 0.6 3:2 3: 2 Z Ag0_son_ 10 EDTA With Ag0_son_ 10 EDTA 3.0 3.0 0,5 0.5 1:1 1: 1 ZAgO_son_ 30 ZAgO_son_ thirty 14.0 14.0 0,9 0.9 9.Ί 9.Ί ZAg0_son_30 EDTA ZAg0_son_30 EDTA 5.0 5.0 0,8 0.8 4:1 4: 1

Przedstawione wyniki badań są komplementarne z badaniami XPS oraz XRF. Przemywanie za pomocą roztworu EDTA powoduje zmniejszenie ilości jonów srebra (ok. 3-krotnie). Z kolei, proces sonikacji prowadzi do redukcji jonów srebra (powstanie grup -OH), jednak tylko po zastosowanym krótkim czasie (10 min). Dłuższe sonikowanie powoduje wtórne utlenienie srebra.The presented test results are complementary to the XPS and XRF tests. Washing with EDTA solution reduces the amount of silver ions (approx. 3 times). In turn, the sonication process leads to the reduction of silver ions (formation of -OH groups), but only after a short time (10 min). Longer sonication causes silver re-oxidation.

Z wyników podanych w tabeli 8 można również wyliczyć stopień zredukowania srebra w danej próbce (serii przemywanej lub nieprzemywanej). Zakłada się przy tym, że maksymalna ilość kationów srebra dla serii nieprzemywanej znajduje się w próbce ZAg+, a w serii przemywanej EDTA puw ZAg+_EDTA. Zatem dla próbek odniesienia ułamek ilości kationów srebra w próbce wynosi 1. Zauważmy, że poprzez dobór czasu sonikacji oraz zastosowanie procedury wymywania można dobierać stosunek Ag+:AgO w otrzymanym materiale. Z punktu widzenia działania materiału, jako katalizatora, jako optymalny materiał wybrano próbkę ZAg0_son_10 EDTA o zrównoważonej ilości utlenionego i zredukowanego srebra, co jest istotne z punktu widzenia aktywności katalitycznej. W dalszej części opracowania nazywana będzie ona w skrócie ZAgO_EDTA.From the results given in Table 8, the degree of silver reduction in a given sample (washed or unwashed series) can also be calculated. It is assumed that the maximum amount of silver cations for the unwashed series is found in the ZAg + sample, and in the EDTA washed series, puw ZAg + _EDTA. Thus, for the reference samples, the fraction of the amount of silver cations in the sample is 1. Note that by selecting the sonication time and applying the elution procedure, the Ag + : AgO ratio in the obtained material can be selected. From the point of view of the material's operation as a catalyst, the ZAg0_son_10 EDTA sample with a balanced amount of oxidized and reduced silver was selected as the optimal material, which is important from the point of view of catalytic activity. In the further part of the study, it will be abbreviated as ZAgO_EDTA.

Przykład 2. Opracowanie metody formowania arkuszy papierowych wypełnianych zeolitem Próbki arkuszy papierowych zostały przygotowane przez dezintegrację 4,00 g bibuły filtracyjnej Whatman w 400 cm3 wody destylowanej za pomocą homogenizatora (IKA T18 Ultra-Turrax). W zależnościExample 2 Development of a method of forming paper sheets filled in the zeolite paper sheet samples were prepared by the disintegration of 4.00 g of Whatman filter paper in 400 cm 3 of distilled water with a homogenizer (IKA Ultra-Turrax T18). According

PL 229 348 Β1 od rodzaju przygotowanej próbki, do tak sporządzonej masy papierowej dodawano odpowiednio przygotowany materiał aktywny w postaci zeolitów (9abela 9).PL 229 348 Β1, depending on the type of sample prepared, an appropriately prepared active material in the form of zeolites was added to the prepared paper mass (9 Table 9).

Tabela 9. Sposób preparatyki modelowych próbek materiału opakowaniowegoTable 9. Preparation method of model packaging material samples

Oznaczenie* Mark* Materiał aktywny Active material Sposób przygotowania materiału aktywnego dodatek do masy papierniczej The method of preparing the active material additive to the paper pulp P P. brak lack nie dotyczy not applicable PAg+ PAg + Ag' Ag ' 0.51 g azotanu( V) srebra, co odpowiada 0.003 mol Ag w objętości materiału 0.51 g of silver nitrate (V), corresponding to 0.003 mol Ag in the volume of the material PZO PZO Y Y l .77 g zeolitu Y w masie papierniczej l .77 g of zeolite Y in the furnish PAgO PAgO Ag° Ag ° 0.51 gazotanu(V) srebra, w zawiesinie wraz z masa papiernicza sonikowanego przez 10 min ' (A=100%) 0.51 silver nitrate (V), in suspension with the pulp sonicated for 10 minutes (A = 100%) PZAg+ PZAg + AgY AgY 1.77 g zeolitu Y wymienionego Ag'. 1.77 g of zeolite Y replaced by Ag '. PZAgO BEYOND AgY i Ag’ AgY and Ag ’ 1.77 g zeolitu Y wymienionego Ag' sonikowanego przez 10 minut (A~ 100%) 1.77 g of zeolite Y replaced Ag 'sonicated for 10 minutes (A ~ 100%) PZAg+_EDTA PZAg + _EDTA zeolit Y wymieniony jonami srebra przemyty EDTA Y zeolite exchanged with silver ions washed with EDTA 1.77 g zeolitu Y wymienionego Ag* przemytego 300 cm’ 0,1 M roztworu EDTA oraz 150 cm5 wody destylowanej1.77 g of zeolite Y exchanged Ag * washed with 300 cm '0.1 M EDTA solution and 150 cm 5 of distilled water PZAgO_EDTA PZAgO_EDTA zeolit Y wymieniony jonami srebra, przemyty EDTA i poddany sonikacji Y zeolite exchanged with silver ions, washed with EDTA and sonicated 1.77 g zeolitu Y wymienionego Ag’ przemytego 300 cnf OJ M roztworu EDTA oraz 150 cm3 wody destylowanej i sonikowanego przez 10 minut (A-100%)1.77 g of zeolite Y replaced Ag 'washed with 300 cnf OJ M EDTA solution and 150 cm 3 of distilled water and sonicated for 10 minutes (A-100%)

Przygotowano masę papierniczą zgodnie z opisem przedstawionym w tabeli 8 uformowano w arkusze papierowe za pomocą lejka Biichnera lub stolika podciśnieniowego. Jako element podtrzymujący odsączaną masę papierniczą wykorzystana została hydrofobowa tkanina. Suszenie arkuszy odbywało się na szybie w atmosferze pokojowej. Z wysuszonych arkuszy papierowych zostały wycięte próbki w postaci krążków o średnicy 6 mm. Próbki zostały zabezpieczone przez umieszczenie w kopertach papierowych. Dezynfekcja próbek nastąpiła na etapie badań mikrobiologicznych.The furnish was prepared as described in Table 8 and formed into sheets of paper using a Biichner funnel or a vacuum table. A hydrophobic fabric was used as a supporting element for the drained paper pulp. The sheets were dried on the glass in a room atmosphere. The samples were cut from the dried paper sheets in the form of disks 6 mm in diameter. The samples were secured by placing them in paper envelopes. The samples were disinfected at the stage of microbiological tests.

Poza prowadzeniem wymiany jonowej srebra zeolitów wybranych jako materiał aktywny dodawany do arkuszy papierowych, niezbędne było wypracowanie odpowiednich procedur przygotowania arkuszy wypełnionych zeolitem.In addition to ion exchanging silver with zeolites selected as the active material added to paper sheets, it was necessary to develop appropriate procedures for the preparation of zeolite-filled sheets.

Procedura pierwotnaPrimary procedure

W procedurze pierwotnej wytwarzania arkuszy w środowisku wodnym materiał aktywny (tutaj zeolit Y) był mieszany z masą papierową rozproszoną w wodzie dejonizowanej. Na początku optymalizacji procedury do formowania krążków papierowych używano lejka Buchnera. Takie postępowanie powodowało, że masa papierową (przypomnijmy, o objętości 400 cm3) musiała być odsączona na obszarze o średnicy ok. 25 mm. Konieczne było zatem powolne przelewanie masy papierniczej przez zaadoptowaną do tego celu tuleję. Po wysuszeniu krążki różniły się w wyglądzie w zależności od strony krążka (spód lub wierzch na tkaninie filtracyjnej). Ze względu na te różnice, krążki zbadano w kierunku określenia homogeniczności rozłożenia materiału aktywnego w objętości arkusza. Krążki papierowe zbadano za pomocą spektroskopii XRF, każdą ze stron, na zawartość srebra. Wyniki dla wszystkich poddanych arkuszy pokazały, że istnieją znaczne różnice w ilości (do 10%) srebra w zależności od stronyIn the primary aqueous sheet manufacturing procedure, the active material (here zeolite Y) was mixed with the furnish dispersed in deionized water. A Buchner funnel was used at the beginning of the optimization of the procedure to form the paper discs. Such a procedure meant that the paper mass (let us recall, with a volume of 400 cm 3 ) had to be drained over an area with a diameter of approx. 25 mm. Therefore, it was necessary to slowly pour the paper pulp through the sleeve adapted for this purpose. After drying, the disks differed in appearance depending on the side of the disk (bottom or top on the filter cloth). Due to these differences, the discs were tested to determine the homogeneity of the distribution of the active material in the sheet volume. The paper discs were examined by XRF spectroscopy on each side for silver content. The results for all sheets tested showed that there are significant differences in the amount (up to 10%) of silver depending on the side

PL 229 348 Β1 próbki. Taka różnica mogłaby wpłynąć na analizę aktywności mikrobiologicznej, ponieważ wyniki zależałyby od sposobu ułożenia krążków papierowych na pożywce. Zaobserwowane różnice w dystrybucji materiału zeolitowego wynikały zapewne z rozdzielenia komponentów materiału w wyniku sączenia. Zauważmy dodatkowo, w przypadku grubych próbek papieru rzędu 3 mm zaczyna mieć znaczenie tzw. współczynnik tłumienia promieniowania X wchodzącego do próbki (ang. mass attenuated coefficient) związany z osłabieniem sygnału XRF. W takim przypadku analizowana jest tylko pewna warstwa materiału, do której dociera promieniowanie X. Biorąc pod uwagę fakt, że podczas sączenia i formowania arkuszy papieru dochodzi do segregacji srebra (zeolit sedymentuje szybciej niż masa papierowa), można w ten sposób zmierzyć zawartość srebra jedynie w warstwie papieru w nie wzbogaconej, a nie w całej próbce i odwrotnie. Należało zatem zmienić sposób wytwarzania arkuszy papierowych w ten sposób, by zagwarantować równomierne rozłożenie materiału aktywnego.PL 229 348 Β1 sample. Such a difference could influence the analysis of microbial activity as the results would depend on how the paper disks are arranged on the medium. The observed differences in the distribution of the zeolite material probably resulted from the separation of material components as a result of filtration. Additionally, note that in the case of thick paper samples of 3 mm, the so-called the mass attenuated coefficient (mass attenuated coefficient) associated with the attenuation of the XRF signal. In such a case, only a certain layer of the material reached by X-rays is analyzed. Taking into account the fact that during filtering and forming of the paper sheets, silver segregation takes place (zeolite sedimentates faster than the pulp), the silver content can only be measured in this way in the paper layer in the unenriched and not in the entire sample and vice versa. It was therefore necessary to change the method of producing the paper sheets in such a way as to guarantee an even distribution of the active material.

Procedura zmodyfikowanaModified procedure

W procedurze zmodyfikowanej wykorzystano stolik podciśnieniowy, dzięki któremu możliwe było tworzenie arkuszy papierowych o rozmiarze ok. 15-20 cm. Na tak dużej powierzchni, przy jednakowej sile ssącej, czas sączenia skrócił się nieporównywalnie. Arkusze pozbywały się wody praktycznie w tym samym momencie, w którym masa papiernicza pojawiała się na tkaninie filtracyjnej. Arkusze, zdejmowano z tkaniny filtracyjnej i umieszczano na szybie (płaska powierzchnia) do wysuszenia. Z tak przygotowanych arkuszy pobierano próbki do badań (teraz o średnicy ok. 6 mm). W celu określenia, czy występują różnice w zawartości stężenia w zależności od strony arkuszy, wykonano analizę XRF, jak w poprzednim przypadku. Otrzymane wyniki pokazały, że nie ma różnicy w ilości srebra w zależności od strony arkuszy próbki (różnice poniżej odchylenia standardowego). Arkusze papierowe wykonane nową metodą były traktowane jako próbki modelowe w badaniach fizykochemicznych oraz wyznaczaniu aktywności sorpcyjnej, katalitycznej i mikrobiologicznej.In the modified procedure, a vacuum table was used, thanks to which it was possible to create paper sheets with a size of approx. 15-20 cm. On such a large surface, with the same suction force, the filtration time has become incomparably shorter. The sheets got rid of the water at practically the same time that the furnish appeared on the filter cloth. The sheets were removed from the filter cloth and placed on a glass (flat surface) to dry. Samples for testing (now about 6 mm in diameter) were taken from the prepared sheets. In order to determine whether there were differences in the concentration content depending on the side of the sheets, an XRF analysis was performed as in the previous case. The obtained results showed that there is no difference in the amount of silver depending on the side of the sample sheets (differences below the standard deviation). Paper sheets made with the new method were treated as model samples in physicochemical tests and determination of sorption, catalytic and microbiological activity.

Utrata materiału aktywnego podczas formowania arkuszyLoss of active material during sheet formation

Pomimo zoptymalizowania procedury wytwarzania arkuszy papierowych, tak by zachowana była jego jednorodność, konieczne było określenie stopnia utraty materiału aktywnego. Wynika to z tego, że wymieniony zeolit był umieszczany w środowisku wodnym, w którym mogło następować wymywanie srebra ze struktury zeolitu. Ponadto zaistniała obawa, że część zeolitu (zwłaszcza w przypadku próbek sonikowanych - por. wpływ sonikacji na strukturę zeolitu opisany w dalszej części pracy), mogła zostać wymyta podczas sączenia. Taka możliwość pojawiała się zwłaszcza w pierwszych momentach sączenia, kiedy to zeolit miał bezpośredni kontakt z bibułą filtracyjną i mógł przez nią przechodzić. W celu weryfikacji układ do formowania arkuszy wyposażono w płuczkę, w której zbierał się przesącz. Przesącz następnie poddawano analizie XRF w kierunku wykrycia jonów srebra. Uzyskane wyniki wskazują na to, że formowanie arkuszy wiązało się z utratą srebra. Analizę oparto o linię Ka dla srebra. Podkreślić należy jednak, że była to analiza półilościowa. Ze względu wielkość układu i problem z ilościowym pobraniem całego przesączu analiza ilościowa nie miała sensu. W związku z wykryciem srebra w przesączach i problemem z wykonaniem ilościowych pomiarów zawartości srebra, finalne arkusze papierowe były badane na zawartość srebra osobno. Procedura oznaczania była identyczna, jak w przypadku zeolitów. z tym że zamiast zeolitu roztwarzana była próbka papieru.Despite the optimization of the paper sheet manufacturing procedure to maintain its homogeneity, it was necessary to determine the degree of loss of active material. This is due to the fact that said zeolite was placed in an aqueous environment in which the leaching of silver from the zeolite structure could take place. Moreover, there was a concern that some of the zeolite (especially in the case of sonicated samples - cf. the effect of sonication on the zeolite structure described later in this paper) could be washed out during filtration. Such a possibility appeared especially in the first moments of filtration, when the zeolite was in direct contact with the filter paper and could pass through it. For verification, the sheet forming system was equipped with a scrubber to collect the permeate. The filtrate was then subjected to XRF analysis for the detection of silver ions. The results obtained indicate that silver was lost in the forming of the sheets. The analysis was based on the Ka line for silver. It should be emphasized, however, that it was a semi-quantitative analysis. Due to the size of the system and the problem with quantifying the entire filtrate, quantification did not make sense. Due to the detection of silver in the filtrates and the problem with quantitative measurements of the silver content, the final paper sheets were tested for silver content separately. The determination procedure was identical to that for zeolites. however, instead of zeolite, a paper sample was digested.

Wyznaczenie stężenia srebra w arkuszach papierowychDetermination of silver concentration in paper sheets

W trakcie optymalizacji zawartości srebra w finalnym materiale analiza ilościowa była zsynchronizowana z analizą mikrobiologiczną w celu określenia minimalnej ilości srebra w papierze dającej zadowalającą aktywność biobójczą. W tabeli 10 przedstawiono aktywność mikrobiologiczną w stosunku do testowanych organizmów modelowych.During the optimization of the silver content in the final material, the quantitative analysis was synchronized with the microbiological analysis in order to determine the minimum amount of silver in the paper giving a satisfactory biocidal activity. Table 10 shows the microbial activity against the tested model organisms.

Tabela 10. Aktywność mikrobiologiczna materiałów papierowych o różnej zawartości srebra dla wybranych organizmów testowych.Table 10. Microbiological activity of paper materials with different silver content for selected test organisms.

Zawartość srebra mg Ag/ g papieru Silver content mg Ag / g paper Bakterie Bacteria Grzyby Mushrooms 87 87 -r -r T T. 7! 7! 4- 4- -t -t 4ft 4ft r r -F -F JO JO I AND + + +/- +/-

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Zawartość srebra była oznaczona wg następującej procedury:The silver content was determined according to the following procedure:

Odważono 0,02 g papieru, zalano ok. 7,5 ml 65% kwasu azotowego(V) i doprowadzono do wrzenia. Zawiesinę utrzymywano w temperaturze wrzenia przez 15 minut przy jednoczesnym mieszaniu. Zawiesinę przeniesiono ilościowo do probówki i odwirowano z prędkością 4000 obr./min. Roztwór znad osadu przeniesiono ilościowo do kolbki miarowej o pojemności 25 ml. Osad w probówce zalano wodą destylowaną, wymieszano do uzyskania zawiesiny, po czym ponownie odwirowano. Procedurę powtarzano czterokrotnie. Roztwór w kolbce (po zakończeniu procedury) dopełniono do kreski. Roztwory te stanowiły podstawę oznaczenia srebra za pomocą XRF.0.02 g of paper is weighed, about 7.5 ml of 65% nitric acid (V) are poured in and brought to the boil. The slurry was held at reflux for 15 minutes while stirring. The suspension was quantitatively transferred to a tube and centrifuged at 4000 rpm. The supernatant solution was quantitatively transferred to a 25 ml volumetric flask. The sediment in the test tube was covered with distilled water, mixed to obtain a suspension, and then centrifuged again. The procedure was repeated four times. The solution in the flask (after the end of the procedure) was made up to the mark. These solutions were the basis for the determination of silver by means of XRF.

Stężenie srebra w przygotowanych próbkach zostało wyznaczone metodą XRF z krzywej kalibracyjnej. Wyniki zostały przedstawione na rys. 5. a skład procentowy zaprezentowano w tabeli 10.The concentration of silver in the prepared samples was determined by the XRF method from the calibration curve. The results are presented in Fig. 5 and the percentage composition is presented in Table 10.

Tabela 10. Zawartość procentowa srebra w finalnym materiale i w próbkach referencyjnychTable 10. Percentage of silver in the final material and in the reference samples

Zawartość Zawartość % srebra Próbka mg Ag /g w papieru papierze Content % Silver content Sample mg Ag / g in paper paper PAg+ PAg + 2.69 2.69 0,3 0.3 PZAg+ PZAg + 14.9 14.9 1.5 1.5 PZAg+EDTA PZAg + EDTA 10,9 10.9 1,1 1.1 PZAgO PZAgO_EDTA BEFORE_EDTA 31,1 31.1 3,1 3.1 5.9 5.9 0.6 0.6

W materiale finalnym poddanym sonikacji i następnie płukaniu za pomocą EDTA w oparciu o wypracowaną procedurę zawartość srebra jest poniżej 1 % wag. i wynosi 0,6% wag.In the final material subjected to sonication and then rinsing with EDTA, based on the developed procedure, the silver content is below 1% by weight. % and is 0.6 wt.%.

Przykład 3. Właściwości otrzymanego materiału papierowegoExample 3. Properties of the obtained paper material

Trwałość otrzymanego materiału papierowegoDurability of the obtained paper material

Kwasowość papieruThe acidity of the paper

Jednym z parametrów określających trwałość papieru jest jego kwasowość określana poprzez pomiary pH. Pomiary pH próbek papierowych wykonano za pomocą płaskiej elektrody (Flatrode Hamilton, 809 Titrando - Metrohm). Z przygotowanych arkuszy papierowych wycięto próbki, na których umieszczano kroplę wody. Następnie płaską elektrodę przykładano do próbki i mierzono pH aż do osiągnięcia stabilizacji (nie mniej jednak niż 120 s). Zmierzone wartości pH zostały przedstawione na rysunku 5.One of the parameters determining the durability of the paper is its acidity determined by pH measurements. The pH measurements of the paper samples were made with a flat electrode (Flatrode Hamilton, 809 Titrando - Metrohm). Samples and a drop of water were cut from the prepared paper sheets. Then the flat electrode was placed on the sample and the pH was measured until stabilization was achieved (not less than 120 s). The measured pH values are shown in Figure 5.

Innym parametrem określającym trwałość papieru może być jego stopień po testach starzeniowych. Kondycjonowanie próbek zostało przeprowadzone według normy ASTM D685 w 23°C i RH = 50%. Do testów starzeniowych zastosowano procedurę opisaną w normie ASTM D6819-02(2007). Starzenie przeprowadzono w komorze klimatycznej, w 90 °C i przy wilgotności względnej 59%. Czas starzenia próbek wynosił 12 dni. Starzono zarówno papier wykonany z czystej celulozy, jak i papier z zeolitem.Another parameter determining the durability of the paper may be its grade after aging tests. The conditioning of the samples was performed according to ASTM D685 at 23 ° C and RH = 50%. The procedure described in ASTM D6819-02 (2007) was used for the aging tests. Aging was carried out in a climate chamber at 90 ° C and 59% relative humidity. The samples were aged for 12 days. Both pure cellulose and zeolite papers have been aged.

Stopień polimeryzacji celulozyThe degree of cellulose polymerization

Wyznaczono stopień polimeryzacji średni wagowo (DPw) celulozy w formie trifenylokarbaminianu celulozy (CTC). Analizę rozkładów mas cząsteczkowych przeprowadzono w tetrahydrofuranie, z podwójną detekcją: wielokątowego rozpraszania światła (MALLS, Waters) i refraktometryczną (Rl). Oba detektory pracowały przy długości fali światła 658 nm. W pomiarach używano wartości specyficznego inkrementu współczynnika załamania światła równej 0,162 cm3/g, wyznaczonej eksperymentalnie na zestawie chromatograficznym, na którym były wykonywane późniejsze pomiary rozkładów mas cząsteczkowych materiału.The degree of weight average polymerization (DPw) of cellulose in the form of cellulose triphenyl carbamate (CTC) was determined. Molecular weight distribution analysis was performed in tetrahydrofuran, with dual detection: multi-angle light scattering (MALLS, Waters) and refractometric (R1) detection. Both detectors operated at a wavelength of 658 nm. The measurements used the value of a specific refractive index increment equal to 0.162 cm 3 / g, determined experimentally on the chromatographic set, on which subsequent measurements of the molecular weight distributions of the material were performed.

Materiał celulozowy z zeolitem poddawano standardowej procedurze przygotowania próbki, zeolit był oddzielany od roztworu CTC poprzez filtrację roztworu przez teflonowy filtr strzykawkowy o średnicy porów 0,45 pm. P rzef i Itrowa ny roztwór poddawano dalszej analizie SEC.The cellulose material with the zeolite was subjected to the standard sample preparation procedure, the zeolite was separated from the CTC solution by filtering the solution through a 0.45 µm teflon syringe filter. The filtrate solution was subjected to further SEC analysis.

Papier z jonami/nanocząstkami srebra oraz jonami/nanocząstkami srebra i zeolitem przed derywatyzacją przepłukiwano w celu usunięcia jonów/nanocząstek srebra, by uniknąć kontaminacji kolumnyPaper with silver ions / nanoparticles as well as silver ions / nanoparticles and zeolite before derivatization was rinsed to remove silver ions / nanoparticles to avoid contamination of the column

PL 229 348 Β1 chromatograficznej. Próbki papieru zawierające Ago, Ag+ i zeolit rozwłókniano w zlewce w 50 cm3 wody (proces wspomagano łaźnią ultradźwiękową).PL 229 348 Β1 chromatography. Paper samples containing Ago, Ag + and zeolite were defibrated in a beaker with 50 cm 3 of water (the process was assisted by an ultrasonic bath).

Tabela 11. Wagowe stopnie polimeryzacji DPw modelowych próbek papierowych (SD - odchylenie standardowe), starzenie -12 dni.Table 11. DPw weight degrees of polymerization of model paper samples (SD - standard deviation), aging -12 days.

Oznaczenie Mark Rodzaj materiału Type of material DPw DPw SD SD P P. Celuloza niestarzona Unaged cellulose 1228 1228 8 8 PS 12 PS 12 Celuloza starzona 12 dni Aged cellulose for 12 days 918 918 95 95 PZO PZO Celuloza z zeolitem - niestarzona Cellulose with zeolite - unaged 1238 1238 82 82 PZO S12 PZO S12 Celuloza z zeolitem Y - starzona Y-zeolite cellulose - aged 1285 1285 44 44 PAg+ PAg + Celuloza z jonami srebra - niestarzona Cellulose with silver ions - unaged 1288 1288 7 7 PAg- Si 2 PAg- Si 2 Celuloza z jonami srebra - starzona Cellulose with silver ions - aged 1 15 1 15 3 3 PZAg+ PZAg + Celuloza z zeolitem AgY- niestarzona AgY zeolite cellulose - unaged 1077 1077 38 38 PZAg+ S12 PZAg + S12 Celuloza z zeolitem AgY - starzona AgY zeolite cellulose - aged 423 423 14 14 PAgO PAgO Celuloza z Ag0 sonikowana 10 min - niestarzonaAg 0 cellulose sonicated 10 min - unaged 1357 1357 61 61 PAgO_SI2 PAgO_SI2 Celuloza z Ag° sonikowana 10 min - starzona Ag ° cellulose sonicated 10 min - aged 190 190 5 5 PZAg+ EDTA PZAg + EDTA Celuloza z AgY, przemywana EDTA -niestarzona AgY cellulose, washed with EDTA - unaged 1362 1362 A AND PZAg+_EDTA_Sl PZAg + _EDTA_Sl Celuloza z AgY. przemywana EDTA - starzona AgY cellulose. washed EDTA - aged 591 591 13 13

2 2 PZAgO BEYOND Celuloza z AgY i Ag° sonikowana 10 min -niestarzona AgY and Ag ° cellulose sonicated 10 min - unaged 1341 1341 17 17 PZAgO $12 ABOVE $ 12 Celuloza z. AgY i Ag° sonikowana 10 min - starzona Cellulose z. AgY and Ag ° sonicated 10 min - aged 287 287 6 6 PZAgOEDTA PASSED Celuloza z z AgY i Ag0 sonikowana 10 min . przemywana EÓTA - niestarzonaAgY and Ag 0 cellulose sonicated 10 min. washed EÓTA - unaged 1259 1259 28 28 PZAgO EDTA SI '2 BEYOND EDTA SI '2 Celuloza z AgY i Ag“ sonikowana 10 min . przemywana EDTA · starzona AgY and Ag cellulose sonicated 10 min. washed EDTA · aged 514 514 37 37

Stopień polimeryzacji średni wagowo został policzony na podstawie rozkładów mas cząsteczkowych badanych próbek uzyskanych metodą SEC z wykorzystaniem detektora wielokątowego rozpraszania światła (MALLS).The weight-average degree of polymerization was calculated on the basis of the molecular weight distributions of the tested samples obtained by the SEC method with the use of a multi-angle light scattering detector (MALLS).

Porównując próbki przed starzeniem względem DPw, można stwierdzić, że pomimo pewnego spadku stopnia polimeryzacji poprzez dodatek wypełniacza zawierającego jony srebra próbka PZAg+ EDTA wykazuje najmniejszy spadek polimeryzacji w stosunku do próbki niestarzonej znacznie mniejszy niż próbka sonikowana PZAgO. Dodatkowo dla próbki niestarzonej PZAg+_EDTA zaobserwowano nawet niewielki wzrost DPw w porównaniu z wyjściową próbką papieru.Comparing the samples before aging with DPw, it can be concluded that despite a certain decrease in the degree of polymerization by the addition of a filler containing silver ions, the PZAg + EDTA sample shows the smallest decrease in polymerization compared to the unaged sample, much smaller than the PZAgO sonicated sample. In addition, even a slight increase in DPw was observed for the unaged PZAg + _EDTA sample as compared to the original paper sample.

W celu poprawienia parametrów strukturalnych papieru procedurę opracowywania finalnego materiału wzbogacono o dodatkowy etap przemywania papieru wypełnianego zeolitem i sonikowanego (PZAgO) roztworem soli EDTA, w sposób opisany w poprzednich rozdziałach. W ten sposób powstały materiał papierowy (próbka PZAgO_EDTA) posiadał zbliżone właściwości strukturalne do materiału PZAg=_EDTA.In order to improve the structural parameters of the paper, the final material development procedure was enriched with an additional step of rinsing the zeolite-filled and sonicated (PZAgO) paper with EDTA salt solution, as described in the previous chapters. The resulting paper material (sample PZAgO_EDTA) had structural properties similar to the material PZAg = _EDTA.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Można zauważyć korelację wyników DPw i pH. Tylko w przypadku papieru wypełnionego zeolitem arkusz wykazywał odczyn bardziej zasadowy (PZO) niż próbka referencyjna (P). Można zatem wnioskować, że zwiększenie stopnia polimeryzacji próbek papieru wypełnianego zeolitem, sonikowanym, a następnie przemywanym EDTA związana jest ze zmniejszeniem kwasowości papieru.There is a correlation between DPw and pH results. Only in the case of zeolite-filled paper the sheet showed a more alkaline reaction (PZO) than the reference sample (P). It can therefore be concluded that the increase in the degree of polymerization of the paper samples filled with zeolite, sonicated and then washed with EDTA, is associated with a decrease in the acidity of the paper.

Właściwości mechaniczneMechanical properties

Jak pokazano na rysunku 8 dodatek zeolitu do papieru powoduje wzrost jego wytrzymałości na zerwanie - siła zerwania przy zerowym wpięciu jest większa dla próbki papieru z zeolitem sonikowanym i przemywanym EDTA niż dla papieru referencyjnego. Można także zauważyć, że przemywanie roztworem EDTA papieru wypełnionego zeolitem wymienionym srebrem zarówno przed jak i po sonikacji zasadniczo polepsza wytrzymałość mechaniczną papieru. Na podstawie otrzymanych wyników nie można jednak stanowczo wnioskować o tym, że dodanie materiału aktywnego do papieru ma wpływ na wytrzymałość materiałową (jeżeli chodzi o rozerwanie). Duży błąd pomiarowy widoczny na powyższym wykresie wynika z samej metody pomiarowej, nie zaś ze sposobu prowadzenia pomiarów.As shown in Figure 8, the addition of zeolite to the paper increases its tensile strength - the breaking strength at zero clipping is greater for the paper sample with sonicated and EDTA washed zeolite than for the reference paper. It can also be seen that washing the silver-exchanged zeolite-filled paper with EDTA solution both before and after sonication substantially improves the mechanical strength of the paper. However, on the basis of the obtained results, it cannot be clearly concluded that the addition of active material to the paper has an influence on the material strength (in terms of tearing). The large measurement error visible in the chart above results from the measurement method itself, and not from the measurement method.

Właściwości sorpcyjne i katalityczneSorption and catalytic properties

Część badań sorpcyjnych z wykorzystaniem tlenku węgla(ll) przedstawiona została w poprzednim rozdziale. W celu określenia zdolności sorpcyjnych i katalitycznych materiałów do badań wykorzystano aldehyd octowy, jako przedstawiciela lotnych związków organicznych, jednocześnie możliwego produktu degradacji rozmaitych produktów (żywność, papier) i ze względu na jego niepożądany wpływ na zdrowie człowieka. Do porównania użyto próbki sonikowanego zeolitu ZAgO_EDTA (próbka sonikowana przez 10 min) oraz zeolitu niesonikowanego ZAg'_E DTA.Part of the sorption studies with the use of carbon monoxide (II) was presented in the previous chapter. In order to determine the sorption and catalytic abilities of the research materials, acetaldehyde was used as a representative of volatile organic compounds, and at the same time a possible degradation product of various products (food, paper) and due to its undesirable impact on human health. For comparison, samples of sonicated ZAgO_EDTA zeolite (sonicated sample for 10 min) and non-sonicated ZAg'_E DTA zeolite were used.

Badania prowadzono w układzie przepływowym insituw komorze reakcyjnej (Harrick) wstawianej do przestawki DRIFT spektrometru w podczerwnie (Thermo Nicolet 6700). Przed testami próbki zeolitu umieszczone w reaktorze były wygrzewane w temperaturze 110°C w przepływie He w celu zdesorbowania części wody obecnej w zeolicie. Sorpcję aldehydu dozowanego z saturatora prowadzono w reaktorze w przepływie He 20 cm3/min przez 30 min w temperaturze 25°C. Po sorpcji, a przed włączeniem programu termicznego, próbka była omywana He w temperaturze 25°C. Analizy przemian formaldehydu zaadsorbowanego na powierzchni zeolitu prowadzono w różnych temperaturach w przepływie He.The tests were carried out in the insitu flow system in the reaction chamber (Harrick) inserted into the DRIFT pan of the infrared spectrometer (Thermo Nicolet 6700). Before the tests, the zeolite samples placed in the reactor were annealed at 110 ° C in He flow in order to desorb part of the water present in the zeolite. Sorption of aldehyde dosed from the saturator was carried out in the reactor in the flow He 20 cm 3 / min for 30 min at the temperature of 25 ° C. After sorption, and before switching on the thermal program, the sample was washed with He at 25 ° C. The analyzes of the transformations of formaldehyde adsorbed on the zeolite surface were carried out at different temperatures in the He flow.

Wyniki przedstawione na rysunku 9 A. pokazują, że modyfikowany zeolit ZAg0_EDTA wykazuje zdolność sorpcyjną. Aldehyd octowy zaadsorbował się na próbkach już w temperaturze pokojowej, o czym świadczą pojawiające się pasma po sorpcji: prócz pasm od drgań metylowych w zakresie 3000-2800 cm1, również drgania od grupy aldehydowej przy 1760 i 1728 cm'1 (nieobecne w przypadku próbki referencyjnej). Według tablic korelacyjnych pojawiające się pasma odpowiadają drganiom następujących ugrupowań:The results presented in Figure 9 A. show that the modified ZAg0_EDTA zeolite shows sorption capacity. Acetaldehyde adsorbed on the samples already at room temperature, as evidenced by the bands appearing after sorption: apart from the bands from methyl vibrations in the range of 3000-2800 cm 1 , also vibrations from the aldehyde group at 1760 and 1728 cm ' 1 (not present in the sample reference). According to the correlation tables, the appearing bands correspond to the vibrations of the following groups:

• 2987 cm1 -Vas CH;.2987 cm 1 -Vas CH;

• 2920 cm·1 -vs CH;, • 2870 Cm 1 — 2Vs fermi CH3, • 2752 cm'1 - 25s OH (od zaadsorbowanego CH3OH), lub nadton pochodzący od pozapłaszczyznowego drgania grupy CH • 1728, 1680 cm·1 -vC = O • 1411 cm·1 — 5as CH3 • 1350 cm1 - δε CH3 (δ CH)• 2920 cm · 1 -v s CH ;, • 2870 Cm 1 - 2Vs fermi CH3, • 2752 cm ' 1 - 25s OH (from adsorbed CH3OH), or overtone originating from extraplanar vibrations of the CH group • 1728, 1680 cm · 1 - vC = O • 1411 cm · 1 - 5as CH 3 • 1350 cm 1 - δε CH 3 (δ CH)

Dodatkowo w zakresie drgań od grup karbonylowych aldehydu występuje pasmo 1642 cm'1 od drgań zginających cząsteczek H2O związanych w zeolicie. Pasmo 1680 cm'1 jest charakterystyczne dla drgań rozciągających od grup karboksylowych. W zależności od lokalnego potencjału panującego wokół zaadsorbowanej cząsteczki pasma te mogą przesuwać się.Additionally, in the range of vibrations from the carbonyl groups of the aldehyde there is a band of 1642 cm -1 from the bending vibrations of H2O molecules bound in the zeolite. The 1680 cm -1 band is characteristic of stretching vibrations from carboxyl groups. These bands may shift depending on the local potential around the adsorbed molecule.

Z porównania widm dla prezentowanego materiału ZAg0_EDTA oraz materiału odniesienia ZAg+_EDTA wynikają różnice w zdolności sorpcyjnej i aktywności katalitycznej materiałów (rys. 9 A i B). Analizując ewolucję widm wraz ze wzrostem temperatury (rys. 9 a) można zauważyć, stopniowy spadek intensywności pasma od drgań grupy aldehydowej przy 1728 cm'1 wraz ze wzrostem temperatury dla obu próbek (rys 9 C i D). Ze wzrostem temperatury następuje nie tylko desorpcja aldehydu octowego z powierzchni próbki (fizysorbowana część w niskiej temperaturze) lecz również jego utlenianie początkowo do kwasu octowego, którego obecność wskazuje pasmo przy 1720 i 1680 cm1. Pasmo od grup karboksylowych pojawia się w temperaturze pokojowej dla próbki sonikowanej ZAg0_EDTA i rośnie ze wzrostem temperatury do 100°C po czym następuje spadek intensywności i desorpcja kwasu octowego. Zauważmy, że pasma od kwasu octowego dla próbki niesonikowanej ZAg'_EDTA w temperaturze pokojowej nie pojawiają się, a rozwijają się dopiero przy IOO°C, co jest istotną różnicą w zdolnościachThe comparison of the spectra for the presented material ZAg0_EDTA and the reference material ZAg + _EDTA shows differences in the sorption capacity and catalytic activity of the materials (Figs. 9 A and B). Analyzing the evolution of the spectra with the temperature increase (Fig. 9 a), a gradual decrease in the band intensity from the vibrations of the aldehyde group at 1728 cm -1 with the temperature increase for both samples (Fig. 9 C and D) can be noticed. With increasing temperature, not only acetaldehyde is desorbed from the surface of the sample (physically absorbed part at low temperature), but also oxidized initially to acetic acid, the presence of which indicates the band at 1720 and 1680 cm 1 . The carboxyl group band appears at room temperature for the sonicated ZAg0_EDTA sample and increases with the temperature increase to 100 ° C followed by a decrease in intensity and acetic acid desorption. Note that the acetic acid bands for the unssonicated ZAg'_EDTA sample do not appear at room temperature, and develop only at 100 ° C, which is a significant difference in

PL 229 348 Β1 utleniających obu materiałów. Zgodnie z tą obserwacją również przemiana aldehydu octowego ma mniej dynamiczny charakter dla tej próbki. Ponadto, biorąc pod uwagę fakt, że materiał bez dostępu tlenu (przepłukiwanie gazem obojętnym) wykazuje działanie utleniające wskazuje, że mechanizm reakcji jest typu Mars-van Krevelena, gdzie do utlenienia adsorbatu zużywany jest tlen sieciowy. W zadanym zakresie temperatur nie stwierdzono istotnych zmian w intensywności pasma pochodzącego od dwutlenku węgla, co świadczy o niecałkowitym utlenieniu aldehydu. Dodatkowo widma w temperaturach powyżej 200°C są takie same jak przed sorpcją acetaldehydu, z tą różnicą, że zanikło pasmo przy 1642 cm1, co jest związane z utratą wody z zeolitu.PL 229 348 Β1 oxidizing both materials. In line with this observation, the conversion of acetaldehyde is also less dynamic for this sample. Moreover, taking into account the fact that the material without oxygen access (rinsing with an inert gas) exhibits an oxidizing effect, it indicates that the reaction mechanism is of the Mars-van Krevelen type, where network oxygen is consumed to oxidize the adsorbate. In the given temperature range, no significant changes in the intensity of the band originating from carbon dioxide were found, which proves incomplete oxidation of the aldehyde. In addition, the spectra at temperatures above 200 ° C are the same as before acetaldehyde sorption, with the difference that the band at 1642 cm 1 disappeared due to the loss of water from the zeolite.

W analogicznym eksperymencie prowadzonym w powietrzu, jako gazie nośnym stosowanym zamiast helu w programie termicznym kwas octowy formuje się w zeolicie już w temperaturze pokojowej w dużej ilości, co jest zasadniczą różnicą w porównaniu z niesonikowaną próbką odniesienia, która zaczyna utleniać aldehyd octowy w znaczący sposób dopiero w 100°C (pewne ślady obserwowane są też w temperaturze pokojowej) (porównaj widma A i B na rys. 10). Dwutlenek węgla powstaje dla obu próbek w temperaturze około 250°C.In an analogous experiment carried out in air, acetic acid is formed in zeolite as a carrier gas instead of helium in the thermal program in large amounts already at room temperature, which is a major difference compared to the unssonicated reference sample, which begins to oxidize acetaldehyde in a significant way only at 100 ° C (some traces are also observed at room temperature) (compare spectra A and B in Fig. 10). Carbon dioxide is formed for both samples at about 250 ° C.

Ilościowe ujęcie obserwowanych zmian prezentuje rysunek 11 A i B, na którym jako X oznaczono stopień przemiany aldehydu octowego wyznaczony z intensywności pasma przy 1728 cm'1 (liczony podobnie jak konwersja, przy czym jako punkt odniesienia zastosowano wartość maksymalną - początkową intensywności), a Y jako stopień przemiany kwasu octowego wyliczony z intensywności pasma przy 1680 cm'1 (odniesiony do maksymalnej wartości). Z tego powodu, że aldehyd octowy w powietrzu utleniał się już w temperaturze pokojowej dla próbki sonikowanej, jako wartość maksymalną intensywności przyjęto wartość intensywności po sorpcji w 25°C bez dostępu powietrza. Tak przedstawiony stopień przemiany aldehydu octowego ujmuje zarówno jego przereagowanie, jak i desorpcję z powierzchni zeolitu. Ilościowe porównanie próbki sonikowanego zeolitu ZAgO_EDTA i zeolitu niesonikowanego wskazuje na znacznie większą aktywność sonikowanej formy w znacznie niższych temperaturach. Tworzenie kwasu octowego w powietrzu zaobserwowano już w temperaturze pokojowej w ilości 80% w stosunku do wartości maksymalnej. Zauważmy również, że maksima wydajności do kwasu octowego powtarzają się w tych samych temperaturach dla danej próbki bez względu na warunki eksperymentu.The quantification of the observed changes is presented in Fig. 11 A and B, where X is the degree of acetaldehyde conversion determined from the band intensity at 1728 cm -1 (calculated similarly to the conversion, with the maximum value - the initial intensity being used as the reference point), and Y as the acetic acid conversion calculated from the band intensity at 1680 cm -1 (related to the maximum value). Due to the fact that acetic aldehyde in the air was oxidized already at room temperature for the sonicated sample, the intensity value after sorption at 25 ° C in the absence of air was adopted as the maximum value of the intensity. The degree of acetaldehyde conversion presented in this way covers both its conversion and desorption from the zeolite surface. The quantitative comparison of the sonicated ZAgO_EDTA zeolite sample and the non-sonicated zeolite indicates that the sonicated form is much more active at much lower temperatures. The formation of acetic acid in the air was already observed at room temperature in the amount of 80% in relation to the maximum value. Note also that the acetic acid yield maxima are repeated at the same temperatures for a given sample regardless of the experimental conditions.

Aldehyd octowy adsorbuje się również a próbkach finalnego materiału papierowego (PZAgO_EDTA) przedstawionego na rysunku 11. Aldehyd octowy byt wiązany w materiale w temperaturze 25°C. Wniosek taki można wysnuć na podstawie charakterystycznych pasm (2920, 1728. 1640 cm1) pochodzących od acetaldehydu. W tym przypadku analiza zdolności katalitycznych materiału jest utrudniona ze względu na przesłanianie pasm pochodzących od acealdehydu i zeolitu przez pasma pochodzące od celulozy. Jednak nie ma powodu twierdzić, by były one inne.Acetaldehyde is also adsorbed in samples of the final paper material (PZAgO_EDTA) shown in Figure 11. The acetaldehyde was bound in the material at 25 ° C. Such a conclusion can be drawn on the basis of the characteristic bands (2920, 1728, 1640 cm 1 ) derived from acetaldehyde. In this case, the analysis of the catalytic capacity of the material is difficult due to the obscuring of the acealdehyde and zeolite bands by the cellulose bands. However, there is no reason to argue that they are different.

Określenie aktywności mikrobiologicznejDetermination of microbial activity

Badania wykonano slosując następujące organizmy testowe:The tests were performed by slicing the following test organisms:

Bakterie:Bacteria:

1. t. Escherichia coli1. t. Escherichia coli

2. Serratia marcescens2. Serratia marcescens

3. BacillussubiHis3. BacillussubiHis

4. Bacillus megatherium Grzyby:4. Bacillus megatherium Mushrooms:

5. Trichoderma viride5. Trichoderma viride

6. Chaetomium globosum6. Chaetomium globosum

7. Aspergillus niger7. Aspergillus niger

8. Ciadosporium cladosporioides8. Ciadosporium cladosporioides

9. Mortierella alpinum9. Mortierella alpinum

Powyższe szczepy przechowywane są na pożywkach w laboratorium Zespołu Interakcji Roślin z Mikroorganizmami, Instytut Nauk o Środowisku i Małopolskie Centrum Biotechnologii, UJ (Kraków) i używane są do badań porównawczych po wyszczepieniu ich na odpowiednie pożywki. Część tych szczepów pochodzi z izolacji z papieru a część uzyskano w trakcie badań innego typu.The above-mentioned strains are stored on media in the laboratory of the Plant-Microorganism Interaction Team, Institute of Environmental Sciences and the Małopolska Center of Biotechnology, Jagiellonian University (Kraków) and are used for comparative studies after inoculating them with appropriate media. Some of these strains come from paper isolation and some were obtained during other types of research.

Porównanie różnych materiałów zeolitowychComparison of various zeolite materials

Pierwszym etapem analizy ilościowej aktywności mikrobiologicznej było przetestowanie serii zeolitów, które potencjalnie mogłyby być zastosowane w na nokom pozytowych opakowaniach. Do badań stosowano zeolity typu Y (fojazyt), ZSM-5 (pentozil) i sita molekularne MCM-56 (materiał mezoporowaty). Materiały te zostały wymienione kationami srebra podobnie jak to opisano dla zeolitu Y w poprzednich rozdziałach.The first step in the quantitative analysis of microbial activity was to test a series of zeolites that could potentially be used in positron packaging. Y-type zeolites (fotosite), ZSM-5 (pentozil) and MCM-56 molecular sieves (mesoporous material) were used for the research. These materials were exchanged with silver cations similar to that described for zeolite Y in the previous sections.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Wszystkie badane materiały wykazywały aktywność przeciwbakteryjną (rys. 10). Zauważmy, że bez materiału zeolitowego (próba kontrolna) bakterie namnażały się na poziomie 9000 zliczeń. Najgorzej w rankingu zeolitów plasują się sita molekularne MCM-56. Aktywności mikrobiologiczne zeolitów Y i ZSM-5 są zbliżone bez względu na stan srebra w próbce (próbki z Ag' i sonikowane z Ag°). Spośród wszystkich materiałów najlepszy jednak okazał się zaproponowany w tej pracy zeolit typu Y, preparatyka zgodna z opisaną w niniejszej pracy) dla którego uzyskano niemal 100% aktywność przeciwbakteryjną w przypadku bakterii Escherichia coli.All tested materials showed antibacterial activity (Fig. 10). Note that without zeolite material (control) the bacteria multiplied at 9,000 counts. MCM-56 molecular sieves are the worst in the zeolite ranking. The microbiological activities of zeolites Y and ZSM-5 are similar regardless of the state of silver in the sample (samples with Ag 'and sonicated with Ag °). Of all the materials, however, the best Y-type zeolite (preparation consistent with the preparation described in this paper), which had almost 100% antibacterial activity in the case of Escherichia coli, turned out to be the best.

Testy materiałów papierowych z zeolitem YY zeolite paper material tests

Dalszym etapem oznaczania aktywności było przeprowadzenie testów na gotowych arkuszach papierowych. Do testu użyto próbki materiałów przygotowanych na Wydziale Chemii UJ. Próbki te wysterylizowano na papierze Whatman’a w szalkach Petriego przed użyciem w doświadczeniu.The next step in determining the activity was to carry out tests on ready-made paper sheets. Samples of materials prepared at the Faculty of Chemistry of the Jagiellonian University were used for the test. These samples were sterilized on Whatman paper in Petri dishes before being used in the experiment.

Bakterie (szczepy 1-4) naniesiono na powierzchnię agaru (NA) i rozprowadzono za pomocą głaszczki jednorazowej (pojedyncza głaszczka stosowana była dla danego szczepu). Dla każdego ze szczepów i każdego typu próby papieru stosowano po 3-5 powtórzeń (niektóre z powtórzeń odrzucono z powodu nierównomiernego nałożenia materiału co widoczne jest po kilku dniach od czasu wykonania badania; min. N=3). Na każdą szalkę Petriego z bakteriami nałożono pojedynczy krążek papieru. Kultury umieszczono w temperaturze 32 °C na trzy dni. a następnie temperaturę obniżono do 25°C na kolejne kilka dni. Codziennie obserwowano rozwój mikroorganizmów. Nie stwierdzono wytworzenia strefy braku wzrostu wokół materiału krążków w żadnym z badanych przypadków, co świadczy o nie rozchodzeniu się srebra z badanego materiału.Bacteria (strains 1-4) were spread on the agar surface (NA) and spread with a disposable stick (a single stick was used for a given strain). For each of the strains and each type of paper test, 3-5 replications were used (some of the replicates were rejected due to uneven application of the material, which is visible after a few days from the time of the test; min. N = 3). A single disc of paper was placed on each Petri dish containing the bacteria. The cultures were placed at 32 ° C for three days. then the temperature was lowered to 25 ° C for a further few days. The growth of microorganisms was observed daily. The formation of a no-growth zone around the disc material was not found in any of the tested cases, which proves that the silver did not propagate from the tested material.

Dalszą część doświadczenia przeniesiono do komory laminarnej (warunki sterylne). Stwierdzono znaczne obniżenie wzrostu bakterii pod krążkami z dodatkiem srebra (w każdej formie). Każdą z szalek Petriego otwierano, na odwrocie szalki górnej umieszczano za pomocą sterylnej pęsety krążek papieru odwracając go dołem do góry i eksponując w ten sposób część, która przylegała do agaru. Do oceny liczebności bakterii zastosowano test LuciPac Pen (ATP + AMP Hygiene Monitoring test kit firmy Kikkoman Corp. codę 60331) postępując według zaleceń z drobnymi innowacjami. Wymazówkę ustawiano prostopadle do krążka w części centralnej i opierając końcówkę w pozycji „wkrętowej śrubokręta” przekręcano o 360°. Wynik określający względną zawartość ATP + AMP odczytywano następnie na czytniku lumitestera.The rest of the experiment was transferred to a laminar chamber (sterile conditions). A significant reduction in bacterial growth was found under the discs with the addition of silver (in any form). Each Petri dish was opened and a disc of paper was placed on the back of the upper dish using sterile tweezers, turning it upside down and thus exposing the part that adhered to the agar. To assess the number of bacteria, the LuciPac Pen test (ATP + AMP Hygiene Monitoring test kit by Kikkoman Corp. coda 60331) was used, following the recommendations with minor innovations. The swab was positioned perpendicular to the disc in the central part and, resting the tip in the "screwdriver" position, was turned 360 °. The result defining the relative ATP + AMP content was then read on a lumitester reader.

Grzyby (szczepy 5-9) wprowadzono na szalki Petriego zawierające pożywkę PDA oraz nałożone centralnie po trzy filtry z każdego typu. W każdym przypadku założono po trzy powtórzenia. Szczepy wprowadzano w formie krążka agaru z grzybnią w odległości 2 cm od środkowego krążka. Ze względu na różne tempo wzrostu grzybni konieczne było prowadzenie testu przez dłuższy czas (około 2 tygodni). Każdy z badanych szczepów wykazywał nieco inne problemy w trakcie obserwacji.Mushrooms (strains 5-9) were introduced into Petri dishes containing PDA medium and three filters of each type were placed centrally. In each case, three repetitions were assumed. The strains were introduced in the form of an agar disc with mycelium at a distance of 2 cm from the center disc. Due to the different growth rates of the mycelium, it was necessary to conduct the test for a longer period (approximately 2 weeks). Each of the tested strains showed slightly different problems during the observation.

Trichoderma viride - szczep tworzył kolonie z zarodnikami w obszarze kolistym zewnętrza kolonii; w niektórych przypadkach krążek wypada! w niewłaściwym miejscu, co utrudniało obserwacje. W kilku przypadkach obserwowano opóźnienie dojrzewania konidiów co manifestowało się ich jaśniejszą barwą -jasnozieloną lub żółtą (poza tym obszarem konidia o zabarwieniu niebies kozielonym).Trichoderma viride - the strain formed colonies with spores in the circular area of the colony outside; in some cases the puck falls out! in the wrong place, which made observations difficult. In a few cases, delay in maturation of conidia was observed, which was manifested by their lighter color - light green or yellow (apart from this area of conidia with a blue goat color).

Chaetomium globosum - tworzenie owocników było generalnie opóźnione na powierzchni zastosowanych prób papieru, gdzie prawdopodobnie aktywność grzybni koncentrowała się na rozkładzie papieru, podczas gdy owocowanie jest oznaką braku związków pokarmowych.Chaetomium globosum - fruiting body formation was generally delayed on the surface of the paper samples used, where the mycelial activity was probably concentrated on the decomposition of the paper, while fruiting is a sign of a lack of nutrients.

Aspergillus niger - dobrze nadaje się do szybkich testów, chociaż w miarę upływu testu na powierzchni krążków ze srebrem pojawiały się zarodniki uwolnione z otaczających konidioforów, co nieco utrudniało analizy, jednak konidia takie nie kiełkowały w takich miejscach, chociaż prawdopodobnie żywotność zachowywały.Aspergillus niger - well suited for quick tests, although as the test passed, spores released from the surrounding conidiophores appeared on the surface of the silver discs, which made the analysis somewhat difficult, but such conidia did not germinate in such places, although they probably remained viable.

Cladosporium cladosporioides - gatunek cechujący się stosunkowo wolnym wzrostem; konieczne było ponowne naniesienie inokulum na szalki, aby przyspieszyć moment osiągnięcia krążków przez grzybnię; zaletą tego gatunku jest wytwarzanie czarnej grzybni widocznej w obrębie krążków papieru w przypadkach, gdzie do kolonizacji papieru dochodziło.Cladosporium cladosporioides - species characterized by relatively slow growth; it was necessary to reapply the inoculum to the dishes to speed up the moment when the mycelia would reach the disks; the advantage of this species is the production of black mycelium visible within the paper discs in cases where paper colonization has taken place.

Mortierella alpina - jasna grzybnia z konidiami pozbawionymi ciemnych barwników.Mortierella alpina - light mycelium with conidia devoid of dark pigments.

Wyniki zaprezentowane na rysunku 11 i 12 pokazują, że papier wypełniony zeolitem podstawionym kationami srebra a następnie sonikowany i przemywany EDTA (PZAgO_EDTA), w porównaniu z próbą odniesienia w postaci niesonikowanej (PZAg+_EDTA), wykazuje lepsze właściwości biobójcze w kierunku bakterii i jest nieco lepszy od próbki odniesienia w przypadku aktywności przeciwgrzybicznej. szczególnie dla grzybów Chaetomium i Cladosporium. Podsumowanie dotyczące opracowanego materiału.The results presented in Figures 11 and 12 show that the paper filled with zeolite substituted with silver cations and then sonicated and washed with EDTA (PZAgO_EDTA), compared to the reference sample in the non-sonicated form (PZAg + _EDTA), shows better biocidal properties towards bacteria and is slightly better than the reference sample for antifungal activity. especially for Chaetomium and Cladosporium fungi. Summary of the developed material.

PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1

Biorąc pod uwagę takie parametry jak: zawartość srebra w preparatach papierowych, trwałość papieru, właściwości sorpcyjne i katalityczne materiał papierowy PZAgO_EDTA z sonikowanym zeolitem typu Y wymienianym srebrem znacząco wzbogaca oczekiwane założenia dotyczące opakowań. Opierając się na optymalizacji zawartości srebra do badań fizykochemicznych wybrano materiał, który zawiera poniżej 1% wag. srebra. Jest to najniższa wartość, dla której zaobserwowano aktywność biobójczą w stosunku do wszystkich testowanych organizmów. Proponowany materiał ma charakter hybrydowy, w którym czynnik aktywny jest w postaci zawierającej zarówno kationy srebra, jak i zredukowane srebro związane w matrycy zeolitu. Na uwagę zasługują właściwości sorpcyjne materiału potwierdzone dla tlenku węgla i aldehydu octowego. Walorem materiału jest również jego zdolność do katalizowania reakcji utlenienia w temperaturze pokojowej bez dostępu powietrza, co stwierdzono na przykładzie utleniania aldehydu octowego. Wysoka aktywność biobójczą została potwierdzona w testach z wybranymi szczepami mikroorganizmów, typowo występujących w żywności i archiwaliach. Stosunkowo mniejszą zdolność mikrobójczą stwierdzono w przypadku bakterii Bacillus megaterium i dla grzybów z rodzaju Aspergillus.Taking into account such parameters as: silver content in paper preparations, paper durability, sorption and catalytic properties, the PZAgO_EDTA paper material with sonicated Y-type zeolite exchanged with silver significantly enriches the expected packaging assumptions. Based on the optimization of the silver content, a material containing less than 1 wt. silver. This is the lowest value for which biocidal activity was observed in relation to all tested organisms. The proposed material is hybrid in nature, in which the active agent is in a form containing both silver cations and reduced silver bound in a zeolite matrix. Noteworthy are the sorption properties of the material confirmed for carbon monoxide and acetaldehyde. Another advantage of the material is its ability to catalyze oxidation reactions at room temperature in the absence of air, as demonstrated by the oxidation of acetaldehyde. High biocidal activity has been confirmed in tests with selected strains of microorganisms, typically found in food and archives. Relatively lower microbicidal activity was found in the case of Bacillus megaterium bacteria and fungi of the Aspergillus genus.

Claims (15)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Materiał nanokompozytowy obejmujący celulozę wypełnianą zeolitem zawierającym srebro, znamienny tym, że wypełniacz mineralny stanowi zeolit typu Y, natomiast srebro występuje w formie związanej z matrycą zeolitową, jednocześnie w postaci kationów srebra i nanocząstek srebra metalicznego, korzystnie w stosunku 1:1, przy czym całkowita zawartość srebra w materiale nie przekracza 1 % wagowych.1.Nanocomposite material comprising cellulose filled with silver-containing zeolite, characterized in that the mineral filler is a Y-type zeolite, and the silver is in a form bound to a zeolite matrix, simultaneously in the form of silver cations and metallic silver nanoparticles, preferably in a 1: 1 ratio, with whereby the total silver content of the material does not exceed 1% by weight. 2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że jony srebra wprowadzone zostały do struktury zeolitu na drodze wymiany jonowej.2. The material according to claim The process of claim 1, wherein the silver ions are introduced into the zeolite structure by ion exchange. 3. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zredukowane srebro występuje obok kationów srebra w zeolicie w wyniku zastosowania procedury sonikacyjnej.3. The material according to p. The process of claim 1, wherein the reduced silver is present in addition to the silver cations in the zeolite as a result of the sonication procedure. 4. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że wykazuje właściwości sorpcyjne wobec lotnych związków organicznych oraz zanieczyszczeń gazowych.4. The material according to p. The method of claim 1, characterized in that it exhibits sorption properties towards volatile organic compounds and gaseous pollutants. 5. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że wykazuje właściwości katalityczne w utlenianiu lotnych związków organicznych w temperaturze pokojowej w powietrzu i w temperaturze od 60°C bez dostępu powietrza.5. The material according to p. The method of claim 1, characterized in that it exhibits catalytic properties in the oxidation of volatile organic compounds at room temperature in air and at a temperature from 60 ° C in the absence of air. 6. Materiał według zastrzeżenia 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że wykazuje właściwości bakteriobójcze i grzybobójcze, zwłaszcza w stosunku do bakterii Escherichia coli, Serratia marcescens, Bacillus suhtilis oraz Bacillus megatherium.Material according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized by bactericidal and fungicidal properties, in particular against Escherichia coli, Serratia marcescens, Bacillus suhtilis and Bacillus megatherium. 7. Materiał według zastrz. 6, znamienny tym, że wykazuje właściwości grzybobójcze w stosunku do grzybów Trichoderma viride, Chaetomium glohosum, Aspergillus Niger, Cladosporium ciadosporides, oraz Morterella alpinum.7. The material according to p. The fungus according to claim 6, characterized in that it exhibits fungicidal properties against the fungi Trichoderma viride, Chaetomium glohosum, Aspergillus Niger, Cladosporium ciadosporides, and Morterella alpinum. 8. Sposób otrzymywania opakowaniowego materiału nanokompozytowego, obejmujący podstawienie matrycy zeolitowej jonami srebra (I), dodanie do zawiesiny celulozowej materiału aktywnego w postaci matrycy zeolitowej zawierającej srebro i jej osadzenie na włóknach celulozowych, uformowanie masy papierniczej do pożądanego kształtu oraz suszenie, znamienny tym, że przed dodaniem podstawionej jonami srebra matrycy zeolitowej do zawiesiny celulozowej prowadzi się sonikację matrycy zeolitowej, korzystnie przez 10 minut w zawiesinie zeolitu przy średniej mocy 90 W i w temperaturze roztworu poniżej 60°C, a następnie przemywa się zeolit wodnym roztworem soli dwusodowej kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA), przy czym korzystnie przemywanie EDTA obejmuje następujące etapy: a) przemywanie zeolitu 0,01 M EDTA w temperaturze pokojowej; b) wypłukiwanie przez czas 1 godziny w temperaturze wrzenia 0,01 M EDTA;c) przemywanie zeolitu 0,1 M roztworu EDTA oraz d) przepłukiwanie zeolitu wodą dejonizowaną.8. A method of obtaining nanocomposite packaging material, including substituting a zeolite matrix with silver (I) ions, adding an active material in the form of a zeolite matrix containing silver to the cellulosic suspension and depositing it on cellulose fibers, shaping the furnish to the desired shape and drying, characterized in that before the addition of the silver ion-substituted zeolite matrix to the cellulose suspension, the zeolite matrix is sonicated, preferably for 10 minutes in the zeolite suspension at an average power of 90 W and at a solution temperature below 60 ° C, followed by washing of the zeolite with an aqueous solution of disodium ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) wherein preferably washing with EDTA comprises the following steps: a) washing the zeolite with 0.01 M EDTA at room temperature; b) rinsing for 1 hour at the boiling point of 0.01 M EDTA; c) washing the zeolite with 0.1 M EDTA solution and d) rinsing the zeolite with deionized water. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że matryca zeolitową traktowana jest roztworem azotanu (V) srebra.9. The method according to p. The process of claim 8, wherein the zeolite matrix is treated with a solution of silver nitrate. 10. Zastosowanie materiału nanokompozytowego określonego zastrzeżeniami od 1 do 7 do opakowywania.10. Use of a nanocomposite material as defined in claims 1 to 7 for packaging. 11. Zastosowanie według zastrz. 10 do opakowywania roślin, dzieł sztuki, archiwów oraz zabytków.11. The use according to claim 1 10 for packaging plants, works of art, archives and antiques. PL 229 348 Β1PL 229 348 Β1 12. Zastosowanie według zastrz. 10 do opakowywania żywności, środków farmaceutycznych oraz karmy dla zwierząt.12. Use according to p. 10 for food, pharmaceutical and pet food packaging. 13. Zastosowanie materiału nanokompozytowego wytworzonego sposobem określonym w zastrz. 8-9 do opakowywania.13. The use of a nanocomposite material produced by a method as defined in claim 8-9 for wrapping. 14. Zastosowanie według zastrz. 13 do opakowywania roślin, dzieł sztuki, archiwów oraz zabytków.14. Use according to claim 1 13 for packaging plants, works of art, archives and antiques. 15. Zastosowanie według zastrz. 13 do opakowywania żywności, środków farmaceutycznych oraz karmy dla zwierząt.15. Use according to Claim 13 for food, pharmaceutical and pet food packaging.
PL411409A 2014-05-09 2015-02-27 Modified nanocomposite material, method for producing it and its application PL229348B1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL411409A PL229348B1 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Modified nanocomposite material, method for producing it and its application
US15/309,474 US10174457B2 (en) 2014-05-09 2015-05-09 Modified nanocomposite material, method for its production and its application
PCT/IB2015/053408 WO2015170303A1 (en) 2014-05-09 2015-05-09 Modified nanocomposite material, method for its production and its application
EP15733894.8A EP3140456B1 (en) 2014-05-09 2015-05-09 Modified nanocomposite material, method for its production and its application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL411409A PL229348B1 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Modified nanocomposite material, method for producing it and its application

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL411409A1 PL411409A1 (en) 2016-08-29
PL229348B1 true PL229348B1 (en) 2018-07-31

Family

ID=56760178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL411409A PL229348B1 (en) 2014-05-09 2015-02-27 Modified nanocomposite material, method for producing it and its application

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL229348B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL411409A1 (en) 2016-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dashamiri et al. Ultrasonic enhancement of the simultaneous removal of quaternary toxic organic dyes by CuO nanoparticles loaded on activated carbon: central composite design, kinetic and isotherm study
Asuquo et al. Sorption of cadmium (II) ion from aqueous solution onto sweet potato (Ipomoea batatas L.) peel adsorbent: characterisation, kinetic and isotherm studies
Zhang et al. Zeolite‐Supported Gold Nanoparticles for Selective Photooxidation of Aromatic Alcohols under Visible‐Light Irradiation
US10174457B2 (en) Modified nanocomposite material, method for its production and its application
Zhou et al. Highly transparent, flexible, and mechanically strong nanopapers of cellulose nanofibers@ metal–organic frameworks
CN112313179B (en) Water purification composition and method for producing same
Ren et al. Biosorption of Cr (VI) from aqueous solution using dormant spores of Aspergillus niger
Sen et al. Equilibrium, kinetics and mechanism of removal of methylene blue from aqueous solution by adsorption onto pine cone biomass of Pinus radiata
Singh et al. Adsorptive removal of cobalt ions on raw and alkali-treated lemon peels
Mohammed et al. Enhanced removal efficiency of NaY zeolite toward phenol from aqueous solution by modification with nickel (Ni-NaY)
Sahu et al. Synthesis and characterization of an eco-friendly composite of jute fiber and Fe2O3 nanoparticles and its application as an adsorbent for removal of As (V) from water
Giaveno et al. Interaction of organic phosphorus with clays extracted from oxisols
JP2019504941A (en) Substrates comprising metal nanoparticles, related articles, and continuous processes for making them
Khan et al. Biosorption of acid yellow-99 using mango (Mangifera indica) leaf powder, an economic agricultural waste
Rusin et al. Plasmonic cellulose nanofibers as water-dispersible surface-enhanced Raman scattering substrates
Hundakova et al. Silver and/or copper vermiculites and their antibacterial effect
Wu et al. Fabrication of porous zirconia microspheres as an efficient adsorbent for removal and recovery of trace Se (IV) and Te (IV)
Zhu et al. Environment-friendly bio-materials based on cotton-carbon aerogel for strontium removal from aqueous solution
Kasbaji et al. Implementation and physico-chemical characterization of new alkali-modified bio-sorbents for cadmium removal from industrial discharges: Adsorption isotherms and kinetic approaches
Bijang et al. Preparation of Natural Ouw Clay-Chitosan Composite and Its Application as Lead and Cadmium Metal Adsorbent
Zhang et al. Selectively functionalized zeolite NaY composite materials for high-efficiency multiple protection of paper relics
EP1185349A1 (en) Filters consisting of filter paper or paper-type nonwoven material
PL229348B1 (en) Modified nanocomposite material, method for producing it and its application
Nagy et al. Physical and chemical formations of lead contaminants in clay and sediment
Effendi et al. Utilization of rice husk cellulose as a magnetic nanoparticle biocomposite Fiber source for the absorption of manganese (Mn2+) ions in peat water