PL241040B1 - Sposób wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego nanocząstkami srebra z wykorzystaniem naturalnych ekstraktów roślinnych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego nanocząstkami srebra z wykorzystaniem naturalnych ekstraktów roślinnych, według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że do roztworu AgNO3, jako reduktor jonów srebra do srebra, dodaje się wodny ekstrakt roślinny i wkrapla tetraizopropanolan tytanu (TTIP) w stosunku odpowiednio 350:50:30, a następnie intensywnie miesza przez 24 godziny. Powstałą zawiesinę wiruje się kilkukrotnie w 4°C z przemywaniem wodą destylowaną. Uzyskany osad suszy się w temperaturze pokojowej. Uzyskuje się ditlenek tytanu modyfikowany srebrem w formie proszku. Prekursorem ditlenku tytanu jest tetraizopropanolan tytanu (TTIP) a prekursorem jonów srebra azotan srebra (AgNO3). Stosuje się wodny ekstrakt roślinny otrzymany z liści świeżej i/lub wysuszonej koniczyny polnej. Wodny ekstrakt roślinny utrzymuje się w stanie wrzenia przez 10 minut. Proces wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego srebrem prowadzi się przy ciągłym mieszaniu, w temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu atmosferycznym.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego nanocząstkami srebra z wykorzystaniem naturalnych ekstraktów roślinnych jako reduktorów.

Ditlenek tytanu (TiO2) w środowisku występuje w trzech odmianach polimorficznych: brukit, anataz i rutyl. Związek ten charakteryzuje się dobrymi właściwościami optycznymi i kryjącymi, dlatego też stosuje się go do produkcji bieli tytanowej, mającej zastosowanie w produkcji farb, materiałów budowlanych, papieru, a także w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym. Formy: anatazowa oraz rutylowa, charakteryzują się wysoką aktywnością fotochemiczną i mają zastosowanie m.in. w fotokatalitycznym oczyszczaniu wody.

Nanosrebro znane jest przede wszystkim ze swoich właściwości biobójczych - jest pierwiastkiem najskuteczniej zwalczającym mikroorganizmy. Wykorzystywane jest w produkcji farb, artykułów medycznych i sanitarnych, artykułów codziennego użytku oraz w dezynfekcji wody.

Ditlenek tytanu modyfikowany nanosrebrem, w przeciwności do czystego ditlenku tytanu, wykazuje aktywność w świetle widzialnym a także większą aktywność biobójczą w porównaniu do takiej samej ilości nanocząstek srebra. Istnieje wiele metod produkcji ditlenku tytanu modyfikowanego srebrem m.in. zol-żel, fotodepozycja, hydrotermalna, mikrofalowa, czy impregnacja fotochemiczna. Ich wykorzystanie wiąże się jednak z koniecznością użycia agresywnych, toksycznych i drogich związków chemicznych, jak borowodorki czy hydrazyna oraz dodatkowych substancji chemicznych jak np. stabilizatory czy rozpuszczalniki organiczne, które mogą dostawać się do ś rodowiska. Wykorzystanie do produkcji ditlenku tytanu modyfikowanego srebrem ekstraktów roślinnych, nie wymaga stosowania toksycznych związków, podwyższonego ciśnienia i temperatury co wpisuje tę metodę w zasady tzw. „zielonej chemii”.

W literaturze można znaleźć wiele informacji na temat redukcji nanocząstek metali za pomocą ekstraktów roślinnych. Peter Logeswqari i współpracownicy w publikacji „Ecofriendly synthesis of silver nanoparticles from commercially available plant powders and their antibacterial properties”, Scientia Iranica F 2013, 20, 3, 1049-1054, opisują preparatykę nanocząstek srebra z wykorzystaniem ekstraktów z liści kwiatu tajskich Herb, czapetki kuminowej i wąkroty azjatyckiej oraz skórki pomarańczy chińskiej.

W przeglądowej pracy „A review on plants extract mediated synthesis of silver nanoparticles for antimicrobial applications: A green expertise, Journal of Advanced Research 2016, 7, 17-28, autorzy opisują metody preparatyki nanocząstek srebra z użyciem wielu roślin, takich jak: krąglatka, tatarak zwyczajny, herbata, buzdyganek naziemny, palma kokosowa, indiański ślaz, pistacja atlantycka, figowiec pospolity, palczatka cytrynowa, pokrzywiec, mleczara olbrzymia, wąkrota azjatycka, powój hawajski, kapusta właściwa, baranek indyjski, portulaka pospolita, tewecja peruwiańska, chropawiec wonny, mahoniowiec właściwy, banan zwyczajny, moringa olejodajna, mangostan właściwy, lotos orzechodajny, czosnek pospolity, aloes, pomarańcza chińska, bieluń surmikwiat, melonowiec właściwy.

Ze zgłoszenia patentowego P.420115 znany jest sposób wytwarzania cząstek nanosrebra z wykorzystaniem naturalnych ekstraktów roślinnych do redukcji srebra, który charakteryzuje się tym, że do nasyconego wodnego ekstraktu z koniczyny białej dodaje się 0,1 M roztwór AgNO3 w stosunku objętościowym AgNO3/ekstrakt równym 7,33 i miesza intensywnie od 15 do 60 minut do uzyskania brązowej barwy mieszaniny reakcyjnej, a następnie zawiesinę poddaje się dwukrotnemu wirowaniu w temperaturze 4°C z przemywaniem wodą, po czym uzyskany osad suszy się w temperaturze pokojowej.

Informację na temat preparatyki ditlenku tytanu za pomocą ekstraktów roślinnych także można znaleźć w wielu publikacjach. Kanayairam Velayutham i współpracownicy w publikacji „Evaluation of Catharanthus roseus leaf extract-mediated biosynthesis of titanium dioxide nanoparticles against Hippobosca maculata and Bovicola ovis”, Parasitol Research 2012, 111, 2329-2337 do produkcji tego związku użyli Katarantusa różowego.

W pracy „Efficient phyto-synthesis and structural characterization of rutile TiO2 nanoparticles using Annona squamosa peel extract”, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2012, 98, 86-90, opublikowanej przez Selvaraj Mohana Roopan i współpracowników można znaleźć informację na temat preparatyki ditlenku tytanu przy użyciu ekstraktu ze skórki flaszowca łuskowatego.

Z liści nocnego jaśminu, ditlenek tytanu wytworzyli Mahalingam Sundrarajan i Shanmugam Gowri a wyniki opublikowali w artykule „Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles by Nyctanthes Arbor-Tristis leaves extract’, Chalcogenide Letters 2011, 8, 8, 447-451.

PL 241 040 B1

Manish Hudlikar i wpsółpracownicy w publikacji „Green synthesis of T1O2 nanoparticles by using aqueous extract of Jatropha curcas L. latex”, Materials Letters 2012, 75, 196-199, do preparatyki ditlenku tytanu użyli jatrofy przeczyszczającej.

Znaleziono jedynie dwie publikacje, w których ekstrakty roślinne stosuje się do wytworzenia ditlenku tytanu modyfikowanego srebrem, jednakże autorzy stosują w nich komercyjny ditlenek tytanu, a ekstrakt roślinny służy jedynie do redukcji jonów srebra. Akbar Rostami-Vartooni i współpracownicy w publikacji „Photocatalytic degradation of azo dyes by titanium dioxide supported silver nanoparticles prepared by a green method using Carpobrotus acinaciformis extract” Journal of Alloys and Compounds 2016, 689, 15-20, użyli ekstraktu z karpobrota szablastego do redukcji jonów srebra i impregnacji ich na komercyjnym ditlenku tytanu.

Biswajit Saha wraz z współpracownikami użyli bazylii azjatyckiej do redukcji jonów srebra i osadzenia ich na ditlenku tytanu, a wyniki swoich badań opublikowali w pracy „Green synthesis of nano silver on TiO2 catalyst for application in oxidation of thiophene”, Chemical Engineering Science 2019,199, 332-341.

Nie znaleziono informacji o zastosowaniu biosyntezy z użyciem naturalnych ekstraktów roślinnych do wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego srebrem, gdzie obecność tychże ekstraktów skutkuje powstaniem ditlenku tytanu i jednoczesną redukcją jonów srebra. W metodzie tej stosuje się jedynie prekursory ditlenku tytanu i nanosrebra, nie wymagane jest użycie toksycznych związków i dużej ilości energii, co powoduje atrakcyjność tej metody.

Sposób wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego nanocząstkami srebra z wykorzystaniem naturalnych ekstraktów roślinnych, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że do roztworu AgNO3, jako reduktor jonów srebra do srebra, dodaje się wodny ekstrakt roślinny i wkrapla tetraizopropanolan tytanu (TTIP) w stosunku odpowiednio 350:50:30, a następnie intensywnie miesza przez 24 godziny. Powstałą zawiesinę wiruje się kilkukrotnie w 4°C z przemywaniem wodą destylowaną. Uzyskany osad suszy się w temperaturze pokojowej. Wodny ekstrakt roślinny uzyskuje się przez dodanie koniczyny do wody destylowanej, 10 gramów koniczyny na każde 400 ml wody, następnie mieszaninę doprowadza się do wrzenia i gotuje się przez 10 minut pod przykryciem.

Uzyskuje się ditlenek tytanu modyfikowany srebrem w formie proszku. Prekursorem ditlenku tytanu jest tetraizopropanolan tytanu (TTIP) a prekursorem jonów srebra azotan srebra (AgNO3).

Stosuje się wodny ekstrakt roślinny otrzymany z liści świeżej i/lub wysuszonej koniczyny polnej. Można także stosować ekstrakty z liści i/lub łodyg i/lub kwiatów innych roślin. Proces wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego srebrem prowadzi się przy ciągłym mieszaniu, w temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu atmosferycznym.

Zaletą rozwiązania jest prowadzenie procesu w łagodnych warunkach: w temperaturze i ciśnieniu otoczenia, bez użycia agresywnych, toksycznych związków chemicznych.

Wynalazek jest bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Uzyskiwanie ekstraktu roślinnego:

Do 400 ml wody destylowanej dodano 10 gramów świeżej koniczyny białej, doprowadzono do wrzenia i gotowano przez 10 minut pod przykryciem. Roztwór ochłodzono do temperatury pokojowej i przesączono przez filtr papierowy. Przechowywano w lodówce w brązowej butelce maksymalnie przez tydzień.

Otrzymywanie ditlenku tytanu modyfikowanego nanocząstkami srebra:

Do zlewki 600 ml wprowadzono 350 ml 0,1 M AgNO3 i podczas mieszania dodano 50 ml ekstraktu. Następnie wkroplono 30 ml TTIP i mieszano w temperaturze pokojowej przez 24 h.

Po zakończeniu reakcji roztwór wirowano przez 30 minut przy obrotach 7000 w 4°C, zlano roztwór znad osadu, osad zalano wodą destylowaną i powtórnie odwirowano w tych samych warunkach. Po zlaniu roztworu znad osadu, osad rozłożono na szalki i wysuszono na powietrzu. Obecność nanocząstek srebra na powierzchni krystalitów ditlenku tytanu potwierdzona została metodą spektroskopii SEM/EDX.

P r z y k ł a d 2

Uzyskiwanie ekstraktu roślinnego:

Do 400 ml wody destylowanej dodano 10 gramów świeżej koniczyny polnej, doprowadzono do wrzenia i gotowano przez 10 minut pod przykryciem. Roztwór ochłodzono do temperatury pokojowej i przesączono przez filtr papierowy. Przechowywano w lodówce w brązowej butelce maksymalnie przez tydzień.

PL 241 040 B1

Otrzymywanie ditlenku tytanu modyfikowanego nanocząstkami srebra:

Do zlewki 600 ml wprowadzono 350 ml 0,1 M AgNOi i podczas mieszania dodano 50 ml ekstraktu. Następnie wkroplono 30 ml TTIP i mieszano w temperaturze pokojowej przez 24h.

Po zakończeniu reakcji roztwór wirowano przez 30 minut przy obrotach 7000 w 4°C, zlano roztwór znad osadu, osad zalano wodą destylowaną i powtórnie odwirowano w tych samych warunkach. Po zlaniu roztworu znad osadu, osad rozłożono na szalki i wysuszono na powietrzu. Obecność nanocząstek srebra na powierzchni krystalitów ditlenku tytanu potwierdzona została metodą spektroskopii SEM/EDX.

P r z y k ł a d 3

Uzyskiwanie ekstraktu roślinnego:

Do 400 ml wody destylowanej dodano 10 gramów suszonej koniczyny białej, doprowadzono do wrzenia i gotowano przez 10 minut pod przykryciem. Roztwór ochłodzono do temperatury pokojowej i przesączono przez filtr papierowy. Przechowywano w lodówce w brązowej butelce maksymalnie przez tydzień.

Otrzymywanie ditlenku tytanu modyfikowanego nanocząstkami srebra:

Do zlewki 600 ml wprowadzono 350 ml 0,1 M AgNO3 i podczas mieszania dodano 50 ml ekstraktu. Następnie wkroplono 30 ml TTIP i mieszano w temperaturze pokojowej przez 24 h.

Po zakończeniu reakcji roztwór wirowano przez 30 minut przy obrotach 7000 w 4°C, zlano roztwór znad osadu, osad zalano wodą destylowaną i powtórnie odwirowano w tych samych warunkach. Po zlaniu roztworu znad osadu, osad rozłożono na szalki i wysuszono na powietrzu. Obecność nanocząstek srebra na powierzchni krystalitów ditlenku tytanu potwierdzona została metodą spektroskopii SEM/EDX.

P r z y k ł a d 4

Uzyskiwanie ekstraktu roślinnego:

Do 400 ml wody destylowanej dodano 10 gramów suszonej koniczyny polnej, doprowadzono do wrzenia i gotowano przez 10 minut pod przykryciem. Roztwór ochłodzono do temperatury pokojowej i przesączono przez filtr papierowy. Przechowywano w lodówce w brązowej butelce maksymalnie przez tydzień.

Otrzymywanie ditlenku tytanu modyfikowanego nanocząstkami srebra:

Do zlewki 600ml wprowadzono 350 ml 0,1 M AgNO3 i podczas mieszania dodano 50 ml ekstraktu. Następnie wkroplono 30 ml TTIP i mieszano w temperaturze pokojowej przez 24 h.

Po zakończeniu reakcji roztwór wirowano przez 30 minut przy obrotach 7000 w 4°C, zlano roztwór znad osadu, osad zalano wodą destylowaną i powtórnie odwirowano w tych'samych warunkach. Po zlaniu roztworu znad osadu, osad rozłożono na szalki i wysuszono na powietrzu. Obecność nanocząstek srebra na powierzchni krystalitów ditlenku tytanu potwierdzona została metodą spektroskopii SEM /EDX.

Claims (4)

1. Sposób wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego nanosrebrem z wykorzystaniem naturalnych.ekstraktów roślinnych, znamienny tym, że do roztworu AgNO3 w temperaturze pokojowej dodaje się wodny ekstrakt roślinny i wkrapla się tetraizopropanolan tytanu w stosunku 350:50:30, miesza przez 24 godziny, a następnie poddaje dwukrotnemu wirowaniu w temperaturze 4°C z przemywaniem wodą, po czym uzyskany osad suszy się w temperaturze pokojowej, przy czym wodny ekstrakt roślinny uzyskuje się przez dodanie koniczyny do wody destylowanej, 10 gramów koniczyny na każde 400 ml wody, następnie mieszaninę doprowadza się do wrzenia i gotuje się przez 10 minut pod przykryciem.

2. Sposób wytwarzania ditlenku tytanu według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wodny ekstrakt otrzymany z liści świeżej i/lub wysuszonej koniczyny polnej.

3. Sposób wytwarzania ditlenku tytanu według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu.

4. Sposób wytwarzania ditlenku tytanu modyfikowanego nanosrebrem według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się w temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu atmosferycznym.