RO135381A2 - Composition and process for making micro spheres based on alginate and titanium oxide (tio2) nanoparticles, with application in environment protection - Google Patents

Composition and process for making micro spheres based on alginate and titanium oxide (tio2) nanoparticles, with application in environment protection Download PDF

Info

Publication number
RO135381A2
RO135381A2 RO202000301A RO202000301A RO135381A2 RO 135381 A2 RO135381 A2 RO 135381A2 RO 202000301 A RO202000301 A RO 202000301A RO 202000301 A RO202000301 A RO 202000301A RO 135381 A2 RO135381 A2 RO 135381A2
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
nanoparticles
solution
sodium alginate
alginate
tio2
Prior art date
Application number
RO202000301A
Other languages
Romanian (ro)
Inventor
Cristian Predescu
Ecaterina Matei
Maria Râpă
Andra Mihaela Predescu
Elisabeta Elena POPA
Andrei Constantin Berbecaru
Anca - Andreea Ţurcanu
Gyorgy Deak
Florina - Diana Dumitrescu
Mihaela - Andreea Moncea
Original Assignee
Universitatea Politehnica Din Bucureşti
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 Universitatea Politehnica Din Bucureşti filed Critical Universitatea Politehnica Din Bucureşti
Priority to RO202000301A priority Critical patent/RO135381A2/en
Publication of RO135381A2 publication Critical patent/RO135381A2/en

Links

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

The invention relates to a process for preparing micro spheres based on sodium alginate, polyphenols and TiO2 nanoparticles with antioxidant and antifungal activity and with capacity of retaining heavy metals from waste water. According to the invention, the process consists, in a first stage, in preparing the polyphenol extract from rose petals, preparing a sodium alginate 2% solution by dissolving the polysaccharide in the polyphenol extract, by stirring mechanically, preparing TiO2 nanoparticles of titanium tetraisopropoxide, concentrated acetic acid and solution of polyvinylpyrrolidone dissolved in ethyl alcohol, by electrospinning, followed by calcination, adding the nanoparticles in the alginate solution, extruding the solution in a vessel containing calcium chloride solution as reticulation agent, resulting in micro spheres which exhibit antifungal properties against Aspergillus niger, as well as the property of retaining Cu2+ from contaminated water.

Description

OFICIUL DE STAT PENl'RU INVENȚII Șl MĂRCI Cerere de brevet de invențieSTATE OFFICE FOR INVENTIONS AND TRADEMARKS Patent application

Nr.No.

Data depozit.....Z.9...Q5j.2Q20LDeposit date.....Z.9...Q5j.2Q20L

COMPOZIȚIE SI PROCEDEU PENTRU REALIZAREA DE MICROSFERE PE BAZĂ » »COMPOSITION AND PROCEDURE FOR MAKING MICROSPHERES BASED ON » »

DE ALGINAT ȘI NANOPARTICULE DE OXID DE TITAN (TiO2) CU APLICAȚII ÎNOF ALGINATE AND TITANIUM OXIDE (TiO 2 ) NANOPARTICLES WITH APPLICATIONS IN

PROTECȚIA MEDIULUIENVIRONMENT PROTECTION

DESCRIEREA INVENȚIEIDESCRIPTION OF THE INVENTION

Sursele de apă potabilă sunt supuse contaminării și necesită un tratament adecvat pentru eliminarea contaminanților care provoacă boli. Contaminarea aprovizionării cu apă potabilă poate apărea atât în apa sursă, cât și în sistemul de distribuție, după ce deja a avut loc tratarea apei. Există multe surse de contaminare a apei, inclusiv substanțe chimice și minerale naturale (de exemplu, metale grele, bacterii), practici locale de utilizare a terenurilor (îngrășăminte, pesticide, operațiuni de alimentare concentrată), procese de fabricație și revărsări de canalizare sau deversări de ape uzate. Fungii sunt potențial contaminanți importanți, deoarece produc anumiți metaboliți toxici care pot provoca pericole severe pentru sănătate pentru oameni și animale [ l, 2].Drinking water sources are subject to contamination and require appropriate treatment to remove disease-causing contaminants. Contamination of the drinking water supply can occur in both the source water and the distribution system after water treatment has already taken place. There are many sources of water contamination, including natural chemicals and minerals (eg, heavy metals, bacteria), local land use practices (fertilizers, pesticides, concentrate feed operations), manufacturing processes, and sewer overflows or spills of waste water. Fungi are potentially important contaminants because they produce certain toxic metabolites that can cause severe health hazards to humans and animals [l, 2].

Utilizarea sistemelor biopolimerice pentru reținerea metalelor grele din apele contaminate a căpătat o atenție sporită datorită abundenței resurselor naturale, prețului de cost relativ mic, emisiilor reduse de carbon și impactului scăzut asupra mediului înconjurător [3, 4],The use of biopolymer systems for the retention of heavy metals from contaminated waters has gained increased attention due to the abundance of natural resources, relatively low cost price, low carbon emissions and low environmental impact [3, 4],

Alginatul de sodiu este o sare solubilă în apă a acidului alginic, o polizaharidă naturală netoxică extrasă din algele brune marine ce se utilizează în îndepărtarea poluanților din ape, industria alimentară, farmaceutică și medicină [5-8].Sodium alginate is a water-soluble salt of alginic acid, a non-toxic natural polysaccharide extracted from marine brown algae that is used in the removal of pollutants from water, food, pharmaceutical and medicine industries [5-8].

Studiile arată că alginatul de sodiu este preferat ca bioadsorbant în comparație cu alte materiale datorită diverselor avantaje: biodegradabilitate, biocompatibilitate, proprietățile hidrofile datorate grupărilor carboxil și abundență. Grupările carboxil ale alginatului de sodiu (-COO ) induc capacitatea de formare de geluri biodegradabile (alginat de calciu insolubil) în prezența cationilor polivalenți (Ba2+, Ca2+, Zn2+, Cu2+ sau Fe3+) prin interacțiuni ionice. Prezența cationilor divalenți, în special Ca2+, conduce la schimbări conformaționale importante ale alginatului de sodiu, cunoscutul model “egg box”, datorită complexării grupărilor carboxilice ale monomerului guluronat [9],Studies show that sodium alginate is preferred as a bioadsorbent compared to other materials due to various advantages: biodegradability, biocompatibility, hydrophilic properties due to carboxyl groups and abundance. The carboxyl groups of sodium alginate (-COO) induce the ability to form biodegradable gels (insoluble calcium alginate) in the presence of polyvalent cations (Ba 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ or Fe 3+ ) through interactions ionic. The presence of divalent cations, especially Ca 2+ , leads to important conformational changes of sodium alginate, the well-known "egg box" model, due to the complexation of the carboxylic groups of the guluronate monomer [9],

Pentru îndepărtarea poluanților din ape s-au raportat compoziții ale alginatului de sodiu sub formă de microsfere, cu alcool polivinilic [IO], amidon [l l], celuloză [12], amidon și argile [13], cărbune activ [14], etc. Formulările prezentate mai sus se referă doar la eliminarea poluanților sub formă de metale grele sau a compușilor organici din apele contaminate, fără a lua în considerare obținerea unui adsorbant pe bază de alginat de sodiu care să prezinte atât capacitatea de îndepărtare a metalelor grele prin fotocataliză cât și activitate antifungică.For the removal of pollutants from water, compositions of sodium alginate in the form of microspheres, with polyvinyl alcohol [IO], starch [l l], cellulose [12], starch and clays [13], activated carbon [14], etc. . The formulations presented above refer only to the removal of pollutants in the form of heavy metals or organic compounds from contaminated waters, without considering obtaining an adsorbent based on sodium alginate that exhibits both the ability to remove heavy metals by photocatalysis and and antifungal activity.

Dioxidul de titan (TiO2) prezintă proprietăți chimico-fizice excelente, ceea ce permite utilizarea sa în aplicații de mediu, fotocataliză, senzori de gaz, celule solare și baterii pe bază de litiu [15]. Aria redusă a suprafeței și banda interzisă largă reprezintă principalele dezavantaje ale TiO2. Dioxidul de titan poate fi preparat sub formă de nanoparticule, nanotuburi [16] prin metoda hidrotermală, metoda sol-gel [17], Dezavantajul metodelor de obținere a nanoparticulelor de T1O2 prezentate constă în durata mare de sinteză.Titanium dioxide (TiO2) exhibits excellent chemical-physical properties, which allows its use in environmental applications, photocatalysis, gas sensors, solar cells and lithium-based batteries [15]. The small surface area and wide band gap represent the main disadvantages of TiO 2 . Titanium dioxide can be prepared in the form of nanoparticles, nanotubes [16] by the hydrothermal method, the sol-gel method [17], The disadvantage of the presented methods for obtaining T1O2 nanoparticles is the long synthesis time.

Procedeul de electrofilare este un procedeu nou, ușor de aplicat pentru producerea nanofirelor din diferiți polimeri, din cauza ușurinței în manipulare și a costurilor reduse. Prin acest procedeu se obțin fire cu diametre diferite (de la 10 pm până la 10 nm)și un raport mare suprafață/volum, ceea ce este adecvat pentru diferite aplicații industriale, cum ar fi: celulele solare, biosenzori, și medicale. Acest procedeu a fost brevetat în 1934. în procesul de electrofilare, o picătură de soluție polimerică este plasată la capătul acului unei seringi printr-o pompă. Prin aplicarea unei tensiune soluției polimerice, astfel încât să se depășească tensiunea superficială, se permite evaporarea solventului și obținerea nanofirelor interconectate care sunt colectate pe un suport. Creșterea intensității câmpului electric schimbă suprafața semisferică a fluidului de la vârful acului într-o formă conică, formă cunoscută sub numele de conul Taylor. La o anumită intensitate a câmpului electric, forța electrostatică repulsivă domină tensiunea superficială având loc evaporarea solventului iar un jet al soluției de polimer este evacuat din vârful conului Taylor. Se cunoaște obținerea nanofirelor de TiO2 prin electrofilare [18].The electrospinning process is a new, easy-to-apply process for the production of nanowires from different polymers, due to its ease of handling and low costs. Through this process, wires with different diameters (from 10 pm to 10 nm) and a high surface/volume ratio are obtained, which is suitable for various industrial applications, such as: solar cells, biosensors, and medical. This process was patented in 1934. in the electrospinning process, a drop of polymer solution is placed at the end of a syringe needle by a pump. By applying a voltage to the polymer solution, such that the surface tension is overcome, the solvent is allowed to evaporate and obtain interconnected nanowires that are collected on a support. Increasing the electric field strength changes the hemispherical surface of the fluid at the tip of the needle into a conical shape, a shape known as the Taylor cone. At a certain intensity of the electric field, the repulsive electrostatic force dominates the surface tension and the solvent evaporates and a jet of the polymer solution is ejected from the tip of the Taylor cone. It is known to obtain TiO 2 nanowires by electrospinning [18].

Cererea de brevet ROI25151 [19] descrie obținerea fotocatalizatorilor de dioxid de titan sub formă filme subțiri nanostructurate utilizate la depoluarea fotocatalitică a apelor impurificate cu diverși poluanți organici clorurați. Avantajele utilizării nanoparticulelor de T1O2 ca adsorbent se datorează ariei suprafeței mari, capacității de adsorbție mare, stabilității, lipsei toxicității, inerției din punct de vedere biologic și chimic, și afinității mari pentru poluanți organici și anorganici [20-22], De asemeni, s-a raportat utilizarea de dopanți pentru îmbunătățirea activității fotocatalitice a TiO2 [23]. în cererea de brevet RO133146 [24] se prezintă utilizarea dioxidul de titan (TiO2) dopat cu Fe și azot / oxid de grafenă redus, sub formă de pulbere nanometrică, pentru degradarea fotocatalitică a poluanților chimici din mediu, activ în domeniile ultraviolet și vizibil.Patent application ROI25151 [19] describes the preparation of titanium dioxide photocatalysts in the form of nanostructured thin films used in the photocatalytic depollution of water polluted with various chlorinated organic pollutants. The advantages of using T1O2 nanoparticles as an adsorbent are due to their large surface area, high adsorption capacity, stability, lack of toxicity, biological and chemical inertness, and high affinity for organic and inorganic pollutants [20-22], Also, sa reported the use of dopants to improve the photocatalytic activity of TiO 2 [23]. patent application RO133146 [24] presents the use of titanium dioxide (TiO 2 ) doped with Fe and nitrogen / reduced graphene oxide, in the form of nanometric powder, for the photocatalytic degradation of chemical pollutants in the environment, active in the ultraviolet and visible ranges .

Se cunoaște încorporarea TiO2 în alginat de sodiu, în scopul obținerii filmelor alimentare antimicrobiene [25] capabile de a distruge bacteriile în momentul iradierii cu lumină ultravioletă. Atât TiO2 cât și alginatul de sodiu sunt aprobați de U.S. Food și Drug Administration ca aditivi alimentari. Sub acțiunea lămpii fluorescente, timp de 5 h, activitatea fotocatalitică a nanocompozitului alginat/TiO2 a condus la inhibarea proliferării bacteriilor de tip Escherichia coli și Staphylococcus aureus, în timp ce nu s-a înregistrat nici un efect prin expunerea nanocompozitului la lumina din regiunea vizibilă [25].It is known to incorporate TiO 2 in sodium alginate, in order to obtain antimicrobial food films [25] capable of destroying bacteria when irradiated with ultraviolet light. Both TiO 2 and sodium alginate are approved by the US Food and Drug Administration as food additives. Under the action of the fluorescent lamp, for 5 h, the photocatalytic activity of the alginate/TiO 2 nanocomposite led to the inhibition of the proliferation of Escherichia coli and Staphylococcus aureus bacteria, while no effect was registered by exposing the nanocomposite to light in the visible region [ 25].

Utilizarea nanoparticulelor de TiO2 sub formă de suspensie pentru adsorbția ionilor metalici prezintă următoarele inconveniente: agregarea particulelor, pierderea activității de adsorbție și dificultatea de recuperare după utilizare. în scopul reutilizării nanoparticulelor de TiO2 s-au raportat sfere pe bază de alginat de sodiu, nanoparticule de TiO2 și particule magnetice [26, 27] sau aerogeluri obținute din alginat de sodiu și nanoparticule de TiO2 [28],The use of TiO 2 nanoparticles in the form of a suspension for the adsorption of metal ions presents the following drawbacks: particle aggregation, loss of adsorption activity and difficulty in recovery after use. in order to reuse TiO 2 nanoparticles, spheres based on sodium alginate, TiO 2 nanoparticles and magnetic particles [26, 27] or aerogels obtained from sodium alginate and TiO 2 nanoparticles have been reported [ 28 ],

Loosli și coautorii [29] sugerează că alginatul de calciu induce o dezaglomerare parțială, dar semnificativă a aglomeratelor de nanoparticule de TiO2,Loosli and co-authors [29] suggest that calcium alginate induces a partial but significant deagglomeration of TiO 2 nanoparticle agglomerates,

Compozițiile pe bază de TiO2 prezentate mai sus prezintă fie capacitate de degradare fotocatalitică a poluanților din ape, de adsorbție a poluanților în domeniul ultraviolet-vizibil, fie activitate antimicrobiană.The compositions based on TiO 2 presented above show either capacity for photocatalytic degradation of water pollutants, adsorption of pollutants in the ultraviolet-visible range, or antimicrobial activity.

Prezenta invenție prezintă înlătură dezavantajele utilizării suspensiei de nanoparticule de TiO2 prin utilizarea nanoparticulelor de TiO2 sub formă de nanofire, obținute prin electrofilare, și imobilizarea acestora într-o matrice de alginat de calciu, hifrofobă.The present invention removes the disadvantages of using TiO 2 nanoparticle suspension by using TiO 2 nanoparticles in the form of nanowires, obtained by electrospinning, and immobilizing them in a hydrophobic calcium alginate matrix.

în ultimii ani, cercetătorii s-au preocupat din ce în ce mai mult de studierea compușilor fenolici (din fructe, legume, cereale, ierburi și mirodenii) datorită efectelor lor benefice asupra sănătății umane. Se cunoaște din cererea de brevet RO133170 [30] extracția biochimică de polifenoli din toate părțile plantei Vitis vinifera, în special speciile roșii, negre sau albastre.In recent years, researchers have been increasingly concerned with studying phenolic compounds (from fruits, vegetables, grains, herbs and spices) due to their beneficial effects on human health. It is known from patent application RO133170 [30] the biochemical extraction of polyphenols from all parts of the Vitis vinifera plant, especially the red, black or blue species.

Pe lângă activitatea antioxidantă, mai multe studii au arătat că compușii fenolici au și proprietăți antimicrobiene [31],In addition to antioxidant activity, several studies have shown that phenolic compounds also have antimicrobial properties [31],

RO 135381 Α2 53RO 135381 Α2 53

Polifenolii naturali au fost studiați în tratarea apei, ca agenți floculanți și ca bioadsorbanți pentru metale grele și coloranți [32], datorită grupărilor hidroxil și carboxil capabile să lege ionii de metal care au sarcini pozitive puternice, cum ar fi ionii de fier (3+) și cupru (2+)· Polifenolii pot acționa prin diferite moduri: prin complexare moleculară cu proteine pro-oxidante, prin chelare a ionilor metalici potențial pro-oxidanți (Fe3+, AI3+, Cu2+) sau prin captarea directă a speciilor reactive de oxigen (ROS) [33],Natural polyphenols have been studied in water treatment, as flocculants and as bioadsorbents for heavy metals and dyes [32], due to their hydroxyl and carboxyl groups able to bind metal ions that have strong positive charges, such as iron ions ( 3+ ) and copper ( 2+ )· Polyphenols can act in different ways: by molecular complexation with pro-oxidant proteins, by chelation of potentially pro-oxidant metal ions (Fe 3+ , AI 3+ , Cu 2+ ) or by direct capture of reactive oxygen species (ROS) [33],

Principalul dezavantaj al polifenolilor constă în lipsa stabilității pe termen lung, făcând acești compuși naturali foarte sensibili la lumină și căldură. încapsularea polifenolilor este o metodă de stabilizare a acestora.The main disadvantage of polyphenols is their lack of long-term stability, making these natural compounds very sensitive to light and heat. encapsulation of polyphenols is a method of their stabilization.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția, constă în realizarea de microsfere pe bază de alginat de sodiu, extract de polifenoli și nanoparticule de oxid de titan, cu activitate antioxidantă, antifungică și capacitate de reținere a metalelor grele din apele uzate. Microsferele, conform invenției, sunt alcătuite dintr-o soluție de alginat de sodiu dizolvat în extract de polifenoli și nanoparticule de dioxid de titan obținute prin electrofilare și calcinare.The technical problem that the invention solves, consists in making microspheres based on sodium alginate, polyphenol extract and titanium oxide nanoparticles, with antioxidant, antifungal activity and capacity to retain heavy metals from waste water. The microspheres, according to the invention, are made of a solution of sodium alginate dissolved in polyphenols extract and titanium dioxide nanoparticles obtained by electrospinning and calcination.

Procedeul de obținere a microsferelor constă într-o primă etapă din prepararea extractului de polifenoli din petale de trandafiri, prepararea soluției de alginat de sodiu 2% alginat de sodiu (g/vol.) prin dizolvarea polizaharidei în extractul de polifenoli, prin agitare magnetică, obținerea nanoparticulelor de TiO2 pornind de la tetraisopropoxid de titan, acid acetic concentrat și soluție de polivinil pirolidonă dizolvată în alcool etilic, prin electrofilare și apoi calcinare, iar în ultima etapă se adaugă nanoparticulele de TiO2 în soluția de alginat de sodiu și se extrudează soluția cu ajutorul unei pompe prevăzute cu ac și seringă, într-un vas care conține soluție de clorură de calciu ca agent de reticulare, din care se obțin microsfere ce prezintă atât proprietăți antifungice față de fungul Aspergillus niger cât și de reținere a cuprului (Cu2+) din ape contaminate, prin fotocataliză.The process for obtaining the microspheres consists in a first stage of the preparation of the polyphenol extract from rose petals, the preparation of the sodium alginate solution 2% sodium alginate (g/vol.) by dissolving the polysaccharide in the polyphenol extract, by magnetic stirring, obtaining TiO2 nanoparticles starting from titanium tetraisopropoxide, concentrated acetic acid and polyvinyl pyrrolidone solution dissolved in ethyl alcohol, by electrospinning and then calcination, and in the last step TiO2 nanoparticles are added to the sodium alginate solution and the solution is extruded with the help of a pump equipped with a needle and syringe, in a vessel containing a solution of calcium chloride as a cross-linking agent, from which microspheres are obtained with both antifungal properties against the Aspergillus niger fungus and copper retention (Cu 2 + ) from contaminated waters, through photocatalysis.

Prezenta invenție prezintă următoarele avantaje:The present invention presents the following advantages:

Compusul obținut prezintă simultan activitate antifungică și capacitate de reținere a metalelor grele din apele uzate, prin fotocataliză;The obtained compound simultaneously exhibits antifungal activity and capacity to retain heavy metals from waste water, through photocatalysis;

- Pentru obținerea polifenolilor se valorifică deșeuri de tescovină, petale de trandafiri, contribuindu-se astfel la reducerea impactului asupra mediului;- To obtain polyphenols, pomace waste and rose petals are used, thus contributing to reducing the impact on the environment;

Se utilizează nanoparticule de TiO2 care prezintă activitate fotocatalitică, în detrimentul absorberilor UV de origine organică, ce prezintă toxicitate;TiO 2 nanoparticles are used, which present photocatalytic activity, to the detriment of UV absorbers of organic origin, which present toxicity;

Se înlătură instabilitatea polizaharidei (alginatului de sodiu) și a polifenolilor prin realizarea de microsfere insolubile în apă.The instability of polysaccharide (sodium alginate) and polyphenols is removed by making water-insoluble microspheres.

Materii prime:Raw materials:

- Alginat de sodiu, pulbere, (C6H7O6Na)n furnizat de BioChemica, caracterizat prin: masă moleculară în intervalul 10000-600000 g/mol, puritate 90,8%, metale grele (Pb) max. 0,002%, pierdere la uscare max. 15%, pH (1% apă) 5,5-8,0, cenușă sulfatată 18-27%.- Sodium alginate, powder, (C6H 7 O 6 Na) n supplied by BioChemica, characterized by: molecular mass in the range 10000-600000 g/mol, purity 90.8%, heavy metals (Pb) max. 0.002%, loss on drying max. 15%, pH (1% water) 5.5-8.0, sulphated ash 18-27%.

- Extract de polifenoli din petale de trandafiri, caracterizat printr-un conținut total de polifenoli de 53 mg/g GAE și activitate de stingere a radicalului DPPH de 52,6% (în condițiile testării unei concentrații de 2 g extract de polifenoli /100 mL metanol)- Polyphenol extract from rose petals, characterized by a total polyphenol content of 53 mg/g GAE and DPPH radical quenching activity of 52.6% (under the conditions of testing a concentration of 2 g polyphenol extract /100 mL methanol)

- Tetraisopropoxid de titan- Titanium tetraisopropoxide

- Acid acetic concentrat- Concentrated acetic acid

- Polivinilpirolidonă- Polyvinylpyrrolidone

- Alcool etilic de concentrație 98%- Ethyl alcohol 98% concentration

- Soluție 2% CaCU în apă distilată- 2% CaCU solution in distilled water

Se prezintă în continuare modalitatea de realizare a invenției:The method of making the invention is presented below:

(a) Prepararea extractului de polifenoli din petale de trandafiri. 20 g petale de tradafiri roșii, proaspete, autohtone, proaspăt spălate se introduc într-un vas Erlenmeyer cu 100 mL apă distilată, cu ajutorul unui agitator magnetic, unde se fierb la temperatura de 80 °C, timp de 30 minute și 200 rpm. După 30 minute, extractul se filtrează printr-o hârtie de filtru și se depozitează la întuneric, până la utilizare.(a) Preparation of polyphenol extract from rose petals. 20 g of red rose petals, fresh, native, freshly washed, are placed in an Erlenmeyer vessel with 100 mL of distilled water, with the help of a magnetic stirrer, where they are boiled at a temperature of 80 °C, for 30 minutes and 200 rpm. After 30 minutes, the extract is filtered through a filter paper and stored in the dark until use.

(b) Prepararea soluției de alginat de sodiu 2% alginat de sodiu (g/vol.) prin dizolvarea polizaharidei în extractul de polifenoli, prin agitare magnetică Ia temperatura de 90+1 °C, timp de 4 h, 200 rot/min.(b) Preparation of the sodium alginate solution 2% sodium alginate (g/vol.) by dissolving the polysaccharide in the polyphenol extract, by magnetic stirring at a temperature of 90+1 °C, for 4 h, 200 rpm.

(c) Obținerea nanoparticulelor de TiO2 prin electrofilarea unei soluții constituite din 1,5 mL tetraisopropoxid de titan dizolvate în 3 mL acid acetic concentrat peste care s-a adăugat sub agitare timp de 30 minute, o soluție formată din 0,45 g polivinilpirolidonă dizolvată în 10 mL alcool etilic de concentrație 98%. Electrofilarea a avut loc într-un echipament de electrospinning prevăzut cu o pompă peristaltică în care s-a introdus soluția de electrofilat și un colector circular, în condiții de tensiune de +16,22 kV, un debit al soluției de 1,5 mL/h și o distanță între ac și colector de 14 cm. Nanofibrele obținute au fost calcinate la temperatura de 550 °C, viteza de 2 °C/min, timp de 3 h. Așa cum se arată în Figura 1 (a) s-au obținut nanoparticule de T1O2 cu dimensiunea cuprinsă între 24-188 nm.(c) Obtaining TiO2 nanoparticles by electrospinning a solution consisting of 1.5 mL of titanium tetraisopropoxide dissolved in 3 mL of concentrated acetic acid, over which was added with stirring for 30 minutes, a solution consisting of 0.45 g of polyvinylpyrrolidone dissolved in 10 mL ethyl alcohol of concentration 98%. Electrospinning took place in an electrospinning equipment equipped with a peristaltic pump into which the electrospinning solution and a circular collector were introduced, under voltage conditions of +16.22 kV, a solution flow rate of 1.5 mL/h and a distance between needle and collector of 14 cm. The obtained nanofibers were calcined at a temperature of 550 °C, speed of 2 °C/min, for 3 h. As shown in Figure 1 (a), T1O2 nanoparticles with a size between 24-188 nm were obtained .

(d) Adăugarea nanoparticulelor de T1O2 0,1% (g/vOl) în soluția de alginat de sodiu și amestecarea în continuare la temperatura de 90±l °C, timp de 30 minute, 200 rot/min (e) Extrudarea soluției obținute într-o pompă peristaltică prevăzută cu ac și seringă, la un debit de 180 mL/h, la temperatura camerei, într-un vas care conține soluție de clorură de calciu 2%, agent de reticulare, timp de 24 h.(d) Addition of 0.1% (g/vOl) T1O2 nanoparticles into the sodium alginate solution and further mixing at 90±1 °C for 30 minutes, 200 rpm (e) Extrusion of the obtained solution in a peristaltic pump equipped with a needle and syringe, at a flow rate of 180 mL/h, at room temperature, in a vessel containing 2% calcium chloride solution, crosslinking agent, for 24 h.

(f) Filtrarea printr-o hârtie de filtru Whatman #1, spălarea cu apă distilată și uscarea microsferelor formate la temperatura de 60±l °C timp de 8 ore.(f) Filtering through a Whatman #1 filter paper, washing with distilled water and drying the formed microspheres at 60±1 °C for 8 hours.

în paralel s-au obținut microsfere fără nanoparticule de T1O2 (probă de control), în aceleași condiții.in parallel, microspheres were obtained without T1O2 nanoparticles (control sample), under the same conditions.

Pentru microsferele pe bază de alginat de sodiu, polifenoli și nanoparticule de T1O2 obținute s-au determinat următoarele proprietăți:For the microspheres based on sodium alginate, polyphenols and T1O2 nanoparticles obtained, the following properties were determined:

- morfologia, diametrul și mărimea nanofirelor și analiza elementală prin microscopia electronică de baleiaj (SEM) cuplată cu Spectroscopia de Energia de Raze X Dispersivă (EDS) cu ajutorul unui microscop electronic cu baleiaj de înaltă rezoluție QUANTA 450 FEG (FEI, Eindhoven, Olanda), mod de lucru high vacuum, după depunere pe banda de C.- morphology, diameter and size of nanowires and elemental analysis by scanning electron microscopy (SEM) coupled with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) using a high-resolution scanning electron microscope QUANTA 450 FEG (FEI, Eindhoven, The Netherlands) , high vacuum working mode, after deposition on the C strip.

- reținerea ionului cuprului (Cu2 ) din ape sintetice cu ajutorul unui Spectrometru cu absorbție atomică cu cuptor de grafit, Model Avanta ULTRA Z 933 PLUS (GBC Scientific Equipment PTY.Ltd.-Australia). 0,5 g adsorbant se introduc în 50 mL soluție Cu (2+) 3 mg/L într-un pahar Berzelius care este plasat apoi sub o lampă UV, timp de 60 minute. La fiecare 10 minute, se extrag 3 mL de probă din paharul Berzelius, se filtrează cu ajutorul unei seringi cu membrană filtrantă ce are diametrul porilor de 0,45 pm și se analizează pentru detecția ionului Cu (2+).- retention of the copper ion (Cu 2 ) from synthetic waters using an Atomic Absorption Spectrometer with graphite furnace, Model Avanta ULTRA Z 933 PLUS (GBC Scientific Equipment PTY.Ltd.-Australia). 0.5 g of adsorbent is introduced into 50 mL of Cu ( 2+ ) 3 mg/L solution in a Berzelius glass which is then placed under a UV lamp for 60 minutes. Every 10 minutes, 3 mL of sample is extracted from the Berzelius beaker, filtered using a syringe with a filter membrane having a pore diameter of 0.45 µm and analyzed for the detection of Cu ( 2+ ) ion.

- activitatea antifungică asupra fungului Aspergillus niger, care este întâlnit și în apele reziduale, în acest scop, fungul Aspergillus niger a fost crescut pe mediu de cultură Potato Dextrose Agar (PDA) în plăci Petri cu diametrul de 90 mm, timp de 7-9 zile la temperatura de 25 °C. Suspensia de spori a fost obținută în condiții aseptice; numărul de spori fiind determinat prin citirea la camera Thoma. Concentrația de spori utilizată a fost de IO6 spori/mL. Mediul de cultură a fost preparat în sticle de reactiv conform instrucțiunilor de pe ambalaj și sterilizat la autoclav la temperatura de 121 °C, timp de 20 de minute. După sterilizare și răcire, aproximativ 0,7 g probă sub formă de pulbere a fost încorporată în 20 mL mediu de cultură în condiții aseptice și apoi- the antifungal activity on the fungus Aspergillus niger, which is also found in waste water, for this purpose, the fungus Aspergillus niger was grown on Potato Dextrose Agar (PDA) culture medium in Petri plates with a diameter of 90 mm, for 7-9 days at a temperature of 25 °C. The spore suspension was obtained under aseptic conditions; the number of spores being determined by reading in the Thoma camera. The spore concentration used was 10 6 spores/mL. The culture medium was prepared in reagent bottles according to package instructions and autoclaved at 121 °C for 20 minutes. After sterilization and cooling, approximately 0.7 g of powdered sample was incorporated into 20 mL of culture medium under aseptic conditions and then

V) acesta a fost turnat în plăcile Petri. După solidificare, mediul de cultură a fost inoculat cu 2 pL suspensie de spori în centrul plăcii. Toate determinările au fost realizate în două repetiții. Probele martor au fost realizate utilizând aceeași metodă de lucru, dar fără probă.V) this was poured into petri dishes. After solidification, the culture medium was inoculated with 2 µL of spore suspension in the center of the plate. All determinations were performed in duplicate. Blank samples were made using the same working method, but without the sample.

Plăcile Petri au fost apoi izolate cu parafilm și incubate la temperatura de 25 °C, timp de 7 zile. Determinarea gradului de creștere al coloniilor a fost realizată prin măsurarea diametrelor acestora în ziua a 7-a de incubare.Petri dishes were then insulated with parafilm and incubated at 25 °C for 7 days. Colony growth was determined by measuring their diameters on the 7th day of incubation.

Imaginile microscopiei electronice de baleiaj pentru nanoparticulele de TiO2 obținute prin electrofilare, microsferele pe bază de alginat de calciu și extract de polifenoli și microsferele care conțin nanoparticule de TiO2 sunt prezentate în Figura 1 (a-d). în acord cu imaginile de suprafață realizate prin analiza SEM, microsferele obținute (Fig. 1 (b, c)) au prezentat o suprafață rugoasă, cu un diametru cuprins între 0,903-1,069 mm iar nanoparticule de T1O2 au avut dimensiunea cuprinsă între 50,13-101,1 nm (Fig, 1 (a, d)). Prezența nanoparticulelor de TiO2 în matricea de alginat de calciu este evidențiată și prin analiza elementală (Tabel 1).Scanning electron microscopy images for electrospinning TiO2 nanoparticles, calcium alginate and polyphenol extract microspheres, and microspheres containing TiO2 nanoparticles are shown in Figure 1 (a–d). in agreement with the surface images obtained by SEM analysis, the obtained microspheres (Fig. 1 (b, c)) presented a rough surface, with a diameter between 0.903-1.069 mm and nanoparticles of T1O2 had a size between 50.13 -101.1 nm (Fig, 1 (a, d)). The presence of TiO2 nanoparticles in the calcium alginate matrix is also evidenced by elemental analysis (Table 1).

Tabel 1. Analiza elementală a nanoparticulelor de T1O2 și a microsferelor de alginat de calciu/nanoparticule de TiOiîn comparație cu microsferele de alginat de calciu.Table 1. Elemental analysis of T1O2 nanoparticles and calcium alginate microspheres/TiOi nanoparticles compared to calcium alginate microspheres.

Element chimic Chemical element Microsfere de alginat de calciu/nanoparticule de TiO2 Calcium alginate microspheres/TiO 2 nanoparticles Nanoparticule de TiO2 TiO2 nanoparticles Procente în greutate, % Percentage by weight, % Procente atomice, % Atomic percentages, % Procente în greutate, % Percentage by weight, % Procente atomice, % Atomic percentages, % C K C K 41,77 41.77 51,36 51.36 OK K 50,17 50.17 46,31 46.31 75,67 75.67 90,30 90.30 Au M They have M 1,92 1.92 0,14 0.14 CaK CaK 4,82 4.82 1,78 1.78 Ti K You K 1,32 1.32 0,41 0.41 24,33 24.33 9,70 9.70

Adsorbantul obținut prezintă o eficiență de 84,3% de reținere a ionului Cu (2+) în concentrație de 3 mg/L, urmând ca eficiența maximă să fie atinsă la 60 minute (88,14%), în condiții de agitare magnetică cu viteza de 400 rpm și expunere la lampa UV.The obtained adsorbent has an efficiency of 84.3% for the retention of the Cu ( 2+ ) ion in a concentration of 3 mg/L, with the maximum efficiency being reached at 60 minutes (88.14%), under conditions of magnetic stirring with speed of 400 rpm and UV lamp exposure.

A fost observat faptul că gradul de inhibare asupra dezvoltării fungului Aspergillus niger a fost de 16,4% pentru proba alginat de calciu și de 18,6% pentru proba alginat de calciu/nanoparticule de TiO2. Activitatea antifungică poate fi explicată atât datorită nanoparticulelor de TiO2 prin migrarea electronului din banda de valență în banda de conducție, generând radicali hidroxil la suprafață, precum și polifenolilor din structura microsferelor.It was observed that the degree of inhibition on the development of the fungus Aspergillus niger was 16.4% for the calcium alginate sample and 18.6% for the calcium alginate/TiO 2 nanoparticle sample. The antifungal activity can be explained both due to TiO 2 nanoparticles by the migration of the electron from the valence band to the conduction band, generating hydroxyl radicals on the surface, as well as to the polyphenols in the structure of the microspheres.

Claims (2)

REVENDICĂRIdemand 1. Compoziție de microsfere pe bază de alginat de sodiu, polifenoli și nanoparticule de TiO2, caracterizată prin aceea că, pentru obținerea lor s-au utilizat 2 g de pulbere de alginat de sodiu dizolvate în 100 mL extract de polifenoli și 0,1 g nanoparticule de TiO2 obținute prin electrofilare cu dimensiunea cuprinsă între 50,13-101,1 nm, care prezintă un diametru cuprins între 0,903-1,069 mm, o eficiență de reținere a ionului Cu (2+) de 88,14%, la 60 minute expunere la lampa UV și activitate antifungică față de Aspergillus niger timp de 7 zile de expunere, utilizată în prevenirea creșterii si dezvoltării fungilor toxici și reținerea ionilor de metale grele din ape uzate.1. Composition of microspheres based on sodium alginate, polyphenols and TiO2 nanoparticles, characterized in that 2 g of sodium alginate powder dissolved in 100 mL of polyphenol extract and 0,1 g were used to obtain them. TiO 2 nanoparticles obtained by electrofilament with a size of 50,13-101,1 nm, having a diameter of 0,903-1,069 mm, a Cu ( 2+ ) retention efficiency of 88.14%, at 60 minutes of exposure to UV lamp and antifungal activity against Aspergillus niger for 7 days of exposure, used to prevent the growth and development of toxic fungi and to retain heavy metal ions from wastewater. 2. Procedeu de obținere a microsferelor pe bază de alginat de sodiu, polifenoli și nanoparticule de TiO2, caracterizate prin aceea că, obținerea lor are loc într-o pompă peristaltică, la un debit de 180 mL/h, la temperatura camerei, prin picurare într-un vas care conține 300 mL soluție de clorură de calciu 2%.2. Process for the production of microspheres based on sodium alginate, polyphenols and TiO 2 nanoparticles, characterized in that they are obtained in a peristaltic pump at a flow rate of 180 mL / h at room temperature by drip into a vessel containing 300 mL of 2% calcium chloride solution.
RO202000301A 2020-05-29 2020-05-29 Composition and process for making micro spheres based on alginate and titanium oxide (tio2) nanoparticles, with application in environment protection RO135381A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO202000301A RO135381A2 (en) 2020-05-29 2020-05-29 Composition and process for making micro spheres based on alginate and titanium oxide (tio2) nanoparticles, with application in environment protection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO202000301A RO135381A2 (en) 2020-05-29 2020-05-29 Composition and process for making micro spheres based on alginate and titanium oxide (tio2) nanoparticles, with application in environment protection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO135381A2 true RO135381A2 (en) 2021-12-30

Family

ID=79289401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO202000301A RO135381A2 (en) 2020-05-29 2020-05-29 Composition and process for making micro spheres based on alginate and titanium oxide (tio2) nanoparticles, with application in environment protection

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO135381A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115282946A (en) * 2022-08-11 2022-11-04 山东省产品质量检验研究院 Simulant for testing virus purification performance in water purification device and preparation method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115282946A (en) * 2022-08-11 2022-11-04 山东省产品质量检验研究院 Simulant for testing virus purification performance in water purification device and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Fabrication of TiO2/Ag2O heterostructure with enhanced photocatalytic and antibacterial activities under visible light irradiation
Gharpure et al. Synthesis and antimicrobial properties of zinc oxide nanoparticles
Sin et al. Punica granatum mediated green synthesis of cauliflower-like ZnO and decorated with bovine bone-derived hydroxyapatite for expeditious visible light photocatalytic antibacterial, antibiofilm and antioxidant activities
Sekar et al. Electrospinning of Fe-doped ZnO nanoparticles incorporated polyvinyl alcohol nanofibers for its antibacterial treatment and cytotoxic studies
US9491947B1 (en) Method of synthesizing nanoparticles and a nanoparticle-polymer composite using a plant extract
Yousef et al. Inactivation of pathogenic Klebsiella pneumoniae by CuO/TiO2 nanofibers: A multifunctional nanomaterial via one-step electrospinning
Harikumar et al. Antibacterial activity of copper nanoparticles and copper nanocomposites against Escherichia coli bacteria
Kannan et al. Green synthesis of ruthenium oxide nanoparticles: Characterization and its antibacterial activity
Mizwari et al. Chitosan/metal oxide nanocomposites: synthesis, characterization, and antibacterial activity
Kumar et al. Highly efficient performance of activated carbon impregnated with Ag, ZnO and Ag/ZnO nanoparticles as antimicrobial materials
Rodríguez-González et al. Antifungal nanocomposites inspired by titanate nanotubes for complete inactivation of Botrytis cinerea isolated from tomato infection
Lyu et al. Different antibacterial effect of Ag3PO4/TiO2 heterojunctions and the TiO2 polymorphs
Xiao et al. The behavior of active bactericidal and antifungal coating under visible light irradiation
Suresh et al. Recent progress in green and biopolymer based photocatalysts for the abatement of aquatic pollutants
Sajeshkumar et al. Synthesis of silver nanoparticles from neem leaf (Azadirachta indica) extract and its antibacterial activity
Wang et al. Enhanced photocatalytic bacteriostatic activity towards Escherichia coli using 3D hierarchical microsphere BiOI/BiOBr under visible light irradiation
Kubiak et al. Hydrothermal-assisted synthesis of highly crystalline titania–copper oxide binary systems with enhanced antibacterial properties
Kotp et al. Green-synthesis of Ag nanoparticles and its composite with PVA nanofiber as a promising Cd2+ adsorbent and antimicrobial agent
Hamid et al. Antimicrobial activity of silver nanoparticles and cold plasma in the treatment of hospital wastewater
Aktepe et al. Biosynthesis of AgNPs by extract from waste leaves of Citrullus lanatus sp.(watermelon); characterization, antibacterial and antifungal effects
Maijan et al. Sustainable environmental-based synthesis of zinc oxide nanoparticles using para rubber leaf extract for photocatalytic degradation of organic pollutants and microbial control in wastewater treatment
Maliha et al. Bismuth phosphinato incorporated antibacterial filter paper for drinking water disinfection
RO135381A2 (en) Composition and process for making micro spheres based on alginate and titanium oxide (tio2) nanoparticles, with application in environment protection
Ahmad Barudin et al. Antibacterial activity of Ag-TiO2 nanoparticles with various silver contents
Jana et al. Hybrid nanostructures exhibiting both photocatalytic and antibacterial activity—a review