Одержання наночасток дорогоцінних металів "зеленим" способом: антимікробні, каталітичні властивості

Автор(и)

  • Margarita Skiba Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0003-4634-280X
  • Viktoria Vorobyova Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-7479-9140
  • Alexander Pivovarov Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0003-0520-171X
  • Anastasiia Shakun Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-6933-4573
  • Elena Gnatko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0001-8507-7127
  • Inna Trus Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-6368-6933

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.144602

Ключові слова:

водний екстракт, компонентний склад, виноград, відновлення, нітрофенол, антибактеріальні властивості, антиоксидантна активність

Анотація

Здійснено "зелений" синтез монометалічних (Au, Ag,) та біметалічних (Au-Ag) наночастинок (НЧ) з водних розчинів іонів металів відповідних прекурсорів із використанням відходів агропромислового виробництва (шкірки винограду). Наразі гостро стоїть проблема утилізації відходів агропромислового комплексу, раціонального природокористування та перехід до використання екологічно безпечних енергоефективних технологій. Тому спостерігається тенденція використання "зелених" технологій при одержанні наноматеріалів, що вважаються екологічно безпечними та ресурсозберігаючими. Встановлено ефективність використання харчових відходів (шкіра винограду), як відновника та стабілізуючого агента для формування наночастинок дорогоцінних металів моно- та біметалевої структури. Екстракцію біологічної сировини проводили у водному середовищі під дією короткотривалого впливу розряду низькотемпературної плазми. На основі комплексного аналізу компонентного складу екстракту встановлено, що гідроксильні, карбонільні та карбоксильні функціональні групи органічних сполук екстракту шкірки винограду, відповідають за відновлення іонів металів та стабілізацію отриманих НЧ. Встановлено, що формування моно- та біметалічних НЧ характеризується присутністю піка для Ag0 (λмак=440 нм), для Au0 (λмак=540 нм), Ag-Au (λмак=510 нм). Розмір та стабільність наночастинок одержаних "зеленим" синтезом оцінено в порівнянні з показниками при плазмохімічному способі формування наночасток. Встановлено антибактеріальні та каталітичні властивості синтезованих наночастинок. Одержані монометалічні (Au, Ag,) та біметалічні (Au-Ag) наночастинок показали відмінну каталітичну активність для відновлення p-нітрофенолу (4-НФ) до p-амінофенолу (4-AФ) у присутності NaBH4. Синтезовані НЧ продемонстрували антибактеріальну активність проти грампозитивних та грамнегативних бактерій. Отримані результати дають змогу розширити практичне застосування наночастинок металів в різних галузях виробництв та вирішити питання щодо збільшення переробки та повторного використанню неліквідних відходів

Біографії авторів

Margarita Skiba, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Viktoria Vorobyova, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра фізичної хімії

Alexander Pivovarov, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Доктор технічних наук, професор, ректор

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Anastasiia Shakun, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кафедра фізичної хімії

Elena Gnatko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Старший викладач

Кафедра прикладної механіки

Inna Trus, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра екології та технології рослинних полімерів

Посилання

  1. Sharma, G., Kumar, D., Kumar, A., Al-Muhtaseb, A. H., Pathania, D., Naushad, M., Mola, G. T. (2017). Revolution from monometallic to trimetallic nanoparticle composites, various synthesis methods and their applications: A review. Materials Science and Engineering: C, 71, 1216–1230. doi: https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.11.002
  2. Han, P., Martens, W., Waclawik, E. R., Sarina, S., Zhu, H. (2018). Metal Nanoparticle Photocatalysts: Synthesis, Characterization, and Application. Particle & Particle Systems Characterization, 35 (6), 1700489. doi: https://doi.org/10.1002/ppsc.201700489
  3. Liu, X., Astruc, D. (2017). From Galvanic to Anti-Galvanic Synthesis of Bimetallic Nanoparticles and Applications in Catalysis, Sensing, and Materials Science. Advanced Materials, 29 (16), 1605305. doi: https://doi.org/10.1002/adma.201605305
  4. Solomon, M. M., Gerengi, H., Umoren, S. A. (2017). Carboxymethyl Cellulose/Silver Nanoparticles Composite: Synthesis, Characterization and Application as a Benign Corrosion Inhibitor for St37 Steel in 15% H2SO4 Medium. ACS Applied Materials & Interfaces, 9 (7), 6376–7389. doi: https://doi.org/10.1021/acsami.6b14153
  5. Nelson, D., Seabra, A. B. (2018). Biogenic Synthesized Ag/Au Nanoparticles: Production, Characterization, and Applications. Current Nanoscience, 14 (2), 82–94. doi: https://doi.org/10.2174/1573413714666171207160637
  6. Peralta-Videa, J. R., Huang, Y., Parsons, J. G., Zhao, L., Lopez-Moreno, L., Hernandez-Viezcas, J. A., Gardea-Torresdey, J. L. (2016). Plant-based green synthesis of metallic nanoparticles: scientific curiosity or a realistic alternative to chemical synthesis? Nanotechnology for Environmental Engineering, 1 (4). doi: https://doi.org/10.1007/s41204-016-0004-5
  7. Saratale, R. G., Saratale, G. D., Shin, H. S., Jacob, J. M., Pugazhendhi, A., Bhaisare, M., Kumar, G. (2017). New insights on the green synthesis of metallic nanoparticles using plant and waste biomaterials: current knowledge, their agricultural and environmental applications. Environmental Science and Pollution Research, 25 (11), 10164–10183. doi: https://doi.org/10.1007/s11356-017-9912-6
  8. Devi, T. B., Ahmaruzzaman, M. (2017). Bio-inspired facile and green fabrication of Au@Ag@AgCl core–double shells nanoparticles and their potential applications for elimination of toxic emerging pollutants: A green and efficient approach for wastewater treatment. Chemical Engineering Journal, 317, 726–741. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.02.082
  9. Sun, L., Yin, Y., Lv, P., Su, W., Zhang, L. (2018). Green controllable synthesis of Au–Ag alloy nanoparticles using Chinese wolfberry fruit extract and their tunable photocatalytic activity. RSC Advances, 8 (8), 3964–3973. doi: https://doi.org/10.1039/c7ra13650a
  10. Ingale, A. G., Chaudhari, A. N. (2013). Biogenic Synthesis of Nanoparticles and Potential Applications: An Eco- Friendly Approach. Journal of Nanomedicine & Nanotechnology, 04 (02). doi: https://doi.org/10.4172/2157-7439.1000165
  11. Chyhyrynets, O. E., Fateev, Y. F., Vorobiova, V. I., Skyba, M. I. (2016). Study of the Mechanism of Action of the Isopropanol Extract of Rapeseed Oil Cake on the Atmospheric Corrosion of Copper. Materials Science, 51 (5), 644–651. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-016-9886-4
  12. Vorobyova, V., Chygyrynets’, O., Skiba, M., Zhuk, T., Kurmakova, І., Bondar, О. (2018). A comprehensive study of grape pomace extract and its active components as effective vapour phase corrosion inhibitor of mild steel. International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, 7 (2), 185–202. doi: https://doi.org/10.17675/2305-6894-2018-7-2-6
  13. Vorobyova, V., Chygyrynets’, O., Skiba, M. (2018). 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde as a volatile inhibitor on the atmospheric corrosion of carbon steel. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 53 (2), 336–345.
  14. Vorobyova, V., Chygyrynets, O., Skiba, M., Kurmakova, І., Bondar, O. (2017). Self-assembled monoterpenoid phenol as vapor phase atmospheric corrosion inhibitor of carbon steel. International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, 6 (4), 485–503. doi: https://doi.org/10.17675/2305-6894-2017-6-4-8
  15. Ulug, B., Haluk Turkdemir, M., Cicek, A., Mete, A. (2015). Role of irradiation in the green synthesis of silver nanoparticles mediated by fig (Ficus carica) leaf extract. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 135, 153–161. doi: https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.06.142
  16. Abdelghany, A. M., Abdelrazek, E. M., Badr, S. I., Abdel-Aziz, M. S., Morsi, M. A. (2017). Effect of Gamma-irradiation on biosynthesized gold nanoparticles using Chenopodium murale leaf extract. Journal of Saudi Chemical Society, 21 (5), 528–537. doi: https://doi.org/10.1016/j.jscs.2015.10.002
  17. Irimia, A., Ioanid, G. E., Zaharescu, T., Coroabă, A., Doroftei, F., Safrany, A., Vasile, C. (2017). Comparative study on gamma irradiation and cold plasma pretreatment for a cellulosic substrate modification with phenolic compounds. Radiation Physics and Chemistry, 130, 52–61. doi: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2016.07.028
  18. Pivovarov, A. A., Kravchenko, A. V., Tishchenko, A. P., Nikolenko, N. V., Sergeeva, O. V., Vorob’eva, M. I., Treshchuk, S. V. (2015). Contact nonequilibrium plasma as a tool for treatment of water and aqueous solutions: Theory and practice. Russian Journal of General Chemistry, 85 (5), 1339–1350. doi: https://doi.org/10.1134/s1070363215050497
  19. Skiba, M., Pivovarov, A., Makarova, A., Pasenko, O., Khlopytskyi, A., Vorobyova, V. (2017). Plasma-chemical formation of silver nanodispersion in water solutions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (90)), 59–65. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.118914
  20. Pivovarov, О. А., Skіba, М. І., Makarova, А. K., Vorobyova, V. І., Pasenko, О. О. (2017). Plasma-chemical obtaining of silver nanoparticles in the presence of sodium alginate. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 6 (115), 82–88.
  21. Taylor, P. L., Ussher, A. L., Burrell, R. E. (2005). Impact of heat on nanocrystalline silver dressings. Biomaterials, 26 (35), 7221–7229. doi: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2005.05.040
  22. Sadeghi, B., Jamali, M., Kia, Sh., Amini nia, A., Ghafar, S. (2010). Synthesis and characterization of silver nanoparticles for antibacterial activity. International Journal of Nano Dimension, 1 (2), 119–124. doi: https://doi.org/10.7508/IJND.2010.02.004
  23. Farhadi S. Ajerloo, B., Mohammadi, A. (2017). Low-cost and eco-friendly phyto-synthesis of Silver nanoparticles by using grapes fruit extract and study of antibacterial and catalytic effects. International Journal of Nano Dimension, 8 (1), 49–60. doi: https://doi.org/10.22034/IJND.2017.24376
  24. Krishnaswamy, K., Vali, H., Orsat, V. (2014). Value-adding to grape waste: Green synthesis of gold nanoparticles. Journal of Food Engineering, 142, 210–220. doi: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.06.014
  25. Yallappa, S., Manjanna, J., Dhananjaya, B. L. (2015). Phytosynthesis of stable Au, Ag and Au–Ag alloy nanoparticles using J. Sambac leaves extract, and their enhanced antimicrobial activity in presence of organic antimicrobials. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 137, 236–243. doi: https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.08.030
  26. Kuppusamy, P., Ilavenil, S., Srigopalram, S., Kim, D. H., Govindan, N., Maniam, G. P. et. al. (2017). Synthesis of Bimetallic Nanoparticles (Au–Ag Alloy) Using Commelina nudiflora L. Plant Extract and Study its on Oral Pathogenic Bacteria. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 27 (2), 562–568. doi: https://doi.org/10.1007/s10904-017-0498-8
  27. Khatami, M., Alijani, H., Nejad, M., Varma, R. (2018). Core@shell Nanoparticles: Greener Synthesis Using Natural Plant Products. Applied Sciences, 8 (3), 411. doi: https://doi.org/10.3390/app8030411
  28. Pivovarov, A. A., Skiba, M. I., Makarova, A. K., Vorobyova, V. I. (2017). Obtaining of bimetallic nanoparticles by using plasma discharge. Vibratsiyi v tekhnitsi ta tekhnolohiyakh, 3 (86), 97–101.
  29. Skіba, M., Pivovarov, A., Makarova, A., Vorobyova, V. (2018). Plasma-chemical Synthesis of Silver Nanoparticles in the Presence of Citrate. Chemistry Journal of Moldova, 13 (1), 7–14. doi: https://doi.org/10.19261/cjm.2018.475
  30. Skіba, М. І., Pivovarov, О. А., Makarova, А. K. Parkhomenko, V. D. (2018). One-pot synthesis of silver nanoparticles using discharged plasma in the presence of polyvinyl alcohol. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 3, 113–120.
  31. Skiba, M., Pivovarov, A., Makarova, A., Vorobyova, V. (2018). Plasmochemical preparation of silver nanoparticles: thermodynamics and kinetics analysis of the process. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (92)), 4–9. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.127103
  32. Ijaz Hussain, J., Kumar, S., Adil Hashmi, A., Khan, Z. (2011). Silver Nanoparticles: Preparation, Characterization, And Kinetics. Advanced Materials Letters, 2 (3), 188–194. doi: https://doi.org/10.5185/amlett.2011.1206
  33. Marambio-Jones, C., Hoek, E. M. V. (2010). A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment. Journal of Nanoparticle Research, 12 (5), 1531–1551. doi: https://doi.org/10.1007/s11051-010-9900-y
  34. Francis, S., Joseph, S., Koshy, E. P., Mathew, B. (2017). Microwave assisted green synthesis of silver nanoparticles using leaf extract of elephantopus scaber and its environmental and biological applications. Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology, 46 (4), 795–804. doi: https://doi.org/10.1080/21691401.2017.1345921
  35. Wunder, S., Polzer, F., Lu, Y., Mei, Y., Ballauff, M. (2010). Kinetic Analysis of Catalytic Reduction of 4-Nitrophenol by Metallic Nanoparticles Immobilized in Spherical Polyelectrolyte Brushes. The Journal of Physical Chemistry C, 114 (19), 8814–8820. doi: https://doi.org/10.1021/jp101125j
  36. Jiménez, M., Juárez, N., Jiménez-Fernández, V. M., Monribot-Villanueva, J. L., Guerrero-Analco, J. A. (2018). Phenolic Compounds And Antioxidant Activity Of Wild Grape (Vitis Tiliifolia). Italian Journal of Food Science, 30 (1), 128–143. doi: https://doi.org/10.14674/IJFS-975
  37. Abou El-Nour, K. M. M., Eftaiha, A., Al-Warthan, A., Ammar, R. A. A. (2010). Synthesis and applications of silver nanoparticles. Arabian Journal of Chemistry, 3 (3), 135–140. doi: https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2010.04.008

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-10-17

Як цитувати

Skiba, M., Vorobyova, V., Pivovarov, A., Shakun, A., Gnatko, E., & Trus, I. (2018). Одержання наночасток дорогоцінних металів "зеленим" способом: антимікробні, каталітичні властивості. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (95), 51–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.144602

Номер

Том 5 № 6 (95) (2018): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Margarita Skiba, Viktoria Vorobyova, Alexander Pivovarov, Anastasiia Shakun, Elena Gnatko, Inna Trus

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.