PL232754B1

PL232754B1 - Sposób wirowania nanocząstek srebra, złota, miedzi, platyny, niklu, selenu albo ceru

Info

Publication number: PL232754B1
Application number: PL408437A
Authority: PL
Inventors: Marcin BANACH; Marcin Banach; Jolanta Pulit
Original assignee: Politechnika Krakowska Im Tadeusza Kosciuszki
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2019-07-31
Also published as: PL408437A1

Abstract

Sposób otrzymywania stałej postaci nanocząstek srebra, złota, miedzi, platyny, niklu, selenu albo ceru polega na tym, że zawiesinę nanocząstek o stężeniu od 50 do 5000 mg/dm3 wprowadza się do probówek wirnikowych, poddaje procesowi wirowania z prędkością 20 000 obr/min do 150 000 obr/min, a proces wirowania prowadzi się raz, bądź powtarza się go co najmniej raz odprowadzając w międzyczasach supernatant i uzupełniając wirowaną zawiesinę, a po wirowaniu odprowadza się supernatant, natomiast osad nanocząstek przemywa się i suszy.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wirowania nanocząstek srebra, złota, miedzi, platyny, niklu, selenu albo ceru.

Metale występujące w formie nanokrystalicznej wykazują unikalne właściwości biobójcze, jak na przykład nanosrebro zwalczające głównie bakterie i wirusy lub miedź, która szczególnie efektywnie niszczy grzyby. Dodatkowo nanometale mogą być stosowane w formie dodatku do produktów kosmetycznych, biomedycznych i innych w celu zwiększenia ich właściwości antymikrobiologicznych.

Nanotechnologia należy do dziedzin szybko rozwijających się, zwłaszcza w ostatnich dziesięcioleciach. Jednym z kluczowych materiałów nanotechnologicznych jest srebro nanocząsteczkowe (nanosrebro, NAg), które dzięki swoim niezwykłym właściwościom biobójczym znalazło się w kręgu dużego zainteresowania ze strony różnorodnych gałęzi przemysłu i nauki. Jego cenne właściwości pozwoliły na zastosowanie nanosrebra w medycynie, kosmetologii, farmacji, przemyśle budowlanym, włókienniczym, spożywczym, a nawet stosowane jest jako środek przyspieszający porost niektórych części roślin uprawnych.

Znane są, na przykład z opisu patentowego US 2008/0213328 materiały tworzywowe, powstałe w wyniku domieszania do nich cząstek nanosrebra w ilości od 0,1 do 0,8% wag. Materiały te służą do przechowywania żywności i produktów rolnych. Autorzy zastrzegają, iż kształt i rozmiar nanocząstek srebra dodawanych do materiałów mogą być dowolnie zmieniane, w zależności od przeznaczenia gotowego produktu. Ustalono również, iż cząstki nanosrebra nie wykazują tendencji do migracji w materiale, a ich niezmienna obecność skutecznie chroni przechowywaną żywność przed psuciem się i pozwala na utrzymywanie świeżości produktów spożywczych przez długi czas. Wykonano również badania mikrobiologiczne skuteczności tak otrzymanych materiałów opakowaniowych. W ich wyniku okazało się, iż pojemniki zawierające nanosrebro wykazywały dziesięciokrotnie wyższą skuteczność biobójczą wobec szczepu Staphylococcus aureus niż próbka kontrolna.

W opisie patentowym US 2010/0294695 opisano pojemniki wykonane z różnego rodzaju tworzyw sztucznych, m.in. z polipropylenu i poliwęglanu, które dodatkowo zawierały nanocząstki srebra. Wprowadzenie srebra nanocząstkowego pozwoliło na zwiększenie przydatności pojemników spożywczych, gdyż ogranicza ono rozwój niepożądanych drobnoustrojów.

Znane są, na przykład z opisu patentowego EP14393 57 materiały wykończeniowe, używane do pokrywania komór zamrażalników, które w swoim składzie zawierają nanosrebro. Autorzy podają, iż korzystnie jest, gdy rozmiar nanocząstek srebra używanych do produkcji takich materiałów mieści się w zakresie od 15 do 300 nm, a stężenie stosowanych suspensji wynosi od 1 do 500 ppm. Głównymi substancjami wchodzącymi w skład tych materiałów są nieprzeźroczyste lub transparentne żywice, a warstwa nanosrebra może być na nie bezpośrednio nanoszona. Materiałami wykończeniowymi pokrywa się te części zamrażalnika, w których potencjalnie może się rozwijać największa ilość bakterii. Przeprowadzono badania mikrobiologiczne wobec szczepu Staphylococcus aureus, które potwierdziły niezwykłą skuteczność wykończeń z nanosrebrem w odniesieniu do próbki kontrolnej, którą stanowiła zwykła komora zamrażalnika. Wyniki testów potwierdziły jednoznacznie, iż dodatek srebra nanocząstkowego do materiałów wykończeniowych komory zamrażalników powoduje prawie całkowite ograniczenie rozwoju bakterii. We wszystkich przypadkach zastosowania różnych stężeń i rozmiarów nanocząstek srebra, zahamowanie wzrostu Staphylococcus aureus osiągnięte było w ponad 99%.

W opisie patentowym US20120220072 opisany jest sposób pozyskiwania pasty z nanomiedzią, której cząstki nie przekraczają 150 nm. Autorzy podają, iż korzystniej jest jeśli średnica nanocząstek wynosi ok. 20 nm, gdyż właściwości adhezyjne pasty są wówczas zwiększone i jej aktywność wzmożona.

Opis patentowy EP1909745 przedstawia kompozycję pigmentów zawierającą połączenie nanosrebra i nanozłota, której barwa jest wynikiem zmieszania nanocząstek wykazujących określoną kolorystykę. Autor sugeruje, iż podana mieszanina może być stosowana np. w produkcji lotionów do włosów. Zaproponowana receptura zapewnia warunki antyseptyczne, dzięki czemu produkt może być stosowany jako funkcjonalny dodatek do różnorodnych wyrobów kosmetycznych.

Sposób wirowania nanocząstek srebra, złota, miedzi, platyny, niklu, selenu albo ceru według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiesinę nanocząstek o stężeniu od 50 do 5000 mg/dm³wprowadza się do probówek wirnikowych, poddaje procesowi wirowania przez czas od 5 do 90 minut z prędkością 20 000 obr/min do 150 000 obr/min, przy czym czas przyspieszania od stanu spoczynku do umownych 5 000 obr/min wynosi od 0,1 do 5 minut, a czas hamowania od umownych 5 000 obr/min do stanu spoczynku wynosi od 0,1 do 10 minut, a proces wirowania prowadzi się raz, bądź

PL 232 754 B1 powtarza się go co najmniej raz odprowadzając w międzyczasach supernatant i uzupełniając wiro waną zawiesinę. Po wirowaniu odprowadza się supernatant, natomiast osad nanocząstek przemywa się wodą, alkoholem etylowym albo acetonem i poddaje ponownemu procesowi wirowania, a następnie suszy. Supernatant wprowadza się do mieszaniny reakcyjnej w procesie otrzymywania zawiesiny nanocząstek metodą redukcji chemicznej po etapie zmieszania roztworu stanowiącego źródło pierwiastka tworzącego nanocząstki z roztworem stabilizatora, a supernatant stanowi do 25% objętościowych finalnej zawiesiny nanocząstek. Proces wirowania najkorzystniej jest powtórzyć od 1 do 50 razy.

Korzystnie osad nanocząstek poddaje się suszeniu w podwyższonej temperaturze albo w warunkach powietrzno-suchych.

Korzystnie proces suszenia prowadzi się konwekcyjnie w warunkach atmosferycznych, konwekcyjnie w warunkach próżniowych albo mikrofalowo-próżniowo.

Korzystnie suszenie próżniowe prowadzi się przy ciśnieniu od 10 do 1100 mBar.

Korzystnie suszenie mikrofalowe prowadzi się przy mocy mikrofal od 200 do 600 W.

Korzystnie temperatura suszenia wynosi od 5 do 95°C.

Korzystnie do wirowanej zawiesiny dodaje się przemyty osad nanocząstek uzyskany w procesie wirowania. Celem dodawania przemytego osadu nanocząstek do zawiesiny jest jej zatężenie.

Korzystnie supernatant wzbogaca się substancją o właściwościach redukujących i wprowadza do mieszaniny reakcyjnej.

Ideą wynalazku jest metoda odwirowania suspensji nanocząstek srebra, złota, miedzi, platyny, niklu, selenu albo ceru oraz wysuszenie powstałego osadu w celu uzyskania stałej postaci produktu nanocząstkowego. W procesie wirowania używana jest ultrawirówka, a do suszenia służy suszarka konwekcyjna atmosferyczna, konwekcyjna próżniowa albo mikrofalowa próżniowa albo etap ten prowadzony jest w warunkach powietrzno-suchych. Na jakość uzyskiwanego stanu stałego nanomateriałów wpływa kilka czynników. Decydującą kwestią jest czas wirowania, liczba obrotów rotora, a także czas przyspieszania oraz czas hamowania. Forma powstałego produktu zależy również od metody suszenia, temperatury i czasu tego etapu. Sposób umożliwia otrzymanie stałej postaci nanocząstek bez zmiany ich rozmiarów i kształtu w stosunku do parametrów posiadanych przez nie w zawiesinie.

Supernatant otrzymany sposobem według wynalazku może być stosowany jako uzupełnienie mieszaniny reakcyjnej w procesie otrzymywania suspensji nanocząstek metodą redukcji chemicznej. Oprócz rozpuszczalnika zawarte są w nim bowiem znaczne ilości substancji stabilizujących, ponadstechiometryczne ilości substancji o właściwościach redukujących oraz nanocząstki.

Przedmiot wynalazku ilustrują następujące przykłady:

P r z y k ł a d 1

Zawiesinę nanosrebra o średnim rozmiarze nanocząstek 8 nm i stężeniu 500 mg/dm³ wirowano z prędkością 60000 obr/min przez 30 minut. Czas przyspieszania od stanu spoczynku do umownych 5000 obr/min oraz czas hamowania od umownych 5000 obr/min do stanu spoczynku wynosił 2 minuty. Po zakończonym procesie wirowania supernatant odprowadzano znad osadu, a objętość probówki wirnikowej uzupełniano zawiesiną nanocząstek. Proces wirowania powtarzano pięciokrotnie uzyskując pożądane zatężenie nanocząstek. Uzyskany osad nanocząstek przemywano trzykrotnie wodą dejonizowaną celem oczyszczenia. Każdorazowo powtarzano proces wirowania. Uzyskany osad nanocząstek poddano procesowi suszenia w temperaturze 50°C w czasie 12 godzin. W wyniku procesu uzyskano stałą postać nanocząstek srebra o średnim rozmiarze nanocząstek 8 nm. Stopień odwirowania nanocząstek określony na podstawie różnicy stężeń metalu w zawiesinie poddawanej wirowaniu oraz w supernatancie wynosił 98,90%.

P r z y k ł a d 2

Zawiesinę nanozłota o średnim rozmiarze nanocząstek 40 nm i stężeniu 500 mg/dm³ wirowano z prędkością 90000 obr/min przez 10 minut. Czas przyspieszania od stanu spoczynku do umownych 5000 obr/min wynosił 1 minutę oraz czas hamowania od umownych 5000 obr/min do stanu spoczynku wynosił 4 minuty. Po zakończonym procesie wirowania supernatant odprowadzano znad osadu, a objętość probówki wirnikowej uzupełniano zawiesiną nanocząstek. Proces wirowania powtarzano dziesięciokrotnie uzyskując pożądane zatężenie nanocząstek. Uzyskany osad nanocząstek przemywano trzykrotnie wodą dejonizowaną celem oczyszczenia. Każdorazowo powtarzano proces wirowania. Uzyskany osad nanocząstek poddano procesowi suszenia w temperaturze 20°C w czasie 48 godzin. W wyniku procesu uzyskano stałą postać nanocząstek złota o średnim rozmiarze nanocząstek 40 nm. Stopień odwirowania nanocząstek określony na podstawie różnicy stężeń metalu w zawiesinie poddawanej wirowaniu oraz w supernatancie wynosił 99,90%.

PL 232 754 B1

P r z y k ł a d 3

Zawiesinę nanomiedzi o średnim rozmiarze nanocząstek 84 nm i stężeniu 100 mg/dm³ wirowano z prędkością 50000 obr/min przez 50 minut. Czas przyspieszania od stanu spoczynku do umownych 5000 obr/min wynosił 1 minutę oraz czas hamowania od umownych 5000 obr/min do stanu spoczynku wynosił 5 minut. Po zakończonym procesie wirowania supernatant odprowadzano znad osadu, a objętość probówki wirnikowej uzupełniano zawiesiną nanocząstek. Proces wirowania powtarzano dwudziestokrotnie uzyskując pożądane zatężenie nanocząstek. Uzyskany osad nanocząstek przemywano trzykrotnie acetonem celem oczyszczenia. Każdorazowo powtarzano proces wirowania. Uzyskany osad nanocząstek poddano procesowi suszenia w temperaturze 20°C w czasie 12 godzin. W wyniku procesu uzyskano stałą postać nanocząstek miedzi o średnim rozmiarze nanocząstek 84 nm. Stopień odwirowania nanocząstek określony na podstawie różnicy stężeń metalu w zawiesinie poddawanej wirowaniu oraz w supernatancie wynosił 99,50%.

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Sposób wirowania nanocząstek srebra, złota, miedzi, platyny, niklu, selenu albo ceru, znamienny tym, że zawiesinę nanocząstek o stężeniu od 50 do 5000 mg/dm³ wprowadza się do probówek wirnikowych, poddaje procesowi wirowania przez czas od 5 do 90 minut z prędkością 20 000 obr/min do 150 000 obr/min, przy czym czas przyspieszania od stanu spoczynku do umownych 5 000 obr/min wynosi od 0,1 do 5 minut, a czas hamowania od umownych 5 000 obr/min do stanu spoczynku wynosi od 0,1 do 10 minut, a proces wirowania prowadzi się raz, bądź powtarza się go co najmniej raz odprowadzając w międzyczasach supernatant i uzupełniając wirowaną zawiesinę, a po wirowaniu odprowadza się supernatant, natomiast osad nanocząstek przemywa się wodą, alkoholem etylowym albo acetonem i poddaje ponownemu procesowi wirowania, a następnie suszy, przy czym supernatant wprowadza się do mieszaniny reakcyjnej w procesie otrzymywania zawiesiny nanocząstek metodą redukcji chemicznej po etapie zmieszania roztworu stanowiącego źródło pierwiastka tworzącego nanocząstki z roztworem stabilizatora, a supernatant stanowi do 25% objętościowych finalnej zawiesiny nanocząstek.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że osad nanocząstek poddaje się suszeniu w podwyższonej temperaturze albo w warunkach powietrzno-suchych.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że proces suszenia prowadzi się konwekcyjnie w warunkach atmosferycznych, konwekcyjnie w warunkach próżniowych albo mikrofalowo-próżniowo.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że suszenie próżniowe prowadzi się przy ciśnieniu od 10 do 1100 mBar.

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że suszenie mikrofalowe prowadzi się przy mocy mikrofal od 200 do 600 W.

6. Sposób według zastrz. 3 albo 4 albo 5, znamienny tym, że temperatura suszenia wynosi od 5 do 95°C.

7. Sposób według dowolnego z powyższych zastrz., znamienny tym, że do wirowanej zawiesiny dodaje się przemyty osad nanocząstek uzyskany w procesie wirowania.

8. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że supernatant wzbogaca się substancją o właściwościach redukujących i wprowadza do mieszaniny reakcyjnej.