PL233966B1

PL233966B1 - Sposób otrzymywania nanokompozytu nanocząstek srebra

Info

Publication number: PL233966B1
Application number: PL413902A
Authority: PL
Inventors: Marcin BANACH; Marcin Banach; Jolanta Pulit-Prociak; Anita Staroń; Paweł Staroń
Original assignee: Politechnika Krakowska Im Tadeusza Kosciuszki; Politechnika Krakowska Im Tadeusza Kościuszki
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2019-12-31
Also published as: PL413902A1

Abstract

Sposób otrzymywania nanokompozytu nanocząstek metalicznych, w szczególności nanosrebra, z bentonitem albo wermikulitem, polega na tym, że wermikulit kondycjonowany w środowisku zasadowym albo bentonit miesza się z wodnym roztworem źródła jonów metalu i następnie do mieszaniny wprowadza się roztwór czynnika redukującego jony i stabilizującego powstające nanocząstki albo roztwór czynnika redukującego jony i osobno roztwór czynnika stabilizującego nanocząstki, po czym ustala się alkaliczne środowisko reakcji, a następnie osad odsącza się, suszy i rozdrabnia.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania nanokompozytu nanocząstek srebra z bentonitem albo wermikulitem.

Właściwości antymikrobiologiczne nanocząstek srebra spowodowały, iż materiał ten jest szeroko stosowany w walce z różnymi grupami drobnoustrojów. Właściwości te determinowane są zwiększonym stosunkiem pola powierzchni nanocząstek do ich objętości. Dzięki temu, zyskują one większą powierzchnię kontaktu z mikroorganizmami i tym samym stają się efektywniejsze w porównaniu do ich litych odpowiedników. Znany jest, na przykład z opisu patentowego CN103665894A sposób otrzymywania nanokompozytu, składającego się głównie z jedwabiu i nanocząstek srebra, które nadają produktowi właściwości antymikrobiologiczne. Według wynalazku, membrana jedwabna jest czynnikiem redukującym jony srebra. Membranę zanurza się w roztworze azotanu srebra, a po redukcji, płucze się ją w wodzie dejonizowanej, po czym suszy się ją na powietrzu, w temperaturze pokojowej. Autor podaje, iż otrzymany kompozyt może znaleźć zastosowanie m.in. w produktach higienicznych i materiałach medycznych.

W opisie patentowym CN103749535A podano metodę pozyskiwania kompozytu zawierającego nanocząstki srebra i ligninę. Nanokompozyt wytwarzany jest poprzez adsorpcję nanocząstek srebra na roztartej pulpie ligniny. Według wynalazku, rozmiar stosowanych nanocząstek wynosi od 25 do 75 nm, a kompozyt wykazuje właściwości antybakteryjne względem bakterii Escherichia coli, redukując je o 75% w czasie 2 godzin. Wysoka biokompatybilność ligniny oraz fakt, iż jest to tani i szeroko dostępny surowiec odnawialny powodują, iż nanokompozyt może charakteryzować się wysokim potencjałem aplikacyjnym, w szczególności w przemyśle tekstylnym, powłokowym, prozdrowotnym, opakowaniowym i in.

Znany jest, na przykład z opisu patentowego CN103253954B oparty na bentonicie środek zmniejszający palenie. Oprócz bentonitu, produkt zawiera także glinę aktywowaną, benzosulfonian sodu, kompozycję pieniącą, poliakrylan sodu, pirofosforany sodu i amonu oraz boran cynku. Wynalazek znamienny tym, że produkt miesza się z wodą, w wyniku czego uwalniane są duże ilości gazu i tworzy się porowata piana, która kierowana na płomień, powoduje jego zgaszenie.

Z opisu patentowego RU2529659C1 znana jest kompozycja zawierająca nanocząstki srebra zaadsorbowane na nośniku z aktywnego węgla, kaolinu, bentonitu, enterodesum lub monokrystalicznej celulozy. Kompozycja ta służy do leczenia infekcji jelitowych.

Z opisu patentowego CN101205503 znany jest nanokompozyt zawierający wermikulit i nanocząstki srebra oraz złota, a także olejki eteryczne. Nanokompozyt ten służy jako „kamień zapachowy”.

Ze zgłoszenia patentowego CN104012573 znany jest sposób otrzymywania bentonitu wzbogaconego nanocząstkami srebra, w celu nadania mu właściwości antydrobnoustrojowych, gdzie powierzchnię bentonitu zakwasza się przy użyciu mocnych kwasów mineralnych, np. kwasu siarkowego (VI), kwasu chlorowodorowego lub kwasu fosforowego (V). Proces prowadzi się w temperaturze 90-100°C. Ten sposób jest skomplikowany, energochłonny i nieprzyjazny dla środowiska.

Ze zgłoszenia patentowego US20110001085 znany jest sposób wytwarzania nanocząstek metalicznych, w szczególności Ag, Au, Cu lub Fe występujących w zawiesinie, w której znajduje się również materiał nieorganiczny, tj. montmorylonit, bentonit, laponit, mika, glina attapulgitowa, kaolinit, talk, wermikulit lub warstwowe podwójne wodorotlenki. Otrzymany produkt występuje w postaci silnie rozcieńczonej zawiesiny dwóch ciał stałych (nanocząstek i drugiego materiału nieorganicznego), w której znajdują się dodatkowo duże ilości związku organicznego określanego mianem promotora, którego funkcją jest redukcja jonów metali. Jest to kompleks stanowiący zespół składników, których funkcje się uzupełniają. Pomiędzy składnikami produktu nie występują wiązania i wykorzystując znane metody rozdziału można je odseparować od siebie.

Ze zgłoszenia patentowego CN103990455 znany jest sposób otrzymywania katalizatora wanadanu srebra osadzonego na bentonicie. W sposobie tym utworzenie połączenia wanadanu srebra z bentonitem jest realizowane poprzez zmieszanie tlenku wanadanu z kwasem azotowym, a następnie wprowadzenie do układu bentonitu. Po procesie precypitacji i kalcynacji (300-400°C) otrzymany układ (odtworzony na powierzchni bentonitu tlenek wanadu) wprowadza się do zawiesiny otrzymanej z azotanu srebra i wody amoniakalnej. Po zmieszaniu, filtracji, przemywaniu i suszeniu otrzymuje się produkt w postaci warstwy wanadanu srebra na powierzchni ziaren bentonitu.

Nieoczekiwanie okazało się, że możliwe jest opracowanie stosunkowo prostego sposobu otrzymywania nanokompozytów z bentonitu albo wermikulitu i nanocząstek srebra.

PL 233 966 B1

Sposób otrzymywania nanokompozytu nanocząstek srebra z bentonitem albo wermikulitem, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wermikulit kondycjonowany w roztworze buforowym o pH od 8 do 12 albo w roztworze wodnym NaOH o pH od 8 do 12 albo bentonit miesza się z wodnym roztworem azotanu (V) srebra, gdzie stosunek masy wermikulitu albo bentonitu do masy roztworu wodnego azotanu (V) srebra wynosi od 0,01 do 0,1 i następnie do mieszaniny wprowadza się wodny roztwór kwasu taninowego albo wodny roztwór tripolifosforanu sodu i osobno wodny roztwór kwasu askorbinowego, po czym ustala się alkaliczne środowisko reakcji, a następnie osad odsącza się, suszy i rozdrabnia.

Uziarnienie wermikulitu wynosi od 0,075 do 15 mm.

Uziarnienie bentonitu wynosi od 0,075 do 1,5 mm.

Proces sorpcji jonów metalu prowadzi się w czasie od 10 do 60 minut.

Stężenie jonów metalu, w szczególności jonów srebra, w roztworze wynosi od 5-10^-4 do 2-10^-2 mol/dm³.

Temperatura procesu sorpcji wynosi od 10 do 80°C.

Stosunek molowy kwasu taninowego do jonów srebra wynosi od 0,1:1,0 do 1,0:1,0.

Stosunek molowy tripolifosforanu sodu do jonów srebra przyjmuje wartość od stechiometrycznej do pięciokrotnie większej.

Stosunek molowy kwasu askorbinowego do jonów srebra wynosi od 0,1:1,0 do 5,0:1,0.

Stężenie wodnego roztworu kwasu taninowego albo tripolifosforanu sodu albo kwasu askorbinowego wynosi od 1,0-10^-4 do 2,0-10^-3 mol/dm³.

Korzystnie pH roztworu ustala się od 7 do 14.

Korzystnie pH roztworu ustala się za pomocą NaOH.

Proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu.

Wermikulit, o wzorze sumarycznym (Mg,Fe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2-4H2O, jest minerałem ilastym, który pod wpływem dostarczenia energii cieplnej, zwiększa swoją objętość. Jego złoża znajdują się głównie w Południowej Afryce, Chinach i Brazylii. Wermikulit jest materiałem gliniastym, którego struktura składa się z dwóch płaszczyzn tetraedrycznych i jednej oktaedrycznej. Minerał ten charakteryzuje się znaczną powierzchnią wymiany kationów. Gliny wermikulitowe pochodzą od zwietrzałych mik, w których jony potasu zostały zastąpione jonami magnezu i żelaza. Jedną z nadrzędnych cech wermikulitu jest jego ognioodpomość.

Bentonit jest osadową skałą ilastą, której głównym składnikiem jest montmorylonit. Złoża bentonitu pochodzą od popiołów i tufów wulkanicznych. Występują one głównie w Rosji i Stanach Zjednoczonych. Wyróżnia się kilka rodzajów bentonitu, w zależności od dominującego składnika, tj. potasu, sodu, wapnia lub glinu. W przemyśle największe znaczenie ma bentonit sodowy i wapniowy. Właściwości bentonitu również pozwalają na traktowanie go jako efektywnego środka uniepalniającego i izolującego. Otrzymany nanokompozyt może znaleźć zastosowanie w procesach dezodoryzacji, jako dodatek o właściwościach uniepalniających i antymikrobiologicznych oraz składnik materiałów termoizolacyjnych.

Przedmiot wynalazku ilustrują następujące przykłady:

P r z y k ł a d 1 g wermikulitu o uziamieniu od 5,0 do 15,0 mm mieszano z 50 cm³ wody dejonizowanej i w warunkach ciągłego mieszania, przez 1 godzinę utrzymywano pH mieszaniny 8 poprzez wprowadzanie do niej wodnego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm 3. Mieszaninę rozdzielono. Osad mieszano przez 15 min z 45 cm³ wodnego roztworu azotanu (V) srebra o stężeniu 1,0302x10^-3 mol/dm³. Do mieszaniny dodano 5 cm³ wodnego roztworu kwasu taninowego o stężeniu 1,8546x10^-3 mol/dm³i mieszano ją przez kolejne 15 min. Następnie, w warunkach ciągłego mieszania, za pomocą wodnego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³ ustalono pH mieszaniny 9. Po 15 min mieszaninę rozdzielono, a uzyskany osad suszono w 50°C przez 24 godz. Osad rozdrobniono. W wyniku procesu otrzymano nanokompozyt wermikulit-nanocząstki srebra o zawartości nanocząstek 0,1%.

P r z y k ł a d 2 g wermikulitu o uziamieniu od 5,0 do 15,0 mm kondycjonowano przez 1 godzinę w buforze fosforanowym o pH=8. Mieszaninę rozdzielono. Osad mieszano przez 15 min z 45 cm³ wodnego roztworu azotanu (V) srebra o stężeniu 1,0302x10^-3 mol/dm³. Do mieszaniny dodano 2,5 cm³ wodnego roztworu tripolifosforanu sodu o stężeniu 0,0590 mol/dm³ a następnie 2,5 cm³ wodnego roztworu kwasu askorbinowego o stężeniu 0,0236 mol/dm³ i mieszano ją przez kolejne 15 min. Następnie, w warunkach ciągłego mieszania, za pomocą wodnego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³ ustalono pH mieszaniny 10. Po 15 min mieszaninę rozdzielono, a uzyskany osad suszono w 50°C przez 24 godz.

PL 233 966 B1

Osad rozdrobniono. W wyniku procesu otrzymano nanokompozyt wermikulit-nanocząstki srebra o zawartości nanocząstek 0,1%.

P r z y k ł a d 3 g wermikulitu o uziamieniu od 0,075 do 1,5 mm mieszano z 50 cm³ wody dejonizowanej i w warunkach ciągłego mieszania, przez 1 godzinę utrzymywano pH mieszaniny 8 poprzez wprowadzanie do niej wodnego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³.

Mieszaninę rozdzielono. Osad mieszano przez 15 min z 45 cm³ wodnego roztworu azotanu (V) srebra o stężeniu 5,1687x10^-3 mol/dm³. Do mieszaniny dodano 5 cm³ wodnego roztworu kwasu taninowego o stężeniu 9,2699x10^-3 mol/dm³ i mieszano ją przez kolejne 15 min. Następnie, w warunkach ciągłego mieszania, za pomocą wodnego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³ ustalono pH mieszaniny 9. Po 15 min mieszaninę rozdzielono, a uzyskany osad suszono w 90°C przez 24 godz. Osad rozdrobniono. W wyniku procesu otrzymano nanokompozyt wermikulit-nanocząstki srebra o zawartości nanocząstek 0,5%.

P r z y k ł a d 4 g bentonitu mieszano przez 15 min z 45 cm³ wodnego roztworu azotanu (V) srebra o stężeniu 1,0302x10^-3 mol/dm³. Do mieszaniny dodano 5 cm³ wodnego roztworu kwasu taninowego o stężeniu 1,8546x10^-3 mol/dm³ i mieszano ją przez kolejne 15 min. Następnie, w warunkach ciągłego mieszania, za pomocą wodnego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³ ustalono pH mieszaniny do wartości ok. 10. Po 15 min mieszaninę rozdzielono a uzyskany osad suszono w temperaturze 50°C przez 24 godz. W wyniku procesu otrzymano nanokompozyt bentonit-nanocząstki srebra o zawartości nanocząstek 0,1%.

P r z y k ł a d 5 g bentonitu mieszano przez 15 min z 45 cm³ wodnego roztworu azotanu (V) srebra o stężeniu 5,1687x10^-3 mol/dm³. Do mieszaniny dodano 5 cm³ wodnego roztworu kwasu taninowego o stężeniu 9,2699x10^-3 mol/dm³ i mieszano ją przez kolejne 15 min. Następnie, w warunkach ciągłego mieszania, za pomocą wodnego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³ ustalono pH mieszaniny do wartości ok. 10. Po 15 min mieszaninę rozdzielono a uzyskany osad suszono w temperaturze 70°C przez 24 godz. W wyniku procesu otrzymano nanokompozyt bentonit-nanocząstki srebra o zawartości nanocząstek 0,5%.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania nanokompozytu nanocząstek srebra z bentonitem albo wermikulitem, znamienny tym, że wermikulit kondycjonowany w roztworze buforowym o pH od 8 do 12 albo w roztworze wodnym NaOH o pH od 8 do 12 albo bentonit miesza się z wodnym roztworem azotanu (V) srebra, gdzie stosunek masy wermikulitu albo bentonitu do masy roztworu wodnego azotanu (V) srebra wynosi od 0,01 do 0,1 i następnie do mieszaniny wprowadza się wodny roztwór kwasu taninowego albo wodny roztwór tripolifosforanu sodu i osobno wodny roztwór kwasu askorbinowego, po czym ustala się alkaliczne środowisko reakcji, a następnie osad odsącza się, suszy i rozdrabnia.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uziarnienie wermikulitu wynosi od 0,075 do 15 mm.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uziarnienie bentonitu wynosi od 0,075 do 1,5 mm.
4. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że proces sorpcji jonów metalu prowadzi się w czasie od 10 do 60 minut.
5. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że stężenie jonów srebra w roztworze wynosi od 5-10^-4 do 2-10^-2 mol/dm³.
6. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, temperatura procesu sorpcji wynosi od 10 do 80°C.
7. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, stosunek molowy kwasu taninowego do jonów srebra wynosi od 0,1:1,0 do 1,0:1,0.
8. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że stosunek molowy tripolifosforanu sodu do jonów srebra przyjmuje wartość od stechiometrycznej do pięciokrotnie większej.

PL 233 966 B1
9. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że stosunek molowy kwasu askorbinowego do jonów srebra wynosi od 0,1:1,0 do 5,0:1,0.
10. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że stężenie wodnego roztworu kwasu taninowego albo tripolifosforanu sodu albo kwasu ascorbinowego wynosi od 1,0-10^-4 do 2,0-10^-3 mol/dm³.
11. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że pH roztworu ustala się od 7 do 14.
12. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że pH roztworu ustala się za pomocą NaOH.
13. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu.