НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ УЛЬТРАТОНКИХ ВОЛОКОН
Аннотация
Предложены новые принципы формирования и закрепления наночастиц серебра на поверхности ультратонких волокон с использованием электромагнитного излучения деци- и нанометрового диапазонов для бактерицидной модификации жидких сред. Получение покрытий включает образование наночастиц серебра при фотовосстановлении из водного раствора AgNO3 с концентрацией 0,001М в присутствии ультратонких полипропиленовых волокон с последующей их стабилизацией на поверхности волокон микроволновым излучением материала волокон, которые препятствует агломерации и обеспечивают стабилизацию наночастиц серебра на их поверхности. Ультратонкие полипропиленовые волокна, полученные в результате пневматического распыления расплава, представлены средним диаметром dср=1,5-6мкм и достаточно широким логнормальным распределением. Методом численного моделирования самосборки и самоорганизации наночастиц серебра с учетом экситонного и фононного механизмов их квантовой релаксации за счет диссипации энергии в матрицу полимера продемонстрирована возможность двухстадийного создания покрытий на поверхностях полимерных матриц. Установлено, что в результате локального микроволнового нагрева наночастиц серебра инициируются процессы образования надмолекулярных структур материала волокон, которые препятствует агломерации и обеспечивают стабилизацию наночастиц серебра на их поверхности. Полученные покрытия охарактеризованы методами просвечивающей электронной микроскопии и спектроскопии. Например, наночастицы серебра, сформированные и закрепленные на поверхности волокон в результате десятиминутной экспозиции ультрафиолетового облучения, имеют размер 50±18нм. Проведенные исследования бактерицидной активности показали, что ультратонкие полипропиленовые волокнистые материалы с покрытиями на основе наночастиц серебра позволяют эффективно производить антибактериальную очистку природных вод с высоким уровнем микробиологической загрязненности. После проведения 10 циклов очистки воды количество серебра в образцах, по данным атомно-эмиссионной спектроскопии, остается неизменным.
Литература
Nascimento R.F., Ferreira O.P., Paula A.J., De Sousa Neto V. Nanomaterials applications for environmental matrices: water, soil and air. Elsevier. 2019. 528 p. DOI: 10.1016/c2017-0-01930-4.
Saleh T.A. Advanced nanomaterials for water engineering, treatment, and hydraulics. IGI Global. 2017. 384 p. DOI:10.4018/978-1-5225-2136-5.
Sahu S.C., Hayes A.W. Toxicity of nanomaterials found in human environment. Toxicol. Res. Appl. 2017. V. 1 P. 1-13. DOI: 10.1177/2397847317726352.
Seqqat R., Blaney L., Quesada D., Kumar B., Cumbal L. Nanoparticles for environment, engineering, and nano-medicine. J. Nanotechnology. 2019. V. 2019. P. 1-2. DOI: 10.1155/2019/2850723.
Ibrahim R.K., Hayyan M., AlSaadi M.A., Hayyan A., Ibrahim S. Environmental application of nanotechnology: air, soil, and water. Environ. Sci. Pollut. Res. 2016. V. 23. P. 13754-13788. DOI: 10.1007/s11356-016-6457-z.
Pathakoti K., Manubolu M., Hwang H.-M. Nanotechnology Applications for Environmental Industry. Handbook of Nanomaterials for Industrial Applications. Elsevier. 2018. P. 894-907. DOI: 10.1016/b978-0-12-813351-4.00050-x.
Patil S.S., Shedbalkar U.U., Truskewycz A., Chopade B.A., Ball A.S. Nanoparticles for environmental clean-up: A review of potential risks and emerging solutions. Environ. Technol. Innovation. 2016. V. 5. P. 10-21. DOI: 10.1016/j.eti.2015.11.001.
Joseph H. Koo. Polymer Nanocomposites: Processing, Characterization, and Applications, Second Edition. McGraw Hill Professional. 2019. 544 p.
Khan I., Saeed K., Khan I. Nanoparticles: Properties, applications and toxicities. Arab. J. Chem. 2019. V. 12. P. 908-931. DOI: 10.1016/j.arabjc.2017.05.011.
Dzhimak S.S., Malyshko V.V., Goryachko A.I., Sokolov M.E., Moiseev A.V., Basov A.A. Adsorption of silver nanoparticles on mono- and polyfilament fibers. Nanotechnol. Russia. 2019. V. 14. P. 48-54. DOI: 10.1134/S199507801901004X.
Liang Jiang, Yanfen Zhou, Ya Guo, Zhiqing Jiang, Shaojuan Chen, Jianwei Ma Preparation of silver nano-particle functionalized polyamide fibers with antimicrobial activity and electrical conductivity. J. Appl. Polym. Sci. 2019. V. 136. P. 47584. DOI: 10.1002/app.47584.
Muhammad Khuram Shahzad, Yundong Zhang, Adil Raza, Muhammad Ikram, Kaiyue Qi, Muhammad Us-man Khan, Muhammad Jehanzaib Aslam, Abdulaziz Alhazaa Polymer microfibers incorporated with silver na-noparticles: a new platform for optical sensing. Nanoscale Res. Lett. 2019. V. 14. P. 270. DOI: 10.1186/s11671-019-3108-6.
Zhang S., Tang Y., Vlahovic B. A Review on preparation and applications of silver-containing nanofibers. Nanosc. Res. Lett. 2016. V. 11. P. 1–8. DOI: 10.1186/s11671-016-1286-z.
Pant B., Park M., Park S.J. One-step synthesis of silver nanoparticles embedded polyurethane nano-fiber/net structured membrane as an effective antibacterial medium. Polymers. 2019. V. 11. P. 1185. DOI: 10.3390/polym11071185.
Ming Hua Min, Yu Yuan Shi, Xiao Xue Chen, Jian Gao Shi, Hai You Ma, Hong Liang Huang, Lu Min Wang. Preparation and characteristics of electrospun silver-containing PHBV ultrafine fiber. Appl. Mech. Mater. 2014. V. 548-549. P. 34-37. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.548-549.34.
Guangfu Liao, Jiasheng Fang, Qing Li, Sihan Li, Zushun Xu, Baizeng Fang. Ag-Based nanocomposites: Synthesis and applications in catalysis. Nanoscale. 2019. V. 11. P. 7062-7096. DOI: 10.1039/C9NR01408J.
Ankita Hazarika, Biplab K. Deka, DoYoung Kim, Kyungil Kong, Young-Bin Park, Hyung Wook Park. Microwave-synthesized freestanding iron-carbon nanotubes on polyester composites of woven Kevlar fibre and silver nanoparticle-decorated graphene. Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 40386. DOI: 10.1038/srep40386.
Potekaev A.I., Lysak I.A., Malinovskaya T.D., Lysak G.V., Egorova L.A. The effect of microwave radiation on the supramolecular structure of polypropylene fiber materials. Russ. Phys. J. 2016. V. 58. P. 1741-1746. DOI: 10.1007/s11182-016-0710-2.
Lysak I.A., Malinovskaya T.D., Lysak G.V., Potekaev A.I., Kulagina V.V., Tazin D.I. Formation of fiber mate-rials by pneumatic spraying of polymers in viscous-flow states. Russ. Phys. J. 2017. V. 59. P. 1581-1588. DOI: 10.1007/s11182-017-0947-4.
Harada M., Katagiri E. Mechanism of silver particle formation during photoreduction using in situ time-resolved saxs analysis. Langmuir. 2010. V. 26. P. 17896-17905. DOI: 10.1021/la102705h.
Zhukovsky M.S., Lysak I.A., Lysak G.V., Vazhenin S.V., Malinovskaya T.D., Beznosjuk S.A. Formation of silver nanoparticles on polypropylene microfibrous carriers. Russ. Phys. J. 2011. V. 54. P. 739-748. DOI: 10.1007/s11182-011-9678-0.
Shi F. Size dependent thermal vibrations and melting in nanocrystals. J. Mater. Res. 1994. V. 9 N 5. P. 1307-1314. DOI: 10.1557/JMR.1994.1307.
Paramelle D., Sadovoy A., Gorelik S., Free P., Hobleya J., Fernig D.G. A rapid method to estimate the concentra-tion of citrate capped silver nanoparticles from UV-visible light spectra. Analyst. 2014. V. 139. P. 4855-4861. DOI: 10.1039/c4an00978a.
