Zastosowanie nanomateriałów w wykrywaniu i usuwaniu zanieczyszczeń środowiska
Przedstawiono krótką charakterystykę oraz
zakres zastosowań kropek kwantowych, nanostruktur
węglowych, materiałów mezoporowatych
oraz nanocząstek tlenków metali
w kluczowych zagadnieniach dotyczących
zanieczyszczeń środowiska. Zakres zastosowań
wybranych typów nanomateriałów wynika
z ich właściwości fizykochemicznych oraz
charakteru modyfikacji powierzchni struktury.
Właściwości fluorescencyjne kropek
kwantowych pozwalają na bezpośrednie, ilościowe
oznaczanie zanieczyszczeń w próbkach
wody i ścieków. Znaczna powierzchnia
właściwa materiałów mezoporowatych oraz
nanorurek węglowych umożliwia adsorpcję
zanieczyszczeń z próbek środowiskowych
(metoda SPE) przed ich właściwym oznaczeniem
z użyciem technik instrumentalnych.
Struktury mezoporowate oraz nanocząstki
tlenków metali stosowane są w procesie katalitycznego
lub fotokatalitycznego usuwania
substancji toksycznych z powietrza oraz
wody.
A review, with 117 refs., of quantum dots, C nanostructures,
mesoporous materials and metal oxide nanoparticles
in environmental anal. and engineering.
Nanomateriały to substancje o zdefiniowanym składzie oraz określonych
właściwościach fizykochemicznych, których co najmniej jeden
z wymiarów nie przekracza 100 nm1). Historia nanotechnologii sięga
końca lat pięćdziesiątych XX w. i związana jest z wygłoszeniem przez
Richarda Feynmana wykładu There is plenty of room at the bottom,
poświęconego możliwości aranżacji struktur w skali pojedynczych
atomów2). Obecnie rozumiany termin nanotechnologia wprowadzony
został w 1974 r. przez Norio Taniguchi i związany jest z projektowaniem
i otrzymywaniem nanostruktur3). Uwzględniając kształt nanomateriałów
oraz ich właściwości fizykochemiczne, możemy wyróżnić:
kropki kwantowe4), struktury węglowe, takie jak nanorurki5), fulleren6)
lub grafen7), nanoczątki tlenków metali8), dendrymery9) oraz struktury
mezoporowate10). Na rys. 1 zaprezentowano podział nanomateriałów
uwzgledniający typ struktury oraz jej [...]
Quantum dots as multifunctional fluorescent tools Wszechstronność zastosowań kropek kwantowych DOI:10.15199/62.2015.11.4
A review, with 85 refs., of uses of quantum dots in medicine,
anal. chem., photocatalysis, solar cells and light-
-emitting diodes.
Kropki kwantowe ze względu na swoje wyjątkowe
właściwości fizykochemiczne, a w szczególności
optyczne, są wykorzystywane w wielu
dziedzinach nauki oraz produkcji przedmiotów
codziennego użytku. Zaprezentowano krótki
opis zastosowań kropek kwantowych w naukach
medycznych jako sond fluorescencyjnych
oraz nośników substancji leczniczych.
Przedstawiono także ich użyteczność podczas
fluorymetrycznego wykrywania różnych związków
chemicznych. Półprzewodnikowe właściwości
kropek kwantowych sprawiają, że mogą
one stanowić również elementy diod elektroluminescencyjnych,
fotokatalizatorów lub ogniw
słonecznych.
W ostatnich latach obserwuje się znaczący postęp w rozwoju
nanotechnologii, który przejawia się praktycznym wykorzystaniem jej
osiągnięć w wielu dziedzinach nauki, przemysłu oraz w otrzymywaniu
przedmiotów codziennego użytku. Celowość projektowania i wytwarzania
materiałów w skali nanometrycznej, czyli takich, których co
najmniej jeden z wymiarów nie przekracza 100 nm, znajduje swoje
uzasadnienie w rozlicznych przykładach zastosowań nanostruktur.
Dobrze znane jest zastosowanie nanomateriałów w takich produktach,
jak artykuły higieny osobistej (szczoteczki do zębów, przybory
fryzjerskie), kosmetyki, odzież (szczególnie sportowa). W wymienionych
obszarach zastosowań swoje przeznaczenie znajdują głównie
takie substancje, jak ditlenek tytanu, krzemionka, tlenek cynku oraz
nanocząstki srebra, które wykazują właściwości przeciwbakteryjne1).
Należy także zaznaczyć, że komercyjne zastosowanie nanomateriałów jest pewnego rodzaju ukoronowaniem wieloletniej pracy licznych
zespołów badawczych. W tym miejscu trzeba podkreślić wielką rolę
badań podstawowych dotyczących syntezy oraz potencjalnych zastosowań
nanomateriałów w praktyce. Wiele doniesień literaturowych,
zwłaszcza z ostatnich lat może stać się inspir[...]
Use of modified SBA-15 and MCF mesoporous silicas as adsorbents for chlorogenic acid. A comparative study Stosowanie modyfikowanych mezoporowatych krzemionek SBA-15 oraz MCF jako adsorbentów kwasu chlorogenowego. Studium porównawcze DOI:10.15199/62.2015.11.17
Two SiO2 samples were prepd. by conversion of (EtO)4Si,
modified with a com. nonionic surfactant and optionally
with 1,3,5-Me3C6H3 and NH4F precursors, and functionalized
with H2N(CH2)3Si(OEt)3 added at molar ratio 1:6 to the
SiO2. Adsorption of chlorogenic acid from its Me2CHOH
solns. (concn. 350-7000 mg/L) was studied at 25°C by
shaking a suspension of modified silica sample in the chlorogenic
acid soln. for 24 h and then spectrophotometric
assaying the concn. of chlorogenic acid remaining in the
liq. phase after removal of the adsorbent. Both adsorbents
had similar waveforms of isotherms and the max. of adsorption
capacity at 250 or 244 mg/g. Moreover, the morphol.
of SiO2 samples was studied by scanning electron
microscopy.
Przedstawiono zastosowanie krzemionek SBA-15
oraz MCF modyfikowanych 3-aminopropylotrialkoksysilanem
jako wydajnych adsorbentów
kwasu chlorogenowego. Wykazano zbliżoną
pojemność adsorpcyjną obu modyfikowanych
materiałów wobec adsorbatu (Qmaks ≈ 250 mg/g).
Krzemionki scharakteryzowano m.in. za pomocą
skaningowej oraz transmisyjnej mikroskopii
elektronowej. Proces adsorpcji kwasu chlorogenowego
na modyfikowanych mezoporowatych
sorbentach przebiegał zgodnie z modelem adsorpcji
Langmuira.
Materiały mezoporowate to substancje porowate, których średnica
porów1) mieści się w przedziale 2-50 nm. Struktury mezoporowate
mogą być reprezentowane przez różnorodną grupę związków
chemicznych, takich jak tlenki metali przejściowych, tlenki metali
alkalicznych, sole i wodorotlenki metali, struktury organiczne, węgiel
oraz krzemionka2). Ta ostatnia substancja znajduje swoje szczególne
miejsce w historii rozwoju materiałów mezoporowatych, bowiem opublikowanie
w 1992 r. przez Kresgego i współpr.3) pracy poświęconej
właśnie syntezie krzemionki MCM-41 zapoczątkowało dynamiczny
postęp w zakresie otrzymywania oraz zastosowań innych mezoporowatych
sit molekularnych.
Mezoporowate krzemionki ze względu na prostotę sy[...]
Modeling of boldine adsorption onto PHTS mesoporous silica Modelowanie procesu adsorpcji boldyny na mezoporowatej krzemionce PHTS DOI:10.15199/62.2016.7.16
Boldine was adsorbed from Me2CHOH and MeCN solns. on
plugged hexagonal templated SiO2 at 25°C to det. the adsorption
isotherms analyzed then by using the Langmuir,
Freundlich, Dubinin-Radushkevich and Dubinin-Astakhov
models. To det. the isotherm parameters both linear regression
and non-linear fitting anal. were used. The equil.
adsorption data were best fitted by the Langmuir equation
when the non-linear regression was used.
Przedstawiono zastosowanie mezoporowatej
krzemionki PHTS w procesie adsorpcji boldyny.
Dokonano matematycznego opisu adsorpcji
modelowymi równaniami izoterm Langmuira,
Freundlicha, Dubinina i Raduszkiewicza
oraz Dubinina i Astachowa. Parametry izoterm
oszacowano, wykorzystując dopasowanie nieliniowe
oraz metodę regresji liniowej. W przypadku
regresji nieliniowej stosowano metodę
sumy znormalizowanych błędów jako kryterium
optymalizacji wartości parametrów izoterm.
Przeprowadzone badania wykazały, że
model adsorpcji Langmuira, którego parametry
oszacowano metodą regresji nieliniowej,
najlepiej opisuje proces adsorpcji alkaloidu na
badanym sorbencie.
Materiały mezoporowate, zgodnie z podziałem zaproponowanym
przez IUPAC1), stanowią grupę substancji porowatych, których średnica
porów mieści się w przedziale 2-50 nm. Spośród wielu mezoporowatych
struktur najlepiej poznane są materiały krzemionkowe.
Wynika to z faktu, że mezoporowate krzemionki były historycznie
pierwszymi tak dobrze opisanymi i rozpowszechnionymi materiałami
tego typu2).Krzemionkowe mezoporowate sita molekularne charakteryzują
się znaczną powierzchnią właściwą, dużą objętością porów, zazwyczaj
określonym układem mezoporowatych kanałów (SBA-15,
SBA-16) oraz obecnością wolnych grup silanolowych w przestrzeniach
mezoporów. Ta ostatnia cecha w połączeniu z dobrze rozwiniętą
powierzchnią właściwą sprawia, że substancje te odznaczają
się dobrymi właściwościami adsorpcyjnymi3). Znane jest zastosowanie
mezoporowatych krzemionkowych sorbentów [...]
Zastosowanie mezoporowatej krzemionki MCF modyfikowanej trialkoksysilanami w procesie adsorpcji kwasu rozmarynowego DOI:10.15199/62.2017.7.28
Materiały mezoporowate definiuje się jako substancje porowate,
których średnica porów, zgodnie z podziałem zaproponowanym przez
IUPAC, mieści się w przedziale1) 2-50 nm. Spośród wielu substancji
mogących tworzyć struktury mezoporowate2) (tlenki metali, węgiel,
materiały hybrydowe, czyste struktury organiczne) szczególne miejsce
zajmują krzemionkowe sita molekularne. Jest to związane z opublikowaniem
w 1992 r. przez Kresgego i współpr.3) pierwszej pracy poświęconej
syntezie oraz szczegółowemu opisowi właściwości mezoporowatej
krzemionki MCM-41. W krótkim czasie od chwili opublikowania tej
pracy opisano syntezę kolejnych krzemionek, m.in. HMS, KIT, SBA-15
i MCF2). Krzemionkowe materiały mezoporowate odznaczają się znaczną
powierzchnią właściwą, rzędu 1000 m2/g, objętością porów nawet
do 2 cm3/g, możliwością modyfikacji powierzchni oraz stabilnością
hydrotermiczną4, 5). Unikatowe właściwości fizykochemiczne sprawiają,
że substancje te znalazły zastosowanie m.in. w procesach katalizy
heterogenicznej6), podczas otrzymywania systemów dostarczania substancji
leczniczych7) oraz jako elementy czujników elektrochemicznych8)
i optycznych9). Znane jest także ich zastosowanie jako adsorbentów
jonów metali ciężkich10), środków ochrony roślin11) czy też do zatężania
substancji biologicznie czynnych, takich jak alkaloidy12), antocyjany13),
polifenole14) oraz pochodne kwasów fenolowych15).
1586 96/7(2017)
Przedmiotem badań była ocena właściwości adsorpcyjnych mezoporowatej
krzemionki MCF modyfikowanej grupami 3-aminopropylowymi
(-CH2-CH2-CH2-NH2) oraz 3-(2-aminoetyloamino)propylowymi
(-CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH2) wobec kwasu rozmarynowego.
Kwas rozmarynowy (rys. 1) jest estrowym połączeniem kwasu kawowego
oraz kwasu 3,4-dihydroksyfenylomlekowego (kwas (R)-O-(3,4-
-dihydroksycynamoilo)-3-(3,4-dihydroksyfenylo)mlekowy). Substancja
ta po raz pierwszy została wyizolowana w czystej postaci z Rosmarinus
officinalis przez M. Scarpati i G. Oriente w 1[...]
Modelowanie procesu adsorpcji kwasu rozmarynowego na krzemionce SBA-15 modyfikowanej (3-aminopropylo)trietoksysilanem DOI:10.15199/62.2017.8.35
Materiały mezoporowate stanowią grupę substancji porowatych,
których średnica porów zgodnie z podziałem ustalonym przez IUPAC1)
mieści się w przedziale 2-50 nm. Mezoporowate sita molekularne
mogą być reprezentowane przez różne substancje chemiczne. Znane są
m.in. mezoporowate krzemionki, węgle, tlenki metali przejściowych,
wodorotlenki metali i struktury typu spineli2).
Jednym z dobrze poznanych i opisanych w literaturze materiałów
mezoporowatych jest krzemionka SBA-15. Substancja ta została
zsyntezowana w 1998 r. przez Zhao i współpr.3), jako jeden z wielu
materiałów należących do "rodziny" SBA (Santa Barbara amorphous).
Krzemionka SBA-15 odznacza się znaczną powierzchnią właściwą
ok. 800 m2/g, objętością porów ok. 1 cm3/g oraz heksagonalnym
uporządkowaniem mezoporowatych kanałów4). Nanoporowatość oraz
znaczna powierzchnia właściwa tej substancji sprawiają, że znalazła
ona zastosowanie w wielu dziedzinach nauki. Krzemionka SBA-15
stosowana jest m.in. w procesach katalizy heterogenicznej5), w układach
dostarczania substancji leczniczych6, 7) ( drug delivery systems), jako
adsorbent w procesach ekstrakcji do fazy stałej8), w procesach adsorpcji
jonów metali ciężkich9) oraz środków ochrony roślin10, 11), w metodach
elektroanalitycznego wykrywania zanieczyszczeń środowiska12) oraz
w procesach zatężania substancji biologicznie czynnych13, 14).
Celem badań była ocena właściwości adsorpcyjnych modyfikowanej
grupami 3-aminopropylowymi krzemionki SBA-15 w procesie zatężania
kwasu rozmarynowego [kwas (R)-O-(3,4-dihydroksycynamoilo)-
3-(3,4-dihydroksyfenylo)mlekowy]. Substancja ta jest naturalnym
przeciwutleniaczem wyizolowanym w 1958 r. przez M. Scarpati
i G. Oriente z rozmarynu lekarskiego15) (Rosmarinus officinalis,
Lamiaceae). Kwas rozmarynowy, poza właściwościami przeciwutleniającymi,
odznacza się także aktywnością przeciwnowotworową16),
działaniem neuroprotekcyjnym17) oraz zmniejszającym genotoksyczne
działanie alkoholu etylowego1[...]
Zastosowanie mezoporowatej krzemionki modyfikowanej pochodną kwasu sulfonowego w procesie adsorpcji boldyny DOI:10.15199/62.2017.9.41
Materiałami mezoporowatymi, zgodnie z klasyfikacją przyjętą
przez IUPAC, określa się substancje, których średnica porów mieści się
w przedziale 2-50 nm1). Struktury mezoporowate mogą tworzyć m.in.
związki krzemu, tlenki metali przejściowych, czyste metale i węgiel2, 3).
Spośród wszystkich substancji mezoporowatych najlepiej poznana
i opisana jest krzemionka. Jest to niewątpliwie związane z opublikowaniem
w 1992 r. przez Kresgego i współpr.4) pracy poświęconej otrzymywaniu
i właściwościom krzemionki MCM-41. Praca ta zainicjowała
dynamiczny rozwój chemii krzemionkowych sit molekularnych oraz
innych materiałów mezoporowatych2, 3).
Mezoporowate krzemionki charakteryzują się dużą powierzchnią
właściwą rzędu 1000 m2/g, dużą objętością porów (nawet do 2 cm3/g)
oraz możliwością syntezy struktur o różnej geometrii porów, co
sprawia, że substancje te są stosowane jako nośniki katalizatorów5),
adsorbenty6, 7), elementy czujników elektrochemicznych8) i nośniki
w systemach dostarczania substancji leczniczych9, 10). Dzięki budowie
"sitowej" tego typu krzemionki mogą stanowić również wypełnienie
kolumn chromatograficznych11).
Mezoporowata krzemionka PHTS została otrzymana w 2002 r.
przez Van Der Voorta i współpr.12). Substancja ta wykazuje heksagonalne
uporządkowanie mezoporowatych kanałów, podobnie jak krzemionka
SBA-15, lecz różni się od niej obecnością w przestrzeni mezoporów
nanocząstek SiO2. Obecność tych drobin powoduje częściowe blokowanie
kanałów oraz przyczynia się do znacznej mikroporowatości
materiału w porównaniu z krzemionkami SBA-15 lub MCF13). Warto
w tym miejscu zaznaczyć, że PHTS, pomimo znacznej powierzchni
właściwej oraz interesujących właściwości fizykochemicznych, nie
zyskała tak wielkiej "popularności" w zakresie zastosowań jak inne
struktury (MCM-41, SBA-15, SBA-16, MCF). Znane jest natomiast jej
zastosowanie w procesach katalizy heterogenicznej14).
Boldyna jest alkaloidem aporfinowym o dużej aktywności biologicznej.
[...]
Zastosowanie mezoporowatych krzemionek modyfikowanych trialkoksysilanami w procesie adsorpcji kwasu synapinowego DOI:10.15199/62.2018.11.26
Materiały mezoporowate to grupa substancji porowatych, których
rozmiar porów mieści się w przedziale 2-50 nm zgodnie z klasyfikacją przyjętą przez IUPAC1). Substancje mezoporowate, ze względu na
swoje właściwości fizykochemiczne2, 3), takie jak dobrze rozwinięta
powierzchnia, obecność przestrzeni mezo - i mikroporowatych, możliwość
modyfikacji powierzchni, a także możliwość syntezy struktur
o pożądanych właściwościach powierzchniowych, znajdują wszechstronne
zastosowanie jako adsorbenty. Substancje te wykorzystywane
były m.in. do adsorbowania jonów metali ciężkich4), organicznych
zanieczyszczeń środowiska5, 6), hormonów wzrostu roślin7), substancji
leczniczych8), alkaloidów9) oraz substancji o właściwościach przeciwutleniających10).
Zastosowanie mezoporowatych krzemionek w procesie
adsorbowania przeciwutleniaczy zdaje się być szczególnie interesujące.
Wykazano użyteczność takich adsorbentów w przypadku adsorpcji
flawonoidów11), zatężania związków polifenolowych występujących
w czerwonym winie12) lub odzyskiwania hydroksytyrozolu ze ścieku
pochodzącego z przetwórstwa oliwek13).
Przedmiotem badań była ocena użyteczności mezoporowatej
krzemionki SBA-15 modyfikowanej (3-aminopropylo)trimetoksysilanem
(APTMS) oraz (N,N-dimetyloaminopropylo)trimetoksysilanem
(DMAPTMS) w procesie zatężania kwasu synapinowego. Kwas
synapinowy (kwas 3,5-dimetoksy-4-hydroksycynamonowy) jest naturalnym
przeciwutleniaczem wykazującym właściwości nefroprotekcyjne14),
neuroprotekcyjne15) (w obszarze hipokampa), anksjolityczne16),
zmniejsza skutki toksycznego wpływu arsenianów(III) na tkankę
wątroby17), przeciwdziała także niedokrwiennemu uszkodzeniu mięśnia
sercowego18), tak więc celowe wydaje się opracowanie adsorbentów
służących zatężaniu tej substancji.
Adsorpcję przeciwutleniacza prowadzono w środowisku 2-propanolu.
Zastosowanie tego rozpuszczalnika pozwoli na wykazanie użyteczności
modyfikowanych krzemionek w procesie zatężania kwasu
synapinowego, np. [...]
Modelowanie procesu adsorpcji kwasu synapinowego na mezoporowatej krzemionce SBA-15 modyfikowanej [3-(metyloamino)propylo]trimetoksysilanem DOI:10.15199/62.2019.1.12
Materiały mezoporowate zdefiniowane są przez IUPAC, jako
substancje porowate, których wielkość porów mieści się w przedziale1)
2-50 nm. Mezoporowata krzemionka SBA-15 opisana została po raz
pierwszy w 1998 r. przez Zhao i współpr.2). Substancja ta odznacza się3)
heksagonalnym uporządkowaniem cylindrycznych porów o średnicy
4-14 nm, powierzchnią właściwą rzędu 1000 m2/g oraz objętością
porów ok. 1 cm3/g. Te cechy fizykochemiczne oraz możliwość modyfikacji
powierzchni poprzez wolne grupy silanolowe4) sprawiają, że
krzemionka SBA-15 wykazuje doskonałe właściwości adsorpcyjne.
Stosowana była ona m.in. jako adsorbent zanieczyszczeń środowiska5, 6),
substancji leczniczych7), enzymów8), hormonów wzrostu roślin9), alkaloidów10),
a także kwasów fenolowych11). Użycie mezoporowatych
krzemionek w procesie adsorpcji (zatężania) substancji biologicznie
czynnych jest żywo rozwijającą się dziedziną zastosowania tego
rodzaju materiałów12).
Przedmiotem badań była ocena przydatności mezoporowatej krzemionki
SBA-15 modyfikowanej [3-(metyloamino)propylo]trimetoksysilanem
(MAPTMS) w procesie zatężania kwasu synapinowego.
Ta ostatnia substancja będąca naturalnym kwasem fenolowym (kwas
3,5-dimetoksy-4-hydroksycynamonowy) jest szeroko rozpowszechniona
w świecie roślin i wykazuje korzystne właściwości farmakologiczne,
m.in. właściwości przeciwutleniające, przeciwzapalne,
neuroprotekcyjne i przeciwbakteryjne13).
Adsorpcję kwasu synapinowego prowadzono w środowisku 2-propanolu.
Użycie tego rozpuszczalnika było celowe ze względu na
pozyskiwanie z jego udziałem wielu substancji biologicznie czynnych,
np. z ekstraktów alkoholowych surowców roślinnych. W celu zbadania
natury oddziaływań cząsteczek kwasu synapinowgo z powierzchnią
modyfikowanej krzemionki dokonano matematyc[...]
Modelowanie procesu adsorpcji kwasu syryngowego na mezoporowatej krzemionce modyfikowanej (3-aminopropylo)trietoksysilanem DOI:10.15199/62.2019.7.22
Mezoporowata krzemionka MCF (mesocellular foam) została po
raz pierwszy otrzymana w 1999 r. przez Schmidt-Winkela i współpr.1).
MCF odznacza się strukturą typu gąbki, jest zbudowana ze sferycznych
komórek o średnicy 15-50 nm połączonych "okienkami" o średnicy2)
5-20 nm. Krzemionka ta charakteryzuje się powierzchnią właściwą rzędu 600 m2/g oraz znaczną w porównaniu z innymi mezoporowatymi
strukturami objętością porów2) (powyżej 2 cm3/g).
Unikatowe właściwości powierzchniowe sprawiły, że krzemionka MCF
znalazła zastosowanie m.in. jako nośnik substancji leczniczych3), w procesie
immobilizacji enzymów4), adsorpcji i oczyszczania białek5) oraz adsorpcji
alkaloidów6). Szczególnie istotnym zastosowaniem mezoporowatych sit
molekularnych jest ich użycie jako sorbentów substancji wykazujących
aktywność biologiczną, zwłaszcza pochodzenia naturalnego7).
Przedmiotem badań była ocena właściwości adsorpcyjnych wobec
kwasu syryngowego krzemionki MCF modyfikowanej (3-aminopropylo)
trietoksysilanem (APTES). Modyfikowany sorbent służyć ma
zatężaniu tej substancji. Kwas syryngowy jest naturalnym kwasem
fenolowym (kwas 3,5-dimetoksy-4-hydroksybenzoesowy) wykazującym
interesujące właściwości biologiczne, m.in. przeciwbakteryjne8),
stabilizujące poziom glukozy we krwi9) i hepatoprotekcyjne10).
Adsorpcję kwasu syryngowego prowadzono w środowisku 2-propanolu
jako modelowym rozpuszczalniku. Użycie tej substancji było
uzasadnione, ze względu na pozyskiwanie wielu substancji biologicznie
czynnych z surowców farmakognostycznych metodą ekstrakcji za
pomocą alkoholi oraz roztworów wodno-alkoholowych.
Część doświadczalna
Materiały
Do badań wykorzystano kwas syryngowy ≥95%, (3-am[...]