[go: up one dir, main page]

RU2729991C1 - Method of producing silver nanoparticles with size of 30 ± 3 nm - Google Patents

Method of producing silver nanoparticles with size of 30 ± 3 nm Download PDF

Info

Publication number
RU2729991C1
RU2729991C1 RU2019130690A RU2019130690A RU2729991C1 RU 2729991 C1 RU2729991 C1 RU 2729991C1 RU 2019130690 A RU2019130690 A RU 2019130690A RU 2019130690 A RU2019130690 A RU 2019130690A RU 2729991 C1 RU2729991 C1 RU 2729991C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
agno
flask
silver nanoparticles
temperature
Prior art date
Application number
RU2019130690A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Викторовна Богачева
Ксения Андреевна Тарбеева
Наталья Юрьевна Огородова
Зулейха Рамилевна Хасаншина
Александр Вячеславович Чернядьев
Наталья Александровна Тунева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кировский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Кировский ГМУ Минздрава России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кировский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Кировский ГМУ Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кировский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Кировский ГМУ Минздрава России)
Priority to RU2019130690A priority Critical patent/RU2729991C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2729991C1 publication Critical patent/RU2729991C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to colloidal chemistry, particularly to production of conditioned colloidal silver nanoparticles by a nitrate method, which can be used in medicine, agriculture, biology, etc. Silver nanoparticles of size 30 ± 3 nm are obtained by reduction and stabilization of silver nitrate (AgNO3) with sodium citrate (Na3C6H5O7) at ratio of concentrations of AgNO3/Na3C6H5O7 solutions - 1:0.75 and their volumes of 5:1. In the Erlenmeyer flask one prepares 80 ml of 0.002 M AgNO3 solution and adds a "stirring" rod of the magnetic mixer. Refluxer is put on flask and installed on magnetic stirrer with heating, where temperature is set to 300 °C and mixing mode is 375 rpm. When the first signs of boiling, which confirm the beginning of condensate flowing along the walls of the dephlegmator and/or bulb, 16 ml of 0.0075 M solution of Na3C6H5O7 are added. When colour of solution changes to yellowish one changes mixing mode by 500 rpm, temperature by 200 °C. From the moment of change of colour of the solution to its yellow one boils for 20 minutes, after which the return cooler is disconnected, the flask is removed from the magnetic mixer and allowed to cool at room temperature for 18–24 hours.
EFFECT: invention enables to obtain colloidal silver series standard series size 30 ± 3 nm without signs of aggregation and crystallisation.
1 cl, 2 dwg, 4 tbl

Description

Данное изобретение относится к области коллоидной химии, иммунохимии, нанотехнологий и решает проблему получения наночастиц коллоидного серебра (НчКС). Благодаря своим уникальным физическим, химическим и биологическим свойствам наночастицы серебра находят применение во многих областях науки и техники. Они входят в состав спектрально-селективных покрытий для поглощения солнечной энергии, их применяют в качестве химиотерапевтических препаратов и катализаторов химических реакций, а также используют для антимикробной стерилизации. Данная область применения включает в себя производство различных средств упаковки, перевязки, текстиля, водоэмульсионных красок и эмалей. Также известно, что на основе коллоидного серебра выпускаются различные препараты и косметические средства [Яманова, P.P. О применении наночастиц серебра в легкой промышленности / P.P. Яманова, Г.Р. Николаенко // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - №16. - С. 39-41].This invention relates to the field of colloidal chemistry, immunochemistry, nanotechnology and solves the problem of obtaining nanoparticles of colloidal silver (NCS). Due to their unique physical, chemical and biological properties, silver nanoparticles are used in many fields of science and technology. They are part of spectrally selective coatings for absorbing solar energy, they are used as chemotherapeutic agents and catalysts for chemical reactions, and are also used for antimicrobial sterilization. This area of application includes the production of various packaging, dressing, textiles, water-based paints and enamels. It is also known that various preparations and cosmetics are produced on the basis of colloidal silver [Yamanova, P.P. On the use of silver nanoparticles in light industry / P.P. Yamanova, G.R. Nikolaenko // Bulletin of Kazan Technological University. - 2013. - No. 16. - S. 39-41].

В настоящее время известны физические и химические методы получения наночастиц серебра. При использовании физических методах образование наночастиц происходит в результате диспергирования больших металлических частиц при помощи коллоидных мельниц или ультразвука. Химические методы позволяют получить наночастицы в результате реакции химического восстановления в растворе ионов металлов [Коляда, Л.Г. Синтез и исследование наночастиц серебра и возможность их использования в пищевой упаковке / Л.Г. Коляда, Н.Л. Медяник, Ю.Ю. Ефимова, А.В. Кремнева // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2015. - №2. - С. 65-69].Physical and chemical methods for obtaining silver nanoparticles are currently known. When using physical methods, nanoparticles are formed by dispersing large metal particles using colloid mills or ultrasound. Chemical methods make it possible to obtain nanoparticles as a result of a chemical reduction reaction in a solution of metal ions [Kolyada, L.G. Synthesis and research of silver nanoparticles and the possibility of their use in food packaging / L.G. Kolyada, N.L. Medyanik, Yu.Yu. Efimova, A.V. Kremnev // Bulletin of MSTU im. G.I. Nosov. - 2015. - No. 2. - S. 65-69].

Среди химических известен способ получения наночастиц серебра боргидридным методом, который представлен в работе Н.М. Дроздовой и соавт. [Дроздова, Н.М. Зависимость свойств наночастиц серебра от методики получения / Н.М. Дроздова, Н.А. Яштулов // Научный альманах. - 2018. - №5-2 (43). - С. 137-139]. В данном варианте наночастицы коллоидного серебра получают путем восстановления солей серебра тетрагидридоборатом натрия. Для этого 15 мл 2⋅10-3 моль/л NaBH4 охлаждают до температуры 0°С, поставив в кристаллизатор со льдом. Далее к 5 мл 1⋅10-3 моль/л приготовленного на дистиллированной воде AgNO3 добавляют охлажденный тетрагидридоборат натрия и быстро перемешивают, энергично встряхивая.Among the chemical ones, there is a known method for producing silver nanoparticles by the borohydride method, which is presented in the work of N.M. Drozdova et al. [Drozdova, N.M. Dependence of the properties of silver nanoparticles on the preparation method. Drozdova, N.A. Yashtulov // Scientific Almanac. - 2018. - No. 5-2 (43). - S. 137-139]. In this embodiment, colloidal silver nanoparticles are obtained by reduction of silver salts with sodium tetrahydride borate. For this, 15 ml of 2⋅10 -3 mol / l NaBH 4 is cooled to a temperature of 0 ° C by placing it in a crystallizer with ice. Next, cooled sodium tetrahydroborate is added to 5 ml of 1⋅10 -3 mol / l AgNO 3 prepared in distilled water, and the mixture is quickly stirred with vigorous shaking.

Данный метод является универсальным для получения наночастиц серебра в стабильных формах. Это объясняется тем, что тетрагидридоборат натрия обладает более высокой восстановительной способностью по сравнению с другими применяемыми реагентами [Поджарная, К.С. Анализ методов получения наноразмерных частиц серебра / К.С. Поджарная // Успехи в химии и химической технологии. - 2012. - №7 (136). - С. 85-87].This method is universal for obtaining silver nanoparticles in stable forms. This is due to the fact that sodium tetrahydriborate has a higher reducing ability compared to other reagents used [Podzharnaya, K.S. Analysis of methods for obtaining nanosized silver particles. Podzharnaya // Advances in chemistry and chemical technology. - 2012. - No. 7 (136). - S. 85-87].

Недостатками боргидридного метода являются высокая токсичность и агрессивность восстановителей, а также невозможность достижения высоких концентраций наночастиц в конечных растворах.The disadvantages of the borohydride method are the high toxicity and aggressiveness of the reducing agents, as well as the impossibility of achieving high concentrations of nanoparticles in the final solutions.

Цитратно-сульфатный метод получения наночастиц коллоидного серебра (метод Кери Ли) основан на восстановлении ионов серебра сульфатом двухвалентного железа и стабилизации образующихся частиц цитратом натрия [Carey, L.M. // American Journal of Science. - 1889. - V. 37 - P. 476-491]. Данную методику осуществляют следующим образом. Готовят два препарата: 0,02% раствор AgNO3 и смесь, состоящую их двух растворов, взятых в равных объемах - Na3C6H5O7⋅2H2O и FeSO4⋅7H2O с конечной концентрацией вещества в растворе 6 г/л. Приготовленную смесь быстро добавляют к раствору AgNO3, интенсивно перемешивая на магнитной мешалке в течение 1 часа [Дроздова, Н.М. Зависимость свойств наночастиц серебра от методики получения / Н.М. Дроздова, Н.А. Яштулов // Научный альманах. - 2018. - №5-2 (43). - С. 137-139].The citrate-sulfate method of obtaining nanoparticles of colloidal silver (Keri Lee's method) is based on the reduction of silver ions with ferrous sulfate and stabilization of the resulting particles with sodium citrate [Carey, LM // American Journal of Science. - 1889. - V. 37 - P. 476-491]. This technique is carried out as follows. Two preparations are prepared: a 0.02% solution of AgNO 3 and a mixture consisting of two solutions taken in equal volumes - Na 3 C 6 H 5 O 7 ⋅2H 2 O and FeSO 4 ⋅7H 2 O with a final concentration of the substance in solution 6 g / l. The prepared mixture is quickly added to the AgNO 3 solution, stirring vigorously on a magnetic stirrer for 1 hour [Drozdova, NM Dependence of the properties of silver nanoparticles on the preparation method. Drozdova, N.A. Yashtulov // Scientific Almanac. - 2018. - No. 5-2 (43). - S. 137-139].

Наночастицы серебра, полученные методом Кери Ли, значительно превосходят по оптическим и морфологической характеристикам, а также однородности обычные нитратные золи, однако главным недостатком данного метода является использование высоких концентраций реагентов, приводящее к тому, что возникает необходимость проведения ряда последовательных циклов осаждения частиц металла.Silver nanoparticles obtained by the Keri Lee method are significantly superior in optical and morphological characteristics, as well as in homogeneity, to conventional nitrate sols; however, the main disadvantage of this method is the use of high concentrations of reagents, which necessitates a series of successive deposition cycles of metal particles.

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения наночастиц коллоидного серебра цитратным методом Туркевича. Изначально этот метод был разработан для получения наночастиц коллоидного золота, который заключался в восстановлении хлористоводородной кислоты цитратом натрия при кипячении в водном растворе [Turkevich J. A Study of the Nucleation and Growth Processes in the Synthesis of Colloidal Gold. Discuss / J. Turkevich, P.S. Stevenson, J. Hiller // Faraday Soc. - 1951. - №11. - P. 55-75]. В дальнейшем цитратный метод Туркевича был применен для синтеза наночастиц серебра [Tripatni G.N.R. Adsorption of 2-Mercaptopyrimidine on Silver Nanoparticles in Water / G.N.R. Tripatni, V. Clements // J. Phys. Chem. - 2003. - V. 107. - №40. - P. 1125-11132].The closest to the claimed method is a method for producing colloidal silver nanoparticles by the Turkevich citrate method. Initially, this method was developed to obtain nanoparticles of colloidal gold, which consisted in the reduction of hydrochloric acid with sodium citrate by boiling in an aqueous solution [Turkevich J. A Study of the Nucleation and Growth Processes in the Synthesis of Colloidal Gold. Discuss / J. Turkevich, P.S. Stevenson, J. Hiller // Faraday Soc. - 1951. - No. 11. - P. 55-75]. Subsequently, the citrate method of Turkevich was applied to the synthesis of silver nanoparticles [Tripatni G.N.R. Adsorption of 2-Mercaptopyrimidine on Silver Nanoparticles in Water / G.N.R. Tripatni, V. Clements // J. Phys. Chem. - 2003. - V. 107. - No. 40. - P. 1125-11132].

Данный метод использован в работе О.В. Дементьевой [Дементьева О.В. Сравнительное исследование свойств гидрозолей серебра, полученных цитратным и цитрат-сульфатным методами / О.В. Дементьева, А.В. Мальковский, М.А Филиппенко, В.М. Рудой // Коллоидный журнал. - 2008. - Т. 70. - №5. - С. 607-619]. Преимуществом данной работы является приготовление и оценка различных золей, отличающихся по молярному и объемному соотношению реагентов, а также в зависимости от времени отбора проб в процессе кипячения реакционной смеси. Однако при оценке результатов работы методом спектрофотометрии и электронной микроскопии была выявлена неоднородность гидрозоля, с разбросом диаметра частиц от 5 нм до 60 нм.This method was used in the work of O.V. Dementieva [Dementyeva O. The. Comparative study of the properties of silver hydrosols obtained by citrate and citrate-sulfate methods / O.V. Dementyeva, A.V. Malkovsky, M.A. Filippenko, V.M. Ore // Colloid Journal. - 2008. - T. 70. - No. 5. - S. 607-619]. The advantage of this work is the preparation and evaluation of various sols that differ in the molar and volume ratio of the reagents, as well as depending on the sampling time during the boiling of the reaction mixture. However, when evaluating the results of the work by the method of spectrophotometry and electron microscopy, the inhomogeneity of the hydrosol was revealed, with a spread in the particle diameter from 5 nm to 60 nm.

По данным научной литературы существуют различные модификации цитратного метода, отличающиеся по времени кипячения реакционной смеси и отбора проб с использованием или без использования охлаждения раствора наночастиц серебра для прекращения реакции восстановления [Евдокимов, А.А. Получение и исследование наноструктур: лабораторный практикум по нанотехнологиям / А.А. Евдокимов, А.С. Сигов. - М: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2011. - 146 с.].According to scientific literature, there are various modifications of the citrate method, differing in the time of boiling the reaction mixture and sampling with or without the use of cooling a solution of silver nanoparticles to stop the reduction reaction [Evdokimov, AA Obtaining and research of nanostructures: laboratory workshop on nanotechnology / A.A. Evdokimov, A.S. Sigov. - M: BINOM. Knowledge laboratory. - 2011. - 146 p.].

Самым главным преимуществом цитратного метода Туркевича является то, что цитрат-анион выступает одновременно в качестве восстановителя и стабилизирующего агента образующихся частиц. Однако, когда цитрат натрия является и стабилизатором, и восстановителем, процесс формирования наночастиц становится особенно чувствительным к условиям синтеза. Большое влияние на размеры наночастиц оказывает соотношение концентраций ионов серебра и цитрат-иона, а также время кипячения раствора и скорость смешения реагентов.The main advantage of Turkevich's citrate method is that the citrate anion acts simultaneously as a reducing agent and a stabilizing agent for the resulting particles. However, when sodium citrate is both a stabilizer and a reducing agent, the nanoparticle formation process becomes especially sensitive to the synthesis conditions. The ratio of the concentrations of silver and citrate ions, as well as the boiling time of the solution and the mixing rate of the reagents, has a great influence on the size of nanoparticles.

Несмотря на обилие методов синтеза наночастиц серебра в различных средах (водной и органической), использующих различные восстановители, получение кондиционных частиц определенного размера остается достаточно сложной задачей.Despite the abundance of methods for the synthesis of silver nanoparticles in various media (aqueous and organic), using various reducing agents, obtaining conditioned particles of a certain size remains a rather difficult task.

Отсутствие четкого алгоритма получения наночастиц серебра, обосновывает целесообразность отработки пошагового способа получения НчКС, оптимального для использования наночастиц в различных областях науки, в медицине, промышленности, сельском хозяйстве, благодаря доказанному наличию у наночастиц серебра противомикробного, противовирусного, антитоксического действия.The lack of a clear algorithm for the production of silver nanoparticles justifies the feasibility of working out a step-by-step method for obtaining NPK, which is optimal for using nanoparticles in various fields of science, in medicine, industry, agriculture, due to the proven presence of antimicrobial, antiviral, antitoxic action in silver nanoparticles.

Технический результат изобретения - разработка пошагового способа получения НчКС цитратным методом и оценка препаратов, полученных при использовании отработанной методики.The technical result of the invention is the development of a step-by-step method for producing LCHS by the citrate method and the assessment of preparations obtained using the proven technique.

Технический результат достигается путем восстановления и стабилизации нитрата серебра цитратом натрия, выражающийся в пошаговом алгоритме получения препаратов коллоидного серебра размером 30±3 нм, который представляет собой отработанные этапы приготовления наночастиц серебра с учетом всех необходимых параметров по соотношению объемов и концентраций реагентов AgNO3/Na3C6H5O7, температурных и временных параметров, а также режимов перемешивания, установленных на каждом этапе.The technical result is achieved by reducing and stabilizing silver nitrate with sodium citrate, expressed in a step-by-step algorithm for obtaining preparations of colloidal silver with a size of 30 ± 3 nm, which represents the worked out stages of preparing silver nanoparticles taking into account all the necessary parameters in terms of the ratio of volumes and concentrations of reagents AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 , temperature and time parameters, as well as mixing modes, set at each stage.

Для подтверждения объективности выбора оптимальных условий приготовления НчКС приведены результаты оценки серий препаратов, полученных при использовании различных условий.To confirm the objectivity of the choice of optimal conditions for the preparation of NPK, the results of evaluating the series of preparations obtained under various conditions are presented.

В ходе разработки изобретения было определено влияние на качество приготовления НчКС следующих параметров и условий:During the development of the invention, the influence of the following parameters and conditions on the quality of the preparation of LCP was determined:

1) соотношение концентраций реагентов AgNO3/Na3C6H5O7;1) the ratio of the concentrations of the reagents AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 ;

2) соотношение объемов реагентов AgNO3/Na3C6H5O7;2) the ratio of volumes of reagents AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 ;

3) время кипячения раствора с момента появления желтой окраски до окончания эксперимента.3) the boiling time of the solution from the moment the yellow color appears until the end of the experiment.

В работе был использован нитрат серебра AgNO3 («Sigma-Aldrich», США), цитрат натрия Na3C6H5O7 безводный («Sigma-Aldrich» США), дистиллированная вода (ГОСТ 6709-72), дионизированная вода (ГОСТ 11.029.003-80), соляная и азотная кислота («Реахим», Россия).We used silver nitrate AgNO 3 (Sigma-Aldrich, USA), sodium citrate Na 3 C 6 H 5 O 7 anhydrous (Sigma-Aldrich, USA), distilled water (GOST 6709-72), dionized water ( GOST 11.029.003-80), hydrochloric and nitric acid (Reakhim, Russia).

Для взвешивания реагентов использовали весы электронные аналитические Adventurer («OHAUS», США). Все реагенты готовили на деионизированной воде. Для получения деионизированной воды применяли систему UF Arium 611 UF («Sartorius», Германия).An Adventurer electronic analytical balance (OHAUS, USA) was used to weigh the reagents. All reagents were prepared in deionized water. To obtain deionized water, we used the UF Arium 611 UF system (Sartorius, Germany).

Наночастицы коллоидного серебра готовили в колбах Эрленмейера на 100 мл, используя магнитную мешалку («Meidolph», Германия) и шариковый обратный холодильник. Для внесения реагентов использовались стеклянные пипетки на 5 и 10 мл, дозаторы с переменным объемом и пластиковые наконечники («Eppendorf», Германия). Для отбора и хранения проб применяли пенициллиновые флаконы, закрытые фольгой. Наночастицы коллоидного серебра готовили, используя магнитную мешалку с подогревом («Heidolph», Германия). Размеры, электронную плотность наночастиц анализировали на электронном трансмиссионном микроскопе JEM-1011 («Jeol», Япония).Colloidal silver nanoparticles were prepared in 100 ml Erlenmeyer flasks using a magnetic stirrer (Meidolph, Germany) and a ball reflux condenser. Glass pipettes for 5 and 10 ml, dispensers with variable volume, and plastic tips (Eppendorf, Germany) were used to add reagents. For sampling and storage of samples, foil-covered penicillin vials were used. Colloidal silver nanoparticles were prepared using a heated magnetic stirrer (Heidolph, Germany). The sizes and electron density of nanoparticles were analyzed on a JEM-1011 electron transmission microscope (Jeol, Japan).

Всю лабораторную посуду, предназначенную для приготовления препаратов НчКС, предварительно обрабатывали смесью концентрированных кислот соляной и азотной в соотношении 3:1 - «царской водкой». Всю посуду обрабатывали в сухожаровом шкафу при температуре 180°С в течение 60 мин.All laboratory glassware intended for the preparation of NPK preparations was pretreated with a mixture of concentrated hydrochloric and nitric acids in a ratio of 3: 1 - "aqua regia". All the dishes were processed in a dry heat oven at 180 ° C for 60 min.

Для приготовления 1 М матричного раствора нитрата серебра (М=169,87 г/моль) к 1,69 г AgNO3 добавляли 10 мл деионизированной воды. Готовый раствор хранили во флаконе из темного стекла в холодильнике при температуре 4°С.To prepare a 1 M matrix solution of silver nitrate (M = 169.87 g / mol), 10 ml of deionized water was added to 1.69 g of AgNO 3 . The finished solution was stored in a dark glass vial in a refrigerator at a temperature of 4 ° C.

Раствор 1 М матричного цитрата натрия (М=258,0 г/моль) готовили непосредственно перед постановкой каждого опыта. Для этого к 2,58 г Na3C6H5O7 добавляли 10 мл деионизированной воды.A solution of 1 M matrix sodium citrate (M = 258.0 g / mol) was prepared immediately before performing each experiment. For this, 10 ml of deionized water was added to 2.58 g of Na 3 C 6 H 5 O 7 .

Для каждой серии использовали одинаковый температурный режим для закипания AgNO3 (300°С) и скорость перемешивания на магнитной мешалке (375 об/мин), опираясь на ранее отработанный способ получения наночастиц коллоидого золота цитратным методом [Богачева Н.В., Дармов И.В., Крупина К.А, Смирнова Д.Н. Патент №2644466 «Способ получения наночастиц коллоидного золота со средним диаметром 25-30 нм» / г. Киров, ВятГУ]. Приготовленный раствор AgNO3 доводили до кипения, затем в него по каплям вносили Na3C6H5O7 и наблюдали изменение окраски раствора на желтоватый цвет. При появлении желтой окраски изменяли температурный режим с 300°С до 200°С, число оборотов мешалки с 375 об/мин до 500 об/мин.For each series, the same temperature regime was used for boiling AgNO 3 (300 ° C) and the stirring speed on a magnetic stirrer (375 rpm), relying on the previously developed method of obtaining colloidal gold nanoparticles by the citrate method [Bogacheva N. V., Darmov I. V., Krupina K.A., Smirnova D.N. Patent No. 2644466 "Method for producing colloidal gold nanoparticles with an average diameter of 25-30 nm" / Kirov, VyatSU]. The prepared solution of AgNO 3 was brought to a boil, then Na 3 C 6 H 5 O 7 was added dropwise into it and the color of the solution was observed to change to a yellowish color. When a yellow color appeared, the temperature regime was changed from 300 ° C to 200 ° C, the number of stirrer revolutions was changed from 375 rpm to 500 rpm.

В ходе работы последовательно отрабатывали условия, оказывающие влияние на кондиционность НчКС.In the course of the work, we consistently worked out the conditions influencing the condition of the NCHS.

На первом этапе, при сохранении прочих равных параметров, были использованы разные концентрации реагентов (таблица 1). При этом в 100 мл раствора коллоидного серебра конечная концентрация нитрата серебра в растворе составляла 0,002 М, а концентрация цитрата натрия менялась с 0,002 М в серии №1 до 0,0015 М в серии №2 и до 0,001 М в серии №3. Объемы цитрата натрия и нитрата серебра в каждой серии были постоянны.

Figure 00000001
At the first stage, while maintaining other equal parameters, different concentrations of reagents were used (Table 1). In this case, in 100 ml of a solution of colloidal silver, the final concentration of silver nitrate in the solution was 0.002 M, and the concentration of sodium citrate changed from 0.002 M in batch No. 1 to 0.0015 M in batch No. 2 and to 0.001 M in batch No. 3. The volumes of sodium citrate and silver nitrate in each batch were constant.
Figure 00000001

По результатам электронной микроскопии, было установлено, что препарат №1 содержал малую концентрацию неоднородных частиц, присутствовала их агрегация, они были различной формы - треугольной, палочковидной, овальной; в препарате №3 наблюдались конгломераты несформированных частиц; препарат №2 содержал большую концентрацию частиц, форма их была более однородная и правильная, агрегация наблюдалась значительно меньше.According to the results of electron microscopy, it was found that the preparation No. 1 contained a low concentration of heterogeneous particles, there was their aggregation, they were of various shapes - triangular, rod-shaped, oval; in preparation No. 3, conglomerates of unformed particles were observed; preparation No. 2 contained a high concentration of particles, their shape was more uniform and regular, aggregation was observed much less.

Полученные результаты поясняются фиг. 1, представляющей собой зависимость размера наночастиц серебра от соотношения концентраций AgNO3 и Na3C6H5O7.The results obtained are illustrated in FIG. 1, which is the dependence of the size of silver nanoparticles on the ratio of the concentrations of AgNO 3 and Na3C6H5O7.

По результатам первого этапа для дальнейшей отработки способа получения наночастиц коллоидного серебра было выбрано соотношение концентраций AgNO3/Na3C6H5O7 - 1/0,75, в результате чего были получены однородные частицы, правильной формы с незначительной степенью агрегации, размером 35±5.In the first stage for further working out a method of producing nanoparticles of colloidal silver was chosen ratio AgNO 3 / Na3C6H5O7 concentrations - 1 / 0.75, resulting in uniform particles were obtained, of regular shape with a small degree of aggregation of 35 ± 5.

На следующем этапе провели оценку влияния соотношения объемов реагентов при сохранении соотношения концентраций AgNO3/Na3C6H5O7 (1/0,75) на кондиционность полученных серий препаратов наночастиц коллоидного серебра (таблица 2).At the next stage, the effect of the ratio of the volumes of the reagents while maintaining the concentration ratio AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 (1 / 0.75) on the conditionality of the obtained series of preparations of colloidal silver nanoparticles was evaluated (Table 2).

По результатам электронной микроскопии, было установлено, что в препарат №3, при приготовлении которого было выбрано соотношение объемов AgNO3/Na3C6H5O7 1/1, наблюдалось значительно большее количество конгломератов, чем в препарате №5 (соотношение объемов реагентов 5/1), где они присутствовали, но в меньшем количестве. Форма частиц и в том и другом случае - правильная, округлая, размер 32,3-33,5 нм. Наночастицы серебра в препарате №4 имели неправильную форму и большой размер - более 50,0 нм. По результатам данного этапа препарат №5 был оценен как наиболее кондиционный. Параметры, используемые для его получения, были выбраны для третьего этапа исследования.According to the results of electron microscopy, it was found that in the preparation No. 3, in the preparation of which the volume ratio AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 1/1 was chosen, a significantly larger number of conglomerates was observed than in the preparation No. 5 (the volume ratio reagents 5/1), where they were present, but in smaller quantities. The shape of the particles in both cases is correct, rounded, size 32.3-33.5 nm. Silver nanoparticles in preparation No. 4 had an irregular shape and large size - more than 50.0 nm. According to the results of this stage, preparation No. 5 was assessed as the most conditioned. The parameters used to obtain it were chosen for the third stage of the study.

Figure 00000002
Figure 00000002

На третьем этапе разработки пошаговой методики получения кондиционного препарата наночастиц серебра были использованы параметры, выбранные на первых двух этапах исследования (соотношение концентраций AgNO3/Na3C6H5O7 - 1:0,75; соотношение объемов AgNO3/Na3C6H5O7 - 5:l) и проведен выбор оптимального времени кипячения раствора после начала появления желтоватой окраски.At the third stage of the development of a step-by-step method for obtaining a conditioned preparation of silver nanoparticles, the parameters selected in the first two stages of the study were used (the concentration ratio AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 - 1: 0.75; the ratio of volumes AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 - 5: l) and the choice of the optimal boiling time of the solution after the beginning of the appearance of a yellowish color was carried out.

Для этого при появлении желтой окраски раствора изменяли температурный режим на магнитной мешалке с 300°С до 200°С, число оборотов мешалки с 375 об/мин до 500 об/мин и с интервалом 4 мин отбирали пробы стерильные флаконы для оценки методом электронной микроскопии. В результате обнаружили, что в пробах №7 и 8 имела место агрегативная устойчивость частиц. При кипячении же раствора в течение 20 мин, частицы в поле зрения лежали разбросано, были правильной округлой формы, примерно одинакового размера - 30-33 нм.For this, when a yellow color of the solution appeared, the temperature regime on a magnetic stirrer was changed from 300 ° C to 200 ° C, the number of revolutions of the stirrer was changed from 375 rpm to 500 rpm, and sterile vials were sampled with an interval of 4 min for evaluation by electron microscopy. As a result, it was found that in samples No. 7 and 8 there was aggregate stability of the particles. When the solution was boiled for 20 minutes, the particles in the field of view were scattered, were of the correct rounded shape, approximately the same size - 30-33 nm.

Figure 00000003
Figure 00000003

Характеристика 1-9 серий препаратов, полученных при отработке пошагового способа получения наночастиц серебра в результате использования различных условий, представлена в таблице 4.The characteristics of 1-9 series of preparations obtained during the development of a step-by-step method for obtaining silver nanoparticles as a result of using various conditions is presented in Table 4.

Figure 00000004
Figure 00000004

По результатам эксперимента было установлено, что оптимальными параметрами для приготовления наночастиц коллоидного серебра являются следующие:According to the results of the experiment, it was found that the optimal parameters for the preparation of colloidal silver nanoparticles are as follows:

1) Соотношение концентраций растворов AgNO3/Na3C6H5O7 - 1:0,75.1) The ratio of concentrations of solutions AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 - 1: 0.75.

2) Соотношение объемов растворов AgNO3/Na3C6H5O7 - 5:1.2) The ratio of the volumes of solutions AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 - 5: 1.

3) Оптимальная температура и режим перемешивания магнитной мешалки: 300°С и 375 об/мин - с начала эксперимента; 200°С и 500 об/мин - с момента появления желтоватой окраски.3) Optimum temperature and stirring mode of the magnetic stirrer: 300 ° C and 375 rpm - from the beginning of the experiment; 200 ° С and 500 rpm - from the moment the yellowish color appears.

4) Время кипячения раствора для стабилизации частиц после появления желтоватой окраски - 20 мин.4) The boiling time of the solution to stabilize the particles after the appearance of a yellowish color is 20 minutes.

Изобретение иллюстрируется примером получения трех серий препаратов коллоидного серебра с диаметром наночастиц 30±3 нм в объеме 96 мл, приготовленных при соблюдении следующих условий:The invention is illustrated by an example of obtaining three series of preparations of colloidal silver with a nanoparticle diameter of 30 ± 3 nm in a volume of 96 ml, prepared under the following conditions:

1) Приготовить 16 мл 0,0075 М раствора Na3C6H5O7. Для этого в колбу Эрлейнмейера на 100 мл добавить 0,031 г соли Na3C6H5O7 и 16 мл деионизированной воды комнатной температуры, внести стерильный «перемешивающий» стержень магнитной мешалки. Поставить колбу с содержимым на магнитную мешалку и в течение 2 минут при постоянном перемешивании растворить соль.1) Prepare 16 ml of 0.0075 M Na 3 C 6 H 5 O 7 solution. To do this, add 0.031 g of Na 3 C 6 H 5 O 7 salt and 16 ml of deionized water at room temperature to a 100 ml Erleinmeyer flask, add a sterile "stirring" rod of a magnetic stirrer. Place the flask with the contents on a magnetic stirrer and dissolve the salt for 2 minutes with constant stirring.

2) Приготовить 80 мл 0,002 М раствора AgNO3. Для этого в колбу Эрлейнмейера на 100 мл добавить 0,027 г AgNO3 и 80 мл деионизированной воды комнатной температуры, внести стерильный «перемешивающий» стержень магнитной мешалки.2) Prepare 80 ml of 0.002 M AgNO 3 solution. To do this, add 0.027 g of AgNO 3 and 80 ml of deionized water at room temperature to a 100 ml Erleinmeyer flask, add a sterile "stirring" rod of a magnetic stirrer.

3) Надеть на колбу, содержащую 0,002 М раствор раствор AgNO3, дефлегматор. Поставить колбу с дефлегматором на магнитную мешалку и установить режим перемешивания 375 об/мин и температуру 300°С;3) Put on a flask containing a 0.002 M solution AgNO 3 solution, a reflux condenser. Place the flask with a reflux condenser on a magnetic stirrer and set the stirring mode to 375 rpm and the temperature to 300 ° С;

4) При появлении первых признаков закипания (начало стекания конденсата по стенкам дефлегматора и/или колбы) внести 16 мл 0,0075 М раствора Na3C6H5O7.4) When the first signs of boiling appear (the beginning of condensate flowing down the walls of the reflux condenser and / or flask) add 16 ml of 0.0075 M Na 3 C 6 H 5 O 7 solution.

5) При изменении цвета раствора на желтоватый изменить режим работы магнитной мешалки на следующий: режим перемешивания на 500 об/мин и температуру на 200°С.5) When the color of the solution changes to yellowish, change the operating mode of the magnetic stirrer to the following: stirring mode at 500 rpm and temperature at 200 ° C.

6) От момента изменения цвета раствора на желтый кипятить раствор еще 20 мин. Снять колбу с магнитной мешалки. Раствор НчКС накрыть фольгой и оставить при комнатной температуре остывать в течение суток, затем хранить в холодильнике при 4°С.6) From the moment the solution color changes to yellow, boil the solution for another 20 minutes. Remove the flask from the magnetic stirrer. Cover the NHCS solution with foil and leave to cool for a day at room temperature, then store in a refrigerator at 4 ° C.

При необходимости приготовления другого объема препарата необходимо сделать пересчет, соблюдая соотношение объемов и концентраций реагентов AgNO3/Na3C6H5O7.If it is necessary to prepare another volume of the drug, it is necessary to recalculate, observing the ratio of volumes and concentrations of reagents AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 .

Полученные результаты, подтверждающие работоспособность способа пошагового получения наночастиц коллоидного серебра цитратным методом, поясняются фиг. 2, представляющей собой таблицу с фотографиями полученных кондиционных серий препаратов НчКС.The results obtained, confirming the efficiency of the method for step-by-step preparation of colloidal silver nanoparticles by the citrate method, are illustrated in Fig. 2, which is a table with photographs of the obtained conditioned series of NsCS preparations.

Таким образом, разработанная пошаговая методика позволила получить кондиционные препараты наночастиц серебра одинаковой округлой формы, размером 30±3 нм, без признаков агрегации и кристаллизации.Thus, the developed step-by-step technique made it possible to obtain conditioned preparations of silver nanoparticles of the same rounded shape, 30 ± 3 nm in size, without signs of aggregation and crystallization.

Техническим результат изобретения - разработка пошагового способа приготовления НчКС размером 30±3, который представляет собой отработанные этапы приготовления наночастиц серебра с учетом всех необходимых параметров по соотношению объемов и концентраций реагентов AgNO3/Na3C6H5O7, температурных и временных параметров, а также режимов перемешивания, установленных на каждом этапе - достигается указанными в формуле изобретения существенными признаками.The technical result of the invention is the development of a step-by-step method for the preparation of LPCS of size 30 ± 3, which represents the worked out stages of preparation of silver nanoparticles, taking into account all the necessary parameters in terms of the ratio of volumes and concentrations of reagents AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 , temperature and time parameters as well as mixing modes established at each stage - is achieved by the essential features indicated in the claims.

Claims (1)

Способ получения наночастиц серебра размером 30±3 нм путем восстановления и стабилизации нитрата серебра (AgNO3) цитратом натрия (Na3C6H5O7) при соотношении концентраций растворов AgNO3/Na3C6H5O7 – 1:0,75 и их объемов 5:1, включающий следующие этапы: в колбе Эрленмейера готовят 80 мл 0,002 М раствора AgNO3 и вносят перемешивающий стержень магнитной мешалки, на колбу надевают дефлегматор и ставят ее на магнитную мешалку с подогревом, на магнитной мешалке устанавливают температуру 300°С и режим перемешивания 375 об/мин, при появлении первых признаков закипания, которые подтверждает начало стекания конденсата по стенкам дефлегматора и/или колбы, вносят 16 мл 0,0075 М раствора Na3C6H5O7, при изменении цвета раствора на желтоватый меняют режим перемешивания на 500 об/мин, температуру на 200°С, с момента изменения цвета раствора на желтый его кипятят 20 мин, после чего отсоединяют обратный холодильник, снимают колбу с магнитной мешалки и дают остыть при комнатной температуре на 18-24 ч.A method of obtaining silver nanoparticles with a size of 30 ± 3 nm by reduction and stabilization of silver nitrate (AgNO 3 ) with sodium citrate (Na 3 C 6 H 5 O 7 ) at a concentration ratio of solutions AgNO 3 / Na 3 C 6 H 5 O 7 - 1: 0 , 75 and their volumes 5: 1, including the following stages: in an Erlenmeyer flask, prepare 80 ml of 0.002 M AgNO 3 solution and add a stirring rod of a magnetic stirrer, put a reflux condenser on the flask and put it on a heated magnetic stirrer, set the temperature on the magnetic stirrer to 300 ° С and stirring mode 375 rpm, when the first signs of boiling appear, which confirm the beginning of condensate flowing down the walls of the reflux condenser and / or flask, add 16 ml of 0.0075 M Na 3 C 6 H 5 O 7 solution, when the color of the solution changes change the stirring mode to yellowish at 500 rpm, the temperature to 200 ° C, from the moment the solution color changes to yellow, it is boiled for 20 minutes, then the reflux condenser is disconnected, the flask is removed from the magnetic stirrer and allowed to cool at room temperature. temperature for 18-24 hours.
RU2019130690A 2019-09-26 2019-09-26 Method of producing silver nanoparticles with size of 30 ± 3 nm RU2729991C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130690A RU2729991C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Method of producing silver nanoparticles with size of 30 ± 3 nm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130690A RU2729991C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Method of producing silver nanoparticles with size of 30 ± 3 nm

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2729991C1 true RU2729991C1 (en) 2020-08-13

Family

ID=72086373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019130690A RU2729991C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Method of producing silver nanoparticles with size of 30 ± 3 nm

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2729991C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113729012A (en) * 2021-10-25 2021-12-03 同曦集团有限公司 Durable high-activity antibacterial antiviral agent and application thereof
CN115475952A (en) * 2022-09-09 2022-12-16 淮阴师范学院 A kind of preparation method of silver nanobelt
RU2841812C1 (en) * 2024-09-06 2025-06-17 Общество с ограниченной ответственностью "Бумага и Картон" Method of producing biocidal additive based on cluster silver

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090021954A (en) * 2007-08-29 2009-03-04 경남도립남해대학 산학협력단 Manufacturing method of silver nanoparticle colloid and accordingly silver nanoparticle colloid
WO2009056401A1 (en) * 2007-09-27 2009-05-07 Basf Se Isolable and redispersable transition metal nanoparticles their preparation and use as ir absorbers
CN101885072A (en) * 2010-07-01 2010-11-17 苏州永拓环境科技有限公司 Preparation method of nano-silver sol
RU2445951C1 (en) * 2010-08-24 2012-03-27 Константин Константинович Кошелев Method of producing concentrates of zerovalent metal dispersions with antiseptic properties
RU2600761C1 (en) * 2015-08-03 2016-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Method of producing aqueous colloidal solution of silver nanoparticles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090021954A (en) * 2007-08-29 2009-03-04 경남도립남해대학 산학협력단 Manufacturing method of silver nanoparticle colloid and accordingly silver nanoparticle colloid
WO2009056401A1 (en) * 2007-09-27 2009-05-07 Basf Se Isolable and redispersable transition metal nanoparticles their preparation and use as ir absorbers
CN101885072A (en) * 2010-07-01 2010-11-17 苏州永拓环境科技有限公司 Preparation method of nano-silver sol
RU2445951C1 (en) * 2010-08-24 2012-03-27 Константин Константинович Кошелев Method of producing concentrates of zerovalent metal dispersions with antiseptic properties
RU2600761C1 (en) * 2015-08-03 2016-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Method of producing aqueous colloidal solution of silver nanoparticles

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113729012A (en) * 2021-10-25 2021-12-03 同曦集团有限公司 Durable high-activity antibacterial antiviral agent and application thereof
CN115475952A (en) * 2022-09-09 2022-12-16 淮阴师范学院 A kind of preparation method of silver nanobelt
CN115475952B (en) * 2022-09-09 2024-01-26 淮阴师范学院 Preparation method of silver nanoribbon
RU2841812C1 (en) * 2024-09-06 2025-06-17 Общество с ограниченной ответственностью "Бумага и Картон" Method of producing biocidal additive based on cluster silver

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Majerič et al. Advances in ultrasonic spray pyrolysis processing of noble metal nanoparticles
CN102935513B (en) A kind of stable nano silver colloidal sol and preparation method
Shankar et al. Synthesis of gold nanospheres and nanotriangles by the Turkevich approach
Wang et al. Synthesis of ZnO nanoparticles from microemulsions in a flow type microreactor
US9314849B2 (en) Synthesis of nanostructures
EP2103364A1 (en) Process for manufacture of nanometric, monodisperse and stable metallic silver and product obtained therefrom
CN108723385B (en) A kind of preparation method of single crystal silver nanosphere water phase
RU2729991C1 (en) Method of producing silver nanoparticles with size of 30 ± 3 nm
Das et al. Effect of stabilizer concentration on the size of silver nanoparticles synthesized through chemical route
CN112828284B (en) Preparation method of mesoporous silica-coated gold nanorod surface-grown silver composite material
Sivaraman et al. Room-temperature synthesis of gold nanoparticles—Size-control by slow addition
CN103273083A (en) Method for preparing gold nanoparticles
Qingquan et al. Green synthesis and formation mechanism of Ag nanoflowers using l-cysteine and the assessment of Ag nanoflowers as SERS substrates
Li et al. Au+-cetyltrimethylammonium bromide solution: A novel precursor for seed-mediated growth of gold nanoparticles in aqueous solution
Deshpande et al. Heterogeneous nucleation in citrate synthesis of AgNPs: Effect of mixing and solvation dynamics
CN112775435A (en) Preparation method of gold nanorod surface-grown mesoporous silica material
KR102050042B1 (en) two dimensional anisotropic Ag nanoplates and preparation method thereof
Khlebtsov et al. Synthesis of monodisperse silica particles by controlled regrowth
Venkatathri Synthesis of silica nanosphere from homogeneous and heterogeneous systems
CN111992734B (en) Preparation method of nano-silver with controllable particle size
Botasini et al. Stabilization of triangular and heart-shaped plane silver nanoparticles using 2-thiobarbituric acid
Yang et al. Microwave-assisted synthesis and characterization of hierarchically structured calcium fluoride
CN104043837B (en) A kind of green method preparing stable silver nano-grain
Luo et al. Controlled formation of gold nanoflowers by reduction of tetrachloroauric acid with thermally treated glucose in alkaline solution
CN107199349A (en) A kind of simple and quick method for preparing gold nano star