خاصيت ضد ميكروبي و فتوكاتاليستي نانوكامپوزيت بنتونيت/دي‌اكسيد تيتانيوم دوپ شده با نقره

Antimicrobial and Photocatalytic Properties of Bentonite/Titanium Dioxide Nanocomposites Doped with Silver

زمينه و هدف يكي از كاربردهاي مهم نانوذرات دي اكسيدتيتانيوم در از بين بردن ميكروارگانيسم هاي مولد فساد در مواد غذايي و آب آشاميدني و تصفيه فاضلاب مي باشد. روش بررسي نانوكامپوزيت هاي بنتونيت /دي اكسيد تيتانيوم خالص و دوپ شده 3، 5 10 درصد نقره با روش روش نمك مذاب تهيه شد. در اين پژوهش از خاصيت ميكروب كشي نانوكامپوزيت بنتونيت /دي اكسيد تيتانيوم دوپ شده با نقره استفاده شد و ميزان تاثير آن را بر روي دو ميكروارگانيسم شاخص مولد فساد در مواد غذايي يعني اشرشيا كليو استافيلوكوكوس اوريوستحت نور ماوراءبنفش و مريي مورد آزمون قرار گرفت. همچنين، فعاليت فتوكاتاليستي اين نانوكامپوزيت ها براي حذف آلاينده ي رنگي متيل اورانژ نيز بررسي شد. نانوكامپوزيت هاي تهيه شده توسط پراش اشعه ايكس، ميكروسكوپ الكتروني، تجزيه و تحليل عناصر و طيف سنجي بازتابي شناسايي شدند. يافته ها: تجزيه و تحليل ميكروسكوپ الكتروني تجمع نانوذرات كروي دي اكسيد تيتانيوم تشكيل شده بر روي سطح بنتونيت را نشان مي داد. بر اساس آناليز پراش اشعه ايكس با روش ارايه شده در اين تحقيق سنتز نانوذرات دي اكسيد تيتانيوم با فاز آناتاز با اندازه كمتر از 50 نانومتر ميسر شد. آناليز عنصري نشان گر حضور يون نقره در ساختار نانوكامپوزيت هاي بنتونيت/دي اكسيد تيتانيوم بود. با توجه به نتايج طيف سنجي بازتابي، افزايش مقدار نقره دوپ شده در نانوكامپوزيت دي اكسيد تيتانيوم/بنتونيت باعث افزايش جذب قابل ملاحظه نور مريي شد. بر اساس نتايج حاصله، بنتونيت هيچ خاصيت ضد ميكروبي نداشت. نانوكامپوزيت دي اكسيد تيتانيوم /بنتونيت نيز خاصيت ضد ميكروبي ضعيفي از خود نشان داد. دوپ كردن نقره موجب تقويت قابل ملاحظه خاصيت ضد ميكروبي در مقايسه با نانوكامپوزيت خالص شد. اين مطالعه همچنين نشان داد كه فوتوكاتاليست هاي تهيه شده تاثير ضدعفوني بيشتري بر روي باكتري گرم مثبت استافيلوكوكوس اوريوس نسبت به باكتري گرم منفي اشرشيا كلي داشند. يافته هاي فعاليت فتوكاتاليستي نشان دادند كه دوپينگ نقره به مقدار 5 درصد وزني بيشترين درصد حذف متيل اورانژ را داشته است. اين امر به دليل افزايش قابليت جذب نور به دليل حضور يون هاي نقره مي باشد. بحث و نتيجه گيري: فعاليت ضد باكتريايي و فتوكاتاليستي نانوكامپوزيت هاي دي اكسيدتيتانيوم/بنتونيت در اثر افزودن نقره به شدت افزايش مي يابد. دليل اين امر را مي توان به رهش يون هاي نقره از نانوكامپوزيت ها و افزايش توليد راديكال هاي آزاد و اكسيژن فعال در اثر افزايش فعاليت فتوكاتاليستي در اثر كاهش شكاف انرژي نانوذرات دي اكسيد تيتانيوم موجود در نانوكامپوزيت ها ارتباط داد.

Background and Objective: One of the main applications of titanium dioxide nanoparticles is killing the microorganisms spatially in drinking water and wastewater treatment. Method: Pure bentonite/Titanium Dioxide nanocomposites and doped with 3, 5 and 10% w/w silver were prepared by molten salt method. In this study, the antibacterial activity of silver doped titanium dioxide/bentonite nanocomposites was studied against two important microorganisms in food industry i.e. Escherichia coli and Staphylococcus aureus under visible or UV radiation. The photocatalytic activity of these composites against methyl orange was also investigated. The prepared nanocomposites were characterized by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), UV-Vis diffusive reflectance spectrometer (UV-Vis DRS). Findings: The scanning electron microscope was showed, that agglomeration of spherical TiO2 nanoparticles formed on the bentonite surface. The XRD pattern revealed that all of the samples have only an anatase phase with crystalline size less than 50 nm. According to EDX analysis, the silver ions successfully doped to the TiO2 nanoparticles. According to UV-Vis DRS results, increasing amounts of doped Ag content in the silver-doped titanium dioxide results in a higher visible absorbance capability of the materials. Parent bentonite did not show antibacterial activity. Titanium dioxide/bentonite nanocomposites showed very weak antibacterial activity. The results showed that the antibacterial ability was significantly improved by doping silver content comparing with pure TiO2/bentonite nanocomposites. This study also showed that Gram-positive bacteria (S. aureus) were more readily disinfected by the photo catalysts than a Gram-negative bacterium (E. coli). According to photocatalytic activity findings, doping of nanocomposites with 5 % silver ions showed maximum photocatalytic activity. This is attributed to the increasing visible absorption capacity due to the presence of silver ions. Discussion and Conclusion: Antibacterial and photocatalytic activity of titanium dioxide/bentonite nanocomposites increases dramatically due to the addition of silver ions. This can be attributed to the release of silver ions from nanocomposites and the increase in the production of free radicals as a result of increased photocatalytic activity due to reducing the energy gap of titanium dioxide nanoparticles in nanocomposites.