Desposition of silver nanoparticles on heterogeneous surfaces as an effective method of removing them from water suspensions.

Silver nanoparticles are known due to their unique properties involving high biological activity, the ability to promote oxidation processes and high electric conductivity. These particles find practical applications in many fields of science e.g. medicine, pharmacology and catalysis. This work was concentrated on the synthesis of stable silver nanoparticle sols via the reduction of silver nitrate using sodium borohydride and sodium citrate. Characterization of sols was done in the bulk and at the surface using such methods as dynamic light scattering (DLS), atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The average particle diameter measured by these methods was equal to 15 nm (SEM, TEM, AFM) and 17 nm (DLS). The stability of silver nanoparticle sols was also investigated. The UV-Vis method was used for studying the stability of the sols as a function of concentration. Changes in the particles’ hydrodynamic diameter and the zeta potential as a function of ionic strength and pH were studied. The hydrodynamic diameter was stable, equal to 17 nm for ionic strengths in the range of 10-5 M NaCl to 3 10-2 M NaCl (for pH = 5.5). It was also stable in respect to pH in the range of 4 to 11 (for I = 10-2 M). The zeta potential was negative varying from -57 mV for 10-5 M to -28 mV for ionic strength of 3 10-2 M NaCl (for pH = 5.5) and equal on average to -46 mV for pH between 2 to 10. The kinetics of silver nanoparticles adsorption on mica covered by cationic polyelectrolyte PAH was also studied. The maximum coverage of the monolayer was regulated by ionic strength changed from 10-5 M to 3 10-2 M. The highest coverage of silver nanoparticles monolayer was attained for the ionic strength 3 10-2 M NaCl and it was equal to 0.34. These experimental results were quantitatively interpreted in terms of the random sequential adsorption (RSA) model developed previously. The last part of these studies was devoted to the silver nanoparticles desorption from the mica surface. Three different initial coverages of silver nanoparticles equal to 1, 5 and 20 % were chosen. The kinetics of particle desorption under diffusion conditions was studied for a period of time reaching 200 hours. These results were quantitatively interpreted in terms of the RSA model. In this way a complete description of adsorption/desorption processes of silver nanoparticles was achieved, which is not possible by other indirect methods.

Nanocząstki srebra wykazują unikatowe właściwości fizykochemiczne, takie jak duża aktywność w procesach utleniania, znaczną aktywność bakteriobójczą, wysokie przewodnictwo elektryczne czy wysokie przewodnictwo cieplne. To tylko niektóre z cech charakteryzujących te cząstki, które sprawiają, że mają one zastosowanie w wielu dziedzinach codziennego życia, medycynie, farmacji, nanotechnologiach, katalizie czy ochronie środowiska. W niniejszej pracy dokonano powtarzalnej syntezy zolu nanocząstek srebra, które następnie charakteryzowano ilościowo zarówno w objętości jak i na powierzchni. Wykorzystując metodę dynamicznego rozpraszania światła – DLS, dokonano pomiarów potencjału zeta cząstek oraz zmierzono ich średnicę hydrodynamiczną dH dla różnych warunków pH oraz siły jonowej. Potencjał zeta cząstek był ujemny i zmieniał się w zakresie od -57 mV dla siły jonowej 10-5 M do -28 mV dla M NaCl (pH = 5,5). Dla pH zmieniającego się w zakresie od 2 do 10 wynosił -46 mV. Wartość dH była stała i wynosiła 17 nm dla zakresu sił jonowych od 10-5 M do M oraz pH w przedziale od 4 do 11. Ponadto zbadano stabilność powyższych parametrów i dH w funkcji czasu. Badania w objętości uzupełniono o pomiary spektrofotometryczne UV-Vis, pozwalające na ocenę stabilności suspensji oraz pomiary densytometryczne, umożliwiające wyznaczenie stężenia nanocząstek srebra w roztworze koloidalnym. Kolejnym etapem pracy były badania tworzenia monowarstw nanocząstek srebra na powierzchni miki modyfikowanej polielektrolitem PAH, których dokonano za pomocą mikroskopii sił atomowych AFM, skaningowej mikroskopii elektronowej SEM oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej TEM. Wykorzystując powyższe metody wykonano pomiary wielkości nanocząstek otrzymując dH = 15 nm (SEM, TEM, AFM) i 17 nm (DLS) oraz wyznaczono ilościowo pokrycie powierzchni miki cząstkami srebra uzyskując najwyższe pokrycie = 0.34 dla siły jonowej M NaCl, wartość ta przewyższa wartości pokrycia przedstawiane w dotychczasowej literaturze. Przy pomocy wymienionych metod badawczych określono również kinetykę osadzania srebra koloidalnego oraz dokonano unikatowych pomiarów desorpcji nanocząstek srebra z powierzchni miki dla czasu sięgającego 200 godzin. Opisane badania umożliwiły powtarzalne syntezy zolu srebra o pożądanej wielkości i morfologii cząstek. Ponadto, pomiary w objętości oraz na powierzchni pozwoliły na stwierdzenie wysokiej stabilności zolu w roztworze jak i monowarstwy cząstek na powierzchni stałej. Wszystkie te pomiary pozwolą na wykorzystanie nanocząstek srebra w jeszcze szerszym zakresie m.in w medycynie, katalizie i ochronie środowiska.