خاصیت ضد میکروبی و فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت بنتونیت/دی‌اکسید تیتانیوم دوپ شده با نقره

زمینه و هدف: یکی از کاربردهای مهم نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم در از بین بردن میکروارگانیسم‌‌های مولد فساد در مواد غذایی و آب آشامیدنی  و تصفیه فاضلاب می‌باشد.روش بررسی: نانوکامپوزیت‌های بنتونیت /دی‌اکسید تیتانیوم خالص و دوپ‌شده 3، 5 10 درصد نقره با روش روش نمک مذاب تهیه شد. در این پژوهش از خاصیت میکروب‌کشی نانوکامپوزیت بنتونیت /دی‌اکسید تیتانیوم دوپ‌شده با نقره استفاده شد و میزان تاثیر آن را بر روی دو میکروارگانیسم شاخص مولد فساد در مواد غذایی یعنی اشرشیا کلیو استافیلوکوکوس اورئوستحت نور ماوراءبنفش و مرئی مورد آزمون قرار گرفت. همچنین، فعالیت فتوکاتالیستی این نانوکامپوزیت‌ها برای حذف آلاینده ی رنگی متیل اورانژ نیز بررسی شد. نانوکامپوزیت‌های تهیه شده توسط پراش اشعه‌ایکس، میکروسکوپ‌الکترونی، تجزیه و تحلیل عناصر و طیف سنجی بازتابی شناسایی شدند.یافته‌ها: تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی تجمع نانوذرات کروی دی‌اکسید تیتانیوم تشکیل شده بر روی سطح بنتونیت را نشان‌ می‌داد. بر اساس آنالیز پراش اشعه ایکس با روش ارائه شده در این تحقیق سنتز نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم با فاز آناتاز با‌ اندازه کمتر از 50 نانومتر میسر شد. آنالیز عنصری نشان گر حضور یون نقره در ساختار نانوکامپوزیت‌های بنتونیت/دی اکسید تیتانیوم بود. با توجه به نتایج طیف سنجی بازتابی، افزایش مقدار نقره دوپ شده در نانوکامپوزیت دی‌اکسید تیتانیوم/بنتونیت باعث افزایش جذب قابل ملاحظه نور مرئی ‌شد. بر اساس نتایج حاصله، بنتونیت هیچ خاصیت ضد میکروبی نداشت. نانوکامپوزیت دی‌اکسید تیتانیوم /بنتونیت نیز خاصیت ضد میکروبی ضعیفی از خود نشان داد. دوپ کردن نقره موجب تقویت قابل ملاحظه خاصیت ضد میکروبی در مقایسه با نانوکامپوزیت خالص شد. این مطالعه همچنین نشان داد که فوتوکاتالیست‌های تهیه شده تاثیر ضدعفونی بیشتری بر روی باکتری گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس نسبت به باکتری گرم منفی اشرشیا کلی داشند. یافته‌های فعالیت فتوکاتالیستی نشان دادند که دوپینگ نقره به مقدار 5 درصد وزنی بیشترین درصد حذف متیل اورانژ را داشته است. این امر به دلیل افزایش قابلیت جذب نور به دلیل حضور یون‌های نقره می‌باشد.بحث و نتیجه‌گیری: فعالیت ضد باکتریایی و فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت‌های دی‌اکسیدتیتانیوم/بنتونیت در اثر افزودن نقره به شدت افزایش می‌یابد. دلیل این امر را می‌توان به رهش یون‌های نقره از نانوکامپوزیت‌ها و افزایش تولید رادیکال‌های آزاد و اکسیژن فعال در اثر افزایش فعالیت فتوکاتالیستی در اثر کاهش شکاف انرژی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم موجود در نانوکامپوزیت‌ها ارتباط داد.

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

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 aureusunder 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), Xray diffraction (XRD), Energydispersive Xray spectroscopy (EDX), UVVis diffusive reflectance spectrometer (UVVis 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 UVVis DRS results, increasing amounts of doped Ag content in the silverdoped 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 Grampositive bacteria (S. aureus) were more readily disinfected by the photo catalysts than a Gramnegative 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.