Ви є тут

Алюмосилікатні нанотрубки галуазиту, як інструмент сучасних нанокомпозитів для харчової безпеки

Нанорозмірні природні глинисті мінерали, до складу яких входять Si, O, Al та Mg, належать до класу екобезпечних неорганічних матеріалів з унікальною структурою та різноманітною морфологією, зокрема нанострижнів, нановолокон та нанотрубок. Алюмосилікатні галуазитні нанотрубки (ГНТ) є порівняно новими об’єктами дослідження в матеріалознавстві, мають ряд екологічних та економічних переваг, порівняно з вуглецевими (ВНТ), а також фулереном, графеном. Природні галуазити на порядок дешевші за свої синтетичні аналоги. Місця знаходження галуазиту досить поширені, наприклад, у районі Кривого Рогу та інших місцях, в інших країнах. ГНТ, внаслідок високої екологічності та біодоступності, можуть застосовуватися у медицині, в тому числі як носії лікарських засобів з контрольованим виведенням. ГНТ також можуть виявляти фотокаталітичні властивості, мають високі адсорбційні властивості по відношенню до важких металів Cu(II), Pb(II), Cd(II), Zn(II), Cr(IV) і Co(II) та розчинів, що містять барвники, пестициди і деякі інші органічні забруднювачі, а також токсичні гази (амоніак, сірководень). ГНТ у поєднанні з іншими металами, такими як Мn, Ti, набувають різноманітних практичних застосувань. ГНТ вводили для забезпечення кращих функціональних фотоелектрокаталітичних властивостей композитів, що можуть бути підкладкою, особливо у варіанті декорування оксидами нанотрубок. Наприклад, титан, білий пігмент, нетоксичний входить до списку харчових добавок та позначається як Е171. Міститься в продуктах харчового призначення: цукерках, печиві, тістечках, курячих філе, крабових паличках, жувальних гумках, шоколадних виробах. Хоча добавки діоксиду титану в харчових продуктах дозволені багатьма офіційними документами, в науковій літературі недостатньо даних щодо потенційної небезпечності діоксиду титану для організму людини. Підвищений інтерес до TiO2 обумовлений його високою фотокаталітичною активністю, що дозволяє реалізувати процеси деструкції органічних сполук, в тому числі екотоксикантів, у безпечні продукти. ГНТ, або матеріали на їх основі, знайшли багато корисних застосувань в очищенні питної води та промислових стічних вод. Структурні особливості ГНТ дозволяють отримати на їх основі нові композиційні матеріали такі як, наприклад, імогалітні нанотрубки (ІНТ) широкого функціонального призначення та визначити фізико-хімічні закономірності їх утворення. Отже, актуальність роботи полягає в об’єднанні галуазитних нанотрубок та діоксиду титану як композитних матеріалів, використовуючи електросинтез, та аналізі впливу фазового складу, фотокаталітичної активності композитного матеріалу на безпечність його практичного застосування, в тому числі в харчової промисловості.

Ключові слова: алюмосилікати, нанотрубки, наноматеріали, внутрішня поверхня, безпека, галуазит, діоксид титану, композити, нанокомпозити, синтез.

  1. Joussein, E., Petit, S., Churchman, J., Theng, B., Righi, D., Delvaux, B. (2005). Halloysite clay minerals – a review. Clay Minerals, no. 40 (04), pp. 383–426. DOI:10.1180/ 0009855054040180.
  2. Yuan, P., Southon, P. D., Liu, Z., Green, M. E. R., Hook, J. M., Antill, S. J., Kepert, S. J. (2008). Functionalization of halloysite clay nanotubes by grafting with γ-aminopropyltriethoxysilane. J. Phys. Chem., vol. 112 (40), pp. 15742–15751. DOI:10.1021/ jp805657t.
  3. Yuan, P., Ta, D., Yuan, P., Annabi-Bergaya, F., Yan, W., Liu, D., Liu, Z. (2013). From platy kaolinite to aluminosilicatenanoroll via one-step delamination of kaolinite: effect of the temperature of intercalation. Appl. Clay Sci., vol. 83, no. 84, pp. 68–76. DOI:10.1016/j.clay.2013. 08.027.
  4. Lvov, Y., Aerov, A., Fakhrullind, R. (2014). Clay nanotube encapsulation for functional biocomposites. Adv. Colloid Interface Sci., no. 207, рр. 189– 198. DOI:10.1016/j.cis.2013.10.006.
  5. Bates, T. F., Hildebrand, F. A., Swineford, A. (1950). Morfology and structure of endellite and hallosite. American Mineralogist, vol. 35(7–8), pp. 463–484.
  6. Abdullayev, E., Joshi, A., Wei, W., Zhao, Y., Lvov, Y. (2012). Enlargement of Halloysite Clay Nanotube Lumen by Selektive Etching of Aluminum Oxide. ACS Nano, no. 6, рр. 7216–7226. DOI:10.15587/2519 8025.2017.113525.
  7. Wang, L., Chen, J. L., Ge, L., Zhu, Z. H., Rudolph, V. (2011). Halloysite-nanotube-supported Ru nanoparticles for ammonia catalytic decomposition to produce CO – Free hydrogen. Energy Fuels, vol. 25, no. 8, pp. 3408–3416. DOI:10.1021/ef200719v.
  8. Nicholson, J. C., Weisman, J. A., Boyer, C. J., Wilson, C. G., David, K. (2016). Dry Sintered Metal Coating of Halloysite Nanotubes. Mills. Appl. Sci., no. 6(9), 265 p. DOI:10.3390/ app6090265.
  9. Liang, Yu., Huixian, W., Yatao, Z., Bin, Z., Jindun, L. (2016). Recent advances in halloysite nanotube derived composites for water treatment. Environ. Sci.: Nano, no. 3, pp. 28–44. DOI:10.1039/ C5EN00149H.
  10. Lvov, Y., Wang, W., Zhang, L., Fakhrullin, R. (2015). Halloysite Clay Nanotubes for Loading and Sustained Release of Functional Compound. Advanced Materials. no. 28(6), pp. 1227–1250. DOI:10.1002/ adma.201502341.
  11. Abdullayev, E., Lvov, Y. (2013). Halloysite clay nanotubes as a ceramic “skeleton” for functional biopolymer composites with sustained drug release. Journal of materials chemistry B., 1 (23), pp. 2894– 2903. DOI:10.1039/C3TB20059K.
  12. Sakiewicz, P., Nowosielski, R., Pilarczyk, W., Gołombek, K., Lutyński, M. (2011). Selected properties of the halloysiteasa component of Geosynthetic Clay Liners (GCL). Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 48, pp. 117–191.
  13. Sayah, J., Farh, L., Kouch, H., Challioui, A. (2018). Electronic and Optical Properties of Ramsdellite TiO2through mBJPotential. International Journal of Nanoelectronics and Materials, Vol. 11, no. 1, pp. 25–32.
  14. Pavlidou, S., Papaspyrides, C.D. (2008). A review on polymer-layered silicate nanocomposites. Progress in Polymer Science, Vol. 33, pp. 1119–1198. DOI:10.1016/j.progpo lymsci.2008.07.008.
  15. Skibińska, M. (2019). The sorption capability of halloysite. Annales Universitatis Mariae Curie-Sklodowska, sectio AA – Chemia, vol. 74, no. 2, 147 p. DOI:10.17951/aa.2017.72.1.47.
  16. Massaro, M., Riela, S., Cavallaro, G., Colletti, C. G., Milioto, S. (2016). Ecocompatiblehalloysite/cucurbit uril hybrid as efficient nanosponge for pollutants removal. Chemistry Select., vol. 1 (8), pp. 1773–1779. DOI:10.1002/slct.201600322.
  17. Lisuzzo, L. (2019). Layered composite based on halloysite and natural polymers: A carrier for the pH controlled release of drugs. New Journal of Chemistry, vol. 43, no. 27, pp. 10887–10893. DOI:10.1039/C9NJ02565K.
  18. Massaro, M. (2017). Halloysite nanotubes as support for metal-based catalysts. Journal of Materials Chemistry A, vol. 5, no. 26, pp. 13276–13293. DOI:10.1039/C7TA02996A.
  19. Unuabonah, E. I., Taubert, A. (2014). Clay-polymer nanocomposites (CPNs): Adsorbents of the future for water treatment. Applied Clay Science, vol. 99, pp. 83–92. DOI:10.1016/j.clay. 2014.06.016.
  20. Liang, Yu., Huixian, W., Yatao, Z., Zhang, B., Jindun, L. (2016). Recent advance of halloysite nanotubes derived composites in water treatment. Environ. Sci.: Nano., no. 3, 28 p. DOI:10.1039/C5EN00149H.
  21. Ni, M., Leung, M. K. H., Leung, D.Y.C. (2007). A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 11, pp. 401–425. DOI:10.1016/j.rser.2005.01.009.
  22. Doncova, T. A., Bredyhin, I. V. (2013). The mechanism of photocatalysis on the surface of TiO2. Scientific news of the National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", no. 3, pp. 114–118.
  23. Suprun, N. P., Bereza-Kindzerska, L. V., Brychka, A. V., Brychka, S. Ya. (2016). Synthesis of agar-agar gels filled with aluminosilicate nanotubes for wound dressings. Bulletin of the Kyiv National University of Technology and Design. Technical sciences, no. 4 (100), pp. 49–55.
  24. Meo, P., Lazzara, G., Liotta, L., Noto, R. (2014). Cyclodextrin–calixarene co-polymers as a new class of nanosponges. Polymer Chemistry, 5 (15), pp. 4499–4510. DOI:10.1039/ C4PY00325J.
  25. Kostenko, E. E., Drokov, V. G. (2009). Analytical chemistry. Kyiv: NUHT, 184 p.
  26. Horoshchenko, Y. G. (1970). Chemistry of titanium. Kyiv: NaukovaDumka, 415 p.
  27. Ohno, T., Sarukawa, K., Matsumura, M. (2001). Direct observation of suppressed recombination of electron-hole pairs in the TiO2 nanopowders with anatase-rutile interface: in-situ NEXAFS study under UV irradiation. J. Phys. Chem, vol. 105, pp. 2417–2425. DOI:10.1109/ NMDC.2006.4388962.
ДолученняРозмір
PDF icon haiuk_1_2023.pdf1.95 МБ