Magnetite nanoparticles synthesized using grape fruit extract:  synthesis, morphology, hyperthermia application and catalytic activity in hydrogen peroxide decomposition

Назарій Данилюк; Софія Ліщинська; Тетяна Татарчук; Володимир Коцюбинський; Володимир Мандзюк

doi:10.15330/pcss.23.1.77-88

Автор(и)

Назарій Данилюк Vasyl Stefanyk Precarpathian National University
Софія Ліщинська Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
Тетяна Татарчук Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
Володимир Коцюбинський Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
Володимир Мандзюк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.23.1.77-88

Ключові слова:

зелений синтез, магнетит, магнітна гіпертермія, каталітична активність, пероксид водню

Анотація

У статті представлено простий одноетапний "зелений" підхід до синтезу наночастинок магнетиту. Наночастинки магнетиту синтезовані з використанням екстрактів винограду, отриманих зі шкірок та м’якоті. Утворення наночастинок магнетиту було підтверджено за допомогою X-променевої дифракції, інфрачервоної спектроскопії (ІЧ), мессбауерівської спектроскопії, скануючої електронної мікроскопії (СEM) та енергодисперсійної спектроскопії (ЕДС). Розмір кристалітів наночастинок магнетиту становив 7 і 14 нм для зразків Fe₃O₄-шкірка та Fe₃O₄-м’якоть відповідно. Зображення скануючої електронної мікроскопії показують, що зразки складаються з агломерованих наночастинок. Синтезовані наночастинки магнетиту показали хороші перспективи їх використання у магнітній гіпертермії. Значення SAR 0.488 Вт/г та 1.330 Вт/г для зразків Fe₃O₄-шкірка та Fe₃O₄-м’якоть відповідно. Синтезовані магнітні наночастинки демонструють чудову колоїдну стійкість у водних розчинах. Максимальні температури гіпертермії становлять 42.28 °C і 42.48 °C для зразків Fe₃O₄-шкірка та Fe₃O₄-м’якоть відповідно. Дослідження каталітичної активності магнетиту досліджували в реакції розкладу пероксиду водню в реакторі періодичної дії. Ступінь розкладання H₂O₂ становив 67.5% та 65.25% для зразків Fe₃O₄-шкірки та Fe₃O₄-м’якоть відповідно. Висока каталітична активність синтезованих зразків робить їх перспективними каталізаторами розкладу пероксиду водню в технологіях очищення води.

Посилання

P. Legutko, W. Kaspera, P. Stelmachowski, Z. Sojka, A. Kotarba, Catal. Commun. 56, 139 (2014); https://doi.org/10.1016/J.CATCOM.2014.07.020.

A. Dhakshinamoorthy, S. Navalon, M. Alvaro, Chem. Sus. Chem. 5, 46 (2012); https://doi.org/10.1002/cssc.201100517.

M. Arakha, S. Pal, D. Samantarrai, T.K. Panigrahi, B.C. Mallick, K. Pramanik, B. Mallick, S. Jha, Sci. Rep. 5, 1 (2015); https://doi.org/10.1038/srep14813.

A.R. Yasemian, M. Almasi Kashi, A. Ramazani, Mater. Chem. Phys. 230, 9 (2019); https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.03.032.

C.F. Carolin, P.S. Kumar, A. Saravanan, G.J. Joshiba, M. Naushad, J. Environ. Chem. Eng. 5, 2782 (2017); https://doi.org/10.1016/J.JECE.2017.05.029.

J. Gómez-Pastora, S. Dominguez, E. Bringas, M.J. Rivero, I. Ortiz, Chem. Eng. J. 310, 407 (2017); https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2016.04.140.

D.H.K. Reddy, Y.S. Yun, Coord. Chem. Rev. 315, 90 (2016); https://doi.org/10.1016/j.ccr.2016.01.012.

X. Hou, X. Wang, W. Mi, J. Alloys Compd. 765, 1127 (2018); https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2018.06.287.

M. Amiri, M. Salavati-Niasari, A. Akbari, Adv. Colloid Interface Sci. 265, 29 (2019); https://doi.org/10.1016/J.CIS.2019.01.003.

C. Bárcena, A.K. Sra, J. Gao, Nanoscale Magn. Mater. Appl. 167, 591 (2009); https://doi.org/10.1007/978-0-387-85600-1_20.

V. Kusigerski, E. Illes, J. Blanusa, S. Gyergyek, M. Boskovic, M. Perovic, V. Spasojevic, J. Magn. Magn. Mater. 475, 470 (2018); https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.11.127.

O. Lemine, K. Omri, B. Zhang, Superlattices Microstruct. 52(4), 793 (2012); https://doi.org/10.1016/j.spmi.2012.07.009.

Z.L. Liu, X. Wang, K.L. Yao, G.H. Du, Q.H. Lu, Z.H. Ding, J. Tao, Q. Ning, X.P. Luo, D.Y. Tian, D. Xi, J. Mater. Sci. 39, 2633 (2004); https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000020046.68106.22.

N.R. Jana, Y. Chen, X. Peng, Chem. Mater. 16, 3931 (2004); https://doi.org/10.1021/cm049221k.

X. Wang, J. Zhuang, Q. Peng, Y. Li, Nature 437; 121 (2005); https://doi.org/10.1038/nature03968.

F. Buazar, M.H. Baghlani-Nejazd, M. Badri, M. Kashisaz, A. Khaledi-Nasab, F. Kroushawi, Starch/Staerke 68, 796 (2016); https://doi.org/10.1002/star.201500347.

R. Rahmani, M. Gharanfoli, M. Gholamin, M. Darroudi, J. Chamani, K. Sadri, J. Mol. Struct. 1196, 394 (2019); https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.06.076.

Y. Cai, Y. Shen, A. Xie, S. Li, X. Wang, J. Magn. Magn. Mater. 322, 2938 (2010); https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.05.009.

S. Phumying, S. Labuayai, C. Thomas, V. Amornkitbamrung, E. Swatsitang, S. Maensiri, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 111, 1187 (2013); https://doi.org/10.1007/s00339-012-7340-5.

S. Narayanan, B.N. Sathy, U. Mony, M. Koyakutty, S. V. Nair, D. Menon, ACS Appl. Mater. Interfaces. 4, 251 (2012); https://doi.org/10.1021/am201311c.

N. Latha, M. Gowri, Int. J. Sci. Res. 3, 1551 (2014); https://doi.org/10.1380/ejssnt.2014.363.

L. Xiao, M. Mertens, L. Wortmann, S. Kremer, M. Valldor, T. Lammers, F. Kiessling, S. Mathur, ACS Appl. Mater. Interfaces. 7, 6530 (2015); https://doi.org/10.1021/am508404t.

A. Bahadur, A. Saeed, M. Shoaib, S. Iqbal, M.I. Bashir, M. Waqas, M.N. Hussain, N. Abbas, Mater. Chem. Phys. 198, 229 (2017); https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.05.061.

F. Luo, D. Yang, Z. Chen, M. Megharaj, R. Naidu, Sci. Total Environ. 562, 526 (2016); https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.04.060.

S. Venkateswarlu, B. Natesh Kumar, B. Prathima, K. Anitha, N.V.V. Jyothi, Phys. B Condens. Matter. 457; 30 (2015); https://doi.org/10.1016/j.physb.2014.09.007.

J. Bastos-Arrieta, A. Florido, C. Pérez-Ràfols, N. Serrano, N. Fiol, J. Poch, I. Villaescusa, Nanomaterials 8, 946 (2018); https://doi.org/10.3390/nano8110946.

K. Krishnaswamy, H. Vali, V. Orsat, J. Food Eng. 142, 210 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.06.014.

S. Sukumaran, N. Ms, N. Shaji, JSM Nanotechnol. Nanomedicine 6, 1068 (2018).

G. Kandasamy, D. Maity, Int. J. Pharm. 496, 191 (2015); https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2015.10.058.

K. McNamara, S.A.M. Tofail, Adv. Phys. X. 2, 54 (2017); https://doi.org/10.1080/23746149.2016.1254570.

T.E. Torres, M.R. Ibarra, G.F. Goya, Colloids Surfaces B Biointerfaces. 6, 2008 (2009); https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.02.031.

M.T.H. Bhuiyan, M.N. Chowdhury, M.S. Parvin, ARC J. Cancer Sci. 2, 25 (2016); https://doi.org/10.20431/2455-6009.0202004.

Y.T. Chen, A.G. Kolhatkar, O. Zenasni, S. Xu, T.R. Lee, Biosensing using magnetic particle detection techniques (2017); https://doi.org/10.3390/s17102300.

Y. Chen, X. Ding, Y. Zhang, A. Natalia, X. Sun, Z. Wang, H. Shao, Quant. Imaging Med. Surg. 8, 957 (2018); https://doi.org/10.21037/qims.2018.10.07.

K. McNamara, S.A.M. Tofail, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 27981 (2015) https://doi.org/10.1039/c5cp00831j.

D.L.J. Thorek, A.K. Chen, J. Czupryna, A. Tsourkas, Ann. Biomed. Eng. 34, 23 (2006); https://doi.org/10.1007/s10439-005-9002-7.

M.A. López-Quintela, C. Tojo, M.C. Blanco, L. García Rio, J.R. Leis, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 9, 264 (2004); https://doi.org/10.1016/j.cocis.2004.05.029.

P. Ayyub, M. Multani, M. Barma, V.R. Palkar, R. Vijayaraghavan, J. Phys. C Solid State Phys. 21, 2229 (1988); https://doi.org/10.1088/0022-3719/21/11/014.

N. Danyliuk, J. Tomaszewska, T. Tatarchuk, J. Mol. Liq. 309, 113077 (2020); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113077.

S. Laurent, S. Dutz, U.O. Häfeli, M. Mahmoudi, Adv. Colloid Interface Sci. 166, 8 (2011); https://doi.org/10.1016/j.cis.2011.04.003.

M. Mahmoudi, P. Stroeve, A.S. Milani, A.S. Arbab, Nov. Sci. Publ. 1 (2011).

N. Wang, D. Jia, Y. Jin, S. Sun, Q. Ke, Environ. Sci. Pollut. Res. 24, 17598 (2017); https://doi.org/10.1007/s11356-017-9387-5.

L. Hu, P. Wang, G. Liu, G. Zhang, Chemosphere 240; 124977 (2020); https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124977.

A.L. Pham, F.M. Doyle, D.L. Sedlak, Water Res. 46, 6454 (2012); https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.09.020.

T. Tatarchuk, M. Bououdina, W. Macyk, O. Shyichuk, N. Paliychuk, I. Yaremiy, B. Al-Najar, M. Pacia, Nanoscale Res. Lett. 12, (2017); https://doi.org/10.1186/s11671-017-1899-x.

V.O. Kotsyubynsky, V. V. Moklyak, A.B. Hrubiak, Mater. Sci. Pol. 32, 481 (2014); https://doi.org/10.2478/s13536-014-0202-4.

G.B. Oliveira-Filho, J.J. Atoche-Medrano, F.F.H. Aragón, J.C. Mantilla Ochoa, D.G. Pacheco-Salazar, S.W. da Silva, J.A.H. Coaquira, Appl. Surf. Sci. 563, 1 (2021); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.150290.

Z. Hedayatnasab, F. Abnisa, W.M.A.W. Daud, Mater. Des. 123, 174 (2017); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.03.036.

M. Srivastava, S.K. Alla, S.S. Meena, N. Gupta, R.K. Mandal, N.K. Prasad, Ceram. Int. 45, 12028 (2019); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.03.097.

E.C. Abenojar, S. Wickramasinghe, J. Bas-Concepcion, A.C.S. Samia, Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 26, 440 (2016); https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2016.09.004.

F. Gao, Y. Cai, J. Zhou, X. Xie, W. Ouyang, Y. Zhang, X. Wang, X. Zhang, X. Wang, L. Zhao, J. Tang, Nano Res. 3, 23 (2010); https://doi.org/10.1007/s12274-010-1004-6.

A. Hanini, K. Kacem, J. Gavard, H. Abdelmelek, S. Ammar, Elsevier Inc., 2018; https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813351-4.00036-5.

A.B. Salunkhe, V.M. Khot, S.H. Pawar, Curr. Top. Med. Chem. 14, 572 (2014); https://doi.org/10.2174/1568026614666140118203550.

S. Mondal, P. Manivasagan, S. Bharathiraja, M.S. Moorthy, V.T. Nguyen, H.H. Kim, S.Y. Nam, K.D. Lee, J. Oh, Nanomaterials 7, 1 (2017); https://doi.org/10.3390/nano7120426.

T. Tatarchuk, A. Shyichuk, Z. Sojka, J. Gryboś, M. Naushad, V. Kotsyubynsky, M. Kowalska, S. Kwiatkowska-Marks, N. Danyliuk, J. Mol. Liq. 328, 115375 (2021); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115375.

T. Tatarchuk, M. Myslin, I. Lapchuk, O. Olkhovyy, N. Danyliuk, V. Mandzyuk, Phys. Chem. Solid State. 22, 195 (2021); https://doi.org/10.15330/pcss.22.2.195-203.

R.R. Shah, T.P. Davis, A.L. Glover, D.E. Nikles, C.S. Brazel, J. Magn. Magn. Mater. 387, 96 (2015); https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.03.085.

M.Z. Wei Wang, Qiong Mao, Huanhuan He, Water Sci Technol. 68, 2367 (2013); https://doi.org/10.2166/wst.2013.497.

N. Jaafarzadeh, A. Takdastan, S. Jorfi, F. Ghanbari, M. Ahmadi, G. Barzegar, J. Mol. Liq. 256, 462 (2018); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.02.047.

C.-H. Lin, R.-F. Yu, W.-P. Cheng, C.-R. Liu, J. Hazard. Mater. 209–210, 348 (2012); https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.01.029.

R.-F. Yu, Chemosphere. 56, 973 (2004); https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.03.015.