Reactor de microondas de bajo costo para la síntesis verde de nanomateriales
Introducción: El presente trabajo “un reactor de microondas de bajo costo para la síntesis verde de nanomateriales”, refleja los resultados de investigación logrados en el grupo NanoFab de la Universidad Militar Nueva Granada. En la línea nanofotónica, sensores y nanotecnología. La investigación y análisis se desarrollaron durante el 2019.
Problema: Los procesos de síntesis convencionales generalmente afectan el ambiente y la salud-humana, debido a los reactivos contaminantes y la generación de subproductos.
Objetivo: Modificar un horno de microondas que permita la síntesis ecológica de nanomateriales con posibles aplicaciones en la seguridad nacional.
Metodología: Al reactor se le acopló con un condensador para reducir los elementos volátiles y un agitador magnético para lograr homogeneización localizada. La síntesis comienza con una solución de citrato trisódico a 37 °C. Luego, se mezcla con el nitrato de plata 2 minutos. La mezcla se trata 20 minutos en el reactor. Finalmente, se recuperan las nanopartículas.
Resultados: El reactor de microondas es adecuado para producir nanopartículas. Particularmente, con el tiempo de exposición de 20 minutos permite tamaños entre 80-90 nm. El análisis de espectroscopía de impedancia mostró que la resistencia de las nanopartículas de plata es 2.5 ohms, para el citrato de sodio y el nitrato es 8.8 y 11.8 ohms, respectivamente.
Conclusión: El reactor de microondas modificado es adecuado para la producción de nanomateriales. Se requiere menos solvente durante la síntesis y permite la producción de nanomateriales verdes con un impacto menor en el medio ambiente.
Limitación: El calentamiento homogéneo en la cavidad de microondas se limita al diseño de la guía de ondas, en este caso a la guía del microondas multimodal.
Originalidad: Reactor de bajo costo para producción de nanomateriales y síntesis ecológica.
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J. Prado-Gonjal y E. Morán, "Síntesis asistida por microondas de sólidos inorgánicos," An. Química, vol. 107, no. 2, pp. 129-136, 2011. [Online]. Available: https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/3674454.pdf
M. R. Carballido Reboredo, "Síntesis asistida por microondas de compuestos de interés biológico e industrial: haloarenos, fulverenos, tricloropirrolidonas, azoles y flavonoides. Modelado de espectros de absorción electrónica de flavonoides," Universidade de Santiago de Compostela, 2007. [Online]. Available: https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=108752
B. L. Hayes, Microwave synthesis, Chemistry at the speed of light, Ilustrada. United Stade: CEM publishing, 2002. [Online]. Available: http://faculty.swosu.edu/tim.hubin/share/Microwave%20Synthesis.pdf
S. Ravichandran y E. Karthikeyan, "Microwave Synthesis - A Potential Tool for Green Chemistry," Int. J. ChemTech Res., vol. 3, no. June, 2014. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/326667897_Microwave_Synthesis-A_Potential_Tool_for_Green_Chemistry
K. K. Rana y S. Rana, "Microwave Reactors: A Brief Review on Its Fundamental Aspects and Applications," OALib, vol. 1, no. 06, 2014. [Online]. doi: https:doi//10.4236/oalib.1100686
J. M. Miranda Pantoja, J. L. Sebastián, M. Sierra, y J. Margineda, Ingeniería de microondas : técnicas experimentales. Madrid: Prentice Hall, 2002. pp. 221-228.
H. Wang et al., "Rapid decomplexation of Ni-EDTA by microwave-assisted Fenton reaction", Chem. Eng. J., vol. 381, no. August 2019, p. 122703, 2020.[Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122703 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122703
D. Bogdald y A. Prociak, Microwave-Enhanced Polymer Chemistry and Technology. Oxford, UK: Blackwell Publishing Ltd, 2007. [Online]. doi: http://doi.wiley.com/10.1002/9780470390276 DOI: https://doi.org/10.1002/9780470390276
R. R. Mishra y A. K. Sharma, "Microwave-material interaction phenomena: Heating mechanisms, challenges and opportunities in material processing", Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 81, 2016. [Online]. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.10.035 DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.10.035
K. G. Ayappa, H. T. Davis, E. A. Davis, y J. Gordon, "Analysis of microwave heating of materials with temperature-dependent properties," AIChE J., vol. 37, no. 3, mar. 1991. [Online]. doi: http://doi.wiley.com/10.1002/aic.690370302 DOI: https://doi.org/10.1002/aic.690370302
M. R. Hossan, D. Byun, y P. Dutta, "Analysis of microwave heating for cylindrical shaped objects", Int. J. Heat Mass Transf., vol. 53, no. 23-24, pnov. 2010. [Online]. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.07.051 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.07.051
C. Ching Lau, M. Kemal Bayazit, P. J. T. Reardon, y J. Tang, "Microwave Intensified Synthesis: Batch and Flow Chemistry", Chem. Rec., vol. 19, no. 1, ene. 2019. [Online]. doi: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/tcr.201800121 DOI: https://doi.org/10.1002/tcr.201800121
L. Faxian, L. Jie, y C. Xueling, "Microwave-assisted Synthesis Silver Nanoparticles and Their Surface Enhancement Raman Scattering," Rare Met. Mater. Eng., vol. 46, no. 9, 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/S1875-5372(17)30204-7
X.-Z. Yuan, C. Song, H. Wang, y J. Zhang, Electrochemical Impedance Spectroscopy in PEM Fuel Cells. London: Springer London, 2010. [Online]. Available: https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-84882-846-9
J. Hou et al., "Rapid microwave-assisted synthesis of molecularly imprinted polymers on carbon quantum dots for fluorescent sensing of tetracycline in milk", Talanta, vol. 146, [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0039914015302459 DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.08.024
T. Liang, J. Qian, Y. Yuan, y C. Liu, "Synthesis of mesoporous hydroxyapatite nanoparticles using a template-free sonochemistry-assisted microwave method", J. Mater. Sci., vol. 48, no. 15, 2013. [Online]. Available: http://link.springer.com/10.1007/s10853-013-7328-3 DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-013-7328-3
K. K. Rana y S. Rana, "Microwave Reactors : A Brief Review on Its Fundamental Aspects and Applications," OALib, vol. 01, no. 06, 2014. [Online]. doi:https:// 10.4236/oalib.1100686 DOI: https://doi.org/10.4236/oalib.1100686
J. Yesuraj, S. Austin Suthanthiraraj, y O. Padmaraj, "Synthesis, characterization and electrochemical performance of DNA-templated Bi2MoO6 nanoplates for supercapacitor applications," Mater. Sci. Semicond. Process., vol. 90, no. October 2018, pp. 225-235, 2019. [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S136980011830979X DOI: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2018.10.030
D. Sengupta, B. Roy, y B. Basu, "Microwave-assisted Formation of Organic Disulfides of Biochem ical Significance," Curr. Med. Chem., vol. 24, no. 41, 2016. [Online]. Available: http://www.eurekaselect.com/141338/article DOI: https://doi.org/10.2174/0929867323666160418115719
S. E. Gilliland, J. M. M. Tengco, Y. Yang, J. R. Regalbuto, C. E. Castano, y B. F. Gupton, "Electrostatic adsorption-microwave synthesis of palladium nanoparticles on graphene for improved cross-coupling activity," Appl. Catal. A Gen., vol. 550, ene. 2018. [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0926860X1730529X DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2017.11.007
K. Karthik, S. Dhanuskodi, S. Prabu Kumar, C. Gobinath, y S. Sivaramakrishnan, "Microwave assisted green synthesis of MgO nanorods and their antibacterial and anti-breast cancer activities," Mater. Lett., vol. 206, 2017. [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0167577X17310418 DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.07.004
S. Bano et al., "Microwave-assisted green synthesis of superparamagnetic nanoparticles using fruit peel extracts: Surface engineering, T 2 relaxometry, and photodynamic treatment potential," Int. J. Nanomedicine, vol. 11, pp. 3833-3848, 2016. [Online]. Available: https://www.dovepress.com/microwave-assisted-green-synthesis-of-superparamagnetic-nanoparticles--peer-reviewed-article-IJN DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S106553
H. M. Tellez, J. P. Alquisira, C. R. Alonso, J. G. L. Cortés, y C. A. Toledano, "Comparative kinetic study and microwaves non-thermal effects on the formation of poly(amic acid) 4,4′-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride (6FDA) and 4,4′-(hexafluoroisopropylidene)bis(p-phenyleneoxy)dianiline (BAPHF). Reaction activated by micr," Int. J. Mol. Sci., vol. 12, no. 10, pp. 6703-6721, 2011. [Online]. Available: http://www.mdpi.com/1422-0067/12/10/6703 DOI: https://doi.org/10.3390/ijms12106703
E. Ruiz Gómez y L. F. Giraldo Jaramillo, "Nanometrología: Impacto en los sistemas de producción," Cienc. e Ing. Neogranadina, vol. 26, no. 2, pp. 49-72, 2016. [Online]. doi: http://dx.doi.org/10.18359/rcin.1771 DOI: https://doi.org/10.18359/rcin.1771
Z. G. Wu, L. Li, Z. M. Ren, y L. C. Lv, "Synthesis of palladium nano-squares by polyol-hydrothermal method," Inorg. Chem. Commun., vol. 107, p. 107498, 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.inoche.2019.107498 DOI: https://doi.org/10.1016/j.inoche.2019.107498
A. Anandaradje, V. Meyappan, I. Kumar, y N. Sakthivel, "Microbial Synthesis of Silver Nanoparticles and Their Biological Potential," en Nanoparticles in Medicine, Singapore: Springer Singapore, 2020, pp. 99-133. [Online]. Available: http://link.springer.com/10.1007/978-981-13-8954-2_4 DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-13-8954-2_4
M. S. Ali y J. A. Priya, "Green Synthesis Of Silver Nanoparticles From Cynodon Dactylon Leaf Extract," Int. J. ChemTech Res. Res, vol. 55, no. 11, pp. 974-4290, 2013. [Online]. Available: http://ijcb.mainspringer.com/5_1/cb501002.pdf
L. Faxian, L. Jie, y C. Xueling, "Microwave-assisted Synthesis Silver Nanoparticles and Their Surface Enhancement Raman Scattering", Rare Met. Mater. Eng., vol. 46, no. 9, sep. 2017. [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1875537217302047 DOI: https://doi.org/10.1016/S1875-5372(17)30204-7
X.-Z. Yuan, C. Song, H. Wang, y J. Zhang, Electrochemical Impedance Spectroscopy in PEM Fuel Cells. London: Springer London, 2010. [Online]. Available: http://link.springer.com/10.1007/978-1-84882-846-9 DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-84882-846-9
L. M. Quej-Ake, A. Contreras, y J. Aburto, "The effect of non-ionic surfactant on the internal corrosion for X52 steel in extra-heavy crude oil-in-water emulsions," Anti-Corrosion Methods Mater., vol. 65, no. 3, pp. 234-248, may 2018. [Online]. Available. https://www.emeraldinsight.com/doi/10.1108/ACMM-03-2017-1770 DOI: https://doi.org/10.1108/ACMM-03-2017-1770
M. R. Abidian y D. C. Martin, "Experimental and theoretical characterization of implantable neural microelectrodes modified with conducting polymer nanotubes," Biomaterials, vol. 29, no. 9, 2008. [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0142961207009611 DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.11.022
L. M. Gassa, J. R. Vilche, M. Ebert, K. Jüttner, y W. J. Lorenz, "Electrochemical impedance spectroscopy on porous electrodes," J. Appl. Electrochem., vol. 20, no. 4, jul. 1990. [Online]. Available: http://link.springer.com/10.1007/BF01008882 DOI: https://doi.org/10.1007/BF01008882
I. . Aoki et al., "Ac-impedance and Raman spectroscopy study of the electrochemical behaviour of pure aluminium in citric acid media," Electrochim. Acta, vol. 46, no. 12, mar. 2001. [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0013468601004315 DOI: https://doi.org/10.1016/S0013-4686(01)00431-5
H. V. Tran, C. D. Huynh, H. V. Tran, y B. Piro, "Cyclic voltammetry, square wave voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and colorimetric method for hydrogen peroxide detection based on chitosan/silver nanocomposite," Arab. J. Chem., vol. 11, no. 4, may 2018. [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1878535216301277
J. R. Macdonald et al., Impedance Spectroscopy, 2.a ed. Canada: Wiley-Interscience, 2005. pp. 192-200. [Online]. Available: https://www.springer.com/gp/book/9781848828452
J. S. Moon, H. Kim, D.-C. Lee, J. T. Lee, y G. Yushin, "Increasing Capacitance of Zeolite-Templated Carbons in Electric Double Layer Capacitors," J. Electrochem. Soc., vol. 162, n.o 5, 2015. [Online]. Available: https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.0131505jes DOI: https://doi.org/10.1149/2.0131505jes
M. G. Smitha, B. V. Chaluvaraju, K. N. Anuradha, y M. V. Murugendrappa, "Synthesis, characterization and electrical susceptance studies of Polypyrrole/La0.7Ca0.3MnO3 Nano composites," Mater. Today Proc., vol. 5, no. 1, pp. 3137-3142, ene. 2018. [Online]. Available: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2214785318301573 DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.01.120
