Published January 18, 2022
| Version v1
Publication
Open
Microwave-Assisted Green Synthesis of Pure and Mn-Doped ZnO Nanocomposites: In Vitro Antibacterial Assay and Photodegradation of Methylene Blue
- 1. King Abdulaziz University
- 2. Kohat University of Science and Technology
Description
This paper describes the eco-friendly microwave-assisted green synthesis of pure and manganese-doped zinc oxide nanocomposites using ethanolic solution of castor oil as a reductant and capping agent. Solutions of Zn 2+ and Mn 2+ ions were mixed in fixed ratios to obtain 0%, 1%, 2.5%, 5%, and 7% pure and Mn-doped ZnO nanomaterials. The obtained nanomaterials were characterized by powder XRD, FT-IR spectroscopy, scanning electron microscopy, and EDX analyses. Powder XRD furnished characteristic fragmentation patterns for the confirmation of the synthesized materials and was also used to estimate the size of the synthesized nanoparticles by Scherrer's equation. Diffraction patterns were characteristic of wurtzite structure and of the size in the range of 6.5, 5.6, 5.2, 5.1, and 4.3 nm for pure and Mn-doped ZnO nanocomposites. UV-visible spectra displayed maximum absorbance at 340 nm, and manganese doping caused a red shift. FT-IR spectra confirmed that the formation of zinc oxide nanoparticles as Zn─O appeared at below 700 cm −1 as well as the presence of organic moieties of the castor oil acting as stabilizing agents. Scanning electron micrographs (SEM) revealed all the synthesized materials were spherical in shape with some aggregation and polydispersity, and in the Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), specific peaks with characteristic patterns were seen for Zn, O, and Mn. A TEM micrograph displayed the hexagonal wurtzite structure of nanoparticles with average size less than 50 nm. Photocatalytic degradation of methylene blue was checked in the presence of sunlight and in darkness. Interestingly, samples placed under the solar radiation exhibited significant results only with the catalyst; all the samples used without the catalyst showed negligible degradation effects, and even the samples placed in the dark containing catalysts also displayed a negative effect. A mechanism for this significant activity is also proposed. In vitro the antibacterial potential was studied against two pathogenic strains, i.e., Streptococcus aureus and Escherichia coli ; interestingly activity kept on increasing with the increasing manganese content. Overall, all the samples presented comparable activity to ciprofloxacin.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تصف هذه الورقة التوليف الأخضر الصديق للبيئة بمساعدة الميكروويف لمركبات أكسيد الزنك النانوية النقية والمخدرة بالمنغنيز باستخدام محلول الإيثانول لزيت الخروع كعامل اختزال وتغطية. تم خلط محاليل أيونات Zn 2+ و Mn 2+ بنسب ثابتة للحصول على 0 ٪ و 1 ٪ و 2.5 ٪ و 5 ٪ و 7 ٪ من مواد ZnO النقية والمخدرة بالمنغنيز. تميزت المواد النانوية التي تم الحصول عليها بمسحوق XRD، ومطيافية FT - IR، والمسح المجهري الإلكتروني، وتحليلات EDX. قدم مسحوق XRD أنماط تجزئة مميزة لتأكيد المواد المركبة واستخدم أيضًا لتقدير حجم الجسيمات النانوية المركبة بواسطة معادلة شيرر. كانت أنماط الحيود مميزة لبنية الفورتزيت وحجمها في نطاق 6.5 و 5.6 و 5.2 و 5.1 و 4.3 نانومتر لمركبات ZnO النقية والمخدرة بالمنغنيز. أظهرت الأطياف المرئية للأشعة فوق البنفسجية أقصى امتصاص عند 340 نانومتر، وتسببت منشطات المنجنيز في تحول أحمر. أكدت أطياف FT - IR أن تكوين جسيمات أكسيد الزنك النانوية مثل Zn─O ظهر عند أقل من 700 سم −1 بالإضافة إلى وجود أجزاء عضوية من زيت الخروع تعمل كعوامل استقرار. كشفت الصور المجهرية الإلكترونية للمسح الضوئي (SEM) أن جميع المواد المركبة كانت كروية الشكل مع بعض التجميع والتشتت، وفي التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، شوهدت قمم محددة مع أنماط مميزة لـ Zn و O و Mn. أظهر المجهر TEM بنية wurtzite سداسية من الجسيمات النانوية بمتوسط حجم أقل من 50 نانومتر. تم فحص التحلل التحفيزي الضوئي لأزرق الميثيلين في وجود ضوء الشمس وفي الظلام. ومن المثير للاهتمام أن العينات الموضوعة تحت الإشعاع الشمسي أظهرت نتائج مهمة فقط مع المحفز ؛ أظهرت جميع العينات المستخدمة بدون المحفز تأثيرات تحلل ضئيلة، وحتى العينات الموضوعة في المحفزات المحتوية على الظلام أظهرت أيضًا تأثيرًا سلبيًا. ويقترح أيضا آلية لهذا النشاط الهام. في المختبر، تمت دراسة الإمكانات المضادة للبكتيريا ضد سلالتين مسببتين للأمراض، أي العقدية الذهبية والإشريكية القولونية ؛ ومن المثير للاهتمام أن النشاط استمر في الزيادة مع زيادة محتوى المنغنيز. بشكل عام، أظهرت جميع العينات نشاطًا مشابهًا للسيبروفلوكساسين.Translated Description (French)
Cet article décrit la synthèse verte écologique assistée par micro-ondes de nanocomposites d'oxyde de zinc purs et dopés au manganèse en utilisant une solution éthanolique d'huile de ricin comme réducteur et agent de coiffage. Des solutions d'ions Zn 2+ et Mn 2+ ont été mélangées dans des rapports fixes pour obtenir des nanomatériaux ZnO 0 %, 1 %, 2,5 %, 5 % et 7 % purs et dopés au Mn. Les nanomatériaux obtenus ont été caractérisés par DRX sur poudre, spectroscopie FT-IR, microscopie électronique à balayage et analyses EDX. Powder XRD a fourni des modèles de fragmentation caractéristiques pour la confirmation des matériaux synthétisés et a également été utilisé pour estimer la taille des nanoparticules synthétisées par l'équation de Scherrer. Les motifs de diffraction étaient caractéristiques de la structure de la wurtzite et de la taille dans la gamme de 6,5, 5,6, 5,2, 5,1 et 4,3 nm pour les nanocomposites de ZnO purs et dopés au Mn. Les spectres UV-visibles ont montré une absorbance maximale à 340 nm, et le dopage au manganèse a provoqué un décalage vers le rouge. Les spectres FT-IR ont confirmé que la formation de nanoparticules d'oxyde de zinc sous forme de Zn─O apparaissait en dessous de 700 cm −1 ainsi que la présence de fractions organiques de l'huile de ricin agissant comme agents stabilisants. Les micrographies électroniques à balayage (MEB) ont révélé que tous les matériaux synthétisés étaient de forme sphérique avec une certaine agrégation et polydispersité, et dans la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX), des pics spécifiques avec des motifs caractéristiques ont été observés pour Zn, O et Mn. Une micrographie met a montré la structure hexagonale de la wurtzite de nanoparticules de taille moyenne inférieure à 50 nm. La dégradation photocatalytique du bleu de méthylène a été vérifiée en présence de la lumière du soleil et dans l'obscurité. Fait intéressant, les échantillons placés sous le rayonnement solaire ont montré des résultats significatifs uniquement avec le catalyseur ; tous les échantillons utilisés sans le catalyseur ont montré des effets de dégradation négligeables, et même les échantillons placés dans l'obscurité contenant des catalyseurs ont également montré un effet négatif. Un mécanisme pour cette activité importante est également proposé. In vitro, le potentiel antibactérien a été étudié contre deux souches pathogènes, à savoir Streptococcus aureus et Escherichia coli ; il est intéressant de noter que l'activité a continué d'augmenter avec la teneur croissante en manganèse. Dans l'ensemble, tous les échantillons présentaient une activité comparable à celle de la ciprofloxacine.Translated Description (Spanish)
Este documento describe la síntesis verde ecológica asistida por microondas de nanocompuestos de óxido de zinc puros y dopados con manganeso utilizando una solución etanólica de aceite de ricino como agente reductor y protector. Las soluciones de iones Zn 2+ y Mn 2+ se mezclaron en proporciones fijas para obtener nanomateriales de ZnO puros y dopados con Mn al 0%, 1%, 2,5%, 5% y 7%. Los nanomateriales obtenidos se caracterizaron por XRD en polvo, espectroscopía FT-IR, microscopía electrónica de barrido y análisis edX. La XRD en polvo proporcionó patrones de fragmentación característicos para la confirmación de los materiales sintetizados y también se utilizó para estimar el tamaño de las nanopartículas sintetizadas mediante la ecuación de Scherrer. Los patrones de difracción fueron característicos de la estructura de wurtzita y del tamaño en el intervalo de 6,5, 5,6, 5,2, 5,1 y 4,3 nm para nanocompuestos de ZnO puros y dopados con Mn. Los espectros UV-visibles mostraron una absorbancia máxima a 340 nm, y el dopaje con manganeso causó un desplazamiento al rojo. Los espectros de FT-IR confirmaron que la formación de nanopartículas de óxido de zinc como Zn─O apareció por debajo de 700 cm-1, así como la presencia de restos orgánicos del aceite de ricino que actúan como agentes estabilizantes. Las micrografías electrónicas de barrido (SEM) revelaron que todos los materiales sintetizados tenían forma esférica con cierta agregación y polidispersidad, y en la espectroscopia de rayos X con dispersión de energía (edX), se observaron picos específicos con patrones característicos para Zn, O y Mn. Una micrografía TEM mostró la estructura hexagonal de wurtzita de nanopartículas con un tamaño medio inferior a 50 nm. Se comprobó la degradación fotocatalítica del azul de metileno en presencia de luz solar y en la oscuridad. Curiosamente, las muestras colocadas bajo la radiación solar exhibieron resultados significativos solo con el catalizador; todas las muestras utilizadas sin el catalizador mostraron efectos de degradación insignificantes, e incluso las muestras colocadas en la oscuridad que contenían catalizadores también mostraron un efecto negativo. También se propone un mecanismo para esta importante actividad. In vitro, se estudió el potencial antibacteriano contra dos cepas patógenas, es decir, Streptococcus aureus y Escherichia coli ; curiosamente, la actividad siguió aumentando con el aumento del contenido de manganeso. En general, todas las muestras presentaron una actividad comparable a la de la ciprofloxacina.Files
pdf.pdf
Files
(4.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:de09dac07a4c827baed1dfed17f66783
|
4.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التوليف الأخضر بمساعدة الميكروويف لمركبات ZnO النانوية النقية والمخدرة بالمنغنيز: الفحص المضاد للبكتيريا في المختبر والتحلل الضوئي لأزرق الميثيلين
- Translated title (French)
- Synthèse verte assistée par micro-ondes de nanocomposites de ZnO purs et dopés au Mn : dosage antibactérien in vitro et photodégradation du bleu de méthylène
- Translated title (Spanish)
- Síntesis verde asistida por microondas de nanocompuestos de ZnO puros y dopados con Mn: ensayo antibacteriano in vitro y fotodegradación de azul de metileno
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4205848663
- DOI
- 10.3389/fmats.2021.710155
References
- https://openalex.org/W1854025783
- https://openalex.org/W1967228438
- https://openalex.org/W1967588572
- https://openalex.org/W2000422538
- https://openalex.org/W2010189441
- https://openalex.org/W2014495322
- https://openalex.org/W2030919960
- https://openalex.org/W2037726255
- https://openalex.org/W2066808427
- https://openalex.org/W2069880859
- https://openalex.org/W2108251591
- https://openalex.org/W2111812837
- https://openalex.org/W2117919037
- https://openalex.org/W2226041914
- https://openalex.org/W2334596954
- https://openalex.org/W2346656303
- https://openalex.org/W2479663229
- https://openalex.org/W2529250239
- https://openalex.org/W2543797400
- https://openalex.org/W2567437514
- https://openalex.org/W2567706609
- https://openalex.org/W2618570700
- https://openalex.org/W2750865013
- https://openalex.org/W2770278681
- https://openalex.org/W2792786153
- https://openalex.org/W2809817098
- https://openalex.org/W2836434189
- https://openalex.org/W2902858386
- https://openalex.org/W2904264952
- https://openalex.org/W2905651950
- https://openalex.org/W2907641242
- https://openalex.org/W2910109732
- https://openalex.org/W2936349373
- https://openalex.org/W2943001781
- https://openalex.org/W2944061784
- https://openalex.org/W2966208296
- https://openalex.org/W2997964560
- https://openalex.org/W2999477157
- https://openalex.org/W3003771395
- https://openalex.org/W3004706568
- https://openalex.org/W3013377575
- https://openalex.org/W3014715253
- https://openalex.org/W3048535760
- https://openalex.org/W3093211425
- https://openalex.org/W3093583818
- https://openalex.org/W3108068206
- https://openalex.org/W3110194276
- https://openalex.org/W3117542427
- https://openalex.org/W3125348439
- https://openalex.org/W3164800142
- https://openalex.org/W3170758298
- https://openalex.org/W3178235913
- https://openalex.org/W3201873792