سنتز و بررسی کارآیی نانوکامپوزیت اسفنج پلی اورتانی سلول باز- اکسید نقره در گندزدایی آب

محورهای موضوعی : آلودگی محیط زیست (آب و فاضلاب)

حمیدرضا اشجاری باسمنج ¹ , میرسعید سیددراجی ² , محمدحسین رسولی فرد ³ , مریم مقدم ⁴ , شیما شیخ محمدی ⁵

1 - کارشناس ارشد شیمی کاربردی، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.
2 - دانشیار، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران. *(مسئول مکاتبات).
3 - دانشیار، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.
4 - دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی کاربردی، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.
5 - دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی کاربردی، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.

تاریخ دریافت : 1395/02/21 تاریخ پذیرش : 1396/09/23 تاریخ انتشار : 1399/04/01

کلید واژه: اسفنج پلی‌اورتانی سلول‌باز, نانوکامپوزیت و گندزدایی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: یکی از مهم ترین و کارامدترین روش ها برای میکروب زدایی و تصفیه آب استفاده از نانوتکنولوژی می باشد. پخش نانوذرات اکسید نقره در ماتریس های پلیمری مختلف، به ویژه ماتریس اسفنج پلی اورتانی سلول باز برای تهیه نانوکامپوزیت های ضدمیکروبی با نسبت سطح به حجم بالا، می‌تواند روشی کارا در فرآیند تصفیه و ضدعفونی آب باشد. روش بررسی: در پژوهش حاضر نانوذرات اکسید نقره داخل مواد اولیه اسفنج پلی‌اورتانی سلول‌باز پخش و در ادامه اسفنج پلی اورتانی باروش One-shot سنتز گردید. در ادامه قابلیت استفاده از اسفنج پلی اورتانی سنتز شده به عنوان عامل ضد باکتریایی جهت گندزدایی آب با روش "شمارش کلنی ها" (کاهش تعداد باکتری های آب آلوده با گذشت زمان) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین سوسپانسیون نیم مک فارلند (CFU/ml 108×5/1) رقیق شده با سرم بیولوژیکی (2:1) از باکتری‌های اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس به عنوان آب آلوده به کارگرفته شدند. در نهایت خواص ساختاری اسفنج سنتز شده با استفاده از تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) و طیف مادون قرمز تبدیل فوریهFT-IR)) مورد بررسی قرار گرفت. یافته ها: در پایان 12 ساعت آزمون ضدباکتریایی مشخص گردید، نانوکامپوزیت تهیه شده خاصیت ضدباکتریایی قابل قبولی در برابر باکتری اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس دارد. همین طور یافته ها نشان دادند، نانوکامپوزیت در شرایط معینی پس از 6 و 8 ساعت به ترتیب از رشد باکتری های استافیلوکوکوس ارئوس و اشریشیا کلی جلوگیری کرده است. به طوری که پس از 6 و 8 ساعت برخورد با نانوکامپوزیت، تعداد باکتری های استافیلوکوکوس ارئوس و اشریشیا کلی موجود در آب آلوده به ترتیب 100 (CFU/ml 106*0t6= CFU/ml, 106*50 t0=) و 30 (CFU/ml 106*35t8= CFU/ml, 106*50 t0=) درصد کاهش یافته بودند. بحث و نتیجه گیری: با توجه به نتایج بدست آمده توسعه این اسفنج ها و بکارگیری آن ها در فرایند تصفیه آب می تواند سبب کاهش چشم گیر استفاده از داروهای شیمیایی جهت کنترل عفونت‌ها شود. نانوذرات اکسید نقره به دلیل نسبت سطح به حجم بالا و برهم کنش هایی که با دیواره باکتری ها دارند باعث آسیب به دیواره باکتریایی شده و ساختار سلولی باکتری ها را ازبین می برند.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: The use of nanotechnology is one of the most important and effective methods for microbial enumeration and water treatment. Dispersing the silver oxide nanoparticles in different polymer matrixes (in particular, open cell polyurethane sponge matrixes) can be an efficient way in the water treatment and microbial enumeration. Method: In the present study, the silver oxide nanoparticles were dispersed into the open cell polyurethane sponge raw materials and then, the polyurethane sponge was synthesized using a One-shot method. In addition, the usability of synthesized polyurethane sponge as an antibacterial agent for water disinfection was investigated by using "plate counting" (reducing the bacteria number in contaminated water over time) method. Also the 0.5 McFarland (1.5*108 CFU/ml) suspensions diluted with biomass serum (1:2) of Escherichia coli and Staphylococcus aureus were used as contaminated water. Ultimately, the structural properties of synthetic sponges were investigated using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Findings: The end of 12 hours has been recognized the antimicrobial activities of the prepared sponges against Escherichia coli and Staphylococcus are acceptable. The results indicated that the antimicrobial activities of the prepared sponges against Escherichia coli and Staphylococcus are acceptable. The results also showed that nanocomposite in certain conditions after 6 and 8 hours prevented the growth of Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria, respectively. So that after 6 and 8 hours contact with the nanocomposite, the number of Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria in contaminated water was reduced by 100% (t0=50*106 CFU/ml, t6=0*106CFU/ml) and 30% (t0=50*106 CFU/ml, t8=35*106CFU/ml), respectively. Discussion and conclusion: Development and utilization of antimicrobial sponges in water treatment processes can reduce the use of chemical agents to infection control. Silver oxide nanoparticles, due to the high surface-to-volume ratio and interactions with the bacterial cell walls, cause damage to the bacterial cell walls and destroy the cellular structure of the bacteria.

منابع و مأخذ:

1. Blomquist, W., Cunniff, S., Fox, P., Furukawa, D., Garcia, M., Gritzuk, M., Wolff, G., 2012. Desalination and water Purification technology roadmap: A report of the executive committee. In Desalination: Solutions and Roadmap for an Improved Water Supply. Nova Science Publishers, Inc. pp. 87-179.


2. Am Water Works Res F, Langlais B, Reckhow DA, Brink DR.1991. Ozone in water treatment: application and engineering. CRC press.


3. Atefeh, M., Taghavi, L., Khani, MR., Bayati, A., Sayadi, M., 2016. Investigation of the quality of drinking water wells in Lavasan-e Kouchak district.J.Env. Sci. Tech, Vol.18, No.3, pp.53-66. (In Persian)


4. Jain, P., Pradeep, T., 2005. Potential of silver nanoparticle‐coated polyurethane foam as an antibacterial water filter. Biotechnology and bioengineering, Vol.90, pp.59-63.


5. Malato, S., Fernández-Ibáñez, P., Maldonado, MI., Blanco, J., Gernjak, W., 2009. Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: recent overview and trends. Catalysis Today, Vol.147,pp.1-59.


6. Dahl, E., 1976. Physicochemical aspects of disinfection of water by means of ultrasound and ozone. Water Research,Vol.10, pp.677-684.


7. Nagayoshi, M., Kitamura, C., Fukuizumi, T., Nishihara, T., Terashita, M.,2004. Antimicrobial effect of ozonated water on bacteria invading dentinal tubules. Journal of Endodontics, Vol.30, pp.778-781.


8. Rai, M., Yadav, A., Gade, A.,2009. Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnology advances,Vol.27, pp.76-83.


9. Safaiyan, SH., Moghaddam, Z., Hosseini, H., Esmaeili, A., 2014. Resistance to Antibiotic in Gram negative bacteria isolated fromCyprinus Carpio in Anzali wetland. J.Env. Sci. Tech, Vol.15, No.4, pp.65-74. (In Persian)


10. Ruparelia, JP., Chatterjee, AK., Duttagupta, SP., Mukherji, S.,2008. Strain specificity in antimicrobial activity of silver and copper nanoparticles. Acta biomaterialia.Vol.4, pp.707-716.


11. Sharma, VK., Yngard, RA., Lin, Y.,2009. Silver nanoparticles: green synthesis and their antimicrobial activities. Advances in colloid and interface science,Vol.145, pp.83-96.


12. Hajipour, MJ., Fromm, KM., Ashkarran, AA., De Aberasturi, DJ., De Larramendi, IR., Rojo, T., et al.,2012. Antibacterial properties of nanoparticles. Trends in biotechnology. Vol.30, pp.499-511.


13. Okuyama, T., Kamimura, Y., Yasunaga, K.,1990. Process for producing antibacterial flexible polyurethane foam. Google Patents.

   14.          Jain, P., Pradeep, T.,2005. Potential of Silver Nanoparticle‐Coated Polyurethane Foam as an Antibacterial Water Filter. Biotechnology and Bioengineering, Vol.90, pp.59-63.

15. Shahim, A., Kalbassi, M., Soltani, M., Johari, S.,2015. Application of Polyurethane Foam Containing Silver Zeolite (Zeomic) in Water Filtration System to Control the Infection Caused by Streptococcus Iniae in Rainbow. Journal of Veterinary Research, Vol.70, pp.63-71.


16. Dorraji, MSS., Ashjari, HR., Rasoulifard, MH., Rastgouy-Houjaghan, M.,2017. Polyurethane foam-cadmium sulfide nanocomposite with open cell structure: Dye removal and antibacterial applications. Korean Journal of Chemical Engineering, Vol.34,pp.547-554.


17. Dorraji, MSS., Rasoulifard, MH., Shajeri, M., Ashjari, HR., Azizi, M., Rastgouy-Houjaghan, M.,2017. The role of prepared ZnO nanoparticles on improvement of mechanical and antibacterial properties of flexible polyurethane foams: experimental modeling. Polymer Bulletin,Vol.75, pp.1519-1533. 


18. Mohammadi, A., Lakouraj, MM., Barikani, M.,2014. Preparation and characterization of p-tert-butyl thiacalix [4] arene imbedded flexible polyurethane foam: an efficient novel cationic dye adsorbent. Reactive and Functional Polymers,Vol.83, pp.14-23.


19. Rastgouy-Houjaghan, M., Rasoulifard, MH., Ashjari-Basmenj, HR., Dorraji, MSS.,2015. Production process of open cell polyurethane sponge. Patent number.87020. (In Persian)


20. W.Y. Han, Z.Y. He, Y.B. Liu,1992. Diagnosis Technology for Pathogenic Bacteria, Jilin Science and Technology Press.(in Chinese).


21. Dorraji, MSS., Ashjari, HR., Rasoulifard, MH., Rastgouy-Houjaghan, M.,2017. Polyurethane foam-cadmium sulfide nanocomposite with open cell structure: Dye removal and antibacterial applications. Korean Journal of Chemical Engineering.Vol.34, pp.547-554.


22. Pralhad, T., Rajendrakumar, K.,2004. Study of freeze-dried quercetin–cyclodextrin binary systems by DSC, FT-IR, X-ray diffraction and SEM analysis. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, Vol.34, pp.333-339.


23. Zeng , H., Lacefield, WR.,2000. XPS, EDX and FTIR analysis of pulsed laser deposited calcium phosphate bioceramic coatings: the effects of various process parameters. Biomaterials, Vol.21, pp.23-30.