In situ sinteza nanodelcev ZnO s pomočjo fitokemikalij in plinske plazme za doseganje večfunkcionalnih lastnosti tekstilij

Verbič, Anja (author), Gorjanc, Marija (mentor), Primc, Gregor (co-mentor)

V doktorski disertaciji je predstavljena raziskava razvoja novega okolju prijaznega postopka in situ sinteze delcev cinkovega oksida (ZnO) na bombažu (CO) in poliestru (PET), kjer so bili namesto kemičnih reducentov uporabljeni vodni ekstrakti odpadnega rastlinskega materiala (invazivne tujerodne rastline in živilski odpadki) in namesto kemične alkalije uporabljen vodni ekstrakt lesnega pepela. Receptura in situ sinteze ZnO je bila optimizirana s proučevanjem različnih metod sinteze in vplivov parametrov sinteze (vrsta in koncentracija prekurzorja in »zelenih« reducentov, vrsta reducenta, vrstni red reagentov pri sintezi, čas in temperatura sinteze). Zaradi različne vsebnosti fenolnih skupin (TPC) »zelenih« reducentov, ki vplivajo na stopnjo antioksidativnosti in redukcijske sposobnosti reducenta, se je kot ključni parameter za uspešno oblikovanje ZnO direktno na CO in enakomerno porazdelitev po vlaknih ter odlično sposobnost tkanine blokiranja ultravijoličnega (UV) sevanja (50+), izkazal vrstni red reagentov (Alkalija–Zn-prekurzor–Reducent). Cinkov acetat je bolj primeren prekurzor za sintezo na CO kot cinkov nitrat, saj se s slednjim mehanske lastnosti tkanine močno poslabšajo. Ugotovljeno je bilo, da se lahko glede na uporabljen »zeleni« reducent prilagodi tudi omočljivost CO, in sicer reducenti z višjo vsebnostjo TPC omogočajo hidrofilne lastnosti, tisti z nižjo vsebnostjo TPC pa hidrofobne. Pri sinteznem postopku na PET je bila vpeljana plazma kisika za povečanje reaktivnost tkanine do reakcijskih raztopin in kasneje kot zamenjava alkalije. S plazmo se je povečala hidrofilnost PET in enakomerna adsorpcija reagentov, kar je omogočilo homogenost in situ sintetiziranih ZnO po celotni tkanini oz. vlaknih. Pri tem se je s številom plazemskih obdelav višala tudi UV zaščita tkanine, kot posledica zvišanja vsebnosti ZnO. Tako alkalija kot plazma kisika vplivata na povečanje aktivnih mest na PET, ki predstavljajo nukleacijska mesta prekurzorja za oblikovanje ZnO s pomočjo »zelenega« reducenta. S stališča čim bolj okolju prijazne in situ sinteze ZnO, zmanjšanja porabe vode, časa priprave reagentov in homogenosti in situ sintetiziranih ZnO na tkanini, se namesto alkalije lahko uporabi plazma kisika.

• Language: Slovenian
• Keywords: zelena sinteza, in situ sinteza, cinkov oksid, ZnO, bombaž, poliester, plazma, večfunkcionalnost
• Work type: Doctoral dissertation
• Organization: NTF - Faculty of Natural Sciences and Engineering
• Year: 2023
• PID: 20.500.12556/RUL-145216
• Publication date in RUL: 13.04.2023

Secondary language

• Language: English
• Title: In situ synthesis of ZnO nanoparticles with phytochemicals and gaseous plasma for multifunctional textiles

Abstract

This doctoral dissertation presents the development of a novel, environmentally friendly process for in situ synthesis of zinc oxide (ZnO) on cotton (CO) and polyester (PET) using aqueous extracts of invasive alien plants and food waste instead of classical chemical reducing agents, and aqueous extract of wood ash instead of chemical alkali. The ZnO synthesis procedure was optimised by studying different synthesis methods and parameters (type and concentration of precursor and »green« reducing agent, the order of synthesis solutions, synthesis time and temperature). Due to the different amounts of phenolic compounds (TPC) present in the »green« reducing agents, the order of the synthesis solutions (Alkali䀒Precursor-Reducing agent) proved to be a key parameter influencing the successful in situ synthesis and the uniform distribution of ZnO particles on fibres and consequently achieving the excellent ultraviolet (UV) protective properties (50+) of the CO fabric. Zinc acetate is a more suitable precursor for the in situ synthesis of ZnO than zinc nitrate, since with the latter, mechanical properties of the fabric are greatly impaired. Depending on the »green« reducing agent used, the wettability of the CO fabric can be adjusted. The reducing agents with higher TPC values enable hydrophilic properties, while the ones with lower TPC values enable hydrophobic properties of the CO. Oxygen plasma treatment was incorporated into the synthesis process on PET, first to increase the reactivity of PET to the synthesis solutions, and finally as a substitute for alkali. Plasma increased the hydrophilicity of PET and enabled an even adsorption of the reagents, resulting in uniform distribution of the in situ synthesised ZnO on the fabric. As the number of plasma treatments increased, the UV protection of fabrics also increased, due to higher ZnO content. Both alkali and oxygen plasma increase the amount of active binding sites on PET, which represent precursor nucleation sites for the formation of ZnO using »green« reducing agent. From the point of view of the most environmentally friendly in situ synthesis of ZnO, reduction of water consumption, preparation time for reagents and homogeneity of in situ synthesized ZnO on the fabric, oxygen plasma can be used instead of alkali.

• Keywords: green synthesis, in situ synthesis, zinc oxide, ZnO, cotton, polyester, plasma, multifunctional