شبیه‌سازی فرآیند سنتز سبز نانوذرات سلنیوم با استفاده از عصاره برگ درخت بید تحت شرایط آب مادون بحرانی و بررسی خواص آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

2 دانشیار، گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

3 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان

چکیده

شبیه‌سازی فرآیند سنتز نانوذرات سلنیوم به عنوان روشی مؤثر در کاهش هزینه و زمان مطالعه، مورد بررسی قرار گرفت. فرآیند سنتز نانوذرات سلنیوم با استفاده از نرم‌افزار COMSOL Multiphysics بر پایه شرایط آب‌فوق بحرانی (دمای بالاتر از 100 درجه سانتی‌گراد) شبیه‌سازی شد و پارامترهای بهینه شامل دما و زمان جهت دستیابی به ویژگی‌های مطلوب نانوذرات تعیین گردید. سنتز سبز نانوذرات سلنیوم با استفاده از عصاره برگ درخت بید با غلظت 0.1 جرمی/حجمی به مقدار 10 میلی لیتر با 20 میلی لیتر نمک سدیم سلنیت 10 میلی مولار تحت شرایط آب مادون بحرانی انجام گرفت. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که در دمای 200 درجه سانتی‌گراد و مدت زمان 80 دقیقه، حداقل مدت زمان انتظار جهت اغناشدن شرایط آب مادون بحرانی می باشد. این نتایج نشان می‌دهد که شبیه‌سازی فرآیندهای سنتز نانوذرات، می‌تواند نقش بسزایی در پیش‌بینی نتایج، کاهش هزینه‌ها و تسریع روند توسعه نانوذرات سلنیوم در حوزه‌های مختلف ایفا کند. نانوذرات تولید شده پس از تحلیل‌های فیزیکی و شیمیایی، میانگین اندازه حدود 95 نانومتر و شاخص پراکندگی 0.295 را نشان دادند، در حالی که پتانسیل زتا حدود 19.8- میلی‌ولت بر پایداری ترمودینامیکی بالا دلالت داشت. همچنین محصول تولید شده با خاصیت آنتی اکسیدانی 42% توانایی بالایی در مهار رادیکال های آزاد از خود نشان داده و محصول تولید شده با خاصیت ضدقارچی 76% نشان داد محصول مناسبی جهت استفاده مصارف از بین بردن قارچ ها می باشد.

چکیده تصویری

شبیه‌سازی فرآیند سنتز سبز نانوذرات سلنیوم با استفاده از عصاره برگ درخت بید تحت شرایط آب مادون بحرانی و بررسی خواص آن

تازه های تحقیق

  • تمرکز بر سنتز سبز نانوذرات سلنیوم با استفاده از عصاره برگ بید
  • روش‌های نظری و مدل‌سازی برای بهبود روند طراحی و مقیاس‌پذیری
  • نتایج کلیدی از شبیه‌سازی و آزمایش‌های تحقیقاتی
  • کاربردهای بالقوه و اهمیت پایداری و کارآیی زیستی
  • پیوند بین پژوهش‌های آزمایشگاهی و محاسباتی

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simulating the green synthesis process of selenium nanoparticles using willow leaf extract under subcritical water conditions and evaluating their properties

نویسندگان [English]

  • Hamed Dindar 1
  • Nima Isafi 1
  • Sarvin Mohammadi-Aghdam 2
  • Omid Ahmadi 3
1 Bachelor degree, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
2 Associate Professor, Department of Chemistry, Payam Noor University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
چکیده [English]

The process of simulating selenium nanoparticle synthesis was explored as an effective approach to reduce both the cost and duration of research. The synthesis process was modeled using COMSOL Multiphysics software based on supercritical water conditions (temperatures above 100°C). Optimal parameters, including temperature and time, were identified to achieve desirable nanoparticle characteristics. The simulation results indicated that at a temperature of 200°C and duration of 80 minutes, the minimum necessary time to reach subcritical water conditions was attained. These findings suggest that process simulation plays a vital role in predicting outcomes, minimizing expenses, and accelerating the development of selenium nanoparticles across various applications. The physical and chemical analyses of the produced nanoparticles revealed an average size of approximately 95 nanometers, a polydispersity index of 0.295, and a zeta potential of around -19.8 mV, indicating high thermodynamic stability. Furthermore, the synthesized selenium nanoparticles exhibited a 42% Antioxidant activity, demonstrating a strong potential for free radical scavenging, and a 76% Antifungal efficacy, highlighting their suitability for antifungal applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Selenium nanoparticles
  • willow leaf extract
  • simulation
  • subcritical water
  • antifungal
  • antioxidant
[1] Hashemilar, H., Jafarizadeh-Malmiri, H., Ahmadi, O., & Jodeiri, N. (2023). Enzymatically preparation of starch nanoparticles using freeze drying technique–gelatinization, optimization and characterization. Int. J. Biol. Macromol, 237: 124137.
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124137
[2] Eshghi, M., Kamali-Shojaei, A., Vaghari, H., Najian, Y., Mohebian, Z., Ahmadi, O., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2021). Corylus avellana leaf extract-mediated green synthesis of antifungal silver nanoparticles using microwave irradiation and assessment of their properties. Green Process. Synth, 10(1), 606-613.
[3] Hamoud Alshahrani, S., Alameri, A.A., Zabibah, R.S., Turki Jalil, A., Ahmadi, O., & Behbudi, G. (2022). Screening method synthesis of AgNPs using Petroselinum crispum (parsley) leaf: Spectral analysis of the particles and antibacterial study. J. Mex. Chem. Soc, 66(4), 480-487.
[4] Khalilnejad, A., Lashkari, R., Iravani, M., & Ahmadi, O. (2020). Application of synthesized silver nanofluid for reduction of oil-water interfacial tension. In: Saint Petersburg 2020. European Association of Geoscientists & Engineers.
[5] Shayan, S., Hajihajikolai, D., Ghazale, F., Gharahdaghigharahtappeh, F., Faghih, A., Ahmadi, O., & Behbudi, G. (2024). Optimization of green synthesis formulation of selenium nanoparticles (SeNPs) using peach tree leaf extract and investigating its properties and stability. Iran. J. Biotechnol. 22(3): e3786.
[6] Mirzakhani, L., Jafarizadeh-Malmiri, H., & Ahmadi, O. (2024). Three accelerated methods based on microwave, hydrothermal and conventional heating in the green synthesis of selenium nanoparticles using garlic aqueous extract: Screening and characterization. Nano-Struct. Nano-Objects. 38: 101162.
[7] Ahmadi, O., Sayyar, Z., & Jafarizadeh Malmiri, H. (2023). Optimization of Processing Time, Temperature, and Stirring Rate to Synthesize the Ag Nanoparticles Using Oregano Extract. Iran. J. Chem. Chem. Eng. 42(10).https://doi.org/10.30492/ijcce.2023.1971456.5676
[8] Mortazavi, P., Azadmard-Damirchi, S., Piravi-Vanak, Z., Ahmadi, O., Anarjan, N., Martinez, F., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2023). Microwave-accelerated pretreatment technique in green extraction of oil and bioactive compounds from camelina seeds: Effectiveness and characterization. Green Process. Synth. 12(1), 20230101. https://doi.org/10.1515/gps-2023-0101
[9] Ahmadi, O. & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2020). Effectiveness of soluble oxygen in preparation of thyme oil nanoemulsion-simulation and characterization. Iran. Chem. Eng. J., 19(110), 42-53. [In Persian]
[10] Ahmadi, O. & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2021). Simulation of the preparation of thyme essential oil nanoemulsion process using sub-critical water and evaluation of its properties. Iran. J. Biosyst. Eng, 51(4), 705-714. https://doi.org/10.22059/ijbse.2019.285553.665203
[11] Ruiz-Jorge, F., Portela, J., Sánchez-Oneto, J., & Martínez de la Ossa, E. (2020). Synthesis of micro-and nanoparticles in sub-and supercritical water: from the laboratory to larger scales. Appl. Sci, 10(16): 5508.
[12] Mutlu, R.N., Yabalak, E., Acar, A.N., & Gizir, A.M. (2022). Green synthesis of Fe (II, III) oxides nanoparticles in the subcritical water medium and evaluation of their catalytic performance in the oxidation of metoprolol. J. Nanostruct. Chem, 12(1), 79-92.
[13] Chen, X.-Y., Shang, Y.-L., Li, Y.-H., Wang, J.-X., Maimouna, A.G., Li, Y.-X., Zou, D., Foster, N.R., Yun, J., & Pu, Y.J.C.E.J. (2015). Green preparation of uniform prednisolone nanoparticles using subcritical water. Chem. Eng. J, 263, 20-26.
[14] Esmaili, S., Zinsaz, P., Ahmadi, O., Najian, Y., Vaghari, H., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2022). Screening of four accelerated synthesized techniques in green fabrication of ZnO nanoparticles using Willow leaf extract. Z. Phys. Chem. 236(11-12), 1567-1581.
[15] Namdevrao, A.P., Shaikh, M.S., Rajjak, P.R., Balasaheb, L.M., Balasaheb, S.R., Ali, S.P., Hani, U., Alhabardi, S.A., & Siddique, M.U.M. (2025). Formulation and optimization of selenium nanoparticles using passiflora edulis leaf extract: permeation and in vitro release kinetic study. Chem. Biodivers: e202500730. https://doi.org/10.1002/cbdv.202500730
[16] Rossos, A.K., Banti, C.N., Raptis, P.K., Papachristodoulou, C., Sainis, I., Zoumpoulakis, P., Mavromoustakos, T., & Hadjikakou, S.K.J.M. (2021). Silver nanoparticles using eucalyptus or willow extracts (AgNPs) as contact lens hydrogel components to reduce the risk of microbial infection. Molecules, 26(16), 5022. https://doi.org/10.3390/molecules26165022
[17] Kheirabadi, A.C. and Groulx, D. (2015). Simulating phase change heat transfer using comsol and fluent: Effect of the mushy-zone constant. Comput. Therm. Sci., 7(5-6), 427-440. https://doi.org/10.1615/ComputThermalScien.2016014279
[18] Turgay, M.B. & Yazıcıoğlu, A.G. (2018). Numerical simulation of fluid flow and heat transfer in a trapezoidal microchannel with COMSOL multiphysics: A case study. Numer. Heat Transfer A. 73(5), 332-346. https://doi.org/10.1080/10407782.2017.1420302
[19] Fardsadegh, B. & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2019). Aloe vera leaf extract mediated green synthesis of selenium nanoparticles and assessment of their in vitro antimicrobial activity against spoilage fungi and pathogenic bacteria strains. Green Process. Synth. 8(1), 399-407.
[20] Ahmadi, O., Jafarizadeh-Malmiri, H., & Jodeiri, N. (2019). Optimization of processing parameters for hydrothermal silver nanoparticles synthesis using Aloe vera leaf extract and estimation of their physico-chemical and antifungal properties. Z. Phys. Chem. 233(5), 651-667.
[21] Zhao, W., Yang, Y., Bao, Z., Yan, D., & Zhu, Z. (2020). Methods for measuring the effective thermal conductivity of metal hydride beds: A review. Int. J. Hydrogen Energy.
[22] Sayyar, Z. & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2019). Preparation, characterization and evaluation of curcumin nanodispersions using three different methods - novel subcritical water conditions, spontaneous emulsification and solvent displacement. Z. Phys. Chem.
[23] Anarjan, N., Fahimdanesh, M., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2017). β-Carotene nanodispersions synthesis by three-component stabilizer system using mixture design. J. Food Sci. Technol. 54(11), 3731-3736. https://doi.org/10.1007/s13197-017-2764-8
 
 
 
 
دوره 13، شماره 2
بهمن 1404
صفحه 111-124
  • تاریخ دریافت: 19 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری: 10 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش: 25 آبان 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 25 آبان 1404
  • تاریخ انتشار: 01 بهمن 1404