Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55116 10.29039/rusjbpc.2022.0538 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ SENSOR COMPOSITE γ-Al2O3 NANOFIBERS / NANODIAMONDS / Cu2+ WITH ENHANCED CATALYTIC ACTIVITY FOR DETECTION OF PHENOLS IN AQUEOUS MEDIUM СЕНСОРНЫЙ КОМПОЗИТ НАНОВОЛОКНА γ-Al2O3 / НАНОАЛМАЗЫ / Cu2+ С УВЕЛИЧЕННОЙ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ФЕНОЛОВ В ВОДНОЙ СРЕДЕ Ронжин Н. О. Ronzhin N. O. roniol@mail.ru Посохина Е. Д. Posokhina E. D. Михлина Е. В. Mikhlina E. V. Рыжков И. И. Ryzhkov I. I. Бондарь В. С. Bondar V. S. ФИЦ КНЦ СО РАН Красноярск Россия FRC KSC SB RAS Krasnoyarsk Russian Federation ФИЦ КНЦ СО РАН Красноярск Россия FRC KSC SB RAS Krasnoyarsk Russian Federation ФИЦ КНЦ СО РАН Красноярск Россия FRC KSC SB RAS Krasnoyarsk Russian Federation ФИЦ КНЦ СО РАН Красноярск Россия FRC KSC SB RAS Krasnoyarsk Russian Federation Сибирский федеральный университет Красноярск Россия Siberian Federal University Krasnoyarsk Russian Federation ФИЦ КНЦ СО РАН Красноярск Россия FRC KSC SB RAS Krasnoyarsk Russian Federation 28 09 2022 28 09 2022 7 3 423 427 20 09 2022 20 09 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55116/view

С помощью химической модификации ионами меди нового композитного материала на основе нановолокон оксида алюминия и наноалмазов в работе получен функционализированный композит нановолокна γ Al2O3 / наноалмазы / Cu2+ с улучшенными сенсорными свойствами для детекции фенолов в водной среде. Химическая модификация композита позволила более чем в два раза увеличить его каталитическую активность в реакции соокисления фенолов с 4-аминоантипирином в присутствии Н2О2. Полученный эффект позволил вдвое снизить порог минимально выявляемой концентрации аналитов при их тестировании с помощью функционализированного композита, что было продемонстрировано на примере детекции фенола и 4-хлорфенола. В работе показано, что полученный композит обеспечивает линейный отклик в широком диапазоне концентраций фенола (0,25–100 мкМ) и 4-хлорфенола (0,5–25 мкМ). Установлено, что адсорбированные на композит ионы Cu2+ прочно связны с его поверхностью, не десорбируются и не инактивируются реагентами реакции соокисления при многократном использовании композита. В модельных экспериментах показана применимость функционализированного композита в качестве многоразового сенсора в ходе последовательного многократного тестирования фенола в водных образцах. В работе также проведены сравнительные исследования кинетики и изотермы адсорбции ионов Cu2+ на композитный материал и матрицу из оксида алюминия, оценена их сорбционная емкость.

A functionalized composite γ-Al2O3 nanofibers / nanodiamond / Cu2+ with improved sensor properties for the detection of phenols in an aqueous medium was obtained by chemical modification with copper ions of a new composite material based on alumina nanofibers and nanodiamonds. The chemical modification of the composite made it possible to increase its catalytic activity more than twice in the co-oxidation of phenols with 4-aminoantipyrine in the presence of H2O2. The obtained effect enabled to reduce the threshold of the minimum detectable concentration of analytes by half when they were tested using a functionalized composite. What was demonstrated by the example of the detection of phenol and 4-chlorophenol. It was shown that the obtained composite provides a linear response in a wide range of concentrations of phenol (0.25–100 μM) and 4-chlorophenol (0.5–25 μM). It is found that the adsorbed Cu2+ ions are firmly bound to composite surface, are not desorbed, and are not inactivated by co-oxidation reagents during repeated use of the composite. The applicability of a functionalized composite as a reusable sensor was shown in model experiments in the course of sequential multiple testing of phenol in aqueous samples. Comparative studies of the kinetics and isotherms of adsorption of Cu2+ ions on a composite material and an alumina matrix, and estimation their sorption capacity were also carried out in the work.

 наноалмазы нановолокна оксида алюминия композит катализатор ионы меди детекция фенолов nanodiamonds alumina nanofibers composite catalyst copper ions phenol detection Исследования выполнены в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (проект № 0287-2021-0016).

Puzyr A.P., Bondar V.S. Method of production of nanodiamonds of explosive synthesis with an increased colloidal stability. RU Patent № 2252192, 2005. Puzyr A.P., Bondar V.S. Method of production of nanodiamonds of explosive synthesis with an increased colloidal stability. RU Patent № 2252192, 2005. Kutuzov M. Method and system for alumina nanofibers synthesis from molten aluminum. US Patent №2013/0192517 A1, 2013. Kutuzov M. Method and system for alumina nanofibers synthesis from molten aluminum. US Patent №2013/0192517 A1, 2013. Ronzhin N.O., Posokhina E.D., Mikhlina E.V., Mikhlin Y.L., Simunin M.M., Tarasova L.S., Vorobyev S.A., Bondar V.S., Ryzhkov I.I. A new composite material based on alumina nanofibers and nanodiamonds: synthesis, characterization, and sensing application. Journal of Nanoparticle Research, 2021, vol. 23, doi: 10.1007/s11051-021-05309-y. Ronzhin N.O., Posokhina E.D., Mikhlina E.V., Mikhlin Y.L., Simunin M.M., Tarasova L.S., Vorobyev S.A., Bondar V.S., Ryzhkov I.I. A new composite material based on alumina nanofibers and nanodiamonds: synthesis, characterization, and sensing application. Journal of Nanoparticle Research, 2021, vol. 23, doi: 10.1007/s11051-021-05309-y. Eremin A.N., Semashko T.V., Mikhailova R.V. Cooxidation of phenol and 4-aminoantipyrin catalyzed by polymers and copolymers of horseradish root peroxidase and Penicillium funiculosum 46.1 glucose oxidase. Applied Biochemistry and Microbiology, 2006, vol. 42, doi: 10.1134/S0003683806040119. Eremin A.N., Semashko T.V., Mikhailova R.V. Cooxidation of phenol and 4-aminoantipyrin catalyzed by polymers and copolymers of horseradish root peroxidase and Penicillium funiculosum 46.1 glucose oxidase. Applied Biochemistry and Microbiology, 2006, vol. 42, doi: 10.1134/S0003683806040119. Chandane P., Ladke J., Jori C., Deshmukh S., Zinjarde S., Chakankar M., Hocheng H., Jadhav U. Synthesis of magnetic Fe3O4 nanoparticles from scrap iron and use of their peroxidase like activity for phenol detection. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2019, vol. 7, doi: 10.1016/j.jece.2019.103083. Chandane P., Ladke J., Jori C., Deshmukh S., Zinjarde S., Chakankar M., Hocheng H., Jadhav U. Synthesis of magnetic Fe3O4 nanoparticles from scrap iron and use of their peroxidase like activity for phenol detection. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2019, vol. 7, doi: 10.1016/j.jece.2019.103083. Pino F., Mayorga-Martinez C.C., Merkoçi A. High-performance sensor based on copper oxide nanoparticles for dual detection of phenolic compounds and a pesticide. Electrochemistry Communications, 2016, vol. 71, doi: 10.1016/j.elecom.2016.08.001. Pino F., Mayorga-Martinez C.C., Merkoçi A. High-performance sensor based on copper oxide nanoparticles for dual detection of phenolic compounds and a pesticide. Electrochemistry Communications, 2016, vol. 71, doi: 10.1016/j.elecom.2016.08.001. Qiu C., Chen T., Wang X., Li Y., Ma H. Application of horseradish peroxidase modified nanostructured Au thin films for the amperometric detection of 4-chlorophenol. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2013, vol. 103, doi: 10.1016/j.colsurfb.2012.10.017. Qiu C., Chen T., Wang X., Li Y., Ma H. Application of horseradish peroxidase modified nanostructured Au thin films for the amperometric detection of 4-chlorophenol. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2013, vol. 103, doi: 10.1016/j.colsurfb.2012.10.017. Abdullah J., Ahmad M., Karuppiah N., Heng L.Y., Sidek H. Immobilization of tyrosinase in chitosan film for an optical detection of phenol. Sensors and Actuators B: Chemical, 2006, vol. 114, doi: 10.1016/j.snb.2005.06.019. Abdullah J., Ahmad M., Karuppiah N., Heng L.Y., Sidek H. Immobilization of tyrosinase in chitosan film for an optical detection of phenol. Sensors and Actuators B: Chemical, 2006, vol. 114, doi: 10.1016/j.snb.2005.06.019. Kolahchia N., Braiekb M., Ebrahimipoura G., Ranaei-Siadatc S.O., Lagarde F., Jaffrezic-Renault N. Direct detection of phenol using a new bacterial strain-based conductometric biosensor. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2018, vol. 6, doi: 10.1016/j.jece.2017.12.023. Kolahchia N., Braiekb M., Ebrahimipoura G., Ranaei-Siadatc S.O., Lagarde F., Jaffrezic-Renault N. Direct detection of phenol using a new bacterial strain-based conductometric biosensor. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2018, vol. 6, doi: 10.1016/j.jece.2017.12.023. Congur G., Gul U.D. Phenol monitoring in water samples using an inexpensive electrochemical sensor based on pencil electrodes modified with DTAB surfactant. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2021, vol. 9, doi: 10.1016/j.jece.2021.105804. Congur G., Gul U.D. Phenol monitoring in water samples using an inexpensive electrochemical sensor based on pencil electrodes modified with DTAB surfactant. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2021, vol. 9, doi: 10.1016/j.jece.2021.105804.