Lignin is one of the main components of wood and plants that acts as a kind of glue providing mechanical strength. It is a main polymer component composed from three phenolic structures, i.e. p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G) and syringyl (S) units. It currently draws a lot of attention due to its eco-friendly. Recently, it has been shown that it is possible to produce lignin nanoparticles, small spherical particle that are composed out of lignin, that could possibly be used to replace the hazardous silver nanoparticles that are today used frequently in numerous applications. Lignin nanoparticles could potenitally also be used as functional coatings, as well as biologically degradable adhesives and float switches. Five samples, of nanoparticles, were investigated in this study. The first contained pure lignin nanoparticles, the second pure silver nanoparticles, and the three remaining samples contained lignin-coated silver nanoparticles, extracted from acetone, tetrahydrofuran (THF), and dimetylformamid (DMF) solvents. All samples were characterized using spectroscopic methods, e.g. infrared- and dark-field imaging, as well as UV-Vis-, fluorescence-, and Raman spectroscopy. In this thesis it was shown that lignin-coated silver nanoparticles exhibit surface plasmon resonance which induces a heat effect upon infrared irradiation. To identify the phenolic structures of lignin, UV-Vis spectroscopy was used. It was found that the spectra of the samples exhibited several intense bands. The objective of the UV-Vis spectroscopy was to examine the absorbance characteristics of the lignin-coated silver nanoparticles. Possible surface plasmon resonance wavelengths were determined, and two of the phenolic structures were identified. In this study, Raman spectroscopy was used to define characteristic bands of the samples. This was done to investigate if the lignin nanoparticles have the same characteristics as bulk lignin. Raman spectroscopy provide structural information of lignin. Furthermore, p-hydroxyphenyl, guaiacyl and syringyl structures could be identified with an excitation wavelength of 532nm. A comparison of the spectra of the lignin-containing samples indicated the the Raman features of the specimens were similar meanwhile almost no signs of silver were present, which might show that the particles were fully covered with lignin. Main lignin bands were identified and assigned. The fluorescent properties of the nanoparticles were investigated by obtaining emission spectra for blue-, green- and UV light excitation. The spectra were deconvoluted into their Gaussian components. Emission spectra were obtained for blue-, green- and UV light excitation. It was found that the fluorescence, after UV light exposure, increased with time of exposure. Dark-field microscopy was used to generate light scattering images of the particles. As a result, optical images with different colors (white, yellow, blue and red) could be revealed. The color information, that is related to the size of the particles, was used to estimate ratios of the different particle sizes. The lignin-coated silver nanoparticles, extracted from acetone, exhibited a strong surface plasmon resonance effect, which could be due to the absorbance at 463nm. The lignin-coated silver nanoparticles, extracted from DMF, exhibited a medium surface plasmon resonance effect, which could be due to the absorbance at 362nm. The lignin-coated silver nanoparticles, extracted from the THF solvent, exhibited a weak surface plasmon resonance effect, which could be due to the absorption at 379-380nm. The pure lignin- and silver nanoparticles merely showed bulk heating but no surface plasmon resonance effect could be detected. / Lignin är en av huvudbeståndsdelarna av trä och plantor som fungerar likt ett lim som ger mekanisk styrka. Lignin är en biopolymer, som består av tre fenylgrupper: p-hydroxifenyl (H), guaiacyl (G) och syringyl (S). På senaste tid har det visat sig att det är möjligt att tillverka lignin nanopartiklar, det är små sfäriska partiklar som är helt gjorda av lignin, som skulle kunna ersätta de miljöfarliga silver nanopartiklarna som i nuläget används i många olika tillämpningar. Lignin nanopartiklar kan potentiellt också användas som funktionella ytbeläggningar, såväl som biologiskt nedbrytbara lim och flottörer. Fem prover, av nanopartiklar, undersöktes i denna studie. Det första provet innehöll lignin nanopartiklar, det andra silver nanopartiklarna, och de tre återstående proverna innehöll ligninbelagda silver nanopartiklar, extraherade från aceton, tetrahydrofuran (THF) och dimetylformamid (DMF). Alla prover karakteriserades med hjälp av spektroskopiska metoder: infraröd- och mörkfältavbildning, liksom UV-Vis-, fluorescens- och Ramanspektroskopi. I denna avhandling visades att ligninbelagda silver nanopartiklar uppvisar ytplasmonsresonans, vilket inducerar en värmeeffekt vid infraröd bestrålning. För att identifiera ligninets fenylgrupper användes UV-Vis-spektroskopi. Det visade sig att spektra från proverna uppvisade flera intensiva band. Målet med UV-Vis-spektroskopin var att undersöka absorptionsegenskaperna hos de ligninbelagda silvernanopartiklarna. Möjliga ytplasmonresonansvåglängder bestämdes och två av fenylgrupperna identifierades. I denna studie användes Ramansspektroskopi för att definiera karakteristiska band för proverna. Detta gjordes för att undersöka om lignin nanopartiklarna har samma egenskaper som bulk lignin. Ramanspektroskopi ger information om ligninets struktur. Vidare identigierades p-hydroxifenyl-, guaiacyl- och syringylstrukturerna med en excitationsvåglängd på 532nm. En jämförelse av spektra för de lignininnehållande proverna indikerade att provernas Raman-kännetecken var liknande medan nästan inga tecken på silver fanns, vilket kan visa att partiklarna var täckta med lignin. Huvudsakliga ligninband kunde identifieras. Fluorescensegenskaperna, hos nanopartiklarna, undersöktes genom de erhållna emissionspektra efter exponering av blå-, grön- och UV-ljus. De erhållna spektra dekonvoluterades till dess gaussiska komponenter. Det visade sig att fluorescensen, efter exponering av UV-ljus, ökade med exponeringstiden. Mörkfältmikroskopi användes för att generera bilder på partiklarna. De resulterade i bilder med olika färger (vitt, gult, blått och rött) som motsvarade olika partikelstorlekar och geometrier. På så sätt kunde färhållandena mellan de olika partikelstorlekarna uppskattas. De ligninbelagda silver-nanopartiklarna, extraherade från aceton-lösningen, uppvisade en stark ytplasmonresonanseffekt, vilket kan bero på absorptionen (från absorptionsspektrat) vid 463nm. De ligninbelagda silver-nanopartiklarna, extraherade från DMF-lösningen, uppvisade en medelstark ytplasmonresonanseffekt, vilket kan bero på absorptionen vid 362nm. De ligninbelagda silver-nanopartiklarna, extraherade från THF-lösningen, uppvisade en svag ytplasmonresonanseffekt, vilket kan bero på absorptionen vid 379-380nm. De rena lignin- och silver-nanopartiklarna uppvisade endast uppvärmning men ingen ytplasmonresonanseffekt.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-79864 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Linder, Kristoffer |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Institutionen för teknikvetenskap och matematik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0024 seconds