Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ********* NGUYỄN THỊ ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC VÀ ỨNG DỤNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành:Hoá Công Nghệ Môi Trường Người hướng dẫn khoa học TS.NGÔ TRỊNH TÙNG Hà Nội - 2012 Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội MỞ ĐẦU Những năm gần đây, công nghệ nano ngành thuộc lĩnh vực khoa học công nghệ mới, phát triển nhanh chóng tạo nên bước đột phá ngành điện tử, tin học, y sinh học, môi trường ứng dụng rộng rãi đời sống Với phát triển khoa học công nghệ nano, người tiến hành chế tạo kim loại bạc kích thước nano để nâng cao khả diệt khuẩn phạm vi ứng dụng bạc Ở kích thước nano bạc thể tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt vô quý giá, đặc biệt tính kháng khuẩn, chống nấm đặc biệt mà không độc hại với thể người môi trường Nhờ khả kháng khuẩn mà giới xuất nhiều sản phẩm có sử dụng nano bạc làm chất diệt khuẩn, khử mùi Việt Nam nước nhiệt đới gió mùa thuận lợi cho vi khuẩn sinh sôi phát triển, nên việc tìm biện pháp ngăn ngừa vi khuẩn có hại để bảo vệ cộng đồng cần thiết, xã hội quan tâm Đây hướng nghiên cứu Việt Nam Khoá luận này,chúng chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc ứng dụng” Các nội dung đề sau: Chế tạo hạt nano bạc với nồng độ 0,1 tới 1% Nghiên cứu, khảo sát tính chất, yếu tố công nghệ đến cấu trúc hạt nano bạc tỷ lệ thành phần, chủng loại chất khử phân tích nhiễu xạ Tia X, chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua(TEM), kính hiển vi điện tử quét(SEM), quang phổ hấp thụ UV-Vis, phân tích nhiệt(TGA) Nghiên cứu khả diệt khuẩn nano bạc Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công nghệ nano 1.1.1 Khái niệm đời công nghệ nano 100 nm Kích thước nano (8x) 1000 Å Hạt nhân tế bào Mamallan (10x) Dạng vi khuẩn 10 Å Immunoglobin Các hạt nano Virut pollo Fulleren-C60 (100x) Erythrocyle (Tế bào hồng cầu) Nguyên tử 0,26 0,04 Cs Rb K Na Li H Hình1.1.So sánh kích thước nano tinh thể với loại vi khuẩn, virus phân tử Thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) xuất từ năm 70 kỷ XX,chỉ việc nghiên cứu, học tập , tổng hợp sử dụng loại vật liệu có kích thước nano mét Tiền tố nano xuất tài liệu khoa học lần vào năm 1908, Lohman sử dụng để sinh vật nhỏ với đường kính 200nm Năm 1974, Tanigushi lần sử dụng thuật ngữ công nghệ nano hàm ý liên kết vật liệu cho kỹ thuật xác tương lai Tổ chức Nanotechnology Initiative Mỹ định nghĩa công nghệ nano: “là thứ liên quan đến cấu trúc có kích thước nhỏ 100nm”, liên quan đến công nghệ chế tạo cấu trúc vi hình mạch vi điện tử Độ xác Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội đòi hỏi cao, từ 0,1 đến 100 nm, tức phải xác đến lớp nguyên tử, phân tử Mặt khác trình vi hình hoá linh kiện đòi hỏi người ta phải nghiên cứu lớp mỏng có bề dày cỡ nm, sợi mảnh có bề ngang cỡ nm, hạt có đường kính cỡ nm Phát hàng loạt tượng, tính chất mẻ, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác để hình thành chuyên ngành có gắn thêm chữ nano Hơn nữa, việc nghiên cứu trình sống xảy tế bào cho thấy sản xuất chất sống protein, thực việc lắp ráp vô tinh vi, đơn vị phân tử với mà thành, tức phạm vi công nghệ nano 1.1.2 Cơ sở khoa học công nghệ nano Khoa học nano nghiên cứu vấn đề vật lý học, hoá học, sinh học cấu trúc nano Dựa kết khoa học nano đến nghiên cứu ứng dụng cấu trúc nano Công nghệ nano dựa sở khoa học chủ yếu sau: + Hiệu ứng kích thước lượng tử : Các hệ bán dẫn thấp chiều hệ có kích thước theo một, hai ba chiều so sánh với bước sóng DeBroglie kích thước tinh thể Trong hệ này, kích thước (như điện tử, lỗ trống, exciton) chịu ảnh hưởng giam giữ lượng tử chuyển động bị giới hạn dọc theo trục bị giam giữ Hiệu ứng giam giữ lượng tử quan sát thông qua dịch đỉnh phía sóng xanh phổ hấp thụ với giảm kích thước hạt Khi kích thước hạt giảm tới gần bán kính Bohr exciton, có thay đổi mạnh mẽ cấu trúc điện tử tính chất vật lý + Hiệu ứng kích thước : Các đại lượng vật lý thường đặc trưng số đại lượng vật lý không đổi, ví dụ độ dẫn điện kim loại, nhiệt độ nóng chảy, từ độ bão hoà vật liệu sắt từ Nhưng đại lượng đặc Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội trưng không đổi kích thước vật đủ lớn thang nano Khi giảm kích thước vật xuống đến thang nano, tức vật trở thành cấu trúc nano đại lượng đặc trưng nói không bất biến nữa, ngược lại chúng thay đổi theo kích thước gọi hiệu ứng kích thước Sự giảm theo kích thước giải thích vai trò tán xạ điện tử bề mặt tăng bề dày lớp nano giảm + Hiệu ứng bề mặt :Các cấu trúc nano có kích thước theo chiều nhỏ nên chúng có diện tích bề mặt đơn vị thể tích lớn Hiệu ứng bề mặt thường liên quan đến trình thụ động hoá bề mặt, trạng thái xạ bề mặt sức căng bề mặt vật liệu Một số tính chất đặc biệt vật liệu cấu trúc nano có nguyên nhân tương tác điện - từ chúng qua lớp bề mặt hạt nano cạnh Lực tương tác nhiều trường hợp lớn lực tương tác Van der Waals Đường kính Diện tích/g 1cm 3cm2 1mm 30cm2 Bảng 1.1: Diện tích bề 100 m 300cm2 mặt hạt cầu thay đổi 10 m 3000cm2 theo kích thước hạt Ở m 3m2 có giả thiết khối 100nm 30m2 lượng riêng hạt cầu 10nm 300m2 g/cm3 1nm 3000m2 1.1.3 Ý nghĩa khoa học nano công nghệ nano Khoa học công nghệ nano : Có ý nghĩa quan trọng hấp dẫn lý sau đây: - Tương tác nguyên tử điện tử vật liệu bị ảnh hưởng biến đổi phạm vi thang nano Do đó, làm thay đổi cấu hình Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội thang nano vật liệu ta "điều khiển" tính chất vật liệu theo ý muốn mà không cần phải thay đổi thành phần hoá học Ví dụ thay đổi kích thước hạt nano làm cho chúng đổi màu ánh sáng phát thay đổi hạt nano từ tính để chúng trở thành hạt đômen tính chất từ thay đổi hẳn - Vật liệu nano có diện tích mặt cao nên chúng lý tưởng để dùng vào chức xúc tác cho hệ phản ứng hoá học, hấp phụ, nhả thuốc chữa bệnh từ từ thể, lưu trữ lượng liệu pháp thẩm mỹ - Vật liệu có chứa cấu trúc nano cứng hơn, lại bền so với vật liệu mà không hàm chứa cấu trúc nano Các hạt nano phân tán thích hợp tạo vật liệu compozit siêu cứng - Tốc độ tương tác truyền tín hiệu cấu trúc nano nhanh cấu trúc micro nhiều sử dụng tính chất ưu việt để chế tạo hệ thống nhanh với hiệu sử dụng lượng cao - Vì hệ sinh học có tổ chức vật chất thang nano, nên phận nhân tạo, dùng tế bào, có tổ chức cấu trúc nano bắt chước tự nhiên chúng dễ tương hợp sinh học Điều quan trọng cho việc bảo vệ sức khoẻ 1.1.4 Công nghệ hoá học nano TOP - DOWN BOTTOM - UP Hình 1.2 Công nghệ chế tạo vật liệu cấu trúc nano Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Vật liệu nano bột rời có kích thước hạt từ 0,1 nanomet đến 100 nanomet, vật liệu khối cấu tạo từ hạt có kích thước nanomet Trong công nghệ nano có phương thức từ xuống (topdown) chia nhỏ hệ thống lớn để cuối tạo đơn vị có kích thước nano phương thức từ lên (bottom-up) lắp ghép hạt cỡ phân tử hay nguyên tử lại để thu kích thước nano Đặc biệt, gần việc thực công nghệ nano theo phương thức bottom-up trở thành kỹ thuật tạo hình thái vật liệu mà loài người mong ước nên thu hút nhiều quan tâm.Các phương pháp từ xuống sử dụng nano bạc chế tạo phương pháp thường có kích thước hạt lớn không đồng Hiện vật liệu kim loại nano vàng (Au), Sắt (Fe), đồng (Cu), bạc (Ag) dạng bột hay dung dịch keo 1.2 Tổng quan nano-kim loại bạc 1.2.1 Giới thiệu hạt nano kim loại- Hệ keo 1.2.1.1 Các hạt nano kim loại Các hạt nano kim loại biết đến từ lâu Người ta tìm thấy hạt kim loại vàng bạc thuỷ tinh từ 2000 năm trước dạng hạt nano Chúng sử dụng làm chất tạo màu, thường dùng cửa kính nhà thờ Năm 1831, Michael Faraday nghiên cứu chứng minh màu sắc đặc biệt hạt kim loại kích thước nhỏ chúng trạng thái cấu trúc chúng mang lại 1.2.1.2 Hệ keo Hệ keo hệ phân tán mà pha phân tán bao gồm hạt có kích thước từ 10-9 10-7m Hệ keo trạng thái phân tán chất chất Như chất tồn trạng thái phân tán keo, tạo điều kiện thích hợp Để phân loại hệ keo, người ta thường dựa vào độ phân tán để phân loại cách khái quát Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Ngoài ra, theo trạng thái tập hợp môi trường phân tán người ta phân thành keo lỏng, keo rắn, keo khí; Theo tương tác với môi trường, người ta phân thành keo kị lỏng, keo ưa lỏng Trong nghiên cứu hoá keo người ta phân hệ thành son, gel Son hệ phân tán keo hạt keo tương tác liên hệ chúng với Gel hệ mà hạt có tương tác ràng buộc chúng liên hệ 1.2.2 Phương pháp chế tạo nano kim loại bạc Người ta sử dụng quy trình khác điều kiện khác nhau: chất đầu, phương pháp, điều kiện lọc, rửa, sấy, nung…để điều chế bạc nano với kích cỡ khác để phục vụ cho mục đích khác Nói chung, giống vật liệu nano khác, bạc nano chủ yếu tổng hợp hai phương pháp vật lý phương pháp hóa học Ở đây,chúng đề cập đến số phương pháp điển hình biết rộng rãi giới 1.2.2.1 Phương trình tổng quát điều chế kim loại bạc Thông thường kim loại bạc điều chế từ muối bạc (thường AgNO3) phản ứng khử Tác nhân khử anđehit có công thức chung RCHO Trong người ta hay sử dụng andehit focmic (HCHO) đường glucôzơ (C6H12O6) RCHO + 2Ag+ 2Ag + RCOONH4 + 2NH4+ + 3NH3 + H2O RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O 2Ag + RCOONH4 + 2NH4NO3 * Trong trường hợp ta sử dụng tác nhân khử andehit focmic: HCHO + 4AgNO3 + 6NH3 + 2H2O 4Ag + (NH4 )2 CO3 + 4NH4NO3 Đây phương trình viết gộp phản ứng: * AgNO3 + 3NH3 + H2O Ag(NH3)2OH + NH4NO3 + 2Ag(NH3)2OH 2Ag + HCOO-NH4+ + 3NH3 + H2O * HCOO-NH4+ + 2Ag(NH3)2OH 2Ag + (NH4 )2 CO3 + 3NH3 + H2O * HCHO Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội * Trong trường hợp ta sử dụng tác nhân khử đường glucozơ: CH2OH-(CHOH)4-CHO + 2Ag(NH3)2OH CH2OH-(CHOH)4-COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O 1.2.2.2 Sử dụng chất hoạt động bề mặt chế tạo nano kim loại bạc Thông thường, nano bạc chế tạo dạng hệ keo nano phương pháp sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong đó, cấu tạo mixen hạt keo nano bạc bao gồm: - Nhân trung hoà điện tích: Là tập hợp nguyên tử bạc có cấu trúc tinh thể Số nguyên tử tập hợp thành hạt keo nhiều kích thước hạt keo lớn - Điện tích hạt keo nano bạc : Bề mặt hạt keo hấp phụ ion Ag+ dung dịch tạo lớp ion tạo Những ion đối (xNO3-, RCOO- ) phân bố vùng: Trong lớp Hemhon phần lại nằm lớp khuếch tán Nhân, lớp tạo lớp Hemhon tạo thành hạt keo nano Bạc Hạt keo lớp khuếch tán tạo thành mixen NO NO NO NO - NO - - Ag Ag+ + Ag+ NO - - NO Ag+ Ag+ Ag - NO - + NO - NO - Ag+ NO NO - Ag Ag+ - Ag+ + NO - NO Ag Ag+ Ag Ag+ + NO + Ag Ag + -NO NO Ag+ Ag+ Ag NO 3 NO - NO - + Ag+ Ag+ Ag + NO - Ag Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ + + + Ag Ag Ag NO - - NO - Hình 1.8: Cấu tạo mixen hạt bạc chất hoạt động bề mặt mAgnAg+(n-x)NO3- xNO3- Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học NO - Cấu tạo mixen hạt keo nano bạc có bảo vệ chất hoạt động bề mặt Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Trong trình khử ion Ag+ thành Ag, bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ dung dịch tạo lớp ion tạo dương bề mặt Chất hoạt động bề mặt dạng RCOO- (R gốc hydrocacbon) bị hấp phụ lên bề mặt lớp ion tạo Nhờ vậy, hạt keo trở nên bền vững không bị keo tụ lại với Sự có mặt chất hoạt động bề mặt giúp cho hạt keo vừa có tính ưa nước vừa có tính ưa dầu Do đó, hạt keo nano bạc phân tán tốt bền vững môi trường phân cực môi trường không phân cực Hình 1.4: Sự hình thành lớp ion oleate bề mặt hạt nano bạc 1.2.2.3 Độ bền hệ keo nano bạc Đứng mặt động học mà xét hệ keo không bền Thông thường hệ keo không nằm vị trí cân nhiệt động, tác động bên khác, hệ keo có khuynh hướng chuyển trạng thái bền vững giảm bề mặt hệ, thể keo tụ hệ keo Tuy nhiên, keo tụ xảy tức khắc mà diễn khoảng thời gian xác định Đối với hệ keo chất khác nhau, thời gian keo tụ khác Nói cách khác, tốc độ keo tụ hệ keo khác Như vậy, đứng mặt động học mà xét hệ keo tồn khoảng thời gian đó, lúc hệ keo bền … + Những phương pháp làm cho hệ keo bền vững Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 10 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ RCOOH/Ag+ Qua nghiên cứu mẫu sử dụng chất hoạt động bề mặt axit oleic, tác nhân khử đường glucozơ, nồng độ bạc 1%, tỷ lệ mol axit/Bạc tương ứng 0.1; 0.2; 0.5; 1; cho thấy: + Khi tỷ lệ mol axit/bạc tăng, hạt nano bạc có kích thước nhỏ đồng + Khi nồng độ axit béo keo nano bạc thấp làm giảm độ nhớt hệ keo khiến cho hệ keo trở nên bền +Việc tăng tỷ lệ mol axit/bạc làm tăng chi phí nguyên liệu (axit oleic), làm giảm hàm lượng bạc kim loại nano bạc dẫn tới giảm độ dẫn điện nano bạc Do tuỳ theo mục đích sử dụng nano bạc mà ta chọn tỷ lệ mol axit/bạc phù hợp Thông thường chọn tỷ lệ mol axit/bạc=1 3.2 Nghiên cứu cấu trúc nano bạc nhiễu xạ tia X (XRD) Kết phân tích sản phẩm nhiễu xạ tia X cho thấy mẫu phân tích có cấu trúc tinh thể kim loại bạc Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu D5 Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 43 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Dựa vào phương trình Scherrer ta tính kích thước hạt tương đối mẫu D5: 0, cos = 0,154 nm; = 19,20 Độ bán rộng peak đặc trưng: 1.25 3.14 180 0.014radian , 9.0 ,154 0.014 cos19, 10nm Vậy kích thước hạt tương đối mẫu D5 10 nm Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ XRG mẫu C5 Kích thước hạt tương đối mẫu C5: = 0,154 nm; = 19,20 Độ bán rộng peak đặc trưng: Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 44 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 1,1 1.25 3.14 180 0,01535radian Vậy kích thước hạt tương đối mẫu C5 nm 3.3 Nghiên cứu hình thái nano bạc kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Qua nghiên cứu hình dạng hạt nano bạc kính hiển vi điện tử truyền qua cho thấy điều kiện thích hợp (ứng với mẫu C5 D5), hạt nano bạc có kích thước đồng khoảng từ nm (trung bình 5nm ) Các kết minh chứng ảnh TEM mẫu C5 D5 hình 3.3, 3.4 Như kích thước hạt thực tế nhỏ so với kích thước tương đối hạt nano bạc tính toán theo phương trình Scherrer phổ XRD Kết cho thấy hạt nano bạc mẫu C5 (chất hoạt động bề mặt axit myristic) có kích thước hạt nhỏ đồng hạt nanô bạc mẫu D5(chất hoạt động bề mặt axit oleic) Kết chụp ảnh TEM cho thấy khoảng cách hạt nano bạc vào khoảng 3nm, tức tương đương với hai lần chiều dài mạch alkyl chất hoạt động bề mặt Điều chứng tỏ có lớp đơn phân tán chất hoạt động bề mặt bao quanh tâm hạt nano bạc Những kết chứng tỏ chất hoạt động bề mặt bảo vệ có hiệu hạt nano bạc giữ ổn định hệ keo bạc Hình 3.3 ảnh TEM mẫu C5 cho thấy hạt nano bạc đồng với kích thước hạt thay đổi từ 3,5 tới nm Các hạt nano bạc hoàn toàn tách rời khỏi Hình 3.4 ảnh TEM mẫu D5 cho thấy hạt nano bạc đồng với kích thước hạt thay đổi từ tới nm Các hạt nano bạc hoàn toàn tách rời khỏi Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 45 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.3: Ảnh TEM nguyên mẫu C5 Hình 3.4: Ảnh TEM nguyên mẫu D5 Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 46 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 3.4 Nghiên cứu hình thái nano bạc kính hiển vi điện tử quét (SEM) Kết chụp ảnh SEM không thực rõ ràng kích thước hạt nano bạc nhỏ dù chụp hệ FE-SEM chưa đủ độ phân giải để nhìn hình thái bề mặt hạt nano bạc cách rõ ràng Trên hình 3.5 ảnh SEM mẫu D5, không rõ ràng ta thấy hạt nano bạc đồng Ta quan sát thấy hạt nano bạc có kích thước 10 nm Kết hoàn toàn phù hợp với kết chụp ảnh TEM trình bày phần Hình 3.5: Ảnh SEM mẫu D5 Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 47 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.6: Ảnh SEM mẫu A5 Hình 3.7: Ảnh SEM mẫu B5 Trên hình 3.6 3.7 ảnh SEM mẫu A5 B5 ứng với nồng độ hạt nano bạc 1% sử dụng tác nhân khử andehit focmic, hạt nano bạc có kích thước không đồng cỡ vài chục nm Kết phù hợp với thực nghiệm hệ keo mẫu sử dụng tác nhân khử andehit focmic có mầu nâu đỏ thường xảy tượng tráng bạc lên thành bình Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 48 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội trình thực phản ứng khử Trong trình bảo quản, hệ keo thường bị keo tụ phần 3.5 Nghiên cứu cấu tạo tính chất nano bạc phổ UV - VIS Kết nghiên cứu phổ UV-VIS với dải sóng từ 190 tới 800 nm cho đỉnh hấp thụ khoảng 420 nm hạt nano bạc Hình 3.8 phổ UV-VIS hệ keo nano bạc phân tán tôluen mẫu C5 Trong dải bước sóng từ 350 tới 700nm, hệ keo có đỉnh hấp thụ 420,5 nm Hình 3.9 phổ UV-VIS hệ keo nano bạc phân tán nước mẫu D5 Trong dải bước sóng từ 200 tới 500nm, hệ keo có ba đỉnh hấp thụ 203,36nm; 271,20 nmvà 417,44nm Trong có đỉnh hấp thụ 417,44nm nano bạc Sự thay đổi đỉnh hấp thụ phổ UV-VIS màu sắc hệ keo có liên quan đến kích thước mật độ hạt keo Các hạt kích thước nhỏ từ - 10 nm hệ keo thường cho màu vàng sáng, chúng hấp thụ bước sóng ngắn khoảng 400 nm Các hạt có kích thước lớn thường chuyển dần sang màu nâu đen hấp thụ bước sóng dài (500 - 800 nm) Ngoài ra, theo số tác giả, dịch đỉnh hấp thụ phía bước sóng ngắn phổ UV-VIS liên quan tới phối tử chất hoạt động bề mặt bao bọc quanh hạt nano bạc Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 49 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.8: Phổ UV-VIS hệ keo nano bạc phân tán toluen mẫu C5 Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 50 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.9: Phổ UV-VIS hệ keo nano bạc phân tán nước mẫu D5 3.6 Nghiên cứu thành phần nano bạc phƣơng pháp phân tích nhiệt (TGA) Nghiên cứu thành phần mẫu bột nano bạc phương pháp phân tích nhiệt (TGA) cho kết tương đối giống Do nhiệt độ nóng chảy kim loại bạc 9600C, nên để tránh làm hỏng cốc phân tích (cốc platin) thực phép phân tích nhiệt khoảng từ nhiệt độ phòng tới 9000C, bước quét 100C/ phút Trên hình 3.12 giản đồ phân tích nhiệt mẫu D5 Từ nhiệt độ phòng 1500C, khối lượng mẫu không thay đổi Từ nhiệt độ 2000C - 2500C khối lượng mẫu giảm nhanh chóng, Trên đường vi phân DrTGA cho thấy tốc độ mát khối lượng lớn 207 0C Cho tới 3000C, khối lượng mẫu giảm 9,529% Trong khoảng nhiệt độ Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 51 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội từ 3000C tới 9000C tốc độ giảm khối lượng mẫu đồng thể đường phân tích nhiệt đường vi phân DrTGA Từ 300 0C tới 9000C khối lượng mẫu bị mát thêm 6.139 % Như vậy, 900 0C tổng khối lượng mẫu bị mát so với khối lượng ban đầu 15,668% Như xác định thành phần bột nano bạc có khoảng 84% kim loại bạc, 16% lại chất hoạt động bề mặt bao quanh hạt bạc có nhiệm vụ giữ cho hạt không bị co cụm lại với Từ thành phần ta suy tỷ lệ Ag: ligand oleat 14: Hình 3.10 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu D5 Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 52 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 3.7 Một số tính chất đặc trƣng sản phẩm nano bạc Keo nano bạc tổng hợp có màu sắc khác phụ thuộc vào điều kiện chế tạo nồng độ hệ keo Ở nồng độ cao (từ 1%) keo nano bạc có màu nâu đen, pha loãng hệ keo có màu vàng sáng Với hệ keo chế tạo điều kiện khác theo chiều giảm nồng độ phản ứng, hệ keo nano bạc chuyển từ màu vàng - đỏ sang màu vàng sáng, màu vàng xanh, cuối màu xanh nồng độ thấp Bảng 3.4: Một số tính chất đặc trưng hệ keo nano bạc Hệ keo nano bạc phân tán Hệ keo nano bạc phân tán Tính chất nước toluen Màu vàng sáng nồng độ Màu sắc thấp (nâu đen nồng độ cao) Nồng độ bạc (ppm) Độ nhớt (cps, 250 C) 100 phân tán Tỷ trọng (g/cm3) cao) 100 10.000 10 0.7 10 14 trung bình (nm) Các môi trường thấp (nâu đen nồng độ Kích thước hạt pH 50.000 Màu vàng sáng nồng độ PVA, EVA, Acrylic 1,05 ~ Epoxy 0,866 0,88 Với hệ keo chế tạo điều kiện thích hợp, hệ keo bạc hoàn toàn đồng thể không xảy tượng keo tụ sau nhiều tháng Các hệ keo Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 53 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội nano bạc thường có độ nhớt cao yếu tố cần thiết để giữ cho hệ keo bền vững Bột nano bạc có màu đen, ánh bạc giống màu graphit Bột nano bạc phân tán tốt dung môi hữu benzen, toluen 3.8 Phân tán nano bạc polyme Các hạt nano bạc phân tán polyme PVA, acrylic, epoxy, nylon6 Kết thu cho thấy nano bạc phân tán polyme dấu hiệu co cụm hay tách pha Màng PVA chứa nano bạc có màu vàng sáng suốt (Thay màu trắng màng PVA tinh khiết) Nhựa epoxy chứa nano bạc chuyển từ màu trắng sang màu vàng sáng Các hạt nylon6 chứa nano bạc có màu vàng nâu Việc phân tán thành công nano bạc loại dung môi polyme mở khả đưa nano bạc vào nhựa, sơn, cao su để làm chất dẫn điện khử trùng (dùng để làm loại đồ hộp, tủ lạnh, máy giặt, điều hoà không khí có khả kháng khuẩn khử mùi) Thực nghiệm cho thấy hạt nano bạc dễ dàng thấm sâu vào vải, giấy tạo loại vải giấy có tính dẫn điện khử trùng Ta sử dụng chúng cho mục đích bảo quản thực phẩm khử mùi Đây hướng áp dụng giàu triển vọng thực Việt Nam Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 54 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội KẾT LUẬN Đề tài “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc ứng dụng ” thu kết sau: Đã chế tạo keo nano bạc phân tán bền vững môi trường nước với nồng độ từ 0,1 tới 1%; xác định điều kiện thích hợp cho phản ứng khử, là: + Tác nhân khử đường glucôzơ + Chất hoạt động bề mặt axit myristic axit oleic (hai chất có ưu điểm riêng, mà tuỳ trường hợp mà ta định nên sử dụng chất hoạt động cho phù hợp) + Nồng độ kim loại bạc hệ keo 1% + Tỷ lệ mol axit/bạc chọn theo mục đích sử dụng Thông thường chọn tỷ lệ mol axit/bạc=1 Phản ứng thực nhiệt độ phòng, thường hoàn thành sau Kích thước hạt nano bạc thu dao động khoảng 10nm trình hợp lý có khả sử dụng thực tế Đã tiến hành keo tụ thu bột nanô bạc Bột nano bạc dễ dàng phân tán trở lại dung môi hữu benzen, toluen Từ ta thu keo nano bạc phân tán dung môi hữu Phân tán thành công nano bạc loại polyme thông dụng PVA, acrylic, epoxy, nylon6 Kết mở triển vọng ứng dụng nano bạc làm chất diệt trùng chất dẫn điện thiết bị đồ gia dụng Đã tiến hành phân tích xác định hình thái, cấu trúc tính chất sản phẩm nano bạc ảnh SEM, TEM, phổ UV-VIS, nhiễu xạ tia X phép phân tích nhiệt vi sai Kết thu chứng minh cách chắn kích thước nanô (3,5 nm) hạt kim loại bạc Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 55 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2004),"Công nghệ nano điều khiển đến phân tử nguyên tử ", Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Hoàng Hải (2007), Hạt nano kim loại, http//www.vatlyvietnam.org tập 1, số Hoàng Mai Hà (2005), “Chế tạo nano bạc, nghiên cứu hình thái, cấu trúc tính chất đặc trưng ’’, luận văn thạc sĩ Từ Văn Mặc (1995) "Phân tích hoá lý", Nhà xuất KHKT Hà Nội Nguyễn Hữu Phú, Phạm Ngọc Thanh, Đinh Văn Hoan (1971), “Giáo trình hoá lý hoá keo”, Khoa Đại học chức xuất Nguyễn Ngọc Tú(2009), “Nghiên cứu gel nước thông minh nhạy pH lai nano bạc”, khóa luận tốt nghiệp đại học quy Những ứng dụng nano bạc đời sống, http://www.hoahocngaynay.com Kính hiển vi điện tử, http://www.mientay.vn.com TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH Anson, (2005), "Antibacterial Gel\ Features of Anson Nano Antibacterial Gel", http://www.ansonano.com/english/gel_feature 10 BluebestItalia SRL, (2005) "Nanosilver", http://www.nanosilver.it/ita/ applicazioni htm 11 J Jeffrey Brinker and George W.Scherer, (2003), "Sol-gel Science" 12 Kenneth J Klabunde (2001), "Nanoscale materials in chemistry", A John Wiley& Sons, Inc., Publication 13 Kim Young-hwan (2/2005), Study of Nano Silver & Applications, Naul Incorporation, 307 High-tech Center Daechon-dong, buk-gu, Gwangju, Korea Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 56 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 14 Limpid,(2005)"Nanosilver,photocatalyst and Nanocomposite Material1.htm", http:// www.nanocomposite.net/ 15 Myung-Han Lee, Seong-Geun Oh, Kyung-Do Suh, Deok-Geun Kim, Daewon Sohn (April 2002), “Preparation of silver nanoparticles in hexagonal phase formed by nonionic Triton X-100 surfactant”, www.Elsevier.com 16 Sukdeb Pal, Yu Kyung Tak,Joon Myong Song.”Does antibacterial activity of silver nanoparticle depend on shape of nanoparticle?” A study on Gram-negative E coli 17 Journal of Nanobiotechnology http://www.jnanobiotechnology.com/content/ Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 57 [...]... do năng lượng bề mặt hạt nano lớn, nên các hạt nano bạc sẽ va chạm vào nhau và phá vỡ cấu trúc nano Vì vậy chúng ta cũng cần tìm nồng độ thích hợp để các hạt phân bố đồng đều, và tránh kết tủa 1.3 Ứng dụng của nano bạc Lớp bảo vệ điện từ Chốn tĩnh điện Kháng khuẩn Tính dẫn điện Nano bạc Hoạt tính Dẫn điện Tiệt trùng Khử mùi Hình 1.10 Những ứng dụng của nano bạc Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 23... 1.0 2.0 2.3 Chế tạo bột nano bạc Từ keo nano bạc phân tán trong nước thu được sau khi thực hiện phản ứng khử, để chế tạo được nano bạc dạng bột, ta cho vào keo bạc một lượng axeton tương đương với lượng nước trong keo bạc và khuấy đều Các hạt bạc sẽ bị kết tủa rất nhanh và hoàn toàn Lọc rửa kết tủa bằng axeton khoảng 3 lần sau đó đem sấy khô ta thu được bột nano bạc Bột nano bạc này dễ dàng phân tán... khuẩn hạt nano bạc Kích thước, hình dạng hạt, nồng độ và sự phân bố là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính kháng khuẩn của hạt nano bạc + Kích thước hạt nano bạc là yếu tố quan trọng quyết định khả năng diệt khuẩn của chúng Hạt nano bạc có kích thước càng nhỏ thì khả năng diệt khuẩn của chúng càng mạnh, vì khi ở kích thước càng nhỏ thì tỉ số giữa diện tích bề mặt và thể tích càng lớn và hạt cũng... giác,… Và sự thể hiện của các hạt nano bạc với cùng nồng độ, sự phân bố nhưng với các hình dạng khác nhau là không giống nhau Các hạt nano bạc có hình tam giác cụt tính kháng khuẩn cao hơn các hạt hình cầu và các hạt nano que có tính kháng khuẩn thấp nhất + Keo nano bạc có nồng độ càng cao và sự phân bố đều thì khả năng diệt khuẩn càng tốt Tuy nhiên khi nồng độ quá cao, do năng lượng bề mặt hạt nano. .. khuẩn của nano bạc và tác dụng lọc mùi, lọc khí độc của than hoạt tính, khẩu trang nano bạc được sản xuất hứa hẹn ngăn ngừa cúm A/ H1N1 Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 26 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Sợi Tất dệt Vải khử mùi Khăn Khăn ướt Tất đi trong nhà Tất Hình 1.15: Các sản phẩm khăn tất có chứa nano bạc  Ứng dụng trong y tế Tạp chí Nanobiotechnology đưa ra nghiên cứu và chứng minh... làm vật liệu dẫn điện và vật liệu kháng khuẩn, khử trùng, khử mùi Nguyễn Thị Anh - K34A - Khoa Hóa học 34 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Bảng 2.6 : Số gam keo nano bạc cần thiết pha vào 1000 gam polyme để chế tạo ra các loại polyme có hàm lượng bạc tương ứng (từ 10 đến 100 ppm) Nồng độ hạt nano bạc Số gam keo Số gam keo Số gam keo trong nền polyme nano bạc nano bạc nano bạc (ppm) 0, 05 % 0,... cơ học 1.2.2.5 Phân tán nano bạc trong polymer Nano bạc có thể phân tán trong polyme bằng nhiều cách khác nhau như: + Phân tán nano bạc trong polyme nóng chảy và khuấy trộn mạnh (có thể sử dụng rung siêu âm) + Hoà tan polyme trong một loại dung môi thích hợp rồi cho nano bạc phân tán vào Cho bay hơi dung môi ta thu được nanô bạc phân tán trong polyme + Khử trực tiếp muối bạc trong polyme (dạng nhũ... năng kháng khuẩn xuất hiện cả ở bạc kim loại, bạc ion và bạc nano bởi chúng đều có thể giải phóng ion bạc ra môi trường, và chính những ion này đóng vai trò là chất diệt khuẩn Nhưng khi ở trạng thái bạc khối, lượng ion bạc được giải phóng ra là rất ít, còn nếu sử dụng dung dịch ion bạc để diệt khuẩn thì thời gian tác dụng ngắn do tính không bền của ion bạc Còn ở trạng thái nano, với diện tích bề mặt riêng... 1.17 các thiết bị điện tử sử dụng nano bạc Trong xây dựng sử dụng sơn nano bạc có khả năng tự diệt khuẩn chống bám bẩn, dễ lau chùi Bột nano bạc được trộn với sơn và phủ lên các phím điện thoại di động, tường nhà và các bề mặt cần được bảo vệ Với khả năng kháng khuẩn tuyệt vời nano bạc sẽ giữ cho bề mặt không bị nhiễm khuẩn cũng như tiêu diệt nấm mốc làm tăng tính thẩm mỹ và tuổi thọ công trình Trong... myristic và axit oleic, chúng tôi đã tiến hành chế tạo các mẫu keo nano bạc với nồng độ(%) nano bạc thay đổi từ 0.1 tới 1% Nồng độ và khối lượng cụ thể của các tác nhân tham gia phản ứng được cho trong các bảng 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của Tỷ lệ RCOOH/Ag+ Để nghiên cứu ảnh hưởng của loại tác nhân khử, loại chất hoạt động bề mặt, nồng độ chất phản ứng đến hình dạng, cấu trúc và tính ... tâm Đây hướng nghiên cứu Việt Nam Khoá luận này,chúng chọn đề tài Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc ứng dụng Các nội dung đề sau: Chế tạo hạt nano bạc với nồng độ 0,1 tới 1% Nghiên cứu, khảo sát... lượng bạc kim loại nano bạc dẫn tới giảm độ dẫn điện nano bạc Do tuỳ theo mục đích sử dụng nano bạc mà ta chọn tỷ lệ mol axit /bạc phù hợp Thông thường chọn tỷ lệ mol axit /bạc= 1 3.2 Nghiên cứu cấu... hãng IBM nghiên cứu ứng dụng nano bạc để sản xuất linh kiện điện tử phục vụ cho nhu cầu ngày cao người tiêu dùng Hình 1.17 thiết bị điện tử sử dụng nano bạc Trong xây dựng sử dụng sơn nano bạc có