Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ZnO trên nền dịch chiết cây chuối hoa và ứng dụng trong xử lý màu brilliant blue.pdf

NTTU-NCKH-05 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2020 - 2021 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp nano ZnO dịch chiết chuối hoa ứng dụng xử lý màu brilliant blue Số hợp đồng: 2021.01.17/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Cẩm Duyên Đơn vị công tác: Viện Khoa học Môi trường - Đại học Nguyễn Tất Thành Thời gian thực hiện: tháng TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2020 - 2021 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp nano ZnO dịch chiết chuối hoa ứng dụng xử lý brilliant blue Số hợp đồng: 2021.01.17/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Cẩm Duyên Đơn vị công tác: Viện Khoa học Môi trường - Đại học Nguyễn Tất Thành Thời gian thực hiện: tháng Các thành viên phối hợp cộng tác: STT Họ tên Nguyễn Thị Cẩm Duyên Trần Văn Thuận Nguyễn Thị Thảo Ngoan Chuyên ngành SHTN Cơng nghệ Hóa Cơng nghệ Hóa Cơ quan công tác Viện KT CNC Viện KT CNC ĐH Nông Lâm Ký tên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại vật liệu nano 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 1.2 Kẽm oxid 1.2.1 Đặc điểm phân tử 1.2.2 Ứng dụng vật liệu kẽm oxid 1.3 Đặc điểm cây chuối hoa Canna indica L 1.4 Tình hình nghiên cứu nước 1.4.1 Ngoài nước 1.4.2 Trong nước 10 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 2.1 Chuẩn bị dịch chiết chuối hoa 11 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu ZnO NPs từ dịch chiết chuối hoa 11 2.3 Phương pháp đánh giá tính chất vật lý vật liệu 11 2.4 Khảo sát khả hấp phụ màu 12 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 14 3.1 Các tính chất đặc trưng vật liệu ZnO NPs 14 3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 14 3.1.2 Phổ hồng ngoại (FT-IR) 15 3.1.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 16 3.1.4 Tán xạ lượng tia X (EDX) 17 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên dung lượng hấp phụ màu 18 3.2.1 Thiết kế Minimum‑run resolution IV 18 3.2.2 Động học hấp phụ 26 3.2.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ 29 3.2.4 Cơ chế hấp phụ 31 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 PHỤ LỤC 1: DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Tên viết tắt Tên đầy đủ Nghĩa tiếng Việt NPs Nano particles Hạt nano FT-IR Fourier transformation infrared Phổ Hấp thụ Hồng Ngoại SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi điện tử quét XRD X-ray diffraction Phổ nhiễu xạ tia X CR Congo red Màu đỏ Congo CV Crystal violet Màu tím tinh thể CBBG Coomassie brilliant blue G-250 Màu xanh CBBG BB Brilliant blue Màu xanh brilliant MG Malachite green Màu xanh malachite PHỤ LỤC 2: DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Bảng 1.1 Nghiên cứu ứng dụng nano ZnO NPs dịch chiết thực vật Bảng 2.1 Mười bảy nghiệm thức thiết kế minimum-run resolution IV 12 Bảng 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên khả hấp phụ mức độ chúng 13 Bảng 3.1 Dữ liệu ANOVA yếu tố có ảnh hưởng 19 Bảng 3.2 Hiệu suất hấp phụ màu thực nghiệm dự đoán 20 Bảng 3.3 Giới hạn biến khảo sát 22 Bảng 3.4 Các giải pháp khả thi để đánh giá mơ hình 22 Bảng 3.5 Các giá trị động học phi tuyến tính cho hấp phụ màu BB lên ZnO NPs 27 Bảng 3.6 Các giá trị đẳng nhiệt hấp phụ cho hấp phụ màu BB lên ZnO NPs 30 Bảng 3.6 Các điều kiện thực nghiệm dung lượng hấp phụ số vật liệu 31 Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO Hình 1.2 Con đường phân hủy di chuyển chất màu hữu Hình 1.3 Cây chuối hoa Hình 1.4 Quy trình tổng hợp vật liệu nano ZnO từ Tectona Grandis 10 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp xanh ZnO sử dụng chiết xuất hoa Canna indica L 11 Hình 3.1 Giản đồ XRD Phổ hồng ngoại vật liệu ZnO NPs 15 Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu ZnO NPs 16 Hình 3.3 Phổ EDX vật liệu ZnO NPs 17 Hình 3.4 Biểu đồ Pareto cho mơ hình bậc hai 21 Hình 3.5 Thực tế so với dự đoán (a) half-normal (b) cho mơ hình hấp phụ màu BB 25 Hình 3.6 Mơ hình động học hấp phụ 26 Hình 3.7 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ: Langmuir, Freundlich, and Temkin 29 Hình 3.8 Các chế hấp phụ màu BB lên vật liệu ZnO NPs 32 TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU STT Công việc thực Quy trình tổng hợp vật liệu nano ZnO dịch chiết chuối hoa Quy trình cơng nghệ tối ưu tổng hợp vật liệu nano ZnO dịch chiết chuối hoa Tổng hợp phân tích đặc trưng cấu trúc 100 mg vật liệu nano ZnO kết vật liệu nano ZnO dịch chiết đặc trưng cấu trúc XRD, FT-IR, chuối hoa SEM, EDS Khảo sát yếu tố ảnh hưởng (độ pH, Kết quà đạt thời gian, nồng độ, ) đến trình xử lý màu brilliant blue vật liệu nano ZnO Bảng tối ưu điều kiện xử lý màu brilliant blue Hoàn thiện chi tiết báo cáo đề tài Bảng báo cáo đề tài STT Sản phẩm đăng ký Sản phẩm đạt phương pháp tổng hợp vật liệu 1 phương pháp tổng hợp vật liệu nano ZnO ZnO dịch chiết chuối dịch chiết chuối hoa hoa ổn định, thông số phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm Báo cáo đánh giá khả xử lý màu Báo cáo chi tiết, cụ thể rõ ràng hữu vật liệu ZnO độ xác cao Bài báo khoa học đăng tạp chí Bài báo khoa học thuộc danh mục nước có số ISSN, tác giả ISI Thời gian đăng ký: từ 01/2021 đến 06/2021 Thời gian nộp báo cáo: ngày 06/07/2021 MỞ ĐẦU Trong thời gian vừa qua, công nghệ nano biết đến ngành khoa học mũi nhọn, phát triển nhanh, có quan hệ liên ngành hỗ trợ phát triển ngành khoa học khác Công nghệ nano có nhiều ứng dụng lĩnh vực điện tử, lượng, y học, mỹ phẩm Đặc biệt ngành công nghệ tạo cách mạng mảng y sinh học, giúp người can thiệp mức nano mét đến quan thể [1] Vật liệu nano kim loại thể tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt vô quý giá, đặc biệt khả hấp phụ, ứng dụng làm chất khử màu lĩnh vực hoá học bảo vệ môi trường Trong công nghiệp phát triển, việc xử lý chất thải công nghiệp bảo vệ môi trường sống yêu cầu cấp thiết chung cần đảm bảo Vật liệu nano kim loại tỏ rõ vượt trội với chất xúc tác, chất hấp phụ nano có khả xử lý chất thải đạt hiệu cao [2] Các hạt nano kim loại vàng, bạc sử dụng sớm có nhiều ứng dụng việc xử lý khử màu Tuy nhiên, với chi phí tổng hợp tốn kém, giá thành cao việc sử dụng nano kim loại quy mô lớn không khả thi Trong đó, kẽm dồi dào, phổ biến, rẻ tiền dễ tìm thấy tự nhiên Hơn nữa, với đặc điểm có mặt riêng lớn, ZnO sử dụng chất xúc tác, chất mang hiệu nhiều phản ứng khác chất hấp phụ tốt để xử lý chất ô nhiễm mơi trường Do đó, hạt nano kẽm oxid nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [3] Cây chuối hoa, có tên khoa học Canna indica L., thuộc Họ Dong riềng - Cannaceae Câycó nguồn gốc từ vùng nhiệt đới châu Mỹ, từ miền nam Hoa Kỳ phía nam tới phía bắc Argentina Ở Việt Nam, chuối hoa trồng phổ biến nhiều nơi, làm cảnh bồn hoa cơng viên, dễ trồng đoạn thân rễ, sinh trưởng tốt hoa quanh năm Ngoài số phận chuối hoa chữa bệnh như: rễ chuối hoa gây phấn khích trị đau gan, sốt, lọc máu làm lợi tiểu Loài nghiên cứu mơ hình loại bỏ chất hữu gây ô nhiễm, phospho kim loại nặng [4] Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu sử dụng dịch chiết từ phận chuối hoa để tổng hợp xanh vật liệu nano kim loại nói chung nano ZnO nói riêng Từ lý trên, tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nano ZnO dịch chiết chuối hoa ứng dụng xử lý màu brilliant bue” CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nanomet Đây đối tượng nghiên cứu khoa học nano Tính chất vật liệu nano phụ thuộc vào kích thước chúng, cỡ nanomet đạt tới kích thước tới hạn nhiều tính chất hóa học vật liệu thơng thường Vật liệu nano có kích thước từ vài nanomet đến vài trăm nanomet tùy thuộc vào phương pháp chế tạo ứng dụng chúng [5] 1.1.2 Phân loại vật liệu nano Phân loại theo hình dáng vật liệu - Vật liệu nano không chiều vật liệu mà ba chiều có kích thước nano, ví dụ đám nano, hạt nano - Vật liệu nano chiều vật liệu chiều tự do, hai chiều có kích thước nano Ví dụ dây nano, ống nano - Vật liệu nano hai chiều vật liệu có hai chiều tự do, chiều có kích thước nano Ví dụ màng mỏng (có chiều dày kích thước nano) - Vật liệu nano composite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano khơng chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn [6] Phân loại theo tính chất vật liệu Thể khác biệt kích thước nano vật liệu nano kim loại, vật liệu nano bán dẫn, vật liệu nano từ tính, vật liệu nano sinh học, … Ngồi cịn phối hợp hai cách phân loại với nhau, phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo khái niệm Ví dụ, đối tượng “hạt nano kim loại”, “hạt” phân loại theo hình dáng, “kim loại” phân loại theo tính chất “vật liệu nano từ tính sinh học” “từ tính” “sinh học” khái niệm phân loại theo tính chất 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano Phương pháp từ xuống (top-down): phương pháp tạo vật kiệu nano từ vật liệu khối ban đầu Nguyên lý: phương pháp sử dụng kỹ thuật nghiền biến dạng để biến vật liệu có kích thước lớn kích thước nano ... có nghiên cứu sử dụng dịch chiết từ phận chuối hoa để tổng hợp xanh vật liệu nano kim loại nói chung nano ZnO nói riêng Từ lý trên, tiến hành thực đề tài: ? ?Nghiên cứu tổng hợp nano ZnO dịch chiết. .. pháp tổng hợp vật liệu 1 phương pháp tổng hợp vật liệu nano ZnO ZnO dịch chiết chuối dịch chiết chuối hoa hoa ổn định, thông số phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm Báo cáo đánh giá khả xử lý màu. .. chiết chuối hoa ứng dụng xử lý màu brilliant bue” CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nanomet Đây đối tượng nghiên cứu khoa học nano