Nghiên cứu chế tạo vải cotton kỵ nước và kháng khuẩn bằng phương pháp phủ nhúng với vật liệu nanocomposite bạc trên nền graphen oxit

I H C QU C GIA TP H CHÍ MINH TR NG I H C BÁCH KHOA -o0o - TR N CHÂU I P NGHIÊN C U CH T O V I COTTON K N KHÁNG KHU N B NG PH C VÀ NG PHÁP PH NHÚNG V I V T LI U NANOCOMPOSITE B C TRÊN N N GRAPHEN OXIT FABRICATION OF HYDROPHOBIC AND ANTIBACTERIAL COTTON FABRIC BY DIP – COATING WITH GRAPHENE OXIDE-BASED SILVER NANOCOMPOSITE Chuyên ngành: K THU T HÓA H C Mã s : 8.52.03.01 LU N V N TH C S TP H CHÍ MINH, tháng n m 2022 Cơng trình đ Cán b h c hoàn thành t i: Tr ng i H c Bách Khoa – HQG – HCM ng d n khoa h c: PGS TS Nguy n H u Hi u (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v , ch ký) Cán b h ng d n khoa h c: TS Hoàng Minh Nam (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v , ch ký) Cán b ch m nh n xét 1: PGS TS Nguy n Tu n Anh (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v , ch ký) Cán b ch m nh n xét 2: PGS TS Tr n Ng c Quy n (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v , ch ký) Lu n v n th c s đ c b o v t i Tr ng i h c Bách Khoa, HQG Tp HCM, ngày 12 tháng 07 n m 2022 Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m: PGS TS Hu nh K Ph ng H – Ch t ch PGS TS Nguy n Tu n Anh – Ph n bi n PGS TS Tr n Ng c Quy n – Ph n bi n TS Võ Nguy n i Vi t – y viên TS Ph m Tr ng Liêm Châu – y viên, th ký Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá LV Tr sau lu n v n đ c s a ch a (n u có) CH T CH H I NG TR i ng Khoa qu n lý chuyên ngành NG KHOA K THU T HÓA H C C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM I H C QU C GIA TP.HCM TR NG c l p – T – H nh phúc I H C BÁCH KHOA NHI M V LU N V N TH C S H tên h c viên: TR N CHÂU I P MSHV: 2070166 Ngày, tháng, n m sinh: 24/04/1997 N i sinh: Lâm ng Chuyên ngành: K thu t Hóa h c Mã s : 8520301 I TÊN TÀI: Tên ti ng Vi t: Nghiên c u ch t o v i coton k n c kháng khu n b ng ph ng pháp ph nhúng v i v t li u nanocomposite b c n n graphen oxit Tên ti ng Anh: Fabrication of hydrophobic and antibacterial cotton fabric by dip – coating with graphene oxide-based silver nanocomposite II NHI M V VÀ N I DUNG: 2.1 T ng quan Tình tr ng kháng kháng sinh, v t li u nanocomposite b c n n graphene oxit (Ag/GO), v i coton ph v t li u Ag/GO (Ag/GO/v i coton), v t li u nanocomposite b c n n graphene oxit d ng kh (Ag/rGO) v i coton ph v t li u Ag/rGO (Ag/rGO/v i coton), vi khu n Pseudomonas aeruginosa Staphylococcus aureus 2.2 Th c nghi m – T ng h p phân tích đ c tr ng c a v t li u Ag/GO; – Kh o sát nh h ng c a u ki n ph nhúng đ n kh n ng kháng khu n c a Ag/GO/v i coton; – Kh o sát nh h ng c a u ki n bi n tính đ n kh n ng kháng khu n c a Ag/rGO/v i coton đ c bi n tính t Ag/GO/v i coton b ng ph ng pháp kh hóa h c; – Phân tích đ c tr ng c a Ag/GO/v i coton Ag/rGO/v i coton; – ánh giá đ bám dính b n màu c a Ag/rGO b m t Ag/rGO/v i coton III NGÀY GIAO NHI M V : 08/2021 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 07/2022 V CÁN B H NG D N : PGS TS Nguy n H u Hi u TS Hoàng Minh Nam Tp HCM, ngày tháng n m 2022 CÁN B H NG D N CH NHI M B MÔN ÀO T O (H tên ch ký) (H tên ch ký) TR NG KHOA K THU T HÓA H C (H tên ch ký) ii L IC M N Trong lu n v n bi t bao công s c không ch c a cá nhân tác gi mà s h tr , ch m lo c a gia đình, th y b n bè – nh ng ng i đ ng hành tác gi su t th i gian qua Tác gi xin c m n sâu s c đ n ba, m quan tâm, t o u ki n v v t ch t tinh th n cho tác gi thu n l i hoàn thành lu n v n Xin g i l i c m n đ n quý Th y/Cô Tr ng i h c Bách Khoa – i h c Qu c gia Thành ph H Chí Minh nói chung Th y/Cơ khoa K thu t Hóa h c nói riêng t n tâm truy n đ t nh ng ki n th c, kinh nghi m quý báu th i gian tác gi h c t p nghiên c u t i c bi t, tác gi xin chân thành t lòng bi t n đ n PGS TS Nguy n H u Hi u TS Hồng Minh Nam ln t n tình h ng d n, s n lòng gi i đáp th c m c, cho l i khuyên t o m i u ki n thu n l i cho tác gi su t trình h c t p nghiên c u Trong su t trình h c t p nghiên c u t i Phịng thí nghi m Tr ng m i h c Qu c gia H Chí Minh Cơng ngh Hóa h c D u khí (Key CEPP Lab), Tr ng i h c Bách Khoa – i h c Qu c gia Thành ph H Chí Minh, tác gi c m th y th t s may m n nh n đ c s giúp đ nhi t tình t đ i ng nghiên c u viên, anh ch nghiên c u sinh, b n h c viên chung chí h sinh viên Xin c m ng b n n anh, ch , b n em h tr , chia s kinh nghi m c ng nh ki n th c quý báu đ ng hành su t th i gian qua đ tác gi có th hồn thi n lu n v n Tác gi TR N CHÂU I P iii TÓM T T LU N V N Trong lu n v n này, v t li u nanocomposite b c/graphen oxit (Ag/GO) đ t ng h p b ng ph ng pháp in situ c tr ng c a Ag/GO đ c c phân tích thơng qua: Ph Raman, gi n đ nhi u x tia X, kính hi n vi n t truy n qua nh h ng c a u ki n ph nhúng v i coton v i v t li u Ag/GO (Ag/GO/v i coton) đ n kh n ng kháng khu n đ c kh o sát v i n ng đ Ag/GO l n l t là: đ n 10 Sau đó, kh n ng 160, 280, 400, 520 640 mg/L, s l n nhúng t kháng khu n c a Ag/GO/v i coton đ c th nghi m v i hai lo i vi khu n Gram âm (Pseudomonas aeruginosa – P aeruginosa) Gram d S aureus) b ng ph Ti p theo, nh h ng pháp đo đ ng (Staphylococcus aureus – ng kính vùng c ch ng c a u ki n bi n tính Ag/GO/v i coton thành v i coton ph v t li u nanocomposite b c n n graphen oxit d ng kh (Ag/rGO/v i coton) đ kh o sát b ng ph ng pháp kh hóa h c v i ch t kh L – axit ascorbic (LAA) c u ki n kh o sát: Nhi t đ (100, 120, 140, 160, 180 200 oC), t l LAA:Ag/GO (1:0, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 1:5) th i gian ph n ng (20, 40, 60, 80, 100 120 phút) Các m u Ag/rGO/v i coton đ c th nghi m kh n ng kháng khu n v i hai lo i vi khu n Gram âm (P seudomonas) Gram d ng (S aureus) b ng ph ng pháp đo đ ng kính vùng c ch c tr ng c a Ag/GO/v i coton Ag/rGO/v i coton đ c phân tích thơng qua: Ph Raman, gi n đ nhi u x tia X, kính hi n vi n t truy n qua, kính hi n vi n t quét, ph tán s c n ng l ng tia X, ph phân tích nhi t tr ng l ng, ph quang n t tia X, góc ti p xúc ph ph i plasma ghép n i c m ng Ngoài ra, đ bám dính c a Ag/rGO b m t Ag/rGO/v i coton đ c kh o sát pH ki m khác Bên c nh đó, đ b n c a Ag/rGO b m t Ag/rGO/v i coton sau gi t v i hóa ch t t y r a môi tr đ c th c hi n đ đánh giá ch t l ng m hôi axit, ki m c ng ng kh n ng ng d ng c a Ag/rGO/v i coton vào th c t iv ABSTRACT In this thesis, graphene oxide based silver nanocomposite (Ag/GO) was synthesis by in situ method The characteristics of Ag/GO was investigated by Raman spectroscopy, X – ray diffraction and Transmission Electron Microscopy The effect of dip – coating conditions of cotton fabric with Ag/GO (Ag/GO/cotton fabric) to the antibacterial activity were analyzed via Ag/GO concentrations (160, 280, 400, 520, and 640 mg/L) and dipping number from to 10 Then, the antibacterial activity of Ag/GO/cotton fabrics were tested with two type of Gram – negative (Pseudomonas aeruginosa – P aeruginosa) and Gram – positive (Staphylococcus aureus – S aureuus) by determining the zone of inhibition Then, the effect of modified conditions Ag/GO/cotton fabric to cotton fabric dip – coated reduced graphene oxide (Ag/rGO/cotton fabric) by reducing method with L – ascorbic acid (LAA) following by reducing conditions: Temperature (100, 120, 140, 160, 180, and 200 oC), mass ratios of LAA:Ag/GO (1:0, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, and 1:5) and reaction times (20, 40, 60, 80, 100, and 120 min), respectively The antibacterial activity of these Ag/rGO/cotton fabrics were tested with two type of Gram – negative (P aeruginosa) and Gram – positive (S aureus) by determining the zone of inhibition The characterization of Ag/GO/cotton fabric and Ag/rGO/cotton fabric were investigated by Raman spectroscopy, X – ray diffraction, Transmission Electron Microscopy, Scanning Electron Microscope, Energy dispersive X – ray Spectroscopy, Thermogravimetric Analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, static contact angle and Inductively coupled plasma mass spectroscopy Instead, the Ag/rGO adhesion on Ag/rGO/cotton fabric surface at different base pH were evaluated Besides, the stability of Ag/rGO on Ag/rGO/cotton fabric surface were also analyzed after washing with detergents and alkaline, acid medium were also tested to evaluate the quality and the usage of Ag/rGO/cotton fabric v L I CAM OAN Tác gi xin cam đoan lu n v n cơng trình nghiên c u th c s c a cá nhân tác gi đ c th c hi n d is h ng d n c a th y PGS TS Nguy n H u Hi u TS Hồng Minh Nam t i Phịng thí nghi m Tr ng m Hóa h c D u khí (Key CEPP Lab), Tr ng HQG–HCM Công ngh i h c Bách Khoa – HQG TP HCM Các s li u, k t qu nghiên c u lu n v n hoàn toàn trung th c, ch a t ng đ c công b b t c m t cơng trình khác tr hoàn thành lu n v n đ u đ đ u đ c M i s giúp đ cho vi c c c m n, thơng tin trích d n lu n v n c ch rõ ngu n g c Tác gi xin ch u trách nhi m v nghiên c u c a Tác gi TR N CHÂU I P vi M CL C vii viii DANH M C HÌNH Hình 1.1: C u trúc c a GO Hình 1.2: Quy trình t ng h p GO t Gi theo ph ng pháp Hummers c i ti n Hình 1.3: Quá trình t ng h p Ag/GO b ng ph ng pháp in situ Hình 1.5: Quy trình t ng h p Ag/GO b ng ph ng pháp ex situ Hình 1.5: C ch kháng khu n c a Ag/GO Hình 1.6: Quy trình ph nhúng v i Hình 1.7: C ch kháng khu n c a Ag/GO/v i coton Hình 1.8: C ch kháng khu n c a Ag/rGO/v i coton 11 Hình 1.9: Nguyên lý ho t đ ng máy đo ph Raman 18 Hình 1.10: Nguyên lý ho t đ ng máy đo ph XRD 19 Hình 1.11: C u t o nguyên lý ho t đ ng c a TEM 20 Hình 1.12: C u t o thi t b SEM 21 Hình 1.13: S đ nguyên lý c a h ghi nh n tín hi u ph EDX TEM 22 Hình 1.14: Nguyên tác ho t đ ng c a máy quang ph quang n t tia X 23 Hình 1.15: S đ nguyên lý làm vi c c a h th ng máy đo góc ti p xúc 24 Hình 1.16: S đ thi t b ICP-MS 25 Hình 1.17: Ph ng pháp đo đ ng kính vùng c ch 26 Hình 2.1: Các thi t b s d ng lu n v n 30 Hình 2.2: Quy trình t ng h p Ag/GO 31 Hình 2.3: Quy trình t ng h p Ag/GO/v i coton 32 Hình 2.4: Quy trình th nghi m kh n ng kháng khu n c a Ag/GO/v i coton 33 Hình 2.5: Quy trình bi n tính Ag/rGO/v i coton 34 Hình 3.1: Ph Raman c a v t li u GO Ag/GO 37 Hình 3.2: Gi n đ XRD c a GO Ag/GO 38 Hình 3.3: nh TEM c a (a) Ag/GO (b) Bi u đ phân b kích th c AgNPs c a Ag/GO 39 Hình 3.4: nh h ng c a n ng đ s l n ph nhúng đ n l ng Ag/GO bám Ag/GO/v i coton 40 Hình 3.5: Kh n ng kháng (a) P aeruginosa (b) S aureus c a v i nhúng Ag/GO l n ph nhúng 0, 3, 10 41 ix nh h Hình 3.6: ng c a nhi t đ đ n (a) % kh i l ng m t kh n ng kháng khu n c a Ag/rGO/v i coton đ i v i (b) P aeruginona (c) S aureus 42 Hình 3.7: nh h ng c a t l LAA:Ag/GO đ n (a) % kh i l ng m t kh n ng kháng khu n c a Ag/rGO/v i coton đ i v i (b) P aeruginosa (c) S aureus 44 Hình 3.8: nh h ng c a th i gian ph n ng đ n (a) % kh i l ng m t kh n ng kháng khu n c a Ag/rGO/v i coton đ i v i (b) P aeruginosa (b) S aureus 46 Hình 3.9: nh SEM c a (a, b, c) v i coton (d, e, f) Ag/GO/v i coton (g, h, i) Ag/rGO/v i coton 48 Hình 3.10: Ph EDX c a Ag/GO/v i coton Ag/rGO/v i coton 49 Hình 3.11: nh tán x n ng l ng tia X c a (a) Ag/GO/v i coton (b) Ag/rGO/v i coton 51 Hình 3.12: Ph TGA c a v i coton, Ag/GO/v i coton Ag/rGO/v i coton 53 Hình 3.13: a) Ph XPS c a Ag/GO/v i coton Ag/rGO/v i coton, ph C 1s c a b) Ag/GO/v i coton (c) Ag/rGO/v i conton, ph Ag 3d c a d) Ag/GO/v i coton e) Ag/rGO/v i coton ph O 1s c a f) Ag/GO/v i coton g) Ag/rGO/v i coton 55 Hình 3.14: K t qu đo góc ti p xúc (a) Ag/GO/v i coton (b) Ag/rGO/v i coton 57 Hình 3.15: nh h ng c a pH đ n hàm l ng ion Ag+ gi i phóng 58 x DANH M C B NG B ng 1.1: M t s nghiên c u n c v v t li u kháng khu n 11 B ng 1.2: M t s nghiên c u n c v v i kháng khu n 13 B ng 2.1: Các hóa ch t đ c s d ng 29 xi DANH M C CÁC T VI T T T T vi t t t Ti ng Anh Ti ng Vi t Gi Graphite Graphite Gr Graphene Graphen GiO Graphite oxide Graphite oxit GO Graphene oxide Graphen oxit rGO Reduced graphene oxide Graphen d ng kh AgNPs Silver nanoparticles Nano b c Ag/GO Silver/ graphene oxide B c/graphen oxit ROS Reactive oxygen species G c oxy ph n ng ADN Deoxyribonucleic acid Axit deoxyribonucleic LAA L – ascorbic acid L – axit ascorbic XRD X – ray diffraction – XRD Nhi u x tia X Energy-dispersive Quang ph tán x n ng EDS SEM TEM XPS TGA ICP - MS X-ray spectroscopy Scanning Electron Microscope l ng tia X Kính hi n vi n t quét Transmission electron Kính hi n vi n t microscopy truy n qua X – ray Photoelectron Spectroscopy Thermogravimetric analysis Ph quang n t tia X Phân tích nhi t tr ng l ng Inductively Coupled Plasma Quang ph ph i plasma Mass Spectroscopy ghép n i c m ng xii TV N Ngày nay, s phát tri n c a q trình cơng nghi p hóa, hi n đ i hóa n cho nhi m mơi tr ng ngày nghiêm tr ng Bên c nh đó, s xâm nh p c a lo i vi sinh v t gây b nh cho ng i ngày t ng Tuy có nhi u lo i kháng sinh đ i đ ch ng l i nh ng lo i vi sinh v t này, nh ng vi c s d ng kháng sinh m c d n đ n tình tr ng kháng kháng sinh c a vi khu n i u đ l i h u qu khó l kh n ng tái nhi m cao, kéo dài th i gian u tr , nguy hi m h n nh h ng nh ng đ n c quan khác c th Trong vài n m tr l i đây, s xu t hi n lây lan m t ki m soát c a vi rút Corona nh h ng r t l n đ n tình hình kinh t s c kh e toàn c u Nguy hi m h n s xu t hi n nhi u bi n ch ng m i có t c đ lây lan nhanh h n vào cu i n m 2020 Hi n nay, có v c xin phịng ng a, nh ng kh n ng nhi m b nh t vong v n cịn cao n u khơng có bi n pháp phịng tránh Do đó, vi c nghiên c u ch t o s n ph m kháng khu n r t c n thi t nh n c r a tay, x t kh trùng, kh u trang, v.v Trong đó, c n t p trung vào s n ph m v i kháng khu n chúng có nhi u ng d ng r ng rãi nh kh u trang, đ b o h ây nh ng trang b quan tr ng, hàng rào b o h s xâm nh p c a vi sinh v t gây b nh cho y, bác s nói riêng tồn nhân lo i nói chung tham gia phịng b nh Các v t li u composite c s graphen oxit đ v c th hi n đ đ c nghiên c u nhi u l nh c ti m n ng l nh v c Ngoài ra, nano b c t lâu c xem v t li u có kh n ng kháng khu n cao Graphen oxit nano b c đ u có kh n ng kháng khu n, nh ng v n nhi u nh c m c n ph i kh c ph c Khi k t h p hai v t li u này, chúng có th kh c ph c đ c nh ng h n ch c a làm t ng kh n ng ng d ng S k t h p gi a v i coton v t li u nanocomposite b c n n graphen làm t ng kh n ng kháng khu n c a v i coton thông th Tuy nhiên, v i coton a n c s t o u ki n phát tri n cho vi khu n, th c n ph i bi n tính b m t v i tr nên k n lu n v n đ khu n b ng ph c đ kh c ph c nh ng nh c m Do đó, c th c hi n v i tên: “Nghiên c u ch t o v i coton k n ng pháp ph ng c – kháng nhúng v i v t li u nanocomposite b c n n graphen oxit”