Nghiên cứu tổng hợp và Đánh giá hoạt tính xúc tác khử rhodamine b bằng nabh4 của vật liệu agfe3o4 tổng hợp từ dung dịch agno3 và dịch chiết lá sả chanh

3.10 Đồ thị phụ thuộc của lnCo/C của rhodamine B vào thời gian phản ứng khi có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá sả chanh với thể tích khác nhau 32 3.13 Đồ thị phụ

DUNG DỊCH AgNO3 VÀ DỊCH CHIẾT LÁ SẢ CHANH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2024

DUNG DỊCH AgNO3 VÀ DỊCH CHIẾT LÁ SẢ CHANH

Chuyên ngành: Sư phạm Hóa học

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐINH VĂN TẠC

Đà Nẵng – Năm 2024

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT vi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu 2

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 2

4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về vật liệu 4

1.1.1 Sơ lược về nguyên tố bạc (silver) 4

1.1.2 Sơ lược về Fe3O4 6

1.1.3 Sơ lược về vật liệu Ag/Fe3O4 8

1.2 Tổng quan về cây sả chanh 9

1.2.1 Đặc điểm cây sả chanh 9

1.2.2 Thành phần hóa học của lá sả chanh 10

1.2.3 Ứng dụng của lá sả chanh 11

1.3 Tổng quan về chất màu rhodamine B 11

1.3.1 Đặc điểm cấu tạo 11

1.3.2 Tính chất và độc tính 12 1.3.3 Tình trạng sử dụng rhodamine B trong thực tế và nguyên nhân gây ô nhiễm

14

1.3.4 Phương pháp xử lý rhodamine B 15

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 16

2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị 16

2.1.1 Nguyên liệu 16

2.1.2 Hóa chất 16

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị 16

2.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu 17

2.2.1 Tổng hợp vật liệu Fe3O4 17

2.2.2 Thu dịch chiết nước lá sả chanh 17

2.2.3 Tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4 17

2.3 Phương pháp xác định các đặc trưng lý hóa của vật liệu 18

2.4 Phương pháp xây dựng đường chuẩn để xác định nồng độ chất màu rhodamine B 18

2.4.1 Phương pháp UV-Vis 18

2.4.2 Xây dựng phương trình đường chuẩn 19

2.5 Đánh giá khả năng xúc tác khử rhodamine B của vật liệu Ag/Fe3O4 19

2.6 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến khả năng xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4 20

2.6.1 Ảnh hưởng của điều kiện chiết nước lá sả chanh 20

2.6.2 Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano 21

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

3.1 Kết quả xây dựng phương trình đường chuẩn của rhodamine B 23

3.2 Kết quả đánh giá khả năng xúc tác khử rhodamine B của vật liệu Ag/Fe3O4 23 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến khả năng xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4 25

3.3.1 Ảnh hưởng của quá trình chiết lá sả chanh 25

3.3.2 Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano 30

3.4 Kết quả xác định các đặc trưng lý hóa của vật liệu 38

3.4.1 Kết quả đo phổ XRD 38

3.4.2 Kết quả đo phổ EDX 39

3.4.3 Kết quả chụp ảnh SEM 40

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi và nhóm nghiên cứu được hướng dẫn bởi TS Đinh Văn Tạc, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Các dữ liệu và kết quả trong bài luận được trình bày là trung thực và được các đồng tác giả cho phép sử dụng

Tác giả

Đặng Phương Giao

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Đinh Văn Tạc, người thầy

đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi suốt quãng thời gian làm nghiên cứu công trình này

Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Khoa Hóa học, Phòng đào tạo, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy/Cô trong bộ môn Hóa lý và phương pháp giảng dạy, cũng như bộ môn Hóa phân tích và vô cơ tại Khoa Hóa học, Trường Đại học

Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, đã luôn đồng hành và hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, và các đồng nghiệp đã luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ tôi suốt hành trình học tập và nghiên cứu này Sự đóng góp của các bạn là nguồn động viên quý báu cho thành công của tôi

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2024

Tác giả

Đặng Phương Giao

Đồ thị phụ thuộc của ln(C0/C) của rhodamine B vào thời gian

sau khi cho NaBH4 khi không có mặt chất xúc tác (a), có mặt

Fe3O4 (b) và Ag/Fe3O4 (c)

24

3.3

Đồ thị biểu diễn hằng số tốc độ khử rhodamine B bằng NaBH4

trong môi trường kiềm khi không có mặt chất xúc tác, có mặt

Fe3O4 và Ag/Fe3O4

25

3.4

Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của rhodamine B vào thời gian

phản ứng khi có mặt Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá

sả chanh với khối lượng lá khác nhau

26

3.5 Đồ thị phụ thuộc của của hằng số tốc độ khử rhodamine B bằng

3.7 Đồ thị phụ thuộc của của hằng số tốc độ khử rhodamine B

bằng NaBH4 vào thời gian chiết lá sả chanh 28

3.9 Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ phản ứng khử rhodamine

3.10

Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của rhodamine B vào thời gian phản ứng khi có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá sả chanh với thể tích khác nhau

32

3.13 Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ khử rhodamine B vào

3.14

Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của rhodamine B vào thời gian phản ứng khi có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá sả chanh với thời gian tạo nano khác nhau

34

3.15 Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ khử rhodamine B bằng

NaBH4 trong môi trường kiềm vào thời gian tạo nano 34

3.16

Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của rhodamine B vào thời gian phản ứng khi có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá sả chanh với nồng độ AgNO3 khác nhau

35

3.17 Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ khử rhodamine B bằng

NaBH4 trong môi trường kiềm vào nồng độ dung dịch AgNO3 36

3.18

Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của rhodamine B vào thời gian phản ứng khi có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá sả chanh với hàm lượng Fe3O4 khác nhau

37

3.19 Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ khử rhodamine B bằng

NaBH4 trong môi trường kiềm vào vào khối lượng Fe3O4 37 3.20 Phổ XRD của các mẫu vật liệu Fe3O4 và Ag/Fe3O4 38

3.22 Ảnh SEM của mẫu vật liệu Ag/Fe3O4 ở các độ phóng đại khác

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X

SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét

UV-Vis Quang phổ hấp thụ phân tử

XRD Phổ nhiễu xạ tia X

EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong bối cảnh thế giới hiện nay, ô nhiễm nguồn nước đã trở thành “một cuộc khủng hoảng vô hình”, đe dọa đến hệ sinh thái và sức khỏe của hàng triệu loài sinh vật trên hành tinh Có rất nhiều nhân tố góp phần vào tình trạng ô nhiễm nguồn nước, một trong những nguyên nhân quan trọng là nước thải từ ngành công nghiệp dệt nhuộm với lượng lớn chất màu hữu cơ, gây ra hậu quả nghiêm trọng đối với hệ sinh thái Ngành dệt may sản xuất khoảng 749 tấn thuốc nhuộm tổng hợp mỗi năm, với khoảng 10% thuốc nhuộm được thải ra môi trường dưới dạng nước thải Những loại thuốc nhuộm dệt này

ức chế sự phát triển của các sinh vật dưới nước do sự gia tăng nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD) do chúng gây ra Các phương pháp truyền thống

để xử lý nước thải không đủ hiệu quả để loại bỏ các thuốc nhuộm từ ngành công nghiệp dệt may, cũng như nhiều chất ô nhiễm độc hại khác Trong nước thải đã qua xử lý, các chất ô nhiễm như thuốc nhuộm hữu cơ không phân hủy sinh học vẫn tiếp tục tồn tại, chẳng hạn như thuốc nhuộm rhodamine B (RhB)[5].Việc các sinh vật dưới nước nuốt phải RhB ngay cả ở nồng độ thấp có thể gây tổn thương đường hô hấp, hoại tử mô, tổn thương hệ thống sinh sản RhB không dễ bị phân hủy sinh học, gây ô nhiễm môi trường liên tục Do đó, độc tính và mối nguy hiểm tiềm ẩn của RhB đối với môi trường đang ngày càng thu hút sự chú ý[8] Hiện nay các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra những phương pháp xử lý nước thải ngành dệt may như là hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, phân hủy xúc tác quang,… Trong đó phương pháp khử chất màu về dạng trung tính không màu, ít độc hại, tiết kiệm chi phí là hướng xử lý đang được nhiều nhà khoa học quan tâm

Nano bạc (AgNPs) được biết đến với khả năng loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi nước hoặc phân hủy vật liệu thuốc nhuộm trong quá trình xử lý nước thải[7] Có nhiều phương pháp để tổng hợp nano bạc như hóa học, quang hóa, điện hóa Tuy nhiên những cách trên đều sử dụng các hóa chất độc hại, và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Do nhiều tác động tiêu cực được báo cáo của các phương pháp trên, một số nghiên cứu thảo luận và đề xuất một phương pháp mới là tổng hợp nano bạc bằng chiết xuất thực vật[18], [17]

Sả, với tên khoa học Cymbopogon citratus được trồng phổ biến ở các nước châu

Á như Ấn Độ, Trung Quốc,… và có cả Việt Nam Đây là một loại thảo dược rất giàu

hàm lượng tinh dầu với mùi hương thơm đặc trưng Tinh dầu sả và thành phần hoạt tính sinh học citral của nó trước đây đã được chứng minh là có tác dụng kháng khuẩn mạnh

mẽ chống lại vi khuẩn và nấm gây bệnh Người ta đã sử dụng sả như một loại trà hàng ngày, thuốc diệt côn trùng, thuốc chống côn trùng và thuốc bổ sung để điều trị các bệnh chống viêm và giảm đau trên toàn thế giới[11]

Với những lý do trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính xúc tác khử rhodamine B bằng NaBH4 của vật liệu Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết lá sả chanh”

2 Đối tượng nghiên cứu

Vật liệu Ag/Fe3O4 được tổng hợp từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết lá sả chanh

3 Mục tiêu nghiên cứu

Tổng hợp được vật liệu Ag/Fe3O4 bằng cách khử dung dịch AgNO3 trong huyền phù Fe3O4 bằng dịch chiết lá sả chanh

Đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4 trong quá trình khử rhodamine

B bằng chất NaBH4

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Thu thập và tổng hợp tài liệu liên quan đến thành phần hóa học của lá sả chanh, cũng như các phương pháp chiết tách, thu hồi dịch chiết từ thực vật; đồng thời nghiên cứu các phương pháp tổng hợp xanh của các kim loại ở dạng nano

Tìm kiếm và tổng hợp các tài liệu, bài báo khoa học đã được công bố cả trong và ngoài nước về vật liệu Ag/Fe3O4

Tìm hiểu các thông tin liên quan đến phản ứng khử rhodamine B bằng NaBH4, bao gồm cơ chế phản ứng, các điều kiện cần thiết để phản ứng xảy ra, và các loại xúc tác đã được nghiên cứu cũng như tác dụng của chúng

4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Sử dụng phương pháp chưng cất với dung môi nước để chiết tách dịch từ lá sả chanh

Áp dụng kỹ thuật quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để đo lường nồng độ của chất màu rhodamine B

Tiến hành phân tích bằng phương pháp XRD, EDX, và SEM để xác định các đặc tính lý hóa của vật liệu Ag/Fe3O4 được tạo ra

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Cung cấp thêm tư liệu về phương pháp hóa học xanh tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4

và phản ứng khử chất màu rhodamine B

Từ nguyên liệu dễ kiếm và giá cả phải chăng, nghiên cứu điều chế vật liệu có hoạt tính xúc tác tốt cho phản ứng khử rhodamine B, cùng với khả năng tái sử dụng và thu hồi, mở ra tiềm năng ứng dụng trong việc giảm ô nhiễm nguồn nước thông qua xử

lý nước thải

6 Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu, kí hiệu các chữ viết tắt, danh mục các bảng, hình, đồ thị, sơ

đồ, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục Luận văn được chia làm các chương như sau:

Chương 1 TỔNG QUAN

Chương 2 THỰC NGHIỆM

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về vật liệu

1.1.1 Sơ lược về nguyên tố bạc (silver)

Bạc (silver) là một trong bảy kim loại được biết đến trong thế giới cổ đại và là một trong năm kim loại đầu tiên được nhân loại phát hiện, nhưng phát hiện đầu tiên về

nó đã bị thất lạc vào thời cổ đại Không có lịch sử ghi chính xác chép về thời gian bạc được phát hiện Tuy nhiên không ít người cho rằng bạc được phát hiện khi khai thác đồng và thứ kim loại trắng quý giá đã được nền văn minh Hy Lạp và Ai Cập sử dụng vào khoảng năm 5000 trước Công nguyên Việc khai thác bạc chính thức đầu tiên được xác nhận có thể bắt nguồn từ Anatolia (Thổ Nhĩ Kỳ ngày nay) vào khoảng năm 3000 trước Công nguyên Việc khai thác rộng rãi hơn qua các khu vực Địa Trung Hải đến Tây Ban Nha và sau đó là các khu vực khác của châu Âu hiện đại đã mở rộng việc sử dụng nó như một mặt hàng thương mại cho đến ngày nay

Các nhà khoa học tin rằng hầu hết Bạc được hình thành từ các hợp chất lưu huỳnh trong lớp vỏ Trái Đất, nhưng trong hành trình tìm kiếm nguồn gốc vũ trụ của các nguyên

tố nặng (heavy elements), nhà khoa học Heidelberg, Tiến sĩ Camilla Hansen đã chứng minh rằng giống như hầu hết các nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn, bạc được tạo ra

từ các ngôi sao và vụ nổ siêu tân tinh đánh dấu sự kết thúc của sao [12] Vậy nên bạc là nguồn tài nguyên hữu hạn và không thể tự tái tạo Các nhà khoa học ước tính rằng đến khoảng 2027 – 2038 thì Trái Đất sẽ cạn kiệt nguồn dự trữ bạc có thể khai thác được về mặt kinh tế

Ký hiệu của bạc trong bảng tuần hoàn là Ag, bắt nguồn từ chữ “argentum” trong tiếng Latin có nghĩa là bạc, và chữ “agr” trong hệ ngữ Ấn-Âu có nghĩa “trắng” hoặc “tỏa sáng”[27] Bạc có số hiệu nguyên tử là 47 và khối lượng mol là khoảng 107,868 (g/mol), cấu hình electron của bạc là [Kr] 4d105s1 Trong bảng tuần hoàn hóa học, bạc nằm ở ô

số 47, chu kỳ 5 và thuộc nhóm IB [28]

Bạc là kim loại có màu trắng, sáng bóng, rất dễ uốn dẻo và kéo sợi, nó là nguyên

tố có độ dẫn điện cao nhất (1,59 μΩ cm ở 20ºC), độ dẫn điện (429W m−1 K−1) và khả năng phản quang cao hơn các kim loại khác Tuy nhiên bạc lại có điện trở tiếp xúc thấp nhất và nhiệt dung riêng là khoảng 0,23 J kg−1 K−1 ở 25ºC Nhiệt độ nóng chảy và sôi của bạc lần lượt là 961,9 và 2212ºC; nhiệt lượng nóng chảy của bạc là 11,28 kJ mol-1 và

độ cứng của nó là 2,7 trên thang Mohs[24]

Hầu hết, bạc trong tự nhiên có thể tồn tại trong hỗn hợp các đồng vị bền là 107Ag

và 109Ag với tỷ lệ xấp xỉ với nhau Trạng thái oxy hóa phổ biến nhất của bạc là 0 và +1, mặc dù một số trạng thái oxy hóa khác (+2 và +3) cũng được biết nhưng ít gặp hơn Trong số các muối/phức hợp Ag(II) này kém ổn định hơn so với các muối/phức hợp Ag(I) và Ag(III) [10] Khi có mặt lưu huỳnh và các hợp chất của nó, bạc sẽ phản ứng tạo ra bạc sulfide sẫm màu, chất này sẽ bị xỉn màu trong không khí

Trong những năm trước, bạc đã được sử dụng như một mặt hàng quý giá trong tiền tệ, đồ trang trí, trang sức, trang trí thực phẩm, pin mặt trời và nhiếp ảnh Bạc đã giúp thúc đẩy nền văn minh toàn cầu bằng cách kết nối Đông và Tây thông qua thương mại Những tài liệu sớm nhất về bạc có thể bắt nguồn từ 3000 năm trước Công nguyên

ở Thổ Nhĩ Kỳ ngày nay, nơi việc khai thác bạc đã thúc đẩy hoạt động buôn bán ở vùng biển Aegean và Địa Trung Hải cổ đại Các thương nhân sẽ sử dụng “hacksilver” – những miếng bạc được cắt thô – làm phương tiện trao đổi hàng hóa và dịch vụ Khoảng năm

1200 trước Công nguyên, người Hy Lạp cổ đại bắt đầu tinh chế và đúc tiền từ trữ lượng bạc dồi dào được tìm thấy ở các mỏ Laurion ngay bên ngoài Athens Đến năm 100 trước Công nguyên, Tây Ban Nha ngày nay đã trở thành trung tâm khai thác bạc của Đế chế

La Mã trong khi bạc thỏi được vận chuyển dọc theo các tuyến đường buôn bán gia vị ở châu Á Vào cuối những năm 1400, Tây Ban Nha đã mang niềm đam mê bạc của mình đến Tân Thế giới, nơi họ phát hiện ra trữ lượng bạc lớn nhất trong lịch sử trên những ngọn đồi bụi bặm ở Bolivia

Bên cạnh những công dụng của bạc trong thương mại, người ta còn ghi nhận khả năng chống vi khuẩn của bạc Bác sĩ Hy Lạp cổ đại Hippocrates, đôi khi được gọi là

“cha đẻ của y học”, đã viết về đặc tính chữa bệnh của bạc, và những ghi chép ban đầu cho thấy người Phoenicia đã sử dụng những chiếc bình bạc để giữ nước, rượu và giấm nguyên chất trong những chuyến hành trình dài trên biển

Không ít người từng nghe câu “sinh ra đã ngậm thìa bạc trong miệng”, câu nói này không phải chỉ nói về mỗi sự giàu có mà còn có ý nghĩa khác Vào thế kỷ 18, những đứa trẻ được cho ăn bằng thìa bạc được cho là khỏe mạnh hơn những đứa trẻ được cho

ăn bằng thìa làm từ gỗ hoặc các vật liệu khác [24] Ngoài ra, trong thời kỳ bùng phát của bệnh dịch hạch ở châu Âu thời trung cổ và phục hưng, người ta ăn uống bằng đồ dùng bằng bạc để bảo vệ bản thân khỏi bệnh tật

Công dụng chữa bệnh mới của bạc được đưa ra ánh sáng vào thế kỷ 19 và 20

Các bác sĩ phẫu thuật khâu vết thương sau phẫu thuật bằng chỉ bạc để giảm viêm Đầu những năm 1900, các bác sĩ đã kê đơn thuốc nhỏ mắt bạc nitrat để ngăn ngừa viêm kết mạc ở trẻ sơ sinh Hơn nữa, vào những năm 1960, NASA đã phát triển một máy lọc nước có khả năng phân phối các ion bạc để tiêu diệt vi khuẩn và làm sạch nước trên tàu

vũ trụ của họ [6]

Bạc và các hợp chất của nó có ứng dụng rộng rãi trong thế kỷ 20 bao gồm chất dẫn điện, tiếp điểm điện, xúc tác, điện tử, gương, lắp ráp thiết bị hóa học và hợp kim hàn, hệ thống lọc nước uống, hệ thống lọc bể bơi, sản phẩm chăm sóc sức khỏe và dụng

cụ y tế Những sợi bạc được dệt vào đầu ngón tay của găng tay để có thể sử dụng được với điện thoại màn hình cảm ứng [24]

Các hạt nano bạc từ lâu đã được sử dụng như một chất kháng khuẩn hiệu quả chống lại phổ rộng các vi khuẩn Gram âm (Acinetobacter, Escherichia, Pseudomonas, Salmonella và Vibrio) và gram dương (Bacillus, Clostridium, Enterococcus, Listeria, Staphylococcus và vi khuẩn Streptococcus) [24]

Phương pháp tổng hợp nano bạc rất đa dạng, trong đó tổng hợp xanh nano bạc bằng cách sử dụng các dịch chiết từ thực vật hiện đang được các nhà khoa học lựa chọn nghiên cứu bởi vì những lợi ích chúng mang lại Thực vật là nguồn cung cấp của nhiều thành phần và hợp chất sinh học có thể hoạt động như các chất ổn định và chất khử để tổng hợp các hạt nano xanh Các phương pháp tổng hợp xanh này là thân thiện với môi trường, không độc hại, tiết kiệm chi phí và cũng ổn định hơn khi so sánh với các phương pháp sinh học, vật lý và hóa học khác Quá trình tổng hợp xanh của các hạt nano được phân thành ba nhóm là ngoại bào, nội bào và hóa thực vật Quá trình tổng hợp hạt nano

từ dịch chiết thực vật là một quá trình giúp tiết kiệm rất nhiều chi phí và đặc biệt mang lại năng suất cao hơn do số lượng lớn các thành phần hóa học thực vật trong chiết xuất thực vật đóng vai trò là chất khử và ổn định chuyển đổi các ion kim loại thành hạt nano kim loại Các nghiên cứu trước đây báo cáo rằng đặc tính xúc tác của một số hạt nano

có thể làm giảm độc tính của các chất ô nhiễm môi trường [26], [3]

1.1.2 Sơ lược về Fe3O4

Fe3O4 (Magnetite hoặc oxide sắt từ) là khoáng vật từ tính lâu đời nhất được biết đến, đóng vai trò quan trọng trong đời sống tự nhiên và phát triển các ứng dụng công nghệ Bắt đầu từ việc sử dụng trong la bàn cổ đại để điều hướng khoảng ba nghìn năm trước, và cho đến hiện nay Fe3O4 được sử dụng trong việc phát triển các công nghệ nano

tiên tiến cho các ứng dụng trong thiết bị điện tử, chẩn đoán và điều trị y tế, hình ảnh và sản xuất vật liệu nanocomposite từ trường

Tính chất từ của Fe3O4 được xác định bởi cấu trúc tinh thể của nó Việc sắp xếp các moment từ của các cation sắt trong mạng tinh thể diễn ra thông qua sự tương tác đặc biệt giữa các electron của lớp 3d của các cation kề cận Sự sắp xếp các moment từ dẫn đến thứ tự từ tính tổng thể trong Fe3O4 Fe3O4 có tính dị hướng từ tinh thể một trường hợp đặc biệt của dị hướng từ có liên quan đến sự kết hợp quỹ đạo quay Tính dị hướng tinh thể từ phụ thuộc vào cấu trúc, hình dạng và thành phần hóa học của tinh thể Fe3O4

và đóng một vai trò quan trọng trong trật tự tính từ của Fe3O4 Tóm lại, quá trình chuyển giao electron 3d xảy ra trong cặp cation bát diện Fe2+ – Fe3+ có thể được mô tả ngắn gọn

là Fe2+ (3d6) ↔ Fe3+ (3d5)[9]

Bảng 1.1 Một số thuộc tính đặc trưng của Fe 3 O 4 [29]

Thuộc tính

Hạt nano oxide sắt từ đã thu hút sự quan tâm không chỉ trong lĩnh vực các phương tiện ghi từ tính băng và đĩa video âm thanh, đĩa ghi kỹ thuật số mật độ cao, chất lỏng từ tính, lưu trữ dữ liệu mà còn trong các lĩnh vực chăm sóc y tế như hệ thống phân phối thuốc ứng dụng y tế, bao gồm tăng thân nhiệt tần số vô tuyến, quang từ và chụp cộng hưởng từ (MRI), chẩn đoán y tế và điều trị ung thư và các thiết bị vi sóng, thiết bị quang

từ trường, cảm biến, ứng dụng tần số cao, xúc tác và cảm biến từ trường

Có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để tổng hợp các hạt nano oxide sắt từ, bao gồm nghiền, đồng kết tủa, kết tủa hóa học, phân hủy nhiệt, vi nhũ tương,

dung môi nhiệt, sol-gel, thủy nhiệt, điện hóa, pha khí Mỗi phương pháp đều có những

ưu và nhược điểm riêng

Phương pháp nghiền: Đối với phương pháp này, oxide sắt từ Fe3O4 được mài nhuyễn cùng với chất hoạt động bề mặt như acid oleic và dung môi như dầu, n-hexane… Chất hoạt động bề mặt đóng vai trò quan trọng trong việc làm cho quá trình nghiền diễn

ra dễ dàng hơn và ngăn chặn việc hạt dính lại với nhau Sau quá trình mài nhuyễn, sản phẩm phải trải qua một quá trình phân tách hạt phức tạp để đạt được sự đồng nhất của các hạt nano Phương pháp này có ưu điểm là có thể sản xuất hạt nano oxide sắt với số lượng ít và chi phí thấp Tuy nhiên, cũng tồn tại nhược điểm là khó khống chế độ đồng nhất của các hạt nano

Phương pháp đồng kết tủa: Cho phép sản xuất các hạt nano từ tính với kích thước

và tính chất đa dạng thông qua việc điều chỉnh các điều kiện thí nghiệm Quá trình này tạo ra các hạt Fe3O4 có kích thước từ vài nanomet đến vài chục nanomet, đồng thời đảm bảo tính đồng nhất hóa học và hoạt tính cao của sản phẩm Mặc dù phương pháp này có nhiều ưu điểm như quy trình đơn giản, phản ứng nhanh chóng, và khả năng tạo ra các hạt có độ đồng nhất và phân tán cao, nhưng cũng tồn tại nhược điểm là sản phẩm hạt nano thường có độ từ hóa thấp và dễ bị kết tụ

Phương pháp hóa siêu âm: Là một phương pháp tổng hợp hóa học được thực hiện dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm Quá trình bắt đầu bằng việc cho muối sắt (II) acetate vào nước cất hai lần và sau đó chiếu xạ sóng siêu âm vào dung dịch với công suất khoảng

200 W trong 2 giờ trong môi trường bảo vệ Sóng siêu âm được tạo ra dưới dạng xung

để tránh hiện tượng quá nhiệt do siêu âm tạo ra Khi dung dịch được tác động bởi sóng siêu âm, các chất có tính khử và tính oxi hóa như H2 và H2O2 sẽ xuất hiện Các sản phẩm trung gian năng lượng cao có thể gồm HO2 (superoxide), hydrogen nguyên tử, hydroxyl

và điện tử Những chất này sẽ oxi hóa muối sắt và chuyển chúng thành magnetite Fe3O4 Kết quả sau khi phản ứng diễn ra là thu được các hạt nano Fe3O4

1.1.3 Sơ lược về vật liệu Ag/Fe3O4

Với sự tiến bộ trong lĩnh vực khoa học nano và công nghệ nano, vật liệu nano lai

đa chức năng đang thu hút sự quan tâm ngày càng tăng của cộng đồng nghiên cứu Sự

mở rộng từ cấu trúc nano đơn thành cấu trúc nano lai đã mở ra nhiều triển vọng mới

Ưu điểm rõ ràng của vật liệu nano lai đa chức năng này là khả năng kết hợp các tính chất khác nhau như tính chất quang, điện tử, xúc tác và từ tính trong một cấu trúc duy

nhất Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Các hạt nano oxide sắt có đặc tính siêu thuận từ độc đáo, mở ra cánh cửa cho việc ứng dụng chúng trong nhiều lĩnh vực đa dạng Trong khi đó, các hạt nano bạc cũng thu hút sự chú ý đặc biệt trong các ứng dụng y sinh, nổi bật với vai trò chống vi khuẩn và kháng khuẩn [1]

Sự kết hợp giữa Fe3O4NPs và AgNPs trong cấu trúc nano lai (Ag/Fe3O4 hoặc Fe3O4/Ag) đại diện cho một chiến lược tiềm năng cho các ứng dụng y sinh mục tiêu Ag/Fe3O4 có thể được tổng hợp thông qua một quá trình xanh là sử dụng các tác nhân

tự nhiên, bao gồm cả tác nhân giảm và tác nhân phủ, nhằm giảm thiểu độ độc hại của vật liệu nano [19]

Cấu trúc vật liệu lai này thể hiện khả năng kết hợp độc đáo của các tính chất từng thành phần Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp giữa hạt nano oxide sắt từ và hạt nano bạc không chỉ thay đổi đỉnh phổ hấp thụ của nano bạc theo kích thước và hình dạng Ag của chúng, mà còn mang lại những tiềm năng ấn tượng trong lĩnh vực quang xúc tác và xử lý môi trường [4]

1.2 Tổng quan về cây sả chanh

1.2.1 Đặc điểm cây sả chanh

Tên gọi tiếng Việt: Sả chanh, Cỏ sả, Cỏ chanh, Hương mao

Tên tiếng Anh: Lemongrass, Oil grass, Citronella grass

Họ: Poaceae

Chi: Cymbopogon

Loài: Cymbopogon Citratus

Tên khoa học: Cymbopogon Citratus Stapf

Sả chanh (Cymbopogon Citratus), là một loài cây thuộc họ Poaceae Trong tiếng

Hy Lạp, “Cymbopogon” có nghĩa là râu thuyền Đây là một loại cây có mùi thơm, sống lâu, có nguồn gốc từ Sri Lanka và Nam Ấn Độ Ngày nay, nó phát triển rộng rãi khắp ở các nước nhiệt đới, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á Thường mọc thành các bụi, rễ chùm, có nhiều thân cứng và lá mảnh giống như lưỡi dao rủ xuống về phía dưới Lá có màu xanh, chuyển sang màu đỏ vào mùa thu và tỏa ra một hương thơm chanh đặc trưng Cây sả có thể đạt chiều cao lên đến 1,8 m và có thể sinh trưởng trong vài năm, thường tuổi thọ của nó là 4 đến 6 năm

Hình 1.1 Cây sả chanh 1.2.2 Thành phần hóa học của lá sả chanh

Dịch chiết của sả chanh là chất lỏng màu vàng hoặc màu hổ phách chứa tinh dầu

sả chanh chứa khoảng 1-2% dầu màu vàng nhạt Tinh dầu này chủ yếu được tạo thành

từ các thành phần tự nhiên như citral chiếm tỷ lệ từ 65-85%, tạo nên một hương thơm đặc trưng của sả chanh cùng với các thành phần khác như nerol, geraniol, citronellal, terpinolen, geranyl acetat, và methylheptenon, tuy nhiên tỷ lệ của các thành phần này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại sả và điều kiện chiết xuất

Ngoài ra, dịch chiết sả cũng có thể chứa các thành phần khác như flavonoids, polyphenols, và các dẫn xuất của acid hữu cơ Với sự đa dạng và tiềm năng của các thành phần hóa học, chiết xuất sả không chỉ là một nguyên liệu quý giá trong ngành thực phẩm và đồ uống mà còn là một nguồn cung cấp quý báu cho ngành mỹ phẩm, chăm sóc cá nhân và y học dân dụng Thành phần hóa học và tỉ lệ phần trăm các hợp chất chứa trong dịch chiết lá sả chanh được trình bày ở Bảng 1.2

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của lá sả chanh [30]

1.2.3 Ứng dụng của lá sả chanh

Sả chanh được sử dụng rộng rãi trong y học dân gian ở một số nước như giảm cảm giác buồn nôn, tiêu hóa kém, hoặc đau bụng Nó cũng được sử dụng như một chất làm dịu da để giảm ngứa và kích ứng Tinh dầu sả được sử dụng trong ngành công nghiệp hương liệu để tạo ra các sản phẩm như nến thơm, nước hoa, và các sản phẩm khử mùi khác như đuổi côn trùng Lá sả thường được sử dụng làm gia vị để tạo hương

vị thơm ngon cho các món ăn châu Á và châu Phi Chúng có thể được thêm vào các món nướng, nấu canh, nước lẩu, và các món hấp Lá sả thường được sử dụng làm hương liệu

“chanh” trong các loại trà thảo dược Đặc biệt hơn vào thời kỳ Covid-19 vẫn đang diễn biến phức tạp, nhiều người dân Việt Nam mách nhau cách xông hơi bằng sả để giảm thiểu khả năng nhiễm bệnh

Ngoài ra, trong một vài nghiên cứu gần đây cho thấy dịch chiết lá sả chanh chứa các tác nhân khử được sử dụng để tổng hợp các nano kim loại [20]

Năm 2014, Tăng Trung Kiên cùng với cộng sự đã nghiên cứu thành công nano đồng bằng dịch chiết lá sả và ứng dụng làm chất kháng khuẩn [2]

Năm 2022, Rakib-Uz-Zaman cùng với cộng sự đã nghiên cứu thành công quá trình tổng hợp nano bạc từ chiết xuất lá của cây Cymbopogon citratus (sả chanh) và đánh giá khả năng kháng khuẩn của các nano bạc này [5]; Cùng năm đó, Riyanto cùng các cộng sự đã thành công tổng hợp trực tiếp nano bạc từ dầu sả chanh và ứng dụng của chúng như một loại thuốc trừ sâu sinh học, đồng thời kiểm tra khả năng ngăn chặn sự phát triển của rêu trên các bề mặt đá[22]

1.3 Tổng quan về chất màu rhodamine B

1.3.1 Đặc điểm cấu tạo

Rhodamine B (RhB), là một trong những loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, thường được sử dụng rộng rãi trong các mục đích công nghiệp, như

in và nhuộm trong ngành dệt, giấy, sơn, da,…

Công thức: C28H31ClN2O3

Khối lượng mol: 479,017 g/mol

Màu sắc: Basic Violet 10; Brilliant Pink B

Công thức cấu tạo của RhB được trình bày trong Hình 1.2

Hình 1.2 Cấu tạo của rhodamine B 1.3.2 Tính chất và độc tính

Rhodamine B là một hợp chất hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng

về màu sắc và nhuộm vì tính chất của nó Ở điều kiện bình thường, RhB tồn tại ở dạng rắn, với màu sắc đặc trưng là xanh lá hoặc đỏ hồng, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể Khả năng tan của tinh thể RhB là một đặc điểm quan trọng Trong nước lạnh và ethanol, nó thường khó tan, tuy nhiên, khi đun nóng, tinh thể này lại tan dễ dàng hơn Khi tan vào nước, nó tạo ra một dung dịch màu đỏ hồng, đây là lý do vì sao RhB lại có một vị trí quan trọng trong lĩnh vực nhuộm màu

Trong môi trường nước, rhodamine B tồn tại ở dạng cation, có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến từ 400 đến 700 nm Và nó có cực đại hấp thụ tại bước sóng 554 nm, làm nổi bật tính chất quang học của chất này trong các ứng dụng liên quan đến ánh sáng và màu sắc

Hình 1.3 Tinh thể rhodamine B

Mặc dù rhodamine B mang lại rất nhiều những lợi ích như giá rẻ và nguồn tài nguyên dồi dào và chiếm vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp và thực phẩm,

làm đẹp Tuy nhiên, song song với những ưu điểm kia, RhB lại mang tới những mối nguy hiểm không ngờ

RhB có độc tính cao đối với con người và môi trường nước Khi hít phải, nuốt phải hoặc trong trường hợp tiếp xúc trực tiếp, chúng có thể gây buồn nôn, nhức đầu, khó thở, kích ứng da hoặc tổn thương mắt nghiêm trọng Rhodamine B đã được Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) phân loại vào nhóm 3 là chất có thể gây ung thư

ở người [21] Tiếp xúc kéo dài hoặc lặp đi lặp lại với rhodamine B có thể làm tăng nguy

cơ phát triển ung thư

Rhodamine B có thể gây hại cho sinh vật dưới nước nếu thải ra môi trường Nó

có thể tích tụ trong các vùng nước và có thể có tác động lâu dài đến hệ sinh thái dưới nước RhB có thể tồn tại trong môi trường trong thời gian dài, đặc biệt là trong các vùng nước nơi điều kiện không hỗ trợ sự phân hủy nhanh chóng Sự tồn tại dai dẳng này có thể kéo dài sự tiếp xúc của sinh vật dưới nước với RhB và làm tăng nguy cơ nhiễm độc theo thời gian Độc tính của RhB đối với sinh vật dưới nước có thể phá vỡ các quá trình sinh thái và dẫn đến sự mất cân bằng trong hệ sinh thái dưới nước Điều này có thể có tác động lan tỏa đến các sinh vật khác phụ thuộc vào các hệ sinh thái đó, có khả năng dẫn đến suy giảm đa dạng sinh học và sức khỏe hệ sinh thái

Rhodamine B được sử dụng làm chất tạo màu thực phẩm như bột ớt, dầu ớt, kẹo bông… vì nó mang lại màu sắc hấp dẫn cho các sản phẩm thực phẩm

Hình 1.4 Rhodamine B trong thực phẩm

Tuy nhiên, việc sử dụng Rhodamine B làm chất tạo màu thực phẩm là bất hợp pháp và bị cấm ở nhiều quốc gia do có khả năng gây ung thư và gây hậu quả có hại cho

sức khỏe Nó thường xâm nhập vào cơ thể khi trộn lẫn với thức ăn, từ đó gây ra stress oxy hóa trên tế bào và mô Việc sử dụng rhodamine B trong thực phẩm trong thời gian dài sẽ dẫn đến rối loạn chức năng gan hoặc ung thư, khi tiếp xúc với lượng lớn trong thời gian ngắn sẽ dẫn đến ngộ độc cấp tính Gần đây, Cơ quan Tiêu chuẩn và An toàn Thực phẩm Ấn Độ (FSSAI) đã đặc biệt cấm sử dụng rhodamine B trong các sản phẩm thực phẩm Bất kỳ việc sử dụng hóa chất này trong quá trình chuẩn bị, chế biến và phân phối thực phẩm đều bị trừng phạt theo Đạo luật Tiêu chuẩn & An toàn Thực phẩm năm

2006[21]

1.3.3 Tình trạng sử dụng rhodamine B trong thực tế và nguyên nhân gây ô nhiễm

Mặc dù rất nhiều nơi khuyến khích hạn chế sử dụng rhodamine B trong sản xuất nhưng bởi vì lợi nhuận mà RhB vẫn được sử dụng trong một số ngành công nghiệp, đặc biệt là trong ngành dệt may và mỹ phẩm Tuy nhiên, việc sử dụng không kiểm soát của RhB đã gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe công cộng và môi trường

Có không ít báo cáo về sự ô nhiễm môi trường do RhB gây ra [23],[15] Khả năng gây ô nhiễm môi trường từ các nguồn phơi nhiễm rhodamine B chủ yếu phát sinh từ các yếu tố sau:

Nước thải công nghiệp: Các ngành công nghiệp sử dụng rhodamine B trong quy trình sản xuất có thể xả nước thải có chứa thuốc nhuộm vào các vùng nước mà không được xử lý thích hợp Nước thải chưa được xử lý này có thể đưa rhodamine B vào hệ sinh thái dưới nước, có khả năng gây ô nhiễm nước mặt và nước ngầm

Xử lý không đúng cách: Việc xử lý không đúng cách các sản phẩm có chứa rhodamine B, chẳng hạn như thuốc nhuộm hết hạn hoặc vật liệu bị ô nhiễm, cũng có thể góp phần gây ô nhiễm môi trường Việc đổ những vật liệu này vào bãi chôn lấp hoặc vùng nước mà không có biện pháp ngăn chặn thích hợp có thể dẫn đến việc giải phóng rhodamine B ra môi trường

Rò rỉ: Trong quá trình vận chuyển, xử lý hoặc bảo quản các sản phẩm chứa rhodamine B, có những sự cố rò rỉ xảy ra dẫn đến ô nhiễm cục bộ đất, nước hoặc không khí, dẫn đến ô nhiễm môi trường nếu không được dọn dẹp kịp thời và hiệu quả

Độ bền trong môi trường: Rhodamine B có thể tồn tại trong môi trường trong thời gian dài, đặc biệt là trong các vùng nước nơi điều kiện không hỗ trợ sự phân hủy nhanh chóng Sự tồn tại dai dẳng này có thể kéo dài sự tiếp xúc của sinh vật dưới nước với rhodamine B và làm tăng nguy cơ nhiễm độc theo thời gian

1.3.4 Phương pháp xử lý rhodamine B

Hấp phụ: Các chất hấp phụ như than hoạt tính, khoáng sét và các vật liệu nano khác nhau đã được nghiên cứu về hiệu quả của chúng trong việc hấp phụ các phân tử rhodamine B từ dung dịch nước Quá trình hấp phụ có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như pH, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và liều lượng chất hấp phụ[13]

Quang xúc tác: Sự phân hủy quang xúc tác liên quan đến việc sử dụng các chất xúc tác quang, điển hình là các vật liệu bán dẫn như titanium dioxide (TiO2) hoặc zinc oxide (ZnO), để phân hủy các phân tử rhodamine B dưới tác động của tia cực tím (UV) hoặc ánh sáng khả kiến Quang xúc tác tạo ra các loại oxy phản ứng có thể oxy hóa và phân hủy các phân tử rhodamine B thành các sản phẩm phụ vô hại[14],[7]

Phân hủy sinh học: Một số vi sinh vật đã được tìm thấy có khả năng phân hủy rhodamine B thông qua các phản ứng enzyme Các phương pháp xử lý sinh học, chẳng hạn như xử lý sinh học hoặc phân hủy vi sinh vật, liên quan đến việc sử dụng vi sinh vật

để chuyển hóa và phân hủy các chất gây ô nhiễm rhodamine B trong đất hoặc nước Những phương pháp này có thể yêu cầu tối ưu hóa các điều kiện môi trường như nhiệt

độ, độ pH và mức độ dinh dưỡng để tăng cường hoạt động của vi sinh vật[16], [25]

Khử: Một cách tiếp cận phổ biến liên quan đến việc sử dụng chất khử để chuyển phân tử rhodamine B thành dạng khử, thường có cường độ màu giảm và có thể có các đặc tính khác với thuốc nhuộm ban đầu Ví dụ như khử bởi NaBH4, khi khử rhodamine

B, sodium borohydride được thêm vào dung dịch chứa thuốc nhuộm, dẫn đến sự chuyển đổi màu rhodamine B ít đậm hơn so với thuốc nhuộm ban đầu

Cơ chế của phản ứng này liên quan đến việc chuyển giao các ion H+ của NaBH4 sang phân tử thuốc nhuộm, dẫn đến sự chuyển đổi của ion RhB+ thành dạng khử của nó

Hình 1.5 Sơ đồ biểu diễn quá trình khử rhodamine B

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị

Bảng 2.1 Hoá chất sử dụng trong nghiên cứu

Hoá chất

Đặc điểm

(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O Ammonium iron(II)

sulfate hexahydrate AR, 98%, Trung Quốc

FeCl3.6H2O Iron(III) chloride

hexahydrate AR, 99%, Trung Quốc

NaBH4 Sodium borohydride AR 98%, Trung Quốc

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị

Nghiên cứu sử dụng các dụng cụ thông dụng trong phòng thí nghiệm như: Cốc thuỷ tinh, ống đong, bình cầu, bình tam giác, bình định mức, pipette, muỗng sắt, kéo sắt,

rổ nhựa, kiềng sắt, đũa thuỷ tinh, con từ, chén sứ, giấy lọc

Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: Cân phân tích; Máy khuấy từ gia

nhiệt; Bếp cách thủy; Tủ sấy; Máy đo pH HANNA HI2010 – 02; Máy đo UV – Vis V730, Perking Elmer; Máy XRD Bruker D8 ADVANCE ECO; Máy đo kính hiển vi điện tử quét SEM JSM IT200