Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu chế tạo màng PVDF- G- AAC bằng phương pháp chiếu xạ và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của màng PVDF-G-AAC

TÓM TẮT KHÓA LUẬN Polyvinylidene fluoride PVDF được biết đến là một trong những vật liệu phổ biến nhất được sử dụng để chế tạo màng lọc vì độ bền cơ học, khả năng kháng hóa chất và độ ổn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

GVHD: PGS TS NGUYỄN NGỌC DUY SVTH: TRẦN THỊ KIỀU DIỄM

TP Hồ Chí Minh, tháng 8/2024

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG PVDF- G- AAC BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ VÀ KHẢO SÁT

HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA MÀNG

PVDF-G-AAC/NANO KIM LOẠI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG PVDF-G-AAC BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA MÀNG PVDF-G-AAC/NANO KIM LOẠI

SVTH: Trần Thị Kiều Diễm

MSSV: 20128080

GVHD: PGS TS Nguyễn Ngọc Duy

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG PVDF-G-AAC BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA MÀNG PVDF-G-AAC/NANO KIM LOẠI

SVTH: Trần Thị Kiều Diễm

MSSV: 20128080

GVHD: PGS TS Nguyễn Ngọc Duy

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2024

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC-THỰC PHẨM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN CN HÓA HỌC -

-

PHIẾU TRẢ LỜI GÓP Ý NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung

- Họ và tên sinh viên: Trần Thị Kiều Diễm Lớp: 20128P1

- Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo màng PVDF-g-AAc bằng phương pháp chiếu xạ và khảo sát

hoạt tính kháng khuẩn của màng PVDF-g-AAc/nano kim loại

- Mã số khóa luận:

- Họ và tên người hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn Ngọc Duy

II Nội dung trả lời

1 Nên giới thiệu tên khoa học của nguyên

liệu/hóa chất đầy đủ trước khi viết tắt Đã chỉnh sửa lại tên nguyên liệu/hóa chất phần tóm tắt khóa luận

2 Lỗi chính tả và viết câu hoàn chỉnh Đã chỉnh sửa lỗi chính tả ở trang 19 và viết

lại câu hoàn chỉnh ở trang 9

3 Một số câu chưa rõ nghĩa Đã viết lại câu phần nhận xét trang 35

4 Hình 3.9 rất khó phân biệt kết quả Đã chỉnh sửa lại hình 3.9 trang 41

5

Hình 3.1 và 3.6 không thể đọc được kích thước trên hình nên rất khó theo dõi phần nhận xét và biện luận kèm theo

Đã chỉnh sửa hình 3.1 ở trang 35 và hình 3.6 ở trang 38

6 Sơ đồ trang 27 nên điều chỉnh lại để tương

thích với thuyết minh Đã chỉnh sửa lại sơ đồ 2.2 trang 27 và điều chỉnh lại phần thuyết minh

7 Các nhận xét và giải thích kết quả SEM chưa

bám sát với dữ liệu thực nghiệm

Đã chỉnh sửa phần nhận xét và kết luận SEM ở trang 38 và trang 42

Tp.HCM, ngày 21 tháng 08 năm 2024

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Thị Duy Hạnh Trần Thị Kiều Diễm

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Polyvinylidene fluoride (PVDF) được biết đến là một trong những vật liệu phổ biến nhất được sử dụng để chế tạo màng lọc vì độ bền cơ học, khả năng kháng hóa chất và độ ổn định nhiệt tốt Tuy nhiên, PVDF thường xuất hiện hiện tượng tắc nghẽn sinh học do vi khuẩn gây ra, điều này gây hạn chế đáng kể đến các ứng dụng của màng lọc Để giải quyết vấn đề trên cần có một loại vật liệu có khả năng kháng khuẩn để chống tắc nghẽn sinh học định hướng ứng dụng trong xử lý nước thải

Trong khóa luận này, đề tài “Nghiên cứu chế tạo màng polyvinylidene fluoride ghép acid acrylic (PVDF-g-AAc) bằng phương pháp chiếu xạ và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của màng polyvinylidene fluoride ghép với acid acrylic gắn nano kim loại (PVDF-g-AAc/nano kim loại)”, đã nghiên cứu ghép mạch acid acrylic (AAc) lên màng polyvinylidene fluoride (PVDF) bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma từ nguồn Co-60 theo hai cách: chiếu xạ trước và đồng chiếu xạ Màng PVDF-g-AAc sau đó sẽ được gắn các hạt nano bạc và đồng để gia tăng hiệu quả diệt khuẩn Các màng sau khi được tạo thành sẽ được phân tích thành phần hóa học, cấu trúc phân tử bằng phương pháp đo quang phổ hồng ngoại (FTIR), phân tích bề mặt thông qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kết hợp với phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) Đồng thời hoạt tính kháng

khuẩn của vật liệu màng tổng hợp trên chủng vi khuẩn Escherichia coli cũng đã được

CFU/mL sau thời gian xử lý vật liệu bằng phương pháp ngâm Các kết quả khảo sát cho thấy màng được tổng hợp bằng phương pháp đồng chiếu xạ thể hiện kết quả kháng khuẩn tốt hơn so với màng được tổng hợp bằng phương pháp chiếu xạ trước Ngoài ra, kết quả kháng khuẩn còn cho thấy màng lọc PVDF-g-AAc/AgNPs chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ có khả năng diệt khuẩn mạnh và được định hướng ứng dụng trong các thiết bị lọc nước kháng khuẩn.

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khoá luận này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong

bộ môn Công nghệ Hoá học, khoa Công nghệ Hoá học và Thực Phẩm, trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh đã cho em có cơ hội được học tập, thực hành, tích luỹ kiến thức cùng các kỹ năng cần thiết để thực hiện khoá luận này

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Duy đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và giải đáp mọi thắc mắc giúp em hoàn thành bài khoá luận tốt nghiệp trong suốt quá trình thực hiện

Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, anh chị ở Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh, đặc biệt là chị Hà Thị Ngọc Trinh đã hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình thực hiện khoá luận tốt nghiệp Cuối cùng em xin cảm ơn đến gia đình, cha mẹ và bạn bè đã luôn bên cạnh, luôn động viên giúp em luôn giữ vững tinh thần và là nguồn động lực to lớn cho em trong suốt quá trình em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp

Bằng kiến thức đã trau dồi và tích luỹ trong thời gian học tập tại trường, tìm đọc các tài liệu khoa học công nghệ trong và ngoài nước, lắng nghe những lời góp ý, nhận xét từ thầy hướng dẫn đã giúp em hoàn thành khoá luận một cách logic và rõ ràng hơn Tuy nhiên, không thể tránh khỏi những sai sót trong bài Em rất mong nhận được sự góp ý

từ quý thầy cô để khoá luận của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin kính chúc quý thầy cô nhiều sức khoẻ và thành công trên con đường sự nghiệp giảng dạy và nghiên cứu của mình Em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Kiều Diễm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và thực nghiệm của riêng tôi, được thực hiện duới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Duy Tất cả các số liệu và kết quả được nêu trong khóa luận này đều được trình bày một cách trung thực và khách quan, chưa từng được công bố dưới bất kì hình thức nào Mọi kết quả, tài liệu tham khảo, hình ảnh từ các nghiên cứu khác đều được trích dẫn nguồn gốc đầy đủ và rõ ràng

Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Kiều Diễm

MỤC LỤC

TÓM TẮT KHÓA LUẬN i

LỜI CẢM ƠN iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

DANH MỤC VIẾT TẮT xi

LỜI MỞ ĐẦU xii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về màng lọc 1

1.1.1 Giới thiệu về màng lọc và các quá trình lọc màng 1

1.1.2 Cơ chế tách qua màng 2

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc của màng 3

1.1.4 Hiện tượng tắc nghẽn màng 4

1.1.5 Polyvinylidene fluoride và màng lọc polyvinylidene fluoride (PVDF) 6

1.2 Tổng quan về công nghệ bức xạ 8

1.2.1 Một vài khái niệm trong công nghệ bức xạ 8

1.2.2 Nguồn bức xạ 10

1.2.3 Ứng dụng công nghệ bức xạ tại Việt Nam 11

1.2.4 Biến tính màng lọc bằng phương pháp chiếu xạ 11

1.2.5 Cơ chế ghép nối AAc lên màng PVDF bằng phương pháp chiếu xạ 12

1.3 Tổng quan về vật liệu nano kim loại 14

1.3.1 Giới thiệu chung-phương pháp tổng hợp 14

1.3.2 Đặc điểm tính chất 16

1.3.3 Biến tính bề mặt màng lọc thông qua phương pháp phủ lớp hạt nano 18

1.3.4 Tổng quan về nano bạc 18

1.3.5 Tổng quan về nano đồng 19

1.3.6 Mức độ kháng khuẩn của AgNPs và CuNPs 20

1.4 Tổng quan khuẩn E.coli 21

1.5 Tình hình nghiên cứu đề tài trong và ngoài nước 22

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 22

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 23

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 25

2.1.1 Nguyên vật liệu và hóa chất 25

2.1.2 Dụng cụ 25

2.1.3 Thiết bị 25

2.2 Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu 25

2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của liều xạ và nồng độ AAc lên mức độ phần trăm ghép của màng PVDF-g-AAc bằng phương pháp chiếu xạ 26

2.2.2 Nghiên cứu gắn nano bạc và nano đồng lên màng PVDF-g-AAc 28

2.2.3 Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của màng PVDF-g-AAc/nano kim loại trên chủng vi khuẩn E.coli ở quy mô phòng thí nghiệm 29

2.3 Các phương pháp phân tích 32

2.3.1 Phương pháp xác định mức độ ghép AAc lên bề mặt màng PVDF 32

2.3.2 Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 32

2.3.3 Kính hiển vị điện tử quét (SEM) và quang phổ tán xạ năng lượng tia X- EDX 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 35

3.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của liều xạ và nồng độ AAc lên mức độ phần trăm ghép của màng PVDF-g-AAc bằng phương pháp chiếu xạ 35

3.1.1 Theo phương pháp chiếu xạ trước 35

3.1.2 Theo phương pháp đồng chiếu xạ 36

3.1.3 Phân tích kết quả đo FTIR 37

3.1.4 Kết quả phân tích hình thái cấu trúc bề mặt-SEM 38

3.2 Kết quả nghiên cứu gắn nano bạc và nano đồng lên màng PVDF-g-AAc 39

3.2.1 Phân tích kết quả đo FTIR 39

3.2.2 Kết quả phân tích hình thái cấu trúc bề mặt-SEM 41

3.2.3 Kết quả phân tích thành phần hóa học-EDX 42

3.3 Kết quả nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của màng PVDF-g-AAc/nano kim loại trên chủng vi khuẩn E.coli ở quy mô phòng thí nghiệm 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 55

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Chương 1

Hình 1.1: Màng đối xứng và bất đối xứng [12] 1

Hình 1.2: Mô hình các cơ chế tách lọc qua màng [12] 3

Hình 1.3: Phân loại các nguyên nhân gây tắc nghẽn màng [13] 4

Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của PVDF 7

Hình 1.5: Màng polyvinylidene fluoride (PVDF) 7

Hình 1.6: Hệ thống dàn bức xạ tia gamma từ nguồn Co-60 SVST-Co60/B 10

Hình 1.7: Phản ứng trùng hợp ghép của AAc lên màng PVDF theo phương pháp chiếu xạ trước [18] 13

Hình 1.8: Phương pháp tổng hợp hạt nano kim loại [32] 15

Hình 1.9: Ảnh hưởng của kích thước hạt đến màu sắc phân tán của hạt nano vàng [33] 17

Hình 1.10: Hình biễu diễn hiện tượng cộng hưởng bề mặt [33] 18

Hình 1.11: Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc [36] 19

Hình 1.12: Cơ chế kháng khuẩn của nano đồng [39] 20

Hình 1.13: Cấu tạo vi khuẩn E.coli [47] 21

Chương 2 Hình 2.1: Sơ đồ chế tạo màng PVDF-g-AAc theo phương pháp chiếu xạ trước 26

Hình 2.2: Sơ đồ chế tạo màng PVDF-g-AAc theo phương pháp ghép nối AAc đồng thời với chiếu xạ 27

Hình 2.3: Quy trình ghép nano kim loại lên màng PVDF-g-AAc 28

Hình 2.4: Quy trình chuẩn bị môi trường NB rắn 29

Hình 2.5: Huyền phù vi khuẩn có mật độ (20-30) × 105 CFU/mL 30

Hình 2.6: E.coli được ria trên môi trường đĩa NB 30

Hình 2.7: Khảo sát khả năng kháng khuẩn theo phương pháp ngâm 31

Hình 2.8: Ngâm màng trong huyền phù vi khuẩn và lắc trong 3 giờ 32

Hình 2.9: Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét [55] 33

Chương 3

Hình 3.1: Ảnh hưởng của liều xạ đến mức độ ghép AAc lên màng PVDF (AAC: 30%) 35 Hình 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ AAc của mức độ ghép AAc lên màng PVDF (liều:

20 kGy) 35 Hình 3.3: Ảnh hưởng của liều xạ đến mức độ ghép AAc lên màng PVDF ở nồng độ AAc (10-50%) 36 Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ AAc của mức độ ghép AAc lên màng PVDF (liều:

10 kGy) 36 Hình 3.5: Phổ FTIR của các màng: (a) PVDF ban đầu; (b) PVDF-g-AAc (1,5%) và (c) PVDF-g-AAc (22%) 37 Hình 3.6: Ảnh chụp SEM của các màng không chứa nano kim loại 39 Hình 3.7: Phổ FTIR của màng (a) PVDF ban đầu (b1) PVDF-g-AAc (c1) PVDF-g-AAc/AgNPs (d1) PVDF-g-AAc/CuNPs theo phương pháp chiếu xạ trước (1,5% GD) 40 Hình 3.8: Phổ FTIR của màng (a) PVDF ban đầu (b2) PVDF-g-AAc (c2) PVDF-g-AAc/AgNPs (d2) PVDF-g-AAc/CuNPs theo phương pháp đồng chiếu xạ (22% GD) 40 Hình 3.9: Ảnh chụp SEM của các màng PVDF ban đầu và màng có chứa nano bạc và nano đồng 41 Hình 3.10: Phổ EDX của các màng chứa nano bạc và nano đồng 43 Hình 3.11: Các mẫu vật liệu phân tích và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn 44 Hình 3.12: Hình chụp đĩa vi khuẩn ở các màng PVDF-g-AAc (2 phương pháp) và gắn các hạt nano kim loại 45 Hình 3.13: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nano kim loại đối với màng PVDF-g-AAc (2 phương pháp ghép) 45

DANH MỤC VIẾT TẮT

AAc Acid acrylic

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời gian gần đây, nhu cầu về nguồn nước sạch, tinh khiết đã tăng lên gấp bảy lần

do sự gia tăng dân số trên toàn cầu Điều này đặt ra yêu cầu cần thiết phải phát triển một chiến lược xử lý nước hiệu quả để nâng cao sức khỏe con người Theo một báo cáo, khoảng 53% tổng lượng nước sạch được sản xuất hiện nay sử dụng công nghệ màng lọc [1] Công nghệ này ngày càng phát triển và được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

do đem lại hiệu quả cao Màng lọc cho phép chúng ta tách những cấu tử khác nhau về kích thước, từ kích thước hạt đến kích thước ion, mà không cần phải thực hiện quá trình chuyển pha Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và chi phí, đồng thời không cần sử dụng các hóa chất phụ trợ Đây được xem là một phương pháp hiện đại, không độc hại đối với môi trường Trong quá trình lọc, màng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, hóa chất, y học, sinh học, dược phẩm, xử lí nước thải và các lĩnh vực khác của ngành công nghiệp [2] Các màng lọc thường sử dụng các loại polyme như: polysulfone (PSF), polyacrylonitrile (PAN), polyethersulfone (PES), polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP) và polyvinylidene fluoride (PVDF)

để làm vật liệu màng [3] Những vật liệu này có tính thấm, tính chọn lọc tốt và tính ổn định về cơ học, hóa học và nhiệt nên được ứng dụng xử lý nước Trong số các vật liệu này, màng PVDF được xem là một trong những vật liệu phổ biến nhất và thu hút được

sự quan tâm của các nhà sản xuất và nghiên cứu nhờ vào những đặc tính trên [4] Tuy nhiên, quá trình vận hành màng lọc vẫn còn gặp phải một số trở ngại như bám bẩn do vi sinh vật Quá trình hình thành màng nhầy bắt đầu khi vi sinh vật tiếp xúc với bề mặt màng PVDF và tạo ra một lớp màng mỏng bám chặt Vi sinh vật tiếp tục sinh trưởng và phát triển trên lớp màng này, tạo thành một cấu trúc màng nhầy bao gồm vi sinh vật, protein, polysaccharide và các tạp chất khác.Màng nhầy tạo ra có thể gây tắc nghẽn và giảm hiệu suất lọc của màng PVDF bằng cách tạo ra một lớp màng cản trở, ảnh hưởng đến lưu lượng chảy qua màng lọc

Để khắc phục vấn đề trên, nhiều nghiên cứu đã tạo ra và phát triển các vật liệu mới nhằm gia tăng khả năng kháng khuẩn thông qua việc biến tính bề mặt màng Màng PVDF sẽ được biến tính bề mặt với AAc bằng phương pháp chiếu xạ AAc được biết là một acid hữu cơ trong cấu trúc có chứa nhóm chức acid carboxylic (-COOH) Khi màng PVDF được khơi mào bằng tia bức xạ gamma từ nguồn Co-60 sử dụng nguồn năng lượng cao

để tạo thành các gốc tự do trên bề mặt màng, các gốc tự do này sẽ phản ứng với AAc theo phản ứng trùng hợp tạo thành màng PVDF-g-AAc giúp cải thiện tính tương thích

và tạo điều kiện thuận lợi cho việc gắn các nano kim loại lên màng Do các AAc chứa nhóm carboxylate (-COO-) mang điện tích âm do quá trình ion hóa, sự có mặt của nhóm carboxylate làm tăng độ bám dính của các ion kim loại như Ag+ và Cu2+ trên bề mặt màng Việc kết hợp các vật liệu nano kháng khuẩn lên màng đang là một bước đột phá

để kiểm soát bám bẩn sinh học Ví dụ như bạc (Ag), titan dioxit (TiO2), graphene oxit (GO), sắt (Fe), đồng (Cu), kẽm (Zn) được tích hợp vào màng lọc [5-8] Hiện nay AgNPs

và CuNPs là vật liệu đang được sử dụng phổ biến do có khả năng kháng khuẩn và kháng nấm hiệu quả [9, 10] Phương pháp biến tính bề mặt sử dụng chiếu xạ gamma để tạo ra màng PVDF-g-AAc/nano kim loại đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu nhờ vào một số tính chất sau: i) giúp tạo điều kiện ghép nối các monome acid acrylic (AAc) lên màng PVDF ii) quá trình ghép nối bằng chiếu xạ gamma không tạo ra các phụ phẩm hoặc các chất xúc tác hóa học nên giữ cho màng có độ tinh khiết cao iii) Liều chiếu xạ được điều chỉnh chính xác tùy theo mức độ ghép nối mong muốn [11]

Đề tài luận văn: “Nghiên cứu chế tạo màng lọc Polyvinylidene fluoride (PVDF-g-AAc) bằng phương pháp chiếu xạ và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của màng PVDF-g-AAc/nano kim loại” được thực hiện bằng việc nghiên cứu biến tính bề mặt của màng lọc PVDF nhờ kĩ thuật trùng hợp ghép với acid acrylic làm monome và quá trình trùng hợp được khơi mào dưới bức xạ gamma Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của màng được khảo sát bao gồm nồng độ của dung dịch monome và liều xạ Nghiên cứu cũng tập trung vào hoạt tính kháng khuẩn của màng PVDF-g-AAc khi gắn các hạt AgNPs và

CuNPs lên màng đối với vi khuẩn E.coli

Mục tiêu của đề tài

- Khảo sát ảnh hưởng của liều xạ và nồng độ acid acrylic ghép lên màng PVDF Phân

tích, khảo sát các tính chất của màng PVDF-g-AAc tạo thành

- Gắn các hạt nano bạc và nano đồng lên màng PVDF-g-AAc

- Khảo sát khả năng kháng khuẩn của màng PVDF-g-AAc/nano kim loại trên chủng vi

khuẩn Escherichia coli

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi của luận văn tốt nghiệp này, nghiên cứu sẽ tập trung vào quá trình chế tạo màng PVDF-g-AAc/nano kim loại từ màng polyvinylidene fluoride (PVDF), acid acrylic, nano bạc và nano đồng Nghiên cứu ảnh hưởng của liều xạ và nồng độ các chất tham gia phản ứng đến quá trình chế tạo và khảo sát hiệu quả kháng khuẩn chống tắc

nghẽn sinh học của sản phẩm đối với vi khuẩn Escherichia coli

Địa điểm thí nghiệm: phòng thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ Tp Hồ Chí Minh và Trung tâm Hạt nhân Tp Hồ Chí Minh

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của liều xạ và nồng độ AAc lên mức độ phần trăm ghép của màng PVDF-g-AAc bằng phương pháp chiếu xạ

- Nghiên cứu gắn nano bạc và nano đồng lên màng PVDF-g-AAc

- Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của màng PVDF-g-AAc/nano kim loại (AgNPs

và CuNPs) trên chủng vi khuẩn E.coli ở quy mô phòng thí nghiệm

Phương pháp nghiên cứu

- Biến tính bề mặt màng với acid acrylic bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma từ nguồn Co-60, gắn các hạt nano bạc và nano đồng lên màng PVDF-g-AAc bằng phương pháp phủ nhúng (dip coating)

- Xác định tính chất và cấu trúc của vật liệu bằng các phương pháp đo quang phổ hồng ngoại FTIR, phân tích bề mặt thông qua kính hiển vi điện tử quét SEM và kết hợp với phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)

- Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn chống tắc nghẽn sinh học của màng

PVDF-g-AAc/nano kim loại đối với khuẩn Escherichia coli bằng phương pháp ngâm

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu chế tạo màng PVDF-g-AAc bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma từ nguồn Co-60 và khảo sát có hệ thống các yếu tố ảnh hưởng như: liều xạ, nồng độ AAc đến mức độ ghép AAc lên màng Đồng thời khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của màng tạo thành

Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu ứng dụng của màng PVDF-g-AAc/nano kim loại với đặc tính kháng khuẩn của sản phẩm Màng được định hướng ứng dụng vào quá trình lọc

nước và xử lý nước thải nhằm tiêu diệt vi khuẩn từ đó ngăn ngừa tình trạng tắc nghẽn sinh học trên bề mặt màng

Cấu trúc của khóa luận tốt nghiệp

Luận văn được chia thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và bàn luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về màng lọc

1.1.1 Giới thiệu về màng lọc và các quá trình lọc màng

Màng lọc là một cấu trúc vật liệu có khả năng phân tách các hỗn hợp đồng nhất (khí - khí và lỏng - lỏng) hay hỗn hợp không đồng nhất (rắn - lỏng và rắn - khí) dựa trên kích thước, hình dạng hoặc tính chất hóa học của chúng Nói đơn giản, màng lọc có thể được xem như là một rào cản nằm giữa hai pha có thể tách rời và lớp rào cản này có tính thấm

và lọc các chất theo pha đi vào và pha thấm qua Màng lọc sẽ giữ lại một số thành phần trong pha đi vào và cho các thành phần khác đi qua theo pha thấm qua (hay còn gọi là dịch lọc) Quá trình vận chuyển các chất qua màng có thể là hoạt động chủ động hay thụ động dựa vào sự chênh lệch của nồng độ, áp suất, điện trường hoặc nhiệt độ

Ưu điểm chính của công nghệ màng so với các kỹ thuật phân tách khác là tính chọn lọc vận chuyển của màng với khả năng phân tách mà không cần dùng các chất phụ gia và được thực hiện ở môi trường có nhiệt độ thấp hơn so với các quy trình phân tách thông thường khác phải tiêu thụ năng lượng

Đối với màng tổng hợp dạng rắn thì cấu trúc màng được chia thành hai loại như hình 1.1 bên dưới:

Hình 1.1: Màng đối xứng và bất đối xứng [12]

Hiện nay, trong ứng dụng xử lý nước và nước thải sử dụng bốn loại công nghệ màng lọc là: màng vi lọc, màng siêu lọc, màng lọc nano và màng lọc thẩm thấu ngược

1.1.2 Cơ chế tách qua màng

Cơ chế tách lọc các chất qua màng là một cơ chế phức tạp, đã có nhiều giả thuyết được

đề xuất để giải thích cho cơ chế tách của màng lọc, bao gồm:

- Thuyết sàng lọc

Giả thuyết này cho biết màng có nhiều lỗ mao quản với kích thước lỗ xác định Các phân tử nhỏ hơn kích thước lỗ của mao quản có thể đi qua màng, trong khi các phân tử lớn hơn sẽ bị cản lại.[12] Điều này chỉ đúng cho các quá trình lọc trong đó kích thước của chất tan lớn, nhưng không thể giải thích được khi cả dung môi và chất tan có cùng kích thước

- Thuyết hòa tan khuếch tán

Theo giả thuyết này, cả chất tan và dung môi đều được khuếch tán qua màng dưới áp suất cao Tốc độ khuếch tán của dung môi và chất tan là khác nhau, tốc độ này phụ thuộc vào hệ số khuếch tán qua màng của từng chất Khi dung môi có hệ số khuếch tán cao và chất tan có hệ số khuếch tán thấp thì quá trình tách chất sẽ đạt được hiểu quả cao

- Thuyết hấp phụ mao quản

Theo giả thuyết này, màng bán thấm bao gồm nhiều mao quản, nhờ đó mà lớp nước liên kết hấp phụ được hình thành trên bề mặt màng và ống mao quản Dưới tác động của các lực hóa lý, lớp hấp phụ này đã mất đi một phần hoặc hoàn toàn khả năng hòa tan các chất tan nên chất tan sẽ được giữ lại và không cho đi qua các ống mao quản Nếu đường kính của các ống mao quản đủ nhỏ hơn hai lần độ dày lớp nước liên kết hấp phụ thì chỉ

có nước tinh khiết mới có thể đi qua màng Giả thuyết này giải thích một cách đầy đủ

về cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân tách

Hình 1.2: Mô hình các cơ chế tách lọc qua màng [12]

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc của màng

❖ Áp suất :

Áp suất đóng vai trò quyết định trong quá trình lọc bằng động lực, đặc biệt là trong trường hợp của quá trình thẩm thấu ngược Khả năng lọc và khả năng lưu giữ ban đầu tăng lên khi áp suất tăng lên nhưng khi áp suất đạt đến một mức nhất định thì khả năng lọc và khả năng lưu giữ của màng gần như không đổi

❖ Nồng độ dung dịch

Nồng độ của các chất được tách ra có thể tác động tới kích thước các lỗ trên màng và áp suất cần để thúc đẩy sự tách lọc Khi nồng độ chất quá cao, áp suất cần thiết để đẩy chất này qua các lỗ của màng tăng lên Điều này có thể làm tắc nghẽn màng và hiệu quả của quá trình lọc giảm

Một số trường hợp, có thể thiết lập gradient nồng độ, trong đó nồng độ của chất ở một bên của màng cao hơn bên kia, để giúp thúc đẩy sự tách lọc Nồng độ của chất tan cũng

có thể tác động tới tốc độ khuếch tán qua các lỗ của màng, làm cho hiệu quả tổng thể của quá trình lọc bị ảnh hưởng

❖ Độ pH

Độ pH của các chất được tách ra có thể ảnh hưởng đến độ hòa tan, độ ổn định của các chất và điện tích, từ đó ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán qua các lỗ của màng Thay đổi

độ pH có thể làm cho một chất trở nên ít hoặc nhiều hòa tan dẫn đến khả năng đi qua lỗ rỗng của nó cũng bị tác động Ngoài ra, độ pH cũng tác động đến độ ổn định và cấu trúc của vật liệu màng làm giới hạn thời gian sử dụng màng

1.1.4 Hiện tượng tắc nghẽn màng

1.1.4.1 Định nghĩa và phân loại

Sự tắc nghẽn màng xảy ra khi các chất không hòa tan được, tích tụ trên bề mặt hoặc trong các lỗ xốp của màng Điều này có thể là kết quả của các tác nhân gây tắc nghẽn bám vào màng dẫn đến hiệu quả lọc của màng giảm Tắc nghẽn thường được phân loại thành bốn loại khác nhau như được mô tả trong hình 1.3

Hình 1.3: Phân loại các nguyên nhân gây tắc nghẽn màng [13]

Tắc nghẽn do các chất hữu cơ: xảy ra khi các thành phần hữu cơ như protein, chất béo, polysaccharide, các hợp chất hữu cơ dạng hòa tan kết hợp với những ion như Ca2+ và

Mg2+ tạo thành phức chất sau đó gắn kết với nhau tạo nên một lớp gel dính và tích tụ trên bề mặt màng lọc

Tắc nghẽn do các chất vô cơ, cặn bẩn: do nồng độ của các muối vô cơ như CaCO3, CaSO4.xH2O, Ca3(PO4)2, hydroxide kim loại tăng lên vượt quá cao so với độ tan và bị kết tủa bám lên bề mặt màng

Tắc nghẽn do các thành phần keo: xảy ra do có sự xuất hiện của các phân tử keo và các hạt lơ lửng như các khoáng sét muối silic và các hydroxide kim loại nặng có kích thước hạt từ vài nanomet đến vài micromet

Tắc nghẽn do vi sinh vật: do sự bám dính tế bào vi khuẩn không thể đảo ngược của một hoặc nhiều loại vi khuẩn, sau đó là sự xâm nhập qua bề mặt màng tạo thành màng sinh học vi khuẩn [14] Quá trình này thường bắt đầu bởi sự bám dính của vi khuẩn sống và phát triển nhờ các chất dinh dưỡng có trong môi trường nước Lớp màng sinh học được hình thành từ sự tích tụ dần các vi sinh vật với độ dày có thể lên đến 20-30 μm [15].Trong các dạng tắc nghẽn đó, tắc nghẽn do vi sinh vật là dạng bám bẩn phức tạp và khó loại bỏ nhất Do vi sinh vật sinh trưởng nhanh và có thể tự bảo vệ đối với chất diệt khuẩn bởi lớp gel sinh học bao quanh nên bám bẩn sinh học rất khó loại bỏ Chất tắc nghẽn màng ảnh hưởng đến hiệu suất lọc qua màng, làm cho năng suất lọc giảm mạnh và áp suất làm việc tăng lên, vì vậy cần tiêu thụ nhiều năng lượng để duy trì năng suất lọc hiệu quả Thường để loại bỏ và làm sạch các chất làm tắc nghẽn sẽ áp dụng bằng việc rửa màng Tuy nhiên, có nhiều trường hợp, tình trạng tắc nghẽn của màng chỉ có thể loại bỏ được ở một mức độ nhất định nên buộc phải thay thế màng

1.1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tắc nghẽn màng

❖ Kích thước lỗ

Khi kích thước của các lỗ trên màng lớn thì nguy cơ tắc nghẽn màng cũng tăng lên Các

lỗ có kích thước lớn làm cho bề mặt trở nên thô ráp, khoảng cách giữa các lỗ cũng lớn hơn Điều này dẫn đến việc các hạt lớn, phân tử lớn có khả năng làm tắc nghẽn màng hơn Đôi khi, các hạt bẩn lớn dễ lọt qua các lỗ lớn hơn và dễ bám lại bề mặt màng do khoảng cách giữa các lỗ lớn Dần dần, sự tích tụ này sẽ gây tắc nghẽn màng Tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu sử dụng, việc lựa chọn loại màng với kích thước lỗ thích hợp

Lỗ màng có kích thước nhỏ hơn so với kích thước tối ưu có thể làm khả năng lọc giảm,

trong khi lỗ màng có kích thước lớn hơn so với kích thước tối ưu có thể dẫn đến tắc nghẽn và hiệu quả lọc của màng giảm

❖ Sự phân bố kích thước lỗ xốp

Các lỗ rỗng của màng vi lọc và màng siêu lọc thường có sự phân bố rộng Tổng tốc độ dòng chảy của cả quá trình lọc màng được quyết định bởi tốc độ dòng chảy qua các lỗ rỗng lớn nhất Dòng chảy qua màng rất nhạy với sự tắc nghẽn trong các lỗ rỗng lớn,

ví dụ như sự tích tụ protein bên trong lỗ rỗng Nếu màng có sự phân bố lỗ rỗng rộng và kích thước các lỗ rỗng của màng không đồng đều thì khả năng lưu giữ có thể giảm

❖ Các tính chất bề mặt của vật liệu màng

Tính ưa nước: là yếu tố ảnh hưởng lớn tới việc ngăn và giảm sự hấp phụ của các chất

còn sót lại trên màng trong quá trình tách lọc nhờ các liên kết hydro được hình thành trên bề mặt màng có tính chất ưa nước [16] Màng có đặc tính ưa nước tốt sẽ có thể lọc dung dịch nước lớn hơn và giảm thiểu hiện tượng tắc nghẽn màng Trong báo cáo của Zhang và cộng sự [17], đã khảo sát màng có đặc tính ưa nước sẽ làm giảm nguy cơ gây tắc nghẽn ở màng hơn so với màng có đặc tính kỵ nước

Điện tích bề mặt: Đây được xem là yếu tố tác động lớn đến hiện tượng tắc nghẽn ở

màng, do tương tác giữa các chất gây tắc nghẽn có mang điện tích lên bề mặt màng [18] Thông thường để làm giảm hiện tượng tắc nghẽn trên bề mặt màng thì bề mặt màng phải

có điện tích trung hòa hoặc điện tích có cùng dấu với chất gây tắc nghẽn màng, bởi vì, lực đẩy tĩnh điện sẽ giúp ngăn sự hấp phụ của các chất gây tắc nghẽn lên trên bề mặt màng nhờ đó giảm được hiện tượng tắc nghẽn ở màng [19]

Độ thô nhám bề mặt: Bề mặt màng thô nhám sẽ làm cho các hạt cặn, các cấu tử dễ bám

vào Khi bề mặt màng nhẵn mịn, độ hấp phụ và bám dính càng ít, giúp hạn chế hiện tượng bám bẩn [20] Bruggen và cộng sự [15], đã chứng minh rằng bề mặt thô nhám sẽ làm tăng khả năng tắc nghẽn màng do độ bám dính và lớp phủ của các chất được giữ lại trên bề mặt màng

1.1.5 Polyvinylidene fluoride và màng lọc polyvinylidene fluoride (PVDF)

1.1.5.1 Polyvinylidene fluoride

Polyvinylidene fluoride là polyme có chứa một homopolyme vinylidene fluoride hoặc copolyme của vinylidene fluoride và một lượng nhỏ monome vinyl có chứa flo khác, có đặc tính của fluororesin và nhựa thông thường PVDF là chất bán tinh thể với nhiệt độ nóng chảy thấp 170°C và mật độ 1,77 kg/ m3 PVDF có nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng −35 °C, và thường có 50–60% tinh thể [21]

Ngoài khả năng kháng hóa chất, chống oxy hóa, chịu nhiệt độ cao và chống chịu thời tiết, PVDF còn có các tính chất như tính chất điện môi và tính chất nhiệt điện Cấu trúc hóa học được kết hợp với liên kết carbon-carbon, cấu trúc này có tính chất liên kết ngắn tạo thành liên kết bền và mạnh nhất với các ion hydro Vì vậy, nó có các đặc tính lý hóa

cụ thể, không chỉ chống mài mòn và va đập tốt mà còn có khả năng chống phai màu và tia cực tím cao trong môi trường khắc nghiệt

Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của PVDF

1.1.5.2 Màng PVDF và ứng dụng của màng trong xử lý nước thải

Màng lọc PVDF là vật liệu fluoropolymer được sử dụng rộng rãi để sản xuất màng do

có độ ổn định nhiệt tốt, độ bền cơ học cao và khả năng kháng hóa chất tốt

Hình 1.5: Màng polyvinylidene fluoride (PVDF)

Vật liệu PVDF có những ưu điểm trong ứng dụng để hấp thụ khí, tách các chất hữu cơ, nước, chưng cất và tách hỗn hợp dầu-nước [22] nhưng màng PVDF dễ bị hiện tượng tắc nghẽn nên dễ bị hấp phụ lên bề mặt màng PVDF trong quá trình tách lọc, làm giảm tốc

độ dòng chảy qua màng

Trong quá trình xử lý nước, màng PVDF được ứng dụng trong vi lọc (MF), siêu lọc (UF) Màng PVDF có thể được tạo ra bằng cách tách pha không do dung môi (NIPS - non-solvent induced phase separation), tách pha do nhiệt (TIPS -thermally induced phase separation), tách pha do hơi (VIPS - vapour induced phase separation), đúc dung dịch, quay điện và các phương pháp khác [23]

❖ Ứng dụng của màng PVDF trong xử lý nước thải

PVDF có thể chịu được áp suất cao, chống ăn mòn hóa học cao, có độ bền cơ học và ổn định dù trong điều kiện môi trường khắc nghiệt Những ưu điểm này giúp màng PVDF

có tuổi thọ lâu dài, thích hợp để xử lý nước thải bị ô nhiễm nặng trong các ngành công nghiệp

Màng PVDF được ứng dụng để loại bỏ những kim loại nặng như crom, thủy ngân và chì khỏi nước thải Những kim loại này được tìm thấy trong nước thải của nhiều ngành công nghiệp như dệt nhuộm, giày dép và gia công kim loại Việc sử dụng màng PVDF

đã giúp loại bỏ đến trên 95% lượng kim loại nặng trong nước thải công nghiệp trước khi

xả thải ra môi trường bên ngoài [22]

Màng PVDF cũng thể hiện hiệu quả cao trong việc loại trừ những chất gây ô nhiễm mới nổi như hóa chất nông nghiệp, các chất gây ung thư ra khỏi nguồn nước Loại bỏ hơn 90% lượng thuốc kháng sinh, hormone, chất tẩy rửa ra khỏi nước thải là kết quả đáng khích lệ [22]

Ngoài ra, màng PVDF còn được dùng để loại trừ các chất nhuộm từ nước thải công nghiệp dệt may hay dầu mỏ từ nước thải khai thác của dầu khí, giúp môi trường khỏi ô nhiễm màu Kỹ thuật lọc nước thải bằng màng PVDF mang lại hiệu quả cao, chi phí xử

lý thấp hơn so với những phương pháp truyền thống Nhờ các ưu thế vượt trội, màng PVDF ngày càng được sử dụng rỗng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp, đóng góp vào việc bảo vệ môi trường và nâng cao sức khỏe cộng đồng Màng PVDF được kỳ vọng sẽ trở thành một giải pháp xử lý nước hiệu quả trong tương lai

1.2 Tổng quan về công nghệ bức xạ

1.2.1 Một vài khái niệm trong công nghệ bức xạ

Trong lĩnh vực công nghiệp, việc áp dụng công nghệ sử dụng bức xạ năng lượng cao, bao gồm bức xạ ion hóa, đóng vai trò quan trọng trong các quy trình sản xuất Điển hình

là việc sử dụng nguồn bức xạ gamma Co-60 và dòng điện gia tốc điện từ (Electron Beam

- EB) Thông qua việc áp dụng công nghệ này, chúng ta có khả năng tạo ra các sản phẩm mới với tính ứng dụng cao bằng cách truyền năng lượng bức xạ vào vật chất, tác động đến các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của vật liệu [24]

Bức xạ là sự truyền tải năng lượng dưới dạng sóng điện từ, hạt hoặc sóng hạt trong quá trình chuyển động và biến đổi của vật chất Tính chất của bức xạ có thể quyết định được khả năng di chuyển của nó trong chất lỏng, chất rắn hoặc không khí Mối liên hệ giữa bước sóng λ và năng lượng ε thường được thể hiện bằng phương trình: ε = hv = hcλ Với c: vận tốc ánh sáng trong chân không; h: hằng số Planck

Bức xạ ion hóa là loại bức xạ điện từ có khả năng gây ra ion hóa trong chất rắn hoặc chất lỏng mà nó tương tác Khi bức xạ ion hóa tác động lên một nguyên tử hoặc phân tử của chất đó thì xảy ra hiện tượng tách electron từ nguyên tử hoặc phân tử đó Bức xạ ion hóa bao gồm các bức xạ của sóng điện từ như tia X,  và bức xạ hạt như , , các sản phẩm phân hạch,…

Liều chiếu xạ là khả năng ion hóa của tia X hoặc là tia  trong một đơn vị thể tích không khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0oC, 760 mmHg) trong đó mỗi ion mang điện tích 1 coulomb điện mỗi dấu Có biểu thức là: X = dQ

dm Đơn vị là Gray (Gy), 1 Gy = 1 J/kg

Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ bởi một đơn vị vật chất trong một đơn vị thời gian Có biểu thức là: D = dD

dt Đơn vị là Gy/s, kGy/h, rad/s, Mrad/h

Hiệu suất hóa học bức xạ (G) là một đại lượng đo lường mức độ như số lượng phân tử, ion hoặc nguyên tử, của sản phẩm được tạo ra hay bị phân hủy khi hệ hấp thụ 100 eV năng lượng bức xạ

Hình 1.6: Hệ thống dàn bức xạ tia gamma từ nguồn Co-60 SVST-Co60/B

tại Trung tâm VINAGAMMA

1.2.3 Ứng dụng công nghệ bức xạ tại Việt Nam

Công nghệ bức xạ được biết là một lĩnh vực khoa học công nghệ hiện đại đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm thường ngày như thực phẩm, thuốc men và quần áo Ngoài ra, công nghệ này cũng đóng góp vào việc cung cấp các chuẩn đoán và điều trị bệnh Ở Việt Nam, sự phát triển của công nghệ bức xạ đã mang lại nhiều lợi ích thiết thực và đóng góp đáng kể vào sự tiến bộ của đất nước

Trong lĩnh vực nông nghiệp, công nghệ bức xạ được áp dụng để tạo ra các giống cây trồng mới có năng suất và chất lượng cao hơn thông qua phương pháp đột biến gen [25] Công nghệ bức xạ cũng được sử dụng để kiểm soát sâu bệnh, diệt trừ côn trùng, diệt khuẩn và ký sinh trùng để bảo quản hàng nông sản và thực phẩm [26]

Trong lĩnh vực y tế, công nghệ này mở ra cơ hội để nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn và virus gây bệnh trong thuốc, mô và các sản phẩm truyền máu và vaccine Bức xạ được

áp dụng phổ biến trong điều trị ung thư [27] và điều trị chấn thương [28] Hiện nay, các bệnh viện trên cả nước đã sử dụng máy phóng xạ trong hóa trị và xạ trị đạt được hiệu quả cao

Bên cạnh việc phục vụ đời sống xã hội, các nghiên cứu về định hướng ứng dụng công nghệ bức xạ đã góp phần phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao sức khỏe con người

1.2.4 Biến tính màng lọc bằng phương pháp chiếu xạ

Biến tính bề mặt mang lại nhiều lợi ích: có thể cải thiện các tính chất bề mặt của vật liệu

mà không cần phải chế tạo lại toàn bộ khối vật liệu giúp bề mặt đạt được các tính chất mong muốn và giảm chi phí chế tạo vật liệu Thay vì chế tạo lại toàn bộ khối vật liệu

mà chỉ cần tác động lên bề mặt màng để đạt được hiệu quả mong muốn

Có nhiều phương pháp khác nhau để biến đổi bề mặt màng, chia thành hai nhóm chính:

- Đối với phương pháp vật lý: xử lý bề mặt màng bằng cách mài, đánh bóng và xử lý nhiệt để thay đổi các tính chất, cấu trúc và chức năng trên bề mặt màng như độ nhám và kích thước các lỗ rỗng của màng Phương pháp này thường dễ thực hiện, chi phí thấp và không gây ảnh hưởng đến môi trường Nhưng phạm vi áp dụng của phương pháp này vẫn còn hạn chế và chỉ phù hợp với màng dạng tấm và không phù

hợp với màng sợi rỗng Các cách xử lý như mài và đánh bóng thích hợp cho màng được làm từ các vật liệu vô cơ như kim loại và gốm

- Đối với phương pháp hóa học: được xử lý bằng các kỹ thuật như trùng hợp hoá học

là một phương pháp phổ biến, sử dụng các hợp chất hóa học để thay đổi tính chất

bề mặt Xử lý ionic là một phương pháp khác, sử dụng các phương pháp liên quan đến ion để thay đổi bề mặt màng Xử lý khí plazma cũng là một phương pháp hóa học quan trọng, tạo ra các nhóm chức trên bề mặt màng Thông thường, sau biến tính, bề mặt của màng trở nên ổn định nhờ vào các liên kết hóa học tạo thành và được sử dụng cho nhiều loại vật liệu màng

Có nhiều phương pháp trùng hợp ghép khác nhau đã và đang được nghiên cứu, ví dụ: trùng hợp ghép hóa học, trùng hợp ghép quang hóa, trùng hợp ghép bức xạ, trùng hợp ghép khơi mào plasma, trùng hợp ghép enzyme [29] Trong đó, trùng hợp ghép bức xạ

là một phương pháp biến đổi đầy hứa hẹn nhất vì những ưu điểm như khả năng thâm nhập lớn vào chất nền polyme, hình thành nhanh và đồng đều các vị trí hoạt động để bắt đầu quá trình ghép lên bề mặt chất nền, không cần có chất khơi mào hóa học, Theo báo cáo của Lê Thuaut và cộng sự [30], đã nghiên cứu rằng khi các polyme chịu bức xạ ion hóa, các gốc bị bẫy hoặc peroxit cao phân tử và hydroperoxide có khả năng bắt đầu phản ứng đồng trùng hợp ghép được hình thành Việc ghép do chiếu xạ có thể được thực hiện đồng thời, được gọi là đồng chiếu xạ, hoặc sau khi chiếu xạ, hoặc trước chiếu xạ

1.2.5 Cơ chế ghép nối AAc lên màng PVDF bằng phương pháp chiếu xạ

1.2.5.1 Theo phương pháp chiếu xạ trước

Cơ chế ghép nối AAc lên màng PVDF bằng phương pháp chiếu xạ trước, sau đó mới tiến hành ngâm màng với AAc:

Khi tiến hành chiếu xạ đối với màng PVDF, tia gamma tác động đến các nguyên tử và electron trong cấu trúc polyme của PVDF Khi tiếp xúc với năng lượng cao, một số liên kết carbon-carbon và carbon-hydro trong chuỗi polyme sẽ bị phá vỡ, tạo thành các vị trí khuyết tật Những vị trí này sẽ trở thành các gốc tự do, chủ yếu là các gốc hydroxyl (-OH) và hydro peroxide (-OOH) do sự oxy hóa và hydroxy hóa các nguyên tử carbon bị kích thích bởi tia gamma

Gốc tự do hình thành sau quá trình chiếu xạ có độ hoạt động cao do sự thiếu electron ở các vị trí phân tử Đây chính là phương thức phản ứng cho việc ghép nối với acid acrylic thuận lợi Sau khi chiếu xạ, màng PVDF được ngâm trong dung dịch acid acrylic Các nhóm carboxyl -COOH nằm trên chuỗi polyme của acid acrylic sẽ phản ứng với các gốc

tự do -OH, -OOH trên bề mặt PVDF thông qua các phản ứng và sắp xếp lại các electron

và tạo thành các liên kết covalent C-O-C giữa hai monome này Cơ chế phản ứng như hình 1.7 bên dưới:

Hình 1.7: Phản ứng trùng hợp ghép của AAc lên màng PVDF theo phương pháp chiếu

xạ trước [18]

Kết quả của phản ứng là các chuỗi polyme acid acrylic sẽ được ghép vào chuỗi polyme PVDF, tạo thành cấu trúc liên kết chéo giữa hai monome Sự hiện diện của nhiều liên kết covalent giữa PVDF và acid acrylic giúp tăng cường độ bám dính và tạo thành màng tổng hợp PVDF-g-AAc bền hơn

1.2.5.2 Theo phương pháp đồng chiếu xạ

Cơ chế ghép nối Acid acrylic lên màng PVDF bằng phương pháp chiếu xạ đồng thời khi ngâm màng PVDF trong dung dịch acid acrylic:

Khi tiến hành quá trình chiếu xạ đối với màng PVDF đang được ngâm trong dung dịch acid acrylic, tia gamma sẽ tương tác mạnh với các nguyên tử và electron trong cả hai cấu trúc polyme của PVDF và acid acrylic Khi tiếp xúc với năng lượng cao, nhiều liên kết hóa học bị phá vỡ theo dạng ion hóa và phân tử bị kích thích

- Đối với màng PVDF, một số liên kết carbon-carbon và carbon-hydro trong chuỗi polyme bị phá vỡ, tạo ra các vị trí khuyết tật Những vị trí này chủ yếu là các gốc hydroxyl (-OH) và hydro peroxide (-OOH) do quá trình oxy hóa và hydroxy hóa các nguyên tử cacbon bị ion hóa bởi tác dụng của tia 𝛾

- Đối với acid acrylic, các liên kết C-H, C-C trên chuỗi polyme cũng bị tác động, tạo nên các gốc tự do với điện tích dương

Các gốc tự do này có độ hoạt động cao do sự thiếu electron Sự hiện diện đồng thời của tia gamma tạo điều kiện cho việc phát sinh và phản ứng của các gốc tự do trên cả PVDF

và acid acrylic Cụ thể, các gốc -OH, -OOH trên PVDF nhanh chóng phản ứng với các gốc -COOH tương ứng trên acid acrylic thông qua các phản ứng thơm và phản ứng dịch chuyển electron

Kết quả là tạo thành các liên kết covalent C-O-C ổn định giữa hai chuỗi polyme Sự phối hợp đồng thời của tia gamma làm tăng tốc độ phản ứng, giúp các gốc tự do kịp thời phản ứng tạo các liên kết cộng hóa trị giữa màng PVDF và acid acrylic Các liên kết covalent tạo ra cấu trúc tổng hợp của màng phức hợp với độ bền chặt cao

1.2.5.3 Ưu, nhược điểm của hai phương pháp chiếu xạ

Bảng 1.1: Ưu, nhược điểm của hai phương pháp chiếu xạ

Phương pháp chiếu xạ trước Phương pháp đồng chiếu xạ

Ưu

điểm

- Quy trình đơn giản, tiến hành từng

bước chiếu xạ trước PVDF rồi mới

cho acid acrylic

- Tỉ lệ ghép cao hơn do hai phân tử cùng bị ion hóa tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng

- Quá trình ghép được kiểm soát chặt chẽ hơn

Nhược

điểm

- Tỉ lệ ghép AAc không cao do chỉ

phụ thuộc vào số gốc tự do trên

1.3 Tổng quan về vật liệu nano kim loại

1.3.1 Giới thiệu chung-phương pháp tổng hợp

Vật liệu nano kim loại là một lĩnh vực nghiên cứu có tính ứng dụng cao và đã có nhiều ứng dụng trong thực tế như y học, sinh học, môi trường, năng lượng và lĩnh vực các vật liệu tiên tiến Vật liệu nano được định nghĩa là vật liệu có kích thước rất nhỏ nằm trong khoảng từ vài đến vài trăm nanomet [31] Đây là các vật liệu có cấu trúc ở mức nguyên

tử hoặc phân tử, với tính chất đặc biệt do các tương tác lượng tử và bề mặt nổi bật Nhờ