KHẢO sát TỔNG hợp NANOCOMPOSITE ĐỒNG TRÊN nền DENDRIMER (PAMAM)

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong LỜI CẢM ƠN ۝۝ Kính thưa quý thầy cô! Sau một thời gian thực hiện luận văn để hoàn thành chương trình đào tạo kỹ sư của trường Đại Học Tôn Đức Thắng. Trong suốt quá trình em đã học tập và tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ ích cho công việc và cuộc sống sau này. Em xin cám ơn đến tất cả. Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, đầu tiên em xin chân thành c ảm ơn đến các thầy, cô trong bộ môn Tổng Hợp Hữu Cơ nói riêng và ngành Công Nghệ Hóa Học nói chung của trường Đại Học Tôn Đức Thắng đã tạo cho em một môi trường học tập tốt. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và các anh chị phòng Hóa Học Hữu Cơ-Polymer Viện Công Nghệ Hóa Học Tp Hồ Chí Minh, đặc biệt là thầy TS Nguyễn Cửu Khoa, cô TS Hoàng Thị Kim Dung và anh ThS Trần Hữu Nghị, chị Lý Tú Uyên đã luôn tận tình hướ ng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong thời gian vừa qua để em hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp này. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn quan tâm, giúp đỡ em cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua để em hoàn thành luận văn này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn! Tp, HCM ngày…tháng…năm 2011 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong MỤC LỤC  Lời cám ơn Mục lục Lời mở đầu Danh mục hình Danh mục bảng Lời nói đầu Trang CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1 I.1 Khái niệm dendrimer (PAMAM) 1 I.2 Cấu trúc phân tử 2 I.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc Dendrimer 7 I.3.1 Độ pH 7 I.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ 7 I.3.3 Nồng độ muối 8 I.3.4 Dung môi hòa tan 9 I.4 Tính chất Dendrimer 9 I.4.1 Tính mang vác 9 I.4.2 Cấu trúc xác định 10 I.4.3 Tính tương hợp sinh học 11 I.4.4 Tính đơn phân tán 11 I.4.5 Tính đa nhóm chức 11 I.5 Phương pháp tổng hợp 12 I.5.1 Phương pháp divergent 12 I.5.2 Phương pháp convergent 13 I.6 Ứng dụng 14 I.6.1 Dendrimer là một loại vật liệu mới 14 I.6.2 Trong y dược và sinh họ c 14 I.6.3 Chất mang hạt nano từ tính 16 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong I.6.4 Trong các lĩnh vực khác 16 I.7 Giới thiệu về nano kim loại và vật liệu nanocomposite 16 I.7.1 Giới thiệu về các hạt nano kim loại 17 I.7.1.1 Hiệu ứng bề mặt 18 I.7.1.2 Hiệu ứng kích thước 19 I.7.2 Tính chất hạt nano kim loại 19 I.7.2.1 Tính chất quang học 19 I.7.2.2 Tính chất điện 20 I.7.2.3 Tính chất từ 20 I.7.2.4 Tính chất nhiệt 21 I.7.3 Phân loại vật liệu nano 21 I.7.3.1 Phân loại theo hình dáng của vật liệu 21 I.7.3.2 Phân loại theo tính chất của vật liệu 22 I.7.4 Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại 23 I.7.4.1 Phương pháp ăn mòn laser 23 I.7.4.2 Phương pháp khử hóa học 23 I.7.4.3 Phương pháp khử vật lý 24 I.7.4.4 Phương pháp khử hóa lý 24 I.7.4.5 Phương pháp khử sinh học 24 I.7.5 Vật liệu nanocomposite 24 I.7.5.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite 25 I.7.5.2 Ứng dụng của vật liệu nanocomposite 26 I.8 Dendrimer-kim loại nanocomposite 27 I.8.1 Phương pháp tổng hợp dendrimer-kim loại nanocomposite . 27 I.8.2 Ưu điểm dendrimer-kim loại nanocomposite 28 I.8.3 Ứng dụng nano đồng 28 I.8.4 Tình hình nghiên cứu tổ ng hợp nanocomposite Cu-dendrimer 30 I.8.4.1 Nghiên cứu trên thế giới 30 I.8.4.2 Nghiên cứu trong nước 30 CHƯƠNG II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 32 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong II.1 Mục tiêu 32 II.2 Nội dung nghiên cứu 32 II.3 Phương pháp nghiên cứu 32 CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM 33 III.1 Dụng cụ và thiết bị 33 III.2 Hóa chất 34 III.3 Các phương pháp nghiên cứu 36 III.4 Nội dung tiến hành 37 III.4.1 Quá trình tạo phức của Cu 2+ với dendrimer (PAMAM) G4.0 37 III.4.2 Tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer 39 III.4.2.1 Phức Cu 2+ /dendrimer không được thẩm tách 39 III.4.2.2 Phức Cu 2+ /dendrimer được thẩm tách 39 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 IV.1 Quá trình tạo phức Cu 2+ /dendrimer G4.0 40 IV.1.1 Kết quả phổ UV-Vis 41 IV.1.2 Kết quả đo phổ IR 44 IV.2 Khảo sát sự tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer 46 IV.2.1 Kết quả đo phổ UV-Vis 49 IV.2.2 Kết quả ASS của mẫu nanocomposite Cu/dendrimer thẩm tách 51 IV.2.3 Kết quả chụp TEM 53 IV.2.4 Kết quả đo XRD 55 IV.2.5 Độ ổn định của nanocomposite đồng theo thời gian 56 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 V.1 Kết luận 60 V.2 Kiến nghị 60 Tài liệu tham khảo Phụ lục Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1: Lịch sử hình thành dendrimer (PAMAM) 1 Hình 2: Mô hình cấu trúc phân tử dendrimer 2 Hình 3: Cấu trúc dendrimer có dạng hình cầu 3 Hình 4: Dendrimer core ammonia 4 Hình 5: Kích thước dendrimer tăng theo thế hệ 5 Hình 6: Dendrimer poly (glycerol-succinic acid) G4 5 Hình 7: Công thức của phân tử PAMAM core EDA dendrimer 6 Hình 8: Dendrimer với core trimesyl G3.0 6 Hình 9: Sự thay đổi hình dạng dendrimer khi thay đổi pH 7 Hình 10: Dendrimer ở những nồng độ khác nhau 8 Hình 11: Sự thay đổi hình dạng dendrimer trong môi trường muối 8 Hình 12:Cấu trúc dendrimer trong dung môi có proton và dung môi không proton 9 Hình 13: Hình dạng dendrimer qua các thế hệ 10 Hình 14: Kích thước của dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể 11 Hình 15: Hai phương pháp tổng h ợp dendrimer 13 Hình 16: Sơ đồ tổng hợp dendrimer kim loại 28 Hình 17: Tủ hút chân không 33 Hình 18: Máy đo phổ IR 33 Hình 19: Máy khuấy từ 34 Hình 20: Máy pH 34 Hình 21: Sơ đồ tổng hợp phức Cu 2+ /dendrimer G4.0 38 Hình 22: Sơ đổ tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer 39 Hình 23: Dung dịch phức Cu 2+ /dendrimer (1) Phức Cu 2+ /dendrimer pH 11, (2) Phức Cu 2+ /dendrimer pH 7, (3) Phức Cu 2+ /dendrimer pH 5 40 Hình 24: Phổ UV-Vis phức Cu 2+ /dendrimer G4.0 tỉ lệ 20:1 41 Hình 25: Phổ UV-Vis phức Cu 2+ /dendrimer G4.0 tỉ lệ 15:1 41 Hình 26: Phổ UV-Vis Phức Cu 2+ /dendrimer G4.0 tỉ lệ 10:1 42 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong Hình 27: Phức Cu 2+ /dendrimer G 4.0 (1) Phức Cu 2+ /dendrimer 20:1 pH 5, (2) Phức Cu 2+ /dendrimer 15:1 pH 7, (3) Phức Cu 2+ /dendrimer 15:1 pH 9, (4) Phức Cu 2+ /dendrimer 15:1 pH 11 43 Hình 28: Phổ IR dendrimer G4.0 44 Hình 29: Phổ IR phức Cu 2+ /dendrimer G4.0 tỉ lệ 15:1 pH 9 44 Hình 30: Phương trình tạo phức Cu 2+ /dendrimer 46 Hình 31: (1) (2) Dung dịch phức Cu2+/Dendrimer G4, (3) (4) Nanocomposite đồng/G4.0 47 Hình 32: Quy trình tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G4.0 48 Hình 33: Phổ UV-Vis nanocomposite Cu/dendrimer G 4.0 không thẩm tách 49 Hình 34: Phổ UV-Vis nanocomposite Cu/dendrimer G 4.0 đã thẩm tách 50 Hình 35: Tỉ lệ Cu 2+ tạo phức với 1 mol dendrimer theo tỉ lệ mol Cu 2+ :dendrimer và pH 51 Hình 36: Ảnh TEM (1) Dendrimer G4.0, (2) nanocomposite Cu/Dendrimer 15:1 pH 7, (3) nanocomposite Cu/Dendrimer 15:1 pH 9, (4) nanocomposite Cu/Dendrimer 15:1 pH 11 53 Hình 37: Ảnh TEM (1) nanocomposite Cu/dendrimer 15:1 pH 7, (3) nanocomposite Cu/dendrimer 15:1 pH 9, (4) nanocomposite Cu/dendrimer 15:1 pH 11 54 Hình 38: Phổ XRD mẫu Dendrimer G4.0 và nanocomposite Cu/G4.0 56 Hình 39: Mẫu nanocomposite Cu/dendrimer (không thẩm tách) 57 Hình 40: Mẫu nanocomposite Cu/dendrimer (thẩm tách) 59 Luận văn tốt GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1: Khối lượng phân tử và số amine bên ngoài của dendrimer core ammonia theo các thế hệ 3 Bảng 2: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu 18 Bảng 3: Số liệu về tỉ lệ mol Cu(NO 3 ) 2 :dendrimer theo pH 37 Bảng 4: Sự thay đổi màu sắc nanocomposite đồng mẫu không thẩm tách theo thời gian 56 Bảng 5: Sự thay đổi màu sắc nanocomposite đồng mẫu đã thẩm tách theo thời gian . 58 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: LÝ NGỌC PHONG DANH SÁCH VIẾT TẮT IR: Infrared TEM: Transmission Electron Microscopy UV – Vis: Ultraviolet – visible PAMAM: Polyamidoamine AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric XRD: X-Ray Diffraction Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong LỜI MỞ ĐẦU  Polymer dendritic hay còn gọi là dendrimer là một loại polymer có cấu trúc hình cầu với nhiều nhánh, như những tán lá xum xuê của cây cổ thụ với những khoảng trống bên trong. Chính những khoảng trống bên trong này hứa hẹn sẽ có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực y học (chất mang nano cho liệu pháp ung thư), công nghệ sinh học (liệu pháp gene)… Do vậy, dendrimer đã nhận được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Những năm gần đây, các hạt nano kim loại ngày càng có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: xúc tác, thiết bị điện tử, quang điện tử, lưu trữ thông tin…Chính vì vậy mà việc tổng hợp ra các hạt nano có kích thước nhỏ với sự có mặt của polymer hay chất hoạt động bề mặt như một tác nhân ổn định kích thước hạt ngày càng được quan tâm. Vật liệu nano đi từ dendrimer vì vậy được quan tâm rất nhiều do có khả năng tạo ra những tính chất mới đáp ứng được các nhu cầu cho con người. Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Khảo sát sự tổng hợp nanocomposite của Cu trên nền dendrimer ” làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về vật liệu nanocomposite. Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung SVTH: Lý Ngọc Phong 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 KHÁI NIỆM DENDRIMER (PAMAM) 3,4,17,18 Hóa học polymer và kỹ thuật sản xuất chúng đã có từ lâu đời trên nền tảng chính là sản xuất ra polymer mạch thẳng và nhánh, chúng đã thể hiện được vai trò là vật liệu quan trọng trong sản xuất và đời sống. Tuy nhiên, vào những năm 1980 Tomalia đã tìm thấy một loại polymer mới có những tính chất khác biệt so với các polymer mạch thẳng và nhánh truyền thống và có những ưu điểm vượt trội hơn, đó là dendrimer. Thuật ngữ dendrimer bắt nguồn từ “dendron” theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là “cây”. Cũng trong cùng thời điểm đó, nhóm nghiên cứu của Newkome cũng tổng hợp thành công phân tử lớn tương tự và được biết đến với tên gọi là arborol và theo tiếng Latin thì từ “arbor” cũng có nghĩa là “cây”. Ngày nay thuật ngữ dendrimer được sử dụng phổ biến hơn với khả năng phân tán tốt và đa hóa trị nên dendrimer được ứng dụ ng rộng rãi trong ngành hóa học và sinh học, đặc biệt trong y học dùng làm chất mang thuốc, công nghệ biến đổi gen… Hình 1: Lịch sử hình thành dendrimer (PAMAM) 15 [...]... Vật liệu nanocomposite nền gốm: quan trọng nhất là hệ SiC-Si3N4 được chế tạo theo công nghệ in situ Ở đây ta chỉ đề cập đến nanocomposite trên cơ sở chất nền là polymer I.7.5.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite kim loại Nanocomposite kim loại-polymer có thể được tổng hợp theo hai kỹ thuật khác nhau là in situ và ex situ  Theo phương pháp in situ, hạt kim loại được tổng hợp trong chất nền polymer... mặt của dendrimer là nhóm kị nước thì dendrimer sẽ hòa tan trong dung môi không phân cực I.5 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP9,16,17 Hiện nay dendrimer được tổng hợp bằng hai con đường chính là phương pháp divergent và convergent Ngoài ra hiện nay người ta còn công bố phương pháp khác là tổng hợp dendrimer trên nền silicagel, phương pháp Double-stage, phương pháp Orthogonal I.5.1 Phương pháp divergent Dendrimer. .. dịch Năm 2010, Hui-Xia Wu cùng các đồng nghiệp đã tổng hợp nano từ tính cobalt và dendrimer được sử dụng như một chất mang kim loại Kết quả đã tổng hợp ra các hạt nano từ tính có kích thước tương đối nhỏ, đều và giới hạn được quá trình oxi hóa hạt nano cobalt xảy ra trong quá trình tổng hợp I.6.4 Trong các lĩnh vực khác Bên cạnh những ứng dụng trong các lĩnh vực trên dendrimer còn được dùng trong các... lại, vật liệu nanocomposite có tính chất tốt hơn so với composite thông thường nên có nhiều ứng dụng đặc biệt và có hiệu quả hơn Đây sẽ là vật liệu mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng cao I.8 Dendrimer- kim loại nanocomposite I.8.1 Phương pháp tổng hợp dendrimer- kim loại nanocomposite1 3 Gần đây, dendrimer ngày càng được quan tâm nhiều hơn trong quá trình tổng hợp nano kim... thiện với môi trường và có thể tạo hạt với số lượng lớn I.7.5 Vật liệu nanocomposite1 Vật liệu nanocomposite là loại vật liệu có ứng dụng rộng rãi cả trong kỹ thuật và dân dụng Nanocomposite bao gồm ba loại nền kim loại, nền gốm và nền polymer Vật liệu nanocomposite là hướng đi khác của công nghệ nano Nó được sản xuất bằng cách thêm vào nền polymer các phần tử pha rắn có kích thước nanomet tạo mối liên... này dendrimer được tổng hợp theo dạng bậc thang Lớp ngoài cùng của dendrimer được hình thành từ những nhóm hoạt động, tiếp theo phản ứng hướng vào trung tâm và phát triển Cuối cùng các nhóm họp lại tạo thành cấu trúc dendrimer mong muốn Theo phương pháp này có một số điểm thuận lợi hơn là nó dễ dàng làm sạch sản phẩm và những khuyết tật của sản phẩm cũng được giảm đến mức tối thiểu Việc tổng hợp dendrimer. .. thước khác nhau nên không đồng đều Nhưng đối với dendrimer ta có thể tổng hợp chúng với kích thước và khối lượng phân tử như mong muốn bằng cách tổng hợp theo thế hệ của chúng Chính vì cấu trúc đặc biệt này mà các dendrimer có những tính chất tốt hơn những polymer khác Khi hòa tan trong dung môi các polymer thông thường tồn tại ở dạng cuộn mềm dẻo dễ thay đổi hình dạng nhưng dendrimer thì tồn tại ở dạng... 15: Hai phương pháp tổng hợp dendrimer1 5 SVTH: Lý Ngọc Phong 13 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung I.6 ỨNG DỤNG I.6.1 Dendrimer là một vật liệu mới Vào năm 1985, Tomalia30 đã sử dụng dendrimer làm chất phá nhũ tương của dầu và nước, dùng làm chất giữ ẩm cho giấy và có tác dụng làm thay đổi độ nhớt nên dùng trong sản xuất sơn Năm 1987, Tomalia và đồng sự31 đã phát hiện ra dendrimer có nhiều... thước 53 A0 phù hợp với hemoglobine, G6 có SVTH: Lý Ngọc Phong 10 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung kích thước 67 A0 phù hợp với phức DNA và histone Vì sự trùng hợp đó mà dendrimer đang là vật liệu nano rất được chú trọng trong y học ngày nay15 Hình 14: Kích thước của dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể15 I.4.3 Tính tương hợp sinh học Các nhóm bề mặt của dendrimer có khả... gỉ thì không ưa nước nên nó dễ dàng trộn vào polymer  Kỹ thuật ex situ cho tổng hợp nanocomposite kim loại-polymer thì tốt hơn so với in situ vì tính quang học cao có thể thu được từ sản phẩm cuối cùng I.7.5.2 Ứng dụng của vật liệu nanocomposite1 Vật liệu nanocomposite có nhiều tính chất kỳ lạ và quý giá như: nanocomposite nền gốm SiC với 5% các hạt Si3N4 có kích thước nanomet làm cho gốm có độ bền . Cu 2+ /dendrimer 46 Hình 31: (1) (2) Dung dịch phức Cu2+ /Dendrimer G4, (3) (4) Nanocomposite đồng/ G4. 0 47 Hình 32: Quy trình tổng hợp nanocomposite Cu /dendrimer G4. 0 48 Hình 33: Phổ UV-Vis nanocomposite. Cu 2+ /dendrimer pH 5 40 Hình 24: Phổ UV-Vis phức Cu 2+ /dendrimer G4. 0 tỉ lệ 20: 1 41 Hình 25: Phổ UV-Vis phức Cu 2+ /dendrimer G4. 0 tỉ lệ 15:1 41 Hình 26: Phổ UV-Vis Phức Cu 2+ /dendrimer G4. 0. (3) nanocomposite Cu /dendrimer 15:1 pH 9, (4) nanocomposite Cu /dendrimer 15:1 pH 11 54 Hình 38: Phổ XRD mẫu Dendrimer G4. 0 và nanocomposite Cu /G4. 0 56 Hình 39: Mẫu nanocomposite Cu/dendrimer