Tổng hợp và xác định các đặc trưng của selen kim loại kích thước nano sử dụng một số phương pháp tổng hợp xanh

LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành tại Viện Hóa học – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đầu tiên, cho phép em được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích, người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đào Quốc Hương cùng tập thể phòng Hóa vô cơ - Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt quá trình thực nghiệm và nghiên cứu của mình. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người luôn ủng hộ và động viên em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 3 năm 2015 Học viên Trƣơng Công Doanh i MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................... 2 1.1. Tổng quan về selen và các hợp chất của selen ........................................................ 2 1.1.1. Giới thiệu về selen .............................................................................................. 2 1.1.1.1. Selen và trạng thái tự nhiên .......................................................................... 2 1.1.1.2.Tính chất vật lý............................................................................................... 3 1.1.1.3. Tính chất hóa học.......................................................................................... 4 1.1.2. Ứng dụng của selen ............................................................................................ 5 1.1.2.1. Ứng dụng phi sinh học .................................................................................. 5 1.1.2.2. Ứng dụng trong y sinh học ............................................................................ 6 1.1.3. Selen nguyên tố với kích thước nano .................................................................. 9 1.2. Giới thiệu về polysacarit và alginat ....................................................................... 11 1.2.1. Polysaccarit ...................................................................................................... 11 1.2.2. Alginat .............................................................................................................. 12 1.2.2.1. Nguồn gốc ................................................................................................... 12 1.2.2.2. Đặc điểm cấu trúc của alginat .................................................................... 12 1.2.2.3. Tính chất của alginat .................................................................................. 13 1.2.2.4. Ứng dụng ..................................................................................................... 15 1.3. Các phương pháp tổng hợp selen cấu trúc nano .................................................... 16 1.3.1. Phương pháp hóa học để tổng hợp selen cấu trúc nano .................................. 16 1.3.2. Phương pháp sinh học để tổng hợp Se cấu trúc nano ...................................... 18 1.4. Một số phương pháp nghiên cứu xác định đặc trưng của vật liệu kích thước nano ...................................................................................................................................... 18 1.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction, XRD) ................................ 18 1.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (Fourier Transformation Infrared Spectrophotometer, FTIR) ................................................................................................... 20 1.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) ..... 21 1.4.4. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA-TGA) ....................................................... 22 CHƢƠNG 2: MỤC ĐÍCH, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ............................................................................................................................ 24 2.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu ......................................................................... 24 2.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ................................................................................. 24 2.2.1. Dụng cụ ............................................................................................................ 24 2.2.2. Thiết bị .............................................................................................................. 25 2.2.3. Hóa chất ........................................................................................................... 25 2.3. Nghiên cứu tổng hợp nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm .................. 26 2.3.1. Quy trình tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic ......................................................................................... 26 2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng .................................................... 28 2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ alginat ........................................................ 28 2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng alginat:selen (Alg:Se) tham gia phản ứng .............................................................................................................................. 28 2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit ascorbic tham gia phản ứng ....................................................................................................................................... 28 2.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian già hóa ...................................................... 29 ii 2.4. Nghiên cứu tổng hợp nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat không sử dụng thêm tác nhân khử và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm ..................... 29 2.4.1. Quy trình tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 và alginat ............................ 29 2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng .................................................... 29 2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ alginat ........................................................ 29 2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se tham gia phản ứng .............. 30 2.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian già hóa ...................................................... 30 2.5. Phân tích đặc trưng sản phẩm ................................................................................ 30 2.5.1. Nhiễu xạ tia X (XRD)........................................................................................ 30 2.5.2. Phổ hồng ngoại (FTIR) .................................................................................... 30 2.5.3. Hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................................................... 31 2.5.4. Phân tích nhiệt (DSC - TGA) ........................................................................... 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................... 32 3.1. Tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm ................................. 32 3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ................................................................... 32 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ alginat ....................................................................... 36 3.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se ............................................................ 37 3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit ascorbic tham gia phản ứng............. 41 3.1.5. Ảnh hưởng của thời gian già hóa ..................................................................... 43 3.2. Tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat không sử dụng thêm tác nhân khử và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm.......................... 44 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ................................................................... 45 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ alginat ....................................................................... 48 3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se ............................................................ 49 3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian già hóa ..................................................................... 53 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 59 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Alg Alginat XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét TGA-DTA Alg:Se Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng – nhiệt vi sai quét Tỉ lệ khối lượng alginat:selen iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. 1: Senlen trong tự nhiên............................................................................................ 2 Hình 1. 2: Đặc trưng cấu trúc của alginat .......................................................................... 13 Hình 1. 3: Sơ đồ nguyên lí của phương pháp nhiễu xạ tia X ............................................... 19 Hình 1. 4: Sơ đồ nguyên lí của phương pháp SEM ............................................................. 21 Hình 1. 5: Các loại điện tử phát ra khi chiếu chùm tia điện tử lên mẫu ............................. 22 Hình 2. 1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng hợp hạt nano selen................................................ 26 Hình 2. 2: Sơ đồ quy trình thực nghiệm tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3, alginat và axit ascorbic........................................................................................................ 27 Hình 3. 1: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau với chất khử ascorbic ................................................................................................................. 33 Hình 3. 2: Phổ FTIR của mẫu được tổng hợp ở nhiệt độ 50oC với chất khử ascorbic ....... 34 Hình 3. 3: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau với chất khử ascorbic, (a) to phòng, (b) 50oC, (c) 80oC ....................................................... 35 Hình 3. 4: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp ở các nồng độ alginat khác nhau với chất khử ascorbic .................................................................................................. 36 Hình 3. 5: Ảnh SEM của các mẫu nano selen được tổng hợp ở các nồng độ alginat khác nhau với chất khử ascorbic, (a) 0,2% alginat, (b) 0,5% alginat ................................. 37 Hình 3. 6: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp ở các tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau với chất khử ascorbic ......................................................................................... 38 Hình 3. 7: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp ở các tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau với chất khử ascorbic, (a) 4:1, (b) 6:1, (c) 9:1, (d) 12:1 ........................ 39 Hình 3. 8: Giản đồ DTA-TGA của một mẫu đại diện với tỉ lệ Al:Se là 4:1 ........................ 40 Hình 3. 9: Giản đồ XRD của các hạt nano selen được tổng hợp với các nồng độ axit ascorbic khác nhau .............................................................................................................. 41 v Hình 3. 10: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp với các nồng độ axit ascorbic khác nhau, (a) 0,08M, (b) 0,12M, (c) 0,16M, (d) 0,20M ...................................... 42 Hình 3. 11: Giản đồ XRD của các hạt nano selen được tổng hợp ở các thời gian già hóa khác nhau với chất khử ascorbic .................................................................................. 43 Hình 3. 12: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp ở các thời gian già hóa khác nhau với chất khử ascorbic, (a) 1h, (b) 2h, (c) 3h....................................................... 44 Hình 3. 13: Giản đồ XRD của các hạt nano selen được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau ..................................................................................................................................... 45 Hình 3. 14: Phổ FTIR của (a) alginat, (b) và (c) mẫu được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau ............................................................................................................................. 46 Hình 3. 15: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp tại các nhiệt độ khác nhau, (a) 80oC, (b) 90oC, (c) 100oC ..................................................................................... 47 Hình 3. 16: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp với các nồng độ alginat khác nhau ..................................................................................................................................... 48 Hình 3. 17: Ảnh SEM của các mẫu nano selen tổng hợp ở các nồng độ alginat khác nhau, (a) 0,2%, (b) 0,5%, (c) 1% ......................................................................................... 49 Hình 3. 18: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp với các tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau ................................................................................................................. 50 Hình 3. 19: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp với các tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau, (a) 3:1, (b) 6:1, (c) 9:1, (d) 12:1 ........................................................... 51 Hình 3. 20: Giản đồ DTA-TGA của các mẫu selen ............................................................ 52 Hình 3. 21: Giản đồ XRD của các hạt nano selen được tổng hợp với các thời gian già hóa khác nhau ................................................................................................................ 53 Hình 3. 22: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp với các thời gian già hóa khác nhau, (a) 1h, (b) 2h, (c) 3h, (d) 4h ....................................................................... 54 vi MỞ ĐẦU Selen từ lâu đã được biết đến như là một vi chất dinh dưỡng thiết yếu cho người và động vật, mặc dù selen có độc tính nếu dùng quá liều. Cùng với vitamin C, vitamin E, β-carotene, selen là một trong bốn loại dinh dưỡng hàng đầu chống lại quá trình oxy hóa của các gốc tự do, tác nhân chính gây ra sự lão hóa. Ngoài ra selen còn có tác dụng trong việc ngăn ngừa các bệnh tim mạch, đái tháo đường ung thư và nhiều căn bệnh khác. Sự thiếu hụt selen có thể gây rối loạn chức năng của các cơ quan quan trọng trong cơ thể con người và dẫn đến sự xuất hiện của nhiều bệnh. Selen là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho nhiều enzym và đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động sống của con người. Chính vì vậy mà nhu cầu bổ sung selen là vô cùng cần thiết và cho nhiều mục đích. Đối với các ứng dụng y sinh học, có nhiều báo cáo nghiên cứu đã khẳng định được rằng, các hạt selen kích thước nano có hiệu lực sinh học tương đương hoặc cao hơn so với các dạng selen khác, kể cả selen hữu cơ, nhưng độc tính của nó lại thấp hơn nhiều, nhờ vậy mà tăng tính an toàn của các sản phẩm bổ sung selen. Bên cạnh đó, selen với kích thước nano cũng thể hiện được hiệu quả cao trong các ứng dụng chủ yếu khác như trong công nghiệp điện tử, sản xuất vật liệu… Có rất nhiều con đường khác nhau để tổng hợp selen nguyên tố ở kích thước nano, trong đó có xu hướng tổng hợp các hạt nano bằng các phương pháp tổng hợp xanh thân thiện môi trường. Đây là một hướng nghiên cứu đang nhận được nhiều sự quan tâm chú ý. Để đóng góp vào hướng nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Tổng hợp và xác định các đặc trưng của selen kim loại kích thước nano sử dụng một số phương pháp tổng hợp xanh” 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về selen và các hợp chất của selen 1.1.1. Giới thiệu về selen 1.1.1.1. Selen và trạng thái tự nhiên Selen là một nguyên tố hóa học với số hiệu nguyên tử là 34 và ký hiệu hóa học Se. Nó là một phi kim, về mặt hóa học rất giống với lưu huỳnh và telua, và trong tự nhiên rất hiếm thấy ở dạng nguyên tố. Selen đơn chất tồn tại dưới vài dạng khác nhau, ổn định nhất trong số đó là dạng bán kim loại (bán dẫn) màu xám ánh tía và nặng, về mặt cấu trúc là chuỗi polyme tam giác. Nó dẫn điện dưới ánh sáng tốt hơn trong bóng tối và được sử dụng trong các tế bào quang điện. Selen cũng tồn tại trong nhiều dạng không dẫn điện: thù hình màu đen tương tự như thủy tinh, cũng như một vài dạng kết tinh màu đỏ được tạo ra từ các phân tử vòng 8 nguyên tử, tương tự như nguyên tố cùng nhóm nhẹ hơn là lưu huỳnh [2]. Hình 1. 1: Senlen trong tự nhiên 2 Trữ lượng selen trong vỏ trái đất khoảng 10-5 %. Trong thiên nhiên, selen thường tồn tại cùng với các kim loại như Cu, Pb, Hg, Ag, Au. Những khoáng vật riêng của selen rất ít gặp mà thường ở lẫn trong những khoáng vật của lưu huỳnh. Selen nguyên tố không tồn tại trong môi trường, nó thường kết hợp với các chất khác. Phần lớn, selen trong đất thường kết hợp với các khoáng của bạc, đồng, chì và niken. Selen cũng kết hợp với oxi tạo thành một số tinh thể không màu. Một vài hợp chất của selen cũng có thể tồn tại ở trạng thái khí. Ngoài ra, selen có mặt trong tự nhiên ở một số dạng hợp chất vô cơ, như selenua, selenat và selenit. Trong đất selen thường xuất hiện ở các dạng hòa tan như selenat (tương tự như sunfat) và bị thẩm thấu rất dễ dàng vào các con sông do nước chảy [37]. Trong các hợp chất sinh học, selen tồn tại ở các dạng hợp chất hữu cơ như dymetyl selenua, selenomethionin, methylselenocystein và selenocystein. Trong các hợp chất này thì selen có vai trò tương tự như nguyên tố lưu huỳnh [37]. Selen được sản xuất phổ biến nhất từ selenua hoặc trong nhiều loại quặng sunfat, như từ các khoáng vật của đồng, bạc hay chì. Nó thu được dưới dạng phụ phẩm của quá trình chế biến các loại quặng này, từ bùn anot trong tinh lọc đồng và bùn từ các buồng chì trong các nhà máy sản xuất axit sunfuric. Các loại bùn này có thể được xử lý bằng nhiều cách để thu được selen tự do. Các nguồn tự nhiên chứa selen bao gồm các loại đất giàu selen và selen được tích lũy sinh học bởi một số thực vật có độc như loài cây họ đậu trong các chi Oxytropis hay Astragalus. Các nguồn chứa selen do con người tạo ra có việc đốt cháy than cũng như khai thác và nung chảy các loại quặng sunfat. 1.1.1.2.Tính chất vật lý Selen có nguyên tử lượng 78,96 đvc, nằm ở phân nhóm chính nhóm VI trong Bảng hệ thống tuần hoàn. Selen có nhiều dạng thù hình, nhưng bền nhất và hay gặp nhất là selen lục phương và selen xám. Selen xám là chất bán dẫn, độ dẫn điện tăng 3 khi bị chiếu sáng. Một số hằng số vật lí của selen: tỷ trọng: 4,8g/cm3, nhiệt độ nóng chảy: 221oC, nhiệt độ sôi: 684,9oC [2, 28]. 1.1.1.3. Tính chất hóa học Trong phân nhóm chính nhóm VI đi từ O, S, Se, Te, Po tính kim loại tăng dần và tính phi kim giảm dần nên selen nguyên tố dễ dàng phản ứng với oxi và các nguyên tố halogen tạo thành oxit SeO2 và halogenua như SeCl4. Giống như lưu huỳnh, selen tác dụng với nhiều kim loại tạo ra các selenua tương tự như muối sunfua. Với hidro, selen tác dụng ở nhiệt độ cao. Selen tác dụng với flo và clo ở nhiệt độ cao và với oxit khi đun nóng. Selen tan được trong dung dịch kiềm tương tự lưu huỳnh: 3Se + 6KOH = K2SeO3 + 2K2Se + 3H2O (1.1) Trong dung dịch HNO3 loãng, selen phản ứng tạo ra selenit: 3Se + 4HNO3 + H2O = 3H2SeO3 + 4NO (1.2) Khi cho selen tác dụng với dung dịch axit loãng có thể thu được hidroselenua (H2Se). Dưới tác dụng của oxy không khí, selenua sẽ tạo thành sản phẩm màu đỏ có cấu tạo như polysunfua là polyselenua [2, 37]. H2Se tác dụng với oxy không khí tạo ra SeO2, là tinh thể màu trắng, tan tốt trong nước tạo ra selenơ H2SeO3 (K1= 2x10-3-, K2 = 5x10-9). Khác với SO2, SeO2 là chất oxi hóa mạnh, dễ dàng bị khử đến Se theo phản ứng: SeO2 + 2SO2 = Se + 2SO3 (1.3) Axit H2SeO3 tồn tại ở dạng những tinh thể lục phương không màu, chảy rữa khi để trong không khí ẩm nhưng tự vụn dần trong không khí khô. H2SeO3 mất nước tạo thành SeO2. H2SeO3 là một axit yếu, tạo thành hai loại muối hydroselenite chứa anion HSeO3- và muối selenite chứa anion SeO32-. Axit selenơ và muối của nó là chất oxi hóa khá mạnh. Người ta điều chế nó bằng cách hòa tan selen bột trong HNO3 loãng. 4 Axit selenic H2SeO4 rất giống axit sunfuric về khả năng tạo hidrat mạnh, độ mạnh của axit và tính chất của muối. Khi kết tinh từ dung dịch nó có thể tách ra ở dạng hidrat H2SeO4.H2O [27], ngoài ra người ta cũng thấy tồn tại các dạng hidrat như sau: H2SeO4.2H2O, H2SeO4.4H2O, H2SeO4.6H2O [2, 37]. 1.1.2. Ứng dụng của selen 1.1.2.1. Ứng dụng phi sinh học a. Hóa học Selen là chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học và được sử dụng rộng rãi trong nhiều phản ứng tổng hợp hóa học trong công nghiệp lẫn trong phòng thí nghiệm. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong xác định cấu trúc của các protein hay axit nucleic bằng tinh thể học tia X. b. Sản xuất và vật liệu Ứng dụng lớn nhất của selen trên toàn thế giới là sản xuất thủy tinh và vật liệu gốm, trong đó nó được dùng để tạo ra màu đỏ cho thủy tinh, men thủy tinh và men gốm cũng như để loại bỏ màu từ thủy tinh bằng cách trung hòa sắc xanh lục do các tạp chất sắt (II) tạo ra. Selen được sử dụng cùng bismut trong hàn chì cho đồng thau để thay thế cho chì độc hại hơn. Nó cũng được dùng trong việc cải thiện sức kháng mài mòn của cao su lưu hóa. c. Công nghiệp điện tử Do các tính chất quang voltaic và quang dẫn nên selen được sử dụng trong kỹ thuật photocopy, các tế bào quang điện, thiết bị đo độ sáng và tế bào năng lượng mặt trời. Nó đã từng được sử dụng rộng rãi trong các bộ nắn dòng. Các ứng dụng này phần lớn đã bị thay thế bằng các thiết bị dùng silic hay trong quá trình bị thay thế. Ngoại lệ đáng chú ý nhất là trong các thiết bị bảo vệ điện, trong đó khả năng truyền tải dòng điện cường độ lớn của các bộ triệt dòng dùng selen làm cho nó đáng giá hơn so với các điện trở biến thiên dùng ôxít kim loại. 5 d. Nhiếp ảnh Selen được dùng trong kỹ thuật tạo sắc thái trong nhiếp ảnh, và nó được bán như là chất tạo sắc thái bởi nhiều nhà sản xuất giấy ảnh như Kodak và Fotospeed. 1.1.2.2. Ứng dụng trong y sinh học Đối với sinh vật, selen là độc hại khi ở liều lượng lớn, nhưng khi ở lượng vết thì nó là nguyên tố cần thiết cho sức khỏe con người. Vai trò quan trọng nhất của selen là khả năng chống oxy hóa. Nó tạo thành trung tâm hoạt hóa của các enzym glutathion peroxidaza và thioredoxin reductaza (gián tiếp khử các phân tử bị ôxi hóa nhất định trong động vật và một số thực vật) và enzym deiodinaza (chuyển hóa các hoóc môn tuyến giáp lẫn nhau). Các enzyme này đảm nhiệm vai trò chính yếu trong việc bảo vệ cơ thể chống các gốc tự do và tổn thương oxy hóa. Bên cạnh đó chính bản thân selen cũng là một chất oxy hóa rất mạnh và có liên quan đến sự tổng hợp hormone tuyến giáp. Selen cũng là một chất đối kháng của các kim loại nặng như chì, thủy ngân, nhôm và cadimi. Nồng độ selen thấp là yếu tố nguy cơ cao của bệnh ung thư, bệnh tim mạch, bệnh viêm nhiễm và nhiều tình trạng bệnh lý khác có liên quan đến các tổn thương do tăng gốc tự do oxy hóa, gồm cả lão hóa sớm và hình thành đục thủy tinh thể. Ung thƣ Rất nhiều thử nghiệm lâm sàng chứng tỏ tử suất do ung thư tăng khi lượng selen nhập vào thấp hơn lượng tối ưu. Người ta đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu về vai trò chống ung thư của selen trên súc vật. Ủy ban nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ có lưu ý : “Việc sử dụng chế độ dinh dưỡng hoặc thức uống bổ sung nhiều selen giúp bảo vệ cơ thể chống lại các khối u do hàng loạt các chất sinh ung hóa học hiện nay”. Selen giúp bảo vệ chống ung thư vú, đại tràng, ung thư gan và da [35, 37]. Chức năng miễn dịch Selen đóng vai trò thiết yếu trong men glutathione peroxidase ảnh hưởng đến mọi thành phần của hệ miễn dịch, bao gồm sự phát triển và hoạt động của bạch cầu. 6 Thiếu hụt selen gây ra ức chế chức năng miễn dịch, ngược lại nếu bổ sung selen sẽ tăng cường và/hoặc phục hồi khả năng miễn dịch. Thiếu selen còn ức chế khả năng đề kháng chống nhiễm trùng, hậu quả của suy giảm chức năng bạch cầu và tuyến ức. Liều 200 mcg selen mỗi ngày có thể kích thích hoạt động và chức năng hai thành phần này. Bệnh tim mạch Cũng như các chất chống oxy hóa khác, chế phẩm bổ sung selen giúp ngăn ngừa bệnh tim mạch và đột quỵ. Tỷ lệ các bệnh lý tim mạch tăng cao khi nguồn selen nhập vào cơ thể thấp, tuy nhiên tác động của selen lên bệnh tim mạch không mạnh mẽ bằng lên bệnh ung thư. Sự suy giảm nồng độ selen trong cơ thể dẫn đến suy giảm hoạt động của hệ thống men glutathione peroxidase. Chế phẩm bổ sung selen (97 mcg/ngày) làm tăng tỷ lệ hdl/ldl và ức chế sự kết tập tiểu cầu. Selen hỗ trợ bệnh tim mạch trên bệnh nhân nghiện thuốc lá tốt hơn hẳn các nhóm khác [33, 34, 35]. Selen cần phải được sử dụng trong mọi liệu trình điều trị hậu nhồi máu cơ tim hay đột quỵ. Các tình trạng viêm Nồng độ selen và glutathione peroxidase giảm thấp trên những bệnh nhân viêm khớp dạng thấp, chàm, vẩy nến và trong các tình trạng viêm. Vì các gốc tự do, các chất oxy hóa, prostaglandin và leukotrien gây ra nhiều tổn thương mô thường thấy trong viêm khớp dạng thấp, nên thiếu hụt selen dẫn đến thiếu hụt glutathione peroxidase càng làm cho các thương tổn nặng nề thêm. Glutathione peroxidase đặc biệt quan trọng trong ức chế sự hình thành của các prostaglandin và leukotrien của quá trình viêm. Việc sử dụng đơn thuần selen chưa cho thấy kết quả tốt trên bệnh nhân viêm khớp dạng thấp, nhưng nếu sử dụng kết hợp selen và vitamin e sẽ đem lại hiệu quả rất khả quan [32]. Đục thủy tinh thể 7 Đục thủy tinh thể là một trong những nguyên nhân thường gặp của suy giảm thị trường và thị lực, gây ra gánh nặng rất lớn cho xã hội. Bản chất của đục thủy tinh thể là do các tổn thương bởi các gốc tự do. Cũng như các mô khác, thủy tinh thể phụ thuộc vào nồng độ tương ứng và hoạt động của hệ thống các men superoxide dismutase (sod), catalase, glutathione peroxidase, và nồng độ tương ứng của các vitamin chống oxy hóa như vitamin c, e và selen. Việc duy trì nồng độ selen phù hợp rất quan trọng cho hoạt động của men glutathione peroxidase trong thủy tinh thể. Thiếu selen là yếu tố nguy cơ cao hình thành đục thủy tinh thể [33, 34]. HIV/AIDS Một vài nghiên cứu chỉ ra có liên quan về mặt địa lý giữa các khu vực có đất thiếu hụt selen với tỉ lệ cao của khả năng nhiễm HIV/AIDS. Không phụ thuộc vào nguyên nhân làm hao kiệt selen ở các bệnh nhân AIDS, các nghiên cứu chỉ ra rằng thiếu hụt selen có liên quan mạnh tới tiến triển của bệnh và rủi ro tử vong. Bổ trợ selen có thể giúp giảm nhẹ các triệu chứng của AIDS và làm giảm rủi ro tử vong [37, 38]. Tiểu đƣờng Một nghiên cứu được kiểm soát tốt chỉ ra rằng selen có liên quan tích cực với rủi ro phát hiện bệnh tiểu đường tip II. Do mức selen cao trong huyết thanh có liên quan tích cực với sự phát triển của bệnh đái đường và do thiếu hụt selen là khá hiếm nên việc bổ trợ không được khuyến cáo cho những người có dinh dưỡng đầy đủ [39]. Thai kỳ và hội chứng đột tử trẻ em (SIDS) Selen hết sức cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển bình thường của bào thai. Nồng độ selen có xu hướng giảm nhiều trong thai kỳ, đặc biệt trong 3 tháng cuối và cũng rất thấp ở trẻ sơ sinh. 8 Nồng độ selen thấp ở trẻ sơ sinh liên quan đến hội chứng sids. Thiếu hụt selen và vitamin E gây ra “bệnh cơ trắng” (wmd) và đột tử trên các động vật thí nghiệm (con còn nhỏ). Bệnh cơ tim do thiếu selen cũng tương tự như rối loạn ở tim trong bệnh keshan. “bệnh cơ trắng”, bệnh keshan và hội chứng sids có một số biểu hiện lâm sàng cũng như nền tảng mô bệnh học tương tự nhau – một vùng nhỏ ở tim bị tổn thương (hoại tử khu trú) có thể gây suy tim hoặc shock tim. Độc tính của selen Mặc dù selen là vi dưỡng chất thiết yếu nhưng nó lại có độc tính nếu dùng thái quá. Việc sử dụng vượt quá giới hạn trên theo khuyến cáo là 400  g/ngày có thể dẫn tới ngộ độc selen như: mùi hôi của tỏi trong hơi thở, các rối loạn tiêu hóa, rụng tóc, bong, tróc móng tay chân, mệt mỏi, kích thích và tổn thương thần kinh, có thể gây bệnh sơ gan, phù phổi và tử vong [30, 31]. Selen nguyên tố và phần lớn các selenua kim loại có độc tính tương đối thấp do hiệu lực sinh học thấp của chúng. Ngược lại, các selenat và selenit lại cực độc hại, và có các tác động tương tự như của asen. Selenua hiđrô là một chất khí có tính ăn mòn và cực kỳ độc hại. Selen cũng có mặt trong một số hợp chất hữu cơ như dimethyl selenua, selenomethionin, selenocystein và methylselenocystein, tất cả các chất này đều có hiệu lực sinh học cao và độc hại khi ở liều lượng lớn. Ngộ độc selen từ các hệ thống cung cấp nước có thể xảy ra khi các dòng chảy của các hệ thống tưới tiêu mới trong nông nghiệp chảy qua các vùng đất thông thường là khô cằn và kém phát triển. Quá trình này làm thẩm thấu các selen tự nhiên và có khả năng hòa tan trong nước (như các selenat), sau đó có thể tích lũy đậm đặc hơn trong các vùng đất ẩm ướt mới khi nước bay hơi đi. Nồng độ selen cao sinh ra theo kiểu này đã được tìm thấy như là nguyên nhân gây ra một số rối loạn bẩm sinh nhất định ở chim sống ở các vùng ẩm ướt [28, 37]. 1.1.3. Selen nguyên tố với kích thước nano Cũng giống như các hạt nano khác, các hạt nano selen sẽ có một số tính chất cơ học, quang học, điện, sinh học và hóa học đặc biệt mà các vật liệu khối 9 thông thường không có được. Do vậy, selen với kích thước nano thể hiện được hiệu quả cao trong các ứng dụng chủ yếu như trong công nghiệp điện tử, quang học, sản xuất vật liệu và đặc biệt là trong y sinh học [20, 30]. Selen nguyên tố kích thước nano với ứng dụng trong y sinh học Selen là nguyên tố hiếm khi xuất hiện trong môi trường của chúng ta, chủ yếu ở các loại đất có điều kiện yếm khí, trong hình thức ổn định, và không hoặc hầu như không tan trong nước. Selen nguyên tố có những tính chất khiến nó ít độc hại hơn so với các hình thức khác của selen. Đầu tiên nguyên tố selen được coi là trơ về mặt sinh học, nhưng các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng Nano-Se có sinh khả dụng tương tự với các hình thức khác selen. Trong nghiên cứu của Zhang [33] đã so sánh độc tính ngắn hạn trong hai hình thức Se là dạng nano selen với kích thước trong khoảng 100-500 nm và dạng selenite. Kết quả cho thấy rằng Nano-Se là ít độc hại hơn selenite về ức chế sự tăng trưởng, nhiễm độc gan, và tình trạng chất chống oxy hóa, nhưng có sinh khả dụng tương tự. Bên cạnh đó, kích thước nano cũng giúp hấp thu tốt hơn các selen vào cây trồng, vật nuôi. Vào năm 2007, Wang đã dẫn đến kết luận dựa trên thử nghiệm động vật, selen nano (Nano-Se) là một chất chống oxy hóa rất hiệu quả, mà không có tính độc tính cao, đây chính là đặc trưng của dạng nano selen so với các dạng selen khác [31]. Ngoài ra, nano selen cũng được cho là có ít nhất những tác dụng tương tự về kích hoạt peroxidase glutathione và các enzym reductase thioredoxin như dạng selenoprotein, nhưng nó ít độc tố hơn và nó không gây tổn thương gan cấp tính [25, 37]. Chính vì những ưu điểm của selen kích thước nano và ranh giới tác dụng tích cực và tiêu cực của selen có liên quan chặt chẽ tới sức khỏe con người, do đó việc tổng hợp selen với kích thước nano sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc bổ sung nguyên tố vi lượng selen cho con người. 10 1.2. Giới thiệu về polysacarit và alginat 1.2.1. Polysaccarit Polysaccarit là polyme các phân tử carbohydrat gồm một chuỗi dài các đơn vị monosaccarit. Trong polysaccharide, các gốc monosaccarit được nối với nhau bằng cầu nối oxi theo liên kết glicozit tạo thành mạch thẳng hoặc mạch nhánh. Polysacarit tự nhiên thường có carbohydrat đơn giản gọi là monosacarit có công thức chung (CH2O)n trong đó n là ba hoặc lớn hơn. Ví dụ về các monosacarit là glucose, fructose, và glyceraldehyde. Trong khi đó các polysaccharide có công thức chung là Cx(H2O)y trong đó x, y thường là một số tự nhiên lớn từ 200 đến 2500 hoặc cũng có thể được biểu diễn với công thức tổng quát như là (C6H10O5)n với n là số tự nhiên và 40 ≤ n ≤ 3000 [23]. - Đặc điểm của polysaccarit: + Là những polime được tạo ra từ thiên nhiên; + Là sản phẩm của phản ứng trùng ngưng các anđozơ hoặc xentozơ; + Mạch là mạch hở, không nhánh hoặc có nhánh, mạch vòng hay uốn khúc. Polisaccarit có khả năng tương tác với nhiệt và nước làm thay đổi tính chất và trạng thái để tạo ra độ đặc, độ dẻo, độ dai, độ dính, độ xốp, độ trong, khả năng tạo màng. - Polisaccarit được chia thành 2 loại: homopolisaccarit và heteropolisaccrit. + Homopolisaccarit khi bị thủy phân hoàn toàn cho nhiều hơn 10 monosaccarit cùng loại ví dụ tinh bột, xenlulozơ, glycogen...; + Heteropolisaccarit khi bị thủy phân đến cùng cho 2 hay nhiều loại monosaccarit khác nhau ví dụ alginat, pectit… - Ứng dụng của polysaccarit: Chúng được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, ở các dạng tự nhiên và biến tính như các chất tạo độ đặc hay tạo gel, chất làm bền nhũ tương và các hệ phân tán. 11 Ngoài ra chúng còn được dùng làm chất tạo màng, bảo vệ bề mặt các loại thực phẩm nhạy cảm khỏi những thay đổi không mong muốn, thành phần thêm vào trong các thực phẩm ăn kiêng… 1.2.2. Alginat 1.2.2.1. Nguồn gốc Alginat là loại polyme sinh học biển phong phú nhất thế giới, là loại polyme sinh học nhiều thứ hai sau cellulose. Alginat được nhà hóa học người Anh E.C.C Stanford tìm ra năm 1881 [6], là một polysaccharide có mặt trong rong nâu với hàm lượng cao nhất, lên đến 40% khối lượng chất khô. Alginat nằm trong hệ thống gian bào ở dạng gel chứa các ion natri, canxi, magie, stronti và bari. Chức năng chính của chúng được cho là bộ khung, tạo nên cả độ bền vững lẫn độ mềm dẻo của mô rong [9]. 1.2.2.2. Đặc điểm cấu trúc của alginat Alginat là tên gọi chung các muối của axit alginic. Trong thuật ngữ phân tử, alginat là một họ của copolyme nhị phân không phân nhánh gồm các gốc β-Dmannuronic (M) và α-L-guluronic (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid. Cấu trúc khác nhau phụ thuộc vào vị trí của các monome trong chuỗi mạch, tạo nên các đoạn homopolyme (MM hoặc GG) lẫn các heteropolyme (MG hoặc GM). Khối lượng phân tử của alginat thường trong khoảng 50 – 1000kDa [9]. 12 Hình 1. 2: Đặc trưng cấu trúc của alginat: a) Các monomer của alginat. b) Cấu trúc không gian. c) Các kiểu phân bố cấu trúc chuỗi trong mạch alginat. 1.2.2.3. Tính chất của alginat - Độ tan Có ba yếu tố quan trọng quyết định độ tan của alginat trong nước, đó là: độ cứng của nước, pH và lực ion tổng của chất tan. Độ cứng của nước (ví dụ như hàm lượng ion Ca2+) được xem là yếu tố chính ảnh hưởng đến độ tan. Giá trị pH của dung môi là yếu tố quan trọng bởi vì nó xác định điện tích trên các gốc uronic. Lực ion của môi trường cũng đóng vai trò quan trọng (hiệu ứng muối kết của các cation không tạo gel), hàm lượng của các ion tạo gel trong dung môi cũng hạn chế sự hòa tan của alginat [9, 14, 16]. - Độ nhớt Khi nằm trong vách tế bào, alginat có độ nhớt cao nhưng khi tách chiết bằng phương pháp khác nhau, alginat bị giảm độ nhớt. Alginat có khối lượng phân tử trung bình lớn thì độ nhớt càng lớn. Tỷ lệ M/G cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của sản phẩm. Tuy nhiên tỷ lệ M/G và trọng lượng phân tử lại phụ thuộc nhiều vào nhiều yếu tố: loài rong, độ trưởng thành, khu vực sinh trưởng, kỹ thuật chiết xuất, thời 13 gian bảo quản …[9, 17, 22]. Độ nhớt dung dich alginat biến thiên trong một dải rộng từ 10mPa.s – 1000mPa.s (dung dịch 1%). - Độ ổn định Giống như các polysaccharide tự nhiên khác, alginat không bền với nhiệt và ion kim loại … Độ ổn định của alginat sắp xếp theo thứ tự: natri alginat > amoni alginat > axit alginic. Alginat có độ nhớt cao kém ổn định hơn alginat có độ nhớt trung bình hoặc thấp. Bột alginat rất dễ bị giảm độ nhớt nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp. Khi lưu trữ alginat có độ nhớt khoảng 50mPa.s ở 10 – 200C, trong thời gian 3 năm, độ nhớt thay đổi rất ít so với ban đầu. Còn với alginat có độ nhớt cao (khoảng 400mPa.s), khi bảo quản ở 250C sau một năm độ nhớt bị giảm 10% và ở 330C thì bị giảm 45% [14, 16, 23]. Dung dich alginat công nghiệp dễ bị phân rã bởi các vi sinh vật có trong không khí. Dung dịch alginat ổn định ở pH từ 5,5 – 10 tại nhiệt độ phòng một thời gian dài, nhưng sẽ chuyển sang dạng gel ở pH nhỏ hơn 5,5 [23]. - Tính chất tạo gel Dung dịch natri alginat có khả năng tạo gel với sự tham gia của những ion hóa trị II, III. Khi nhỏ một giọt dung dịch natri alginat vào dung dịch CaCl2 sự tạo gel xảy ra gần như tức thời trên bề mặt của giọt và cho ta hạt gel có dạng hình cầu. Các gel được tạo thành ở bất kỳ nhiệt độ nào (dưới 1000C) và không bị chảy ra khi đun nóng. Khả năng tạo gel của các muối alginat phụ thuộc vào kích thước của ion kim loại. Ion strontri có kích thước phù hợp hơn với khoảng trống đó nên liên kết mạnh hơn và được ưu tiên giữ lại nếu có sự cạnh tranh giữa Ca2+ và Sr2+. Ion Mg2+ có kích thước nhỏ hơn nên không tạo gel với natri alginat vì vậy muối magie alginat tan được trong nước . Ái lực của alginat đối với các ion kim loại hóa trị II khác nhau 14 giảm theo trình từ: Pb2+ > Cu2+ > Cd2+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Co2+. Tùy thuộc vào loại ion liên kết và loại alginat mà gel tạo thành có tính chất khác nhau [10, 21] . 1.2.2.4. Ứng dụng Do có nhiều ứng dụng khác nhau, alginat được xem là một trong những polysaccharide có nhiều ứng dụng nhất. Các ứng dụng này trải rộng từ các ứng dụng có tính chất kỹ thuật truyền thống, đến thực phẩm, y sinh học. Các ứng dụng của alginat hầu hết dựa trên ba đặc điểm chính: khả năng tạo dung dịch có độ nhớt cao, khả năng tạo gel khi thêm muối canxi vào dung dịch natri alginat trong nước và khả năng tạo màng natri hay canxi alginat và sợi canxi alginat [27]. - Trong kỹ thuật Ứng dụng kỹ thuật quan trọng phổ biến nhất là làm chất tạo màng trong in vải sợi, ở đó alginat thu hút được sự chú ý cao nhờ tạo được màu sắc ổn định, đồng nhất và có độ bóng. Nhu cầu alginat dùng trong in vải sợi chiếm khoảng 50% tổng lượng alginat sản xuất trên toàn thế giới . Alginat cũng được dùng tráng bề mặt giấy để đạt sự đồng nhất và làm tác nhân gắn kết trong việc sản xuất que hàn [7]. - Trong y – dược Alginat đã được sử dụng trong hàng thập kỷ làm chất trợ giúp trong các ứng dụng khác nhau trong y tế. Một số ví dụ bao gồm việc sử dụng làm vải băng bó vết thương truyền thống , làm vật liệu lấy dấu răng và trong một số công thức chảy máu dạ dày. Việc sử dụng alginat làm chất ổn định ngày càng phổ biến trong nhiều quá trình công nghệ sinh học khác nhau. Sự bắt giữ tế bào bên trong các hạt cầu Caalginat đã trở thành kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi nhất để cố định tế bào sống . Triển vọng lớn nhất với các tế bào được cố định bằng gel alginat là việc ứng dụng khả năng của chúng trong việc cấy ghép tế bào. Ở đây mục đích chính của sự tạo gel là tác dụng như một hàng rào giữa bộ phận ghép và hệ thống miễn dịch của vật chủ. Các tế bào khác nhau đã được đề nghị cho việc cố định gel bao gồm các tế 15 bào tuyến cận giáp để điều trị bệnh canxi huyết và tế bào sản xuất dopamine nhuộm màu tuyến thượng thận để điều trị bệnh Parkinson . Tuy nhiên, sự quan tâm chủ yếu được tập trung vào các tế bào sản xuất insulin để điều trị bệnh tiểu đường Type I . - Đối với thực phẩm Alginat được sử dụng làm chất phụ gia để cải thiện, bổ sung và ổn định kết cấu bên ngoài của thực phẩm. Các ứng dụng này dựa trên các tính chất như làm tăng độ nhớt, khả năng tạo gel và làm ổn định hỗn hợp với nước chống đông và nhũ hóa. Trong sản xuất kem, axit alginic và muối của nó có thể dùng làm chất ổn định trong kem ly, làm kem có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn. Một hợp chất của axit alginic có tên là Lamizell là muối kép của natri và canxi với một tỷ lệ nhất định. Lamizell tạo ra một độ nhớt đặc biệt và có khả năng kích thích ngon miệng, do đó rất được quan tâm trong thực phẩm. Với ứng dụng làm mứt, thạch, thực phẩm mùi hoa quả …, sự đồng tạo gel giữa alginat giàu G và pectin este hóa cao có thể rất hữu ích. Hệ alginat/pectin có thể tạo ra gel thuận nghịch nhiệt độ ngược với gel alginat liên kết ngang ion thuần túy [8, 21]. 1.3. Các phƣơng pháp tổng hợp selen cấu trúc nano Thời gian qua, trên thế giới, việc nghiên cứu chế tạo selen có cấu trúc nano đã được triển khai và đạt được những thành tựu đáng kể. Các phương pháp tổng hợp selen cấu trúc nano chủ yếu được phân thành hai loại là các phương pháp hóa học và các phương pháp sinh học. 1.3.1. Phương pháp hóa học để tổng hợp selen cấu trúc nano Các phương pháp hóa học đã được sử dụng để chế tạo selen kích thước nano có thể kể đến là: Phương pháp vi nhũ, phương pháp chiết tách sử dụng dung môi hòa tan, phương pháp oxi hóa khử, phương pháp sol – gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt/ dung nhiệt, phương pháp chiếu xạ UV … 16 Trong số này các phương pháp hóa ướt dựa trên các phản ứng hóa học trong dung dịch là những phương pháp thông dụng nhất. Với các tiền chất chứa selen thích hợp (NaSeSO3, SeO2,...), các phương pháp khử thường được dùng để chế tạo các hạt nano selen. Rất nhiều tác nhân khử khác nhau, bao gồm cả các chất vô cơ cũng như hữu cơ, đã được sử dụng như các muối Fe(II), axit ascobic, glucose, glutathionine, ... Cho đến hiện nay, đối với phương pháp này, một cách tiếp cận quan trọng là tập trung vào việc lựa chọn các tác nhân khử và chất ổn định thích hợp, hiệu quả, đặc biệt đối với các ứng dụng trong y sinh học. Theo đó, xu hướng tổng hợp các kim loại kích thước nano trong đó có selen bằng các phương pháp tổng hợp xanh thân thiện môi trường đã được phát triển. Trong phương pháp tổng hợp xanh các tác nhân được sử dụng là các chất không độc hại, thường có nguồn gốc tự nhiên, từ động thực vật... Việc sử dụng các polysaccharide như chitosan, cellulose, carrageenan, alginat...trong tổng hợp nano selen có thể xem là một ví dụ điển hình. Mặc dù vậy, cho đến nay những nghiên cứu tổng hợp nano selen trong sự có mặt của polysaccarit còn chưa được công bố nhiều. Đặc biệt với alginat, dường như chỉ mới có một vài công trình được công bố với những thông báo không cụ thể và chưa đưa ra được quy trình tổng hợp chi tiết [4, 13, 20]. Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu đưa ra hai quy trình tổng hợp hạt nano selen là: quy trình một, sử dụng phương pháp kết tủa tực tiếp selen trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic; quy trình hai, sử dụng phương pháp kết tủa tực tiếp selen trong dung dịch alginat với tác nhân khử cũng chính là alginat. Khi natri selenite phản ứng với tác nhân khử trong dung dịch alginat, chuỗi phân nhánh cao của nó và các nhóm hydroxyl hoạt động có thể hấp thụ và bọc các hạt nano selen hình thành ban đầu để ngăn chặn sự kết hợp và sự phát triển của hạt selen. Bằng cách này, các nguyên tố selen tạo ra bởi phản ứng khử có thể tồn tại như dạng nano selen. 17 1.3.2. Phương pháp sinh học để tổng hợp Se cấu trúc nano Tổng hợp các hạt nano selen bằng cách sử dụng hệ thống sinh học đã được nghiên cứu trong thời gian gần đây với những công trình đã được công bố. Một trong những cách sinh học được trình bày bởi Oremland [18] đã báo cáo về việc sản xuất các nguyên tố selen nano có dạng hình cầu, bằng cách sử dụng vi khuẩn anaerob, chúng sẽ hấp thụ anion SeO2- có thể sản xuất và tích lũy ngoại bào selen nguyên tố. Các loài vi khuẩn khác cũng từng được sử dụng để tổng hợp nano selen là Sulfurospirillum barnesii, selenitireducens Bacillus và Selenihalanaerobacter shrifti. Trong các tế bào phát triển họ đã sử dụng anion SeO2- là chất nhận electron, khi mỗi vi sinh vật sản xuất đơn bào, sẽ đồng thời tạo ra các hạt nano selen hình cầu với đường kính 300 nm và cấu trúc tinh thể đơn tà [19]. Không chỉ sản xuất selen dạng bào mà còn trong tế bào nguyên tố cũng đã được đưa ra trong nghiên cứu của ông Fesharaki [7]. Trong nghiên cứu này, họ đã phát triển tổng hợp sinh học hạt nano selen từ các tế bào vi khuẩn. Họ đã thử nghiệm một chủng Klebsiella pneumoniae để sản xuất nguyên tố selen từ selen clorua. Những hạt nano selen này có đường kính trong khoảng 100- 550, hạt hình cầu có cấu trúc chuẩn, và có những tính chất ưu việt. Tuy nhiên việc tổng hợp hạt nano selen bằng các phương pháp sinh học đòi hỏi phải nghiên cứu trên những hệ thống sinh học phức tạp và theo dõi rất chi tiết quá trình hình thành hạt nano selen. 1.4. Một số phƣơng pháp nghiên cứu xác định đặc trƣng của vật liệu kích thƣớc nano 1.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction, XRD) Phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, có thể xác định nhanh, chính xác các pha tinh thể, định lượng pha tinh thể và kích thước hạt với độ tin cậy cao. 18 Nguyên lý chung của phương pháp nhiễu xạ tia X: Chiếu tia X vào tinh thể, khi đó các nguyên tử bị kích thích và trở thành các tâm phát sóng thứ cấp. Các sóng thứ cấp này (tia X, điện tử, nơron) triệt tiêu với nhau theo một phương và tăng cường nhau theo một số phương tạo nên hình ảnh giao thoa. Hình ảnh này phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể. Từ việc phân tích hình ảnh đó, ta có thể biết được cách sắp xếp các nguyên tử trong ô mạng. Qua đó xác định được cấu trúc mạng tinh thể, các pha cấu trúc trong vật liệu… Phương trình nhiễu xạ Bragg: Một cách giải thích đơn giản về hiện tượng nhiễu xạ và được sử dụng rộng rãi trong lý thuyết nhiễu xạ tia X trên tinh thể, đó là lý thuyết nhiễu xạ Bragg. Theo đó, ta coi mạng tinh thể là tập hợp của các mặt phẳng song song cách nhau một khoảng d. Khi chiếu tia X vào bề mặt, do tia X có khả năng đâm xuyên mạnh nên không chỉ những nguyên tử bề mặt mà cả những nguyên tử bên trong cũng tham gia vào quá trình tán xạ. Hình 1. 3: Sơ đồ nguyên lí của phương pháp nhiễu xạ tia X Điều kiện có cực đại giao thoa (phương trình Vulf-Bragg): n.λ = 2.d.sinθ (1.5) Trong đó, n là bậc phản xạ (số nguyên dương), λ là bước sóng của tia tới, d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song, θ là góc giữa chùm tia X. Đây là phương trình cơ sở để nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể. Trên giản đồ căn cứ vào giá trị cực đại (giá trị 2θ) có thể tính được d theo phương trình (1.5). Bằng phương pháp này chất cần nghiên cứu sẽ xác định được cấu trúc mạng tinh thể. 19 Ngoài việc xác định cấu trúc, XRD còn cho phép xác định kích thước của tinh thể. Scherrer đã đưa ra công thức tính toán kích thước tinh thể trung bình của tinh thể theo phương trình: D = k.λ /B.cosθ (1.6) D là kích thước tinh thể trung bình (nm), θ là góc nhiễu xạ, B là độ rộng pic đặc trưng (radian) lấy giá trị bằng nửa cường độ cực đại (tại vị trí góc 2θ = 29,8o), λ = 1,5406Å là bước sóng của tia tới, k là hằng số Scherrer phụ thuộc vào hình dạng của tinh thể và chỉ số Miller của vạch nhiễu xạ (lấy k = 0,9). Từ giản đồ nhiễu xạ tia X, độ tinh thể được tính toán theo phương pháp phân giải pic, theo công thức. C= .100% (1.7) Trong đó: C là độ tinh thể của bột Selen Y là chiều cao của pic đặc trưng X là chiều cao chân pic tại vị trí thấp nhất 1.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (Fourier Transformation Infrared Spectrophotometer, FTIR) Để xác định cấu trúc phân tử của chất cần nghiên cứu thường dùng phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR). Trên phổ dựa vào các tần số đặc trưng của các nhóm chức trong phân tử mà có thể xác định sự có mặt của các nhóm chức đó có trong mẫu. Phổ hồng ngoại chính là phổ dao động – quay vì khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay của các nhóm chức đều bị kích thích. Phổ dao động – quay của phân tử được phát sinh do sự chuyển dịch giữa các mức năng lượng dao động và quay. Dạng năng lượng được sinh ra khi chuyển dịch giữa các mức này ở dạng lượng tử hóa, nghĩa là chỉ có thể biến thiên một cách gián đoạn. 20 Hiệu số năng lượng được tính theo công thức Borr: ΔE = hν (1.8) Trong đó: ΔE là biến thiên năng lượng h là hằng số Planck ν là tần số dao động 1.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) là công cụ để quan sát vi cấu trúc bề mặt của vật liệu với độ phóng đại và độ phân giải lớn gấp hàng nghìn lần so với kính hiển vi quang học. Độ phóng đại của SEM có thể đạt đến 100000 lần, độ phân giải khoảng vài trăm angstrom đến vài nanomet. Ngoài ra SEM còn cho độ sâu trường ảnh lớn hơn so với kính hiển vi quang học. Một ưu điểm nữa của SEM là không đòi hỏi khâu chuẩn bị mẫu quá phức tạp, có thể thu được những bức ảnh rõ nét. Nguyên tắc của phương pháp SEM (hình 1.4) là sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Hình 1. 4: Sơ đồ nguyên lí của phương pháp SEM Chúng tương tác với các nguyên tử của mẫu và phát ra các bức xạ thứ cấp như được trình bày trên hình 2. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. 21 Hình 1. 5: Các loại điện tử phát ra khi chiếu chùm tia điện tử lên mẫu Tùy theo detector thu loại tín hiệu nào mà ta có được thông tin tương ứng về mẫu nghiên cứu. Việc thu điện tử thứ cấp là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp (thường nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu. Mặc dù không thể có độ phân giải tốt như kính hiển vi điện tử truyền qua nhưng kính hiển vi điện tử quét lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp. Một điểm mạnh khác của SEM là các thao tác điều khiển đơn giản khiến cho nó rất dễ sử dụng. Một điều nữa là giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều so với TEM. 1.4.4. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA-TGA) Phân tích nhiệt là nhóm các phương pháp phân tích sự thay đổi tính chất nhiệt của mẫu do tác dụng nhiệt. Để xác định đặc trưng liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ của mẫu vật liệu 22 thường dùng 2 phương pháp phân tích nhiệt là phân tích nhiệt vi sai quét (DTA) và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Là phương pháp đo sự thay đổi nhiệt độ (đối với DTA) hay sự thay đổi khối lượng vật liệu (đối với TGA) khi tác động chương trình nhiệt độ lên mẫu. Giản đồ phân tích nhiệt thể hiện sự phụ thuộc khối lượng mẫu theo thời gian (đường TGA) hay sự phụ thuộc nhiệt độ theo thời gian (đường DTA). Thay vì sử dụng phương pháp DTA người ta cũng có thể sử dụng phương pháp nhiệt lượng vi sai quét (DSC), là phương pháp xác định sự thay đổi nhiệt lượng theo thời gian. Các thông tin nhận được cho phép xác định thành phần khối lượng các chất có mặt trong mẫu, các dạng chuyển pha, độ bền nhiệt, độ bền oxi hoá của vật liệu, xác định được độ ẩm, hơi nước, ảnh hưởng của môi trường lên vật liệu và một số thông tin khác. 23 CHƢƠNG 2: MỤC ĐÍCH, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài là tổng hợp được selen nguyên tố với kích thước nano bằng phương pháp kết tủa trực tiếp Na2SeSO3 trong dung dịch alginat có sử dụng và không sử dụng axit ascorbic làm tác nhân khử. Với mục đích trên, đề tài gồm các nội dung nghiên cứu sau: 1. Tổng hợp selen nguyên tố kích thước nano bằng phương pháp kết tủa trực tiếp Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic 2. Tổng hợp selen nguyên tố kích thước nano bằng phương pháp kết tủa trực tiếp Na2SeSO3 trong dung dịch alginat không có thêm tác nhân khử 3. Sử dụng các phương pháp XRD, FTIR, SEM và phương pháp DTA-TGA để khảo sát, đánh giá các đặc trưng của sản phẩm. 4. Xác định ảnh hưởng của các thông số phản ứng là nhiệt độ, nồng độ, tỉ lệ các chất tham gia phản ứng và thời gian già hóa đến chất lượng sản phẩm. 2.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 2.2.1. Dụng cụ - Bình cầu hai cổ 500 ml; - Phễu nhỏ giọt để điều chỉnh tốc độ; - Phễu lọc thuỷ tinh xốp; - Giấy đo pH vạn năng; - Nhiệt kết thủy ngân 100oC; - Giấy lọc băng vàng; - Cối, chày mã não. - Cốc thủy tinh chịu nhiệt 100 ml, 200 ml, 250 ml, 500ml; 24 - Ống li tâm loại 50 ml; - Và một số dụng cụ thủy tinh thông dụng khác (pipet, ống đong…); 2.2.2. Thiết bị - Cân điện tử có độ chính xác ± 10-4 g; - Máy khuấy từ gia nhiệt; - Bộ khuấy cơ; - Máy ly tâm; - Tủ sấy; - Thiết bị đông khô. 2.2.3. Hóa chất Các hóa chất chủ yếu được sử dụng gồm bột selen (Se), Na2SO3 và axit ascorbic là loại tinh khiết của Merck. Alginat dạng bột, được chiết xuất từ rong mơ, là sản phẩm của Viện Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang. Chuẩn bị tiền chất Dung dịch Na2SeSO3 0,1M được chuẩn bị bằng phản ứng giữa Se bột với dung dịch Na2SO3. Quá trình được thực hiện trong bình cầu có lắp sinh hàn để hồi lưu phần dung dịch bay hơi, Hỗn hợp phản ứng được khuấy và gia nhiệt bằng máy khuấy từ. Nhiệt độ thí nghiệm được đo bằng nhiệt kế thủy ngân. Hỗn hợp được khuấy liên tục trong thời gian khoảng 1 giờ ở nhiệt độ 95 - 100oC cho đến khi dung dịch trở nên trong suốt, chứng tỏ Se đã chuyển hoàn toàn thành Na2SeSO3 [5]. Phản ứng xảy ra như sau: Na2SO3 + Se  Na2SeSO3 (2.1) Na2SO3 được lấy dư so với Se để hỗn hợp luôn có môi trường kiểm (pH > 8.5), đảm bảo không xảy ra phản ứng nghịch chuyển lại Se nguyên tố. Dung dịch 25 Na2SeSO3 tạo thành được bảo quản trong tối để tránh quá trình oxi hóa do ánh sáng mặt trời. Dung dịch alginat được chuẩn bị bằng cách khuấy alginat trong nước cất ở nhiệt độ 75oC trong 1h. 2.3. Nghiên cứu tổng hợp nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sản phẩm 2.3.1. Quy trình tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic Hạt nano selen được tổng hợp theo sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày như trên hình 2.1. Hình 2. 1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng hợp hạt nano selen 26 Mô tả thí nghiệm: Nhỏ từ từ dung dịch Na2SeSO3 0,1M vào dung dịch alginat theo các tỉ lệ khối lượng alginat/Se khác nhau. Hỗn hợp được khuấy trộn đều, sau đó dung dịch axit ascorbic nồng độ 0,1M được nhỏ từ từ vào hỗn hợp trên theo các lượng thể tích cần tiến hành khảo sát. Phản ứng được tiến hành trong bình cầu có sử dụng ống sinh hàn để hồi lưu lượng dung dịch bay hơi. Thực hiện thí nghiệm ở các nhiệt độ nghiên cứu trong khoảng nhiệt độ phòng đến 100oC. Sau khi selen hình thành (màu của dung dịch sẽ chuyển từ màu vàng nâu nhạt của alginat sang màu đỏ cam của selen), hỗn hợp được tiếp tục già hóa tại nhiệt độ phản ứng trong khoảng 1-4h. Ly tâm, rửa kết tủa vài lần với nước cất, sau đó đông khô thu sản phẩm. Hình 2. 2: Sơ đồ quy trình thực nghiệm tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3, alginat và axit ascorbic 27 2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Các mẫu hạt nano selen được tổng hợp ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau (nhiệt độ phòng, 50oC, 80oC) và các thông số khác như sau: Tốc độ khuấy: 300 – 350 vòng/phút; Tốc độ cấp dung dịch Na2SeSO3: 2 ml/phút; Nồng độ dung dịch alginat: 0,5 wt.% Nồng độ dung dịch Na2SeSO3: 0,1 M Nồng độ dung dịch axit ascorbic: 0,20 M Tỉ lệ khối lượng alginat:selen tham gia phản ứng: Alg:Se = 6:1 Các bước thực hiện được tiến hành theo quy trình mô tả ở mục 2.3.1 2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ alginat Các mẫu hạt nano selen được tổng hợp với các nồng độ khác nhau của dung dịch alginat là: 0,2 và 0,5 wt.% Các thí nghiệm được tiến hành theo quy trình mô tả trong mục 2.3.1 ở nhiệt độ 50oC với các thông số thí nghiệm khác tương tự như trong phần 2.3.2. 2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng alginat:selen (Alg:Se) tham gia phản ứng Các mẫu được tổng hợp với các tỉ lệ khối lượng Alg:Se tham gia phản ứng khác nhau là 4:1, 6:1, 9:1 và 12:1. Các thí nghiệm được tiến hành theo quy trình mô tả trong mục 2.3.1 ở nhiệt độ 50oC với những thông số thí nghiệm khác tương tự như trong phần 2.3.2. 2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit ascorbic tham gia phản ứng Các mẫu hạt nano selen được tổng hợp với nồng độ dịch axit ascorbic tham gia phản ứng khác nhau: 0,08M; 0,12M; 0,16M và 0,20M, các thông số phản ứng khác tương tự như các mục trên. 28 2.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian già hóa Các mẫu hạt nano selen được tổng hợp tương tự như trên nhưng với các thời gian già hóa khác nhau là 1h, 2h và 3h. Sản phẩm tạo thành được đánh giá bằng các phương pháp XRD, FTIR, SEM và DTA-TGA. 2.4. Nghiên cứu tổng hợp nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat không sử dụng thêm tác nhân khử và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sản phẩm 2.4.1. Quy trình tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 và alginat Quy trình tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 và alginat cũng tương tự như quy trình một. Nhưng không thêm axit ascorbic làm tác nhân khử với mục đích dùng dung dịch alginat vừa làm tác nhân khử đồng thời là chất làm bền bao bọc hạt nano selen. Phản ứng cũng được thực hiện ở các điều kiện về nhiệt độ, tỷ lệ các chất tham gia phản ứng và thời gian già hóa khác nhau. Sơ đồ quy trình thực nghiệm tương tự như hình 2.2 ở trên. 2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Các mẫu hạt nano selen được tổng hợp ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau: 70oC, 80oC, 90oC, 100oC với các thông số phản ứng khác như sau: Tốc độ khuấy: 300 – 350 vòng/phút; Tốc độ cấp dung dịch Na2SeSO3: 2 ml/phút; Nồng độ dung dịch alginat: 0,5 wt.% Nồng độ dung dịch Na2SeSO3: 0,1 M Tỉ lệ khối lượng: Alg:Se = 6:1 Các bước thực hiện được tiến hành theo quy trình mô tả ở mục 2.4.1 2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ alginat Các mẫu hạt nano selen được tổng hợp với các nồng độ khác nhau của dung dịch alginat: 0,2; 0,5; và 1 wt.%. 29 Các thí nghiệm được tiến hành theo quy trình mô tả trong mục 2.4.1 ở nhiệt độ 80oC với các thông số thí nghiệm khác tương tự như trong phần 2.4.2. 2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se tham gia phản ứng Các mẫu hạt nano selen được tổng hợp với các tỉ lệ khối lượng Alg:Se tham gia phản ứng khác nhau là 3:1, 6:1, 9:1 và 12:1. Các thí nghiệm được tiến hành theo quy trình mô tả trong mục 2.3.1 ở nhiệt độ 80oC với các thông số thí nghiệm khác tương tự như trong phần 2.4.2. 2.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian già hóa Các mẫu hạt nano selen được tổng hợp tương tự như trên nhưng với các thời gian già hóa khác nhau là 1h, 2h, 3h và 4h. Sản phẩm tạo thành được đánh giá bằng các phương pháp XRD, FTIR, SEM và DTA-TGA. 2.5. Phân tích đặc trƣng sản phẩm 2.5.1. Nhiễu xạ tia X (XRD) Mẫu được đo XRD trên máy SIEMENS D5005 Bruker (Đức), tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam ở các điều kiện như sau: bức xạ Cu-Kα có bước sóng λ = 1.5406 Å, cường độ dòng điện 30 mA, điện áp 40 kV, góc quét 2θ = 10 ÷ 70, tốc độ quét 0,03o/giây. 2.5.2. Phổ hồng ngoại (FTIR) Phổ FTIR của các mẫu được ghi trên máy IMPAC 410 – Nicolet (Mỹ), tại Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và máy Shimadzu (Nhật), tại Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội. Các mẫu được nén thành viên với KBr theo tỉ lệ (1:100), được đo trong khoảng số sóng từ 400 đến 4000 cm-1. 30 2.5.3. Hiển vi điện tử quét (SEM) Ảnh SEM của các mẫu được đo trên thiết bị hiển vi điện tử quét Hitachi S4800 (Nhật Bản) tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Để tăng độ dẫn điện, trước khi đo các mẫu được phủ platin trong chân không để tăng độ nét của ảnh SEM. 2.5.4. Phân tích nhiệt (DSC - TGA) Đặc trưng nhiệt (DSC-TGA) được thực hiện trên thiết bị phân tích nhiệt Labsys Evo, Setaram (Pháp) tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sản phẩm Khi natri selenite phản ứng với axit ascorbic trong dung dịch alginat, chuỗi phân nhánh cao của alginat và các nhóm hydroxyl hoạt động có thể hấp thụ và bọc các hạt nano selen hình thành ban đầu để ngăn chặn sự kết hợp và sự phát triển của hạt selen. Bằng cách này, selen nguyên tố tạo ra bởi phản ứng khử có thể tồn tại như dạng nano selen. Ưu điểm của phương pháp là có thể khống chế các thông số phản ứng để thu được sản phẩm hạt nano selen có chất lượng như mong muốn. Sự có mặt của alginat trong sản phẩm sẽ làm cho các hạt nano selen phân bố đồng đều hơn. Bản chất của phương pháp là đi từ các tiểu phân rất nhỏ, dạng ion trong dung dịch để tạo thành sản phẩm kết tủa. Do vậy, thay đổi các điều kiện như hàm lượng alginat, nhiệt độ, thời gian già hóa,… có thể kiểm soát được sự phát triển, hình dạng và kích thước hạt của sản phẩm. Phản ứng không đòi hỏi phải thường xuyên điều chỉnh pH. Phương pháp sử dụng các hóa chất cơ bản, dễ tìm, thiết bị và quy trình thực hiện tương đối đơn giản. Các thông số phản ứng được khảo sát bao gồm: Nhiệt độ, nồng độ, tỉ lệ các chất tham gia phản ứng và thời gian già hóa. 3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng a. Kết quả phân tích XRD Giản đồ XRD của các mẫu tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau được cho trên hình 3.1. Trên các giản đồ ta đều thấy chỉ xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể selen (JCPDS 42- 1425). Các vạch rõ nét và tách biệt ở vị trí 2θ = 23.7, 29.8, 41.4, 43.9, 45.5, 51.8, 56.3, 61.9, 65.2, và 68.6 đặc trưng cho các mặt (100), (101), (110), (102), (111), (201), (112), (202), (211), và (113) tương ứng 32 của selen với cấu trúc lục phương (hexagonal). Kết quả này chứng tỏ rằng selen đơn pha đã được tạo thành. Đối với một nguyên tố đa hình như selen, rất có thể nhiệt độ phản ứng sẽ ảnh hưởng đến thành phần pha cũng như cấu trúc tinh thể của sản phẩm. Tuy nhiên, nhìn chung, nhiệt độ phản ứng trong khoảng nhiệt độ phòng đến 80oC hầu như không ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể của selen tạo thành, không thấy sự khác nhau rõ rệt trên giản đồ XRD của các mẫu selen ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau trong khoảng nhiệt độ này., ,. Từ đó, cũng thấy rằng pha selen đã được hình thành thuận lợi ngay tại nhiệt độ thường. Hình 3. 1: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau với chất khử ascorbic b. Kết quả phân tích FTIR Trên phổ của FTIR của axit ascorbic và mẫu selen tổng hợp ở 50oC (hình 3.2) chỉ ra một số dải hấp thụ đặc trưng trong khoảng 3226 - 3525 cm-1 tương ứng với các nhóm hydroxyl khác nhau của axit ascorbic. Vạch hấp thụ đặc trưng tại 1755 cm-1 trong quang phổ của axit ascorbic là do dao động hóa trị của liên kết 33 C=O, còn vạch hấp thụ tại 1680 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết C = C trong vòng lactone năm cạnh [3, 25]. Hai vạch hấp thụ quan trọng này và một số nhóm hydroxyl của axit ascorbic không còn xuất hiện trong phổ của sản phẩm sau quá trình phản ứng. Khi tham gia quá trình khử axit ascorbic sẽ bị đề hydro hóa và mất đi hai điện tử: C6H8O6  C6H6O6 + 2H+ + 2e Như vậy có thể thấy rằng axit ascorbic đã đóng vai trò là chất khử trong phản ứng tạo kết tủa selen. Đối với selen các vạch phổ hấp thụ sẽ nằm trong khoảng từ 50 – 250 cm-1 [15] do đó không thể hiện trên phổ FTIR ở hình 3.2. Hình 3. 2: Phổ FTIR của mẫu được tổng hợp ở nhiệt độ 50oC với chất khử ascorbic 34 c. Kết quả phân tích SEM Ảnh SEM của các mẫu tổng hợp trong khoảng nhiệt độ khảo sát được đưa trên hình 3.3. Hình 3. 3: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau với chất khử ascorbic, (a) to phòng, (b) 50oC, (c) 80oC Với mẫu hình thành ở nhiệt độ thấp (khoảng 30oC), hạt chưa có dạng cầu rõ rệt, với kích thước không đều. Các mẫu tổng hợp ở nhiệt độ độ cao, 50 và 80oC, đều gồm các hạt nano selen ở dạng hình cầu, đường kính hạt nằm trong khoảng 50 100 nm. Không quan sát thấy sự khác nhau rõ rệt về kích thước hạt giữa hai mẫu 50 và 80oC. Ngoài ra, khi thực hiện các thí nghiệm có thể nhận thấy nhiệt độ phản ứng cũng ảnh hưởng đến thời gian bắt đầu hình thành kết tủa. Ở nhiệt độ phòng thời gian bắt đầu hình thành kết tủa là khoảng 2h, còn khi tiến hành phản ứng ở 50 và 80oC thì thời gian bắt đầu hình thành kết tủa lần lượt là 20 phút và 10 phút. Như vậy, thời gian bắt đầu hình thành kết tủa tương đối lâu khi phản ứng ở nhiệt độ phòng và không quá khác biệt giữa 50 và 80oC. Từ những kết quả và nhận xét trên, chúng tôi lựa chọn nhiệt độ cho phản ứng là 50oC. 35 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ alginat a. Kết quả phân tích XRD Trên giản đồ XRD (hình 3.4) ta đều thấy chỉ xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể selen, chứng tỏ rằng selen đơn pha đã được tạo thành. Mẫu có nồng độ dung dịch alginat thấp hơn là 0,2% thì các vạch nhiễu xạ đặc trưng sắc nét và tách biệt nhau rõ ràng hơn so với mẫu có nồng độ dung dịch alginat tham gia phản ứng là 0,5%. Điều này có thể do hạt nano selen tạo thành trong sự có mặt của alginat nồng độ cao có kích thước hạt nhỏ hơn so với khi nồng độ alginat thấp như sẽ chỉ ra dưới đây. Hình 3. 4: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp ở các nồng độ alginat khác nhau với chất khử ascorbic b. Kết quả chụp ảnh SEM Kết quả ảnh SEM được thể hiện trên hình 3.5 36 Hình 3. 5: Ảnh SEM của các mẫu nano selen được tổng hợp ở các nồng độ alginat khác nhau với chất khử ascorbic, (a) 0,2% alginat, (b) 0,5% alginat Từ kết quả ảnh SEM cho thấy các hạt nano selen tổng hợp được đều có dạng hình cầu, kích thước hạt nằm trong khoảng 50 – 100 nm. Mẫu có nồng độ dung dịch alginat cao (hình 3.5b) thì hình dạng cầu của các hạt nano selen rõ nét hơn so với mẫu có nồng độ dung dịch alginat thấp hơn (hình 3.5a). Điều này chứng tỏ nồng độ của dung dịch alginat tham gia phản ứng có ảnh hưởng đến hình dạng, kích thước hạt nano selen được tạo thành. Ảnh hưởng này có thể giải thích là do sự có mặt với mật độ cao hơn của alginat sẽ hạn chế sự phát triển của các hạt selen tạo thành, bao bọc và bảo vệ chúng tốt hơn do đó sự phân tán các hạt cũng tốt hơn. Những thí nghiệm tiếp theo sẽ được thực hiện với nồng độ dung dịch alginat 0.5%. 3.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se Tỉ lệ Alg:Se được khảo sát lần lượt là 4:1, 6:1, 9:1 và 12:1, nhiệt độ phản ứng giữ ở 50oC. a. Kết quả phân tích XRD Kết quả phân tích XRD của các mẫu selen với tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau được cho trên hình 3.6. Trên giản đồ XRD của tất cả các mẫu ta cũng thấy chỉ xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể selen (JCPDS 42- 1425) tương tự như giản đồ 37 XRD ở mục 3.2.1 (hình 3.1). Kết quả này chứng tỏ rằng tỉ lệ alginat thay đổi trong khoảng khá rộng, từ 4:1 đến 12:1 không làm ảnh hưởng đến sự hình thành pha selen tinh thể. Hình 3. 6: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp ở các tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau với chất khử ascorbic b. Kết quả phân tích SEM Ảnh SEM của các mẫu selen với tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau được cho trên hình 3.7. Với mẫu có tỉ lệ Alg:Se là 4:1 các hạt nano selen có dạng cầu không rõ rệt với mức độ kết dính cao. Mẫu có tỉ lệ Alg:Se là 6:1và 9:1 các hạt nano selen đều có dạng hình cầu, đường kính chỉ khoảng từ 50- 100nm, lượng alginat tăng lên, 38 đến 9:1 thì hình dạng cầu của hạt nano selen càng rõ nét hơn. Điều này chứng tỏ với tỉ lệ alginat thấp, lượng alginat không đủ để bao bọc và bảo vệ các hạt nano selen tạo thành. Nhưng khi lượng alginat quá nhiều thì lớp màng bao bọc hạt nano selen do alginat tạo thành sẽ kết dính với nhau và khiến cho các hạt nano selen kết tập lại với nhau. Hình 3. 7: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp ở các tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau với chất khử ascorbic, (a) 4:1, (b) 6:1, (c) 9:1, (d) 12:1 Từ kết quả này, chúng tôi lựa chọn tỉ lệ Alg:Se thích hợp là 6:1. c. Kết quả phân tích nhiệt (DSC-TGA) Kết quả phân tích nhiệt (DSC-TGA) của các mẫu là tương tự nhau. Hình 3.8 là giản đồ phân tích nhiệt của một mẫu nano selen đại diện, được tổng hợp với nồng 39 độ alginate 0,5%, nồng độ ascorbic 0,16 M, tỉ lệ Alg:Se = 4:1, nhiệt độ 50oC và thời gian già hóa là 2h. Hình 3. 8: Giản đồ DSC-TGA của một mẫu đại diện với tỉ lệ Al:Se là 4:1 Trên đường DSC thấy rõ một hiệu ứng với đỉnh thu nhiệt tại 224.5oC, không kèm theo sự giảm khối lượng, được gán cho quá trình nóng chảy của selen [12]. Một đỉnh tỏa nhiệt khá rõ tại 490oC đi kèm với sự giảm khối lượng rất lớn trong vùng 400-500oC. Các hiệu ứng này phù hợp với sự phân hủy và cháy của alginate [8, 16]. Khối lượng giảm xác định được là 81.58%, khá phù hợp với lượng tính toán của alginate là 80%. 40 3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit ascorbic tham gia phản ứng a. Kết quả phân tích XRD Kết quả phân tích XRD của các mẫu selen tổng hợp với các nồng độ axit ascorbic khác nhau được cho trên hình 3.9. Các giản đồ đều chỉ thể hiện các vạch đặc trưng cho pha selen. Riêng mẫu với nồng độ ascorbic cao nhất là 0,2M, các vạch nhiễu xạ không thực sự tách biệt rõ rệt. Hình 3. 9: Giản đồ XRD của các hạt nano selen được tổng hợp với các nồng độ axit ascorbic khác nhau 41 b. Kết quả ảnh SEM Trên ảnh SEM của các mẫu selen tổng hợp với các nồng độ axit ascorbic khác nhau (hình 3.10) có thể thấy ảnh hưởng rõ rệt của nồng độ chất khử ascorbic đến kích thước và hình dạng hạt selen tạo thành. Nồng độ axit ascorbic thấp 0.08M, hạt không có hình dạng rõ rệt, một số hạt dạng que, một số gần hình cầu, kích thước không đồng đều. Với nồng độ axit ascobic 0.12M, các hạt đã có hình cầu rõ rệt. Nồng độ axit ascorbic tăng đến 0.16M, các hạt selen tạo thành có dạng hình cầu đồng đều, kích thước hạt nhỏ hơn với mức độ phân tán cao. Hình 3. 10: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp với các nồng độ axit ascorbic khác nhau, (a) 0,08M, (b) 0,12M, (c) 0,16M, (d) 0,20M Khi nồng độ axit ascorbic quá thấp, có thể có một phần alginat tham gia phản ứng với vai trò là chất khử, tạo nên selen hình que. Khi tăng nồng độ axit ascorbic, số lượng hạt selen hình thành cũng tăng lên, chúng cạnh tranh phát triển, nên sẽ dễ dạng bị bao bọc bởi alginat có mặt trong dung dịch tạo nên sự phân tán tốt hơn. Tăng nồng độ ascorbic đến 0,20M, hạt nhỏ hơn nhưng dường như mức độ kết dính 42 bắt đầu tăng có thể do lượng selen hình thành quá nhiều. Do vậy chúng tôi chọn nồng độ axit ascorbic thích hợp là 0.16M. 3.1.5. Ảnh hưởng của thời gian già hóa a. Kết quả phân tích XRD Giản đồ XRD của các mẫu với thời gian già hóa từ 1-3h được cho trên hình 3.11. Các giản đồ đều chỉ thể hiện các vạch đặc trưng cho pha selen, cho thấy, với chất khử là axit ascorbic, pha selen được hình thành thuận lợi và nhanh chóng trong thời gian ngắn. Hình 3. 11: Giản đồ XRD của các hạt nano selen được tổng hợp ở các thời gian già hóa khác nhau với chất khử ascorbic b. Kết quả ảnh SEM Khác với sự hình thành pha, quan sát ảnh SEM của các mẫu (hình 3.12) có thể thấy hình dạng các hạt selen thay đổi đáng kể theo thời gian già hóa kết tủa. Với thời gian già hóa trong 1h, phần lớn hạt selen tạo thành không có hình dạng xác định, một phần có dạng cầu nhưng chưa rõ rệt. Tăng thời gian già hóa sản 43 phẩm lên 2h, các hạt nano selen đã phát triển đầy đủ theo dạng hình cầu (hình 3.12b). Thời gian già hóa tăng lên đến 3h, các hạt nano selen không những đã phát triển đầy đủ theo dạng hình cầu mà lớp màng alginat bao quanh sẽ rất nhiều (hình 3.12c), các lớp màng này sẽ có xu hướng kết tập lại với nhau, làm cho sản phẩm bị kết khối. Điều này phù hợp với kết quả phân tích XRD như hình 3.10, với mẫu già hóa 3h, các vạch nhiễu xạ trở nên kém tách biệt hơn. Hình 3. 12: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp ở các thời gian già hóa khác nhau với chất khử ascorbic, (a) 1h, (b) 2h, (c) 3h Kết hợp các kết quả XRD và SEM, thời gian già hóa thích hợp được lựa chọn là 2h. 3.2. Tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat không sử dụng thêm tác nhân khử và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sản phẩm Trong phương pháp tổng hợp này, phản ứng cũng được tiến hành trong dung dịch alginat với chất đầu Na2SeSO3, nhưng không thêm axit ascorbic hay một tác nhân khử nào khác. Các yêu tố ảnh hưởng đến sản phẩm cũng được khảo sát tương tự quy trình một và thu được kết quả như sau: 44 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng được khảo sát trong khoảng 80-100oC vì các thí nghiệm sơ bộ cho thấy ở 75oC không hình thành pha selen dù kéo dài thời gian phản ứng và alginat được xem là bền đến 100oC [16]. a. Kết quả phân tích XRD Hình 3. 13: Giản đồ XRD của các hạt nano selen được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau Trên giản đồ XRD (hình 3.13) ta thấy chỉ xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể selen (JCPDS 42- 1425) giống như giản đồ XRD ở mục 3.1.2 (hình 3.1). Kết quả này chứng tỏ rằng từ Na2SeSO3 selen đơn pha đã được tạo thành chỉ trong sự có mặt của alginat mà không cần thêm chất khử nào khác. Cũng từ giản đồ XRD hình 3.13, có thể thấy nhiệt độ phản ứng thực hiện trong khoảng 80-100oC hầu như không ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể của selen tạo thành, các vạch nhiễu xạ tương tự nhau về vị trí, hình dạng và cường độ đối với cả 3 mẫu tổng hợp được. 45 b. Kết quả phân tích FTIR Hình 3. 14: Phổ FTIR của (a) alginat, (b) và (c) mẫu được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau So với phổ FTIR của alginat (hình 3.14a), trên phổ của các mẫu nano selen (hình 3.14b và 3.14c) xuất hiện thêm dải hấp thụ ở khoảng 1720 cm-1. Dải hấp thụ này được qui cho liên kết cacbonyl, chỉ ra rằng nhóm –OH trong cấu trúc anginat đã bị oxi hóa thành >C=O [11]. Điều này cho thấy khi không có sự tham gia của axit ascorbic, alginat còn thể hiện vai trò là chất khử bên cạnh việc bao bọc bảo vệ các hạt nano selen tạo thành. 46 c. Kết quả ảnh SEM Hình 3. 15: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp tại các nhiệt độ khác nhau, (a) 80oC, (b) 90oC, (c) 100oC Ảnh SEM của các mẫu tổng hợp trong khoảng nhiệt độ khảo sát được cho trên hình 3.15. Các mẫu tổng hợp ở 80oC và 90oC đều gồm các hạt nano selen ở dạng hình cầu với đường kính khoảng 300 - 400 nm. Tuy nhiên với mẫu ở 90oC, quan sát thấy biên hạt kém sắc nét hơn và có sự kết dính giữa các hạt. Ở nhiệt độ khoảng 100oC (dung dịch sôi), các hạt nano selen có lớp màng bị kết dính rõ rệt thành từng đám, nhiều hạt có hình que. Hiện tượng này có thể do ở nhiệt cao, cấu trúc mạch dài của alginat trở nên kém bền hơn nên tác dụng bao bọc bên ngoài các hạt selen bị giảm đi. Kết quả là các hạt selen có thể phát triển tự nhiên thành hình tròn, hình que hoặc dễ dàng kết tập hơn. Các phản ứng tiếp theo sẽ được thực hiện ở 80oC. 47 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ alginat a. Kết quả phân tích XRD Hình 3. 16: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp với các nồng độ alginat khác nhau Trên giản đồ XRD (hình 3.16) ta cũng thấy chỉ xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể selen, chứng tỏ rằng selen đơn pha đã được tạo thành. Cũng giống như nhiệt độ phản ứng, các vạch nhiễu xạ tương tự nhau về vị trí, hình dạng và cường độ đối với cả 3 mẫu tổng hợp chứng tỏ nồng độ alginat không có ảnh hưởng đến sự hình thành pha selen nguyên tố. b. Kết quả ảnh SEM Ảnh SEM của các mẫu trên hình 3.17 thể hiện rất rõ ảnh hưởng của nồng độ alginat tham gia phản ứng đến hình dạng, kích thước hạt nano selen được tạo thành. Ở nồng độ alginat thấp (hình 3.17a) hạt nano selen có dạng cầu nhưng không đặc trưng tuy kích thước hạt tương đối nhỏ từ 80 – 150nm. Có thể do lượng alginat it 48 không đủ để bao bọc hết các hạt nano selen nên các hạt phát triển không đồng đều. Khi tăng nồng độ alginat đến 0.5% (hình 3.17b), các hạt nano selen có dạng hình cầu rất đồng đều, kích thước hạt khoảng 150 – 200 nm. Khi nồng độ alginat tăng đến khoảng 1% (hình 3.17c), các hạt selen tuy vẫn có dạng cầu khá đồng đều nhưng kích thước rất lớn, có thể tới 250-300nm. Từ kết quả này, chúng tôi chọn nồng độ alginat thích hợp là 0.5% Hình 3. 17: Ảnh SEM của các mẫu nano selen tổng hợp ở các nồng độ alginat khác nhau, (a) 0,2%, (b) 0,5%, (c) 1% 3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se a. Kết quả phân tích XRD Kết quả phân tính XRD của các mẫu selen tổng hợp với các tỉ lệ Alg:Se khác nhau được đưa ra trên hình 3.18. Trên giản đồ XRD của tất cả các mẫu ta cũng thấy chỉ xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể selen (JCPDS 42- 1425). Nhìn chung có thể thấy rằng, hầu hết các thông số phản ứng như nhiệt độ, nồng độ chất khử, chất bảo vệ, tỉ lệ các chất đầu hầu như không có ảnh hưởng đến sự hình thành đơn pha selen trong hệ phản ứng này. 49 Hình 3. 18: Giản đồ XRD của các mẫu được tổng hợp với các tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau 50 b. Kết quả ảnh SEM Ảnh SEM của các mẫu selen với tỉ lệ Alg:Se khác nhau được cho trên hình 3.19. Hình 3. 19: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp với các tỉ lệ khối lượng Alg:Se khác nhau, (a) 3:1, (b) 6:1, (c) 9:1, (d) 12:1 Mẫu với Alg:Se = 3:1 có các hạt nano selen đều ở dạng que, không có sự xuất hiện của các hạt hình cầu và kích thước của các que đều rất lớn. Nguyên nhân là với tỉ lệ này, lượng alginat trong mẫu ít, không đủ cho việc bao bọc và ổn định các hạt nano selen, do đó không ngăn chặn sự phát triển kích thước của các hạt nano selen. Với tỉ lệ Alg:Se = 6:1, thu được các hạt nano selen có dạng hình que và hình cầu (hình 3.19b). Mẫu với Alg:Se = 9:1 cho thấy các hạt đều là hình cầu, có đường kính chỉ khoảng từ 150- 200nm (hình 3.19c), nhỏ hơn hẳn so với các hạt hình cầu ở các mẫu còn lại. Có thể giải thích là khi hàm lượng alginat lớn hơn nhiều so với 51 lượng natri selenosulphate, phản ứng oxi hóa khử giữa chúng diễn ra nhanh chóng. Mặt khác các hạt nano selen được tạo ra chưa phát triển đã bị alginat bao bọc tạo thành hạt cầu tròn, do đó chúng có kích thước nhỏ hơn. Kết quả này một lần nữa khẳng định rõ hơn vai trò bao bọc, ổn định các hạt nano selen của alginat. c. Kết quả phân tích nhiệt (DSC-TGA) Kết quả phân tích nhiệt (DSC-TGA) được đưa ra trên hình 3.20 là của mẫu nano selen được tổng hợp với nồng độ alginate 0,5%, tỉ lệ Alg:Se = 6:1, nhiệt độ 80oC và thời gian già hóa là 3h. Hình 3. 20: Giản đồ DSC-TGA của các mẫu selen được tổng hợp ở các điều kiện được chọn Các kết quả phân tích nhiệt không khác nhiều so với các mẫu nano selen được tổng hợp theo quy trình một. Trên hình 3.20, đường DSC có đỉnh thu nhiệt tại 223,2oC do hiện tượng nóng chảy của selen. Quá trình giảm khối lượng của mẫu được thể hiện trên đường TGA, trong khoảng nhiệt độ từ 110oC đến 550oC, khối lượng mẫu giảm tới 87,375% do hiện tượng đốt cháy các hợp chất hữu cơ của lớp màng alginate. 52 3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian già hóa a. Kết quả phân tích XRD Kết quả phân tích XRD của các mẫu selen tổng hợp với các thời gian già hóa khác nhau được đưa ra ở hình 3.21. Hình 3. 21: Giản đồ XRD của các hạt nano selen được tổng hợp với các thời gian già hóa khác nhau Khảo sát đặc trưng XRD cho thấy ban đầu mới tạo thành, selen có cấu trúc vô định hình (thời gian già hóa 1h). Khi tăng thời gian già hóa lên 2h thì các pha tinh thể selen hình thành rõ rệt hơn. Các kết quả này cũng phù hợp với những công bố về tổng hợp nano selen với một số tác nhân khác nhau [4, 20]. b. Kết quả ảnh SEM Quan sát ảnh SEM của các mẫu (hình 3.22) có thể thấy hình dạng và kích thước các hạt selen thay đổi rõ rệt theo thời gian già hóa kết tủa. Với thời gian già hóa trong 1h, các hạt nano selen có kích thước rất nhỏ, chỉ từ 50- 80nm (hình 53 3.22a). Tăng thời gian già hóa sản phẩm lên 2h, các hạt nano selen đã phát triển thành tinh thể và theo xu hướng hình que với kích thước bề ngang 100- 150 nm (hình 3.22b) đồng thời, bắt đầu xuất hiện các hạt nano selen hình cầu có kích thước 200- 300nm. Hình 3. 22: Ảnh SEM của các hạt nano selen được tổng hợp với các thời gian già hóa khác nhau, (a) 1h, (b) 2h, (c) 3h, (d) 4h Thời gian già hóa càng lâu thì số lượng các hạt có dạng hình cầu càng tăng lên. Khi tăng thời gian già hóa lên 3h các hạt nano selen hình cầu rất đồng đều và rõ nét, có kích thước trong khoảng 150- 200nm (hình 3.22c). Tuy nhiên quan sát ảnh SEM ở hình 3.22d, khi thời gian già hóa quá lâu (4h) thì các lớp màng alginat bao quanh hạt nano selen sẽ rất nhiều, các lớp màng này sẽ có xu hướng kết tập lại với nhau, làm cho sản phẩm bị kết khối. Điều này phù hợp với kết quả phân tích giản đồ 54 XRD ở hình 3.21 như trên. Như vậy, càng tăng thời gian già hóa, chuỗi alginat càng có điều kiện bao quanh các hạt selen, ngăn chặn sự kết hợp và phát triển theo một hướng thành hình que của các hạt selen, tạo cho sản phẩm có dạng hạt hình cầu tròn rõ nét. Thời gian già hóa được lựa chọn là 3h để thu được sản phẩn có hình dạng cầu tròn và không bị kết khối. 55 KẾT LUẬN Từ những kết quả thu được chúng tôi rút ra một số kết luận như sau: 1. Đã tổng hợp được hạt selen có kích thước nanomet bằng phương pháp khử trực tiếp Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic. Các điều kiện phản ứng thích hợp đã xác định được như sau: - Nhiệt độ phản ứng: 50oC - Nồng độ dung dịch alginat tham gia phản ứng: 0,5% - Tỉ lệ khối lượng Alg:Se tham gia phản ứng: 6:1 - Nồng độ dung dịch axit ascorbic tham gia phản ứng: 0,16M - Thời gian già hóa sản phẩm: 2h 2. Đã tổng hợp được hạt selen có kích thước nanomet bằng phương pháp khử trực tiếp Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử cũng chính là alginat và đã xác định được các điều kiện phản ứng thích hợp: - Nhiệt độ phản ứng: 80oC - Nồng độ dung dịch alginat tham gia phản ứng: 0,5% - Tỉ lệ khối lượng Alg:Se tham gia phản ứng: 9:1 - Thời gian già hóa sản phẩm: 3h 3. Các sản phẩm hạt nano selen thu được từ hai quy trình tổng hợp được đánh giá bằng các phương pháp XRD, SEM, FTIR cho một số đặc trưng sau: các sản phẩm đều có độ đơn pha cao, hình dạng hạt là hình cầu phân bố khá đồng đều. So với việc dùng alginat vừa là tác nhân khử vừa là chất bảo vệ, khi dùng thêm axit ascorbic làm chất khử phản ứng diễn ra nhanh hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn, sản phẩm tạo thành có hình dạng đồng nhất với kích thước hạt nhỏ hơn. 56 Sản phẩm selen được tổng hợp với tác nhân khử là axit ascorbic có kích thước hạt trung bình 50 – 100 nm, còn sản phẩm selen tổng hợp với tác nhân khử là alginat có kích thước hạt trung bình là 150 – 200 nm. 57 CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ĐÃ CÔNG BỐ 1. Quản Thị Thu Trang, Trương Công Doanh, Phan Thị Ngọc Bích (2014), Tổng hợp selen kích thước nano với tác nhân khử alginat, Tạp chí Hóa học, 52 (6A), 126-130. 2. Quản Thị Thu Trang, Trương Công Doanh, Phan Thị Ngọc Bích (2015), Nghiên cứu tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 sử dụng tác nhân khử axit ascorbic 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nguyễn Văn Khôi (2005), Polysaccharide và ứng dụng các dẫn xuất tan của chúng trong thực phẩm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 2. Hoàng Nhâm (1996), Hóa vô cơ - tập 2,NXB Giáo dục, Hà Nội. Tiếng Anh 3. Asim Umer, Shahid Naveed, Naveed Ramzan, Muhammad Shahid Rafique, Muhammad Imran (2014). A green method for the synthesis of Copper Nanoparticles using L-ascorbic acid, ISSN 1517-7076 artigo 11547, pp.197203. 4. Atul.R.Ingole, Sanjay R. Thakare, N.T. Khati, Atul V. Wankhade, D.K. Burghate (2010), Green synthesis of selen nanoparticles under ambient condition, Chalcogenide Letters, Vol 7(7), pp. 485 – 489. 5. Bhushan Langi, Chetan Shah, Krishankant Singh, Atul Chaskar, Manmohan Kumar, Parma N. Bajaj (2010), Ionic liquid-induced synthesis of selen nanoparticles, Materials Research Bulletin, Vol 45, pp.668–671. 6. Draget K., Smidsrød O., Skják-Brek G. (2005), Algiantes from Algae, Polysaccharides and Polyamides in the Food Intrstry, Properties Production, and Patents, p.1-30. 7. Fesharaki P. J,, Nazari P., Shakibaie M., Rezaie S., Banoee M., Abdollahi M. et al (2010), Biosynthesis of selen nanoparticles using Klebsiella pneumoniae and their recovery by a simple sterilization process, Braz. J. Microbiol, 41(2), pp.461-466. 8. Gacesa P. (1988), Alginat, Cacbohydrate polymers, 8, p.161-182. 9. Haug A. (1964), Composition and Properties of Algiantes, Thesis, Norwegian Institute of Technology, Trondheim. 10. Haug A., Larsen B., and Smidsrød O. (1974), Uronic acid sequence in 59 algiante from different sources, Carbohydrate Research, 32, p.217-225. 11. Jisheng Yang, Jin Pan (2012), Hydrothermal synthesis of silver nanoparticles by natri algiante and their applications in surface-enhanced Raman scattering and catalysis, Acta Materialia, Vol 60, pp.4753–4758. 12. Kashika Goyal (2010), Characterization of selennium nanostructures synthesized by aerobic microbial route, Master thesis. 13. Kavitha K.S., Syed Baker, Rakshith D., Kavitha H.U., Yashwantha Rao H.C., Harini B.P. and Satish S. (2013), Plants as Green Source towards Synthesis of Nanoparticles, International Research Journal of Biological Sciences ISSN 2278-3202, Vol. 2(6), pp.66-76. 14. McHugh Dennis J. (2003), A guide to the seaweed industry, FAO Fisheries Technical Paper No. 441. 15. Minaev V. S., Timoshenkov S. P., Kalugin V. V. (2005), Structural and phase transformations in condensed selen, Journal ofOptoelectronics and Advanced Materials Vol. 7, No, p. 1 71 7 – 1741. 16. Oates C.G, Ledward D.A (1990), Studies on the effect of heat on alginats, Food Hydrocolloids Vol 4(3), pp. 215–220. 17. Onsøyen E. (1996), Commercial applications of alginats, Cacbohydrate Europe, 14, p.26-31. 18. Oremland R. S., Herbel M. J., Blum J. S., Langley S., Beveridge T. J., Ajayan P. M., Sutto T., Ellis A. V., Curran S (2004). Structural and spectral features of selen nanospheres produced by Se-respiring bacteria, Applied and environmental microbiology, 70(1),pp. 52-60. 19. Péter Eszenyi, Attila Sztrik, Beáta Babka, and József Prokisch, Elemental (2011), Nano- Sized (100-500nm) Selen Production by Probiotic Lactic Acid Bacteria, International Journal of Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics, Vol 1(2). 60 20. Sheng-Yi Zhanga, Juan Zhanga, Hong-Yan Wang, Hong-Yuan Chen (2004), Synthesis of selen nanoparticles in the presence of polysaccharides, Materials Letters, Vol 58, pp.2590– 2594. 21. Skják-Brek G., Grasdalen H., Smidsrød O. (1989), Inhomogeneous Polysaccharide Ionic Gels, Cacbohydrate polymers, 10, p.31-54. 22. Smidsrød O. (1970), Solution properties of alginat, Cacbohydrate Research, 13, p.359-372. 23. Smidsrød O., Haug A. and Larsen B. (1966), The influence of pH on the rate of hydrolysis of acidic polysaccharides, Acta Chemica Scandinavica, 20, p.1026-1034. 24. Smidsrød O., Skják-Brek G. (1990), Alginat as immobilization matrix for cells, Trends Biotechnol, 8, p.71-78. 25. Sreeja.V, Jayaprabha K. N, Joy .P. A. (2014), Water-dispersible ascorbicacid-coated magnetite nanoparticles for contrast enhancement in MRI, Appl Nanosci. 26. Syed Baker, Devaraju Rakshith, Kumara Shanthamma Kavitha, Parthasarathy Santosh, Holalu Umapathy Kavitha, Yashavantha Rao and Sreedharamurthy Satish (2013), Plants: Emerging as Nanofactories towards Facile Route in Synthesis of Nanoparticles, Bioimpacts, Vol 3(3), pp.111–117. 27. United States Patent No: US 6,809,231 B2, Oct, 26 (2004), Flexible and Absorbent Alginat Wound Dressing. 28. Vinceti M, Rovesti S, Bergomi M, Vivoli G. (2000), The epidemiology of selen and human cancer, Tumori, 86(2), pp.105-18. 29. Vos Paul de. et al (2006), Algiante-based microcapsules for immunoisolation of pancreatic islets, Biomaterials, 27, p.5603-5617. 30. Wang Y, Yan X, Fu L (2013), Effect of selen nanoparticles with different sizes in primary cultured intestinal epithelial cells of crucian carp, Carassius 61 auratus gibelio, Vol 8, pp.4007- 4013. 31. Wang H., Zhang J., Yu H. (2007), Elemental selen at nano size possesses lower toxicity without compromising the fundamental effect on selenoenzymes: Comparison with selenomethionine in mice, Free Radical Biology & Medicine 42, pp.1524–33. 32. Xuxia Zhou, Yanbo Wang, Qing Gu, Weifen Li (2009), Effects of different dietary selen sources (selen nanoparticle and selenomethionine) on growth performance, muscle composition and glutathione peroxidase enzyme activity of crucian carp (Carassius auratus gibelio), Aquaculture, Vol 291, pp.78–81. 33. Zhang J.S, Gao X.Y, Zhang L.D, Bao Y.P (2001), Biological effects of a nano red elemental selen, Biofactors 15 (1), pp.27–38. 34. Zhang J, Wang H, Yan X, Zhang L (2005), Comparison of short-term toxicity between Nano-Se and selenite in mice, Life Sci, 76 (10), pp.1099–109. 35. Zhang J, Wang X, Xu T (2008). Elemental selen at nano size (Nano-Se) as a potential chemopreventive agent with reduced risk of selen toxicity: comparison with se-methylselenocysteine in mice, Toxicol. Sci, 101 (1),pp. 22–31. Tài liệu trên mạng 36. htpp:/en.wikipedia.org/wiki/polisaccarit. 37. htpp:/en.wikipedia.org/wiki/selen. 38. http://ods.od.nih.gov/factsheets/selen.asp#h6. 39. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez. 62 [...]... kể Các phương pháp tổng hợp selen cấu trúc nano chủ yếu được phân thành hai loại là các phương pháp hóa học và các phương pháp sinh học 1.3.1 Phương pháp hóa học để tổng hợp selen cấu trúc nano Các phương pháp hóa học đã được sử dụng để chế tạo selen kích thước nano có thể kể đến là: Phương pháp vi nhũ, phương pháp chiết tách sử dụng dung môi hòa tan, phương pháp oxi hóa khử, phương pháp sol – gel, phương. .. cơ, đã được sử dụng như các muối Fe(II), axit ascobic, glucose, glutathionine, Cho đến hiện nay, đối với phương pháp này, một cách tiếp cận quan trọng là tập trung vào việc lựa chọn các tác nhân khử và chất ổn định thích hợp, hiệu quả, đặc biệt đối với các ứng dụng trong y sinh học Theo đó, xu hướng tổng hợp các kim loại kích thước nano trong đó có selen bằng các phương pháp tổng hợp xanh thân thiện... Tổng hợp selen nguyên tố kích thước nano bằng phương pháp kết tủa trực tiếp Na2SeSO3 trong dung dịch alginat không có thêm tác nhân khử 3 Sử dụng các phương pháp XRD, FTIR, SEM và phương pháp DTA-TGA để khảo sát, đánh giá các đặc trưng của sản phẩm 4 Xác định ảnh hưởng của các thông số phản ứng là nhiệt độ, nồng độ, tỉ lệ các chất tham gia phản ứng và thời gian già hóa đến chất lượng sản phẩm 2.2 Dụng. .. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Mục đích và nội dung nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài là tổng hợp được selen nguyên tố với kích thước nano bằng phương pháp kết tủa trực tiếp Na2SeSO3 trong dung dịch alginat có sử dụng và không sử dụng axit ascorbic làm tác nhân khử Với mục đích trên, đề tài gồm các nội dung nghiên cứu sau: 1 Tổng hợp selen nguyên tố kích thước nano bằng phương pháp. .. natri selenite phản ứng với tác nhân khử trong dung dịch alginat, chuỗi phân nhánh cao của nó và các nhóm hydroxyl hoạt động có thể hấp thụ và bọc các hạt nano selen hình thành ban đầu để ngăn chặn sự kết hợp và sự phát triển của hạt selen Bằng cách này, các nguyên tố selen tạo ra bởi phản ứng khử có thể tồn tại như dạng nano selen 17 1.3.2 Phương pháp sinh học để tổng hợp Se cấu trúc nano Tổng hợp các. .. sinh học phức tạp và theo dõi rất chi tiết quá trình hình thành hạt nano selen 1.4 Một số phƣơng pháp nghiên cứu xác định đặc trƣng của vật liệu kích thƣớc nano 1.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction, XRD) Phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, có thể xác định nhanh, chính xác các pha tinh thể, định lượng pha tinh thể và kích thước hạt với độ... mệt mỏi, kích thích và tổn thương thần kinh, có thể gây bệnh sơ gan, phù phổi và tử vong [30, 31] Selen nguyên tố và phần lớn các selenua kim loại có độc tính tương đối thấp do hiệu lực sinh học thấp của chúng Ngược lại, các selenat và selenit lại cực độc hại, và có các tác động tương tự như của asen Selenua hiđrô là một chất khí có tính ăn mòn và cực kỳ độc hại Selen cũng có mặt trong một số hợp chất... Thay vì sử dụng phương pháp DTA người ta cũng có thể sử dụng phương pháp nhiệt lượng vi sai quét (DSC), là phương pháp xác định sự thay đổi nhiệt lượng theo thời gian Các thông tin nhận được cho phép xác định thành phần khối lượng các chất có mặt trong mẫu, các dạng chuyển pha, độ bền nhiệt, độ bền oxi hoá của vật liệu, xác định được độ ẩm, hơi nước, ảnh hưởng của môi trường lên vật liệu và một số thông... triển Trong phương pháp tổng hợp xanh các tác nhân được sử dụng là các chất không độc hại, thường có nguồn gốc tự nhiên, từ động thực vật Việc sử dụng các polysaccharide như chitosan, cellulose, carrageenan, alginat trong tổng hợp nano selen có thể xem là một ví dụ điển hình Mặc dù vậy, cho đến nay những nghiên cứu tổng hợp nano selen trong sự có mặt của polysaccarit còn chưa được công bố nhiều Đặc biệt... – gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt/ dung nhiệt, phương pháp chiếu xạ UV … 16 Trong số này các phương pháp hóa ướt dựa trên các phản ứng hóa học trong dung dịch là những phương pháp thông dụng nhất Với các tiền chất chứa selen thích hợp (NaSeSO3, SeO2, ), các phương pháp khử thường được dùng để chế tạo các hạt nano selen Rất nhiều tác nhân khử khác nhau, bao gồm cả các chất vô cơ ... tài: Tổng hợp xác định đặc trưng selen kim loại kích thước nano sử dụng số phương pháp tổng hợp xanh CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan selen hợp chất selen 1.1.1 Giới thiệu selen 1.1.1.1 Selen. .. hai loại phương pháp hóa học phương pháp sinh học 1.3.1 Phương pháp hóa học để tổng hợp selen cấu trúc nano Các phương pháp hóa học sử dụng để chế tạo selen kích thước nano kể đến là: Phương pháp. .. biệt ứng dụng y sinh học Theo đó, xu hướng tổng hợp kim loại kích thước nano có selen phương pháp tổng hợp xanh thân thiện môi trường phát triển Trong phương pháp tổng hợp xanh tác nhân sử dụng chất