Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc trên Polyurethane mút xốp nhằm xử lý nguồn nước uống nhiễm khuẩn : Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện Nano

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH PTN CÔNG NGHỆ NANO ĐỖ BÁCH KHOA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO BẠC TRÊN POLYURETHANE MÚT XỐP NHẰM XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC UỐNG NHIỄM KHUẤN LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PTN CÔNG NGHỆ NANO ĐỖ BÁCH KHOA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO BẠC TRÊN POLYURETHANE MÚT XỐP NHẰM XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC UỐNG NHIỄM KHUẤN Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nanơ (Chun ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Thị Phương Phong Thành phố Hồ Chí Minh - 2010 LỜI CẢM ƠN! Trong trình thực đề tài này, em ln nhận đƣợc giúp đỡ tận tình q thầy cơ, gia đình bạn bè Trƣớc tiên, em xin chân thành cảm ơn cô TS Nguyễn Thị Phƣơng Phong giúp đỡ động viên em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc tồn thể nhân viên Phịng Thí Nghiệm Cơng Nghệ Nano – ĐHQG TP.HCM tạo điều kiện tốt để em hồn thành đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn Th.s Ngô Võ Kế Thành C.N Phan Huê Phƣơng PTN Công nghệ nano – ĐHQG TP.HCM giúp tơi q trình tạo mẫu phân tích mẫu Cuối tơi xin cảm ơn gia đình ln động viên, chia suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Đỗ Bách Khoa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình tơi nhóm nghiên cứu Các kết luận án trung thực khơng chép cơng trình khác Đỗ Bách Khoa MỤC LỤC Trang bìa phụ Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục đồ thị & sơ đồ Danh mục hình vẽ Lời nói đầu Tình hình nghiên cứu đề tài nano bạc giới Việt Nam Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 NGUỒN NƢỚC NHIỄM KHUẨN – TÁC NHÂN GÂY BỆNH 1.1.1 Các vi sinh vật gây bệnh nƣớc…………………………………… 1.1.2 Các vi sinh vật thị mức độ vệ sinh nƣớc………………………… 1.1.3 Các tiêu vi sinh vật nƣớc 1.2 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÍ NGUỒN NƢỚC 1.2.1.Khử trùng đun sôi 1.2.2.Khử trùng chlor dang bột nƣớc Javel 1.2.3.Khử trùng tia UV 1.2.4.Xử lý dung dịch iod 1.2.5.Các biện pháp khác .8 1.3 VẬT LIỆU NANO 1.3.1 Khoa học, công nghệ vật liệu nano 1.3.2 Tính chất vật liệu nano 1.3.3 Phân loại vật liệu nano 13 1.3.4 Hạt nano kim loại 14 1.3.5 Phƣơng pháp chung chế tạo hạt nano kim loại 14 1.3.6 Các phƣơng pháp cụ thể điều chế hạt nano Ag 16 1.3.7 Chất ổn định hạt nano Ag 19 1.4 TÍNH CHẤT KHÁNG KHUẨN CỦA HẠT NANO KIM LOẠI 20 1.5 ỨNG DỤNG CỦA NANO BẠC 23 Chƣơng THỰC NGHIỆM 24 2.1 PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO DUNG DỊCH KEO NANO BẠC 25 2.1.1 Hóa chất 25 2.1.2 Thiết bị dụng cụ 25 2.1.3 Qui trình điều chế……………………………………………………… 25 2.1.4 Thuyết minh qui trình……………………………………………………26 2.2 PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU P.U TẨM NANO BẠC…………… 27 2.2.1 Phƣơng pháp ngâm tẩm 27 2.2.2 Phƣơng pháp in – situ .27 2.3 PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA DUNG DỊCH KEO NANO BẠC VÀ VẬT LIỆU PU TẨM NANO BẠC 28 2.3.1 Chủng vi sinh vật nguồn nƣớc 28 2.3.2 Hóa chất nguyên liệu 29 2.3.3 Thiết bị dụng cụ 31 2.3.4 Khảo sát tính kháng khuẩn dung dung dịch nano bạc 31 2.3.5 Khảo sát tính kháng khuẩn màng polyurethane có chứa nano bạc 32 2.3.6 Phƣơng pháp phân tích Coliforms, E.coli từ nguồn nƣớc Công Ty Thành Long cung cấp trƣớc sau xử lý với PU/Ag 33 2.3.7 Phƣơng pháp phân tích hóa lý dung dịch nano bạc vật liệu P.U/Ag 35 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 36 3.1 CHẾ TẠO DUNG DỊCH NANO BẠC 37 3.1.1 Xác định diện hạt nano bạc thời gian phản ứng 37 3.1.2 Xác định kích thƣớc hạt nano bạc……………………………………… 46 3.1.3 Xác định độ bền, ổn định dung dịch nano bạc tạo thành…… …….48 3.1.4 Hoạt tính kháng khuẩn dung dịch nano bạc……………………… 50 3.2 HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA VẬT LIỆU PU TẨM NANO BẠC… 56 3.2.1 Các kết chế tạo vật liệu polyurethane tẩm nano bạc…………….… 56 3.2.2 Khảo sát tính kháng khuẩn E.coli PU tẩm nano bạc……… …60 3.2.3 Khảo sát tính kháng coliforms E.coli cột lọc polyurethane tẩm nano bạc nguồn nƣớc công ty Thành Long cung cấp…………… ……………….63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………….….67 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………69 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TEM : hiển vi điện tử truyền qua UV-VIS : phổ hồng ngoại khả kiến AAS : phổ hấp thụ nguyên tử PVP : polyvinylpyrrolidone FE – SEM : Hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số nguyên tử lƣợng bề mặt hạt nano hình cầu 10 Bảng 1.2 Độ dài đặc trƣng cho số tính chất vật liệu 12 Bảng 3.1 Khảo sát trình điều chế nano bạc 39 Bảng 3.2 Giá trị độ hấp thu A theo thời gian t dung dịch nano bạc ứng với hàm lƣợng AgNO3 0,046g 40 Bảng 3.3 Giá trị độ hấp thu A theo thời gian t dung dịch nano bạc ứng với hàm lƣợng AgNO3 0,28g 42 Bảng 3.4 Giá trị độ hấp thu A theo thời gian t dung dịch nano bạc ứng với hàm lƣợng AgNO3 nhƣ hàm lƣợng PVP khác 44 Bảng 3.5 Độ hấp thu độ giảm độ hấp thu dung dịch nano bạc theo thời gian………………………………………………………………………49 Bảng 3.6 Hoạt tính kháng khuẩn E.coli dung dịch nano bạc…………… 50 Bảng 3.7 Hoạt tính kháng khuẩn Bacillus Subtilis dung dịch nano bạc 53 Bảng 3.8 Các liệu phổ tán xạ Raman mẫu polyurethane khơng tẩm bạc….59 Bảng 3.9 Hoạt tính kháng khuẩn E.coli PU/Ag (M1, M2, M3, M4) 61 Bảng 3.10 Mật độ Coliforms mẫu nƣớc đƣợc lọc .64 Bảng 3.11 Mật độ E.coli mẫu nƣớc đƣợc lọc…………………………… 66 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ & SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 Quy trình điều chế dung dịch nano bạc 25 Đồ thị 3.1 Đồ thị độ hấp thu A theo t ứng với lƣợng AgNO3 0,046g 41 Đồ thị 3.2 Đồ thị độ hấp thu A theo t ứng với lƣợng AgNO3 0,28g 43 Đồ thị 3.3 Hiệu suất kháng E.coli dung dịch nano bạc 51 Đồ thị 3.4 Hiệu suất kháng B subtilis dung dịch nano bạc 53 Đồ thị 3.5 Hiệu suất kháng E.coli màng PU tẩm nano bạc…………………… 61 Chương 3: Kết bàn luận Hình 3.15: Ảnh FE-SEM mẫu polyurethane tẩm nano bạc Hình 3.16: Phổ FE-SEM/EDS mẫu polyurethane tẩm dung dịch nano bạc 3.2.2.Khảo sát tính kháng khuẩn E Coli PU tẩm nano bạc Với mục đích sử dụng polyurethane tẩm nano bạc để xử lý vi khuẩn cho nguồn nước uống nhiễm khuẩn nên chọn vi khuẩn gram âm E coli trình bày phần tổng quan (phần 1.1.2), vi khuẩn đại diện cho vi khuẩn gây bệnh có nguồn nước Các kết khảo sát hoạt tính kháng khuẩn E coli màng PU tẩm nano bạc (M1, M2, M3, M4) trình bày bảng 3.9 hình 3.17, 3.18, 3.19 60 Chương 3: Kết bàn luận Tên mẫu η (%) Mi (CFU/ml) 15 phút 24 15 phút 24 M0 2,45* 105 1,43* 107 2,43* 109 M1 1,20* 103 0 95,10 100 100 M2 7,65* 102 0 96,88 100 100 M3 5,95* 102 0 97,57 100 100 M4