Nghiên cứu khả năng khử trùng của vật liệu bentonite tam bố lâm đồng gắn nano bạc để ứng dụng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ––––––––––––––––– HOÀNG THỊ MAI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA VẬT LIỆU BENTONITE (TAM BỐ, LÂM ĐỒNG) GẮN NANO BẠC ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM PHỤ GIA THỨC ĂN CHĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội -2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ––––––––––––––––– HOÀNG THỊ MAI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA VẬT LIỆU BENTONITE (TAM BỐ, LÂM ĐỒNG) GẮN NANO BẠC ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM PHỤ GIA THỨC ĂN CHĂN NUÔI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Giáo viên hƣớng dẫn: PGS TS Nguyễn Hoài Châu TS Ngô Thị Lan Phƣơng Hà Nội -2015 LỜI CÁM ƠN Lời em xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Hồi Châu TS Ngô Thị Lan Phƣơng – ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em thực Luận văn này, ngƣời quan tâm giúp đỡ em suốt trình làm Luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể thầy giáo Khoa Môi trƣờng, đặc biệt thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Môi trƣờng – trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị cho em kiến thức bổ ích, thiết thực nhƣ nhiệt tình, ân cần dạy bảo hai năm học vừa qua Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thành viên phịng Cơng nghệ thân mơi trƣờng – Viện Công nghệ môi trƣờng tạo điều kiện trực tiếp giúp đỡ em trình nghiên cứu, thực Luận văn Cuối em xin gửi lời biết ơn chân thành tới bố mẹ, bạn bè quan tâm động viên giúp đỡ em suốt trình học tập hồn thành luận văn Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2015 Học viên Hoàng Thị Mai LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ khoa học “Nghiên cứu khả khử trùng vật liệu bentonite (Tam Bố, Lâm Đồng) gắn nano bạc để ứng dụng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi” thực dƣới hƣớng dẫn PGS TS Nguyễn Hoài Châu – Viện Công nghệ môi trƣờng - VHLKHCNVN TS Ngô Thị Lan Phƣơng – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Đây chép cá nhân, tổ chức Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nội dung mà trình bày Luận văn Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2015 Học viên Hoàng Thị Mai MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đặc điểm bentonite ………… ………………………… …… ….3 1.1.1 Thành phần khoáng bentonite 1.1.2 Thành phần hóa học bentonite 1.1.3 Đặc tính trương nở hấp phụ bentonite 1.1.4 Mỏ bentonite Tam Bố 1.2 Các phƣơng pháp tinh chế biến tính bentonite 1.2.1 Phương pháp tinh chế bentonite 1.2.2 Các phương pháp biến tính bentonite 10 1.3 Một số vi khuẩn gây bệnh vật nuôi 20 1.3.1 Vi khuẩn E.coli 20 1.3.2 Vi khuẩn Salmonella 21 1.4 Ứng dụng vật liệu bentonite làm phụ gia thức ăn chăn nuôi 22 1.4.1 Trên giới 22 1.4.2 Ở Việt Nam 26 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Phƣơng pháp biến tính bentonite 28 2.1.1 Phương pháp biến tính bentonite axit H2SO4 29 2.1.2 Phương pháp biến tính bentonite dung dịch Na2CO3 29 2.1.3 Biến tính bentonite LiOH 29 2.1.4 Gắm nano bạc bentonite 30 2.2 Các phƣơng pháp xác định đặc tính hóa lý bentonite 32 2.2.1 Phương pháp phân tích thành phần khống vật 32 2.2.2 Phương pháp phân tích thành phần hóa học 34 2.2.3 Phương pháp xác định bề mặt riêng 35 2.2.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét 36 2.2.5 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua 36 2.3 Phƣơng pháp đánh giá hiệu khử trùng vật liệu bentonite 37 2.3.1 Vật liệu 37 2.3.2 Phương pháp thí nghiệm 38 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Thành phần hóa học 40 3.2 Thành phần khoáng vật 40 3.3 Biến tính bentonite H2SO4 42 3.3.1 Thành phần hóa học bentonite biến tính axit 42 3.3.2 Thành phần khoáng vật mẫu bentonite biến tính axit 43 3.3.3 Cấu trúc bề mặt bentonite biến tính axit 44 3.3.4 Đặc điểm cấu trúc hình thái bentonite biến tính H2SO4 45 3.4 Biến tính bentonite Na2CO3 46 3.4.1 Thành phần hóa học mẫu bentonite biến tính Na2CO3 46 3.4.2 Thành phần khoáng vật mẫu bentonite biến tính Na2CO3 46 3.4.3 Một số đặc trưng bentonite biến tính Na2CO3 47 3.4.4 Đặc điểm cấu trúc hình thái bentonite biến tính Na2CO3 48 3.5 Biến tính bentonite LiOH 48 3.5.1 Thành phần hóa học bentonite biến tính LiOH 48 3.5.2 Đặc điểm cấu trúc hình thái bentonite biến tính LiOH 50 3.5.3 Phân bố kích thước hạt vật liệu bentonite biến tính 51 3.6 Gắn nano bạc lên bentonite 52 3.6.1 Phân tích nhiễu xạ tia X 53 3.6.2 Phân tích huỳnh quang tia X 54 3.6.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét 56 3.6.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua 57 3.7 Đánh giá khả khử trùng bentonite 58 3.7.1 Xác định khả khử trùng bentonite dựa vòng kháng khuẩn 58 3.7.2 Xác định vòng kháng khuẩn bentonite gắn nano bạc với hàm lượng khác ………………………………………………………………………………59 3.7.3 Đánh giá khả khử trùng trực tiếp bentonite 60 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 72 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AAS: Quang phổ hấp thụ nguyên tử B.Thô: Bentonite thô B.TC: Bentonite tinh chế B.H: Bentonite biến tính axit B.Na: Bentonite biến tính Na2CO3 B.Li: Bentonite biến tính LiOH B.TC.Ag: Bentonite tinh chế gắn nano bạc B.H.Ag: Bentonite biến tính axit gắn nano bạc B.Na.Ag: Bentonite biến tính ion Na+gắn nano bạc B.Li.Ag: Bentonite biến tính LiOH gắn nano bạc MMT: Montmorillonite PDA: Potato Dextrose Agar CFU: Colony Forming Unit PCA: Plate Count Aga CEC: Khả trao đổi cation (Cation Exchange Capacity) 2WHA: Lƣợng nƣớc bị hấp phụ sau (2 Hour Water Adsorption) US EPA: Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Mỹ (United States Environmental Protection Agency) SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope) XRD: Phổ nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) XRF:Phổ huỳnh quang tia X (X-Ray Fluorescence) BET:Phƣơng pháp xác định bề mặt riêng (Bruner - Emmett - Teller) ICP – MS: Khối phổ plasma cao tần cảm ứng DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Nội dung Thành phần hóa học sét bentonite Đặc trƣng bentonite-Ca bentonite-Na đƣợc biến tính H2SO4 Ký hiệu loại mẫu bentonite tinh chế, biến tính Thành phần hố học bentonite Tam Bố Thành phần khoáng vật bentonite Tam Bố Thành phần hóa học bentonite biến tính H2SO4 Thành phần khống vật mẫu bentonite biến tính H2SO4 Đặc trƣng bề mặt bentonite biến tính H2SO4 Thành phần oxit bentonite biến tính Na2CO3 3% Thành phần khống vật mẫu bentonitebiến tính Na2CO3 3% Một số đặc trƣng bentonite biến tính Na2CO3 Thành phần hóa học bentonite biến tính LiOH Phân bố kích thƣớc hạt loại bentonite biến tính Phần trăm khử trùng E.coli theo hàm logarit loại vật liệu Phần trăm khử trùng Salmonella theo hàm logarit loại vật liệu Nồng độ khử trùng tối thiểu E.coli loại bentonite gắn bạc Nồng độ khử trùng tối thiểu Salmonella loại bentonite gắn bạc Trang 11 37 40 41 42 43 44 46 47 47 49 52 60 61 63 65 DANH MỤC HÌNH Hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 2.1 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Nội dung Trang Cấu trúc MMT Vị trí mỏ bentonite Sét bentonite xám xanh – mỏ Tam Bố Sự phân tách hạt Na – MMT nƣớc 14 + Ảnh hƣởng liều lƣợng Na2CO3 đến biến tính Na 15 Sơ đồ hình thành nano bạc gắn bentonite 30 Mơ q trình ăn mòn lớp bát diện cấu trúc 45 MMT Ảnh SEM bentonite biến tính axit H2SO4 45 Ảnh SEM mẫu bentonite hoạt hóa Na2CO3 48 Ảnh SEM mẫu B.Li.124% mẫu B.TC 51 Màu sắc mẫu bentonite gắn bạc với tỷ lệ khác 52 Phổ XRD mẫu bentonite gắn nano bạc với tỷ lệ 53 khác Phổ XRF mẫu bentonite gắn bạc với hàm lƣợng 55 khác Ảnh SEM số mẫu bentonite gắn bạc không 57 gắn bạc Hình ảnh TEM mẫu bentonite gắn 2% bạc 57 Khả tạo vòng kháng khuẩn bentonite loại 58 với chủng vi khuẩn Salmonella (a, d) E.coli (b, c) môi trƣờng PCA 370C sau 48 Vịng kháng khuẩn bentonite có hàm lƣợng bạc khác 59 E.coli Salmonella Biểu đồ biểu diễn khả khử trùng Salmonella 62 E.coli loại vật liệu bentonite Biểu đồ biểu diễn hàm lƣợng vật liệu cần thiết để tiêu diệt 66 hoàn toàn Salmonella E.coli mật độ 106 cfu/ml MỞ ĐẦU Bentonite loại khoáng sét có thành phần montmorilonite (MMT), có cấu trúc lớp xốp khả trƣơng nở cao Khoáng chất có khả hấp phụ, trao đổi ion, lọc phân tử, tác dụng tốt lên trạng thái sinh lý động vật, bình thƣờng hóa q trình trao đổi chất, tăng cƣờng sức đề kháng vật nuôi khả tiếp thu chất dinh dƣỡng phụ gia thức ăn (premix), nâng cao sản lƣợng nuôi, giảm thiểu bệnh mức độ tử vong Đây sở quan trọng cho thấy MMT nhƣ nguyên liệu nhiều triển vọng sản xuất premix MMT đƣợc biết đến với khả khử khuẩn khử trùng nhiều loại nấm ion dƣơng xen vào khoảng cách lớp Các nghiên cứu ion bạc xen vào lớp tạo khả kháng khuẩn tốt cho MMT Trong năm gần đây, loại vật liệu MMT cố định nano bạc đƣợc nhiều nhà khoa học giới quan tâm Có nhiều nghiên cứu thực gắn nano bạc lên MMT với ứng dụng chủ yếu cao khả khử trùng MMT để phục vụ mục đích khác Mới nhằm tăng khả ứng dụng bentonite chăn nuôi nhà khoa học nghiên cứu đƣa nano bạc vào thành phần phụ gia thức ăn chăn ni Nano bạc có khả kháng khuẩn cao nhiều so với muối bạc thể sức đề kháng chống lại vơ hiệu hóa hoạt tính axit đƣờng tiêu hóa Bởi nano bạc có tính ổn định cao so với ion Ag+ dung dịch axit HCl dịch dày, bị tế bào eucariotic (có nhân chuẩn) hấp thụ độc Nƣớc ta nƣớc nông nghiệp phấn đấu tăng tỷ lệ giá trị chăn nuôi để trở thành ngành sản xuất nơng nghiệp Tuy nhiên, khó khăn phụ thuộc nhiều vào thức ăn chăn nuôi nhập từ nƣớc ngồi nên hiệu kinh tế khơng cao Theo số liệu Tổng cục Hải quan, năm gần Việt Nam nhập gần tỷ USD thức ăn chăn nuôi nguyên liệu năm Trong số nguyên liệu thức ăn chăn nuôi nhập có phụ gia khử trùng hấp phụ độc tố nấm có nguồn gốc khống bentonite Nhƣ việc đầu tƣ Trên hình 3.10 a, b cho thấy vị trí đặt vật liệu khơng xuất phát triển vi khuẩn Salmonella E.coli điều cho thấy vật liệu tinh chế biến tính có khả khử trùng phát triển chúng Tuy nhiên, khử trùng vật liệu khơng cao xung quanh viền viên vật liệu khơng tạo vịng kháng khuẩn Hình 3.10 c, d kích thƣớc vịng kháng khuẩn B.TC.Ag > B.Na.Ag > B.H.Ag ~ B.Li.Ag hai loại vi khuẩn Điều chứng tỏ khả khử trùng E.coli Salmonella bentonite tinh chế gắn nano bạc lớn bentonite đƣợc tinh chế biến tính Na2CO3, H2SO4 LiOH gắn nano bạc Hình 3.10 nano bạc đƣợc gắn vào bentonite cải thiện đáng kể khả khử trùng vi khuẩn Salmonella E.coli Kích thƣớc vịng kháng khuẩn vật liệu hình 3.10 c lớn kích thƣớc vịng kháng khuẩn vật liệu tƣơng ứng hình 3.10 d chứng tỏ loại vật liệu đƣợc gắn bạc khử trùng phát triển E.coli mạnh khử trùng phát triển Salmonella Để đánh giá rõ khả khử trùng E.coli Salmonella vật liệu này, phƣơng pháp khử trùng trực tiếp đƣợc áp dụng 3.7.2 Xác định vòng kháng khuẩn bentonite gắn nano bạc với hàm lượng khác Kết thử nghiệm vòng kháng khuẩn vi khuẩn Salmonella (trái) E.coli (phải): Hình 3.11 Vịng kháng khuẩn bentonite có hàm lượng bạc khác 59 Nhƣ quan sát hình 3.11 nhận thấy mẫu bentonite gắn 2% bạc trở lên có vịng kháng khuẩn tốt kích thƣớc vịng kháng khuẩn mẫu từ – mm Các mẫu có hàm lƣợng bạc 1,5% cho thấy hiệu kháng khuẩn, nhƣng kích thƣớc vịng kháng khuẩn cịn nhỏ, từ – 1,5 mm Mẫu bentonite tinh chế khơng gắn bạc khơng có hiệu kháng khuẩn, mẫu bentonite có chứa 0,5% bạc cho thấy hiệu quả, xong hiệu kháng khuẩn thấp, vịng kháng khuẩn đƣờng kính viên sét khó nhìn qua hình ảnh Nhƣ thấy bentonite có khả kháng khuẩn khử trùng phát triển vi khuẩn chúng đƣợc cố định bạc, đặc biệt hạt bạc cố định dạng nano hàm lƣợng bạc từ 2% đem lại khả kháng khuẩn tốt 3.7.3 Đánh giá khả khử trùng trực tiếp bentonite Song song với thí nghiệm đánh giá khả khử trùng dựa vòng kháng khuẩn, thí nghiệm đánh giá khả khử trùng trực tiếp để tìm nồng độ tối thiểu loại bentonite đƣợc tiến hành Các thí nghiệm đƣợc cài đặt để tìm nồng độ nhỏ bentonite mà khử trùng hồn tồn phát triển vi khuẩn Salmonella E.coli nồng độ vi khuẩn định Đối với loại vật liệu bentonitetinh chế biến tính, khả khử trùng vi khuẩn chúng tƣơng đối thấp Cho nên nồng độ bentonite đƣợc chọn cho thí nghiệm tƣơng đối cao (300 mg/15 ml môi trƣờng, tƣơng ứng 2% trọng lƣợng) nồng độ vi khuẩn thử nghiệm 106 cfu/ml Phần trăm khử trùng theo hàm logarit loại vật liệu với vi khuẩn E.coli nhƣ sau: Bảng 3.11 Phần trăm khử trùng E.coli theo hàm logarit loại vật liệu VL Phần trăm khử trùng E.coli vật liệu theo hàm logarit(%) AVE STD VL1 36,81 36,58 32,96 35,85 35,05 34,50 36,37 36,96 34,01 35,47 1,32 VL2 35,75 45,80 39,77 47,50 44,51 48,47 47,80 43,54 44,28 44,34 3,93 VL3 46,71 34,44 40,12 35,44 37,34 27,45 35,24 35,22 33,55 35,99 4,93 VL4 34,17 37,32 37,34 39,71 33,29 37,50 35,51 36,70 36,20 36,46 1,82 VL5 ĐC 100 100 100 100 100 100 100 100 100 2,869 3,521 2,521 2,901 3,010 2,901 2,502 3,502 2,733 60 100 – – Ghi chú: VL1: mẫu bentonite tinh chế; VL2: mẫu bentonite tinh chế biến tính Na2CO3; VL3: mẫu bentonite tinh chế biến tính H 2SO4; VL4: mẫu bentonite tinh chế biến tính Liti; LV5: dung dịch nano bạc có hàm lượng 20 ppm; ĐC: nồng độ E.coli ban đầu tính theo logarit; AVE: giá trị trung bình; STD: Độ lệch chuẩn; – , khơng tính kết Phần trăm khử trùng vật liệu theo hàm logarit = ((log (nồng độ ban đầu) – log( nồng độ sau bị khử trùng vật liệu)) x 100)/(log (nồng độ ban đầu) (%) Phần trăm khử trùng Salmonella theo hàm logarit vật liệu nhƣ sau: Bảng 3.12 Phần trăm khử trùng Salmonella theo hàm logarit loại vật liệu VL Phần trăm khử trùngSalmonella vật liệu theo hàm logarit(%) AVE STD VL1 18,94 18,29 23,88 24,20 24,46 18,24 23,55 19,50 23,15 21,58 2,74 VL2 20,63 24,77 32,15 28,10 29,70 23,35 30,36 22,19 25,11 26,26 3,98 VL3 30,90 33,72 31,06 37,40 23,60 33,20 28,10 26,70 34,33 31,00 4,27 VL4 28,44 28,50 22,09 22,13 28,45 22,39 30,55 20,45 31,25 26,03 4,19 VL5 ĐC 100 100 100 100 100 100 100 100 100 2,771 1,771 2,607 2,801 3,110 2,101 2,702 3,101 2,533 100 – – Ghi chú: VL1: mẫu bentonite tinh chế; VL2: mẫu bentonite tinh chế biến tính Na2CO3; VL3: mẫu bentonite tinh chế biến tính H 2SO4; VL4: mẫu bentonite tinh chế biến tính Liti; LV5: dung dịch nano bạc có hàm lượng 20 ppm; ĐC: nồng độ E.coli ban đầu tính theo logarit; AVE: giá trị trung bình; STD: Độ lệch chuẩn; – , khơng tính kết Phần trăm khử trùng vật liệu theo hàm logarit = ((log (nồng độ ban đầu) – log (nồng độ sau bị khử trùng vật liệu)) x 100)/(log (nồng độ ban đầu) (%) Bảng khả khử trùng E.coli Salmonella loại bentonite tinh chế biến tính thấp Ở nồng độ ban đầu 106 cfu/ml, bentonite sau tinh chế khử trùng đƣợc 35,5 % phát triển E.coli 21,6% Salmonella Đối với bentonite đƣợc tinh chế biến tính Na2CO3 khả khử trùng E.coli Salmonella lần lƣợt 44,3 % 26,3 % Cùng nồng độ đầu vào nhƣ trên, bentonite đƣợc tinh chế biến tính H2SO4 LiOH khử trùng lần lƣợt 36,0% 36,5% phát triển E.coli, Salmonella 31,0% 26,0% Còn dung dịch nano bạc nồng độ 20 ppm tiêu diệt hồn tồn vi khuẩn E.coli Salmonella Tuy nhiên, để ứng dụng nano bạc làm phụ gia thức ăn chăn nuôi ngƣời ta phải gắn lên chất mang nhằm hạn chế hoạt nano bạc có mặt nhiều thành phần hóa học khác thức ăn Ngoài ra, bentonite 61 gắn nano bạc có khả giải phóng từ từ nano bạc bentonite nhờ đặc trƣng riêng cấu trúc bentonite nhƣ đƣợc trình bày phần tổng quan Biểu đồ biểu diễn khả khử trùng Salmonella E.coli loại vật liệu bentonite sau:diễn khả ức chế Bentonit với khuẩn Salmonella Biểu nhƣ đồ biểu E coli Mật độ Salmonella (E.coli) sống sót tính theo hàm logarit (%) 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 B.T/c B.Na2CO3 B.H B.Li.1M Các loại bentonit ĐC Salmonella E coli Hình 3.12 Biểu đồ biểu diễn khả khử trùng Salmonella E.coli loại vật liệu bentonite Ghi chú: B.T/c, mẫu bentonite tinh chế; B.Na2CO3, mẫu bentonite tinh chế biến tính Na2CO3; B.H, mẫu bentonite tinh chế biến tính H2SO4; B.Li 1M, mẫu bentonite tinh chế biến tính Liti 24%; Đc, mẫu đối chứng Dễ nhận thấy loại vật liệu bentonite tinh chế, biến tính khử trùng E.coli tốt Salmonella Ở nồng độ ban đầu106 cfu/ml, mật độ E.coli Salmonella sống sót cịn lại theo hàm logarit lần lƣợt 55 – 65 % 75 – 80% Rõ ràng mật độ vi khuẩn sống sót tƣớng đối cao Vì vậy, vật liệu khó tránh khỏi công loại vi khuẩn gây bệnh không đƣợc hỗ trợ tác nhân chống nhiễm khuẩn khác 3.7.4 Nồng độ khử trùng tối thiểu bentonite gắn bạc Để xác định đƣợc nồng độ tối thiểu mà bentonite khử trùng hồn tồn E.coli Salmonella, bentonite gắn bạc với hàm lƣợng tăng dần đƣợc trộn trực tiếp vào môi trƣờng chứa ml vi khuẩn nồng độ 106 cfu/ml Sau 24 – 72 nuôi cấy không quan sát thấy phát triển vi khuẩn mắt thƣờng có 62 thể coi vi khuẩn bị khử trùng bentonite nồng độ thử nghiệm Các kết thử nghiệm đƣợc tổng hợp trình bày bảng sau: Bảng 3.13: Nồng độ khử trùng tối thiểu E.coli loại bentonite gắn bạc Loại mẫu Hàm lƣợng bentonite (mg) 2,3 x 106 3,8 x 106 2,2 x 106 1,3 x 106 1,4 x 106 >> >> >> >> >> 10 50 > 13 25 15 0 0 20 0 0 2,0 x 106 3,5 x 106 2,4 x 106 1,1 x 106 1,5 x 106 10 >> – – – – 15 – >> > > > 20 25 283 52 28 34 25 – 15 0 30 0 0 40 – – – – 2,5 x 106 3,9 x 106 2,2 x 106 1,4 x 106 1,4 x 106 10 >> – – – – 20 > – – – – 25 – > 80 40 > 30 14 27 0 35 – 0 0 40 Đối chứng B.TC.Ag Đối chứng B.Na.Ag Đối chứng B.H.Ag 6 2,4 x 10 3,7 x 10 1,9 x 10 1,3 x 10 1,7 x 106 10 >> – – – – 20 >> – – – – 25 – >> > > > 30 45 0 21 35 – 0 40 0 0 Đối chứng B.Li.Ag Mật độ vi khuẩn E.coli (cfu/ml) Ghi chú: >> >, mật độ vi khuẩn cao; – , không thực thí nghiệm điểm 63 Bảng 3.13 trộn 15 mg bentonite tinh chế có gắn bạc với 15 ml môi trƣờng PCA, 100 % vi khuẩn E.coli nồng độ từ 1,3 x 106 – 3,8 x 106 cfu/ml bị tiêu diệt hoàn toàn Ở nồng độ 10 mg bentonite sau tinh chế gắn bạc/15 ml môi trƣờng, hỗn hợn làm giảm mật độ E.coli từ 6,24 xuống 1,28 theo hàm logarit thập phân, tức bentonite khử trùng 4,96 bậc phát triển E.coli Đối với bentonite sau tinh chế, biến tính Na2CO3 có gắn bạc, 100 % E.coli bị tiêu diệt trộn 30 mg bentonite dạng với 15 ml mơi trƣờng có nồng độ vi khuẩn E.coli từ 1,1 x 106 – 3,5 x 106 cfu/ml Nếu trộn 20 25 mg bentonite dạng B.Na.Ag với 15 ml mơi trƣờng có nồng độ E.coli nhƣ trên, bentonite làm giảm mật độ E.coli tƣơng ứng 5,87 4,58 bậc theo hàm thập phân Với dạng B.H.Ag, đƣợc trộn 35 mg vật liệu với 15 ml mơi trƣờng có mật độ E.coli từ 1,4 x 106 – 3,9 x 106 cfu/ml B.H.Ag khử trùng hoàn toàn E.coli Nếu trộn 30 mg B.H.Ag với mật độ E.coli nhƣ B.H.Ag làm giảm mật độ 5,63 bậc theo hàm thập phân Đối với B.Li.Ag, trộn 40 mg vật liệu với 15 ml mơi trƣờng PCA có mật độ E.coli từ 1,3 x 106 – 3,7 x 106 cfu/ml B.Li.Ag khử trùng hồn tồn E.coli mơi trƣờng này, sau 72 nuôi cấy 370C xuất vi khuẩn E.coli Nếu trộn 30 35 mg môi trƣờng B.Li.Ag với 15 ml môi trƣờng chứa vi khuẩn E.coli với mật độ tƣơng tự B.Li.Ag làm giảm 5,54 va 6,15 bậc theo hàm thập phân từ mật độ ban đầu xấp xỉ 6,31 Các kết bentonite tinh chế gắn nano bạc có khả khử trùng E.coli mạnh bentonite tinh chế, biến tính Na2CO3, H2SO4 LiOH gắn nano bạc Cụ thể, nồng độ 106 cfu/ml, 0,1 % (w/w) bentonite tinh chế tiêu diệt hoàn toàn Tuy nhiên, với bentonite đƣợc tinh chế biến tính Na2CO3, H2SO4và LiOH để tiêu diệt hồn tồn 106 cfu/ml lƣợng bentonite cần thiết cần sử dụng lần lƣợt là: 0,18%; 0,22% 0,24% (w/w) 64 Bảng 3.14: Nồng độ khử trùng tối thiểu Salmonella loại vật liệu bentonite Loại mẫu Hàm lƣợng bentonite Mật độ vi khuẩn Salmonella (cfu/ml) (mg) 1,5x106 1,1x106 3,0x106 3,1x106 2,8x106 20 50 34 11 30 0 40 0 0 50 0 0 3,2x106 2,4x106 1,3x106 3,1x106 2,9x106 20 >> – – – – 30 – – – – – 40 50 87 110 35 16 50 – 27 17 20 60 0 0 70 – Đối chứng B.Tc.Ag Đối chứng B.Na.Ag Đối chứng B.H.Ag 3,5x10 2,2x10 1,7x10 6 2,9x10 2,7x106 40 >> – – – – 60 > 142 > 123 > 70 – – 87 30 – 80 37 39 – – 17 90 – – – 100 – – 110 – 6 3,0 106 – – – – – – – – 210 – – – 80 12 – 47 35 16 90 – 15 100 110 – 0 0 2,6.10 1,2.10 2,1.10 40 >> – 60 > 70 3,5.10 Đối chứng B.Li.Ag 6 Ghi chú:>> >, mật độ vi khuẩn cao; – , khơng thực thí nghiệm điểm 65 Đối với loại bentonite đƣợc tinh chế biến tính Na2CO3 có gắn bạc, đƣợc trộn với 15 ml mơi trƣờng PCA có mật độ Salmonella từ 1,3 x 106 – 3,2 x 106 hàm lƣợng cần thiết để khử trùng hồn tồn lƣợng Salmonella 60 mg Ở hàm lƣợng 40 50 mg B.Na.Ag làm giảm mật độ Salmonella xuống lần lƣợt 4,70 5,28 bậc theo hàm logarit thập phân Với B.H.Ag B.Li.Ag để khử trùng hoàn toàn mật độ 105cfu/ml Salmonella hàm lƣợng bentonite cần thiết dạng 110 mg/15ml PCA Ở hàm lƣợng 100 mg 80 mg B.H.Ag, Salmonella bị khử trùng tới 6,01 4,94 bậc theo hàm thập phân Còn bentonite dạng B.Li.Ag hàm lƣợng vật liệu thử nghiệm nhƣ mật độ Salmonella bị khử trùng 6,02 100 mg 4,99 80 mg Các kết thu đƣợc chứng tỏ rằng, Salmonella có sức chống chịu với vật liệu tốt so với E.coli Nói cách khác, mật độ vi khuẩn nhƣ hàm lƣợng vật liệu loại dùng để khử trùng Salmonella cần nhiều so với E.coli (hình 3.13) Cũng giống nhƣ E.coli, khả khử trùng Salmonella vật liệu tƣơng ứng nhƣ sau: B.Tc.Ag > B.Na.Ag > B.H.Ag ~ B.Li.Ag Để khử trùng hoàn toàn Biểu đồ biểu hàm lượng cần thiết để ức0,2% chế(w/w) hoànB.Na.Ag Salmonella nồng độ 10diễn cfu/ml lƣợng B.TC.Ag cần thiết Hàm lượng bentonit/ 15 ml môi trường PCA (mg) toànĐối Salmonella mật độ%~(w/w) 10^6 cfu/đĩa cần 0,4 % (w/w) với B.H.Agvà vàE.coli B.Li.Ag 0.73 120 100 80 Salmonella 60 E.coli 40 20 B.Tc.Ag B.Na.Ag B.H.Ag B.Li.Ag betnonit khácvật Hình 3.13: Biểu đồCác biểuloại diễn hàm lượng liệu cần thiết để tiêu diệt hoàn toàn Salmonella E.coli nồng độ 106 cfu/ml 66 KẾT LUẬN Luận văn thực đầy đủ nội dung mục tiêu nghiên cứu đặt Một số kết thu đƣợc nhƣ sau: - Bentonite đƣợc biến tính H2SO4 (20%) sản phẩm thu đƣợc có hàm lƣợng MMT < 10%, kích thƣớc < 10 µm, diện tích bề mặt tăng gần lần, thể tích lỗ xốp tăng gấp đơi Đối với bentonite đƣợc biến tính Na2CO3 (3%) sản phẩm thu đƣợc có hàm lƣợng MMT tăng 3%, diện tích bề mặt tăng 4,7 %, thể tích lỗ xốp tăng 8,8% - Đã chế tạo thành công bentonite gắn nano bạc với hàm lƣợng 0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5% (w/w), kích thƣớc hạt nano bạc thu đƣợc từ 30 - 60 nm - Kết đánh giá khả kháng khuẩn vật liệu bentonite gắn nano bạc cho thấy với hàm lƣợng nano bạc ≥ 2% khả kháng khuẩn vật liệu tốt nhất, vòng kháng khuẩn từ – 3,5 mm - Kết đánh giá khả kháng khuẩn trực tiếp vật liệu bentonite tinh chế biến tính cho thấy với hàm lƣợng vật liệu 2% mơi trƣờng ban đầu 20 - 45% vi khuẩn bị tiêu diệt (nồng độ vi khuẩn 106 cfu/ml) - Nồng độ ức chế tối thiểu vi khuẩn (nồng độ vi khuẩn 106 cfu/ml) vật liệu bentonite gắn 2% nano bạc thể hiện:  Đối với E.coli nồng độ ức chế tối thiểu thể theo thứ tự tăng dần: B.Li.Ag (0,24%) < B.H.Ag (0,22%) < B.Na.Ag (0,18%) < B.TC.Ag (0,1%) (w/w)  Đối với Salmonella nồng độ ức chế tối thiểu thể theo thứ tự tăng dần: B.Li.Ag (0,73%) = B.H.Ag (0,73%) < B.Na.Ag (0,4%) < B.TC.Ag (0,2%) (w/w) 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Xuân Bách, Nguyễn Tiến Bào, Hoàng Viết Hạnh, Nguyễn Trọng Hùng, Trần Thị Ngà (2004), “Đánh giá tiềm giá trị sử dụng số khống chất cơng nghiệp (diatomit, bentonite, kaolin, zeolit) Nam Trung Bộ Tây Nguyên phục vụ công-nông nghiệp xử lý môi trƣờng”, Viện Nghiên cứu Địa chất Khoáng sản, trang 161– 168 Nguyễn Hoài Châu cộng (2015), “Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả nâng cao giá trị sử dụng xây dựng công nghệ chế biến bentonite Lâm Đồng làm phụ gia thức ăn cho gia cầm”, mã số TN3/C08 thuộc chƣơng trình KH&CN trọng điểm cấp Nhà nƣớc KHCN-TN3/11-15 “Khoa học công nghệ phục vụ phát triển kinh tế xã hội vùng Tây Nguyên” Lê Công Hải (1979), “Đặc điểm thành phần vật chất sét bentonite vùng Di Linh”Báo cáo địa chất, Viện Nghiên cứu Địa chất Khống sản Đồn Sinh Huy (1982), “Báo cáo tìm kiếm tỷ mỉ sét bentonite vùng Tam Bố – Di Linh – Lâm Đồng”, Viện Nghiên cứu Địa chất Khoáng sản Nguyễn Văn Hải (2014), “Nghiên cứu sử dụng khoáng tự nhiên (bentonite) phụ phẩm mía đƣờng chế biến thức ăn cho bị thịt, ảnh hƣởng chúng đến trình simnh trƣởng phát triển” Báo cáo khoa học chăn nuôi thú y, phần dinh dƣỡng thức ăn vật nuôi NXB Nông nghiệp Hà Nội, trang 202-210 P C Hiếu, H L Sơn, Trần Văn Hiển (2014), “Nghiên cứu ảnh hƣởng khống tự nhiên (bentonite) đến q trình sinh trƣởng chất lƣợng thịt (tồn dƣ kim loại nặng: As, Cd,Pb, Hg) gà nuôi hƣớng thịt” Báo cáo khoa học chăn nuôi thú y, phần dinh dƣỡng thức ăn vật nuôi NXB Nông nghiệp Hà Nội, trang 190-201 Ngô Sĩ Lƣơng (2005), Khảo sát phương pháp xử lý tăng khả hấp phụ ion kim loại nặng nước khoáng bentonite Việt Nam, Đề tài NCKH, QT, 03.13/Ngô Sĩ Lƣơng,–H: ĐHKHTN, 34 trang 68 Kiều Q Nam(1992), Các loại hình khống sản sét Tây nguyên, điều kiện thành tạo, tiềm khả sử dụng, Luận án Phó TS Địa chất – Thƣ viện Quốc gia Việt Nam Kiều Quý Nam (2004), “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc khả sử dụng bentonite Lâm Đồng xử lý nguồn nƣớc ô nhiễm”, Tạp chí Các Khoa học trái đất, tập 26 (4), trang 486-492 10 Kiều Quý Nam Nguyễn Hữu Toàn Phan (2005), “Sử dụng bentonite diatomit xử lý rác thải sinh hoạt chăn nuôi”, Tạp chí Các Khoa học trái đất, tập 27 (4), trang 351-355 11 L H Sơn T V Hiển (2008), “Tỷ lệ bổ sung thích hợp ảnh hƣởng khoáng bentonite đến khả sinh sản vịt đẻ hƣớng trứng”, Viện Chăn ni, Tạp chí KH-CN Chăn nuôi, N14, 1-6 Tiếng Anh 12 B A Bolto, L Pawlowski, E & F.N Spon (1987), “Wastewater treatment by ion exchange”, Science of The Total Environment, 280 pp 13 C Costa, A Conte, G.G Buonocore, M Lavorgna, M.A Del Nobile (2012), “Calcium-alginate coating loaded with silver-montmorillonite nanoparticles to prolong the shelf-life of fresh-cut carrots”, Food Research International, vol 48, Issue 1, pages 164-169 14 C Fernandes, C Catrinescu, P Castilho, P.A Russo, M.R Carrott, C Breen (2007), “Catalytic conversion of limonene over acid activated Serra de Dentro (SD) bentonite”, Applied Catalysis A General, vol 318, pages 108-120 15 E Eren, B.Afsin (2009), “Removal of basic dye using raw and acid activated bentonite samples”, Journal of Hazardous Materials, vol 166, pp 830-835 16 Ewa Sawosz, Marian Binek, Marta Grodzik, Marlena Zielinska, Pawel Sysa, Maciej Szmidt, Tomasz Niemiec, Andre Chwalibog (2007), “Influence of hydrocolloidal silver nanoparticles on gastrointestinal microflora and morphology of enterocytes of quails”, Archivies of Animal Nutrition, vol 61, issue 6, pages 444-451 69 17 F Helfferich (1962), Ion exchange, McGraw-Hill series in advanced chemistry, First English Edition 18 G E Christidis, P.W Scott, A.C Dunham (1997), “Acid activation and bleaching capacity of bentonites from the islands of Milos and Chios, Aegean, Greece”, Applied Clay Science, vol 12, pp 329-347 19 H Babaki, A Salem, A Jafarizad (2008), “Kinetic model for the isothermal activation of bentonite by sulfuric acid”, Materials Chemistry and Physics, vol 108, issue 1-3, pages 263–268 20 Huang Yan-fang et al (2010), “Sodium-modification of Ca-based bentonite via semidry process”, Journal of Central South University of Technology, vol 17issue 6, pp 1201-1206 21 Jörn Dau and Gerhard Lagaly (1998), “Surface Modification of Bentonites II Modification of montmorillonite with Cationic Poly(ethylene oxides)”, Croatica Chemica Acta 71 (4), 983– 1004 22 Kamyar Shameli et al (2010), “Green synthesis of silver/montmorillonite/ chitosan bionanocomposites using the UV irradiation method and evaluation of antibacterial activity”, International Journal of Nanomedicine, vol 5, pages 875887 23 Kamyar Shameliet al (2011), “Synthesis of silver nanoparticles in MMT and their antibacterial behavior”, International Journal of Nanomedicine, vol 6, pp 581–590 24 L Blomberg, A Henriksson, & P L Conway (1993), “Inhibition of adhesion of Escherichia coli K88 to piglet ileal mucus by Lactobacillus spp”, Applied and Environmental Microbiology, 59 (1), pp 34–39 25 Mansor Bin Ahmad, Jenn Jye Lim, Kamyar Shameli, Nor Azowa Ibrahim and Mei Yen Tay (2011), “Synthesis of Silver Nanoparticles in Chitosan, Gelatin and Chitosan/Gelatin Bionanocomposites by a Chemical Reducing Agent and Their Characterization” Molecules, vol 16, issue 9, pages 7237-7248 70 26 M Fondevila, R Herrer, M.C Casallas, L Abecia, J.J Ducha (2009), “Silver nanoparticles as a potential antimicrobial additive for weaned pigs”, Animal Feed Science and Technology, volume 150, issues 3–4, pages 259–269 27 M.F Santo, C.M Oleira, C.T Tachinski, M.P Fernandes, C.T Peakh, E Angioletto, H.G Riella, M.A Fiori (2011), “Bactericidal properties of bentonite treated with Ag+ and acid”, International Journal of Mineral Processing 100, 5153 28 Petr Praus et al (2010), “Characterization of silver nanoparticles deposited on montmorillonite”, Applied Clay Science, vol 49, issue 3, pages 341–345 29 R Calvet, R Prost (1971), “Cation migration into empty octahedral sites and surface properties of clays”, Clays and Clay Minerals, vol 19, 175–186 30 S.M Magana et al (2008) ,“Antibacterial activity of montmorillonites modified with silver”, Journal of Molecular Catalysis A Chemical 281 (1), 192–199 31 Stephen Stackhouse and Peter V Coveney (2002), “Study of Thermally Treated Lithium Montmorillonite by Ab Initio Methods”, The Journal of Physical Chemistry B, vol.106 (48), 12470-12477 32 Ulrich Hofmann and Richard Klemen (1950), “Verlust der Austauschfahigkeit yon Lithiumionen an bentonite durch Erhitzung”, Zeitschrift fur anorganische Chemie, vol 226, issue 1-5, pp 95-99 33 W.P Gatesa, P Komadel, J Madejova, J Bujdak, J.W Stucki, R.J Kirkpatrick (2000), “Electronic and structural properties of reduced-charge montmorillonites”, Applied Clay Science, vol 16, issues 5-6, pages 257–271 34 Yuanbo Zhang, Tao Jiang, Liyong Chen, Guanghui Li (2011), “Study on sodium modification of inferior Ca-Based bentonite by suspension method”, ISRN Materials Science, volume 2011, Article ID 953132, pages 71 PHỤ LỤC Hình 1: Moong khai thác sét bentonite Tam Bố Hình Mặt cắt tuyến mỏ bentonite Tam Bố 72 Bảng 1: Các vị trí lấy mẫu bentonite STT Ký hiệu TN1 TN1/2 TN1/3 TN2/1 TN2/2 TN2/3 TN2/4 TN2/5 TN2/6 10 TN3/1 11 TN3/2 12 TN3/3 13 TN3/4 14 TN3/5 15 TN3/6 16 TN4/1 17 TN4/2 18 TN4/3 19 TN4/4 20 21 22 23 TN4/5 TN5/1 TN5/2 TN5/3 24 TN5/4 25 TB–X 26 TB Y Địa điểm lấy mẫu Tọa độ, độ cao Mô tả mẫu Bentonite nguyên khai Bentonite biến tính Na+ Sét màu trắng ( kaolin) Nhà máy Hiệp Phú Mỏ Tam Bố (Công ty VLXD) 108.19657o– 11.622266o H=844m Bentonite màu xanh đen, màu xanh, xanh lam cổ vịt, màu vàng mỏ công ty HP 108.19610o – 108.19643o 11.63419o– 11.63274o H=850– 853m Sét kaolin, bentonite màu vàng, trắng loang lổ Điểm mỏ khai thác diện tích khoảng 40.000m2, tạm ngừng khai thác Mỏ khai thác cát sau Học Viện quân ( Ninh Gia – Đức Trọng) 108.19730o– 11.63454o H=837m Sét màu vàng, vàng phớt nâu, trừng phớt vàng nằm dƣới lớp cát bột Trên lớp đá đỏ bazan 108.19962o– 11.63485o H=816m Mỏ Cty VLXD 108.19657o– 11.622266o H=848m 73 Bentonite màu xanh Bentonite màu vàng Bentonite màu xanh Bentonite màu vàng, nâu phớt vàng Sét màu xanh Sét màu vàng loang lổ (tầng sét kaolin + bentonite nằm thân khoáng bentonite màu xanh khu vực điểm TN2) ... trùng vật liệu bentonite (Tam Bố, Lâm Đồng) gắn nano bạc để ứng dụng làm phụ gia thức ăn chăn ni” Mục đích nghiên cứu Luận văn: Chế tạo vật liệu bentonite gắn nano bạc đánh giá khả khử trùng. .. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ khoa học ? ?Nghiên cứu khả khử trùng vật liệu bentonite (Tam Bố, Lâm Đồng) gắn nano bạc để ứng dụng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi? ?? thực dƣới hƣớng dẫn PGS... GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ––––––––––––––––– HOÀNG THỊ MAI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA VẬT LIỆU BENTONITE (TAM BỐ, LÂM ĐỒNG) GẮN NANO BẠC ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM PHỤ GIA THỨC ĂN