Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá khả năng khử khuẩn của vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HỐ HỌC TRẦN THỊ BÍCH HẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHỬ KHUẨN CỦA VẬT LIỆU NANO BẠC MANG TRÊN THAN HOẠT TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HỐ HỌC TRẦN THỊ BÍCH HẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHỬ KHUẨN CỦA VẬT LIỆU NANO BẠC MANG TRÊN THAN HOẠT TÍNH Chun ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 60.44.31 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ THỊ HOÀI NAM Hà Nội - năm 2011 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN BẢNG CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung bạc 1.1.1 Bạc ứng dụng bạc 1.1.2 Cơ chế diệt khuẩn bạc 12 1.1.3 Các phƣơng pháp tổng hợp nano bạc 14 1.1.3.1 Phƣơng pháp khử hóa học 14 1.1.3.2 Phƣơng pháp trao đổi ion 15 1.1.3.3 Phƣơng pháp khử hóa xạ 16 1.1.3.4 Phƣơng pháp bay vật lý 16 1.1.3.6 Phƣơng pháp phân hủy nhiệt 17 1.1.3.7 Phƣơng pháp điện hóa 17 1.1.3.8 Phƣơng pháp quang hóa 17 1.1.3.9 Phƣơng pháp xạ vi sóng điện từ 17 1.1.3.10 Phƣơng pháp polyol 18 1.1.3.11 Phƣơng pháp phản ứng 18 1.1.4 Một số nghiên cứu vật liệu nano bạc 18 1.2 Than hoạt tính 20 1.2.1 Đặc điểm tính chất than hoạt tính 21 1.2.2 Một số ứng dụng than hoạt tính [19] 23 1.2.3 Đặc điểm, tính chất SiC 25 1.3 Sóng siêu âm 26 1.3.1 Giới thiệu sóng siêu âm [26] 26 1.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị tạo siêu âm 27 CHƢƠNG - THỰC NGHIỆM 29 2.1 Điều chế dung dịch chứa nano bạc 29 2.1.1 Nguyên liệu thiết bị 29 2.1.1.1 Hóa chất 29 2.1.1.2 Thiết bị, dụng cụ 29 2.1.2 Điều chế dung dịch chứa nano bạc phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết âm 30 2.1.2.1 Chuẩn bị dung dịch 30 2.1.2.2 Quy trình điều chế 30 2.1.3 Điều chế dung dịch chứa nano bạc phƣơng pháp xạ 31 2.2 Chế tạo vật liệu bạc nano sử dụng chất mang than hoạt tính 32 2.2.1 Hóa chất, dụng cụ 32 2.2.2 Chế tạo vật liệu Ag/than hoạt tính 32 2.3 Các phƣơng pháp đặc trƣng 32 2.3.1 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 32 2.3.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét phát xạ (FE-SEM) 34 2.3.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 35 2.3.4 Phƣơng pháp xác định thành phần nguyên tố AAS 37 2.4 Khảo sát khả khử khuẩn vật liệu dựa phƣơng pháp đếm khuẩn lạc 38 2.4.1 Khử trùng dụng cụ môi trƣờng 39 2.4.2 Quy trình phƣơng pháp đếm khuẩn lạc 39 2.5 Quy trình đánh giá hoạt tính khử khuẩn E.Coli Coliforms vật liệu Ag/Than hoạt tính 40 CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Kết tổng hợp vật liệu 42 3.1.1 Kết điều chế dung dịch nano bạc 42 3.1.2 Kết chế tạo vật liệu nano bạc mang than hoạt tính 43 3.2 Kết đặc trƣng phƣơng pháp hóa lý 44 3.2.1 Kết đặc trƣng dung dịch chứa nano bạc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm 44 3.2.2 Kết đặc trƣng vật liệu nano bạc mang than hoạt tính 46 3.2.2.1 Kết đặc trƣng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 46 3.2.2.2 Kết đặc trƣng phƣơng pháp phân tích AAS 56 3.2.2.3 Kết đặc trƣng phƣơng pháp TEM 57 3.3 Khảo sát đánh giá khả diệt khuẩn vật liệu nano bạc mang than hoạt tính58 3.3.1 Kết khảo sát đánh giá khả diệt khuẩn E.coli mẫu vật liệu 58 3.3.2 Kết khảo sát đánh khả diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu 62 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT STT KÝ HIỆU GIẢI THÍCH TEM Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua SEM Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét FE-SEM Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét phát xạ PVP Polyvinylpyrolidon AAS Phƣơng pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử XRD Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X BX Điều chế nano bạc phƣơng pháp khử hóa xạ SA Điều chế nano bạc phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm THT Than hoạt tính 10 Ag-T-SA Các mẫu vật liệu nano bạc mang than gáo dừa có nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm 11 Ag-T-BX Các mẫu vật liệu nano bạc mang than gáo dừa có nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp xạ 12 Ag-SiC-SA Các mẫu vật liệu nano bạc mang silic cacbon có nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN STT Hình vẽ Tên hình vẽ Hình 1.1 Những ứng dụng nano bạc Hình 1.2 Mơ tả cấu trúc tế bào vi khuẩn Hình 1.3 Than hoạt tính 15 Trang Kích thƣớc lỗ xốp phân bố lỗ theo kích thƣớc (PSD) Hình 1.4 than hoạt tính, silica gel, alumina hoạt tính, rây phân tử carbon (MSC), zeolit 5A 16 Hình 1.5 Thiết bị tạo sóng siêu âm 22 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình điều chế dung dịch chứa nano bạc phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm 24 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình điều chế dung dịch chứa nano bạc phƣơng pháp xạ 25 Hình 2.3 Mơ hình phƣơng pháp TEM 27 Hình 2.4 Sơ đồ tia tới tia phản xạ bề mặt tinh thể 29 10 Hình 2.5 Phƣơng pháp pha lỗng theo dãy thập phân 33 11 Hình 3.1 Dung dịch chứa nano bạc 36 12 Hình 3.2 13 Hình 3.3 Ảnh FE-SEM dung dịch chứa nano bạc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm Ảnh TEM dung dịch chứa nano bạc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm (a) 38 39 phƣơng pháp khử hóa xạ (b) Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu Ag(0,1)-T-SA (a), Ag(0,3)-T-SA (b), Ag(0,5)-T-SA (c), Ag(0,7)-T-SA (d), Ag(1,0)-T-SA (e) phổ chồng mẫu Ag(0,1)-T-SA, Ag(0,3)-T-SA, Ag(0,5)-T-SA, Ag(0,7)-T-SA, Ag(1,0)-T-SA (f) 42 15 Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu Ag(0,1)-SiC-SA (a), Ag(0,3)-SiC-SA (b), Ag(0,5)-SiC-SA (c), Ag(0,7)-SiC-SA (d), Ag(1,0)-SiC-SA (e) phổ chồng mẫu Ag(0,1)-SiC-SA, Ag(0,3)-SiC-SA, Ag(0,5)-SiC-SA, Ag(0,7)-SiC-SA, Ag(1,0)-SiC-SA (f) 45 16 Hình 3.6 Giản 14 Trần Thị Bích Hạnh đồ XRD mẫu Ag(0,1)-T-BX (a), 48 Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Ag(0,3)-T-BX (b),Ag(0,5)-T-BX(c),Ag(0,7)-T-BX(d), Ag(1,0)-T-BX (e), phổ chồng mẫu Ag(0,1)-T-BX, Ag(0,3)-T-BX, Ag(0,5)-T-BX, Ag(0,7)-T-BX, Ag(1,0)-T-BX (f) 17 Hình 3.7 Ảnh TEM vật liệu nano bạc mang than hoạt tính với dung dịch nano bạc đƣợc chế tạo phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm (a) phƣơng pháp 51 khử hóa xạ (b) Ảnh TEM vật liệu nano bạc mang SiC với 18 Hình 3.8 dung dịch nano bạc đƣợc chế tạo phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm 52 19 Hình 3.9 Kết diệt khuẩn E.coli trực quan mẫu vật liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm 53 20 Kết diệt khuẩn E.coli trực quan mẫu vật Hình 3.10 liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp xạ 55 Kết diệt khuẩn Coliforms trực quan mẫu 21 Hình 3.11 vật liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm 22 Hình 3.12 Kết diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp xạ 59 23 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn khả diệt khuẩn E.coli vật liệu nano bạc mang than hoạt tính 60 24 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn khả diệt khuẩn Coliforms vật liệu nano bạc mang than hoạt tính 61 Trần Thị Bích Hạnh 57 Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN Tên bảng STT Số hiệu bảng 3.1 3.2 Các mẫu vật liệu nano bạc mang than hoạt tính đƣợc tổng hợp Kết phân tích AAS mẫu vật liệu Trang 37 50 Kết diệt khuẩn E.coli mẫu vật liệu có 3.3 nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp khử hóa 54 học kết hợp siêu âm 3.4 Kết diệt khuẩn E.coli mẫu vật liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp xạ 56 3.5 Kết diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm 58 Kết diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu 3.6 Trần Thị Bích Hạnh có nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp xạ 60 Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết MỞ ĐẦU Hiện có khoảng phần sáu dân số giới (chiếm khoảng tỉ ngƣời) không đƣợc cung cấp nƣớc hậu hàng năm có khoảng 1,5 triệu trẻ em chết thiếu nƣớc Đặc biệt, bệnh tiêu chảy làm cho 1,5 đến 1,9 triệu trẻ em chết năm mà 88% số sử dụng nguồn nƣớc thiếu vệ sinh, nƣớc không đƣợc khử trùng [6] Ở Việt Nam bệnh liên quan tới nƣớc vệ sinh môi trƣờng vấn đề lớn sức khỏe Nƣớc môi trƣờng sinh sống lan truyền nhiều loại vi sinh vật, có nhiều loại gây hại cho sức khỏe ngƣời vật truyền nhiễm bệnh tật Nƣớc có độ an tồn mặt vi sinh nƣớc khơng chứa có chứa vi sinh gây bệnh dạng khơng hoạt động Để loại bỏ hay làm hoạt tính vi sinh gây bệnh nƣớc ngƣời ta sử dụng nhiều phƣơng pháp khác nhƣ: hóa học, vật lý, hóa lý Q trình khử trùng phƣơng pháp vật lý có nhƣợc điểm hiệu suất khử trùng thấp nƣớc khử trùng dễ bị nhiễm khuẩn trở lại Một số tác nhân hóa học có khả khử trùng cao nhƣ clo hợp chất clo, nhƣng chúng lại sinh sản phẩm phụ hợp chất clo có độc tính cao gây ung thƣ nên đƣợc sử dụng Từ xa xƣa ngƣời biết sử dụng bạc để bảo vệ sức khỏe nhƣ làm đồ trang sức cho Với phát triển khoa học công nghệ nano, ngƣời chế tạo đƣợc bạc kích thƣớc nano sản phẩm chứa nano bạc Điều làm tăng ứng dụng bạc nhằm phục vụ đời sống Bạc kim loại có kích thƣớc nano đƣợc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống nhƣ: y học, nông nghiệp, công nghiệp, môi trƣờng [5,12,29,32,39,42] Đặc biệt nano bạc đƣợc áp dụng y học khả chống viêm nhiễm có tác dụng diệt khuẩn Ở kích thƣớc nano, bạc thể đặc tính vật lý, hóa học, sinh học quý giá, đặc biệt khả diệt khuẩn mà lại không gây tác hại cho ngƣời môi trƣờng So với phƣơng pháp khử trùng truyền thống, nano bạc có hiệu diệt khuẩn cao, khơng tạo Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết sản phẩm phụ gây độc với môi trƣờng, phƣơng pháp tổng hợp đa dạng với giá thành hợp lý Hiện giới khoa học quan tâm đến đặc tính bạc nảy sinh nhiều ý tƣởng hay nghiên cứu khoa học nhằm tạo sản phẩm ứng dụng xử lí nƣớc cấp nhiều lĩnh vực khác phục vụ cho đời sống Ở Việt Nam lĩnh vực nghiên cứu mẻ gần đƣợc quan tâm Do chúng tơi chọn đề tài nghiên cứu luận văn là: "Nghiên cứu tổng hợp đánh giá khả khử khuẩn vật liệu nano bạc mang than hoạt tính'' Mục tiêu đề tài tổng hợp bạc có kích thƣớc nano phƣơng pháp khử hóa học có mặt sóng siêu âm phƣơng pháp khử hóa xạ đồng thời đánh giá khả khử khuẩn bạc mang than hoạt tính nồng độ bạc khác Nghiên cứu góp phần hồn thiện công nghệ chế tạo vật liệu nano bạc chất mang đƣa vào ứng dụng thực tiễn Nội dung luận văn:  Phần mở đầu  Chƣơng I - Tổng quan tài liệu  Chƣơng II - Nghiên cứu thực nghiệm  Chƣơng III - Kết thảo luận  Phần kết luận Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết khả tiếp xúc vi khuẩn với vật liệu nano bạc mang silic cacbon nhỏ hơn, làm cho tác dụng diệt khuẩn vật liệu * Kết diệt khuẩn E.coli mẫu vật liệu có nano bạc đƣợc chế tạo phƣơng pháp khử hóa xạ nhƣ sau: Hình 3.10: Kết diệt khuẩn E.coli trực quan mẫu vật liệu có nano bạc tổng hợp phương pháp xạ Trong đó: (a) mẫu đối chứng pha loãng bậc (b) mẫu Ag(0,1)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn E.Coli (c) mẫu Ag(0,3)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn E.Coli (d) mẫu Ag(0,5)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn E.Coli (e) mẫu Ag(0,7)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn E.Coli (f) mẫu Ag(1,0)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn E.Coli Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 61 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Bảng 3.4: Kết diệt khuẩn E.coli mẫu vật liệu có nano bạc tổng hợp phương pháp xạ Tên mẫu Nồng độ E.coli ban Nồng độ vi khuẩn Lƣợng E.coli bị đầu (cfu/ml) E.coli lại tiêu diệt (%) (cfu/ml) Mẫu đối chứng 2.105 - 0,00 Ag(0,1)-T-BX - 2,8 104 85,50 Ag(0,3)-T-BX - 7,4.102 99,63 Ag(0,5)-T-BX - 100 99,95 Ag(0,7)-T-BX - 40 99,98 Ag(1,0)-T-BX - 20 99,99 Từ bảng 3.4 ta thấy vật liệu nano bạc mang than gáo dừa hoạt tính với dung dịch nano bạc đƣợc tổng hợp phƣơng pháp xạ có khả diệt khuẩn tƣơng đối tốt, tiêu diệt đƣợc 85,7 - 99,99 % lƣợng vi khuẩn E.coli điều kiện thí nghiệm tùy vào hàm lƣợng nano bạc đƣa lên chất mang Với mẫu vật liệu có nồng độ nano bạc 0,3% (mẫu Ag(0,3)-T-BX) tiêu diệt gần nhƣ hoàn tồn lƣợng vi khuẩn E.coli điều kiện thí nghiệm (99,63%) Khi hàm lƣợng nano bạc lớn khả diệt khuẩn cao Vật liệu nano bạc mang silic cacbon có khả diệt khuẩn E.Coli ba loại vật liệu silic cacbon có diện tích bề mặt riêng nhỏ so với than gáo dừa hoạt tính 3.3.2 Kết khảo sát đánh khả diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu * Kết diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu đƣợc tẩm dung dịch nano bạc thu đƣợc từ phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm từ bảng 3.5 ta thấy mẫu vật liệu nano bạc mang than hoạt tính có khả diệt khuẩn Coliforms Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 62 Luận văn thạc sỹ Chun ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Hình 3.11: Kết diệt khuẩn Coliforms trực quan mẫu vật liệu có nano bạc tổng hợp phương pháp khử hóa học kết hợp siêu âm Trong đó: (a) mẫu đối chứng pha lỗng ba bậc (b) mẫu Ag(0,1)-T-SA pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (c) mẫu Ag(0,3)-T-SA pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (d) mẫu Ag(0,5)-T-SA pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (e) mẫu Ag(0,7)-T-SA pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (f) mẫu Ag(1,0)-T-SA pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (g) mẫu Ag(0,1)-SiC-SA pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (h) mẫu Ag(1,0)-SiC-SA pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 63 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Bảng 3.5: Kết diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu có nano bạc tổng hợp phương pháp khử hóa học kết hợp siêu âm Tên mẫu Nồng độ Coliforms Nồng độ vi khuẩn Lƣợng Coliforms ban đầu (cfu/ml) Coliforms lại bị tiêu diệt (%) (cfu/ml) Mẫu đối chứng 1,5.105 - Ag(0,1)-T-SA - 2,1 104 86,00 Ag(0,3)-T-SA - 8,4.102 99,44 Ag(0,5)-T-SA - 7,8.102 99,48 Ag(0,7)-T-SA - 100,00 Ag(1,0)-T-SA - 100,00 Ag(0,1)-SiC-SA - 8,5.104 43,30 Ag(0,5)-SiC-SA - 8,1.104 46,00 Ag(1,0)-SiC-SA - 3,7.104 75,33 Khả diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu nano bạc mang than gáo dừa hoạt tính từ 86-100% điều kiện thí nghiệm tùy theo hàm lƣợng nano bạc đƣợc đƣa lên than Khi hàm lƣợng nano bạc đƣa lên than gáo dừa hoạt tính 0,7% (mẫu Ag(0,7)-T-SA) tiêu diệt đƣợc 100% vi khuẩn Coliforms Còn mẫu vật liệu nano bạc mang silic cacbon có khả diệt khuẩn hơn, điều kiện thí nghiệm mẫu vật liệu Ag(1,0)-SiC-SA (mẫu có hàm lƣợng bạc 1%) diệt đƣợc khoảng 75% lƣợng vi khuẩn Coliforms Hiện tƣợng đƣợc giải thích diện tích bề mặt riêng silic cacbon nhỏ diện tích bề mặt riêng than gáo dừa hoạt tính làm giảm khả tiếp xúc vi khuẩn với vật liệu Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 64 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết * Kết diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu đƣợc tẩm dung dịch nano bạc thu đƣợc từ phƣơng pháp khử hóa xạ: Hình 3.12: Kết diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu có nano bạc tổng hợp phương pháp xạ Trong đó: (a) mẫu đối chứng pha lỗng bậc (b) mẫu Ag(0,1)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (c) mẫu Ag(0,3)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (d) mẫu Ag(0,5)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (e) mẫu Ag(0,7)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms (f) mẫu Ag(1,0)-T-BX pha loãng ba bậc sau tiếp xúc với khuẩn Coliforms Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 65 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Bảng 3.6: Kết diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu có nano bạc tổng hợp phương pháp xạ Tên mẫu Nồng độ Coliforms Nồng độ vi khuẩn Lƣợng Coliforms ban đầu (cfu/ml) Coliforms lại bị tiêu diệt (%) (cfu/ml) Mẫu đối chứng 1,5.105 - Ag(0,1)-T-BX - 3,0 104 80,00 Ag(0,3)-T-BX - 9,7 103 93,53 Ag(0,5)-T-BX - 3,75.102 99,75 Ag(0,7)-T-BX - 2,1.102 99,86 Ag(1,0)-T-BX - 1,65.102 99,89 Từ kết ta thấy khả diệt khuẩn Coliforms mẫu vật liệu nano bạc mang than gáo dừa có dung dịch nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp xạ tốt tiêu diệt đƣợc 80 - 99,89 % lƣợng vi khuẩn Coliforms điều khiện thí nghiệm Vật liệu có nồng độ nano bạc chiếm 0,5 % (mẫu Ag(0,5)-T-BX) diệt 99,75% vi khuẩn Coliforms điều khiện thí nghiệm Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn khả diệt khuẩn E.coli vật liệu nano bạc mang Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 66 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết than hoạt tính Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn khả diệt khuẩn Coliforms vật liệu nano bạc mang than hoạt tính Trong đó: Ag-T-SA mẫu vật liệu nano bạc mang than gáo dừa có nano bạc điều chế phương pháp khử hóa học kết hợp siêu âm Ag-T-BX mẫu vật liệu nano bạc mang than gáo dừa có nano bạc điều chế phương pháp xạ Ag-SiC-SA mẫu vật liệu nano bạc mang silic cacbon có nano bạc điều chế phương pháp khử hóa học kết hợp siêu âm Quan sát hai đồ thị hình 3.13 hình 3.14 ta thấy khả diệt khuẩn mẫu vật liệu nano bạc mang than hoạt tính gáo dừa với dung dịch nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm (Ag-T-SA) tốt nhất, mẫu vật liệu sử dụng chất mang silic cacbon (Ag-SiC-SA) có khả diệt khuẩn ba loại vật liệu đƣợc chế tạo Khi so sánh khả diệt khuẩn hai loại vật liệu Ag-T-SA Ag-T-BX ta thấy vật liệu nano bạc mang than gáo dừa có dung dịch nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm vật liệu có dung dịch nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa xạ có khả diệt khuẩn gần tƣơng đƣơng Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 67 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Tuy nhiên, so sánh khả diệt khuẩn hai mẫu vật liệu có hàm lƣợng nano bạc 0,1% (mẫu Ag(0,1)-T-SA Ag(0,1)-T-BX) ta thấy mẫu vật liệu chứa nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm có khả diệt khuẩn tốt chút so với mẫu vật liệu chứa nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa xạ Kết phù hợp với kết xác định kích thƣớc hạt phƣơng pháp FE-SEM, TEM XRD Sự khác đƣợc giải thích hạt nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm có kích thƣớc hạt nhỏ đồng làm tăng khả tiếp xúc tác dụng lên màng tế bào với vật liệu nên khả diệt khuẩn tốt So sánh khả diệt khuẩn vật liệu Ag-T-SA Ag-SiC-SA ta thấy chất mang có ảnh hƣởng lớn đến khả diệt khuẩn vật liệu Chất mang có diện tích bề mặt riêng lớn tăng tiếp xúc vi khuẩn với nano bạc vật liệu làm cho khả diệt khuẩn tốt Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn ( khoảng 500 4000 m2/g), giá thành sản xuất rẻ, dễ dàng xử lí chất thải sau sử dụng (bằng cách đốt), than hoạt tính chất mang thích hợp để đƣa nano bạc lên nhằm tạo vật liệu có ứng dụng thực tế Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 68 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết KẾT LUẬN Sau q trình nghiên cứu chúng tơi thu đƣợc số kết sau: Đã điều chế thành công dung dịch nano bạc hai phƣơng pháp phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm phƣơng pháp khử hóa xạ Sử dụng phƣơng pháp đặc trƣng đại nhƣ FE-SEM, TEM, XRD xác định đƣợc kích thƣớc hạt nano bạc Khi đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp sóng siêu âm hạt nano bạc có kích thƣớc chủ yếu khoảng từ 5-12nm đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa xạ hạt có kích thƣớc chủ yếu từ 19- 34 nm Đã tổng hợp thành công vật liệu nano bạc mang than hoạt tính với dung dịch nano bạc đƣơc điều chế hai phƣơng pháp Các hạt nano bạc phân tán đồng chất mang không bị co cụm Khảo sát đánh giá khả diệt khuẩn mẫu vật liệu nano bạc mang than hoạt tính sử dụng dung dịch nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm phƣơng pháp khử hóa xạ, với hàm lƣợng nano bạc khác Kết khảo sát hai loại vi khuẩn E.coli Coliforms cho thấy vật liệu nano bạc mang than gáo dừa có chứa nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm có khả diệt khuẩn tốt so với vật liệu chứa nano bạc đƣợc điều chế phƣơng pháp khử hóa xạ Các kết khảo sát cho thấy chất mang ảnh hƣởng đến khả diệt khuẩn vật liệu Các chất mang có diện tích bề mặt lớn giúp cho vật liệu có khả diệt khuẩn tốt Trong điều kiện, vật liệu sử dụng chất mang than gáo dừa hoạt tính tiêu diệt khoảng 80 - 100% vi khuẩn E.coli Coliforms, vật liệu sử dụng chất mang SiC tiêu diệt đƣợc tối đa 62% vi khuẩn E.coli 75,33% Coliforms Các kết đạt đƣợc nghiên cứu góp phần hồn thiện cơng nghệ chế tạo vật liệu bạc nano chất mang để ứng dụng vào y học cơng nghệ mơi trƣờng với vai trị tác nhân kháng nấm, kháng khuẩn hiệu Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 69 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Bùi Duy Du (2009), "Nghiên cứu chế tạo keo bạc nano xạ gamma Co 60 số ứng dụng chúng y học nông nghiệp", Luận án Tiến sĩ, Đại học Quốc Gia, Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên [2] Vũ Trung Hiếu, Bùi Duy Cam, Lê Thị Hoài Nam, Nguyễn Thị Huệ, (2008)," Xử lý Asen Mangan nước sinh hoạt phương pháp hấp phụ vật liệu quặng Mangan dioxit tự nhiên Diatomit tự nhiên", Tạp chí phân tích Hóa lý sinh học, Tập 13, Tr 3-7, số [3] Nguyễn Đức Nghĩa (2009) "Polyme chức vật liệu lai cấu trúc nano" Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ [4] Phạm Ngọc Ngun, (2004), Giáo trình kỹ thuật phân tích vật lý, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội [5] Hoàng Anh Sơn, Võ Thành Phong, Trần Anh Tuấn (2007), "Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm màng lọc có tính sát khuẩn cao sử dụng xử lý nước sinh hoạt hộ gia đình từ compozit polyuretan/nano bạc", Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh [6] Nguyễn Kim Trƣờng (2006), "Hơn 1,5 triệu trẻ em chết năm thiếu nước sạch" TC Phổ biến kiến thức (82): Tiếng anh [7] Adsorbents: Fundamentals and Applications, (2003), Eds: Ralph T Yang, Dwight F Benton, John Wiley & Sons, Inc., Publication [8] Ales Panacek, Libor Kvitek, Robert Prucek, Milan Kolar, Renata Vecerova, Nadezda Pizurova, Virender K Sharma, Tatjana Nevecna, and Radek Zboril (2006), "Silver colloid nanoparticles: synthesis, characterization, and their antibacterial activity", J Phys Chem B 110 p 16248 – 16253 [9] Badr Y, Mahmoud M.A (2006), "Enhancement of the optical propertied of poly vinyl alcohol by doping with silver nanoparticles", J Appl Polym Sci., 99, pp 3608 - Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 70 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết 3614 [10] Bogle K A, Dhole S D, Bhoraskar V N (2006), "Silver nanoparticles: synthesis and size control by electron irradiation", Nanotechnology, 17, pp 3204 – 3208 [11] Chang Young Kim, Byung Moo Kim, Sung Hoon Jeong and Sung-Chul Yi (2006), "Effect of sodium carbonate on the formation of colloidal silver particles by a reduction reaction of silver ions with PVP", Journal of Ceramic Processing Research Vol 7, No 3, pp 241 - 244 [12] Douglas Roberto Monteiro, Luiz Fernando Gorup, Aline Satie Takamiya, Adhemar Colla Ruvollo-Filho, Emerson Rodrigues de Camargo, Debora Barros Barbosa (2009), "The growing importance of materials that prevent microbial adhesion: antimicrobial effect of medical devices containing silver", International Journal of Antimicrobial Agents 34, pp 103 – 110 [13] Gautam A, Singh.G.B, Ram S (2007), "A simple polyol synthesis of silver metal nanopowder of uniform particles", Synthetic Metals, Vol.157 (1), pp - 10 [14] G Carotenuto, Appl Organnometal Chem., 15, 344 (2001) [15] H T Ha, H A Son, N Q Buu et al (2006) Study on preparation and antibacterrial properties of nano silver coating composites Proc of Intern 1st WOFMs and 3rd WONPNT, Dec 6-9, 2006, 462- 466 Halong City, Vietnam [16] Henglein A (1998), Colloidal silver nanoparticles: Photochemical preparation and interaction with O2, CCl4 and some metal ions, Chem Mater., 10, pp.444 – 450 [17] H H Huang, X P Ni, G L Loy, C H Chew, K L Tan, F C Loh, J F Deng, and G Q Xu, Langmuir, 12, 909 (1996) [18] http://areeweb.polito.it/ricerca/carbongroup/fac_fesem.html [19].http://thanhoattinh.vn/nd3/Than-hoat-tinh -Cau-tao,-tinh-nang-va-tac-dung-.ht ml [20] http://www.vnexpress.net/GL/Khoa-hoc/Ky-thuat-moi/2009/08/3BA121403 [21] Irshad A Wani, et al., "Silver nanoparticles: Ultrasonic wave assisted synthesis, optical characterization and surface area stusies" Materials Letters 65 (2011) 520-522 [22] J Chen, A M Rao, S Lyuksyutov, M E Itkis, M A Hamon, H Hu, R W Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 71 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Cohn, P C Eklund, D T Colbert, R E Smally, R C Haddon, (2001) Dissolution of full-lengh singe-walled carbonnanotube, Phys Chem B, 105, pp 2525-2530 [23] Jiahui Huang, Gong Li, Shuijie Wu, and et.all., (2005), Synthesis, Characterization and Catalytic of Cubic Ia3d and Hexagonal P6mm Mesoporous Aluminosilicates with enhanced Acidity, J Mater Chem., 15, pP 1005-1060 [24] Jiang H, et al (2006), "Variable frequency microwave synthesis of silver nanoparticles", J Nanopart Res., 8, pp 117 - 124 [25] Jun Sung Kim, Eunye Kuk, Kyeong Nam Yu, Jong-Ho Kim, Sung Jin Park, Hu Jang Lee, So Hyun Kim, Young Kyung Park, Yong Ho Park, Cheol-Yong Hwang, Yong-Kwon Kim, Yoon-Sik Lee, Dae Hong Jeong, Myung-Haing Cho.,(2007), Antimicrobial effects of silver nanoparticles Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 3, 95– 101 [26] Kenneth S.Suslick (1994), "The chemistry of ultrasound", the Yearbook of Science & the Future, pp 138-155 [27] Khanna B K, Gokhale R, Subbarao V S (2004), "Poly(vinyl pyrrolidone) coated silver nano powder via displacement reaction", J Mater Sci., 39, pp 3773 – 3776 [28] Lee D K, Kang Y S (2004), "Synthesis of silver nanocrystallites by a new thermal decomposition method and their characterization", ETRI Journal, Vol 26, 3, pp 252 – 256 [29] Mahendra Rai*, Alka Yadav, Aniket Gade (2009), "Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials", Biotechnology advances 27, pp 76 – 83 [30] Manab Mallik, R K Mandal., (2008), "Effect of vảiation of PVP/PVA weight ratio on the behaviour of nanocrystalline silver" Indian Journal of Engineering and material Sciences Vol 15, pp.425-428 [31] Nhi T T Y., Thien D T., Tuyen N V (2006) Synthesis of nano silver-β-chitozan toward finding microbial active materials Proc of Intern 1st WOFMs and 3rd WONPNT, Dec 6-9, 2006, 32-35 Halong City, Vietnam [32] Prashant Jain, T Pradeep, "Potential of silver nanoparticle-coated polyurethane foam as an antibacterial water filter", Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com) Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 72 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết DOI: 10.1002/bit.20368 [33] Qilin Li, Shaily Mahendra, Delina Y Lyon, Lena Brunet, Michael V Liga, Dong Li, Pedro J.J Alvarez.(2008) Antimicrobial nanomaterials for water disinfection and microbial control: Potential applications and implications Water research 42 (2008) 4591 – 4602 [34] Ranjana S Varma, D.C Kothari, R Tewari (2009), "Nano-composite soda lime silicate glass prepared using silver ion exchange", Journal of Non-crystalline Solids 355, pp 1246 - 1251 [35] Shaojun Miao, et al.,(2004), " Effect of Ag+ cations on Nonoxidative Activation of methane to C2-Hydrocarbons" J.Phys Chem , 108, 17866-17871 [36] Solomon, S.D.,et al.,(2007), synthesis and study of silver nanoparticles Journal of Chemical Education, 84(2): p 322-325 [37] Taneja B, Ayyub B, Chandra R (2002), "Size dependence of the optical spectrum in nanocrystalline silver", Physical Review B, Vol 65, pp 245412.1 – [38] Thang HV, Huang Q, Eic' M, On DT, and Kaliaguine S Adsorption of C7 Hydrocacbons on Biporous SBA-15 Mezoporous Silica Langmuir 2005;21:5094-5101 [39] Virender K Sharma, Ria A Yngard, Yekaterina Lin (2009), "Silver nanoparticles: Green Synthesis and their antimicrobial activities", Advances in Colloid and Interface Science 145, pp 83 – 96 [40] Wang, H., Qiao, X., Chen, J., Wang, X., and Ding, S.(2005) Mechanisms of pvp in the preparation of silver nanoparticles.Science Direct [41] Yang, 1997, in lại từ Ralph T Yang, Dwight F Benton, John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2003, Ch.5 [42] Yaohui Lv, Hong Liu, Zhen Wang, Shujiang Liu, Lujiang Hao, Yuanhua Sang, Duo Liu, Jiyang Wang, R.I Boughton (2009), "Silver nanoparticle-decorated porous ceramic composite for water treatment", Journal of Membrane Science 331, pp 50 – 56 [43] Yin B, et al (2003), "Electrochemical synthesis of silver nanoparticles under protection of poly(N-vinylpyrrolidone)", J Phys Chem B, 107, pp 8898 - 8904 Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 73 Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết [44] Yu-Chieh Lu, Kan-Sen Chou (2008), "A simple and effective route for the synthesis of nano-silver colloidal dispersions", Journal of the Chinese Institute of Chemical Engineers 39, pp 673 – 678 [45] Y.Zhou, C.Y.Wang, H.J.Liu, Y.R Zhu,Y.Z Chen (1999), "Preparation and study of Ag-TiO2 hybrid nanoparticles of core-shell structure", Department of chemistry, Structure research laboratory, University of science and technology of china, Hefei, Anhui 230026, PR China Received december 1998 in revised from 12 August 1999 [46] Zheng Min, et al., "Preparation of silver nanoparticle via active template under ultrasonic" Trans Nonferrous Met Soc China 16(2006) 1348-1352 [47] Zhenzi Jing, Hirotaka, Koji Ioku, and Emile H Ishida, (2007), Hydrothermal Synthesis of Mesoporous Marerials from Diatomaceous Earth, J AIChE, 53 (8), PP.2114-2122 Trần Thị Bích Hạnh Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 74 Luận văn thạc sỹ Trần Thị Bích Hạnh Chun ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam 75 ... 57 3.3 Khảo sát đánh giá khả diệt khuẩn vật liệu nano bạc mang than hoạt tính5 8 3.3.1 Kết khảo sát đánh giá khả diệt khuẩn E.coli mẫu vật liệu 58 3.3.2 Kết khảo sát đánh khả diệt khuẩn Coliforms... lĩnh vực nghiên cứu mẻ gần đƣợc quan tâm Do chọn đề tài nghiên cứu luận văn là: "Nghiên cứu tổng hợp đánh giá khả khử khuẩn vật liệu nano bạc mang than hoạt tính' ' Mục tiêu đề tài tổng hợp bạc có... chế tạo vật liệu nano bạc mang than hoạt tính Các mẫu vật liệu tổng hợp đƣợc liệt kê bảng sau: Bảng 3.1: Các mẫu vật liệu nano bạc mang than hoạt tính tổng hợp Nồng độ bạc Mẫu vật liệu (% khối lƣợng