Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano fe3o4 đính chitosan từ dịch chiết từ lá ổi và dung dịch Fe(NO3)3

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - TRẦN THỊ KIM ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Fe3O4 ĐÍNH CHITOSAN TỪ DỊCH CHIẾT LÁ ỔI VÀ DUNG DỊCH Fe(NO3)3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC ĐÀ NẴNG, NĂM 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - TRẦN THỊ KIM ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Fe3O4 ĐÍNH CHITOSAN TỪ DỊCH CHIẾT LÁ ỔI VÀ DUNG DỊCH Fe(NO3)3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS.VŨ THỊ DUYÊN ĐÀ NẴNG, NĂM 2020 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Đối tượng mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 HẠT NANO OXIT SẮT TỪ 1.1.1 Giới thiệu oxit sắt từ 1.1.2 Tính siêu thuận từ hạt nano oxit sắt từ 1.1.3 Phương pháp điều chế hạt nano oxit sắt từ 1.1.4 Ứng dụng hạt nano sắt từ 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÂY ỔI 1.2.1 Giới thiệu ổi 1.2.2 Thành phần hóa học ổi 10 1.2.3 Tannin ổi 10 1.3 TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN 12 1.3.1 Cấu trúc tính chất chitosan 12 1.3.2 Ứng dụng chitosan 13 CHƯƠNG 15 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 15 2.1.1 Nguyên liệu 15 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 16 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.2.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết ổi 16 2.2.2 Xác định thành phần chất có dịch chiết ổi 17 2.2.3 Tổng hợp nano oxit sắt từ (Fe3O4NP) 18 2.2.4 Biến tính bề mặt vật liệu Fe3O4NP chitosan 18 2.2.5 Xác định đặc trưng vật liệu 19 2.2.6 Thử khả hấp phụ curcumin lên bề mặt vật liệu 24 CHƯƠNG 25 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ ỔI 25 3.1.1 Khảo sát thời gian chiết 25 3.1.2 Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng 27 3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG DỊCH CHIẾT LÁ ỔI 29 3.2.1 Kết xác định thành phần hóa học dịch chiết nước ổi 29 3.2.2 Kết xác định thành phần hóa học dịch chiết ổi với dung môi etanol 33 3.3 KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO OXIT SẮT TỪ (Fe3O4NP Fe3O4NP-CS) 37 3.4 THỬ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CURCUMIN LÊN TRÊN BỀ MẶT VẬT LIỆU 42 3.4.1 Xây dựng đường chuẩn curcumin 42 3.4.2 Thử khả hấp phụ dung dịch curcumin Fe3O4NP Fe3O4NP-CS 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Vũ Thị Duyênngười trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo, động viên tạo điều kiện tốt để em hồn thành khóa luận Suốt năm học tập khoa Hóa- Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng, em tiếp thu nhiều kiến thức kinh nghiệm bổ ích để trang bị cho đường tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy cô ngồi khoa, người ln ân cần, nhiệt huyết bảo hỗ trợ chúng em nhiều trình học tập Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình ln điểm tựa, ln động viên, khuyến khích em gặp khó khăn Em xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè ln bên cạnh giúp đỡ, trao đổi kiến thức em, đưa lời khun hữu ích Vì thời gian khả có hạn nên khóa luận khơng tránh thiếu sót, em mong nhận đóng góp chân thành thầy bạn để khóa luận hồn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày tháng năm 2020 Sinh Viên Trần Thị Kim Anh i DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang bảng Bảng Kết chuẩn độ định lượng chất khử dịch chiết ổi 25 theo thời gian chiết Bảng Kết chuẩn độ định lượng chất khử dịch chiết ổi 27 theo tỉ lệ rắn/lỏng Bảng 3 Định danh chất hữu chiết dung môi n- 29 hexan Bảng Định danh chất hữu chiết dung môi 30 clorofom Bảng Định danh chất hữu chiết dung môi 31 etylaxetat Bảng Định danh chất hữu chiết dung môi etanol 32 Bảng Mật độ quang dung dịch curcumin nồng độ khác 41 bước sóng 427 nm Bảng Hiệu suất (H%) dung lượng hấp phụ (q) curcumin 44 vật liệu Fe3O4NP Fe3O4NP-CS ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Trang Hình 1 Cấu trúc tinh thể ferit Hình Tính siêu thuận từ hạt nano oxit sắt từ Hình Cây ổi Hình Cơng thức cấu tạo Tanin Hình Cấu trúc chitosan 11 Hình Sơ đồ chuyển hóa chitin thành chitosan 11 Hình Lá ổi sau rửa để nước 14 Hình 2 Lấy mẫu ổi 14 Hình Hình ảnh nhiễu xạ tia X 19 Hình Phổ kế IR 21 Hình Sự thay đổi màu sắc dung dịch theo thời gian chiết 24 Hình Đồ thị phụ thuộc hàm lượng chất khử 1L dịch 26 chiết nước ổi tính theo số mol KmnO4 vào thời gian chiết Hình 3 Sự thay đổi màu sắc dung dịch theo tỉ lệ rắn/lỏng Hình Đồ thị phụ thuộc hàm lượng chất khử 1L dịch 28 chiết nước ổi tính theo số mol KMnO4 vào khối lượng ổi /200mL nước Hình Thử độ từ tính mẫu vật liệu nam châm vĩnh cửu 37 Hình Kết đo XRD mẫu nano oxit sắt từ Fe3O4NP 38 Fe3O4NP-CS Hình Kết đo TEM mẫu nano oxit sắt từ Fe3O4NP 39 Fe3O4NP-CS Hình Phổ IR nano oxit sắt từ Fe3O4NP Fe3O4NP-CS Hình Kết đo SEM mẫu nano oxit sắt từ Fe3O4NP 40 Fe3O4NP-CS 27 39 iii Hình 10 Đường chuẩn dung dịch curcumin Hình 11 Hiệu suất hấp phụ curcumin Fe3O4NP Fe3O4NP-CS 44 41 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EDX Phổ tán sắc lượng tia X FTIR Phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier SEM Phương pháp đo hiển vi điện tử quét TEM Phương pháp đo hiển vi điện tử truyền qua UV – VIS Quang phổ hấp thụ phân tử XRD Phổ nhiễu xạ tia X ADN Axit Deoxyribo Nucleic (Phân tử acid nucleic) AFM Kính hiển vi lực nguyên tử FM Sắt từ PM Thuận từ SPM Siêu thuận từ Fe3O4NP Nano oxit sắt từ Fe3O4 Fe3O4NP-CS Nano oxit sắt từ Fe3O4 đính chitosan v Kết phân tích nhiễu xạ tia X - XRD hạt nano oxit sắt từ (Hình 3.6) cho thấy có xuất peak đặc trưng 2𝜃 30,1o; 35,5°; 43,3°; 53,6o; 57,3°; 62,7o tương ứng với mặt mạng (220), (311), (400), (422), (511), (440) thuộc cấu trúc spinel đảo tinh thể Fe3O4 Như chứng tỏ cách sử dụng dịch chiết nước ổi dung dịch Fe(NO3)3 thu tinh thể Fe3O4 Các peak tín hiệu với đường chân rộng, điều chứng tỏ hạt tạo thành có kích thước nhỏ Hình 6:Kết đo XRD mẫu nano oxit sắt từ Fe3O4NP Fe3O4NP-CS Sau bọc chitosan phổ XRD oxit sắt từ không thay đổi, peak đặc trưng xuất tương ứng góc 2𝜃 Điều cho thấy q trình bọc chitosan khơng làm ảnh hưởng đến pha hạt Fe3O4NP Kết hình ảnh đo TEM cho thấy vật liệu có dạng hình cầu, kích thước hạt tương đối đồng nằm khoảng từ 10 nm đến 15 nm 39 Hình 7: Kết đo TEM mẫu nano oxit sắt từ Fe3O4NP Fe3O4NP-CS Kết đo phổ IR hai mẫu Fe3O4NP Fe3O4NP-CS thể Hình 3.8 Hình 8: Phổ IR nano oxit sắt từ Fe3O4NP Fe3O4NP-CS Kết đo phổ hồng ngoại hạt nano oxit sắt từ (Fe3O4NP) cho thấy có xuất dải tín hiệu số sóng thấp (từ khoảng 500 cm-1 đến 700 cm-1) liên quan đến dao động liên kết Fe-O oxit sắt với peak đặc trưng Fe3O4 40 khoảng 444 cm-1 564 cm-1 Ngoài cịn có dao động kéo giãn dao động biến dạng nhóm O-H nước hấp phụ lên bề mặt hạt sắt từ xuất số sóng 3445 cm-1 1622 cm-1 Tín hiệu số sóng 1133 cm-1 1056 cm-1 đặc trưng cho dao động kéo giãn nhóm C-O hợp chất chất hữu dịch chiết bọc bên hạt nano oxit Đối với mẫu Fe3O4NP-CS xuất peak liên quan đến dao động liên kết Fe-O vùng số sóng thấp, cường độ nhỏ nhiều Bên cạnh phổ IR Fe3O4NP-CS xuất thêm peak số sóng 2925 cm-1 liên quan đến dao động kéo giãn N-H chitosan Hai peak 892 cm-1 797 cm-1 khơng có phổ IR chitosan Fe3O4 liên quan đến liên kết Fe chitosan Điều chứng tỏ sản phẩm tạo hạt oxit sắt từ phân tử chitosan đính lên bề mặt hạt nano Fe3O4 Kết chụp SEM vật liệu thể Hình 3.9 Hình 9: Kết đo SEM mẫu nano oxit sắt từ Fe3O4NP Fe3O4NP-CS Kết hình ảnh đo SEM cho thấy trước sau đính chitosan lên bề mặt vật liệu có thay đổi rõ ràng bề mặt vật liệu Trước phủ chitosan, bề mặt vật liệu lồi lõm, sau bọc chitosan ta thấy bề mặt vật liệu trở nên tương đối đồng Sự khác đặc điểm bề mặt dự đoán khả hấp phụ khác hai loại vật liệu tổng hợp 41 3.4 THỬ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CURCUMIN LÊN TRÊN BỀ MẶT VẬT LIỆU 3.4.1 Xây dựng đường chuẩn curcumin Tiến hành đo UV-VIS thay đổi mật độ quang dung dịch curcumin có nồng độ biến thiên từ 1-10 ppm bước sóng 427 nm, ta thu kết Bảng 3.7 Bảng 7:Mật độ quang dung dịch curcumin nồng độ khác bước sóng 427 nm C, ppm 10 A 0,0940 0.1275 0,1923 0,2852 0,3290 0,3809 Từ Bảng 3.7, ta xây dựng đường chuẩn curcumin là: A = 0,0327C + 0,0657 Trong đó: A mật độ quang C nồng độ dung dịch curcumin 0.5 y = 0.0327x + 0.0657 R² = 0.9889 A 0.4 0.3 0.2 0.1 C(ppm) 0 10 12 Hình 10: Đường chuẩn dung dịch curcumin 42 3.4.2 Thử khả hấp phụ dung dịch curcumin Fe3O4NP Fe3O4NP-CS Để thử so sánh khả hấp phụ curcumin hai loại vật liệu tổng hợp Fe3O4NP Fe3O4NP-CS, cố định thông số sau: - Thời gian hấp phụ: 30 phút - Nhiệt độ hấp phụ: nhiệt độ phịng - Thể tích dung dịch curcumin: 25 mL - Khối lượng vật liệu Fe3O4NP: 0,01 g - Khối lượng vật liệu Fe3O4NP-CS: 0,01 g - Nồng độ dung dịch curcumin: 40 ppm Khả hấp phụ curcumin hai loại vật liệu tổng hợp Fe3O4NP Fe3O4NP-CS thể qua Bảng 3.8 Hình 3.11 Bảng 8:Hiệu suất (H%) dung lượng hấp phụ (q) curcumin vật liệu Fe3O4NP Fe3O4NP-CS STT Loại vật liệu C0, ppm A C, ppm H% q (mg/g) Fe3O4NP 40 0,3674 9,2263 76,93 76,93 Fe3O4NP-CS 40 0,1655 3,0520 92,37 93,27 100 H% 80 60 40 20 Fe3O4NP Fe3O4NP-CS Hình 11:Hiệu suất hấp phụ curcumin Fe3O4NP Fe3O4NP-CS 43 Kết thử nghiệm cho thấy hai loại vật liệu Fe3O4NP Fe3O4NP-CS có khả hấp phụ tốt curcumin Ở điều kiện, khả hấp phụ curcumin nano oxit sắt từ đính chitosan tốt đáng kể so với nano oxit sắt từ chưa biến tính Hiệu suất hấp phụ curcumin nano oxit sắt từ đạt 76,93% (dung lượng hấp phụ 76,93 mg/g), nano oxit sắt từ đính chitosan cho hiệu suất hấp phụ curcumin 93,27% (dung lượng hấp phụ 92,37 mg/g) Sự khác khả hấp phụ curcumin Fe3O4NP Fe3O4NP-CS giải thích việc đính chitosan lên bề mặt vật liệu làm tăng diện tích tiếp xúc số lượng tâm hấp phụ Fe3O4NP-CS hấp phụ tốt Fe3O4NP 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trên sở nội dung kết thu đề tài, tơi có kết luận sau: Đã khảo sát tìm điều kiện thích hợp chiết ổi cho hàm lượng chất khử cao nhất: - Thời gian chiết: 25 phút - Tỉ lệ rắn / lỏng: 20 gam ổi / 200 mL nước Đã định danh 15 hợp chất dịch chiết nước ổi (7 hợp chất dung môi n-hexan; hợp chất dung môi clorofom; hợp chất dung môi etyl axetat) 23 hợp chất dịch chiết dung môi etanol Trong hợp chất định danh có nhiều hợp chất với nhóm chức anđehit, poli phenol…có khả khử Fe3+ thành Fe2+ Từ dịch chiết ổi dung dịch Fe(NO3)3 tổng hợp keo nano oxit sắt từ (Fe3O4 NP) nano oxit sắt từ đính chitosan (Fe3O4NP-CS) Kết chụp ảnh nhiễu xạ tia X ảnh hiển vi điện tử quét truyền qua chứng minh vật liệu tổng hợp tinh thể Fe3O4 với kích thước từ 10 nm đến 15 nm Sự có mặt chitosan bề mặt vật liệu không làm thay đổi cấu trúc pha vật liệu làm thay đổi đáng kể hình thái bề mặt chúng (SEM) Kết đo phổ IR chitosan không đơn bám lên bề mặt vật liệu mà có khả tạo liên kết hóa học với vật liệu Fe3O4 Thử khả hấp phụ curcumin lên bề mặt vật liệu nano oxit sắt từ tổng hợp Đã chứng minh hai loại vật liệu có khả hấp phụ tốt curcumin mơi trường nước, Fe3O4NP-CS có khả hấp phụ tốt Fe3O4NP 45 KIẾN NGHỊ Nano oxit sắt từ có nhiều ứng dụng sống cơng nghiệp Có nhiều phương pháp để tổng hợp nano oxit sắt từ tổng hợp nano oxit sắt từ đường sử dụng dịch chiết thực vật hướng nghiên cứu chưa khai thác rộng rãi nhiều loại thực vật Mặt khác Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên thực vật phong phú, đa dạng Trên sở nghiên cứu này, em kiến nghị tiếp tục nghiên cứu tổng hợp nano oxit sắt từ đường sử dụng dịch chiết thực vật sử dụng ổi, loại thân lớn… để tổng hợp nano oxit sắt từ Bởi đường an tồn, tốn Đặc biệt tạo hạt nano oxit sắt từ sạch, giá thành rẻ để ứng dụng lĩnh vực đời sống, đặc biệt ứng dụng y sinh học 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thị Dung (2007), Chế tạo nghiên cứu tính chất từ hạt nano Fe3O4 ứng dụng y sinh, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên cơng nghệ [2] Hồng Như Ngọc (2007), Nghiên cứu cố định enzyme glucose oxidase lên nano Fe3O4NP-CS đánh giá hoạt tính nó”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng [3] Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ cấu trúc nano điện từ học spin, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [4] PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải (2005), Chế tạo ứng dụng hạt nano oxit từ tính sinh học, Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI [5] Vương Thị Kim Oanh (2016), Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ hạt nano Fe3O4 chất lượng cao định hướng cho số ứng dụng y sinh, Học viện khoa học công nghệ [6] Trần Mậu Danh (2005), Chế tạo ứng dụng hạt nano từ tính y sinh, Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI [7] Trần Đại Lâm (2015), Vật liệu nano sinh học, Nhà xuất Khoa học tự nhiên công nghệ [8] Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2014), Giáo trình trồng chăm sóc ổi, Hà Nội [9] Nguyễn Thị Song Anh, Nghiên cứu xây dựng qui trình chiết & khảo sát hoạt tính kháng khuẩn cao ổi non trồng xã suối Nghệ, huyện Châu Đức, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, Bà Rịa- Vũng Tàu, 2019 [10] Ngô Đại Nghiệp (2013), Enzyme cố định ứng dụng, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Sinh học [11] Nguyễn Thị Ngọc Tú (2003), Nghiên cứu dùng vật liệu chitosan làm phụ gia thực phẩm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm 47 [12] Trần Thị Phương Thúy (2009), Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật lý lai tạo chitosan/oxit sắt ứng dụng hấp phụ Niken (II) xử lý nước thải chưa kim loại nặng, Trường Đại học Phương Đơng [13] Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lý hóa lý tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [14] Nguyễn Trần Nguyên (2017), Các phương pháp phổ ứng dụng hóa học, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng [15] Hồ Viết Quý (2007), Phân tích Lí – Hóa, Nhà xuất Giáo dục Hà Nội [16] Bùi Xn Vững (2013), Giáo trình Phân tích cơng cụ, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng [17] Từ Văn Mạc (2011), Phân tích hố lý – Phương pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Tài liệu tiếng anh [18] Sonia Maraya Tiquia-Arashiro and Debora F Rodrigues (2016), “Extremophiles: Applications in Nanotechnology”, Spring International Publishing [19] Inmaculad Aranaz, Marian Mengibar, Ruth Harris, Ines Panos, Beatriz Miralles, Niuris Acosta, Gemma Galed, Angles Heras, (2009), Function Characterization of chitin and chitosan, Current chemical Biology, 3, 200-230 [20] Elena – Lorena Salabas (2004), Structural and magnetic investigatons of magnetic nanoparticles and core-shell colloids, Der Universitat Duisburg [21] N H Hai, N D Phu, N H Luong, N Chau, H D Chinh, L H Hoang and D L Leslie-Pelecky, Mechanism for Sustainable Magnetic Nanoparticles under Ambient Conditions, J Korean Phys Soc., 52 (2008) 1327-1331 [22] Barry William Miller (2001), Synthesis and characterization of functionalized magnetic nanocomposite particles for targerting and retrival application [23] Chen, L.Y and Subirade, M (2005), Chitosan/ 𝛽-lactoglobulin core-shell nanoparticles as nutraceutical carriers, Biomaterials, 26, 6041-6053 48 PHỤ LỤC 1: Phổ GC-MS dịch chiết ổi dung môi n-hexan 49 PHỤ LỤC 2: Phổ GC-MS dịch chiết ổi dung môi chloroform 50 PHỤ LỤC 3: Phổ GC-MS dịch chiết ổi dung môi etylaxetat 51 52 PHỤ LỤC 4: Phổ GC-MS dịch chiết ổi dung môi ethanol 53 ... Fe3O4 đính chitosan tổng hợp từ dung dịch Fe(NO3)3 dịch chiết ổi 2.2 Mục đích nghiên cứu Tổng hợp vật liệu nano Fe3O4 đính chitosan từ dung dịch Fe(NO3)3 dịch chiết ổi Phương pháp nghiên cứu 3.1... Chính từ lý trên, em thực đề tài: ? ?Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano Fe3O4 đính chitosan từ dịch chiết từ ổi dung dịch Fe(NO3)3? ?? Đối tượng mục đích nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Hạt nano Fe3O4. .. ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - TRẦN THỊ KIM ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Fe3O4 ĐÍNH CHITOSAN TỪ DỊCH CHIẾT LÁ ỔI VÀ DUNG DỊCH Fe(NO3)3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC GIÁO VIÊN