Nghiên cứu tổng hợp hạt nano đồng bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quế và ứng dụng làm chất xúc tác quang phân hủy xanh metylen

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐỖ THỊ ÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO ĐỒNG BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ HÚNG QUẾ VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY XANH METYLEN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐỖ THỊ ÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO ĐỒNG BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ HÚNG QUẾ VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY XANH METYLEN Chuyên ngành : Hóa hữu Mã số : 60 44 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ TỰ HẢI Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nêu luận văn thực hướng dẫn trực tiếp thầy giáo PGS.TS Lê Tự Hải Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Đỗ Thị Ái Nguyên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1 Nguồn gốc khái niệm công nghệ nano 1.1.2 Cơ sở khoa học công nghệ nano 1.1.3 Vật liệu nano 1.1.4 Đặc điểm tính chất vật liệu nano 1.1.5 Ứng dụng vật liệu nano 10 1.1.6 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 15 1.2 HẠT NANO ĐỒNG 18 1.2.1 Giới thiệu đồng kim loại 18 1.2.2 Giới thiệu hạt nano đồng 21 1.2.3 Các phương pháp chế tạo hạt nano đồng 22 1.2.4 Tính chất hạt nano đồng 27 1.2.5 Ứng dụng hạt nano đồng 30 1.3 TỔNG QUAN VỀ CÂY HÚNG QUẾ 33 1.4 GIỚI THIỆU VỀ XANH METYLEN 34 1.4.1 Cấu trúc hóa học, đặc tính xanh metylen 34 1.4.2 Lịch sử nghiên cứu 35 1.4.3 Ứng dụng 36 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 37 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 37 2.1.1 Nguyên liệu 37 2.1.2 Dụng cụ hóa chất 37 2.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ HÚNG QUẾ 38 2.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO ĐỒNG 38 2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO ĐỒNG 38 2.4.1 Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) 38 2.4.2 Kính hiển vi điện tử truyền (TEM) 40 2.4.3 Phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 42 2.4.4 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 44 2.5 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HẠT NANO ĐỒNG 46 2.6 PHƯƠNG PHÁP THỬ KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG CỦA DUNG DỊCH KEO NANO ĐỒNG 47 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ HÚNG QUẾ 48 3.1.1 Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng 48 3.1.2 Khảo sát thời gian chiết 49 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO ĐỒNG 51 3.2.1 Khảo sát nhiệt độ tạo nano đồng 51 3.2.2 Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết húng quế 52 3.2.3 Khảo sát pH môi trường tạo nano đồng 53 3.2.4 Khảo sát nồng độ dung dịch đồng sunfat 55 3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO ĐỒNG 57 3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG CỦA NANO ĐỒNG 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano hình cầu 1.2 Kích thước tới hạn số tính chất vật liệu 1.3 Một số số vật lý đồng 19 3.1 Giá trị mật độ quang đo mẫu theo tỉ lệ rắn /lỏng 49 3.2 Giá trị mật độ quang đo mẫu theo thời gian chiết 50 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình tạo nano đồng 52 3.4 Giá trị mật độ quang đo mẫu theo tỉ lệ dịch chiết/dung dịch CuSO4 53 3.5 Giá trị mật độ quang đo mẫu theo pH 54 3.6 Giá trị mật độ quang đo mẫu theo nồng độ CuSO4 56 3.7 Giá trị mật độ quang đo mẫu thời gian phân hủy xanh metylen 60 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 1.1 Hạt nano vàng sử dụng truyền dẫn thuốc 11 1.2 Cơ chế tạo hạt nano kim loại từ vi sinh vật 17 1.3 Cấu trúc tinh thể đồng 18 1.4 Cấu hình electron đồng 19 1.5 Cơ chế diệt khuẩn hạt nano đồng 22 1.6 Hệ thống mô tả giai đoạn phương pháp điện hóa 24 1.7 1.8 1.9 Sự phân bố nguyên tử bề mặt so với tổng nguyên tử có hạt Phản ứng Ullmann sử dụng nano đồng làm chất xúc tác Máy in phun công nghiệp mực in nano đồng phát triển Samsung Electro-Mechanics 29 30 31 Hơi nước gặp bề mặt Cu/C tạo dãy màu sắc (c-f) 1.10 ethanol tiếp xúc với bề mặt Cu/C tạo dãy màu sắc 32 (a-b) 1.11 Lưới lọc nano đồng sử dụng máy điều hịa khơng khí hệ 32 Hình ảnh chụp hạt nano đồng tương tác lên tế bào 1.12 vi khuẩn, phá vỡ cấu trúc màng tế bào vi khuẩn 33 tiêu diệt chúng 1.13 Lá húng quế 34 1.14 Xanh metylen 35 1.15 Công thức cấu tạo xanh metylen 35 2.1 Lá húng quế Hòa Phước, Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng 37 2.2 Sơ đồ máy UV-VIS 39 2.3 Máy UV-VIS Máy UV-VIS LAMBDA 25 hãng PerkinElmer 39 2.4 Kính hiển vi điện tử truyền 40 2.5 Cấu tạo súng phóng điện tử 41 2.6 Ảnh TEM hạt nano đồng 42 2.7 Thiết bị sử dụng kĩ thuật EDX Viện dịch tể Trung Ương 43 2.8 Ảnh EDX mẫu nano đồng 43 Hiện tượng tia X nhiễu xạ mặt tinh thể chất 2.9 rắn, tính tuần hồn dẫn đến việc mặt tinh thể đóng vai 44 trị cách tử nhiễu xạ 2.10 Máy nhiễu xạ tia X D8 Advance - Bruker 45 2.11 Ảnh XRD mẫu nano đồng 45 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ rắn/lỏng đến trình tạo nano đồng Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian chiết đến trình tạo nano đồng Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đến trình tạo nano đồng Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ thể tích dịch chiết đến q trình tạo nano đồng Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH môi trường đến trình tạo nano đồng Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ dung dịch CuSO4 đến trình tạo nano đồng 48 50 51 53 54 56 3.7 Ảnh TEM mẫu nano đồng tổng hợp 57 3.8 Phổ EDX mẫu nano đồng tổng hợp 58 3.9 Phổ XRD mẫu nano đồng tổng hợp 58 3.10 Dung dịch xanh metylen phân hủy thời gian khác 59 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EDX Phổ tán sắc lượng tia X TEM Kính hiển vi điện tử truyền UV-VIS Quang phổ hấp thụ phân tử XRD Phổ nhiễu xạ tia X MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nếu Thế kỷ 20 coi cách mạng công nghệ thơng tin Thế kỷ 21 thuộc cơng nghệ nano [49] Công nghệ nano tạo nhiều điều kỳ diệu người ta xem cách mạng Thế kỷ 21 Các hạt nano kim loại thu hút nhiều quan tâm tính chất đặc biệt quang học, điện, từ, hóa học từ hiệu ứng bề mặt kích thước nhỏ chúng Ý tưởng công nghệ nano đưa nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959 Và đến năm 1974 bắt đầu sử dụng Nario Tamiguchi – nhà nghiên cứu trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập đến khả chế tạo cấu trúc vi hình vi mạch điện tử Cho đến nay, công nghệ nano giới phát triển vượt bậc, kể đến số cường quốc công nghệ Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga số nước Châu Âu,… tạo ứng dụng vô kì diệu làm thay đổi sống người, đồng thời giải vấn đề nan giải lượng, môi trường, sinh học, y học… [11] Ở Việt Nam, tiếp cận với công nghệ nano năm gần có chuyển biến tích cực Cơng nghệ nano nghiên cứu cấp quốc gia với hy vọng công nghệ giải toán lớn đặt cho nhân loại môi trường, an ninh lượng, an ninh lương thực, vv… Trong hạt nano kim loại, Nano Đồng (Cu) ý khả dẫn điện nhiệt, tính chất từ, quang học hoạt tính xúc tác…Với tính chất nên nano Cu có nhiều khả ứng dụng lĩnh vực như: sử dụng làm chất gia cường công nghệ polymer, keo hay lớp phủ kim loại, công nghiệp điện, điện tử, xúc tác quang học, hay lĩnh vực sinh học - y học hoạt tính diệt khuẩn mạnh Đặc biệt, số lượng vi khuẩn kháng thuốc ngày nhiều 66 nanoparticles”, Chemical Physics Letters, 355, 383-387 [29] Su-Yuan Xie, Zhi-Jie Ma, Chun-Fang Wang, Shui-Chao Lin, Zhi-Yuan Jiang, Rong-Bin Huang, Lan-Sun Zheng (2004), “Preparation and selfassembly of copper nanoparticles via discharge of copper rod electrodes in a surfactant solution: a combination of physical and chemical processes”, Journal of Solid State Chemistry, 177, 3743-3747 [30] T Theivasanthi and M Alagar, “Studies of copper nanoparticles effects on micro-organisms”, Centrer for Research P.G.Department of Physics, Ayya Nadar Janaki Ammal College, Sivakasi-626124, Tamilnadu, India [31] Vasudev D Kulkarni, Pramod S Kulkarni (2013), “Green Synthesis of copper nanoparticles using Ocimum Sanctum leaf extract”, International Journal of Chemical Studies, vol No [32] Venkata Pavani, Nandigam Srujana, Guntur Preethi, Tandale Swati “Synthesis of copper nanoparticles by Aspergillus species”, Department of Biotechnology, Gokaraju Rangaraju Institute of Engineering and Technology, Bachupally, Hydeabad India [33] V V Makarov, A.J Love, O.V Sinitsyna, S.S Makarova, I.V Yaminsky, M.E Taliansky, N.O Kalinina (2014), “Green nanotechnologies: Synthesis of metal nanoparticles using plants”, Acta Naturae, vol 6, No (20) [34] Xian-Ming Liu, Shao-Bin Miao, Bao-Ming Ji (2007), “Fabrication of novel Cu microspheres assembled with nanoparticles by a solvothermal reduction route”, Journal of Physics and chemistry of Solids, 68, 13751379 [35] Xifeng Zhang, Xiaonong Cheng, Hengbo Yin, Jian Yuan, Chi Xu (2008), “Preparation of needdle shaped nano-copper by microwave-assisted water system and study on its application of enhanced epoxy resin coating electrical conductivity”, Applied Surface Science, 254, 57575759 [36] Yixia Zhang, Dapeng Zhang, Yifei Kong, Xiansong Wang, Omar Pandoli, 67 Guo Gao(2010), “Synergetic antibacterial effects of silver nanoparticles@Aloe Vera prepared via a green method”, Nano Biomed Eng, 2(4), 252-257 [37] Yong Cai Zhang, Gui Yun Wang, Xiao Ya Hu, Rong Xing (2005), “Preparation of submicrometer-sized copper and silver crystallites by a facile solvothermal complexation-reduction route”, Journal of Solid State Chemistry, 178, 1609-1613 [38] Young Hwan Kim, Don Keun Lee, Beong Gi Jo, Ji Hean Jeong, Young Soo Kang (2006), “Synthesis of oleate capped Cu nanoparticles by thermal decomposittion”, Colloids and Surface A: Physicochem Eng Aspects, 284-285, 364-368 [39] Y Suresh, S Annapurna, A.K Singh, G.Bhikshamaiah (2014), “Green synthesis and characterization of Tea decoction stabilized copper nanoparticles”, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Vol.3, Issue [40] http://en.wikipedia.org/wiki/Antimicrobial_properties_of_copper [41] http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-hien-dai/vat-lieu-moi/2-hatnano-kim-loai.html [42] http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-hien-dai/vat-lieu-nano/1779xop-nano-duoc-su-dung-de-hut-cac-chat-doc-trong-mau.html [43] http://www.hoahocngaynay.com/vi/phat-trien-ben-vung/hoa-hoc-va-moitruong /64 -cong-nghe-nano-va-cach-mang-xanh.html [44] http://vi.wikipedia.org/wiki/cơng_nghệ_nano [45] http://vi.wikipedia.org/wiki/Kính_hiển_vi_điện_tử_qt [46] https://www.2lua.vn/article/gioi-thieu-cay-hung-que-2557.html [47] http://batraifarm.com/cong-nghe-va-ung-dung-cua-nano/ [48] https://www.google.com.vn/search?q=NANO+CU&source [49] http://vietnamnet.vn/khoahoc/vande/2006/01/530503/ ... khử dịch chiết nước húng quế 4.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp nano đồng tác nhân khử dịch chiết nước húng quế - Nghiên cứu khả nano đồng tổng hợp làm chất xúc tác quang phân hủy xanh. .. “NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO ĐỒNG BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ HÚNG QUẾ VÀ ỨNG DỤNG XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY XANH METYLEN? ?? Tổng quan tài liệu Việc chế tạo nano đồng tập trung nghiên cứu. .. ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐỖ THỊ ÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO ĐỒNG BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ HÚNG QUẾ VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY XANH METYLEN Chuyên ngành : Hóa hữu Mã