0

Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp tổng hợp xanh

8 2 0
  • Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp tổng hợp xanh

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 25/11/2021, 08:55

Phương pháp tổng hợp xanh đã và đang được quan tâm đặc biệt nhằm tạo ra các sản phẩm nano thân thiện môi trường, không tác động có hại tới môi trường sống. Sử dụng dịch chiết quả chanh làm chất khử nhằm hóa khử dung dịch AgNO3 thành các hạt nano bạc (Ag) với sự hỗ trợ của sóng siêu âm là một nghiên cứu nhằm tạo ra các hạt nano bạc có kích thước từ 10 nm đến 30 nm. Các hạt nano Ag có tính chất hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt đặc trưng tại vị trí 407 nm hứa hẹn sẽ trở thành vật liệu có khả năng quang xúc tác mạnh, kháng khuẩn tốt. Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XANH Chu Tiến Dũng* Khoa Khoa học Cơ bản, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số Cầu Giấy, Hà Nội * Tác giả liên hệ: Email: Chutdung-vly@utc.edu.vn; Tóm tắt Phương pháp tổng hợp xanh quan tâm đặc biệt nhằm tạo sản phẩm nano thân thiện môi trường, khơng tác động có hại tới mơi trường sống Sử dụng dịch chiết chanh làm chất khử nhằm hoá khử dung dịch AgNO3 thành hạt nano bạc (Ag) với hỗ trợ sóng siêu âm nghiên cứu nhằm tạo hạt nano bạc có kích thước từ 10 nm đến 30 nm Các hạt nano Ag có tính chất hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt đặc trưng vị trí 407 nm hứa hẹn trở thành vật liệu có khả quang xúc tác mạnh, kháng khuẩn tốt Từ khóa: Phương pháp tổng hợp xanh, dịch chiết chanh, nano Ag, quang xúc tác MỞ ĐẦU Vật liệu nano kim loại quí (Ag, Au, Pt) hướng nghiên cứu thu hút nhiều nhà khoa học, kỹ sư vật liệu năm gần đa dạng, phong phú ứng dụng vật liệu mang lại nhiều lĩnh vực khác từ hàng hóa, thực phẩm, chăm sóc sức khỏe, y - sinh học đến xử lý ô nhiễm môi trường Các ứng dụng dựa tính chất đặc biệt hạt nano kim loại quí như: độ dẫn điện cao, độ dẫn nhiệt tốt, bền mặt hóa học, khả tương thích sinh học - mơi trường, đặc biệt tính chất quang với khả hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt cục (LSPR) tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) [1-4] Nghiên cứu Michael Faraday năm 1857 tác động trường điện từ ánh sáng kích thích đến tính chất quang hạt cầu kim loại (Au, Ag,…) ra: hạt cầu kim loại dung dịch phản xạ, tán xạ, hấp thụ chùm ánh sáng tới cho ánh kim (màu) khác phụ thuộc vào kích thước chúng [5] Tính chất hấp thụ quang học kim loại có chùm ánh sáng chiếu tới gọi hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt cục LSPR Plasmon trạng thái dao động plasma tập hợp điện tử dẫn với tần số ωp bề mặt kim loại Các điện tử dẫn có mức lượng cao điện tử hóa trị chuyển động tự hạt nano kim loại biểu thị Hình [6] Hiện tượng hấp thụ LSPR xảy chùm sóng ánh sáng chiếu tới hạt cầu kim loại, điện trường ánh sáng tới làm cho điện tử tự bề mặt hạt dao động cưỡng theo tần số điện trường ánh sáng tới tạo thành dao động plasma bề mặt Khi hạt cầu kim loại có kích thước tương đương với bước sóng ánh -910- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thơng vận tải sáng chiếu tới xảy tượng giam giữ lượng tử dao động plasma bề mặt dao động cộng hưởng tăng cường mạnh tạo thành đỉnh hấp thụ cao quan sát phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến Bước sóng đỉnh hấp thụ quan sát tính theo biểu thức (1) dưới đây: Hình Mơ hình chế hấp thụ, tán xạ ánh sáng chiếu tới khả ứng dụng sinh học - môi trường hạt nano kim loại quí [6] max =  p 2nm2 + (1) Trong đó, max ,  p bước sóng tương ứng với đỉnh hấp thụ LSPR dao động plasma điện tử tự bề mặt hạt nano kim loại, nm số khúc xạ môi trường xung quanh Đỉnh hấp thụ LSPR ( max ) phụ thuộc vào hình dạng, kích thước hạt nano mơ tả Hình 2, khoảng cách hạt nano nồng độ hạt nano kim loại môi trường [6, 7] Các dao động LSPR hạt nano kim loại quí phát xạ lượng chúng gây tượng tán xạ ánh sáng (tán xạ Raman) phân rã không xạ gây chuyển đổi lượng ánh sáng hấp thụ thành lượng nhiệt, xúc tác quang Hình [6] Hơn nữa, nano bạc (Ag) biết đến vật liệu có khả kháng khuẩn cao, hạt nano kim loại Ag hứa hẹn khả ứng dụng y sinh học xử lý ô nhiễm môi trường [7-9] Hình Phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến ảnh chụp màu dung dịch hạt nano Ag kích thước khác [7] -911- Trường Đại học Giao thông vận tải Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Cơ chế kháng khuẩn, loại bỏ chất ô nhiễm hữu dung dịch giải thích dựa phản ứng quang xúc tác nano Ag với thực thể môi trường làm bất hoạt vi khuẩn, phân huỷ chất ô nhiễm nhờ chuyển hoá lượng quang thành lượng nhiệt nghiên cứu cơng trình nhóm Marimuthu cơng [8] Đặc biệt, năm gần phương pháp tổng hợp xanh thân thiện môi trường quan tâm đặc biệt nhà nghiên cứu nhằm tạo sản phẩm nano thân thiện mơi trường, khơng tạo hố chất tồn dư gây hại tới môi trường Trong bái báo này, tác giả sử dụng dịch chiết chanh làm chất khử chậm để hoá khử dung dịch tiền chất AgNO3 tạo thành tinh thể Ag Dưới tác động sóng siêu âm giúp hình thành nano Ag có kích thước đồng đều, hứa hẹn khả ứng dụng nhiều lĩnh vực khác phục vụ sống an toàn CHẾ TẠO NANO Ag TỪ DỊCH CHIẾT QUẢ CHANH Các bước chế tạo nano Ag từ dung dịch chiết chanh sau: Bước 1: Chuẩn bị 10 chanh, vắt lấy 50 ml nước cốt chanh giấy lọc đường kính có 0,4 µm Gọi dung dịch CC Bước 2: Rung siêu âm dung dịch CC bể siêu âm nhiệt độ 45 oC thời gian 30 phút, thêm 10 ml dung dịch AgNO3 0,1 M vào dung dịch CC (nhỏ chậm) Hỗn hợp tiếp tục rung siêu âm nhiệt độ 45 oC Sau đó, hỗn hợp già hoá 16 trước đem lọc rửa quay ly tâm với nước thu nano Ag Quá trình chế tạo nano Ag từ dung dịch chiết chanh xảy theo phản ứng (2) sau đây: C6 H 8O7 + AgNO3 = Ag + C3 H 6O + HNO3 + 3CO2  (2) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Cấu trúc, thành phần pha vật liệu khảo sát phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) hệ máy D8 ADVANCE (Bruker - Germany) Khoa Hóa học, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Giản đồ XRD thu Hình với xuất đỉnh nhiễu xạ góc nhiễu xạ 2θ = 38,15o; 44,33o; 64,53o tương ứng với vị trí mặt phẳng nhiễu xạ (111), (200) (220) tinh thể nano Ag, phù hợp với phổ chuẩn kim loại Ag (JCPDS Cards 4-0783) [2, 7] Các đỉnh nhiễu xạ giản đồ XRD minh chứng cho thấy tinh thể nano Ag hình thành có cấu trúc lập phương tâm mặt phù hợp với công bố gần Marimuthu cộng [8] Hằng số mạng tinh thể a vật liệu cấu trúc lập phương có mối liên hệ với khoảng cách d mặt phẳng tinh thể vật liệu theo công thức (1) dưới đây: a = d h2 + k + (1) Với giá trị d tính tốn từ giản đồ XRD theo công thức (2) tuân theo định luật phản xạ Bragg: -912- Trường Đại học Giao thông vận tải Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X nano Ag 2d sin  = n (2) Trong đó, θ, λ góc nhiễu xạ bước sóng tia X với cathode Cu có giá trị λ = 1,54056 Å (với n = 1, 2,3, ) Đường kính trung bình D giá trị sai số đường kính trung bình D vật liệubcó thể tính tốn theo cơng thức Scherrer (3), (4) với  độ bán rộng đỉnh nhiễu xạ: D= 0,9.  cos  0,9    0,9  D =    +    cos     cos  (3)     (4) Kết tính tốn thu số mạng tinh thể nano Ag a = 4,10  0,03 (Å) phù hợp với kết công bố gần [2, 7, 8] Đường kính hạt nano Ag tính D = 25  (nm), kích thước hạt nano Ag giúp tăng tổng diện tích bề mặt vật liệu nhằm khả tiếp xúc tối đa thực thể mơi trường Hình Dung dịch nano Ag chế tạo từ dịch chiết chanh nồng độ từ 10 PPM đến 50 PPM -913- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thơng vận tải Hình Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến nano Ag chế tạo từ dịch chiết chanh nồng độ từ 10 PPM đến 50 PPM Trên Hình ảnh chụp mẫu dung dịch nano Ag có nồng độ từ 10 PPM đến 50 PPM Kết Hình cho thấy tăng dần nồng độ Ag (mỗi lần thêm 10 PPM) màu dung dịch đậm dần dung dịch thu có màu cam đỏ So sánh màu với kết nghiên cứu nhóm Agnihotri cộng [7] cho thấy mẫu vật liệu nano Ag thu có kích thước phân bố khoảng từ 10 nm đến 30 nm phù hợp với kết tính tốn từ giản đồ XRD trình bày Kết minh chứng cho thấy hạt nano Ag thu có kích thước phân bố đồng đều, kích thước nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc vật liệu với thực thể môi trường nhằm xử lý tối đa thực thể ô nhiễm Với đỉnh hấp thụ LSPR đặc trưng, có cường độ cao với vị trí đỉnh hấp thụ 407 nm (Hình 5) giúp nano Ag hứa hẹn trở thành vật liệu có ứng dụng cao nhiều lĩnh vực khác từ hàng hoá, thực phẩm, y-sinh học đến xử lý ô nhiễm môi trường [1-5] Từ công thức (1) tính tốn gần đường kính tinh thể nano Ag có giá trị khoảng 23 nm, kết phù hợp với kết tính tốn từ giản đồ XRD so sánh màu đề cập Hình cịn biểu thị rõ tăng dần nồng độ nano Ag vị trí đỉnh hấp thụ không đổi cường độ đỉnh hấp thụ tăng dần minh chứng cho thấy hạt nano Ag phân tán đồng dung dịch, không bị kết tụ với tăng nồng độ Điều có ý nghĩa lớn đưa liệu nano Ag vào thực tiễn ứng dụng vai trò thể vật liệu có khả kháng khuẩn, phân huỷ chất ô nhiễm môi trường Các hạt nano Ag nồng độ từ 10 PPM đến 50 PPM thử nghiệm khả kháng khuẩn bảo quản thực phẩm sữa tươi Sữa tươi biết đến loại thực phẩm tạo môi trường tốt để loại vi khuẩn gram âm gram dương phát triển nhanh chóng Trong thử nghiệm kháng khuẩn nano Ag chế tạo từ dịch chiết chanh (trên Hình 6) sử dụng mẫu sữa tươi giống ký hiệu S0, S1, S2, -914- Trường Đại học Giao thông vận tải Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII S3, S4, S5 Trong đó, mẫu S0 mẫu đối chứng âm (khơng có nano Ag), cịn mẫu cịn lại từ S1 đến S5 bổ sung thêm 1ml dung dịch nano Ag có nồng độ tương ứng từ 10 PPM đến 50 PPM S0 S1 S5 S4 S0 S5 S1 S4 S2 S3 S2 S3 Hình Thử nghiệm khả kháng khuẩn, bảo quản thực phẩm sữa tươi nano Ag chế tạo từ dịch chiết chanh Trên Hình – phía ảnh mẫu sữa tươi thời điểm thêm vào nano Ag Hình – phía dưới hình ảnh mẫu sữa tươi sau thời gian tuần Kết hình ảnh -915- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải cho thấy với mẫu S0 (khơng có nano Ag) sữa tươi hình thành vi khuẩn nấm mốc bao trùm toàn mẫu Đối với mẫu từ S1 đến S5 khơng thấy xuất vi khuẩn nấm mốc, xong quan sát màu mẫu thấy mẫu S1 S2 sau thời gian tuần sữa tươi khơng bị biến đổi màu, phân tử sữa tươi không bị phân huỷ, biến đổi tính chất (các mẫu bay nước làm mẫu khơ) Trong đó, mẫu S3, S4, S5 với nồng độ nano Ag tăng lên gây biến đổi sữa tươi có màu trắng đục ban đầu thành màu đỏ tía, điều giải thích với lượng nano Ag lớn gây phân huỷ phân tử sữa tươi Kết cho thấy, hạt nano Ag chế tạo nồng độ từ 10 PPM đến 20 PPM có khả kháng khuẩn tốt, khơng làm biến đổi tính chất mẫu bảo quản Vì vậy, hạt nano Ag chế tạo từ dịch chiết chanh hứa hẹn khả ứng dụng bảo quản thực phẩm, sinh chế phẩm,…xong nghiên cứu chuyên sâu độc tính nano Ag đối với tế bào thể nhóm tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng vật liệu thực tiễn sống tương lai gần KẾT LUẬN Dung dịch AgNO3 khử dung dịch chiết chanh với hỗ trợ sóng siêu âm tạo thành hạt nano Ag có kích thước D = 25  (nm) Nano Ag với đỉnh hấp thụ LSPR đặc trưng vị trí 407 nm, vị trí đỉnh hấp thụ khơng thay đổi tăng dần nồng độ hạt dung dịch Các hạt nano Ag chế tạo từ dịch chiết chanh có khả kháng khuẩn tốt khơng làm biến đổi tính chất sữa tươi sau thời gian tuần nồng độ từ 10 PPM đến 20 PPM LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ giáo dục Đào tạo tài trợ cho nghiên cứu khuôn khổ đề tài mã số B2020-GHA-04 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Boca-Farcau, M Potara, T Simon, A Juhem, P Baldeck, and S Astilean, Folic acid-conjugated, SERS-labeled silver nanotriangles for multimodal detection and targeted photothermal treatment on human ovarian cancer cells, Molecular Pharmaceutics 11(2) (2014) 391-399 [2] T.H Nhung, N.T.H Lien, V.T.T Duong, C.V Ha, L.Q Huan, H.T.M Nhung, N.L Thanh, P.D Minh, T.K Thuan, D.Q Hoa, D Vu, N.T Nghia, P.M Tan, D.C Nguyen, T.T Thuy, V.V Son, N.T Thuy, N.T.B Ngoc, T.A Duc, T.T Thuong, and N.T.T An, Optical nanoparticles: synthesis and biomedical application, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology (2015) 023002 -916- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải [3] B Viswanath, and S Kim, Influence of nanotoxicity on human health and environment: the alternative strategies, Reviews of Environmental Contamination and Toxicology 42 (2016) 61-104 [4] I.Y Wong, S.N Bhatia, and M Toner, Nanotechnology: emerging tools for biology and medicine, Genes and Developments 27 (2013) 2397-2408 [5] M Faraday, The Bakerian lecture: experimental relations of gold (and other metals) to light, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 147 (1857) 145181 [6] P.K Jain, X Huang, I.H El-Sayed, M.A El-Sayed, Noble metals on the nanoscale: optical and photothermal properties and some applications in imaging, sensing, biology, and medicine, Accounts of Chemical Research 41(12) (2008) 1578-1586 [7] S Agnihotri, S Mukherji, and S Mukherji, Size-controlled silver nanoparticles synthesized over the range 5-100 nm using the same protocol and their antibacterial efficacy, Royal Society of Chemistry Advanced (2014) 3974 - 3983 [8] S Marimuthu, A.J Antonisamy, S Malayandi, K Rajendran, P.C Tsai, A Pugazhendhi, V.K Ponnusamy, Silver nanoparticles in dye effluent treatment: A review on synthesis, treatment methods, mechanisms, photocatalytic degradation, toxic effects and mitigation of toxicity, Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology 205 (2020) 111823 [9] M.T Moustafa, Removal of pathogenic bacteria from wastewater using silver nanoparticles synthesized by two fungal species, Water science 31 (2017) 164-176 -917- ... nhóm Marimuthu cơng [8] Đặc biệt, năm gần phương pháp tổng hợp xanh thân thiện môi trường quan tâm đặc biệt nhà nghiên cứu nhằm tạo sản phẩm nano thân thiện môi trường, không tạo hố chất tồn... thể nano Ag, phù hợp với phổ chuẩn kim loại Ag (JCPDS Cards 4-0783) [2, 7] Các đỉnh nhiễu xạ giản đồ XRD minh chứng cho thấy tinh thể nano Ag hình thành có cấu trúc lập phương tâm mặt phù hợp. .. tốn thu số mạng tinh thể nano Ag a = 4,10  0,03 (Å) phù hợp với kết công bố gần [2, 7, 8] Đường kính hạt nano Ag tính D = 25  (nm), kích thước hạt nano Ag giúp tăng tổng diện tích bề mặt vật
- Xem thêm -

Xem thêm: Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp tổng hợp xanh, Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp tổng hợp xanh