Tổng hợp vật liệu nanocomposite bạc từ hệ cyclodextrin-alginate và dịch chiết củ ngưu bàng ứng dụng làm xúc tác phục hồi một số chất màu

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Tổng hợp hệ nanocomposite bạc

Kính hiển vi điện tử truyền qua là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao là một chế độ ghi ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua cho phép quan sát ảnh vi cấu trúc của vật rắn với độ phân giải rất cao, đủ quan sát được sự tương phản của các lớp nguyên tử trong vật rắn có cấu trúc tinh thể. HRTEM là một trong những công cụ mạnh để quan sát vi cấu trúc tới cấp độ nguyên tử.Phân tích cấu trúc tinh thể của nguyên tử được thực hiện trên kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM), Tecnai G2 20 S-TWIN, FEI thế gia tốc đặt ở 200 kV.

Phân tích nhiệt vi sai (DTA) là kỹ thuật đo phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn (mẫu so sánh) để xác định các biến đổi nhiệt bên trong mẫu đang diễn ra sự thay đổi vật lý hoặc hóa học khi mẫu được gia nhiệt hoặc làm lạnh. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu đo và mẫu chuẩn được phát hiện bởi cặp nhiệt điện đặt tại tấm đế kim loại của giá đỡ mẫu và được ghi lại theo thời gian, nó được coi như đường đặc trưng DTA để khảo sát các phản ứng thu nhiệt và phản ứng tỏa nhiệt. Sử dụng máy phân tích nhiệt LabSys evo S60/58988 (Setaram, Pháp) để phân tích nhiệt trọng đồng thời kết hợp phân tích nhiệt vi sai (DTA) các mẫu nanocomposite bạc rắn sau khi tổng hợp đã được làm nóng từ nhiệt độ phòng đến 800oC với tỉ lệ nhiệt 10oC/phút, nhằm xác định độ tinh khiết và nhiệt độ phân hủy của các hợp chất có trong mẫu, tại Phòng Hóa vô cơ - Viện Hóa học -Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Đo kích thước hạt, thế zeta nhằm xác định kích thước trung bình của hạt nano, sự phân bố kích thước hạt, và điện thế zeta của dung dịch nano là điện thế sinh ra trong quá trình chuyển động của các hạt keo có mặt trong hệ phân tán, liên quan đến tính ổn định.

THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ NGUYÊN LIỆU

Dung dịch nanocomposite bạc được đo bằng máy phân tích nano, nanoPartica Horiba SZ-100, Nhật Bản, ở 25oC và tán xạ ánh sáng động ở góc 173oC tại Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng. Củ ngưu bàng khô (Arctium lappa Linn) được mua tại công ty thực dưỡng Khai Minh (Thành phố Hồ Chí Minh).

THỰC NGHIỆM

Nhỏ từ từ 26.9 mL dung dịch calcium acetate hydrate vào bercher chứa 100 mL dung dịch sodium alginate và khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong 60 phút với tốc độ khuấy là 1200 vòng/phút, thu được hệ gel không màu, sau đó đem đánh siêu âm 30. Hệ gel thu được đem ly tâm và rửa với nước cất thực hiện lặp lại 3 lần để để loại bỏ các chất không lắng được và các tạp chất khác, mỗi lần ly tâm diễn ra trong vòng 15 phút, tốc độ quay là 3000 vòng/phút, thu được hệ gel Alg/Ca2+.  Hệ nanocomposite AgNPs/CD/Alg được tổng hợp bằng cách cho dịch chiết củ ngưu bàng vào hệ nanocomposite AgNO3/CD/Alg và khuấy từ ở 90oC trong điều kiện tránh ánh sáng đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng nâu.

Nhỏ từ từ 26.9 mL dung dịch calcium acetate hydrate vào bercher chứa 100 mL dung dịch sodium alginate và khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong 60 phút với tốc độ khuấy là 1200 vòng/phút, thu được hệ gel không màu, sau đó đem đánh siêu âm 30 phút để các phân tử trong hỗn hợp phân tán tốt hơn và để qua đêm để gel lắng xuống. Pha chế hỗn hợp Ag /CD song song với việc tạo hệ gel Alg/Ca bằng cách cho 2.4 mL dung dịch AgNO3 vào 54.7 mL dung dịch CD rồi khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong vòng 60 phút với tốc độ khuấy là 1200 vòng/phút, hỗn hợp được đem đi siêu âm 30 phút giúp các phân tử trong hỗn hợp phân tán tốt hơn và để mẫu qua đêm. Hệ gel thu được đem ly tâm và rửa với nước cất thực hiện lặp lại 3 lần để rửa sạch hoàn toàn chất bẩn và hóa chất còn dư, mỗi lần ly tâm diễn ra trong vòng 15 phút, tốc độ quay là 3000 vòng/phút, thu được hệ gel Ag+/CD/Alg.

Cho dịch chiết củ ngưu bàng vào hệ gel Ag+/CD/Alg khuấy liên tục nhằm khảo sát các điều kiện thích hợp để khử ion Ag+ và thu được hệ các nanocomposite bạc.

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VềNG CYCLODEXTRIN ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỆ NANOCOMPOSITE BẠC BẰNG PHƯƠNG

- Dùng pipet hút chính xác thể tích dịch chiết củ ngưu bàng cho lần lượt vào 4 chai bi đã được bao bọc bên ngoài bằng giấy nhôm tráng bạc tương ứng với tỉ lệ khối lượng hệ nanocomposite mang ion Ag+ đã nêu trên. - Khi phản ứng kết thúc, dung dịch sẽ chuyển từ không màu sang màu vàng nâu. Sau đó, tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis 4 mẫu dung dịch nano vừa thu được để khảo sát quá trình hình thành nanocomposite bạc.

Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin và nhiệt độ phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc. - Dùng pipet hút chính xác thể tích dịch chiết củ ngưu bàng cho lần lượt vào 5 chai bi đã được bao bọc bên ngoài bằng giấy nhôm tráng bạc với tỉ lệ khối lượng hệ nanocomposite mang ion Ag+ (g/mL H2O): 1.5 g/mL H2O (tỉ lệ tối ưu). - Tiếp đến tiến hành khuấy từ từng mẫu với tốc độ 1200 vòng/phút, ở các nhiệt độ nêu trên trong khoảng thời gian thực hiện phản ứng là 120 phút. - Khi phản ứng kết thúc, dung dịch sẽ chuyển từ không màu sang màu vàng nâu. Sau đó, tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis 5 mẫu dung dịch nano vừa thu được để khảo sát quá trình hình thành nanocomposite bạc. Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin và thời gian phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.  Chọn điều kiện để thực hiện phản ứng như sau:.  Thực hiện thí nghiệm:. lệ tối ưu). - Khi phản ứng đạt đến các mốc thời gian cần khảo sát, dùng pipet hút 0,5 mL dung dịch đang phản ứng trong becher ra chai bi rồi định mức lên 5 mL với nước cất hai lần.

Sau đó tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis để khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hình thành nanocomposite bạc.

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VềNG CYCLODEXTRIN ĐẾN ĐẶC TÍNH HểA Lí CỦA HỆ NANOCOMPOSITE BẠC

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VềNG CYCLODEXTRIN ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA HỆ NANOCOMPOSITE BẠC

Phản ứng được quan sát bởi quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis trong vùng bước sóng từ 200 đến 800 nm theo thời gian để xác định thời gian khử hoàn toàn 4- nitrophenol khi có xúc tác nanocomposite bạc. Trong phản ứng khử methyl organge và rhodamine B, sản phẩm tạo thành là các chất bị khử mất các nối đôi C=N và N=N nên cácsản phẩm thu được ít độc hại hơn. Trong phản ứng khử 4-nitrophenol sản phẩm tạo thành là 4-aminophenol là chất trung gian có tính thương mại, dùng để sản xuất thuốc giảm đau và hạ sốt như acetanilide, paracetamol và phenacetin.

Do trong khảo sát này nồng độ ion BH4¯ được sử dụng lớn hơn gấp nhiều lần so với nồng độ các dung dịch 4- nitrophenol, methyl orange, rhodamine B và lượng nanocomposite bạc xúc tác cũng rất thấp nên tốc độ của phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ của NaBH4 và chất xúc tác. Trong đó: k là hằng số tốc độ phản ứng giả định bậc nhất được tính từ độ dốc của đường thẳng tạo từ biểu đồ giữa ln (At/A0) so với thời gian của phản ứng khử; t là thời gian phản ứng; [A0] là nồng độ của các chất màu tại t = 0, [At] là nồng độ tại thời điểm t có thể xác định bằng cường độ hấp thụ cực đại của các chất màu. Về cơ chế phản ứng, nhờ diện tích bề mặt tiếp xúc lớn các hạt nanocomposite bạc đóng một vai trò vận chuyển điện tử từ chất cho điện tử BH4¯ sang chất nhận điện tử là các chất màu (Hình 2.3) [3].

Để nghiên cứu quá trình tái sử dụng xúc tác, các mẫu xúc tác nanocomposite bạc được thu hồi từ cuvet thạch anh sau mỗi lần khảo sát và được rửa sạch bằng nước cất hai lần vài lần trước khi tái sử dụng.

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM CHUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VềNG CYCLODEXTRIN ĐẾN QUÁ TRèNH HèNH