6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.6. Giới thiệu về nano -MnO2 và Ag/MnO2
δ-MnO2 là một oxide của manganese hóa trị IV thuộc họ birnessite có cấu trúc hai chiều [55]. Đơn vị cấu trúc cơ bản trong manganese dioxide là khối bát diện [MnIVO6], trong đó sáu oxygen bao quanh ion trung tâm Mn4+ (Hình 1.9a) [222].
Hình 1.9. Ô mạng cơ sởMnO6 và cấu trúc tinh thể của-MnO2 [55]
Các khối bát diện [MnIVO6] được liên kết với nhau bởi các liên kết góc-cạnh tạo thành cấu trúc lớp. Các lớp hoàn chỉnh của MnO2 được xen kẽ với các lớp không hoàn chỉnh có thể chứa Mn2+, Mn3+, O2-, OH-, H2O, Na+, K+, Ca2+ và kim loại. Khoảng cách giữa các lớp là d = 0,7 nm (Hình 1.9b), khoảng cách này tạo cho các ion giữa các lớp di chuyển dễ dàng mà không gây ra sự thay đổi cấu trúc. -MnO2
thường được tổng hợp từ các phản ứng oxi hóa khử bằng nhiều phương pháp và với mỗi phương pháp khác nhau thì diện tích bề mặt, kích thước hạt, hình thái khác nhau. Là vật liệu thân thiện môi trường, -MnO2 thể hiện các tính chất hấp phụ tốt với kim loại nặng như chì, kẽm, đồng [243], [244], antimony và arsenic [239]; với các thuốc nhuộm như xanh metylen [179], [243] và metyl da cam [141]... Năm 2016, Marius Gheju và các cộng sự đã nghiên cứu sự hấp phụ Cr(VI) từ dung dịch nước của MnO2, hiệu suất loại bỏ Cr(VI) phụ thuộc vào pH, nhiệt độ cũng như nồng độ ban đầu của Cr(VI) [76].
Vật liệu nano bạc gồm những hạt bạc có kích thước nanomet (1 nm = 10-9 m), gần với kích thước của phân tử bạc, có hiệu ứng bề mặt vô cùng lớn. Hạt nano Ag
(b) (a)
(Ag NP) đã được sử dụng rộng rãi làm chất kháng khuẩn trong những năm gần đây [122], [130] và cơ chế diệt khuẩn với nano Ag cũng đã được làm rõ. Người ta đã chứng minh rằng các ion Ag+ được giải phóng từ các nano Ag có thể làm bất hoạt tế bào của vi sinh vật bằng cách phá hủy màng tế bào và khả năng sao chép DNA của nó [12], [108]. Ngoài ra, bản thân các nano Ag có thể kết hợp trực tiếp vào màng tế bào và sau đó tạo thành các hố thấm, dẫn đến sự sụp đổ thẩm thấu và giải phóng các vật liệu nội bào [178], [217]. Tuy nhiên, các ứng dụng thực tế bị hạn chế bởi các vấn đề về tính dễ oxi hóa và sự kết tụ của các nano Ag, đây cũng là các thông số quan trọng để xác định hoạt tính kháng khuẩn của các nano Ag. Để giải quyết những vấn đề này, phương pháp hiệu quả là đưa Ag lên vật liệu khác có tính diệt khuẩn như các nano ZnO [79], để cải thiện độ ổn định và hoạt tính kháng khuẩn của các nano Ag. Hơn nữa, sự tương tác của nano Ag và chất hỗ trợ có khả năng thúc đẩy sản xuất các tiểu phân oxygen hoạt động (Reactive Oxygen Species -ROS) và cải thiện hoạt tính diệt khuẩn. Cho đến nay, cơ chế kháng khuẩn của các chất diệt vi khuẩn vô cơ chủ yếu liên quan đến độc tính của các ion kim loại và/hoặc vai trò oxi hóa của các ROS [168]. ROS có khả năng oxi hóa cao có thể ức chế vi khuẩn nhanh chóng, dẫn đến sự phá vỡ các tế bào [98], [115]. Gần đây, người ta chú ý nhiều đến ROS như ●OH, H2O2 và ●O2−, có hiệu quả diệt khuẩn cao đối với nhiều loại vi sinh vật [36], [59] được tạo ra từ việc đưa Ag nano lên các vật liệu như zeolite [100], Al2O3 [38], Ag/MnO2 [242], [252]. Việc đưa Ag lên vật liệu MnO2 đã thu hút nhiều nghiên cứu do MnO2 dồi dào trên trái đất được ứng dụng rộng rãi để loại bỏ chất ô nhiễm với các tính năng hấp dẫn như chi phí thấp, tính trơ hóa học, ổn định quang và không độc hại [69], [136]. Trong nghiên cứu của mình, Wang và cộng sự cũng chỉ rõ hiệu quả diệt khuẩn của Ag/-MnO2 [242].