Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá húng quế tối ưu (tức dịch chiết có khả năng tạo nano đồng tốt nhất) vào thời gian chiết, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau:
- Tỉ lệ rắn/lỏng: 5 gam lá húng quế /100mL nước cất ( kết quả từ 3.2.1). - Nồng độ dung dịch CuSO4: 0,7mM.
- Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch CuSO4 = 3 mL/30mL - Môi trường pH = 4,8 (pH đo được của dung dịch mẫu). - Nhiệt độ tạo nano đồng: nhiệt độ phòng.
- Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
Đối với thông số thời gian chiết, các giá trị biến thiên: t = 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút.
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá húng quế tối ưu vào thời gian chiết được biểu diễn ở Hình 3.2 và Bảng 3.2
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình tạo
nano đồng
Bảng 3.2. Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo thời gian chiết
Thời gian chiết 10p 20p 30p 40p 50p A(385nm) 1,0752 1,0872 1,1077 1,1498 1,1140
Nhận xét:
Từ kết quả ở Hình 3.2, Bảng 3.2 cho thấy khi tăng thời gian chiết tức thời gian chưng ninh lên từ 10 đến 40 phút thì mật độ quang tăng lên và đạt kết quả cao nhất sau 40 phút (A385 = 1,1498). Nếu tiếp tục tăng thời gian chiết lên thì mật độ quang giảm. Điều này được giải thích là ở thời gian chưng ninh 40 phút thì đã tạo ra lượng chất khử thích hợp nhất để khử lượng ion Cu2+ tạo thành hạt nano đồng. Khi tăng thời gian chiết lên có thể do lượng chất khử tạo ra quá nhiều làm cho quá trình tạo nano đồng xảy ra quá nhanh, dẫn đến hiện tượng các hạt nano đồng tạo thành dễ bị keo tụ lại tạo ra các hạt có kích thước lớn nên làm giảm mật độ quang.
3.2. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO ĐỒNG NANO ĐỒNG
Sau khi đã thu được dịch chiết lá húng quế tối ưu, chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tốảnh hưởng đến quá trình tạo nano đồng.
3.2.1. Khảo sát nhiệt độ tạo nano đồng
Để khảo sát sự phụ thuộc khả năng tạo nano đồng vào nhiệt độ, chúng tôi cố định các thông số như sau:
- Nồng độ dung dịch CuSO4: 0,7mM
- Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch CuSO4 = 3mL/30mL - pH môi trường: 4,8 .
- Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
- Đối với thông số nhiệt độ, giá trị biến thiên: T = 25oC, 30oC, 40oC, 40oC, 500C, 600C.
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano đồng vào nồng độ dung dịch CuSO4 được biểu diễn ở Hình 3.3 và Bảng 3.3
Bảng 3.3. Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo nhiệt độ tạo nano đồng
To tạo nano Cu 25 30 40 50 60 A(385nm) 1,2030 1,2188 1,2209 1,1937 1,1915
Nhận xét
Từ kết quả ở Hình 3.3 và Bảng 3.3 cho thấy khi tăng nhiệt độ từ 25oC đến 40oC thì giá trị mật độ quang đo được tăng và đạt giá trị cao nhất tại 40oC, nghĩa là lượng nano đồng tổng hợp được là tốt nhất. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì mật độ quang giảm dần. Điều này được giải thích như sau: ở nhiệt độ cao hơn 40oC các phân tử chuyển động nhanh, số va chạm hiệu quả tăng nhanh dẫn đến hạt nano đồng tạo thành nhanh, dễ bị keo tụ, hạt tạo thành có kích thước lớn gây giảm mật độ quang.
Như vậy, chúng tôi chọn giá trị nhiệt độ tạo nano đồng là 40oC, với giá trị mật độ quang cao (A385 = 1,2209) và dung dịch keo nano đồng tổng hợp được bền, ít bị keo tụ.
3.2.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết lá húng quế
Để khảo sát sự phụ thuộc khả năng tạo nano đồng vào tỉ lệ thể tích dịch chiết lá húng quế, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau:
- Nồng độ dung dịch CuSO4: 0,7 mM - Thể tích dung dịch CuSO4: 30mL. - Môi trường pH = 4,8.
- Nhiệt độ tạo nano đồng: 400. (Từ kết quả 3.2.1) - Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
- Đối với thông số tỉ lệ thể tích dịch chiết, giá trị biến thiên: V = 1mL, 2mL, 3mL, 4mL, 5mL, 6 mL, 8mL, 10mL.
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano đồng vào tỉ lệ thể tích dịch chiết được biểu diễn ở Hình 3.4 và Bảng 3.4.
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết đến quá trình tạo nano đồng
Bảng 3.4. Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo tỉ lệ dịch chiết/dd CuSO4
Dịch chiết/ dd CuSO4 1/30 2/30 3/30 4/30 5/30 6/30 8/30 10 /30 A(385nm) 0,8706 1,0978 1,2003 1,2103 1,2288 1,2297 1,2525 1,1998 Nhận xét
Từ kết quả ở Hình 3.4 và Bảng 3.4 cho thấy khi tỉ lệ thể tích dịch chiết lá húng quế tăng dần từ 1 mL đến 8mL thì giá trị mật độ quang đo được cũng tăng dần và đạt giá trị cao nhất khi V = 8 mL, nghĩa là lượng nano đồng tổng hợp được là tốt nhất.
Như vậy, chúng tôi chọn giá trị thể tích dịch chiết lá húng quế thích hợp ở V=8 mL, với giá trị mật độ quang (A385nm= 1,2525) và dung dịch chứa hạt nano đồng tổng hợp được bền, ít bị keo tụ.
3.2.3. Khảo sát pH môi trường tạo nano đồng
Để khảo sát sự phụ thuộc khả năng tạo nano đồng vào pH môi trường, chúng
385.0 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500.0 0.14 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.30 nm A 1 / 3 0 2 / 3 0 3 / 3 0 4 / 3 0 5 / 3 0 6 / 3 0 8 / 3 0 1 0 / 3 0
tôi cốđịnh các thông số như sau:
- Nồng độ dung dịch CuSO4: 0,7 mM .
- Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch CuSO4 = 8mL/30mL (đã chọn theo mục 3.2.2).
- Nhiệt độ tạo nano đồng: 400 (đã chọn theo mục 3.2.1) - Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
- Đối với thông số pH môi trường, biến thiên: pH = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano đồng vào pH môi trường được biểu diễn ở Hình 3.5 và Bảng 3.5
Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH môi trường đến quá trình tạo nano đồng
Bảng 3.5. Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo pH
PH 2 3 4 5 6 7 8
Nhận xét
Từ kết quảở Hình 3.5 và Bảng 3.5 cho thấy khi pH môi trường tăng dần từ 2 đến 7 thì giá trị mật độ quang đo được tăng dần và đạt giá trị cao nhất khi pH = 7, nghĩa là lượng nano đồng tổng hợp được là tốt nhất. Nếu tiếp tục tăng giá trị pH = 8 thì giá trị mật độ quang giảm dần. Nguyên nhân của hiện tượng này có thể giải thích như sau: khi ở môi trường có pH lớn hơn 7, lượng đồng tạo thành quá nhanh, dẫn đến hiện tượng bị keo tụ, hạt nano đồng tổng hợp có kích thước lớn, làm giảm mật độ quang.
Như vậy, chúng tôi chọn giá trị pH môi trường là 7, đảm bảo giá trị mật độ quang khá cao (A385nm = 1,4996 ) và dung dịch chứa hạt nano đồng tổng hợp được bền, không bị keo tụ.
3.2.4. Khảo sát nồng độ dung dịch đồng sunfat
Để khảo sát sự phụ thuộc khả năng tạo nano đồng vào nồng độ dung dịch đồng sunfat, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau:
- Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch CuSO4: 8 mL/30 mL. (đã chọn theo mục 3.2.2).
- Môi trường pH = 7. (đã chọn theo mục 3.2.3)
- Nhiệt độ tạo nano đồng: 400 (đã chọn theo mục 3.2.1) - Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.
- Đối với thông số nồng độ dung dịch CuSO4, giá trị biến thiên: C = 0,5mM, 0,7mM, 1mM, 1,5mM, 2mM.
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano đồng vào nồng độ dung dịch CuSO4được biểu diễn ở Hình 3.6 và Bảng 3.6.
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch CuSO4đến quá trình tạo nano đồng
Bảng 3.6. Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo nồng độ CuSO4
Nồng độ CuSO4 0,5mM 0,7mM 1mM 1,5mM 2mM A(385nm) 1,4412 1,4653 1,5133 1,5478 1,5417
Nhận xét
Từ kết quả ở Hình 3.6 và Bảng 3.6 cho thấy khi nồng độ dung dịch CuSO4 tăng dần từ 0,5mM đến 1,5mM thì giá trị mật độ quang đo được tăng dần, từ 1,5mM lên 2mM không thay đổi nhiều, nghĩa là lượng nano đồng tổng hợp được tương đương nhau. Như vậy, chúng tôi chọn giá trị nồng độ dung dịch CuSO4 thích hợp C = 1,5mM, với mật độ quang (A385 =1,5478) và dung dịch keo nano đồng tổng hợp được bền, ít bị keo tụ.
Cơ chế tạo nano đồng từ dung dịch Cu2+ bằng tác nhân khử dịch chiết
3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO ĐỒNG
Dung dịch keo nano đồng tổng hợp từ dung dịch CuSO4 với tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quếởđiều kiện tối ưu được khảo sát các đặc tính hóa lý như TEM, EDX tại Phòng Thí nghiệm siêu cấu trúc khoa virut Viện Vệ sinh dịch tể trung ương, số 1 Yecxanh, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, và XRD tại Đại học bách khoa Đà Nẵng.
Kết quả khảo sát được trình bày ở các Hình 3.7, 3.8, 3.9.
Hình 3.8. Phổ EDX của mẫu nano đồng tổng hợp
Hình 3.9. Phổ XRD của mẫu nano đồng tổng hợp
Nhận xét
Từ Hình 3.7 cho thấy, hạt nano đồng tổng hợp từ dung dịch CuSO4 với tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quế có dạng hình cầu với kích thước 20 nm.
Phân tích phổ nhiễu xạ tia X ở hình 3.9 có xuất hiện các pic đặc trưng cho cấu trúc lập phương tâm diện 111, 200, 220 của tinh thể đồng.
Phổ phân tích nguyên tố EDX ở hình 3.8 cho thấy thành phần chính thu
được của dung dịch nano là đồng, ngoài ra còn có 1 lượng C, O, S đó là thành phần của màng bọc thực vật quanh nano tạo ra.
Như vậy, các kết quả phân tích hóa lý trên đã khẳng định quá trình tổng hợp nano đồng từ dung dịch CuSO4 với tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quế.
3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG CỦA NANO ĐỒNG ĐỒNG
Để đánh giá hoạt tính quang xúc tác của nano đồng tổng hợp được chúng tôi tiến hành bằng sự phân hủy 200mL xanh metylen 10ppm với 30 mg dưới ánh sáng mặt trời. Sự thay đổi màu của dung dịch xanh metylen được đánh giá qua đo mật độ quang và được trình bày ở Hình 3.10 và Bảng 3.7.
Hình 3.10. Dung dịch xanh metylen phân hủy ở các thời gian khác nhau
450.0 500 550 600 650 700 750 800.0 0.00 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.57 nm A 0 h 1 h 2 h 3 h 4 h 5 h
Bảng 3.7. Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo thời gian phân hủy xanh metylen Thời gian Không xúc tác 1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ 5 giờ Amax(665nm) 0,5700 0,32975 0,23257 0,16456 0,12115 0,10994 Nhận xét:
Kết quả thu được cho thấy nano đồng có hoạt tính xúc tác quang cho sự phân hủy xanh metylen, quá trình phân hủy tăng khi tăng thời gian chiếu sáng từ 0 giờ đến 5 giờ (từ 4 giờđến 5 giờ sự thay đổi không nhiều) và đạt hiệu suất đạt 80,71 % sau 5 giờ phơi mẫu.
Cơ chế quang xúc tác của nano đồng có thể là do dưới ánh sáng mặt trời các photon tác động lên bề mặt hạt nano đồng trong dung dịch keo làm bức xạ các electron và các lỗ quang sinh. Các electron và lỗ quang sinh này sẽ phản ứng với các phân tử H2O và O2 hòa tan trong dung dịch tạo ra các gốc OH và các anion gốc oxi. Các gốc này sẽ bẻ gãy các phân tử metylen xanh để tạo thành các chất hữu cơ đơn giản do đó dẫn đến sự mất màu. Cu + hν→ h+ + e- h+ + H2O → H+ + OH. h+ + OH-→ OH. e- + O2→ O2.- O2.-+ MB → Sản phẩm OH.+ MB → Sản phẩm
Như vậy, nano đồng tổng hợp từ dung dịch CuSO4 bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quế có thể làm chất xúc tác quang bền vững và hiệu quả cho sự phân hủy xanh metylen trong vùng ánh sáng nhìn thấy.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi rút ra các kết luận sau:
1. Các điều kiện thích hợp để chiết lá húng quế
- Thời gian chiết: 40 phút
- Tỉ lệ khối lượng mẫu lá húng quế và thể tích nước: 5 gam/100 mL.
2. Các yếu tố thích hợp để tổng hợp hạt nano đồng
- Nồng độ dung dịch CuSO4: 1,5mM
- Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch CuSO4 1,5 mM là 8 mL/30 mL. - pH môi trường tạo nano đồng: 7
- Nhiệt độ tạo nano đồng: 40oC
3. Kết quả khảo sát đặc tính của hạt nano đồng
Từ kết quả đo TEM, EDX, XRD, đã khẳng định được hạt nano đồng tổng hợp từ dung dịch đồng sunfat bằng tác nhân khử trong dịch chiết nước lá húng quế có dạng hình cầu với kích thước vào khoảng 20 nm.
4. Kết quả xúc tác quang của hạt nano đồng
Nano đồng tổng hợp được có thể làm chất xúc tác quang bền vững và hiệu quả cho sự phân hủy xanh metylen trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Kết quả của nghiên cứu sẽ mở ra hướng sử dụng dịch chiết một số loài thực vật làm tác nhân khử trong tổng hợp nano đồng và ứng dụng làm chất xúc tác quang trong phân hủy chất màu hữu cơ. Đây là phương pháp tổng hợp xanh, thân thiện môi trường và có hiệu quả kinh tế.
KIẾN NGHỊ
Nano đồng có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống và trong công nghiệp. Có rất nhiều phương pháp để tổng hợp nano đồng trong đó tổng hợp nano đồng bằng con đường sử dụng dịch chiết thực vật là một hướng nghiên cứu còn mới mẻ. Mặt khác Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên hệ thực vật ởđây cực kỳ phong phú, đa dạng. Trên cơ sở của nghiên cứu này chúng tôi kiến nghị tiếp tục nghiên cứu tổng hợp nano đồng bằng con đường sử dụng dịch chiết thực vật như sử dụng các loại lá khác đặc biệt là những lá có chứa tinh dầu như lá húng chanh, tía tô, cần, ổi,... để tổng hợp nano đồng. Bởi đây là con đường an toàn, ít tốn kém. Đặc biệt tạo ra hạt nano đồng sạch, giá thành rẻđểứng dụng trong các lĩnh vực của đời sống, đặc biệt là ứng dụng trong y sinh học.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Lê Huy Chính (chủ biên) (2003), Vi sinh y học, Nxb y học.
[2] Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2004), Công nghệ nano điều khiển đến từng nguyên tử, phân tử, Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật.
[3] Vũ Đăng Độ (2003), Hóa học nano và định hướng nghiên cứu ở khoa hóa trường ĐHKHTN, Hà Nội.
[4] Nguyễn Hoàng Hải (2007), các hạt nano kim loại, Trung tâm Khoa học vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. [5] Đỗ Tất Lợi (2004), Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, NXB Y học , Hà
Nội.
[6] Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano, NXB khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội.
[7] Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vô cơ tập 3: Hóa học các nguyên tố chuyển tiếp, NXB Giáo dục.
[8] Lê Tự Hải; Võ Thị Tiếp, Phân hủy quang xúc tác metylen xanh sử dụng nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá chè xanh, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng [9] Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lí và hóa lí, NXB
Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.
[10] Nguyễn Đức Vận (2006), Hóa học vô cơ tập 2: Các kim loại điển hình, NXB khoa học và kĩ thuật.
Tiếng Anh
[11] Abuelmagd M. Abdelmonem & Rehab M. Amin(2014), “Rapid green synthesis of metal nanoparticles using pomegranate polyphenols”, Basic and Applied Research (IJSBAR), Volume 15, No 1, pp 57-65
[12] Asim Umer, Shahid Naveed, Naveed Ramzan and Muhammad Shahid