CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢVÀ BIỆN LUẬN
3.1. Các thơng số ảnh hƣởng đến sự hình thành nano Ag:
Theo tài liệu tham khảo [24] thì nano bạc hấp thụ bƣớc sĩng trong khoảng 400 – 500 nm và khi kích thƣớc hạt càng lớn thì bƣớc sĩng hấp thụ sẽ dài hơn. Chúng tơi đã tiến hành làm thí nghiệm theo số liệu trong bảng 3.1 để khảo sát sự thay đổi kích thƣớc của hạt nano bạc theo sự dịch chuyển của bƣớc sĩng hấp thu.
Luận Văn Thạc Sĩ 39 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
Bảng 3. 1. Bảng thơng số các tác chất khảo sát cho quá trình tổng hợp keo nano bạc theo nồng độ muối bạc, theo thời gian và theo nhiệt độ của máy khuấy từ
Nhĩm Mẫu Ethylene Glycol (ml) PVP (g) AgNO3 (g) Tỉ lệ AgNO3:PVP Thời gian (phút) Nhiệt độ (oC) 1
Thay đổi tỉ lệ AgNO3:PVP
1a 20 0.3 0.00 0 20 100 1b 20 0.3 0.01 1:30 20 100 1c 20 0.3 0.02 1:15 20 100 1d 20 0.3 0.03 1:10 20 100 1e 20 0.3 0.06 1:5 20 100 2
Thay đổi thời gian tính sau khi thêm AgNO3 vào
2a 20 0.3 0.03 1:10 5 100 2b 20 0.3 0.03 1:10 10 100 2c 20 0.3 0.03 1:10 15 100 2d 20 0.3 0.03 1:10 20 100 2e 20 0.3 0.03 1:10 30 100 3
Thay đổi nhiệt độ phản ứng
3a 20 0.3 0.03 1:10 20 60
3b 20 0.3 0.03 1:10 20 70
3c 20 0.3 0.03 1:10 20 80
3d 20 0.3 0.03 1:10 20 90
Luận Văn Thạc Sĩ 40 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
3.1.1. Khảo sát theo tỉ lệ AgNO3/PVP
Để khảo sát sự thay đổi cƣờng độ hấp thu của các dung dịch keo nano bạc khi thay đổi hàm lƣợng AgNO3 ban đầu, chúng tơi đã tiến hành làm thí nghiệm theo quy trình ở mục 2.1.1 và theo số liệu trong bảng 3.1 (nhĩm 1). Ta cĩ thể quan sát kết quả trong hình 3.1. 300 400 500 600 700 800 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Abs nm) AgNO3:PVP=0 AgNO3:PVP=1:30 AgNO3:PVP=1:20 AgNO3:PVP=1:10 AgNO3:PVP=1:5
Hình 3. 1. Phổ hấp thu của mẫu nano bạc theo tỉ lệ AgNO3:PVP khác nhau
Hình 3.1 thể hiện phổ hấp thu (từ 300nm-800nm) của các mẫu nano bạc với tỉ lệ AgNO3:PVP thay đổi (AgNO3:PVP= 0 |1:30|1:15|1:10|1:5 ). Với tỉ lệ AgNO3:PVP=0 thì phổ khơng cĩ đỉnh vì đây là mẫu khơng cĩ AgNO3. Khi cĩ AgNO3 tham gia vào phản ứng thì đã cĩ sự xuất hiện các đỉnh hấp thu của nano bạc (hình 3.1). Với tỉ lệ AgNO3:PVP=1:30, ta đã thấy bắt đầu cĩ sự xuất hiện của đỉnh hấp thu tại bƣớc sĩng khoảng 409nm tuy nhiên cƣờng độ cịn tƣơng đối thấp. Mẫu với tỉ lệ AgNO3:PVP=1:15 hấp thu tại bƣớc sĩng 412nm. Mẫu cĩ AgNO3:PVP=1:10 thì đỉnh hấp thu tại bƣớc sĩng 414nm. Cuối cùng, mẫu cĩ AgNO3:PVP=1:5 hấp thu tại bƣớc sĩng 425nm.
Theo hình 3.1mẫu cĩ tỉ lệ AgNO3:PVP=1:5 thì cƣờng độ hấp thu của mẫu cao, tuy nhiên mẫu rất nhanh kết tụ. Nguyên nhân là khi tăng hàm lƣợng AgNO3 ban đầu thì hàm lƣợng nano bạc tạo thành cũng tăng lên, trong khi đĩ hàm lƣợng chất bao (PVP) khơng thay đổi nên hàm lƣợng chất bao so với hàm lƣợng bạc giảm dẫn đến các hạt nano bạc dễ dàng gặp nhau và cĩ khuynh hƣớng tụ lại thành hạt lớn, và nếu đo UV-Vis thì bƣớc sĩng hấp thụ cũng sẽ tăng lên [5]. Nên chúng tơi chỉ tiến hành khảo sát đến tỉ lệ AgNO3:PVP=1:5.
Luận Văn Thạc Sĩ 41 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
3.1.2. Khảo sát theo thời gian phản ứng
Trong kết quả khảo sát này, chúng tơi tiến hành chế tạo dung dịch keo nano bạc với cùng điều kiện nồng độ AgNO3 ban đầu và cùng nhiệt độ máy khuấy từ chỉ thay đổi thời gian phản ứng từ khi thêm AgNO3 vào dung dịch PVP ban đầu (xem số liệu bảng 3.1 nhĩm 2).
Hình 3.2a là phổ truyền qua UV - Vis và hình ảnh màu sắc của các dung dịch keo nano Ag thay đổi theo thời gian phản ứng.
Các kết quả trên hình 3.2 cho thấy rằng cĩ sự dịch chuyển bƣớc sĩng từ 409 nm đến 415 nm tƣơng ứng với sự tăng thời gian phản ứng từ 5 phút đến 20 phút. Nhƣ vậy cĩ thể kết luận đƣợc rằng với cùng một nồng độ AgNO3 ban đầu, cùng nhiệt độ của máy khuấy từ khi tăng thời gian phản ứng thì khả năng tạo hạt nano càng nhiều và khả năng các hạt nano va chạm kết tụ với nhau để tạo hạt lớn hơn là rất cao.
Quan sát ảnh chụp các mẫu hình 3.2b ta nhận thấy rằng càng tăng thời gian phản ứng thì màu của dung dịch càng đậm. Khi tăng thời gian phản ứng lên đến 30 phút thì mẫu trở nên bị đen. Điều này cĩ thể lý giải là do quá trình gia nhiệt lâu dẫn đến sự va chạm mạnh giữa các hạt keo nano Ag và từ đĩ dẫn đến sự keo tụ lại các hạt làm cho các hạt cĩ kích thƣớc trở nên lớn lên [5].
300 400 500 600 700 800 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 A b s nm) 5 phút 10 phút 15 phút 20 phút a
Hình 3. 2. Phổ hấp thu của mẫu nano bạc với thời gian phản ứng khác nhau
3.1.3. Khảo sát theo nhiệt độ khuấy
Chế tạo dung dịch keo nano bạc theo số liệu trong bảng 3.1 nhĩm 3 với cùng nồng độ AgNO3 ban đầu và cùng thời gian phản ứng ta thu đƣợc kết quả trong hình 3.3
Qua phổ hấp thu của các mẫu trong hình 3.3 khi tăng nhiệt độ của bếp khuấy từ thì cƣờng độ hấp thu của mẫu càng cao, đỉnh hấp thu càng nhọn. Vì điều kiện phịng thí nghiệm khơng cho phép nên chúng tơi chi khảo sát dến nhiệt độ 100oC. Tuy nhiên, với điều kiện nhiệt độ khuấy ở 100oC thì phổ hấp thu của mẫu cũng tƣơng đối phù hợp với mục đích nghiên cứu của chúng tơi trong đề tài.
Luận Văn Thạc Sĩ 42 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh 300 400 500 600 700 800 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Abs nm) 60 độ C 70 độ C 80 độ C 90 độ C 100 độ C
Hình 3. 3. Phổ hấp thu của mẫu nano bạc theo nhiệt độ khác nhau
Với các điều kiện thực nghiệm đƣợc trình bày ở trên, mẫu nano bạc đƣợc tổng hợp với tỉ lệ AgNO3:PVP=1:10, khuấy trong 20 phút và nhiệt độ bếp khuấy từ là 100oC thì mẫu cĩ đỉnh phổ hấp thu nhọn, bƣớc sĩng hấp thu 414 nm, độ rộng phổ khá hẹp chứng tỏ các hạt nano bạc tạo ra cĩ kích thƣớc khá đồng đều và ta cĩ thể dự đốn các hạt nano bạc cĩ kích thƣớc khoảng 8-10 nm [24]. Tuy nhiên, để cĩ thể xác định chính xác kích thƣớc hạt cũng nhƣ độ phân tán đồng đều của các hạt nano bạc trong dung dịch, ta sẽ kiểm tra lại bằng kết quả chụp TEM.
Hình 3. 4. Ảnh TEM của dung dịch keo nano bạc
Hình 3.4 thể hiện kết quả TEM của mẫu nano Ag ở thang đo 50nm và 20nm. Những hạt nano bạc thể hiện trên hình cĩ dạng hình cầu và cĩ kích thƣớc khoảng 10 nm phù hợp với các dự đốn từ kết quả UV-vis. Kích thƣớc hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt càng lớn và khả năng diệt khuẩn càng tăng. Trên hình, các hạt nano bạc
Luận Văn Thạc Sĩ 43 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
phân bố rải rác chứng tỏ PVP đã làm tốt vai trị chất bảo vệ, ngăn khơng cho các hạt nano Ag tụ lại với nhau thành hạt lớn.