Đồ thị 3 .2 Đồ thị độ hấp th uA the ot ứng với lƣợng AgNO3 0,28g
Đồ thị 3.4 Hiệu suất kháng B subtilis của các dung dịch nano bạc
Kết quả trên cho thấy hiệu quả kháng khuẩn Bacillus Subtilis cũng gia tăng khi
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H iệ u s uất (%) N0 N1 N2 N3 Mẫu 15 phút 5 giờ 24 giờ
gram âm E. coli (Bảng 3.6) và vi khuẩn gram dương Bacillus Subtilus (Bảng 3.7) của dung dịch nano bạc, thấy rằng khả năng kháng khuẩn gram âm nhanh và hiệu quả hơn so với khuẩn gram dương. Với nồng độ keo bạc 125ppm, sau 15 phút hiệu quả kháng khuẩn đối với Gram âm là 100% trong khi đó với Gram dương hiệu suất chỉ đạt được 99,97% và sau 5 giờ đạt 100%. Điều này được giải thích do sự khác biệt về độ dày màng tế bào của vi khuẩn gram dương và gram âm. Màng tế bào ở vi khuẩn gram dương chứa lớp peptidoglycan dày [9,20]. Ở vi khuẩn gram âm lớp peptidoglycan trên màng mỏng hơn so với nhóm gram dương. Do đó các hạt nano bạc có khả năng tấn công và xâm nhập qua màng tế bào của nhóm vi khuẩn gram âm tốt hơn so với nhóm gram dương dẫn đến hiệu quả tiêu diệt vi khuẩn gram âm cao hơn gram dương.
15 phút 5 giờ 24 giờ 1,95x105 2,41x107 1,42x109 1,96x104- 89,95% (10L) 1,29x102- 99,99% 0- 100% 9,0x103- 95,85%( 5L) 7,7x101- 99,99% 0-100% 4,45x102- 99,79% ( 2L) 0- 100% 0 -100%
Hình 3.12: Hoạt tính kháng khuẩn Bacillus Subtilis của các dung dịch nano bạc trong thời gian 15 phút, 5 giờ và 24 giờ
3.2. HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA VẬT LIỆU PU/Ag
3.2.1. Các kết quả chế tạo vật liệu polyurethane tẩm nano bạc:
Vật liệu PU/Ag được chế tạo bằng cách ngâm các tấm PU trong các dung dịch nano bạc được điều chế từ các thí nghiệm:
- Thí nghiệm 1a: thời gian 4’30”, hàm lượng AgNO3 0,046g là mẫu số 1 (M1) - Thí nghiệm 1e: thời gian 12’00” hàm lượng AgNO3 0,046g là mẫu số 2 (M2) - Thí nghiệm 2a: thời gian 4’30” hàm lượng AgNO3 0,28g là mẫu số 3 (M3) - Thí nghiệm 2e: thời gian 12’00” hàm lượng AgNO3 0,28g là mẫu số 4 (M4)
Hình 3.13: Các mẫu Polyurethane tẩm nano bạc PU/Ag ở các dung dịch tẩm khác nhau M1, M2, M3, M4
Các mẫu tấm polyurethane tẩm nano bạc được phân tích phổ tán xạ Raman và ảnh FE-SEM cùng vi phân tích EDS để xác định khả năng kết dính các hạt bạc nano trên tấm polyurethane.
M0 M1 M2
Kết quả phổ tán xạ Raman được trình bày trong hình 3.14a, 3.14b; 3.14c;3.14d
Hình 3.14a: Phổ Raman của mẫu PU trắng không tẩm nano bạc (M0)
Polyurethane là sản phẩm của phản ứng trùng ngưng giữa polyisocianate và polyol theo phương trình phản ứng sau:
Hình 3.14c: Phổ Raman của mẫu PU trắng tẩm dung dịch nano bạc (M2)
Mẫu nước
Phổ tán xạ Raman của mẫu polyurethane trắng, không tẩm nano bạc có các đỉnh Raman được trình bày trong bảng 3.8.
Mẫu Nhóm định chức Vị trí đỉnh Raman (cm-1) PU trắng không tẩm bạc O=C=N- 1450, 2750, 2900 C=O 1100, 1650 N-H (của amid) 1185 (rất mạnh)
Bảng 3.8: Các dữ liệu phổ tán xạ Raman của mẫu polyurethane không tẩm bạc
Phổ Raman của mẫu polyurethane trắng không tẩm bạc có các đỉnh Raman phù hợp với công trình nghiên cứu của tác giả Shane Parnell và cộng sự [19]. Khi có sự hiện diện của nano bạc ở nồng độ thấp (mẫu M1), các đỉnh trên cũng còn hiện diện
nhưng có cường độ thấp (Hình 3.14a). Với hàm lượng nano bạc cao hơn (mẫu M2) chỉ
còn xuất hiện một đỉnh rất nhỏ tại vị trí đỉnh của N-H của amid. Với mẫu M3, M4, các
đỉnh này biến mất hoàn toàn. Điều này khẳng định các hạt nano bạc đã tạo nối liên kết hóa học (N-Ag và C-O-Ag) hoặc nối phối trí với nhóm carbamat O=C=N. Như vậy có thể dự đoán là các hạt nano bạc được giữ chặt trên tấm polyurethane xốp và khả năng hạt nano bạc bị rớt ra ngoài là khó có thể xảy ra. Các hạt nano bạc lại không bị mất tác dụng đối với các vi khuẩn, virus và nấm trong một thời gian dài nên cũng có thể dự đoán tấm mút xốp polyurethane tẩm nano bạc sẽ có thời gian sử dụng khá lâu. Các hạt nano bạc cũng làm tăng tính cơ lý cho tấm mút xốp polyurethane. Theo công trình
[11], với polyurethane nhiệt độ phân hủy là 4000C, với polyurethane tẩm nano bạc có
nhiệt độ phân hủy là 5000C.
Các ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (Field Emission Scanning Electron Microscopy-FE-SEM) cũng xác nhận các hạt nano bạc được phân bố khá đều nhưng không xác định được kích thước hạt vì máy chỉ xác định tối thiểu là 10nm (Hình 3.15 và 3.16). Hàm lượng các nguyên tố theo kết quả phân tích EDS là C%:92,32; O%:1,39; Ag% 6,29 (Hình 3.16).
3.2.2.Khảo sát tính kháng khuẩn E. Coli trên tấm PU tẩm nano bạc
Với mục đích sử dụng tấm polyurethane tẩm nano bạc để xử lý vi khuẩn cho nguồn nước uống nhiễm khuẩn nên chúng tôi chỉ chọn vi khuẩn gram âm E. coli vì như đã trình bày trong phần tổng quan (phần 1.1.2), đây là vi khuẩn đại diện cho các vi khuẩn gây bệnh có trong nguồn nước.
Các kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn E. coli trên các màng PU tẩm nano
bạc (M1, M2, M3, M4) được trình bày trong bảng 3.9 và các hình 3.17, 3.18, 3.19.
Hình 3.15: Ảnh FE-SEM của mẫu polyurethane tẩm nano bạc
Tên mẫu
Mi (CFU/ml) η (%)
15 phút 5 giờ 24 giờ 15 phút 5 giờ 24 giờ
M0 2,45* 105 1,43* 107 2,43* 109
M1 1,20* 103 0 0 95,10 100 100
M2 7,65* 102 0 0 96,88 100 100
M3 5,95* 102 0 0 97,57 100 100
M4 <10 0 0 99,99 100 100
Bảng 3.9:Hoạt tính kháng khuẩn E.coli trên các tấm PU tẩm bạc (M1, M2, M3, M4)
M0: Mẫu PU đối chứng
Đồ thị 3.5: Hiệu suất kháng E. coli của các màng PU tẩm nano bạc
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H iệ u s u ất ( %) M0 M1 M2 M3 M4 Mẫu 15 phút 5 giờ 24 giờ
2,45x105 1,20x103 95,1% 7,65x102 96,88% 5,95x102 97,57% <10 99,99%
Hình3.17: Khảo sát tính kháng E. coli của các mẫu PU/Ag trong thời gian 15 phút
1,43x107 100% 100% 100% 100%
Các kết quả thí nghiệm cho thấy khi tấm polyurethane tẩm dung dịch nano bạc có nồng độ càng cao sẽ có hiệu lực kháng khuẩn càng mạnh (được sắp xếp theo thứ tự sau: M1<M2<M3<M4). Mẫu M1 tẩm dung dịch nano bạc có nồng độ thấp nhất nên hiệu
suất kháng khuẩn thấp nhất trong 4 mẫu (95,1% sau 15 phút). Mẫu M2, M3 nồng độ
nano bạc tăng dần nên hiệu quả kháng khuẩn cũng tăng theo (96,88% mẫu M2 và
97,57% mẫu M3). Mẫu M4 tẩm dung dịch nano bạc có nồng độ cao nhất nên có hiệu
suất kháng E. coli cao nhất 99,99% sau 15 phút.
Đồng thời khả năng kháng khuẩn cũng tăng theo thời gian, sau 15 phút hiệu
suất diệt khuẩn cao nhất (mẫu M4) là 99,99% và sau 5 giờ cả 4 mẫu đều đạt hiệu suất
100%.
3.2.3.Khảo sát tính kháng Coliforms và E. coli của cột lọc polyurethane tẩm nano bạc trên nguồn nước do Công Ty Thành Long cung cấp bạc trên nguồn nước do Công Ty Thành Long cung cấp
3.2.3.1.Khả năng kháng Coliforms
Theo phần 1.1.2.1, Coliforms là nhóm vi sinh vật dùng để chỉ thị mức độ vệ sinh của nguồn nước uống. Do đó, với mẫu nước thực tế bước đầu tiên phải xác định Coliforms theo phương pháp pha loãng tới hạn (phương pháp MPN).
Mẫu nước do Công Ty Thành Long cung cấp được cho chảy qua cột lọc gồm 9
tấm polyurethane tẩm dung dịch nano bạc (M4).
Thực hiện đồng thời mẫu đối chứng bằng cách cho mẫu nước chảy qua cột lọc
2,43x109 100%
100% 100% 100%
Hình 3.19: Khảo sát tính kháng E. coli của các mẫu PU/Ag trong thời gian 24 giờ
Nước qua lọc được thu vào một bình chứa sạch;
Cấy 10ml mẫu nước vào ống chứa 10ml môi trường LSB đôi : 5 ống; Cấy 1 ml mẫu nước vào ống chứa 10ml môi trường LSB đơn : 5 ống; Cấy 0.1 ml mẫu nước vào ống chứa 10ml môi trường LSB đơn : 5 ống; Ủ ở 37,0 ± 0,5oC trong 24-48 giờ;
Chọn các ống (+) (sinh hơi) cấy sang canh BGBL; Ủ ở 37,0 ± 0,5o
C trong 24-48 giờ;
Đếm số lượng ống (+) (sinh hơi) trong từng dãy.
Tra bảng MPN tương ứng để tính ra mật độ vi sinh vật trong mẫu và biểu diễn dưới dạng trị số MPN/100ml.
Mật độ Coliforms trong mẫu nước qua lọc được trình bày trong bảng 3.10
Mẫu Đối chứng Lọc qua PU/Ag
1 45 MPN/100ml 0 MPN/100ml
2 110 MPN/100ml 0 MPN/100ml
Bảng 3.10: Mật độ Coliforms trong mẫu nước đã được lọc
Kết quả cho thấy mẫu nước lọc với cột lọc polyurethane đối chứng (M0) vẫn
còn sự hiện diện của Coliforms (45 và 110 MPN/100ml) trong khi mẫu nước được lọc
qua cột lọc polyurethane tẩm nano bạc (M4) thì không còn sự hiện diện của Coliforms
(0 MPN/100ml). Điều này có nghĩa là Coliforms trong các mẫu nước đã bị tiêu diệt hoàn toàn khi mẫu được lọc qua cột lọc polyurethane tẩm nano bạc.
3.2.3.2.Khả năng kháng E.coli
Chọn các ống (+) từ môi trường LSB cấy sang môi trường canh EC và ủ ở 44,5 ± 0,5oC trong 24 giờ
Chọn các ống sinh hơi cấy sang môi trường thạch đĩa EMB và ủ đĩa này ở
37,0 ± 0.5oC trong 24-48 giờ. Các khuẩn lạc tròn, dẹt, hình đĩa, có hoặc không có
ánh kim tím là khuẩn lạc E. coli giả định (Hình 3.11)
Chọn các khuẩn lạc có đường kính lớn hơn 1mm để kiểm tra xác định chắc
chắn E. coli theo nghiệm pháp IMViC (Indol, Methyl red, Voges Proskuer, Citrate)
Các ống canh khuẩn lên men lactose, sinh hơi trong môi trường EC, tạo được
khuẩn lạc E. coli giả định trên môi trường EMB và cho kết quả thử nghiệm IMViC
++-- là ống có E. coli (+).
Ghi nhận số ống nghiệm có E. coli (+) và tra bảng MPN để tính ra mật độ E.
coli trong mẫu.
Mật độ E.coli trong mẫu nước qua lọc được trình bày trong bảng 3.11
Bảng 3.11:Mật độ E.coli trong mẫu nước đã được lọc
Dựa vào bảng 3.11 ta thấy đối với mẫu nước lọc qua cột lọc polyurethane đối
chứng thì E.coli vẫn hiện diện với mật độ 30 và 70 MPN/100ml. Còn đối với mẫu
nước được lọc qua cột lọc polyurethane tẩm nano bạc thì mật độ E. coli giảm xuống
còn 0 MPN/100ml tức là E. coli đã bị tiêu diệt hoàn toàn bởi cột lọc PU/Ag.
Mẫu Đối chứng Lọc qua PU/Ag
1 30 MPN/100ml 0 MPN/100ml
2 70 MPN/100ml 0 MPN/100ml
Hình3.21:Kết quả khảo sát tính kháng khuẩn E. coli của cột lọc PU/Ag trên mẫu nước đầu nguồn mẫu nước đầu nguồn
KẾT LUẬN &
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Các nội dung đã thực hiện được:
- Đã chế tạo thành công dung dịch nano bạc theo phương pháp polyol với sự hỗ trợ
của nhiệt vi sóng. Các kết quả trên UV – Vis, TEM chứng minh hạt nano bạc trong dung dịch có dạng hình cầu, phân bố chủ yếu trong khoảng dưới 10 nm, dung dịch nano bạc điều chế được có độ bền và ổn định tương đối cao.
- Đã khảo sát tính kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc và cho thấy dung dịch
này có khả năng kháng khuẩn Gram âm (E.coli) và Gram dương (Bacillus Subtilus) tại nồng độ rất thấp. Hiệu quả kháng khuẩn đối với khuẩn Gram âm mạnh hơn so với khuẩn Gram dương. Hiệu quả kháng khuẩn tăng theo nồng độ nano bạc và thời gian xử lí.
- Đã chế tạo thành công tấm polyurethane tẩm nano bạc. Kết quả phân tích qua các
phổ tán xạ Raman và phổ EDX/FE – SEM cho thấy các hạt nano bạc có độ bám dính cao trên nền polyurethane.
- Các thử nghiệm trong ống nghiệm của những tấm polyurethane tẩm nano bạc cho
thấy hiệu quả kháng khuẩn E. coli đạt chuẩn tuyệt đối với xử lý nguồn nước uống
nhiễm khuẩn (100%).
Kiến nghị: Vì thời gian có hạn nên còn một số nội dung chúng tôi chưa thể tiến hành trong luận văn này. Do đó chúng tôi có những đề nghị như sau:
- Tiếp tục nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của màng Polyurethane tẩm nano bạc
trên các chủng vi sinh vật gây bệnh nguy hiểm trong nước.
- Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến hiệu quả tiêu diệt vi khuẩn khi lọc
TIẾNG VIỆT:
1. G.GIÔGHÊNÔP, Hoàng Hạnh & Nguyễn Duy Ái dịch (2002), Lịch sử tìm ra
các nguyên tố hóa học, NXB Thanh Niên.
2. 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.
3. Trần Ngọc Mai (2003), Truyện kể 109 nguyên tố hóa học, NXB Giáo dục.
4. Nguyễn Đức Nghĩa, Công nghệ Hóa Học Nano, NXB Khoa Học Tự Nhiên Và
Công Nghệ, HÀ NỘI, 2007. 1,2
5. Nguyễn Đình Soa, Hóa vô cơ, NXB Đại học Quốc gia.
6. Nguyễn Đình Triệu (2006), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa
học,NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
7. Trần Thị Thanh (2003), Công nghệ vi sinh, NXB Giáo Dục.
8. Trần Linh Thước (2003), Phương pháp phân tích vi sinh vật trong nước, thực
phẩm và mĩ phẩm, NXB Giáo Dục.
9. Cao Hữu Trượng , Công nghệ hoá học vật liệu và công nghệ tiền xử lý ,Trường
ĐH Bách Khoa HÀ NỘI, 1980.
10.Trung Tâm ĐàoTạo Ngành Nước Và Môi Trường, Sổ tay xử lý nước- Tập 1&2,
NXB Xây Dựng.
TIẾNG ANH:
11. A.Ahmad, P.Mukherjee, S.Senapati, D.Mandal, M.IKhan ,R.Kumar and
M.Sastry, Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles using the fungus Fusarium oxysporum, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 28 (2003) 313- 318.
12. Arnold E. Greenberg, Lenore S.Clesceri, Andrew D. Eaton. Standard Methods
18th Edition 1992, for examination of water and wastewater.
13. Chengcai Luo, Yuhong Zhang, Xiaowei Zeng, Yuewu Zeng, Yanguang Wang,
The role of poly(ethylene glycol) in the formation of silver nanoparticles, J.Colloid and interface science, 2005.
14.Chen Y., Wang L., Jiang S. (2003), Study on novel antibacterial polymer materials (I) Preparation of zeolit antibacterial agents and antibacterial polymer composite and their antibacterial properties, Journal of Polymer Materials 20:279-284.
15.Chih-Wei C., Shan-hui H. et al. (2006), Enhanced thermal and mechanical properties and biostability of polyurethane containing silver nanoparticles, Polymer Degration and Stability No. 91, 1017-1024.
16.Dewu Long, Guozhong Wu and Shimou Chen, Preparation of oligochitosan
stabilized silver nanoparticles by gamma irradiation, Radiation Physics and Chemistry76(2007)1126-1131.
17.H.Bonnemann, K.S.Nagabhushana, Chemical Synthesis of nanoparticles(
2004), 778.
18. Huang, H. H.Ni, X. P.Loy, G.L.Chew, C.H.Tan, K.L.Loh, F.C.Deng, J.F.Xu,
G. Qi, Photochemical Formation of Silver Nanoparticles in Poly(N-
vinylpyrrolidone), Langmuir12 (1996) 909
19.Jiang K. Moon, Z. Zhang, S. Pothukuchi, C. P. Wong, Variable Frequency Microwave Synthesis of Silver Nanoparticles, Journal of Nanoparticle Research, Vol.8, p.117-124 (2006).
20.K.esumi, N.ishizuki, K.torigoe, H.nakamur and K.meguro, escribe the
preparation of colloidal silver solutions in the presence of vinyl alcohol and N-vinylpyrrolidone, J.Appl.Polym.Sci.44 (1992) 1003
21.Kuber C.Bhainsa, S.F. D'Souza, Extracellular biosynthesis of silver
nanoparticles using the fungus Aspergillus fumigatus, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2006,160-164 .
22.K.Kalishwaralal, V. Deepak, S. Ramkumarpandian, H. Nellaiah and G.
Sangiliyandi, Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles by the culture supernatant of Bacillus licheniformis, Materials Letters, 2008, 4411-4413.
23.Libor Kvitek, Robert Prucek, Review the preparation and application of silver
nanoparticles, Journal of materials science (2005).
24.Meenal Kowshik, Shriwas Ashtaputre, Sharmin Kharrazi, W Vogel, J Urban, S
K Kulkarni and K M Paknikar, Extracellular synthesis of silver nanoparticles by a silver-tolerant yeast strain MKY3, Nanotechnology14, (2003)95.
25.Mukherjee, A.Ahmad, D.Mandal, S.Senapati, SR.Sainkar, M.I.Khan,
R.Parishcha, P.V.Ajatkumar, M.Alam, R.Kuma and M.Sastry, Fungus-
Mycelial Matrix: A Novel Biological Approach to Nanoparticle Synthesis, Nano lett . 1 (2001) 515.
26.Nikolaj L.Kildeby, Ole z.andersen, Ramus E.Roge, Tomlarsen, Rene Petrsen, Jacob F.Riis, Silver nanoparticles, 4,14,15,16 (2005).
27.N.Saifuddin, C.W.Wong, and A.A.Nur YaSuMiRa, Rapid biosynthesis of silver
nanoparticles Using Culture Supernatant of bacteria with Microwave irradiation, E-Journal of chemistry, (2008, 61-70.
28.N.leopold and B.lendl, A New Method for Fast Preparation of Highly SERS Active Silver Colloids at Room Temperature by Reduction of Silver Nitrate with Hydroxylamine Hydrochloride, J.Phys.Chem.B 107 (2003) 5723.
29.P.K .Khanna and V.Subbarao, Nanosized silver powder via reduction of silver
nitrate by sodium formaldehydesulfoxylate in acidic pH medium, Mater.Lett.57(2003) 2242.
30.P.K.khana, N.Singh, S.Charan, V.V.V.Subbarao, R.Gokhale, U.P.Mulik,
Synthesis and characterization of Ag/PVA nanocomposite by chemical reduction method, Mater.chem.phys, 92 (2005) 229.