3.3. Khảo sát và đánh giá khả năng diệt khuẩn của vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính
3.3.2Kết quả khảo sát và đánh khả năng diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu
* Kết quả diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu đƣợc tẩm bằng dung dịch nano bạc thu đƣợc từ phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm từ bảng 3.5 ta thấy các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính đều có khả năng diệt khuẩn Coliforms.
Hình 3.11: Kết quả diệt khuẩn Coliforms trực quan của các mẫu vật liệu có nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học kết hợp siêu âm
Trong đó: (a) là mẫu đối chứng pha loãng ba bậc
(b) là mẫu Ag(0,1)-T-SA pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms (c) là mẫu Ag(0,3)-T-SA pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms. (d) là mẫu Ag(0,5)-T-SA pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms. (e) là mẫu Ag(0,7)-T-SA pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms. (f) là mẫu Ag(1,0)-T-SA pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms. (g) là mẫu Ag(0,1)-SiC-SA pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn
Coliforms.
(h) là mẫu Ag(1,0)-SiC-SA pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn
Bảng 3.5: Kết quả diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu có nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học kết hợp siêu âm
Tên mẫu Nồng độ Coliforms ban đầu (cfu/ml)
Nồng độ vi khuẩn Coliforms còn lại (cfu/ml) Lƣợng Coliforms bị tiêu diệt (%) Mẫu đối chứng 1,5.105 - 0 Ag(0,1)-T-SA - 2,1. 104 86,00 Ag(0,3)-T-SA - 8,4.102 99,44 Ag(0,5)-T-SA - 7,8.102 99,48 Ag(0,7)-T-SA - 0 100,00 Ag(1,0)-T-SA - 0 100,00 Ag(0,1)-SiC-SA - 8,5.104 43,30 Ag(0,5)-SiC-SA - 8,1.104 46,00 Ag(1,0)-SiC-SA - 3,7.104 75,33
Khả năng diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than gáo dừa hoạt tính từ 86-100% trong điều kiện thí nghiệm tùy theo hàm lƣợng nano bạc đƣợc đƣa lên than. Khi hàm lƣợng nano bạc đƣa lên than gáo dừa hoạt tính là 0,7% (mẫu Ag(0,7)-T-SA) đã tiêu diệt đƣợc 100% vi khuẩn Coliforms. Còn các mẫu vật liệu nano
bạc mang trên silic cacbon có khả năng diệt khuẩn kém hơn, trong điều kiện thí nghiệm mẫu vật liệu Ag(1,0)-SiC-SA (mẫu có hàm lƣợng bạc là 1%) chỉ diệt đƣợc khoảng 75% lƣợng vi khuẩn Coliforms. Hiện tƣợng này cũng có thể đƣợc giải thích là do diện tích bề mặt riêng của silic cacbon nhỏ hơn diện tích bề mặt riêng của than gáo dừa hoạt tính làm giảm khả năng tiếp xúc của vi khuẩn với vật liệu.
* Kết quả diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu đƣợc tẩm bằng dung dịch nano bạc thu đƣợc từ phƣơng pháp khử hóa bức xạ:
Hình 3.12: Kết quả diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu có nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp bức xạ
Trong đó: (a) là mẫu đối chứng pha loãng 3 bậc
(b) là mẫu Ag(0,1)-T-BX pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms. (c) là mẫu Ag(0,3)-T-BX pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms. (d) là mẫu Ag(0,5)-T-BX pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms. (e) là mẫu Ag(0,7)-T-BX pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms. (f) là mẫu Ag(1,0)-T-BX pha loãng ba bậc sau khi tiếp xúc với khuẩn Coliforms.
Bảng 3.6: Kết quả diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu có nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp bức xạ
Tên mẫu Nồng độ Coliforms ban đầu (cfu/ml)
Nồng độ vi khuẩn Coliforms còn lại (cfu/ml) Lƣợng Coliforms bị tiêu diệt (%) Mẫu đối chứng 1,5.105 - 0 Ag(0,1)-T-BX - 3,0. 104 80,00 Ag(0,3)-T-BX - 9,7. 103 93,53 Ag(0,5)-T-BX - 3,75.102 99,75 Ag(0,7)-T-BX - 2,1.102 99,86 Ag(1,0)-T-BX - 1,65.102 99,89
Từ các kết quả trên ta thấy khả năng diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than gáo dừa có dung dịch nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp bức xạ khá tốt có thể tiêu diệt đƣợc 80 - 99,89 % lƣợng vi khuẩn Coliforms trong điều khiện thí nghiệm. Vật liệu có nồng độ nano bạc chiếm 0,5 % (mẫu Ag(0,5)-T-BX) đã có thể diệt 99,75% vi khuẩn Coliforms trong điều khiện thí nghiệm.
trên than hoạt tính
Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn khả năng diệt khuẩn Coliforms của các vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính
Trong đó:
Ag-T-SA là các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than gáo dừa có nano bạc được điều chế bằng phương pháp khử hóa học kết hợp siêu âm.
Ag-T-BX là các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than gáo dừa có nano bạc được điều chế bằng phương pháp bức xạ.
Ag-SiC-SA là các mẫu vật liệu nano bạc mang trên silic cacbon có nano bạc được điều chế bằng phương pháp khử hóa học kết hợp siêu âm.
Quan sát hai đồ thị hình 3.13 và hình 3.14 ta có thể thấy khả năng diệt khuẩn của các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính gáo dừa với dung dịch nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm (Ag-T-SA) là tốt nhất, còn các mẫu vật liệu sử dụng chất mang là silic cacbon (Ag-SiC-SA) có khả năng diệt khuẩn kém nhất trong ba loại vật liệu đƣợc chế tạo.
Khi so sánh khả năng diệt khuẩn của hai loại vật liệu Ag-T-SA và Ag-T-BX ta có thể thấy vật liệu nano bạc mang trên than gáo dừa có dung dịch nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm và vật liệu có dung dịch nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa bức xạ có khả năng diệt khuẩn là gần tƣơng đƣơng nhau.
Tuy nhiên, nếu so sánh khả năng diệt khuẩn của hai mẫu vật liệu có hàm lƣợng nano bạc là 0,1% (mẫu Ag(0,1)-T-SA và Ag(0,1)-T-BX) ta thấy mẫu vật liệu chứa nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm có khả năng diệt khuẩn tốt hơn một chút so với mẫu vật liệu chứa nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa bức xạ. Kết quả này phù hợp với kết quả xác định kích thƣớc hạt bằng phƣơng pháp FE-SEM, TEM và XRD. Sự khác nhau này có thể đƣợc giải thích là do các hạt nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm có kích thƣớc hạt nhỏ và đồng đều hơn làm tăng khả năng tiếp xúc và tác dụng lên màng tế bào với vật liệu nên khả năng diệt khuẩn tốt hơn.
So sánh khả năng diệt khuẩn của vật liệu Ag-T-SA và Ag-SiC-SA ta thấy chất mang cũng có ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng diệt khuẩn của vật liệu. Chất mang có diện tích bề mặt riêng lớn hơn sẽ tăng sự tiếp xúc của vi khuẩn với nano bạc trên vật liệu làm cho khả năng diệt khuẩn tốt hơn. Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn ( khoảng 500 - 4000 m2/g), giá thành sản xuất rẻ, dễ dàng xử lí chất thải sau khi sử dụng (bằng cách đốt), do đó than hoạt tính là chất mang thích hợp để đƣa nano bạc lên nhằm tạo ra các vật liệu có ứng dụng trong thực tế.
KẾT LUẬN
Sau q trình nghiên cứu chúng tơi đã thu đƣợc một số kết quả sau:
1. Đã điều chế thành công dung dịch nano bạc bằng hai phƣơng pháp là phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm và phƣơng pháp khử hóa bức xạ. Sử dụng các phƣơng pháp đặc trƣng hiện đại nhƣ FE-SEM, TEM, XRD đã xác định đƣợc kích thƣớc các hạt nano bạc. Khi đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp sóng siêu âm hạt nano bạc có kích thƣớc chủ yếu trong khoảng từ 5-12nm và khi đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa bức xạ thì hạt có kích thƣớc chủ yếu từ 19- 34 nm
2. Đã tổng hợp thành công các vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính với dung dịch nano bạc đƣơc điều chế bằng hai phƣơng pháp. Các hạt nano bạc phân tán đồng đều trên chất mang và không bị co cụm.
3. Khảo sát và đánh giá khả năng diệt khuẩn của các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính sử dụng dung dịch nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm và phƣơng pháp khử hóa bức xạ, với các hàm lƣợng nano bạc khác nhau. Kết quả khảo sát trên hai loại vi khuẩn E.coli và Coliforms cho thấy vật liệu nano bạc
mang trên than gáo dừa có chứa nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm có khả năng diệt khuẩn tốt hơn so với vật liệu chứa nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa bức xạ.
4. Các kết quả khảo sát cho thấy chất mang cũng ảnh hƣởng đến khả năng diệt khuẩn của vật liệu. Các chất mang có diện tích bề mặt lớn sẽ giúp cho các vật liệu có khả năng diệt khuẩn tốt hơn. Trong cùng điều kiện, vật liệu sử dụng chất mang là than gáo dừa hoạt tính có thể tiêu diệt khoảng 80 - 100% vi khuẩn E.coli và Coliforms, còn vật liệu sử dụng chất mang là SiC chỉ tiêu diệt đƣợc tối đa 62% vi khuẩn E.coli và 75,33% Coliforms.
5. Các kết quả đạt đƣợc của nghiên cứu này sẽ góp phần hồn thiện cơng nghệ chế tạo vật liệu bạc nano trên chất mang để ứng dụng vào trong y học và công nghệ mơi trƣờng với vai trị là các tác nhân kháng nấm, kháng khuẩn hiệu quả.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt
[1]. Bùi Duy Du (2009), "Nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bằng bức xạ gamma Co -
60 và một số ứng dụng của chúng trong y học và nông nghiệp", Luận án Tiến sĩ, Đại học
Quốc Gia, Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên.
[2]. Vũ Trung Hiếu, Bùi Duy Cam, Lê Thị Hoài Nam, Nguyễn Thị Huệ, (2008)," Xử
lý Asen và Mangan trong nước sinh hoạt bằng phương pháp hấp phụ trên vật liệu quặng Mangan dioxit tự nhiên và Diatomit tự nhiên", Tạp chí phân tích Hóa lý và sinh học, Tập
13, Tr 3-7, số 1.
[3]. Nguyễn Đức Nghĩa (2009). "Polyme chức năng và vật liệu lai cấu trúc
nano". Nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ.
[4]. Phạm Ngọc Nguyên, (2004), Giáo trình kỹ thuật phân tích vật lý, NXB Khoa
Học Kỹ Thuật Hà Nội.
[5]. Hoàng Anh Sơn, Võ Thành Phong, Trần Anh Tuấn (2007), "Nghiên cứu và chế
tạo thử nghiệm màng lọc có tính sát khuẩn cao sử dụng trong xử lý nước sinh hoạt hộ gia đình từ compozit polyuretan/nano bạc", Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh.
[6] Nguyễn Kim Trƣờng (2006), "Hơn 1,5 triệu trẻ em chết mỗi năm vì thiếu nước
sạch". TC Phổ biến kiến thức (82): 3.
Tiếng anh
[7]. Adsorbents: Fundamentals and Applications, (2003), Eds: Ralph T. Yang,
Dwight F. Benton, John Wiley & Sons, Inc., Publication.
[8]. Ales Panacek, Libor Kvitek, Robert Prucek, Milan Kolar, Renata Vecerova, Nadezda Pizurova, Virender K. Sharma, Tatjana Nevecna, and Radek Zboril (2006),
"Silver colloid nanoparticles: synthesis, characterization, and their antibacterial activity",
J. Phys. Chem. B 110 p. 16248 – 16253.
[9]. Badr. Y, Mahmoud. M.A (2006), "Enhancement of the optical propertied of poly
3614.
[10]. Bogle. K. A, Dhole. S. D, Bhoraskar. V. N (2006), "Silver nanoparticles:
synthesis and size control by electron irradiation", Nanotechnology, 17, pp. 3204 – 3208.
[11]. Chang Young Kim, Byung Moo Kim, Sung Hoon Jeong and Sung-Chul Yi (2006), "Effect of sodium carbonate on the formation of colloidal silver particles by a reduction reaction of silver ions with PVP", Journal of Ceramic Processing Research. Vol.
7, No. 3, pp. 241 - 244.
[12]. Douglas Roberto Monteiro, Luiz Fernando Gorup, Aline Satie Takamiya, Adhemar Colla Ruvollo-Filho, Emerson Rodrigues de Camargo, Debora Barros Barbosa (2009), "The growing importance of materials that prevent microbial adhesion:
antimicrobial effect of medical devices containing silver", International Journal of
Antimicrobial Agents 34, pp. 103 – 110.
[13]. Gautam. A, Singh.G.B, Ram. S (2007), "A simple polyol synthesis of silver metal nanopowder of uniform particles", Synthetic Metals, Vol.157 (1), pp. 5 - 10.
[14]. G. Carotenuto, Appl. Organnometal. Chem., 15, 344 (2001).
[15]. H. T. Ha, H. A. Son, N. Q. Buu et al. (2006). Study on preparation and antibacterrial properties of nano silver coating composites. Proc. of Intern. 1st WOFMs
and 3rd WONPNT, Dec. 6-9, 2006, 462- 466. Halong City, Vietnam.
[16]. Henglein. A (1998), Colloidal silver nanoparticles: Photochemical preparation
and interaction with O2, CCl4 and some metal ions, Chem. Mater., 10, pp.444 – 450.
[17]. H. H. Huang, X. P. Ni, G. L. Loy, C. H. Chew, K. L. Tan, F. C. Loh, J. F. Deng, and G. Q. Xu, Langmuir, 12, 909 (1996).
[18]. http://areeweb.polito.it/ricerca/carbongroup/fac_fesem.html
[19].http://thanhoattinh.vn/nd3/Than-hoat-tinh---Cau-tao,-tinh-nang-va-tac-dung-.ht ml.
[20].. http://www.vnexpress.net/GL/Khoa-hoc/Ky-thuat-moi/2009/08/3BA121403 [21]. Irshad A. Wani, et al., "Silver nanoparticles: Ultrasonic wave assisted synthesis,
optical characterization and surface area stusies". Materials Letters 65 (2011) 520-522.
Cohn, P. C. Eklund, D. T. Colbert, R. E. Smally, R. C. Haddon, (2001) Dissolution of full-lengh singe-walled carbonnanotube, Phys. Chem. B, 105, pp. 2525-2530.
[23]. Jiahui Huang, Gong Li, Shuijie Wu, and et.all., (2005), Synthesis, Characterization and Catalytic of Cubic Ia3d and Hexagonal P6mm Mesoporous Aluminosilicates with enhanced Acidity, J. Mater. Chem., 15, pP. 1005-1060.
[24]. Jiang. H, et al. (2006), "Variable frequency microwave synthesis of silver nanoparticles", J. Nanopart. Res., 8, pp. 117 - 124.
[25]. Jun Sung Kim, Eunye Kuk, Kyeong Nam Yu, Jong-Ho Kim, Sung Jin Park, Hu Jang Lee, So Hyun Kim, Young Kyung Park, Yong Ho Park, Cheol-Yong Hwang, Yong-Kwon Kim, Yoon-Sik Lee, Dae Hong Jeong, Myung-Haing Cho.,(2007),
Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology,
and Medicine 3, 95– 101.
[26]. Kenneth S.Suslick (1994), "The chemistry of ultrasound", the Yearbook of
Science & the Future, pp 138-155.
[27]. Khanna. B. K, Gokhale. R, Subbarao. V. S (2004), "Poly(vinyl pyrrolidone) coated silver nano powder via displacement reaction", J. Mater. Sci., 39, pp. 3773 – 3776.
[28]. Lee. D. K, Kang. Y. S (2004), "Synthesis of silver nanocrystallites by a new thermal decomposition method and their characterization", ETRI Journal, Vol. 26, 3, pp.
252 – 256.
[29]. Mahendra Rai*, Alka Yadav, Aniket Gade (2009), "Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials", Biotechnology advances 27, pp. 76 – 83.
[30]. Manab Mallik, R K Mandal., (2008), "Effect of vảiation of PVP/PVA weight ratio on the behaviour of nanocrystalline silver". Indian Journal of Engineering and
material Sciences. Vol. 15, pp.425-428.
[31]. Nhi T. T. Y., Thien D. T., Tuyen N. V. (2006). Synthesis of nano silver-β-chitozan toward finding microbial active materials. Proc. of Intern. 1st WOFMs
and 3rd WONPNT, Dec. 6-9, 2006, 32-35. Halong City, Vietnam.
[32]. Prashant Jain, T. Pradeep, "Potential of silver nanoparticle-coated polyurethane
DOI: 10.1002/bit.20368.
[33]. Qilin Li, Shaily Mahendra, Delina Y. Lyon, Lena Brunet, Michael V. Liga, Dong Li, Pedro J.J. Alvarez.(2008). Antimicrobial nanomaterials for water disinfection and microbial control: Potential applications and implications. Water research 42 (2008)
4591 – 4602.
[34]. Ranjana S. Varma, D.C. Kothari, R. Tewari (2009), "Nano-composite soda lime
silicate glass prepared using silver ion exchange", Journal of Non-crystalline Solids 355,
pp. 1246 - 1251.
[35]. Shaojun Miao, et al.,(2004), " Effect of Ag+ cations on Nonoxidative Activation of methane to C2-Hydrocarbons". J.Phys. Chem ., 108, 17866-17871.
[36]. Solomon, S.D.,et al.,(2007), synthesis and study of silver nanoparticles. Journal of Chemical Education,. 84(2): p..322-325.
[37]. Taneja. B, Ayyub. B, Chandra. R (2002), "Size dependence of the optical spectrum in nanocrystalline silver", Physical Review B, Vol. 65, pp. 245412.1 – 6.
[38]. Thang HV, Huang Q, Eic' M, On DT, and Kaliaguine S. Adsorption of C7 Hydrocacbons on Biporous SBA-15 Mezoporous Silica. Langmuir 2005;21:5094-5101.
[39]. Virender K. Sharma, Ria A. Yngard, Yekaterina Lin (2009), "Silver nanoparticles: Green Synthesis and their antimicrobial activities", Advances in Colloid
and Interface Science 145, pp. 83 – 96.
[40]. Wang, H., Qiao, X., Chen, J., Wang, X., and Ding, S.(2005). Mechanisms of pvp in the preparation of silver nanoparticles.Science Direct.
[41]. Yang, 1997, in lại từ Ralph T. Yang, Dwight F. Benton, John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2003, Ch.5.
[42]. Yaohui Lv, Hong Liu, Zhen Wang, Shujiang Liu, Lujiang Hao, Yuanhua Sang, Duo Liu, Jiyang Wang, R.I. Boughton (2009), "Silver nanoparticle-decorated porous ceramic composite for water treatment", Journal of Membrane Science 331, pp. 50 – 56.
[43]. Yin. B, et al. (2003), "Electrochemical synthesis of silver nanoparticles under
[44]. Yu-Chieh Lu, Kan-Sen Chou (2008), "A simple and effective route for the synthesis of nano-silver colloidal dispersions", Journal of the Chinese Institute of
Chemical Engineers 39, pp. 673 – 678.
[45]. Y.Zhou, C.Y.Wang, H.J.Liu, Y.R. Zhu,Y.Z. Chen (1999), "Preparation and study of Ag-TiO2 hybrid nanoparticles of core-shell structure", Department of chemistry,
Structure research laboratory, University of science and technology of china, Hefei, Anhui 230026, PR China. Received 1 december 1998 in revised from 12 August 1999.
[46]. Zheng Min, et al., "Preparation of silver nanoparticle via active template
under ultrasonic". Trans. Nonferrous Met. Soc. China 16(2006) 1348-1352.
[47]. Zhenzi Jing, Hirotaka, Koji Ioku, and Emile H. Ishida, (2007), Hydrothermal Synthesis of Mesoporous Marerials from Diatomaceous Earth, J. AIChE, 53 (8),