Khả năng hấp phụ của AC phụ thuộc mạnh vào tính chất bề mặt của nó, sự xuất hiện AgNP trên nền AC có thể tạo ra một sự thay đổi lên quá trình hấp phụ của vật liệu.
Chúng tôi đã kiểm tra khả năng hấp phụ MB của AC và AgAC với nồng độ MB ban đầu là C0 = 200 mg/L. Kết quả được trình bày trong hình 3.22 a.
Hình 3.22 a. So sánh khả năng hấp phụ MB của AC và AgAC.
Hình 3.22 b. Đường hấp phụ và giải hấp phụ của AC và AgAC.
Chúng ta khơng tìm thấy sự khác biệt rõ rệt giữa 2 đường hấp phụ MB của AC và AgAC trong hình 3.22 a. Điều này chứng tỏ sự có mặt của AgNP với tỷ lệ 1%
không gây ra ảnh hưởng đáng kể lên khả năng hấp phụ MB cũng như tính chất bề mặt của AC. Sự tương đồng giữa đường hấp phụ - giải hấp phụ của AC và AgAC trong hình 3.22 b một lần nữa xác nhận kết luận trên.
Khả năng hấp phụ của AC và AgAC là khác nhau khi chất bị hấp phụ là Asen (As). Tại trạng thái cân bằng, khả năng hấp phụ As của AC và AgAC được nghiên cứu dưới cùng điều kiện với thời gian khuấy là 3 h, nồng độ dung dịch Asen là 1.0 mg/L.
Kết quả chi ra rằng với 2 g AC và AgAC trên 1 lít dung dịch pH trung tính, AC làm giảm lượng As đi 5.5% trong khi AgAC làm giảm lượng As đi 17.1%. Đã có một sự cải tiến trong khả năng loại bỏ ion As+ khi AgNP được phân tán trên nền AC.
Sự xuất hiện của hạt nano bạc trên nền than hoạt tính làm tăng khả năng hấp phụ Asen thông qua các tương tác hóa học. Điều này có thể được giải thích từ giá trị năng lượng tự do trong mơ hình đường đẳng nhiệt Dubini – Radushkevich (D-R):
lnqe = lnqm – γε2
Trong đó:
qe là khả năng hấp phụ tại trạng thái cân bằng qm là khả năng hấp phụ bão hòa lý thuyết (mol.g-1)
γ là hằng số liên quan đến năng lượng tự do của quá trình hấp phụ trên 1 mol chất bị hấp phụ (mol2.J-2)
ε là thế Polanyi, được tính theo cơng thức:
ε = RTln(1 + 1/Ce)
Trong đó:
R là hằng số khí (8.314 J-1.mol-1.K)
Ce là nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch tại trạng thái cân bằng (mol.L-1) T là nhiệt độ tuyệt đối (K)
Năng lượng tự do E (kJ.mol-1) của quá trình hấp phụ trên 1 mol của chất bị hấp phụ khi nó được chuyển tới bề mặt chất hấp phụ từ môi trường dung dịch ban đầu được tính theo cơng thức:
E = 1/ 2 ε
Giá trị này đưa ra thông tin về cơ chế của quá trình hấp phụ là trao đổi ion hay thuần vật lý.
Nếu giá trị E nằm trong khoảng từ 8 tới 16 kJ.mol-1 thì quá trình hấp phụ là trao đổi ion.
Nếu E nằm ở giá trị cao hơn (24.7 ± 3.2 kJ.mol-1) chỉ ra sự hình thành một liên kết hóa học mạnh giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Giá trị năng lượng tự do của quá trình hấp phụ Asen của than là 12.909 kJ.mol-1, và của than chứa bạc là 22.360 kJ.mol-1 [39]. Số liệu này chỉ ra rằng quá trình hấp phụ Asen của AgAC là một tương tác hóa học mạnh, chính điều này đã dẫn tới khả năng hấp phụ Asen vợt trội của AgAC so với AC.
Kết luận 13: Khả năng hấp phụ của AC và AgAC là khơng có sự khác biệt lớn khi chất bị hấp phụ là MB do diên tích bề mặt của 2 vật liệu là gần như nhau hay lượng AgNP phân tán vào AC khơng làm thay đổi đáng kể tính chất bề mặt của AC. Nhưng khả năng hấp phụ của 2 vật liệu này là khác nhau khi chất bị hấp phụ là Asen. AgAC là vật liệu có khả năng hấp phụ Asen tốt hơn, từ đây mở ra khả năng ứng dụng của vật liệu này vào lĩnh vực diệt khuẩn và xử lý môi trường.
Kết Luận
Sau thời gian thực hiện luận văn với tên gọi: “Nghiên cứu chế tạo hạt bạc có cấu trúc nano trên nền than hoạt tính và định hướng trong xử lý môi trường” tại
bộ môn Vật Lý Chất Rắn, khoa Vật Lý, trường đại học Khoa Học Tự Nhiên, chúng tôi đã thu được những kết quả sau:
1. Chế tạo thành công hạt nano bạc bằng phương pháp điện hóa siêu âm điện cực tan. Hạt bạc có cấu trúc lập phương tâm mặt, kết tinh tốt, có kích thước nano với đường kính từ 4 nm tới 40 nm.
2. Điều khiển được kích thước hạt nano bạc nhờ thay đổi các tác nhân nồng độ TSC và cường độ dòng điện, khi nồng độ TSC tăng thì kích thước hạt nano bạc giảm và khi cường độ dòng điện tăng thì kích thước hạt nano bạc tăng. 3. Thí nghiệm diệt khuẩn được thực hiện cùng sự hợp tác với các cán bộ khoa
Sinh Học, trường đại học Khoa Học Tự Nhiên chứng minh hạt nano bạc được chế tạo có khả năng diệt khuẩn tốt, làm mất màu đĩa thạch có ni cấy vi khuẩn E. Coli. Tìm ra được nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của dung dịch hạt nano bạc là 16 µg/mL.( Hạt nano bạc cũng đã được ứng dụng trong bông gạc y tế cho hiệu quả diệt và ức chế vi khuẩn tốt – trong khóa luận khác). 4. Than hoạt tính được hợp tác chế tạo cùng viện Hóa Học – Bộ Quốc Phịng có
diện tích bề mặt lớn (890 m2/g), phân bố lỗ tập trung ở vùng lỗ nhỏ và lỗ trung, có khả năng hấp phụ tốt Xanh Mêtylen (MB).
5. Mô tả được cơ chế được hấp phụ MB của than hoạt tính theo mơ hình động học và mơ hình bão hịa. Với lượng MB hấp phụ bão hòa trên một đơn vị khối lượng AC là 240 mg/g. Khẳng định được tốc độ hấp phụ phụ thuộc vào vị trí hấp phụ hơn nồng độ dung dịch theo giả thuyết động học thứ hai.
6. Hạt nano bạc được phân tán đều trên nền than hoạt tính với tỷ lệ 1% về khối lượng có khả năng diệt khuẩn tốt, không ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ MB và làm tăng khả năng hấp phụ Asen của AC, từ đây cho thấy hướng ứng
dụng của vật liệu AgAC vào việc xử lý Asen trong nước, làm khẩu trang lọc bụi bẩn và khí độc (đã chế tạo và đưa ra thực tế).
7. Một phần của luận văn là bài báo được đăng trên tạp chí khoa học quốc tế
Journal of Hazardous Materials với tên gọi: Preparation and properties of silver nanoparticles loaded in activated carbon for biological and environmental applications.
Định hướng nghiên cứu tiếp theo
1. Nghiên cứu khả năng chế tạo hạt nano bạc với bản cực lớn, ứng dụng cho qui mô sản xuất lớn.
2. Nghiên cứu khả năng ứng dụng hạt nano bạc để chế tạo đồ dùng cá nhân có khả năng diệt khuẩn hoặc các thiết bị y tế dùng một lần.
3. Nghiên cứu khả năng ứng dụng hạt nano bạc được phân tán trên than hoạt tính vào chế tạo các dụng cụ khử mùi, khử độc, khử khuẩn, ứng dụng trong hệ thống lọc nước uống.
4. Nghiên cứu khả năng chế tạo các loại vật liệu khác có khả năng hấp phụ và phân tán tốt trên nền than hoạt tính vào việc xử lý mơi trường, rác thải ví dụ như : các oxit nano sắt Fe3O4, Fe2O3 vơ định hình (đã nghiên cứu và chế tạo thành công)…
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tiếng anh
1. Ivan Sondi and Branka Salopek-Sondi, Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria, Journal of Colloid and Interface Science 275 (2004) 177–182
2. Woo Kyung Jung, Hye Cheong Koo, Ki Woo Kim, Sook Shin, So Hyun
Kim, and Yong Ho Park: Antibacterial Activity and Mechanism of Action
of the Silver Ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli, Appl Environ Microbiol. 2008 April; 74(7): 2171–2178
3. Virender K. Sharma, Ria A. Yngard, Yekaterina Li, Silver
nanoparticles,Green synthesis and their antimicrobial activities, Advances in Colloid and Interface Science 145 (2009) 83–96
4. T.D. Reynolds, P. A. Richards, Unit Operations and Processes in
Environment Enginneering, 2nd ed. Publishing Co, p.25.
5. Nelson Durán, Priscyla D. Marcato, Roseli De Conti, Oswaldo L. Alves, Fabio T. M. Costa, Marcelo Brocchi; Potential use of Silver Nanoparticles
on pathogenic bacteria, their toxicity and possible mechanisms of action; J.
Braz. Chem. Soc. 21 (2010) No. 6, 949-959.
6. JianXu, XiaHan, HonglaiLiu,YingHu, Synthesis and optical properties of silver nanoparticles stabilized by gemini surfactant, Colloids and Surfaces
A: Physicochem. Eng. Aspects 273 (2006) 179–183.
7. D. Jain, H. Kumar Daima, S. Kachhwaha, S. L. Kothari; Synthesis of plant
– mediated silver nanoparticles using papaya fruit extract and evaluation of their antimicrobial activities; Digest Journal of Nanomaterials and
Biostructures 4 (2009) No. 3,p. 557 – 563.
8. Chang Chen, Li Wang, Guohua Jiang and Haojie Yu; Chemical preparation of special – shaped metal nanomaterials through encasulation or inducement in soft solution; Rev. Adv. Mater. Sci. 11 (2006) 1 – 18.
9. Hongyan Liang, Zhipeng Li, Wenzhong Wang, Youshi Wu, and Hongxing
Xu; Highly Surface-roughened ‘‘Flower-like’’ Silver Nanoparticles for
Extremely Sensitive Substrates of Surface-enhanced Raman Scattering;
Adv. Mater 21 (2009) p4614–4618.
10. David Bl´azquez S´anchez; The Surface Plasmon Resonance of Supported Noble Metal Nanoparticles: Characterization, Laser Tailoring, and SERS
Application; PhD Thesis, Department of Chemistry, University of the
Kassel von 2007.
11. Dhermendra K. Tiwari1, J. Behari, P. Sen; Time and dose-dependent antimicrobial potential of Ag nanoparticles synthesized by top-down approach; CURRENT SCIENCE 95 (2008) No. 5, p 647 – 655.
12. 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; Antimicrobial effects of silver nanoparticles;
Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 3 (2007) 95– 101. 13. Pavel Dibrov, Judith Dzioba, Khoosheh K. Gosink, Claudia C. Hase;
Chemiosmotic Mechanism of Antimicrobial Activity of Ag+ in Vibrio
cholerae; Antimicrobial Agents and Chemotherapy 46 (2002) No.8, p2668
– 2670.
14. AngshumanPal, SunilShah, SurekhaDevi, Microwave-assisted synthesis of silver nanoparticles using ethanol as a reducing agent, Material chemistry
and physics 114 (2009) 530–532.
15. Zheng Min, Ang Zuo-shan, Zhu Ya-we; Preparation of silver nanoparticles via active template under ultrasonic; Trans. Nonferrous Met.
SOC. China 16 (2006) 1348-1352.
16. SukdebPal, YuKyungTak, JoonMyongSong, Does the Antibacterial Activity of Silver Nanoparticles Depend on the Shape of the Nanoparticle?
Astudy of the Gram-Negative, Bacterium Escherichiacoli; Applied and
17. H. Hofmeister, G.L. Tan, M. Dubiel; Shape and internal structure of silver
nanoparticles embedded in glass; J. Mater. Res. Vol. 20, No. 6, Jun 2005.
18. Hongyan Liang, Huaixin Yang, Wenzhong Wang, Jianqi Li, Hongxing Xu;
High-Yield Uniform Synthesis and Microstructure Determination of Rice- Shaped Silver Nanocrystals; J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (17), 6068-
6069.
19. Hy e o n g - H o Pa r k , Xin Z hang, Yong-June C hoi, Hy u n g - H o Pa r k , and Ross H. Hill, Synthesis of Ag Nanostructures by Photochemical
Reduction Using Citrate-Capped Pt Seeds, Journal of Nanomaterials
Volume 2011, Article ID 265287,7 pages, doi:10.1155/2011/265287
20. Jorge Pérez – Juste, Isabel Pastoriza – Santos, Luis M.Liz – Marzán, Paul Mulvaney; Gold nanorods: Synthesis, characterization and applications;
Coordination Chemistry Reviews 249 (2005) 1870 – 1901.
21. V. Zawani Z, Luqman Chuah A, Thomas S. Y. Choong, Equilibrium, Kinetics and Thermodynamic Studies: Adsorption of Remazol Black 5 on the Palm Kernel Shell Activated Carbon (PKS-AC), European Journal of Scientific Research ISSN 1450-216X Vol.37 No.1 (2009), pp.67-76.
22. T. Santhi, S. Manonmani, Removal of Methylene blue from aqueous solution by bioadsorption onto Ricinus communis epicarp activated carbon, Chemical Engineering Research Bulletin 14 (2010) 11-18.
23. B.H.Hameed *, R.R. Krishni, S.A. Sata: A novel agrcultural waste
adsorbent for removal of cationic dye from aqueous solutions, Journal of
Hazardous Materials 162 (2009) 305–311.
24. I.A.W. Tan, A.L. Ahmad, B.H. Hameed: Adsorption of basic dye on high- surface-area activated carbon prepared from coconut husk: Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies, Journal of Hazardous Materials 154 (2008) 337–346.
25. B. H Hameed, A. T. M. Din, A. L. Ahmad: Adsorption of methylene blue
onto bamboo- based active carbon: kinetics and equibrium studies, Journal
26. B. H. Hameed, M. I. El – Khaiary: Equilibrium, Kinetics and mechanism of malachite green adsoption on activated carbon prepared from bamboo by
K2CO3 activation and subsequent gasification with CO2, Journal of
Hazardous Materials 157 (2008) 344–351
27. Master of Science thesis in process technology by Bjørnar Jensen, Department of Physics and Technology University of Bergen, Norway November 2009: Modeling Trapping Mechanism for PCB Adsorption on Activated Carbon
28. S. Pal, Y.K. Tak, J. Joardar, W. Kim, J.E. Lee, M.S. Han, J.M. Song,
Nanocrystalline silver supported on activated carbon matrix from hydrosol: antibacterial mechanism under prolonged incubation conditions,
J. Nanosci. Nanotechnol. 9(2009) 2092–2103
29. P.C. Lee, D. Meisel, Adsorption and surface-enhanced raman of dyes on silver and gold sols, J. Phys. Chem. 86 (1982) 3391–3395
30. V.I. Klimov (Ed.), Semiconductor and Metal Nanocrystals: Synthesis and
Electronic and Optical Properties, Marcel Dekker, New York, 2004..
31. R.A. Alvarez-Puebla, D.J. Ross, G.-A. Nazri, R.F. Aroca, Surface- enhanced Raman scattering on nanoshells with tunable surface plasmon resonance, Langmuir 21 (2005) 10504–10508.
32. S. Link, M.A. El-Sayed, Shape and size dependence of radiative, non- radiative and photothermal properties of gold nanocrystals, Int. Rev. Phys.
Chem. 19 (2000) 409–453
33. G. Crini, H. Peindy, F. Gimbert, C. Robert, Removal of c.i. basic green 4
(malachite green) from aqueous solutions by adsorption using cyclodextrinbased adsorbent: kinetic and equilibrium studies, Sep. Purif.
Technol. 53 (2007) 97–110
34. R. Malik, D. Ramteke, S. Wate, Adsorption of malachite green on ground-
nut shell waste based powdered activated carbon, Waste Manage. 27
(2007) 1129–1138.
adsorption onto activated carbon prepared waste apricot, J. Hazard.
Mater. 135 (2006) 232–241.
36. I.D. Mall, V.C. Srivastava, N.K. Agarwal, I.M. Mishra, Adsorptive removal of malachite green dye from aqueous solution by bagasse fly ash and activated carbon-kinetic study and equilibrium isotherm analyses,
Colloids Surf. A 264 (2005) 17–28.
37. Y. Liu, New insights into pseudo-second-order kinetic equation for adsorption, Colloids Surf., A 320 (2008) 275–278.
38. D. Kavitha, C. Namasivayam, Experimental and kinetic studies on
methylene blue adsorption by coir pith carbon, Bioresour. Technol. 98
(2007) 14–21
39. R. Selvakumar, N.A. Jothi, V. Jayavignesh, K. Karthikaiselvi, G.I. Antony, P. Sharmila, S. Kavitha, K. Swaminathan, As(V) removal using carbonized
yeast cells containing silver nanoparticles, Water Res. 45 (2011) 583–592.
40. S. Kim, S.S. Kim, Y.J. Bang, S.J. Kim, B.J. Lee, In vitro activities of
native and designed peptide antibiotics against drug sensitive and resistant tumor cell lines, Peptides 24 (2003) 945–953.
Tài Liệu tiếng Việt
41. Nguyễn Thế Khơi, Nguyễn Hữu Mình, Giáo trình Vật lí chất rắn, Nhà xuất bản giáo dục, 1992
42. Nguyễn Ngọc Long, Giáo trình Vật lý chất rắn, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia, 2008
43. Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty, Vi sinh vật học,
Nhà xuất bản giáo dục, 2009
44. Nguyễn Văn Hùng, Giáo trình Vật lí tia X.
45. Nguyễn Thị Thu, Giáo trình hố keo, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm
46. PGS.TS. Đỗ Đình Rãng, PGS.TS. Đặng Đình Bạch, PGS.TS. Lê Thị Anh Đào, THs. Nguyễn Mạnh Hà, TS. Nguyễn Thị Thanh Phong, Hoá học hữu
cơ 3, Nhà xuất bản giáo dục 1999.
Websize 47. http://vi.wikipedia.org/wiki/Ph%E1%BB%95_t%C3%A1n_s%E1%BA%A Fc_n%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_tia_X 48. http://www.hus.edu.vn/Dmthietbi/?f=noidung/setad23.htm/ 49. http://www.nihe.org.vn/new-vn/thuong-quy-va-huong-dan-ky- thuat/937/Qui-trinh-xac-dinh-nong-do-khang-sinh-toi-thieu-uc-che-vi- khuan-MIC.vhtm 50. http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/silver- nanoparticles. 51. http://willets.cm.utexas.edu/LSPR.htmL
52. http://www.crcpress.com/product/isbn/9780824753443 Roop Chand Bansal, Punjab University, Chandigarh, India; Meenakshi Goyal, Punjab
University, Chandigarh, India, Activated Carbon Adsorption, May 24,
2005 by CRC Press - 520 Pages
53. http://www.malvern.com/LabEng/technology/zeta_potential/zeta_potential _LDE.htm
54. http://zeta-potential.sourceforge.net/zeta-potential.shtml 55. http://en.wikipedia.org/wiki/Activated_carbon