Để đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ CTAB/Cu2+ tới quá trình tổng hợp hạt nano đồng, các thí nghiệm được tiến hành tại nhiêt độ cố định là 500C, tỷ lệ khối lượng Cu2+/PVP = 3%, axit ascorbic/Cu2+ = 1,5, nồng độ NaBH4 là 0,3M, tỷ lệ CTAB/Cu2+ thay đổi từ 0,0 2,5, các thông số thực nghiệm được cho ở bảng sau:
Bảng 3.4. Số liệu tổng hợp dung dịch keo nano đồng theo tỷ lệ CTAB/Cu2+
STT CTAB/Cu2+ PVP 40.000 (g) CuCl2 0,2M ( l) NaBH4 0,3M ( l) Axit ascorbic 0,2M ( l) CTAB 0,2M ( l) Nhiệt độ (0C) 1 0,0 0,2 175 175 262 0 50 2 0,5 0,2 175 175 262 87 50 3 1,0 0,2 175 175 262 175 50 4 1,5 0,2 175 175 262 262 50 5 2,0 0,2 175 175 262 350 50 6 2,5 0,2 175 175 262 437 50
Hình 3.17. Phổ UV – Vis của dung dịch keo nano đồng được tổng hợp theo tỷ lệ CTAB/Cu2+
Dung dịch keo nano đồng thu được trên hình 3.16 được phân tích UV-Vis cho kết quả như trên hình 3.17. Kết quả cho thấy rằng khi tăng tỉ lệ CTAB/Cu2+ thì vị trí các đỉnh hấp thu cực đại cũng có sự thay đổi. Cụ thể, các giá trị bước sóng lần lượt là 574 nm, 572 nm, 570 nm với tỉ lệ CTAB/Cu2+= 0,0; 0,5 và 1,0. Vị trí các đỉnh hấp thu cực đại gần như không có sự thay đổi khi tỉ lệ CTAB/Cu2+ tăng từ 1.5 2.5 với giá trị bước sóng ổn định từ 567 568 nm. Kết quả này cho thấy các hạt nano đồng tạo ra có kích thước ổn định và nhỏ nhất khi dùng với tỉ lệ CTAB/Cu2+ = 1,5. Hình 3.15 và 3.18 là ảnh TEM biểu hiện sự phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp khi không có và có mặt của CTAB với tỉ lệ CTAB/Cu2+ = 1,5. Kết quả cho thấy các hạt nano đồng tạo ra chủ yếu vẫn ở dạng hình cầu, có độ phân bố đều với kích thước trung bình lần lượt là 5 2 nm và 3 1 nm.
Như vậy, CTAB có vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp nano đồng. Nó có vai trò bảo vệ và ổn định trong quá trình tổng hợp nano đồng thông qua cơ chế tạo hạt mixen. Khi càng tăng hàm lượng CTAB thì càng nhiều các phân tử CTAB bao bọc và làm giảm hoạt tính bề mặt hạt nano đồng, do đó các hạt nano đồng tạo ra có kích thước nhỏ và đồng đều hơn [30].
Hình 3.18. Ảnh TEM và biểu đồ sự phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp khi có mặt của CTAB với hàm lượng CTAB/Cu2+ = 1,5
3.3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ Cu2+/PVP khi có mặt CTAB
Để đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ Cu2+/PVP tới quá trình tổng hợp hạt nano đồng, các thí nghiệm được tiến hành tại nhiêt độ cố định là 500C, tỉ lệ cố định axit ascorbic/Cu2+ = 1,5, CTAB/Cu2+ = 1,5, nồng độ NaBH4 là 0,3M, tỷ lệ khối lượng Cu2+/PVP thay đổi theo bảng số liệu sau:
Bảng 3.5. Số liệu tổng hợp dung dịch nano đồng theo tỷ lệ Cu2+/PVP
STT Cu 2+/PVP (%) PVP 40.000 (g) CuCl2 0,2M ( l) CTAB/Cu2+ (%) NaBH4 0,3M ( l) Nhiệt độ (0C) 0,2M ( l) 1 1 0,2 58 1,5 87 58 50 2 3 0,2 175 1,5 262 175 50 3 5 0,2 293 1,5 439 293 50 4 7 0,2 410 1,5 615 410 50 5 9 0,2 527 1,5 790 527 50 6 11 0,2 645 1,5 967 645 50 7 13 0,2 762 1,5 1134 762 50
Hình 3.19. Các mẫu dung dịch keo nano đồng được tổng hợp theo tỷ lệ Cu2+/PVP Dung dịch keo nano đồng thu được trên hình 3.19 được phân tích UV-Vis cho kết quả như trên hình 3.20. Kết quả cho thấy rằng khi tăng tỉ lệ khối lượng Cu2+/PVP thì cường độ các đỉnh hấp thu cực đại cũng tăng dần, và vị trí các đỉnh hấp thu cực đại ít có sự thay đổi với giá trị bước sóng từ 567 570 nm khi tỉ lệ Cu2+/PVP tăng từ 1 11%, với tỉ lệ Cu2+/PVP tăng tới 13% thì vị trí đỉnh hấp cực đại dịch chuyển về phía bước sóng lớn hơn với giá trị 573 nm cho thấy có sự gia tăng kích thước.
Hình 3.20. Phổ UV – Vis của dung dịch keo nano đồng được tổng hợp theo tỷ lệ Cu2+/PVP
Hình 3.18, 3.21, 3.22, 3.23 là ảnh TEM và biểu đồ sự phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp với tỉ lệ khối lượng Cu2+/PVP khác nhau. Với tỉ lệ
Cu2+/PVP = 3 và 6% (hình 3.18, 3.21), cho thấy các hạt nano đồng tạo ra chủ yếu ở dạng hình cầu, phân bố đều trong phạm vi kích thước trung bình là 3 1 nm.
Hình 3.21. Ảnh TEM và biểu đồ sự phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp theo tỷ lệ Cu2+/PVP = 6%
Hình 3.22. Ảnh TEM và biểu đồ sự phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp theo tỷ lệ Cu2+/PVP = 9%
Hình 3.23. Ảnh TEM và biểu đồ sự phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp theo tỷ lệ Cu2+/PVP = 11%
Khi tỉ lệ Cu2+/PVP tăng cao 9% và 11% (hình 3.22, 3.23), các hạt nano đồng tạo ra vẫn ở dạng hình cầu, mật độ phân bố dày đặc và có sự kết đám do hàm lượng hạt nano được tạo ra nhiều. Tuy nhiên, do sự hiệp đồng bảo vệ đồng thời của 3 chất bảo vệ PVP, axit ascorbic và CTAB nên các hạt tạo ra vẫn có kích thước nhỏ và đồng đều trong phạm vi kích thước trung bình lần lượt là 4 1 nm và 3 1 nm.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Đã tổng hợp thành công dung dịch keo nano đồng bằng phương pháp khử hóa học trong dung môi nước, chất khử NaBH4, chất hoạt động bề mặt CTAB, chất trợ bảo vệ axit ascorbic, chất bảo vệ PVP.
Kích thước và sự phân bố hạt nano đồng tạo thành được điều chỉnh bằng các thông số thực nghiệm: nồng độ chất khử, nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ axit ascorbic/Cu2+, tỷ lệ CTAB/Cu2+, tỷ lệ khối lượng Cu2+/PVP. Tại thông số tốt nhất cho quá trình tổng hợp, các hạt nano đồng tạo ra có kích thước trung bình 3 1 nm. Các tính chất hóa lý đặc trưng của nano đồng được kiểm chứng bằng các phương pháp phân tích hiện đại như: XRD, UV – Vis, TEM.
Đã xác định được mối liên quan giữa kích thước hạt nano đồng tạo ra với phương pháp phân tích như: dự đoán sự thay đổi kích thước hạt nano đồng qua sự dịch chuyển bước sóng UV – Vis, sự phân bố và thay đổi kích thước được kiểm chứng bằng ảnh TEM.
Kiến nghị
Trên cơ sở các kết quả đã đạt được, tiếp tục hoàn thiện quy trình tổng hợp dung dịch keo nano đồng bằng phương pháp khử hóa học trong các dung môi như glycerin, ethylenglycol,…
Thực hiện quá trình tổng hợp với các chất khử thân thiện với môi trường như: glucose, sử dụng axit ascorbic với vai trò vừa là chất khử, vừa là chất bảo vệ… Thử nghiệm hoạt tính sinh học từ đó thực hiện các nghiên cứu ứng dụng.