2.1.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ & THIẾT BỊ SỬ DỤNG
Các thí nghiệm đƣợc tiến hành tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano – Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
Nguyên liệu :
- Silver Nitrate – AgNO3 (Merck – Germany) - Nƣớc tinh khiết (Merck – Germany)
- Latex 60% DRC (công ty cao su Nam Cƣờng) - Acid Formic – HCOOH (AR – China)
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
Các dụng cụ và thiết bị đƣợc sử dụng để tiến hành thí nghiệm :
- Erlen 250ml, becher 250ml, đũa khuấy, pipet, ống nhỏ giọt, que trải. - Cân điện tử, máy khuấy từ
- Đèn UVC (5 x 55W – OSRAM – cƣờng độ tập trung) - Tủ sấy
Các thiết bị đƣợc sử dụng trong tạo mẫu & phân tích mẫu : - Máy cán và ép cao su
- Máy XRD (D8 Advance)
Hình 2.2 Nguyên liệu sử dụng
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
- Máy TEM (JEM – 1400 )
- Máy đo UV-VIS (Varian – Cary100) - Máy GPC (1100 Aglent)
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
2.1.2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
Sơ đồ 2.1 Quy trình thí nghiệm
Chiếu UV
Nano Ag / Latex
Tạo mẫu để phân tích
Latex AgNO3
Pha loãng Hòa tan
Khuấy trộn H2O Nanocomposite Ag / Cao su Lƣu mẫu XRD Mẫu dày Mẫu màng
Mẫu lỏng TEM, GPC, AAS, Diệt khuẩn
UV-VIS 1 2 3 4 5 6
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
40g latex (60% DRC) đƣợc pha loãng với 20ml H20 trong erlen (có nắp đậy) và khuấy trong 15’ bằng máy khuấy từ.
Hòa tan 0,04g AgNO3 với 20 ml H2O.
Dung dịch AgNO3 đƣợc nhỏ từ từ (bằng ống nhỏ giọt) vào erlen chứa latex đã chuẩn bị trƣớc đó. Giai đoạn này kéo dài khoảng 10’.
Lƣu ý : ta vẫn tiến hành khuấy trong quá trình nhỏ AgNO3 vào erlen. Sau đó khuấy thêm 20’ nữa.
1 2 3 Hình 6.5 Thí nghiệm – Bước 1 Hình 2.6 Thí nghiệm – Bước 2 Hình 2.7 Thí nghiệm – Bước 3 Hình 2.5 Thí nghiệm – Bước 1
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
Sau quá trình khuấy trộn với mục đích giúp AgNO3 có thể phân tán đều trong latex, đậy kín erlen và tiến hành chiếu UV để khử Ag+ Ag kim loại.
Lƣu ý là tia UV không trực tiếp khử Ag+ Ag kim loại, mà thực tế, tia UV chỉ kích thích để các chất hữu cơ tạo ra các gốc có khả năng khử Ag+ Ag. Nhờ sự có mặt của latex với vai trò là chất bảo vệ, các hạt Ag kim loại tạo thành sẽ có kích thƣớc trong thang nano.
Trong quá trình chiếu, ta tiến hành khuấy chậm để tránh việc các hạt Ag kim loại tụ lại thành hạt lớn. Màu của hỗn hợp sẽ trở nên đậm dần, sau đó sẽ không thay đổi nữa. Đó là lúc ta dừng chiếu. Trong thí nghiệm tiến hành, thời gian chiếu vào khoảng 2h30 – 3h.
Tùy vào mục đích sử dụng trong thực tế mà ta sẽ giữ sản phẩm tạo thành ở dạng lỏng (nano Ag / latex) hoặc có thể đánh đông (bằng acid formic hoặc acid acetic) để tạo thành nanocomposite Ag / Cao su thiên nhiên.
Ta cho mẫu vào chai để lƣu mẫu.
4
5
Hình 2.8 Thí nghiệm – Bước 4
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
Tiếp theo là quá trình chế tạo mẫu và tiến hành phân tích kết quả. Đây là quá trình rất quan trọng vì nó giúp đánh giá kết quả của quá trình tổng hợp ở trên và cung cấp những số liệu có ý nghĩa khoa học. Tùy vào phƣơng pháp phân tích mà ta sẽ chế tạo mẫu cho phù hợp. Nhìn chung, ta cần chế tạo 3 loại mẫu để phục vụ cho việc phân tích : mẫu lỏng, mẫu màng và mẫu dày.
Mẫu lỏng : mẫu này có đƣợc trực tiếp ở bƣớc 5 (xem hình 4.9 ở trang trước).
Mẫu lỏng đƣợc sử dụng để phân tích TEM, GPC, AAS và phân tích khả năng diệt khuẩn .
Mẫu màng mỏng : đƣợc chế tạo bằng cách nhỏ hỗn hợp nano Ag/LNR lên tấm lam và dùng que trải để tạo màng mỏng. Sau đó, tiến hành sấy ở 40C trong 5h, latex sẽ đông lại thành màng mỏng cao su và có màu vàng.
6
Phân tích TEM (kính hiển vi điện tử truyền qua) được tiến hành tại phòng thí
nghiệm trọng điểm – Đại học Bách Khoa TPHCM
Phân tích GPC được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Trung tâm – Đại học khoa học
tự nhiên TPHCM
Phân tích AAS được tiến hành tại Trung tâm Dịch vụ phân tích thí nghiệm TPHCM
(ASE)
Phân tích khả năng diệt khuẩn được tiến hành tại Phòng thí nghiệm CN nano –
ĐHQG TPHCM bởi 2 cử nhân sinh họcNguyễn Hồ Tú Uyên và Phan Huệ Phương
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
Mẫu màng mỏng này đƣợc sử dụng để phân tích UV-VIS.
Mẫu dày : Đầu tiên tiến hành đánh đông latex cao su thiên nhiên bằng acid formic (hoặc acid acetic) để tạo thành cao su sống. Cao su sống sau đó đƣợc cán rửa trên máy cán 2 trục và ép mỏng xuất tấm.
Quy trình tạo mẫu này đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm Polymer - Đại học khoa học Tự nhiên.
Mẫu dày đƣợc sử dụng để phân tích XRD.
Phân tích XRD được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm – Đại học Bách
Khoa TPHCM
Phân tích UV-VIS được tiến hành tại Phòng thí nghiệm công nghệ nano – Đại học
Quốc gia TPHCM
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
2.2 QUY TRÌNH PHÂN TÍCH
Sơ đồ 2.2 Quy trình phân tích mẫu
- Khẳng định sự tồn tại của Ag kim loại
- Tính toán kích thƣớc hạt (lý thuyết) theo công thức Sherrer
- Kiểm tra phổ hấp thụ của bạc nano xem có phù hợp với những báo cáo trƣớc đó hay không
- Khảo sát sự thay đổi của phổ hấp thụ của bạc nano ở những nồng độ khác nhau
- Xác định kích thƣớc hạt thực tế có đạt kích thƣớc nano hay không, và so sánh với kích thƣớc hạt lý thuyết từ công thức Sherrer
- Kiểm tra sự tác động của tia UV lên cấu trúc của cao su (cắt mạch, giảm cấp) dựa trên Mw và độ đa phân tán.
- Đo hàm lƣợng bạc thực tế trong mẫu
Pha loãng dung dịch nano Ag / NR ở những tỷ lệ khác nhau và khảo sát hiệu suất diệt khuẩn của nano Ag.
Thí nghiệm bổ sung chứng tỏ tia UV truyền qua erlen thủy tinh
Đƣợc chế tạo từ quy trình thí nghiệm. Có 3 loại mẫu : mẫu lỏng, mẫu màng mỏng và mẫu dày. Tùy vào phƣơng pháp phân tích ta sẽ sử dụng mẫu thích hợp UV-VIS XRD TEM GPC AAS Kháng khuẩn Mẫu
Kiểm tra khả năng truyền qua của tia UV (qua erlen thủy tinh)
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
Phương pháp phân tích khả năng kháng khuẩn :
Quy trình phân tích khả năng diệt khuẩn của mẫu nano Ag/NR :
Chủng vi sinh vật : Chủng E.Coli do phòng thí nghiệm công nghệ sinh học trƣờng ĐHKHTN TPHCM cung cấp
Môi trƣờng nuôi cấy : Nutrient Agar
Thiết bị : nồi hấp, tủ cấy, tủ sấy, cân điện tử (PTN công nghệ nano cung cấp)
Dụng cụ : Đĩa Petri, que trải, micropipet và ống nghiệm
Nguyên lý : đếm khuẩn lạc để xác định số lƣợng vi khuẩn tồn tại trong mẫu.
Sơ đồ 2.3
Quy trình phân tích khả năng kháng khuẩn
Cho dd nano Ag / latex vào Chuẩn bị dịch vi khuẩn
Ủ với dịch vi khuẩn
Pha loãng và trải
Ủ ở 37C, 24h
Tính hiệu suất kháng khuẩn
Dịch vi khuẩn đã hoạt hóa đƣợc cho vào các ống nghiệm (mỗi ống chứa 1ml dịch)
Các dung dịch nano Ag / latex có nồng độ khác nhau đƣợc cho vào các ống nghiệm có chứa dịch vi khuẩn
Ủ các dung dịch nano Ag với dịch vi khuẩn trong thời gian 15 phút
Dịch vi khuẩn sau khi ủ đƣợc pha loãng ở các nồng độ 10x
(x=1,2..). Từ mỗi độ pha loãng lấy ra 100l đem trải trên môi trƣờng Nutrient Agar.
Các đĩa trải dịch vi khuẩn đƣợc ủ ở 37C trong 24h.
Dựa vào số lƣợng khuẩn lạc đếm đƣợc tính hiệu suất kháng khuẩn theo công thức : η = ( N1-N2 )/ N1 × 100% N1 là số khuẩn lạc trong đĩa đối chứng
N2 là số khuẩn lạc trong đĩa chứa chất kháng khuẩn.
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
Một số hình ảnh về cách tiến hành thí nghiệm phân tích khả năng kháng khuẩn :
Cho dung dịch nano bạc vào ống nghiệm có chứa dịch vi khuẩn
Hình 2.12 Một số hình ảnh về cách tiến hành thí nghiệm phân tích khả năng kháng khuẩn
Dịch vi khuẩn sau khi ủ đƣợc pha loãng
100l dịch vi khuẩn đƣợc cho vào môi trƣờng Nutrient Agar
Thao tác trải
Cho dung dịch nano bạc vào ống nghiệm có chứa dịch vi khuẩn
Dịch vi khuẩn sau khi ủ đƣợc pha loãng
Cho dung dịch nano bạc vào ống nghiệm có chứa dịch vi khuẩn
100l dịch vi khuẩn đƣợc cho vào môi trƣờng Nutrient Agar Dịch vi khuẩn sau khi ủ đƣợc pha loãng
Cho dung dịch nano bạc vào ống nghiệm có chứa dịch vi khuẩn
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
Chương 3
3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH XRD
Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X là một trong những phƣơng pháp rất mạnh và thƣờng đƣợc sử dụng để định danh đối với những vật liệu tinh thể (trong trƣờng hợp này là Ag).
Hình 3.1 thể hiện giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu Ag/NR. Trên hình có 4 peaks ở những vị trí 2 vào khoảng 38, 44, 64 và 78. Đây chính là peaks đặc trƣng cho các mặt (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) và (3 1 1) của mạng lập phƣơng tâm mặt (FCC) của kim loại Ag. Những đƣờng thẳng màu đỏ trên hình là những peak chuẩn trong cơ sở dữ liệu của máy XRD D8 Advanced.
00-004-0783 (I) - Silver-3C, syn - Ag - WL: 1.5406 - Cubic - a 4.08620 - b 4.08620 - c 4.08620 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 4 - 68.2274 - I/Ic PDF 5.2 - S
Operations: Smooth 0.300 | Smooth 0.150 | Strip kAlpha2 0.500 | Import
MAU_Ag_CS- File: MAU_Ag_CS.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 35.000 ° - End: 80.740 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 19 s - 2-Theta: 35.000 ° - Theta: 17.5 L in ( C o u n ts ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2-Theta – Scale 35 40 50 60 70 80 d=2.36292 d=2.0452 3 d=1.4474 9 d=1.23437
Chương 3 : Kết quả & bàn luận
(xem trang tiếp theo để tham khảo bảng peak chuẩn do máy đề nghị)
Với những peak nhƣ trên ta có thể khẳng sự tồn tại của Ag kim loại trong mẫu, hay nói cách khác, Ag+ đã được khử và chuyển thành Ag kim loại.
Ngoài ra, dựa trên giản đồ nhiễu xạ, ta cũng có thể tính toán kích thƣớc hạt một cách lý thuyết theo công thức Sherrer.
Chương 3 : Kết quả & bàn luận Hình 3. 2 B ảng pe ak c hu ẩn cho A g do máy X R D D 8 A dv anc ed đề ngh ị
MAU_M2 - Left Angle: 76.720 ° - Right Angle: 77.940 ° - Left Int.: 9.68 Cps - Right Int.: 9.68 Cps - Obs. Max: 77.160 ° - d (Obs. Max): 1.23523 - Max Int.: 13.6 Cps - Net Height: 3.89 Cps - FWHM: 0.695 MAU_M2 - Left Angle: 63.740 ° - Right Angle: 64.920 ° - Left Int.: 10.6 Cps - Right Int.: 10.2 Cps - Obs. Max: 64.400 ° - d (Obs. Max): 1.44555 - Max Int.: 15.3 Cps - Net Height: 4.87 Cps - FWHM: 0.637 MAU_M2 - Left Angle: 43.440 ° - Right Angle: 44.700 ° - Left Int.: 21.8 Cps - Right Int.: 21.5 Cps - Obs. Max: 44.300 ° - d (Obs. Max): 2.04306 - Max Int.: 28.6 Cps - Net Height: 7.00 Cps - FWHM: 0.816 MAU_M2 - Left Angle: 36.680 ° - Right Angle: 39.660 ° - Left Int.: 24.8 Cps - Right Int.: 24.8 Cps - Obs. Max: 38.053 ° - d (Obs. Max): 2.36284 - Max Int.: 67.0 Cps - Net Height: 42.2 Cps - FWHM: 0.672
Operations: Smooth 0.300 | Smooth 0.150 | Strip kAlpha2 0.500 | Import
4) 3) 2) 1) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2-Theta - Scale 35 40 50 60 70 80 d=2.36292 d=2.04523 d=1.44749 d=1.23437 L in ( C o u n ts)
MAU_M2 - File: MAU_M2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 35.000 ° - End: 80.740 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 19 s - 2-Theta: 35.000 ° - Theta: 17.500 ° -
Hình 3.3 Kết quả XRD (phổ bán rộng) mẫu nano Ag/NR
Công thức Sherrer : Dựa trên độ bán rộng cực đại của đỉnh hấp thụ lớn nhất, ta có thể tính toán đƣợc kích thước trung bình của tinh thể Ag theo công thức :
𝐿𝐶 =180 𝜋 × 𝑘𝜆 𝑐𝑜𝑠𝜃 × 𝐹𝑊𝐻𝑀2 − 𝑠2 Trong đó : FWHM : độ bán rộng cực đại
180 𝜋 : chuyển đổi FWHM từ độ sang radian
𝜆 : bƣớc sóng của Cu 𝜆 = 1,5406 Å
𝑘 : hệ số Sherrer, giá trị mặc định của máy là 0,89
𝑠 : giá trị mặc định là 0
Áp dụng công thức trên cho mẫu nano Ag/NR , ta có :
𝐿𝐶 =180
𝜋 ×
0,89 × 1,5406
𝑐𝑜𝑠 38,0532 × 0,6722− 02 = 118,759Å = 11,8759𝑛𝑚 ≈𝟏𝟐 𝒏𝒎
3.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH UV-VIS
Hình 3.4 cho thấy mẫu cao su có đỉnh hấp thụ ở bƣớc sóng 𝜆 = 296 𝑛𝑚 , trong khi đó mẫu cao su (có nano Ag) có 2 đỉnh hấp thụ ở bƣớc sóng 𝜆 = 296 𝑛𝑚 và 𝜆 = 425 𝑛𝑚. Nhƣ vậy, so sánh 2 đƣờng biểu diễn trên hình ta có thể rút ra kết
luận : nano Ag tạo thành trong mẫu hấp thụ bước sóng 425 nm. Kết luận này cũng
phù hợp với những báo cáo trƣớc đây về đề tài nano Ag. Theo những báo cáo này, nano Ag hấp thụ bƣớc sóng trong khoảng 400 – 500 nm và khi kích thước hạt
càng lớn thì bước sóng hấp thụ sẽ dài hơn.[11][13][15][16]
Trong thí nghiệm tiếp theo, mẫu nano Ag/NR đƣợc chế tạo với hàm lƣợng AgNO3 ban đầu thay đổi (hình 3.5) và kết quả UV-VIS sẽ đƣợc khảo sát (hình 3.6).
Hình 3.4 Kết quả UV-VIS mẫu nano Ag/NR so sánh với mẫu NR không có Ag
Nano Ag / NR
NR
Khi tăng hàm lƣợng AgNO3 ban đầu thì hàm lƣợng nano Ag tạo thành cũng tăng lên, trong khi đó hàm lƣợng chất bảo vệ (cao su) không thay đổi nên tỷ lệ giữa hàm lƣợng chất bảo vệ / Ag giảm đi dẫn đến các hạt Ag sẽ dễ dàng gặp nhau và có khuynh hƣớng tụ lại thành hạt lớn, và nếu đo UV-VIS thì bƣớc sóng hấp thụ cũng sẽ tăng lên. Hình 3.6 dƣới đây thể hiện phổ hấp thụ của nano Ag với hàm lƣợng AgNO3 thay đổi.
Hình trên thể hiện phổ hấp thụ (từ 360 – 800nm) của các mẫu nano Ag/NR với hàm lƣợng AgNO3 ban đầu thay đổi (0g | 0,02g | 0,04g | 0,06g | 0,08g | 0,1g)
Mẫu sử dụng 0g AgNO3 không có peak vì đây là mẫu cao su không có Ag.
Mẫu sử dụng 0,02g AgNO3 có hàm lƣợng Ag quá ít nên không phát hiện đƣợc peak
Mẫu sử dụng 0,04g AgNO3 hấp thụ bƣớc sóng 407nm
Mẫu sử dụng 0,06g AgNO3 hấp thụ bƣớc sóng 413nm
Mẫu sử dụng 0,08g AgNO3 hấp thụ bƣớc sóng 425nm
Mẫu sử dụng 0,1g AgNO3 hấp thụ bƣớc sóng 425nm
Nhìn chung, khi hàm lƣợng AgNO3 tăng thì bƣớc sóng hấp thụ tăng (nhƣ đã trình bày ở trên) đồng thời cƣờng độ hấp thụ cũng tăng (thể hiện qua các peak cao và nhọn hơn).
Hình 3.6 Kết quả UV-VIS các mẫu nano Ag/NR với hàm lượng AgNO3 ban đầu khác nhau
0,1 g AgNO3 0g AgNO3 0,08 g AgNO3 0,06 g AgNO3 0,04 g AgNO3 0,02 g AgNO3
3.3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TEM
Hình 3.7 thể hiện kết quả TEM của mẫu nano Ag/LNR ở thang đo 50nm. Những hạt nano Ag thể hiện trên hình có dạng hình cầu và có kích thƣớc trên dƣới 10nm (hình a), đặc biệt ở một vài vị trí, kích thƣớc hạt đo đƣợc rất nhỏ chỉ