2.3.1.1 Điều chế dung dịch nano bạc
Dung dịch nano bạc tiến hành điều chế bằng phương pháp hóa học dung dịch nước. Cơ sở lý thuyết của phương pháp là sử dụng chất khử mạnh NaBH4 để khử ion Ag+ thành bạc nguyên tử, sau khi hình thành các nguyên tử bạc có xu hướng kết khối với nhau và phát triển thành các hạt bạc có kích thước lớn dần. Để giới hạn kích thước của các hạt bạc được hình thành, phương pháp sử dụng chitosan như một chất bao bọc, hạn chế sự tiếp xúc và phát triển kích thước của các hạt bạc, mục đích duy trì kích thước hạt ở dưới 100nm.
* Phương trình phản ứng:
Ag+ + BH4- + H2O Ag + B(OH)4
* Dụng cụ và hóa chất:
+ Hóa chất: - AgNO3 (Merck);
- Chitosan (Viện Hóa học- Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam; - NaBH4 (Merck);
- Nước cất.
+ Dụng cụ: - Máy khuấy cơ, ống đong, cốc thủy tinh 2L, cân điện tử, bình tam giác.
* Quy trình thực hiện:
Nano bạc được tổng hợp dựa theo quy trình của nhóm tác giả Ngô Quôcc Bưu và cs. ở Viện Công nghệ môi trường- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam [14], như mô tả trên quy trình hình 2.2 ,cụ thể :
-Dung dịch -chitozan 500ppm được điều chế bằng cách nghiền lượng cân chitozan dạng sợi trong cối sứ, hòa tan trong dung dịch 10% axit acetic, lọc rồi đưa về thể tích bằng nước cất và khuấy bằng máy khuấy ở tốc độ 1400 vòng/phút.
28
-Cân 1,58 g AgNO3, thêm vào 120 ml dung dịch -chitozan 500ppm, thêm 1830 ml nước cất và khuấy đều trong 30 phút được dung dịch đồng nhất ;
-Chuẩn bị dung dịch NaBH4 0,05M;
Hình 2. 2. Sơ đồ quy trình điều chế nano bạc Nhỏ từ từ từng giọt NaBH4 AgNO3 Dung dịch nano bạc Dung dịch đồng nhất (Tăng tốc độ khuấy 1900 vòng/phút) Khuấy 30 phút Chitosan + H2O (acit acetic) Dung dịch phản ứng Khuấy 1400 vòng/phút Khuấy 30 phút
29
- Thêm 50 ml dung dịch NaBH4 0,5M vào hỗn hợp phản ứng một cách từ từ và tăng tốc độ khuấy lên 1900 vòng/phút. Khuấy trong 0,5h tiếp theo thu được dung dịch nano bạc.
* Khảo sát đặc tính của dung dịch nano bạc
Sau khi điều chế dung dịch nano bạc theo phương pháp hóa học dung dịch ướt, tiến hành phân tích đặc trưng vật lý và cấu trúc của dung dịch bằng các phương pháp và thiết bị sau:
- Phương pháp kính hiển vi truyền qua (Transmission Electron Microscope – TEM) được sử dụng để xác định kích thước và sự phân bố của các hạt nano bạc.
Thiết bị có độ phóng đại rất lớn có thể từ vài chục đến vài trăm nghìn lần với nhiều vật liệu và với các nguyên tử nó có thể đạt được độ phóng đại tới 15 triệu lần. Nhờ cách tạo ảnh nhiễu xạ, vi nhiễu xạ và nano nhiễu xạ, kính hiển vi điện tử truyền qua còn cho biết nhiều thông tin chính xác về cách sắp xếp các nguyên tử trong mẫu, chi tiết đến từng hạt, từng diện tích cỡ µm2 và nhỏ hơn.
Các mẫu được đo trên máy JEM1010 (JEOL – Nhật Bản) của Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương, có hệ số phóng đại M = x50 – x600.000, độ phân giải δ = 3 A°, điện áp gia tốc U = 40 –100 kV.
- Phương pháp hấp thụ phân tử UV-VIS:đây là phương pháp dựa trên sự so
sánh cường độ màu của dung dịch nghiên cứu với cường độ màu của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định, được sử dụng để xác định xác định sự có mặt của nguyên tử bạc hóa trị 0.
Các mẫu được phân tích trên máy JASCO-V670 của khoa Hóa trường Đại học Sư phạm.
2.3.1.2 Nghiên cứu chế tạo bộ tiền lọc phủ nano bạc a) Quy trình tẩm nano bạc lên bộ lọc
Bộ tiền lọc của thiết bị LSKK bằng XTQ thực chất gồm 2 lớp lọc là lọc thô và lọc tinh. Cả 2 lớp lọc đều được làm bằng các loại vải sợi tổng hợp, nhưng do có kích thước sợi và khoảng cách giữa các sợi khác nhau mà có khả năng loại bỏ bụi
30
khác nhau: lớp lọc thô loại bỏ các hạt bụi có kích thước trên 3 µm còn lớp lọc tinh có thể loại bỏ các hạt bụi lớn hơn 1 µm, thậm chí đến 0.5 µm tùy cấp độ của bộ lọc. Thí nghiệm lựa chọn màng lọc tinh để phủ nano bạc.
Các loại màng lọc không khí được phủ nano bạc bằng phương pháp nhúng thay vì phải sử dụng các phương pháp phun phủ vật lý phức tạp và tốn kém hơn. Với phương pháp này, các phần tử nano bạc bám vào các sợi lọc và được giữ lại bởi lực hút tĩnh điện và lực Van de van (Hình 2.3). Điều kiện cần thiết của màng lọc không khí dùng để tẩm nano bạc là phải thấm hút tốt để dễ dàng thấm nano bạc. Đồng thời màng phải có bề mặt bông xốp để không khí dễ dàng đi qua màng nhưng vẫn giữ được bụi và vi khuẩn trong không khí tốt nhất.
* Hóa chất và dụng cụ
+ Hóa chất: - Dung dịch nano bạc 500 ppm điều chế được ở trên; - Màng lọc tinh F6 bằng sợi tổng hợp của Camfil Farr. + Dụng cụ: - Cốc thủy tinh 2L, kẹp.
* Các bước tiến hành
Dung dịch nano bạc 500 ppm (kích thước hạt trung bình 20 - 25 nm) ngay sau khi tổng hợp thành công được sử dụng để phủ lên màng lọc không khí. Phương pháp tẩm nano bạc lên màng lọc không khí được tiến hành như sau: cho màng lọc tinh kích thước 50×60 cm vào cốc thủy tinh 2L, cho dung dịch nano bạc 500 ppm vào cốc sao cho ngập màng lọc. Ngâm màng lọc với dung dịch nano bạc trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng để màng được thấm đều nano bạc. Sau 2 giờ, lấy các mẫu màng này ra để khô tự nhiên trong 24 giờ. Thể tích dung dịch nano bạc ban đầu cho vào ngâm là 800ml, thể tích dung dịch nano bạc sau khi lấy màng vải lọc ra là 680ml.
31
Cuối cùng màng được được gấp và bảo quản trong túi tối màu trước khi đưa ra sử dụng. Phương pháp đánh giá định lượng bạc: nhúng tấm lọc đã phủ bạc vào dung dịch HNO3 làm tan bạc, sau đó đem phân tích hàm lượng rồi quy đổi ra trên diện tích tấm lọc.
b) Đặc trưng cấu trúc của nano bạc trên màng lọc tẩm nano bạc
Phương pháp kính hiển vi quét (Scanning Electron Microscope - SEM): được
sử dụng để xác định hình thái bề mặt của vật liệu. Ảnh được phóng đại theo phương pháp này thì mẫu không cần phải cắt lát mỏng và phẳng, cho phép quan sát được mẫu kể cả khi bề mặt mấp mô. Độ phóng đại của kính hiển vi điện tử quét thông thường từ vài chục đến vài trăm ngàn lần, năng suất phân giải là 5nm đối với bề mặt bằng cách thu điện tử thứ cấp, do đó cho ta thấy được các chi tiết thô trong công nghệ nano.
Các mẫu được đo trên máy JSM 5410- Nhật Bản của Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương.