Đang tải... (xem toàn văn)
Bước đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu nhựa có tính năng khử khuẩn
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT IV DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH .VI LỜI CẢM ƠN VIII MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NANO BẠC, NANO TIO2, POLYPROPYLENE NANO BẠC: Giới thiệu về nano bạc Tính chất nano bạc .3 Đặc tính kháng khuẩn nano bạc Tổng hợp hạt nano bạc phương pháp khử hóa học: Ứng dụng hạt nano bạc: .7 TITAN DIOXIDE TiO2: Giới thiệu về TiO2 Cấu trúc tinh thể Tính quang xúc tác vật liệu TiO2: 11 Tổng hợp TiO2 phương pháp sol-gel: 14 Ứng dụng TiO2 17 POLY PROPYLENE .19 Giới thiệu về vật liệu nanocomposite: 19 Giới thiệu về poly propylene (PP): 20 Ứng dụng PP: .21 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC: 23 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 24 NHIỄU XẠ TIA X (XRD): 24 PHỔ HẤP THỤ UV-Vis: 25 Giới thiệu về phổ hấp thu UV-Vis: 25 Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 i GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC Nguyên lý hoạt động: .26 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA (TEM): 27 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM): 27 PHƯƠNG PHÁP QUÉT NHIỆT VI SAI (DSC): 28 Giới thiệu về DSC: 28 Tính DSC: 28 PHƯƠNG PHÁP ĐO UỐN: 28 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP NANO BẠC, NANO TIO2, TIO2-AG VÀ NANOCOMPOSITE PP/TIO2-AG 30 TỔNG HỢP NANO BẠC .30 Hóa chất: 30 Quá trình thực nghiệm: 30 Cơ chế ổn định hạt nano bạc: [12] 31 TỔNG HỢP NANO TiO2 32 Hóa chất: 32 Quá trình thực nghiệm: 32 TỔNG HỢP TiO2-NANO Ag: .33 Quá trình thực nghiệm: 33 TỔNG HỢP NANOCOMPOSITE PP/TiO2 - Ag 34 Hóa chất 34 Quy trình thực nghiệm .34 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 35 KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO BẠC: 35 KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO TiO2: 37 KẾT QUẢ TỔNG HỢP TiO2-NANO Ag: 39 KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANOCOMPOSITE PP/TiO2-Ag: 42 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN CỦA DUNG DỊCH NANO Ag VÀ NANOCOMPOSITE PP/TiO2 – NANO Ag .47 KẾT LUẬN 48 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49 Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 ii GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 Tài liệu tiếng Việt 50 Tài liệu tiếng Anh: 51 PHỤ LỤC 53 Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 iii GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC DANH MỤC VIẾT TẮT Ag : Bạc CO2: Khí Carbon Dioxide H2O: Nước PP/TiO2-nano Ag: Nhựa PP độn TiO2-nano Ag PP: Poly Propylene SEM: Kính hiển vi điện tử quét TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua TiO2: Titanium Dioxide TiO2-nano Ag: Titan dioxide pha tạp nano bạc UV: Tia tử ngoại UV-Vis: tử ngoại-ánh sáng khả kiến, nói tới phép đo UV-Vis XRD: Nhiễu xạ tia X Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 iv GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý tinh thể rutile và anatase 10 Bảng 1.2 Nhiệt độ chuyển pha TiO2 11 Bảng 1.3 Năng lượng oxy hóa số tác nhân oxy hóa mạnh 13 Bảng 1.4 Ưu-nhược điểm sol-gel .17 Bảng 1.5 Tính chất PP isotactic 20 Bảng 4.1 Bảng giá trị nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg), nhiệt độ chảy (Tm) nhiệt độ kết tinh (Tc) PP, vật liệu TiO2 – nano Ag 1% wt 3%wt 43 Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 v GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dao động đám mây electron bị chiếu sáng .4 Hình 1.2 Màu sắc dung dịch nano bạc Hình 1.3 Cấu trúc vi khuẩn E Coli Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 Hình 1.5 Ô mạng sở khác TiO2 theo thứ tự từ trái sáng phải: Rutile, Brookite, Anatase 10 Hình 1.6 Phản ứng quang xúc tác TiO2 12 Hình 1.7 Các mức thế oxy hóa – khử TiO2 12 Hình 1.8 Quá trình thủy phân 15 Hình 1.9 Các tính chất polymer nanocomposite 19 Hình 2.1 Máy nhiễu xạ tia X (Bruker D8 Advance) 25 Hình 2.2 Mô hình máy đo UV-Vis 26 Hình 2.3 Máy Jeol 6600 27 Hình 3.1 Quy trình tổng hợp nano bạc 30 Hình 3.2 Công thức cấu tạo PVP 31 Hình 3.3 Cơ chế ổn định hạt nano bạc PVP .31 Hình 3.4 Quy trình tổng hợp sol TiO2 .32 Hình 3.5 Quy trình pha tạp nano Ag vào TiO2 33 Hình 3.6 Quy trình xử lý dung dịch thành bột .33 Hình 4.1 Dung dịch nano bạc sau tổng hợp 35 Hình 4.2 Phổ UV-Vis dung dịch nano Ag 35 Hình 4.3 Ảnh TEM dung dịch nano bạc 36 Hình 4.4 Xác định độ rộng vùng cấm TiO2 37 Hình 4.5 Giản đồ XRD mẫu bột TiO2 nung ở nhiệt độ khác .37 Hình 4.6 Phổ UV-Vis TiO2-nano Ag với nồng độ pha tạp khác 39 Hình 4.7 Ảnh TEM bột TiO2 – nano Ag nung ở 500oC .40 Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 vi GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC Hình 4.8 Giản đồ XRD mẫu bột TiO2 – nano Ag với tỷ lệ pha tạp Ag khác (nung ở 500oC) 41 Hình 4.9 Giản đồ DSC PP nguyên chất 42 Hình 4.10 Giản đồ DSC PP/TiO2 – nano Ag (1% wt chất độn) 42 Hình 4.11 Giản đồ DSC PP/TiO2 – nano Ag (3% wt chất độn) 43 Hình 4.12 Ứng suất uốn composite với hàm lượng TiO2 – nano Ag 45 Hình 4.13 Độ giãn dài composite với hàm lượng TiO2 – nano Ag 45 Hình 4.14 Ảnh SEM bề mặt composite PP/TiO2 – nano Ag 46 Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 vii GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC LỜI CẢM ƠN Trong suốt bốn năm học tập và rèn luyện dưới giảng đường trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, với lòng yêu nghề, tận tâm, hết lòng truyền đạt thầy cô em đã tích lũy nhiều kiến thức cũng kỹ cần thiết sống Lời đầu tiên, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy PGS.TS Lê Văn Hiếu và Cô ThS Huỳnh Nguyễn Thanh Luận đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này Tiếp theo, em xin cảm ơn Thầy Cô và anh chị Cán Bộ trẻ Khoa Khoa học Vật liệu, Bộ môn Vật liệu Từ và Y sinh, phòng thí nghiệm Kỹ thuật cao, Vật lý Ứng dụng, Hóa phân tích, Vi sinh và bạn lớp đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên và giúp đỡ em suốt trình làm khóa luận Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn ba mẹ – người đã sinh ra, dưỡng dục con, nuôi khôn lớn, tạo điều kiện vật chất lẫn tinh thần, ủng hộ động viên cho con, điểm tựa vững cho an tâm học tập đến ngày hôm Nguồn kiến thức vô tận và thời gian thực hiện khóa luận còn hạn chế nên trình thực hiện sẽ không tránh khỏi thiếu sót, em chân thành cảm ơn góp ý vô cùng quý giá và chân thành Quý Thầy Cô Tp.Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện NGUYỄN HOÀNG LỘC Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 viii GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC MỞ ĐẦU Vi khuẩn tồn tại nơi, xung quanh sinh vật sống Với điều kiện môi trường thích hợp, chúng sinh sôi nhanh, mạnh mẽ dẫn đến nhiều tác hại nghiêm trọng cho sinh vật sống và môi trường xung quanh Chính thế, nhà khoa học nghiên cứu vật liệu kháng khuẩn để ngăn chặn phát triển vi khuẩn cũng ngăn ngừa ảnh hưởng xấu mà chúng gây Những tác động dễ nhận biết vi khuẩn gồm loại Thứ nhất, vi khuẩn phân hủy chất hữu làm thức ăn hỏng, màu vải bị sờn, bay màu v.v Thứ hai mùi hôi Thứ ba vấn đề sức khỏe Khi tiếp xúc với vi khuẩn nhiều hệ miễn dịch sẽ đáp ứng kịp thời và rõ ràng nguy mắc bệnh sẽ tăng lên Vật liệu nhà khoa học quan tâm Titanium dioxide (TiO2) TiO2 vật liệu phổ biến và đầy tiềm không nhờ tính quang xúc tác mà tính chất hóa lý khác tính quang điện tử, độ bền thân thiện với môi trường Tính quang xúc tác có khả oxi hóa chất hữu và khử kim loại nặng nên TiO2 đầy tiềm ứng dụng diệt khuẩn xử lí môi trường Tuy nhiên, TiO2 có vùng cấm rộng nên tính chất quang xúc tác xảy ở vùng ánh sáng UV (4% ánh sáng mặt trời) dẫn đến hiệu suất xúc tác giảm Để tăng hiệu suất, nhà khoa học đã biến tính TiO2 nhiều phương pháp khác đưa thêm kim loại, oxide kim loại,v.v vào mạng tinh thể TiO2 nano bạc nguyên tố đáng quan tâm bởi khả kháng khuẩn vốn có Ngoài ra, nano bạc thu hẹp độ rộng vùng cấm TiO2 về vùng ánh sáng khả kiến Các hạt nano bạc (Ag) sẽ tạo môi trường dung dịch, sau đó pha tạp vào dung dịch sol TiO2 với tỉ lệ tối ưu, tạo dung dịch hỗn hợp TiO2 – nano Ag Để mang vật liệu diệt khuẩn tiếp cận với đời sống, nhà khoa học tiến hành tạo loại vật liệu nanocomposite diệt khuẩn cách đưa chất diệt khuẩn ở dạng hạt nano vào nhựa Và loại nhựa phổ biến hiện polypropylene có tính chất lý tốt, gia công tốt, giá thành rẻ, độ ổn định hóa Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC học cao và đặc biệt kết hợp với chất độn có khả kháng khuẩn polypropylen càng ứng dụng nhiều đời sống nhựa gia dụng (hộp, khay đựng thức ăn, đế ốp lưng điện thoại, chai nước, bình sữa ), công nghiệp dệt, công nghiệp bao bì đóng gói thực phẩm [15] Chính vậy, em xin trình bày đề tài “Bước đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu nhựa có tính khử khuẩn” Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC KẾT QUẢ TỔNG HỢP TiO2-NANO Ag: TiO2 0,5 % 1,0 % 1,5 % 2,0 % h 2.5 3.0 3.5 h Hình 4.6 Phổ UV-Vis của TiO2-nano Ag với nồng độ pha tạp khác Dựa vào phổ UV-Vis (hình 4.6), ta thấy đỉnh công hưởng plasmon bề mặt nano Ag, độ rộng vùng cấm Eg TiO2 giảm có pha tạp Ag Khảo sát từ 0.5%-1%, ta nhận thấy tăng nồng độ pha tạp độ rộng vùng cấm TiO2 có xu hướng giảm đi, nồng độ pha tạp tăng từ 1.5-2% động rộng vùng cấm Eg lại tăng Từ đó, ta thấy có mặt nano Ag nồng độ 1% cấu trúc TiO2 làm giảm đáng kể(giảm nhiều nồng độ khảo sát) lượng vùng cấm(từ 3.32eV xuống 3.12eV) tức bờ hấp thu dịch chuyển về bước sóng dài Điều cho thấy cải thiện hiệu ứng quang xúc tác TiO2 nhờ có mặt nano Ag cấu trúc vật liệu Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 39 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC Hình 4.7 Ảnh TEM của bột TiO2 – nano Ag nung 500oC Từ ảnh TEM (hình 4.7) thu ta thấy tồn tại hạt Ag kích thước nano khoảng – 10 nm gắn bề mặt vật liệu nền TiO2 với kích thước trung bình khoảng 30 – 60 nm Việc gắn kết sẽ khẳng định thông qua giản đồ XRD Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 40 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC Hình 4.8 Giản đồ XRD của mẫu bột TiO2 – nano Ag với tỷ lệ pha tạp Ag khác (nung 500oC) Từ giản đồ XRD mẫu bột TiO2 pha tạp nano Ag với nồng độ pha tạp 1%, 2% 3% nung ở nhiệt độ 500oC, ta nhận thấy ba mẫu đều có xuất hiện đỉnh nhiễu xạ đặc trưng Ag TiO2 Đối với TiO2 có xuất hiện mặt mạng (101), (004), (200), (211), (213), (116), (220) và (215) tương ứng với đỉnh nhiễu xạ 2θ = 25.30, 37.70, 48.10, 55.20, 62.10, 68.80, 70.30 73.00 đặc trưng cho pha anatase.Bên cạnh đó, giản đồ có xuất hiện mặt mạng (110), (101), (111), (211) và (002) đặc trưng cho pha rulite tương ứng với đỉnh nhiễu xạ ở 2θ = 27.50, 36.10, 41.20, 54.30 62.70 Do đó, chúng kết luận ở 500oC có tồn tại đồng thời pha anatase rulite Giản đồ XRD cho thấy đỉnh nhiễu xạ tại 2θ = 38.10, 44.20 77.40 tương ứng với mặt mạng (111), (200) (311) nano Ag Việc đó cho thấy đã có pha tạp Ag vào TiO2 So sánh cường độ mẫu ta thấy, nồng độ pha tạp bạc vào TiO2 càng cao cường độ XRD cao Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 41 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANOCOMPOSITE PP/TiO2-Ag: Khảo sát tính chất lý: Nhằm khảo sát đặc tính nhiệt vật liệu có hiện diện vật liệu TiO2 – nano Ag, trình phân tích nhiệt vi sai (DSC) đã tiến hành mẫu PP với hàm lượng chất độn thay đổi từ 1% wt đến 3% wt Hình 4.9 Giản đồ DSC của PP nguyên chất Hình 4.10 Giản đồ DSC của PP/TiO2 – nano Ag (1% wt chất độn) Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 42 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC Hình 4.11 Giản đồ DSC của PP/TiO2 – nano Ag (3% wt chất độn) Bảng 4.1 Bảng giá trị nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg), nhiệt độ chảy (Tm) nhiệt độ kết tinh (Tc) của PP, vật liệu TiO2 – nano Ag 1% wt 3%wt Mẫu khảo sát Tg (oC) Tc(oC) Tmonset (oC) PP nguyên chất -68,72 111,88 164,96 1% wt -68,64 114,55 163,24 3% wt -68,40 111,71 164,26 PP/TiO2 – nano Ag Quá trình phân tích DSC mẫu vật liệu thực hiện thành vòng lặp quét với tốc độ quét 10oC/phút Vòng quét đầu tiên thực hiện nhằm loại bỏ giá trị lịch sử nhiệt PP (thermal history) với nhiệt độ quét trải dài từ nhiệt độ phòng 30oC đến 200oC, sau đó mẫu quét nguội đến -80oC và cho gia tăng nhiệt trở lại đến giá trị nhiệt độ chảy vật liệu (200oC) Quá trình quét nhiệt này đã cho thấy mẫu PP nguyên chất có nhiệt độ chảy bắt đầu (Tm onset) tại 164,96oC nhiệt độ kết tinh lại tại 111,88oC Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 43 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC Thông thường với phân bố đồng ở cấu trúc nano chất độn (TiO2 – nano Ag) polime nền (PP) dẫn đến trường hợp sẽ có tương tác tốt hai pha làm giảm độ linh động mạch PP Như vậy vật liệu sẽ cần lượng hấp thụ nhiệt lớn để mạch polime chuyển trạng thái làm cải thiện giá trị nhiệt độ chảy nhiệt độ thủy tinh hóa Tuy nhiên cũng có trường hợp pha phân bố cấu trúc nano mạch polime này đều trơ và không có tương tác mạnh với sẽ xảy trường hợp hầu mẫu composite thay đổi đáng kể về giá trị nhiệt khảo sát ở Kết số liệu hình 4.9, hình 4.10, hình 4.11 bảng 4.1 cho thấy hiện diện chất độn TiO2 – nano Ag mẫu, với hàm lượng từ 1% wt đến 3% wt hầu không gây ảnh hưởng đến đặc tính nhiệt vật liệu cho thấy tương tác cụ thể TiO2 – nano Ag với polime nền Điều thể hiện qua không thay đổi rõ rệt giá trị Tg Tm (bảng 4.1) Ngoài ra, không rõ ràng kết này cũng cho thấy giá trị nhiệt độ kết tinh (Tc ~112oC) vật liệu hầu không thay đổi nhiều khả kết tinh lại mẫu có chất độn TiO2 – nano Ag cải thiện rõ rệt, trường hợp 3% wt chất độn (hình 4.11) Khi đó, giá trị nhiệt lượng tỏa tăng từ 517,64 mJ đến 575,91 mJ Điều cho thấy vật liệu TiO2 – nano Ag đóng vai trò chất tạo mầm tinh thể giúp cho trình kết tinh lại mạch PP diễn cách dễ dàng Theo quy trình tổng hợp nhựa, cho chất độn TiO2 vào nền nhựa TiO2 có khả gây oxy hóa và phân hủy quang hóa vật liệu hấp thụ ánh sáng dẫn đến tính chất lý giảm Do đó, chúng đã tiến hành đo uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 với tốc độ uốn mm/ph Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 44 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC flexural strength 54 flexural strength (N/mm ) 52 50 48 46 44 42 40 PP Ag-TiO2/PP (1%) Ag-TiO2/PP (3%) Hình 4.12 Ứng suất uốn của composite với hàm lượng TiO2 – nano Ag (1%wt 3%wt) elongation 12 11 elongation (mm) 10 PP Ag-TiO2/PP (1%) Ag-TiO2/PP (3%) Hình 4.13 Độ giãn dài của composite với hàm lượng TiO2 – nano Ag (1%wt 3%wt) Từ hình 4.12 thấy cho TiO2 – nano Ag vào nền nhựa PP ứng suất uốn cực đại tăng lên so với chất nền nhựa PP nguyên chất Với nồng độ Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 45 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC TiO2 – nano Ag 3%wt ứng suất uốn cực đại tốt và đạt giá trị 51,9551 N/mm2 và độ giãn dài cho giá trị cao 0,8210 mm (hình 4.13) Như vậy, từ kết so sánh độ uốn ở trên, kết luận cho chất độn TiO2 – nano Ag 3% wt vào nền nhựa PP tính chất lý nhựa, đặc biệt giá trị ứng suất cải thiện rõ rệt Như vậy, phân tích nhiệt DSC và đo uốn khẳng định chất độn TiO2 – nano Ag không làm ảnh hưởng đến đặc tính nhiệt nền nhựa PP và làm tăng tính lý vật liệu Nhằm khảo sát phân bố chất độn TiO2 – nano Ag bề mặt vật liệu PP/TiO2 – nano Ag, tiến hành đo ảnh SEM Hình 4.14 Ảnh SEM bề mặt của composite PP/TiO2 – nano Ag Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 46 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC Từ ảnh SEM (hình 4.14) cho thấy xuất hiện hạt TiO2 – nano Ag hình tròn màu trắng bề mặt nhựa với kích thước trung bình khoảng 30 – 60 nm phù hợp với kết TEM bột TiO2 – nano Ag (hình 4.7) Tuy nhiên hạt phân bố không đồng đều xuất hiện nhiều lỗ xốp Từ kết trên, tiếp tục tiến hành khảo sát khả diệt khuẩn vật liệu TiO2 – nano Ag/PP đã chế tạo KHẢO SÁT KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN CỦA DUNG DỊCH NANO Ag VÀ NANOCOMPOSITE PP/TiO2 – NANO Ag Đối với dung dịch nano Ag Kết kiểm nghiệm viện Pasteur Tp.HCM với quy trình sử dụng phương pháp JIS Z 2801:2006 [23] đã chứng tỏ khả diệt khuẩn dung dịch nano Ag Trong thời gian tiếp xúc 15 phút, dung dịch nano Ag diệt hoàn toàn chủng vi khuẩn E.coli và B.Subtillis (99,8824% đối với vi khuẩn E.coli 99,9365% đối với vi khuẩn B.Subtillis) (Đính kèm phiếu kiểm nghiệm) Đối với composite PP/TiO2 – nano Ag Từ ảnh SEM (hình 4.14) đã cho phép khẳng định tồn tại TiO2 Ag bề mặt nhựa PP Vì vậy, khả diệt khuẩn vật liệu nhựa kết dự báo Kết kiểm tra tại viện Pasteur Tp.HCM về tính diệt khuẩn vật liệu composite PP/TiO2 – nano Ag mà chúng đã chế tạo được, cho thấy mẫu có khả diệt hoàn toàn 99,999% vi khuẩn E.coli sau thời gian tiếp xúc 24 giờ (Đính kèm phiếu kiểm nghiệm) Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 47 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC KẾT LUẬN Với mục đích tổng hợp vật liệu TiO2 – nano Ag pha tạp vật liệu TiO2 – nano Ag vào nền nhựa tìm hiểu khả diệt khuẩn nanocomposite nhằm ứng dụng đời sống, nghiên cứu này, chúng đã thu kết sau: Đã tổng hợp thành công hạt nano Ag có dạng hình cầu, cho độ ổn định cao nhằm pha tạp chất nền TiO2 Đã tổng hợp thành công vật liệu TiO2 phương pháp sol – gel, là phương pháp có nhiều ưu điểm việc pha tạp kim loại vào chất nền TiO2 Từ kết nghiên cứu tính chất quang Ag TiO2 chúng đã xác định nồng độ pha tạp tối ưu là 1% Từ giản đồ XRD, khẳng định dược rằng, nano Ag pha tạp hoàn toàn vào chất nền TiO2 Từ việc tổng hợp thành công vật liệu TiO2 – nano Ag, sử dụng vật liệu làm chất độn vào nền nhựa PP nhằm chế tạo vật liệu nhựa có tính khử khuẩn Đã chế tạo thành công vật liệu nhựa PP/TiO2 – nano Ag với tính chất lý tăng so với nhựa PP nguyên chất Kết khảo sát tính diệt khuẩn theo phương pháp JIS Z 2801:2006 tại viện Pasteur Tp HCM [23] cho thấy, vật liệu PP/TiO2-Ag có khả khử khuẩn đạt 99,9% sau 24h Các kết nghiên cứu đã đạt cho thấy chúng đã hoàn thành mục tiêu đề Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 48 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong nghiên cứu tiếp theo, sẽ tiếp tục chế tạo vật liệu nanocomposite PP/TiO2 – nano Ag với tỷ lệ chất độn (TiO2 – nano Ag) khác và xác định điều kiện tối ưu cho việc chế tạo vật liệu nhựa vừa diệt khuẩn tốt vừa có tính chất lý nâng cao nhằm triển khai ứng dụng thực tế Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 49 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Thị Kim Cương (2011) Luận văn Thạc sĩ Vật lý ĐH Khoa học Tự nhiên, Hồ Chí Minh [2] Phạm Văn Việt, Lê Văn Hiếu, Nguyễn Sĩ Hoài Vũ, Lê Chính Tâm (2011) Chế tạo vật liệu cấu trúc nano TiO2 phương pháp Sol - Gel, những tiến của quang học quang phổ và quang tử và ứng dụng lần [3]Hoàng Duy Phong (2012), Khóa luận tốt nghiệp, NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI GIAI ĐOẠN XỬ LÝ HIẾU KHÍ NƯỚC THẢI BÚN BẰNG THIẾT BỊ AEROTEN, ĐH dân lập Hải Phòng [4] Lưu Mai Loan (n.d.) Luận văn thạc sĩ [5] Nguyễn Thị Kim Giang (n.d.) Luận văn thạc sĩ - Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả quang xúc tác của chúng [6] Lê khắc Tốp (n.d.) Tạo màng phương pháp Sol - Gel [7] Phạm Thị Thu Hà (2011) Tổng hợp nano Ag/TiO2 nhằm ứng dụng quang xúc tác, Khóa luận tốt nghiệp ĐH Khoa học Tự nhiên - TP Hồ chí Minh [8] Nguyễn Ngọc Hùng (2011) Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc và khả sát khuẩn của nó, Khóa luận tốt nghiệp trường ĐH Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội [9] Thạc sĩ Ngô Thị Thùy Dương (2012) Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành hóa hữu [10] Nguyễn Đức Hữu, Nguyễn Hoài Hà, Trần mậu Danh (2005) Chế tạo và ứng dụng hạt nano từ tính y sinh học Báo cáo hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI [11] Đỗ Thị Xuân Thu, Nguyễn Thị Ngọc Thùy (2011) Tổng hợp nanocomposite Ag/PVA phương pháp khử hóa học Bien Hoa [12] Bùi Thanh Hương (2005) Luận Văn Tiến sĩ Hóa học Hồ Chí Minh: Công nghệ Hóa học Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 50 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC [13] Huỳnh Nguyễn Thanh Luận (2010) Luận văn tốt nghiệp ĐH Khoa học Tư nhiên, Hồ Chí Minh [14] Nguyễn Đức Nghĩa (2007) Công nghệ hóa học nano Hà Nội: NXB Đại học Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội Tài liệu tiếng Anh: [15]: J.J Wu, G.J Lee, Y.S Chen, T.L Hu (2012), “The synthesis of nano silver/polypropylene plastics for antibacterial application”, Current Applied Physics, Vol.12, pp.89-95 [16] Jeonghwan Kim, Bart Van der Bruggen (2010) The use of nanoparticles in polymeric and ceramic membrane structures: Review of manufacturing procedures and performance improvement for water treatment, Environmental Pollution [17] G.G Lenzi, C.V.B.Favero, L.M.S Colpini, H Bernabe, M.L Baesso, S Specchia, O.A.A Santos (2011) Photocatalytic reduction of Hg (II) on TiO2 and Ag/TiO2 prepared bay Sol- Gel and impregnation methods Desalination, 241 - 247 [18] Professor Gary Halada, Synthesis of Silver Nanoparticles Laboratory Report (Lab I) [19] Quang Huy Tran, Van Quy Nguyen and Anh-Tuan Le (Published 14 May 2013), Silver nanoparticles: synthesis, properties, toxicology, applications and perspectives [20] Ngô Võ Thanh Kế, Nguyễn Thị Phương Phong (2009) Investigation of antibacterial activity of cotton fabric incorporating nano silver colloid Journal of Physics [21] Angshuman Pal, Sunil Shah, Surekha Devi (2009), Microwave-assisted synthesis of silver nanoparticles using ethanol as a reducing agent, Materials Chemistry and Physics 114, pp.530–532 [22] Nikolaj L.Kildeby, Ole z.andersen, Ramus E.roge, Tomlarsen, Rene Petrsen, Jacob F.Riis, (2005) Silver Nanoparticle Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 51 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC [23] Mungkalasiri, Jitti and Bedel, Laurent and Emieux, Fabrice and Dore, Jeanne and N R Renaud, François and Sarantopoulos, Christos and Maury, Francis Chemical Vapor Deposition, Vol 16 (n° 1-3), pp 35-41, 2010, ISSN 0948-1907 [24] Geraldine C Schwartz, Kris V Srikrishnan (2006), Handbook of Semiconductor Interconnection Technology, Second Edition [25] Benno Muller-hill, 1996, The Lac Operon: A Short History Of A Genetic Paradigm, Publisher: Walter de Gruyter Berlin New York Part 3.2 pp.134 [26] Binyu Yu, Kar Man Leung, Qiuquan Guo, Woon Ming Lau and Jun Yan, Synthesis of Ag–TiO2 composite nano thin film for antimicrobial application [27] Mansor Bin Ahmad, Jenn Jye Lim, Kamyar Shameli, Nor Azowa Ibrahim, Mei Yen Tay and Buong Woei Chieng, Antibacterial activity of silver bionanocomposites synthesized by chemical reduction route [28] A.A Hebeish, M.M Abdelhady, A.M Youssef, TiO2 nanowire and TiO2 nanowire doped Ag-PVP nanocomposit forantimicrobial and self-cleaning cotton textile Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 52 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC PHỤ LỤC Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 53 [...]... và động vật có vú) Vi khuẩn này cần thiết trong quá trình tiêu hóa thức ăn và là thành phần của khuẩn lạc ruột Trong nước thải thường có rất nhiều loại vi khuẩn có hại, chúng là các vi trùng từ nguồn nước thải sinh hoạt, đặc biệt là nước thải bệnh viện Trong đó vi khuẩn E.coli là loại vi khuẩn đặc trưng cho sự nhiễm trùng nước Chỉ số E coli chính là số lượng vi khuẩn này... nano Ag ứng dụng trong vải chống khuẩn và quang xúc tác Bên cạnh đó còn có các tác giả nghiên cứu ứng dụng nhựa có nano Ag trong màng bọc thực phẩm, đóng gói thức ăn,… Kết quả của LinFeng cho thấy các hạt nano Ag phân tán đều vào nhựa PP, và có khả năng diệt trên 92% vi khuẩn Escherichia Coli và Staphylococcus aureus Trong nước: Hiện nay ngoài hướng nghiên cứu sơ khởi của nhóm thực... khởi của nhóm thực hiện đề tài thì chưa có công bố nghiên cứu nào trong nước cho thấy việc chế tạo vật liệu nanocomposite trên nền polymer phối trộn với TiO2 – nano Ag nhằm tạo ra loại vật liệu có khả năng diệt và kháng khuẩn. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu gia dụng nhựa chứa nano Ag và TiO2 , có khả năng diệt khuẩn, tự làm sạch bề mặt và thân thiện với môi trường... Hình 1.2 Màu sắc của dung dịch nano bạc Đặc tính kháng khuẩn của nano bạc 1.1.3.1 Giới thiệu về vi khuẩn E Coli: E coli thuộc họ vi khuẩn Enterobacteriaceae và thường được sử dụng làm sinh vật mô hình cho các nghiên cứu về vi khuẩn Escherichia coli (thường được viết tắt là E coli) hay còn được gọi là vi khuẩn đại tràng là một trong những loài vi khuẩn chính ký sinh trong đường ruột của động... tạo ra các gốc có khả năng oxy hóa – khử các chất hữu cơ [17] Về nguyên tắc, điện tử muốn khử một chất, mức năng lượng của cực tiểu vùng dẫn phải âm hơn thế khử của chất đó và lỗ trống muốn oxy hóa một chất, mức năng lượng của cực đại vùng hóa trị phải dương hơn thế oxy hóa của chất đó Mức không của giản đồ thế được xác định bằng thế oxy hóa – khử của nguyên tử hydro H... hơn thế khử của gốc superoxide • O-2 là -0.28V nên điện tử có thể khử O2 để tạo gốc superoxide: O2 + • e- O- 2 (1.3) Phương trình (1.2) và (1.3) cho sản phẩm là gốc hydroxyl •OH có tính oxy hóa rất mạnh (mạnh gấp 2 lần so với Cl, mạnh hơn cả O3) sẽ oxy hóa các chất hữu cơ trên bề mặt tạo ra các sản phẩm phân hủy (CO2 và H2O) Gốc superoxide •O-2 có tính khử có khả năng khử các... LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC: Ngoài nước: Một số công trình công bố gần đây, cụ thể là Binyu Yu và các cộng sự [26] đã tổng hợp màng TiO2 – nano Ag và ứng dụng diệt khuẩn, Mansor Bin Admad và các cộng sự [27] đã tổng hợp màng sinh học nanocomposite Ag có khả năng kháng khuẩn bằng phương pháp khử hóa học, Hebeish và các cộng sự [28] đã sử dụng... 100 ml nước Ước tính mỗi ngày mỗi người bài tiết khoảng 2.1011 E coli [3] E coli có đường kính khoảng ~1μm, chiều dài 2μm [25] Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 5 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC Hình 1.3 Cấu trúc của vi khuẩn E Coli 1.1.3.2 Cơ chế diệt khuẩn: Tính kháng khuẩn của nano bạc dược giải thích theo một số cơ chế sau: Với tính chất xúc tác,... PGS.TS LÊ VĂN HIẾU SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC các sản phẩm sạch có khả năng diệt khuẩn Tuy nhiên, các tác nhân trên không đáp ứng được yêu cầu cơ bản Vì thế nano bạc với tính năng diệt khuẩn từ 98 – 99% được nghĩ tới Hiện nay, nano bạc đã được đưa vào xơ sợi của ngành dệt may, ứng dụng trong các sản phẩm có tính sát khuẩn cao: quần áo, găng tay dùng trong y tế và các sản phẩm tránh... HOÀNG LỘC Giới thiệu về poly propylene (PP): 1.3.2.1 Sơ lược về nhựa PP: Poly propylene là một poly anken mạch thẳng, có công thức cấu tạo như sau: Polypropylene là vật liệu sợi để tổng hợp nhựa có giá thành hợp lý Ngoài ra, nó được sử dụng phổ biến, rộng rãi nhờ mang nhiều tính chất về cơ lý, hóa học phù hợp với mục đích sử dụng Tính chất của nó thay đổi theo khối lượng phân tử, cách tổng ... bì đóng gói thực phẩm [15] Chính vậy, em xin trình bày đề tài Bước đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu nhựa có tính khử khuẩn Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014 GVHD: PGS.TS... trúc của vi khuẩn E Coli 1.1.3.2 Cơ chế diệt khuẩn: Tính kháng khuẩn nano bạc dược giải thích theo số chế sau: Với tính chất xúc tác, nano bạc vô hiệu hóa enzyme mà vi khuẩn và nấm... bạc Đặc tính kháng khuẩn của nano bạc 1.1.3.1 Giới thiệu vi khuẩn E Coli: E coli thuộc họ vi khuẩn Enterobacteriaceae và thường sử dụng làm sinh vật mô hình cho nghiên cứu về vi khuẩn Escherichia