CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG hợp NANO VÀNG và ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH OXY hóa sâu hợp CHẤT hữu cơ MẠCH VÒNG TRONG PHA KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP NANO
VÀNG VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH OXY
HĨA SÂU HỢP CHẤT HỮU CƠ MẠCH
VỊNG TRONG PHA KHÍ

GVHD: ThS. Võ Phạm Phương
Trang
CBHD: TS. Nguyễn Trí
SVTH: Phạm Bảo Vân
Lớp: 09DHHH1
MSSV:2004180099

TP Hồ Chí Minh, Tháng 5/ 2021


TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Khoa: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ Môn: Công nghệ Hữu cơ

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Họ và tên sinh viên: PHẠM BẢO VÂN

MSSV: 2004180099

Chữ ký:……………………………
Lớp: 09DHHH1

Ngành: Hóa hữu cơ
I. Tên đề tài: “Các phương pháp tổng hợp nano vàng và đánh giá hoạt tính oxy
hóa sâu hợp chất hữu cơ mạch vịng trong pha khí”.
II. Nhiệm vụ (nội dung u cầu và số liệu ban đầu):
1.
2.
3.
4.

Tìm hiểu về nano vàng và các phương pháp tổng hợp.
Tìm hiểu phương pháp tổng hợp xanh
Tìm hiểu về các hợp chất hữu cơ mạch vịng pha khí
Xác định phương pháp xử lý BTEX
III. Nội dung các phần thuyết minh báo cáo:

1. Tổng quan về nano vàng và các phương pháp tổng hợp
2. Đánh giá hoạt tính oxy hóa sâu của BTEX trên xúc tác nano vàng
IV. Ngày giao: 30/03/2021
V. Ngày hoàn thành: 14/06/2021
VI. Ngày nộp: 15/06/2021

TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)

TP.HCM, ngày 25 tháng 06 năm 2021

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ
MINH
ĐƠN VỊ : KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ HỮU CƠ

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
Sinh viên thực hiện đồ án: Phạm Bảo VânKý tên:
Cán bộ hướng dẫn: Võ Phạm Phương Trang
Tên đề tài: Các phương pháp tổng hợp nano vàng và đánh giá
hoạt tính oxy hóa sâu hợp chất hữu cơ mạch vịng pha khí
STT

Ngà

Nội dung hướng dẫn

y

tên

01
02
03
04
05
06

07
08
09
10

CBHD ký

-


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành q trình thực hiện đồ án môn học bên cạnh sự
cố gắng nỗ lực của bản thân, sự hướng dẫn nhiệt tình của q thầy
cơ, cịn có lời động viên và giúp đỡ của gia đình và bạn bè.
Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và tri ân sâu
sắc đến các thầy cô giáo trường Đại Học Công nghiệp Thực phẩm
Tp.HCM nói chung và các thầy cơ giáo trong Khoa Cơng Nghệ Hóa
Học nói riêng đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến
thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập vừa qua.
Đặc biệt em xin cảm ơn chân thành đến cô Võ Phạm Phương
Trang và thầy Nguyễn Trí đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo,
hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án môn học. Trong thời
gian làm việc với cô em không ngừng tiếp thu thêm những kiến thức
cô chỉ bảo mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ làm việc
nghiêm túc, hiệu quả và đây là những điều rất cần thiết cho em
trong quá trình học tập và làm việc sau này.
Trong quá trình thực hiện đồ án em đã không ngừng học hỏi và
trau dồi kiến thức. Tuy nhiên, vì kiến thức chun mơn còn hạn chế,
bản thân còn thiếu nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung báo
cáo không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong q thầy cơ sẽ bỏ

qua và góp ý, chỉ bảo thêm cho em những kiến thức quý báu để cho
em có thể hồn thiện bài tốt hơn.
Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lời chúc tốt đẹp
nhất đến quý Thầy cô, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ em trong suốt
quá trình làm đồ án.

1


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Sinh viên thực hiện: Phạm Bảo Vân

MSSV:

2004180099
Nhận xét:
Có ý thức tự tìm tài liệu, nội dung đầy đủ với yêu cầu của GVHD.........
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
Điểm đánh giá: 9,4/10, bằng chữ: chín phẩy bốn
TP.HCM, ngày......tháng 06 năm

2021
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

2


3


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Sinh viên thực hiện: Phạm Bảo Vân

MSSV:

2004180099
Nhận xét:
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
Điểm đánh giá:.../10, bằng chữ: ...........................................................

TP.HCM, ngày......tháng 06 năm
2021
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)

4


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN...................................................................i
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN........................ii
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN.........................iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................vii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................1
1.1. Tổng quan về kim loại vàng và hạt nano vàng..................1
1.1.1. Giới thiệu về kim loại vàng..........................................1
1.1.2. Giới thiệu về hạt nano vàng.........................................3
1.1.3. Tính chất của hạt nano vàng.......................................3
1.1.4. Ứng dụng của hạt nano vàng......................................6
1.1.5. Các phương pháp tổng hợp hạt nano vàng................11
1.2. Tổng hợp nano vàng bằng phương pháp hóa học xanh...14
1.2.1. Tổng hợp nano vàng bằng phương pháp hóa học xanh
............................................................................................14
1.2.2. Một số nghiên cứu tổng hợp nano vàng bằng phương
pháp hóa học xanh..............................................................15
CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH OXY HĨA SÂU HỢP
CHẤT HỮU CƠ MẠCH VỊNG TRONG PHA KHÍ BẰNG NANO
VÀNG.........................................................................17
2.1. Giới thiệu nhóm chất hữu cơ mạch vịng pha khí BTEX. . .17

2.2. Nguồn phát sinh BTEX trong môi trường..........................19
2.2.1. Nguồn tự nhiên..........................................................19
5


2.2.2. Nguồn nhân tạo.........................................................19
2.3. Tác động của BTEX đến môi trường và con người............20
2.3.1. Tác động của BTEX đến môi trường...........................20
2.3.2. Tác động của BTEX đến con người.............................21
2.4. Phương pháp xử lý hợp chất gây ô nhiễm BTEX..............25
2.4.1. Phương pháp thu hồi..................................................26
2.4.2. Phương pháp phân hủy..............................................28
2.5. Xử lý BTEX bằng phương pháp oxy hóa xúc tác...............30
2.6. Cơ chế phản ứng oxy hóa VOCs bằng tác nhân oxy........30
2.7. Chất mang.......................................................................31
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................33

6


DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 1. 1: Cấu trúc tinh thể của kim loại vàng....................................3
Hình 1. 2: Giản đồ thể hiện sự dao động Plasmon của hạt nano dạng
cầu......................................................................................................4
Hình 1. 3: Quá trình bổ sung hạt nano vàng lên dây nano bạc clorua 8
Hình 1. 4: Sự phân phối thuốc, gen và protein khác nhau bằng cách
sử dụng nano vàng..............................................................................9
Hình 1. 5: Những ứng dụng khác nhau của nano vàng trong y học. .10
Hình 1. 6: Ứng dụng của nano vàng trong mỹ phẩm........................10
Hình 1. 7: Các phương pháp tổng hợp nano kim loại [19] ..............13Y

Hình 2. 1: Cơng thức cấu tạo của BTEX[20]...................................... 17
Hình 2. 2: Phản ứng tạo gốc tự do của Toluen với các chất gây ô
nhiễm khác trong khơng khí............................................................. 21
Hình 2. 3: Các phương pháp xử lý VOCs............................................26
Hình 2. 4: Cấu trúc tinh thể Fluorit của CeO2.................................... 31
Hình 2. 5: Lỗ trống oxy hình thành trên mạng tinh thể CeO2............32

DANH MỤC BẢNG BIỂ

7


Bảng 1: Tính chất vật lý của BTEX[21]..............................................20

8


9


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Công

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan về kim loại vàng và hạt nano vàng
1.1.1.Giới thiệu về kim loại vàng
Vàng là nguyên tố kim loại có giá trị đã được biết tới và sử dụng
bởi các nghệ nhân từ thời Chalcolithic. Kí hiệu: Au. Cấu hình electron:

[Xe] 4f145d10 6s1. Số hiệu nguyên tử: 79. Khối lượng nguyên tử: 197
g/mol. Thuộc phân nhóm IB, chu kì: 6, bán kính ngun tử vàng là
166 pm (Bán kính liên kết Van Der Waals)[1].


Tính chất vật lý: Vàng là kim loại mềm, màu vàng và dẻo. Vàng có
tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt (chỉ kém bạc và đồng) và có khối
lượng riêng là 19,3 g/cm3 và nhiệt độ nóng chảy là 1063 C[1].



Tính chất hóa học: Vàng là kim loại q có tính khử rất yếu,
khơng bị oxi hóa trong khơng khí dù ở nhiệt độ nào và khơng bị
hịa tan trong axit, kể cả HNO3 nhưng vàng bị hòa tan trong một
số trường hợp sau[1]:
 Nước cường toan (hỗn hợp 1 thể tích HNO3 và 3 thể tích
HCl đặc).
Au + HNO3 (đặc) + 4HCl (đặc) → H[AuCl4] + NO + 2H2O
 Dung dịch muối xianua của kim loại kiềm, như NaCN tạo
thành ion phức [Au(CN)2]
4Au + 8NaCN (đặc) + O2 + H2O → 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
 Thủy ngân, vì tạo thành hỗn hống với Au (chất rắn, màu
trắng), đốt nóng hỗn hống, thủy ngân bay hơi còn lại vàng.



Trạng thái tự nhiên: Hạt vàng tự do được tìm thấy trong quặng
được tạo ra từ đá với các phần từ vàng rất nhỏ hay cực nhỏ, đó là
quặng vàng gốc. Quặng vàng thường được tìm thấy cùng thạch
anh hay các khoáng chất sunfit được gọi là vàng sa khống.

Ngồi ra vàng tự do cịn lẫn trong quặng đồng và các quặng đâ
kim khác[1]. Vàng tự nhiên có chứa khoảng 8 đến 10% bạc,

GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
1
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Công

nhưng thường nhiều hơn như thế. Hợp kim tự nhiên với thành
phần bạc cao (hơn 20%) được gọi là electrum. Khi lượng bạc tăng,
màu trở nên trắng hơn và khối lượng riêng giảm. Trên thế giới
những nước sản xuất vàng như Nam Phi, Mỹ, Australia, Trung
Quốc và Nga. Ở Việt Nam, hai mỏ vàng đã được khai thác nhiều
năm là mỏ Păc Lạng (Bắc Cạn) và mỏ Bồng Miêu (Quảng Nam).
[1]


Ứng dụng của kim loại vàng:
Với những tính chất cơ lí hóa q giá và màu sắc mà khơng kim

loại nào sánh nổi, từ xa xưa vàng đã được dùng làm đồ trang sức, đồ
dùng trong các cung điện như cốc, chén, ấm, bình, lọ và dùng để
thiếp lên gỗ, thủy tinh và đồ sứ. Ngày nay, một lượng đáng kể vàng
được dùng trong các ngành kĩ thuật hiện đại như vơ tuyến, điện tử,
thơng tin, máy tính và hàng không. Do phản chiếu tốt những bức xạ

hồng ngoại, vàng được dùng để mạ những bộ phận phản chiếu trong
máy hồng ngoại, mạ vỏ của vệ tinh nhân tạo và tàu du hành vũ trụ.
Hiện nay, vàng vẫn là vật liệu đảm bảo tiền tệ của tất cả các nước
trên thế giới. [1]
Một số loại muối thực sự có tính chất chống viêm và đang được
sử dụng trong y tế để điều trị chứng viêm khớp và các loại bệnh
tương tự khác. Tuy nhiên, chỉ các muối và đồng vị của vàng mới có
giá trị y tế, cịn khi là ngun tố (kim loại) vàng trơ với mọi hố chất
nó gặp trong cơ thể. Hiện nay, tiêm vàng đã được chứng minh là
giúp làm giảm đau và sưng do thấp khớp và lao.
Các hợp kim vàng đã được sử dụng trong việc phục hồi nha
khoa, đặc biệt là răng, như thân răng và cầu răng vĩnh viễn. Tính
dễ uốn của các hợp kim vàng tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo bề
mặt kết nối răng và có được các kết quả nói chung tốt hơn các loại
khác làm bằng sứ.
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
2
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Công

Kỹ thuật miễn dịch vàng (immunogold) khai thác khả năng của
các phần tử vàng hấp thụ các phân tử protein lên các bên mặt của
chúng. Các phần tử vàng keo được bao phủ với các kháng thể riêng
biệt có thể được dùng để phát hiện sự hiện diện và vị trí của các
kháng nguyên trên bề mặt của tế bào. Đồng vị vàng-198, được dùng

trong một số phương pháp điều trị ung thư và để điều trị một số loại
bệnh.


Cấu trúc tinh thể: Kim loại vàng có cấu trúc tinh thể dạng lập
phương tâm diện. Các nguyên tử vàng được bố trí tại 8 đỉnh của
hình lập phương tương ứng với tọa độ (000), (100), (110), (010),
(001), (101), (011) và có 6 ngun tử bố trí ở tâm của 6 mặt của
ơ cơ sở tương ứng có tọa độ (1/2 0 1/2), (1 1/2 1/2), (1/2 1 1/2), (0
1/2 1/2), (1/2 1/2 0), (1/2 1/2 1)

Hình 1. 1: Cấu trúc tinh thể của kim loại vàng

Ngày nay, nhờ vào tiến bộ trong lĩnh vực khoa học Nano
(Nanoscience), chúng ta có thể xác định thêm nhiều đặc tính khác
nhau của kim loại này. Khi khoa học công nghệ phát triển và nhu cầu
sử dụng trong ứng dụng sinh – y học, thì kim loại vàng có thêm ứng
dụng mới trong thực tiễn dưới dạng đặc biệt đó là: Hạt nano vàng.
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
3
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Công

1.1.2.Giới thiệu về hạt nano vàng
Các hạt vàng nano với kích thước từ 1 nm đến lớn hơn 100 nm

có tính chất quang, điện độc đáo, khác hẳn so với vật liệu vàng dạng
khối (bulk material). Trong đó, sự khác nhau đáng chú ý giữa vàng
nano và kim loại vàng dạng khối là sự thay đổi màu sắc của chúng,
cụ thể là sẽ chuyển từ màu vàng sang màu đỏ tía, màu tím hoặc
màu xanh phụ thuộc vào kích thước của hạt vàng nano. Sự thay đổi
màu sắc này là do hiệu ứng plasmon bề mặt tạo ra.[2]
Hiện nay nano vàng đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:
xúc tác, điện hóa, khả năng chống oxy hóa dùng trong mỹ
phẩm,kháng khuẩn, phát hiện và điều trị ung thư.
Tính chất quan trọng nhất của hạt nano vàng là hiện tượng cộng
hưởng plasmon bề mặt.
1.1.3.Tính chất của hạt nano vàng
 Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề
mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng. Ví dụ, xét vật liệu
tạo thành từ các hạt nano hình cầu. Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm
trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ giữa hai con số
trên sẽ là:
ns = 4n2/3
Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là:
f = ns/n = 4n2/3/n = 4n1/3 = 4 (r0/r)
Trong đó: r0 là bán kính của ngun tử; r là bán kính của hạt
nano. Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ
số f tăng lên. Do ngun tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt
so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lịng vật liệu nên khi
kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên
tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số f tăng.
Khi kích thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
4

TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Cơng

đáng kể. Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt
khơng có tính đột biến theo sự thay đổi về kích thước vì f tỉ lệ nghịch
với r. Khác với hiệu ứng thứ hai mà ta sẽ đề cập đến sau, hiệu ứng bề
mặt luôn có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thước, hạt càng
bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Ở đây khơng có giới hạn nào
cả, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, chỉ
có điều hiệu ứng này nhỏ thường bị bỏ qua. Vì vậy, việc ứng dụng
hiệu ứng bề mặt của vật liệu nano tương đối dễ dàng.[3]
Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) là dao động của
điện tử tự do ở bề mặt của kim loại dưới kích thích của ánh sáng tới,
làm electron bị dồn về một phía, gây ra sự phân cực. Sau đó, dưới
tác dụng của lực phục hồi Coulombic, các electron sẽ trở lại vị trí ban
đầu. Vì có bản chất sóng, nên điện trường dao động làm cho sự phân

cực này dao động theo. Sự dao động này được gọi là “plasmon”.
Hình 1. 2: Giản đồ thể hiện sự dao động Plasmon của hạt nano dạng
cầu

Khi tần số dao động của đám mây electron trùng với tần số của
một bức xạ điện từ nào đó, sẽ gây ra sự dao động hàng loạt của các
electron tự do. Hiện tượng này gọi là “cộng hưởng plasmon bề mặt”.
Như vậy, hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là sự kích thích các

electron tự do bên trong vùng bán dẫn, dẫn tới sự hình thành các
dao động đồng pha. Đối với hạt vàng nano, dao động cộng hưởng
plasmon dẫn tới sự hấp thụ mạnh của ánh sáng vùng khả kiến. Điều
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
5
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Công

này dẫn tới sự thay đổi lớn về màu sắc của dung dịch vàng nano. Số
lượng và vị trí của dãi plasmon phụ thuộc chủ yếu vào kích thước và
hình thái của hạt vàng nano.[4]
Hiện tượng tán xạ ánh sáng plasmon bề mặt: Khi được chiếu
sáng bằng chùm ánh sáng trắng, các hạt vàng huyền phù sẽ phân
tán ánh sáng màu. Huyền phù của các hạt vàng nano tán xạ ánh
sáng có bề ngồi tương tự như các dung dịch huỳnh quang. Tuy
nhiên sự tán xạ ánh sáng này lại nhạy cảm với kích thước, hình dạng
và sự kết hợp của các hạt nano. Các hạt nano có đường kính 58
nanomet tán xạ ánh sáng xanh lục trong khi các hạt có đường kính
78 nanomet lại tán xạ ánh sáng vàng và thanh nano vàng lại tán xạ
ánh sáng đỏ dưới sự chiếu sáng của chùm ánh sáng trắng.
 Hiệu ứng kích thước
Đối với mỗi vật liệu, đều có mỗi loại tính chất khác nhau tạo nên
đặc trưng của vật liệu đó. Nhiều tính chất đặc trưng của vật liệu
thường được thể hiện qua độ dài và thường rơi vào kích thước
nanomet. Những loại vật liệu mà chúng ta thường nhìn thấy có kích

thước lớn hơn nhiều so với kích thước đặc trưng của nó, điều này
được thể hiện qua các tính chất hóa, lý của vật liệu. [5]
Từ đó chúng ta biết được một số đặc điểm riêng biệt của nano
vàng: tính chất quang học, tính chất điện, tính chất từ,tính chất
nhiệt, tính kháng khuẩn.
Tính chất quang học: có được do sự dao động tập thể của các
điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi
dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho
hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Ngồi ra,
mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ
lỗng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải
tính đến ảnh hưởng của q trình tương tác giữa các hạt.

GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
6
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Cơng

Tính chất điện: kim loại vàng có tính dẫn điện khá tốt (chỉ kém
kim loại bạc và đồng). Đối với vật liệu khối, độ dẫn điện được xác
định dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn. Định luật Ohm
cho thấy đường I-U là một đường tuyến tính. Khi kích thước của vật
liệu giảm dần đến kích thước nanommet thì I-U khơng cịn tuyến tính
nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb
(Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc. Có thể thấy

rằng kim loại ở kích thước nano có khả năng dẫn điện tốt hơn so với
kim loại ở kích thước thơng thường.
Tính chất từ: kim loại vàng có tính nghịch từ ở trạng thái khối
do sự bù trừ cặp điện tử. Vật liệu ở kích thước nanomet thì sự bù trừ
trên sẽ khơng tồn diện và vật liệu sẽ có từ tính tương đối mạnh.
Tính chất nhiệt: Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào
mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Như vậy,
nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm.
Tính kháng khuẩn: kim loại vàng thì khơng có khả năng kháng khuẩn nhưng
hạt nano vàng lại làm được điều đó. Bởi vì nó có diện tích bề mặt lớn, khơng
độc, hiệu ứng đa hóa trị, hiệu ứng quang nhiệt và có khả năng chống
oxy hóa bề mặt. Các nghiên cứu cho thấy khả năng kháng khuẩn còn
phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng và kích thước của chúng . [2]
1.1.4. Ứng dụng của hạt nano vàng
Ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác: Cách đây vài năm, nano
vàng đã nhận được sự quan tâm rộng rãi nhờ vào các hạt nano kích
thước nhỏ nhưng tỷ lệ thể tích bề mặt lớn hơn so với vật liệu khối
nên đã được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực xúc tác. Những năm
gần đây cũng đã chứng kiến sự tăng trường vượt bậc về số lượng
chuyển hóa hóa học có tính chọn lọc cao được xúc tác bằng vàng. Sự
xúc tác của các phản ứng hữu cơ bởi các hợp chất vàng đã được
chứng minh là một công cụ mạnh mẽ trong tổng hợp hữu cơ. Mặc dù
vàng được coi là một kim loại trơ trong một thời gian dài, nhưng khả
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
7
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Cơng

năng hoạt động như một acid Lewis của nó thí chỉ mới được cơng
nhận gần đây. Tính chất như vậy cho phép nano vàng kích hoạt các
chức năng khơng bão hòa như alkyne, anken và alken để tạo ra liên
kết C-C và C - dị nguyên tử trong điều kiện cực kỳ ơn hịa. Hơn nữa,
bằng cách phối hợp trước, vàng có thể kích hoạt các liên kết C-H sp,
sp2 và sp3 một cách hiệu quả. Điều này có thể mang lại những cơ hội
mới trong hóa học hữu cơ sử dụng vàng làm chất xúc tác.[6]
Từ những năm cuối của thập niên 80 thế kỉ XX, một nhóm các
nhà khoa học Nhật Bản đã chứng mỉnh rằng phân tử vàng ở kích
thước nhỏ hơn 5nm có thể tham gia phản ứng oxy hóa với cacbon
oxit (CO) để tạo thành cacbon đioxit (CO 2). Ngồi ra vàng có thể
tham gia phản ứng ở nhiệt độ thấp ( đến – 700 oC) trong khi đó một
số chất xúc tác như platin chỉ phản ứng ở nhiệt độ trên 1000 oC.
Cacbon oxit CO là một loại khí độc trong khi đó CO 2 chỉ có một nhược
điểm duy nhất đó là làm tăng hiệu ứng nhà kính. Các hạt nano vàng
có hiệu ứng xúc tác tốt nhất với kích thước hạt <5nm. Nhờ vào tính
chất trên mà hạt nano vàng được ứng dụng rất nhiều cho lĩnh vực
xúc tác nhằm giảm khí thải CO. Ngày nay, các nhà khoa học đã cải
tiến xúc tác nano vàng bằng cách cho nó mang trên các chất mang
khác nhau nhằm tăng khả năng xử lý khí thải cho cả động cơ xăng,
diesel.
Xúc tác quang hóa khả kiến nhờ các hạt nano vàng: một nhà
nghiên cứu của Phịng thí nghiệm quốc gia Argonne (DOB) thuộc Bộ
Năng lượng Mỹ đã chế tạo thành công một loại xúc tác ánh sáng khả
kiến, bằng cách sử dụng các dây nano bạc clorua được gắn các hạt
nano vàng. Xúc tác này có thể phân hủy các phân tử hữu cơ trong
nước bị ô nhiễm. Nhà khoa học nano Yugang Sun thuộc Trung tâm

Vật liệu Nano của Phịng thí nghiệm Argonne cho biết: các dây nano
hiện đang được nghiên cứu rộng rãi và được sử dụng cho rất nhiều
ứng dụng, gồm các điện cực dẫn điện trong suốt dùng cho pin năng
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
8
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Công

lượng mặt trời và các thiết bị quang điện. Bằng cách chuyển hóa các
dây nano thành các dây nano bạc clorua bán dẫn, tiếp theo bổ sung
các hạt nano vàng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra được các dây nano có
nhiều tính chất hồn tồn mới, khác rất nhiều với các dây nano
nguyên gốc. Các tính chất xúc tác quang hóa của bạc clorua thường
bị giới hạn ở các bước sóng cực tím và xanh da trời, nhưng khi được
bổ sung thêm hạt nano vàng thì chúng trở thành xúc tác quang hóa
hoạt động ở vùng khả kiến. Ánh sáng khả kiến kích thích các electron
ở các hạt nano vàng và khơi mào các phản ứng tạo ra hiệu ứng tách
điện tử lên đến cực điểm ở các dây nano bạc clorua. Các thử nghiệm
đã chứng tỏ các dây nano bạc có gắn các hạt nano vàng có thể phân
hủy các phân tử hữu cơ như xanh metylen.

Hình 1. 3: Quá trình bổ sung hạt nano vàng lên dây nano bạc clorua

Ứng dụng trong y sinh:
Cảm biến sinh học và chẩn đốn: Nano vàng rất hữu ích trong

việc xây dựng cảm biến miễn dịch điện hóa – đóng vai trị quan trọng
trong việc tăng cường tín hiệu điện hóa truyền phản ứng liên kết của
các kháng nguyên tại bề mặt cố định của các kháng thể và có khả
năng tăng lượng thuốc miễn dịch cố định ở chế độ ổn định. Ngoài ra,
cảm biến miễn dịch điện thế dựa trên hạt nano vàmg đã được phát
triển để phát hiện kháng nguyên bạch hầu và độc tố từ bạch hầu.
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
9
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Công

Một điện cực được chế tạo từ các hạt nano vàng được sử dụng để xác
định aflatoxin B1 dựa trên các phản ứng miễn dịch. Cảm biến miễn
dịch amperometric làm bằng đơn lớp vàng nano biến tính được sử
dụng cho kháng nguyên Schistosoma japonicum. Bên cạnh đó, các
hạt vàng nano đã được sử dụng trong việc láp ráp các cảm biến sinh
học điện hóa và đo ampe để chấn đốn bệnh nhân bị u tế bào mầm
và ung thư biểu mô tế bào gan. Các điện cực biến đổi hạt nano vàng
được sử dụng trong việc láp ráp các cảm biến sinh học DNA điện hóa.
Chúng tạo thành các cơng cụ phân tích hữu ích để chẩn đốn và
phát hiện DNA cụ thể theo trình tự. Lợi thế của chúng là chi phí thấp,
độ nhạy và phản ứng nhanh. Cảm biến điện hóa DNA có khả năng trở
thành một cơng cụ phân tích cho các sản phẩm thực vật chuyển gen.
[6]

Hình 1. 4: Sự phân phối thuốc, gen và protein khác nhau bằng
cách sử dụng nano vàng
Ứng dụng trị liệu: Nano vàng có khả năng phân phối thuốc - theo một nghiên cứu
gần đây báo cáo về khả năng điều trị của một chất mang hạt nano vàng bao phủ
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
10
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Cơng

cyclodextrin để bao bọc khơng hóa trị một loại thuốc chống ung thư. Ngoài việc cung
cấp các phân tử nhỏ, kích thước và chức năng có thể điều chỉnh của hạt nano vàng
khiến chúng trở thành một chất mang hữu ích để nhận biết và phân phối hiệu quả các
phân tử sinh học như peptit, protein hoặc axit nucleic như DNA hoặc RNA. Các hạt
nano vàng được biến đổi về mặt hóa học với các nhóm amin sơ cấp được phát triển
như các phương tiện phân phối nội bào để điều trị RNA can thiệp nhỏ (siRNA). Nano
vàng có khả năng phá hủy khối u bằng quang nhiệt khi chúng được chiếu xạ ánh sáng
(800 – 1200 nm).[6]

Hình 1. 5: Những ứng dụng khác nhau của nano vàng trong y
học
Ứng dụng trong mỹ phẩm: Nhờ khả năng diệt khuẩn và chống oxy hóa của
nano vàng. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ nano vàng được tăng lên. Nó hỗ trợ
điều trị và làm giảm q trình lão hóa của da, nên được sử dụng nhiều trong các
loại mỹ phẩm chăm sóc và làm đẹp cho da.

GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
11
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Cơng

Hình 1. 6: Ứng dụng của nano vàng trong mỹ phẩm
Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất ô tô: chế tạo các ống
khí thải bằng các phân tử vàng để tránh việc thải khí CO và có
thể oxy hố lượng tử nhiên liệu chưa cháy hết.
Ứng dụng trong phân tích chất: Hạt nano vàng có thể được
sử dụng như một cảm biến, tính chất quang của nano vàng có
thể thay đổi khi liên kết với các phân tử nhất định, cho phép
phát hiện và định lượng các chất phân tích.
1.1.5. Các phương pháp tổng hợp hạt nano vàng
Vật liệu nano được chế tạo theo hai nguyên tắc chính: nguyên tắc từ trên xuống
và nguyên tắc từ dưới lên. Nguyên tắc từ trên xuống là nguyên tắc tạo hạt nano từ các
hạt có kích thước lớn, ngun tắc từ dưới lên là nguyên tắc tạo hạt nano từ các nguyên
tử.
a) Nguyên tắc từ trên xuống:
Nguyên lý của phương pháp: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu
thể khối với tổ chức hạt thơ thành kích cỡ nano. Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền
nhưng lại rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn.
Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được
làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có thể nghiền lắc,
nghiền rung hoặc nghiền quay. Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến

GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
12
TS. Nguyễn Trí


Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM
nghệ Hóa học

Khoa Cơng

kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều. Phương pháp biến
dạng được sử dụng với kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra biến dạng cực lớn mà khơng làm
phá hủy vật liệu. Nhiệt độ có thể điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu
nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, cịn
ngược lại là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây
nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm). Ngồi ra, hiện nay người ta còn dùng
phương pháp quang khắc để tạo ra cấu trúc nano.
Phương pháp ăn mòn laser: đây là phương pháp theo nguyên tắc từ trên xuống,
thường được sử dụng để tổng hợp dung dịch chứa nano vàng. Vật liệu ban đầu là một
miếng vàng được đặt trong dung dịch chứa chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laze dạng
xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 nm, tần số là 10Hz, năng lượng mỗi
xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng là 1 -3 mm. Dưới tác dụng của
laze xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ
bởi chất hoạt hóa bề mặt C nH2n+1SO4Na với n =8; 10; 12; 14 và nồng độ từ 0,001 – 0,1
M.
Phương pháp từ trên xuống tạo ra bề mặt sản phẩm khơng hồn hảo và đây là
một hạn chế vì hóa học bề mặt và tính chất vật lý khác của các hạt nano phụ thuộc
nhiều vào cấu trúc bề mặt. [7][8]
b) Nguyên tắc từ dưới lên:
Nguyên lý của phương pháp: Hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.

Phương pháp từ dưới lên phát triển mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản
phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano đều được sản xuất bằng phương pháp này.
Phương pháp khử hóa học: Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa
học để khử ion kim loại thành kim loại. Thơng thường các tác nhân hóa học ở dạng
dung dịch lỏng nên cịn gọi là phương pháp hóa ướt. Phương pháp hóa học có đặc
điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật
chế tạo cho phù hợp. Chúng ta có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai
loại: vật liệu nano hình thành từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel,…) và từ pha
khí (nhiệt phân,…). Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành
đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng
GVHD: ThS. Võ Phạm Phương Trang
13
TS. Nguyễn Trí