Tổng hợp vật liệu nano bạc trên nền graphene oxide polymer siêu nhánh ứng dụng làm chất xúc tác và kháng khuẩn

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN QUANG KHẢI

TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO BẠC TRÊN NỀN
GRAPHENE OXIDE-POLYMER SIÊU NHÁNH
ỨNG DỤNG LÀM CHẤT XÖC TÁC VÀ KHÁNG
KHUẨN
Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC
Mã chuyên ngành: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021


Cơng trình đƣợc hồn thành tại Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Cao Xuân Thắng
Luận v n thạc s đƣợc ảo vệ tại Hội đồng ch m ảo vệ Luận v n thạc s Trƣờng
Đại Học Cơng Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày…… tháng…… n m 2022
Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc s gồm:
1. GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa ........................................ - Chủ tịch Hội đồng
2. PGS.TS. Trần Nguyễn Minh Ân ............................... - Phản iện 1
3. TS. Trần Hoài Lam ................................................... - Phản iện 2
4. TS. Võ Thành Công .................................................. - Ủy viên
5. TS. Đoàn V n Đạt ..................................................... - Thƣ ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa

TRƢỞNG KHOA

PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng


BỘ CÔNG THƢƠNG

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN QUANG KHẢI MSHV: 18000351
Ngày, tháng, n m sinh: 29/07/1994

Nơi sinh: ĐỒNG NAI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã chuyên ngành: 8520301

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Tổng hợp vật liệu nano ạc trên nền graphene oxide-polymer siêu nhánh ứng dụng
làm ch t xúc tác và kháng khuẩn.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Tổng hợp graphene oxide (GO), chức hóa GO với maleic anhydride (MA) ằng
phản ứng Diels-Alder trong ch t lỏng ion thế hệ mới;
 Tổng hợp GO-polymaleicamide c u trúc một tầng (GO-PMAAM-G1.0), hai
tầng (GO-PMAAM-G2.0), và a tầng (GO-PMAAM-G3.0);
 Tổng hợp nano ạc trên nền GO-polymaleicamide (AgNPs/GO-PMAAM);
 Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu AgNPs/GO-PMAAM trong phản ứng khử
4-nitrophenol;
 Đánh giá khả n ng tái sử dụng của vật liệu xúc tác AgNPs/GO-PMAAM;
 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu tổng hợp đối với dòng vi khuẩn
Escherichia coli, Staphylococcus aureus, và Bacillus cereus.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 7 tháng 6 n m 2021
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 7 tháng 12 n m 2021
V. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Cao Xuân Thắng
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

TS. Cao Xuân Thắng

TP. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2021
TRƢỞNG KHOA

PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin chân thành bày tỏ lịng iết ơn đến TS. Cao Xn Thắng, khoa Cơng nghệ
Hóa học, Trƣờng Đại học Cơng Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã hƣớng dẫn tận
tình và truyền đạt những kiến thức ổ ích, những kinh nghiệm thực tiễn và tạo mọi
điều kiện thuận lợi nh t để tơi hồn thành luận v n.
Tôi cũng gửi lời cám ơn đến các quý Thầy/Cơ thuộc Khoa Cơng Nghệ Hóa Học đã
tận tình giảng dạy những kiến thức chuyên môn và tạo nhiều điều kiện cần thiết để

tơi hồn thành đề tài. Cám ơn các thầy cô đã sắp xếp thời gian, tạo điều kiện và
hƣớng dẫn cho tơi trong suốt thời gian khó kh n vừa qua để hồn thành chƣơng
trình học.
Bên cạnh đó, tơi xin cảm ơn gia đình tơi đã ln ên cạnh ủng hộ, tạo mọi điều kiện
thuận lợi và là chỗ dựa vững chắc để tơi vƣợt qua khó kh n, vững niềm tin hoàn
thành luận v n này. Và tôi cũng cảm ơn đến các anh chị, ạn è đã hết lịng giúp đỡ
tơi trong q trình học tập và làm nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trƣờng ĐH Công Nghiệp
TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật ch t, trang thiết ị để chúng tôi
học tập.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 12 năm 2021
Học viên

Nguyễn Quang Khải

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong đề tài này, graphene oxide (GO) đã đƣợc chức hóa thành cơng với maleic
anhydride (MA) ằng phản ứng Diels-Alder trong ch t lỏng ion thế hệ mới (deep
eutectic solvent, DES) dƣới sự hỗ trợ của sóng siêu âm. Vật liệu graphene oxidemaleic anhydride (GO-MA) đƣợc sử dụng cho phản ứng với ethylene diamine
(EDA) tạo thành graphene oxide-polymaleicamide (GO-PMAAM). Quá trình tổng
hợp polymer siêu nhánh c u trúc a tầng trên nền GO (GO-PMAAM-G3.0) đƣợc
lặp lại ằng phản ứng chức hóa luân phiên của GO-PMAAM với MA và EDA. Sau
đó, nano

ạc đƣợc tích hợp trên

ề mặt vật liệu GO-PMAAM (AgNPs/GO-

PMAAM) thơng qua q trình khử AgNO3 dƣới ánh sáng nhìn th y. Vật liệu tổng
hợp đƣợc phân tích ằng các phƣơng pháp phân tích hóa lý hiện đại nhƣ phân tích
phổ Raman, phổ hồng ngoại chuỗi iến đổi FT-IR, nhiễn xạ tinh thể tia X (XRD),
phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA), hình ảnh ề mặt-tán xạ n ng lƣợng tia X (SEMEDX), và quang phổ tử ngoại - khả kiến (UV-VIS). Kết quả đã chứng minh rằng
MA và EDA đƣợc chức hóa lên ề mặt GO cũng nhƣ sự tích hợp thành cơng nano
ạc lên trên vật liệu GO-PMAAM. Vật liệu tổng hợp AgNPs/GO-PMAAM đƣợc
đánh giá hoạt tính xúc tác ằng phản ứng khử 4-nitrophenol (4NP) cũng nhƣ khả
n ng tái sử dụng cho quá trình xúc tác của vật liệu. Vật liệu AgNPs/GO-PMAAM
cũng thể hiện khả n ng kháng khuẩn thông qua hiệu quả ức chế đối với a chủng vi
khuẩn là Escherichia coli, Staphylococcus aureus, và Bacillus cereus.

ii


ABSTRACT
In this study, maleic anhydride (MA) functionalized graphene oxide (GO) was
prepared in deep eutectic solvent (DES) for further synthesis of dendrimer stabilized
silver nanoparticles (AgNPs). The first time MA was covalently grafted onto the
surface of GO by Diels-Alder (DA) ―click‖ reaction in the present of choline
chloride: zinc chloride (ChCl: ZnCl2) DES under ultrasound assistance to obtain
GO-MA. The GO-MA was utilized to synthesize graphene oxide-polymaleicamide
(GO-PMAAM) by the reaction between MA and ethylenediamine (EDA). The
AgNPs/GO-PMAAM composites were formed by the reduction of silver ion on the
GO-PMAAM under visible light irradiation. The AgNPs/GO-PMAAM hybrids
were characterized by FT-IR, XRD, TGA, SEM, EDX, UV-vis, and Raman
spectroscopies. The AgNPs/GO-PMAAM was utilized as a catalyst for reduction of
4-nitrophenol into 4-aminophenol while antibacterial activity was examined by in
vitro assays towards Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Bacillus cereus
bacteria strains.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên Nguyễn Quang Khải là học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học,
lớp CHHO8A của trƣờng Đại học Cơng Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh.
Cam đoan rằng:
 Những kết quả nghiên cứu đƣợc trình ày trong luận v n là trung thực, không
sao chép từ

t kỳ một nguồn nào và dƣới

t kỳ hình thức nào.

 Những kết quả nghiên cứu của các tác giả khác và các số liệu đƣợc sử dụng
trong luận v n đều có trích dẫn đầy đủ.
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 12 năm 2021
Học viên

Nguyễn Quang Khải

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC

............................................................................................................. i

DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. viii
MỞ ĐẦU

.............................................................................................................1

1.

Đặt v n đề ...........................................................................................................1

2.

Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................2

3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................3

4.

Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu.........................................................4

5.

Ý ngh a thực tiễn của đề tài ................................................................................4

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN .....................................................................................5
1.1 Ch t lỏng ion thế hệ mới – deep eutectic solvent (DES) ...................................5

1.2 Vật liệu trên nền car on trong xử lý môi trƣờng................................................9
1.2.1 Graphene...........................................................................................................11
1.2.2 Graphene oxide (GO) .......................................................................................11
1.2.3 Chức hóa GO và phản ứng Diels-Alder ...........................................................12
1.3 Tổng quan về nano ạc .....................................................................................13
1.3.1 Giới thiệu về kim loại ạc và nano ạc ............................................................13
1.3.2 Cơ chế kháng khuẩn của nano ạc ...................................................................15
1.3.3 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc về vật liệu nano ạc ....................................16
CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM ...............................................................................17
2.1 Hóa ch t, dụng cụ và thiết ị ............................................................................17
2.1.1 Hóa ch t ............................................................................................................17
2.1.2 Dụng cụ ............................................................................................................17
2.1.3 Máy móc và thiết ị phân tích ..........................................................................18
2.2 Quy trình thực nghiệm......................................................................................29
2.2.1 Tổng hợp graphene oxide (GO) từ graphite .....................................................29
2.2.2 Chức hóa GO với maleic anhydride (MA) trong DES .....................................31

i


2.2.3 Tổng hợp GO-Polymaleicamide một tầng (GO-PMAAM-G1.0) ....................33
2.2.4 Tổng hợp GO-Polymaleicamine hai tầng (GO-PMAAM-G2.0)......................35
2.2.5 Tổng hợp GO-Polymaleicamine a tầng (GO-PMAAM-G3.0) .......................36
2.2.6 Tổng hợp AgNPs/GO-PMAAM.......................................................................38
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................44
3.1 Kết quả tổng hợp GO .......................................................................................44
3.2 Quá trình chức hóa GO với MA trong ch t lỏng ion DES ...............................45
3.3 Kết quả tổng hợp GO-polymaleicamine ba nhánh (GO-PMAAM-G3.0) ........46
3.3.1 Kết quả tổng hợp GO-PMAAM-G1.0 ..............................................................46
3.3.2 Kết quả tổng hợp GO-PMAAM-G2.0 ..............................................................46

3.3.3 Kết quả tổng hợp GO-PMAAM-G3.0 ..............................................................47
3.3.4 Kết quả phổ Raman ..........................................................................................48
3.3.5 Kết quả đo phổ hồng ngoại FT-IR....................................................................49
3.3.6 Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD) .....................................................................51
3.3.7 Kết quả phân tích TGA ....................................................................................53
3.4 Kết quả tổng hợp AgNPs/GO-PMAAM ..........................................................54
3.5 Khảo sát hoạt tính xúc tác và kháng khuẩn của AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 ..58
3.5.1 Khảo sát ƣớc sóng h p thụ và dựng đƣờng chuẩn cho 4-nitrophenol (4-NP) 58
3.5.2 Khảo sát ảnh hƣởng của số tầng polymer trong c u trúc vật liệu đến hoạt tính
xúc tác khử 4-NP ..............................................................................................59
3.5.3 Đánh giá khả n ng tái sử dụng của xúc tác AgNPs/GO-PMAAM ..................62
3.5.4 Động học phản ứng chuyển hóa 4-NP thành 4-AP ..........................................65
3.5.5 Ảnh hƣởng của khối lƣợng xúc tác AgNPs/GO-PMAAM đến quá trình khử 4NP .....................................................................................................................68
3.5.6 Cơ chế phản ứng của quá trình khử 4-NP thành 4-AP .....................................69
3.5.7 Ảnh hƣởng của pH đến quá trình khử 4-NP ằng vật liệu AgNPs/GOPMAAM-G3.0 ..................................................................................................71
3.5.8 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs/GO-PMAAM:............................72
KẾT LUẬN

...........................................................................................................77

KIẾN NGHỊ ...........................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................79

ii


LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .........................................................86

iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 C u trúc của một vài muối halogen và hợp ch t chứa liên hết hydro đƣợc
sử dụng làm DESs. ....................................................................................8
Hình 1.2 Kim loại ạc ...............................................................................................13
Hình 1.3 Cơ chế diệt khuẩn của nano ạc .................................................................15
Hình 2.1 Bƣớc sóng nhìn th y của phổ UV-Vis .......................................................18
Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của phổ UV-Vis .......................................................20
Hình 2.3 Máy quang phổ hồng ngoại FT-IR .............................................................21
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của FT-IR .......................................................22
Hình 2.5 Máy quang phổ Raman ..............................................................................23
Hình 2.6 Sơ đồ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ trên tinh thể ...............................24
Hình 2.7 Độ tù của peak phản xạ gây ra cho kích thƣớc hạt ....................................24
Hình 2.8 Máy nhiễu xạ tia X (XRD) .........................................................................25
Hình 2.9 Máy phân tích nhiệt trọng trƣờng TGA .....................................................26
Hình 2.10 Ngun lý của phép phân tích EDX.........................................................27
Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý ghi nhận tín hiệu phổ EDX trong SEM ........................28
Hình 2.12 Máy phân tích EDX .................................................................................29
Hình 2.13 Tổng hợp GO từ graphite ằng phƣơng pháp Hummers cải tiến.............30
Hình 2.14 Sơ đồ quy trình tổng hợp graphene oxide từ graphite..............................31
Hình 2.15 Tổng hợp GO-MA trong DES dƣới sự hỗ trợ của sóng siêu âm .............32
Hình 2.16 Sơ đồ quy trình tổng hợp DES .................................................................32
Hình 2.17 Sơ đồ quy trình chức hóa GO với DES ....................................................33
Hình 2.18 Tổng hợp GO-Polymaleicamine một tầng (GO-PMAAM-G1.0) ............34
Hình 2.19 Sơ đồ quy trình tổng hợp GO-PMAAM-G1.0 .........................................34
Hình 2.20 Tổng hợp GO-Polymaleicamine hai tầng (GO-PMAAM-G2.0) .............35
Hình 2.21 Sơ đồ quy trình tổng hợp GO-PMAAM-G2.0 .........................................36
Hình 2.22 Tổng hợp GO-Polymaleicamine a tầng (GO-PMAAM-G3.0). .............37
Hình 2.23 Sơ đồ quy trình tổng hợp GO-PMAAM-G3.0 .........................................38
Hình 2.24 Tổng hợp AgNPs/GO- PMAAM-G3.0. ...................................................39

Hình 2.25 Quy trình tổng hợp AgNPs/GO-PMAAM ...............................................40
Hình 3.1 Hình ảnh mẫu GO tổng hợp ằng phƣơng pháp Hummers cải tiến ...........44
Hình 3.2 Hình ảnh thực tế mẫu GO-PMAAM-G3.0.................................................48
Hình 3.3 Phổ Raman của GO và GO-MA ................................................................48
Hình 3.4 Phổ hồng ngoại FT-IR của GO (a), GO-MA (b), GO-PMAAM-G1.0 (c),
GO-PMAAM-G2.0 (d), GO-PMAAM-G3.0 (e) .....................................49

iv


Hình 3.5 Nhiễu xạ tinh thể tia X của graphite (a), GO ( ), GO-PMAAM-G1.0 (c),
AgNPs/GO-PMAAM-G1.0 (d), AgNPs/GO-PMAAM-G2.0 (e) và
AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 (f) ................................................................51
Hình 3.6 Đƣờng cong phân tích nhiệt TGA của GO (a), GO-MA (b), GO-PMAAMG1.0 (c), GO-PMAAM-G2.0 (d), GO-PMAAM-G3.0 (e) ......................53
Hình 3.7 Mẫu AgNPs/GO-PMAAM ........................................................................54
Hình 3.8 Kết quả SEM của GO (a, ), GO-PMAAM (c, d) và AgNPs/GO-PMAAM
(e, f)..........................................................................................................54
Hình 3.9 Phân tích SEM-EDX của GO.....................................................................55
Hình 3.10 Phân tích SEM-EDX của GO-MA ...........................................................55
Hình 3.11 Phân tích SEM-EDX của GO-PMAAM-G1.0 .........................................56
Hình 3.12 Phân tích SEM-EDX của GO-PMAAM-G3.0 .........................................56
Hình 3.13 Phân tích SEM-EDX của AgNPs/GO-PMAAM-G1.0 ............................57
Hình 3.14 Phân tích SEM-EDX của AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 ............................57
Hình 3.15 Phổ UV-vis của GO (a) và AgNPs/GO-PMAAM (b) .............................58
Hình 3.16 Sự thay đổi độ h p thu theo nồng độ của dung dịch 4-NP trong sự hiện
diện của NaBH4. ......................................................................................59
Hình 3.17 Phổ UV-Vis của dung dịch 4-NP theo thời gian trong sự hiện diện đồng
thời của NaBH4 và AgNPs/GO-PMAAM-G1.0 (1.0 mg). ......................60
Hình 3.18 Phổ UV-Vis của dung dịch 4-NP theo thời gian trong sự hiện diện đồng
thời của NaBH4 và AgNPs/GO-PMAAM-G2.0 (1.0 mg). ......................61

Hình 3.19 Phổ UV-Vis của dung dịch 4-NP theo thời gian trong sự hiện diện đồng
thời của NaBH4 và AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 (1.0 mg). ......................61
Hình 3.20 Khả n ng tái sử dụng của xúc tác AgNPs/GO-PMAAM-G1.0 đối với
phản ứng khử 4-NP. .................................................................................63
Hình 3.21 Khả n ng tái sử dụng của xúc tác AgNPs/GO-PMAAM-G2.0 đối với
phản ứng khử 4-NP. .................................................................................63
Hình 3.22 Khả n ng tái sử dụng của xúc tác AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 đối với
phản ứng khử 4-NP. .................................................................................64
Hình 3.23 Động học iểu kiến ậc nh t phản ứng khử 4-NP của xúc tác
AgNPs/GO-PMAAM-G1.0. ....................................................................66
Hình 3.24 Động học iểu kiến ậc nh t phản ứng khử 4-NP của xúc tác AgNPs/GOPMAAM-G2.0. ........................................................................................67
Hình 3.25 Động học iểu kiến ậc nh t phản ứng khử 4-NP của xúc tác AgNPs/GOPMAAM-G3.0. ........................................................................................67
Hình 3.26 Phổ UV-Vis của dung dịch 4-NP theo thời gian trong sự hiện diện đồng
thời của NaBH4 và AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 (2.0 mg). ......................68
Hình 3.27 Phổ UV-Vis của dung dịch 4-NP theo thời gian trong sự hiện diện đồng
thời của NaBH4 và AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 (3.0 mg). ......................68

v


Hình 3.28 Cơ chế của quá trình khử 4-NP với xúc tác AgNPs/GO-PMAAM .........70
Hình 3.29 Động học phản ứng quá trình khử 4-NP với xúc tác là AgNPs/GOPMAAM-G3.0 ở các điều kiện pH từ 2 đến 12. ......................................71
Hình 3.30 Khả n ng kháng khuẩn Gr (-) E. coli của AgNPs/GO-PMAAM-G1.0 và
AgNPs/GO-PMAAM-G3.0. ....................................................................72
Hình 3.31 Khả n ng kháng khuẩn Gr (+) B. cereus của AgNPs/GO-PMAAM-G1.0
và AgNPs/GO-PMAAM-G3.0. ...............................................................73
Hình 3.32 Khả n ng kháng khuẩn Gr (+) S. aureus của AgNPs/GO-PMAAM-G1.0
và AgNPs/GO-PMAAM-G3.0. ...............................................................73
Hình 3.33 Kết quả MIC đối với khuẩn Gr (-) E. coli ................................................75
Hình 3.34 Kết quả MIC đối với khuẩn Gr (+) S. aureus ..........................................75

Hình 3.35 Kết quả MIC đối với khuẩn Gr (+) B. cereus ..........................................75

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Công thức chung cho phân loại DESs .........................................................7
Bảng 2.1 Hóa ch t sử dụng trong nghiên cứu ...........................................................17
Bảng 2.2 Dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu............................................................18
Bảng 3.1 Hiệu su t tổng hợp GO ..............................................................................44
Bảng 3.2 Hiệu su t tổng hợp GO-MA ......................................................................45
Bảng 3.3 Hiệu su t tổng hợp GO-PMAAM- G1.0 ...................................................46
Bảng 3.4 Hiệu su t tổng hợp GO-PMAAM-G2.0 ....................................................47
Bảng 3.5 Hiệu su t tổng hợp GO-PMAAM-G3.0 ....................................................47
Bảng 3.6 Khả n ng tái sử dụng của xúc tác AgNPs/GO-PMAAM trong phản ứng
khử 4-NP ......................................................................................................65
Bảng 3.7 Các giá trị hằng số tốc độ iểu kiến phản ứng khử 4-NP trong điều kiện
pH từ 2 đến 12 ..............................................................................................72
Bảng 3.8 Đƣờng kính vịng kháng khuẩn của vật liệu AgNPs/GO-PMAAM ..........74
Bảng 3.9 Kết quả khảo sát nồng độ ức chế tối thiểu .................................................76

vii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AgNPs

Nano ạc

AgNPs/GO-PMAAM

Nano ạc trên nền GO-polymaleicamide

AgNPs/GO-PMAAM-G1.0 Nano ạc trên nền GO-polymaleicamide một tầng
AgNPs/GO-PMAAM-G2.0 Nano ạc trên nền GO-polymaleicamide hai tầng
AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 Nano ạc trên nền GO-polymaleicamide ba tầng
CNT

Carbon nanotube

DES

Deep eutectic solvent

GO

Graphene oxide

IL

Ionic liquid

MIC

Minimum inhibitory concentration

PAMAM

Polyamidoamine

FTIR

Fourier-transform infrared spectroscopy

XRD

X-Ray Diffraction

SEM

Scanning Electron Microscopy

EDX

Energy Dispersive X-ray

TGA

Thermal gravimetric analysis

UV-vis

Ultraviolet–visible spectroscopy

viii


MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề

Các hợp ch t amine thơm là ch t tổng hợp trung gian đa n ng do ứng dụng của
chúng trong việc điều chế thuốc nhuộm, dƣợc phẩm, sản phẩm nông nghiệp, ch t
hoạt động ề mặt và polymer [1-3]. Ở cả quy mơ phịng thí nghiệm và quy mô công
nghiệp, việc tổng hợp các hợp ch t amine thơm đƣợc thực hiện thơng thƣờng ằng
q trình khử tƣơng ứng các hợp ch t nitro sử dụng xúc tác hydro hóa và nhiều điều
kiện khử khác [4, 5]. Nhiều tác nhân khử đã đƣợc sử dụng để khử các hợp ch t
nitro, điển hình là ch t khử kim loại khi có mặt acid. Tuy nhiên, phƣơng pháp này
tiến hành trong môi trƣờng độc hại [6] và do đó cần các con đƣờng tổng hợp rẻ hơn
thay thế là cần thiết. Một trong những phƣơng pháp thay thế là sử dụng NaBH4
trong nƣớc nhƣ một nguồn cung c p hydro. Tuy nhiên, sự khử các nhóm nitro với
NaBH4 mà khơng có

t kỳ ch t xúc tác nào đem lại hiệu quả r t kém và vì vậy,

nhiều xúc tác kim loại khác nhau đã đƣợc sử dụng để thực hiện quá trình khử này
[7-9].
Các hạt nano kim loại quý đã thu hút đƣợc sự chú ý lớn trong nghiên cứu xúc tác vì
chúng có diện tích ề mặt cao hơn so với dạng khối của chúng dẫn đến hoạt tính
xúc tác đƣợc cải thiện [10-12]. Tuy nhiên, trạng thái n ng lƣợng ề mặt cao của các
hạt kim loại khi ở kích thƣớc nano dễ dàng dẫn đến sự kết tụ giữa các hạt nano này
với nhau và do đó dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác. Hạt nano kim loại dựa trên các
phƣơng pháp tổng hợp khác nhau đã đƣợc phát triển để giải quyết v n đề này và
đƣợc ứng dụng làm xúc tác khử hợp ch t nitrophenol thành amine. Yang và cộng sự
đã sử dụng các hạt nano vàng đƣợc pha tạp trong gel hữu cơ c u trúc xốp dựa trên
polymer của phloroglucinol cacboxylic acid-fomaldehyde nhƣ một ch t xúc tác
nano trong phản ứng khử 4-nitrophenol, với hằng số tốc độ khử là 7.4×10−3 s−1 [13].
Hayakawa và cộng sự áo cáo rằng các hạt nano vàng đƣợc tổng hợp ằng phƣơng
pháp chiếu xạ laser đã cho th y một hằng số tốc độ là 1.78–13.2×10−3 s−1 [14], trong

1


khi Panigrahi và cộng sự đã công

ố rằng các hạt nano vàng trên nền nhựa

polystyrene có hằng số tốc độ là 0.16×10−3 s-1 [15]. Lu và cộng sự đã áo cáo các
hạt nano ạc đƣợc hỗ trợ ằng loại polymer cầu c u trúc dạng cây cho hằng số tốc
độ ƣớc tính khoảng 0.33×10−3 s−1 [16].
Bên cạnh đó, hƣớng nghiên cứu ọc các nano kim loại trong một hệ lai tạp cho phép
tiền ch t và sản phẩm dễ dàng đi qua của phản ứng xúc tác đang đƣợc chú ý. Một
trong những phƣơng pháp để thực hiện ý tƣởng này là ền hóa các hạt nano trong
một ch t nền hữu cơ có các mạch dạng nhánh tạo ra một c u trúc mở và linh hoạt.
Polyamidoamine (PAMAM) là loại polymer có nhiều nhánh, sắp xếp r t trật tự, các
đại phân tử tổng hợp ở kích thƣớc nano [17]. Các phƣơng pháp tổng hợp cho c u
trúc siêu nhánh r t khó và đắt tiền [18] và do đó các phƣơng pháp thay thế đã đƣợc
áp dụng ằng cách xây dựng c u trúc các nhánh trên một ch t nền rắn hỗ trợ nhƣ
chitosan, ống nano car on, silica, ề mặt polymer [19-23]. Tuy nhiên, các nghiên
cứu trên có nhƣợc điểm là quy trình chức hóa ề mặt vật liệu phức tạp, phải sử dụng
các phản ứng ở điều kiện khắc nghiệt và thực hiện nhiều ƣớc. Để khắc phục những
nhƣợc điểm trên, chúng tôi đã chọn đề tài ―Tổng hợp vật liệu nano bạc trên nền
graphene oxide-polymer siêu nhánh ứng dụng làm chất xúc tác và kháng
khuẩn‖. Trong nghiên cứu này, nano bạc trên nền graphene oxide-polymaleicamide
siêu nhánh (AgNPs/GO-PMAAM) đƣợc tổng hợp ằng con đƣờng xanh và đơn
giản, vật liệu tổng hợp đƣợc ứng dụng làm ch t xúc tác cho phản ứng khử 4nitrophenol và kháng khuẩn.
2.

Mục tiêu nghiên cứu

- Chức hóa ề mặt GO ằng phản ứng Diels-Alder trong dung môi là ch t lỏng ion
thế hệ mới (deep eutectic solvent, DES).
- Tổng hợp graphene oxide-polymaleicamide siêu nhánh c u trúc a tầng (GOPMAAM-G3.0).
- Tổng hợp nano ạc trên nền graphene oxide-polymaleicamide c u trúc a tầng
(AgNPs/GO-PMAAM-G3.0).

2


- Khảo sát hoạt tính xúc tác của AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 trong phản ứng khử 4nitrophenol.
- Khảo sát ảnh hƣởng của c u trúc polymer một, hai, và a tầng (AgNPs/GOPMAAM-G1.0, AgNPs/GO-PMAAM-G2.0, và AgNPs/GO-PMAAM-G3.0) đến
hoạt tính xúc tác.
- Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu tổng hợp AgNPs/GO-PMAAM-G3.0
trên ba loại khuẩn E.coli, B.cereus, và S.aureus.
- Khảo sát khả n ng tái sử dụng của vật liệu.
3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tƣợng nghiên cứu
- Thực hiện nghiên cứu đối với vật liệu là AgNPs, GO, polymaleicamide, 4nitrophenol, và ba loại khuẩn E.coli, B.cereus, S.aureus.
- Quy trình chức hóa ề mặt GO ằng MA trong dung môi ch t lỏng ion (DES) là
hỗn hợp của choline chloride (ChCl) và zinc chloride (ZnCl2).
- Quy trình tổng hợp polymer siêu nhánh ằng hai loại monomer là MA và EDA.
- Đối với ứng dụng của vật liệu: khảo sát hoạt tính xúc tác đối với phản ứng khử 4nitrophenol thông qua yếu tố ảnh hƣởng là số tầng trong c u trúc polymer. Đối
với hoạt tính kháng khuẩn: sử dụng a loại vi khuẩn cụ thể là E.coli, B.cereus và
S.aureus.
 Phạm vi nghiên cứu
Quy trình tổng hợp AgNPs/GO-PMAAM-G3.0 siêu nhánh đƣợc thực hiện ở điều

kiện phịng thí nghiệm. Đặc tính của vật liệu tổng hợp đƣợc đánh giá thông qua các
phƣơng pháp phân tích hóa lý hiện đại nhƣ FT-IR, XRD, TGA, Raman, UV-vis,
SEM-EDX. Việc sử dụng phản ứng Diels-Alder trong ch t lỏng ion DES là một
trong những điểm mới nhằm tránh sử dụng xúc tác nhân oxy hóa mạnh nhƣ hỗn hợp

3


acid mạnh để chức hóa ề mặt GO trong điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Kết quả
của quá trình tổng hợp vật liệu ứng dụng trong phản ứng xúc tác khử 4-nitrophenol
và kháng khuẩn đƣợc tiến hành trong phịng thí nghiệm. Do đó, điểm hạn chế của
đề tài là chƣa đƣợc nghiên cứu mở rộng để ứng dụng trong quy mơ lớn hơn.
4.

Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu

Nhóm nghiên cứu chúng tơi đã tiến hành tìm kiếm và thu thập tài liệu, các áo cáo
trong và ngoài nƣớc về quy trình tổng hợp AgNPs/GO-PMAAM siêu nhánh, ứng
dụng của AgNPs/GO-PMAAM siêu nhánh làm xúc tác cho quá trình khử và kháng
khuẩn; phân tích điều kiện tổng hợp, các điểm mạnh cũng nhƣ hạn chế trong từng
phƣơng pháp; đƣa ra giải pháp khắc phục cũng nhƣ chỉ ra hƣớng nghiên cứu mới từ
các nghiên cứu có sẳn với mục đích đƣa ra một kỹ thuật tổng hợp ằng con đƣờng
―xanh‖, đơn giản, và nâng cao đƣợc hiệu quả của quá trình. Việc tìm kiếm các tài
liệu và áo cáo từ các nguồn tài liệu trong và ngoài nƣớc, sử dụng trang mạng học
thuật có tính chính xác và tin cậy nhƣ googlescholar.
5.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu tổng hợp AgNPs/GO-PMAAM siêu nhánh có tính ch t ƣu việt, q

trình chức hóa ề mặt vật liệu GO sử dụng phản ứng Diels-Alder trong dung môi
ch t lỏng ion DES, một trong những ch t lỏng ion thế hệ mới đƣợc ứng dụng nhƣ
một dung môi xanh trong nhiều l nh vực hiện nay. Bằng con đƣờng tổng hợp này sẽ
tránh sử dụng các loại tác nhân oxy hóa mạnh nhằm hạn chế tác động đến môi
trƣờng mà không ảnh hƣởng đến hiệu quả quá trình tổng hợp.Vật liệu AgNPs/GOPMAAM-G3.0 siêu nhánh c u trúc a tầng đã tổng hợp thành công và đƣợc ứng
dụng làm xúc tác và kháng khuẩn hiệu quả.

4


CHƢƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN

Chất lỏng ion thế hệ mới – deep eutectic solvent (DES)

Dung môi DES đƣợc thừa nhận rộng rãi là một loại ch t tƣơng tự ch t lỏng ion (IL)
mới vì chúng có nhiều đặc điểm và tính ch t giống với IL. Các thuật ngữ DES và IL
đã đƣợc sử dụng thay thế cho nhau trong tài liệu mặc dù thực sự là điều cần thiết để
chỉ ra rằng đây là hai loại dung môi khác nhau. DES là hệ dung mơi đƣợc hình
thành từ hỗn hợp eutectic của acid và base Lewis hoặc Brønsted có thể chứa nhiều
loại anion và (hoặc) cation; ngƣợc lại, IL là hệ dung môi đƣợc tạo thành chủ yếu từ
một loại riêng lẻ anion và cation. Mặc dù các tính ch t vật lý của DES tƣơng tự nhƣ
các IL khác, các đặc tính hóa học của chúng lại cho th y các l nh vực ứng dụng
khác nhau đáng kể. Nghiên cứu về các ch t lỏng ion (ILs) đã t ng lên r t đáng kể
trong hai thập kỷ qua kể từ khi tiềm n ng về ngành kỹ thuật hóa học đƣợc nhận ra.
So với ILs cổ điển, nghiên cứu về DESs là tƣơng đối ở giai đoạn sơ khai, với ài
áo đầu tiên về chủ đề này chỉ đƣợc xu t ản vào n m 2001 [24]. Tuy nhiên, với
các n phẩm từ thập kỷ trƣớc, hiện nay khoảng 200 nghiên cứu đang tiếp cận nỗ lực

tập trung vào l nh vực mới nổi này. Chủ đề trọng tâm chính là hai l nh vực ứng
dụng của DESs: gia công kim loại và môi trƣờng tổng hợp. Một tỷ lệ lớn các nghiên
cứu nỗ lực đã đƣợc tập trung vào việc sử dụng DES làm môi trƣờng cho kim loại
mà theo các phƣơng pháp truyền thống thì r t khó đúc hoặc gia cơng, hoặc liên
quan đến các q trình độc hại với mơi trƣờng. DES cũng đã đƣợc đề xu t nhƣ
những lựa chọn thay thế thân thiện với mơi trƣờng cho q trình tổng hợp.
DES chứa các loại ion lớn, khơng đối xứng có mạng tinh thể th p n ng lƣợng và do
đó điểm nóng chảy th p. Chúng thƣờng đƣợc tạo thành ằng cách tạo phức của
muối amoni ậc ốn với một muối kim loại hoặc hợp ch t cho liên kết hydro. Việc
phân ố điện tích xảy ra thơng qua liên kết hydro giữa một ion halogen và ch t cung
c p hydro là nguyên nhân gây ra giảm nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp so với điểm
nóng chảy của các thành phần riêng lẻ. Trong một nghiên cứu n m 2001 của Abbott

5


và cộng sự [24], một loạt các muối amoni ậc ốn đã đƣợc đun nóng với ZnCl2 và
các điểm đơng đặc của ch t lỏng tạo thành đƣợc ghi nhận. Ngƣời ta th y rằng điểm
nóng chảy th p nh t, 23−25 °C, thu đƣợc khi choline chloride đƣợc sử dụng làm
muối amoni. Nghiên cứu an đầu này đã đƣợc mở rộng, và một loạt các ch t lỏng
đƣợc hình thành từ hỗn hợp eutectic của những muối và hợp ch t chứa liên kết
hydro đƣợc tạo ra [25]. Những ch t lỏng này đƣợc gọi là dung mơi có điểm eutectic
sâu để phân iệt chúng với ch t lỏng ion mà chỉ chứa các anion riêng lẻ. Thuật ngữ
DES đề cập đến ch t lỏng gần với thành phần eutectic của hỗn hợp, tức là tỷ lệ mol
của các thành phần cho điểm nóng chảy th p nh t.
-

DESs có thể đƣợc mơ tả ằng cơng thức chung Cat+X zY trong đó Cat+ là

t kỳ

cation amonium, photphonium hoặc sulfonium, và X là một ase Lewis, thƣờng là
một anion halogen. Các loại anion phức đƣợc hình thành giữa X− và một trong hai
loại acid Lewis hoặc Brønsted Y (z là số phân tử Y tƣơng tác với anion). Phần lớn
các nghiên cứu tập trung vào các cation amonium và imidazolium ậc ốn với sự
đặc

iệt hơn nh n mạnh vào các hệ thực tế sử dụng choline chloride, [ChCl,

HOC2H4N+(CH3)3Cl−].
DES phần lớn đƣợc phân loại tùy thuộc vào ản ch t của ch t tạo phức đƣợc sử
dụng nhƣ trình ày ở Bảng 1.1. Loại I của DES đƣợc hình thành từ MClx và muối
amonium ậc ốn, có thể đƣợc coi là loại tƣơng tự với hệ halogen kim loại/muối
imidazolium đã đƣợc nghiên cứu r t nhiều. Ví dụ về DES loại I ao gồm muối
chloroaluminate/imidazolium là loại ít thơng dụng hơn so với hệ gồm đƣợc hình
thành từ muối imidazolium và halogenua kim loại nhƣ FeCl2 [26] và những ch t có
trong nghiên cứu của Scheffler và Thomson với EMIC và halogen kim loại sau:
AgCl, CuCl, LiCl, CdCl2, CuCl2, SnCl2, ZnCl2, LaCl3, YCl3, và SnCl4 [27].

6


Bảng 1.1 Công thức chung cho phân loại DESs
Loại
Loại I

Công thức chung
Cat X zMClx

Loại II

Cat+X zMClx.yH2O

Loại III

Cat+X zRZ

Loại IV

MClx + RZ=MClx-1+.RZ+MClx+1

+

-

Ghi chú
M=Zn, Sn, Fe, Al, Ga, In

-

M=Cr, Co, Cu, Ni, Fe

-

Z=CONH2, COOH, OH
-

M=Al, Zn, và Z=CONH2, OH

Một loạt các halogen kim loại khan có điểm nóng chảy th p để tạo thành DESs loại

I ị hạn chế; tuy nhiên, phạm vi của DESs có thể đƣợc t ng lên ằng cách sử dụng
halogen kim loại ngậm nƣớc và choline chloride (DESs loại II). Chi phí tƣơng đối
th p của nhiều muối kim loại ngậm nƣớc cùng với tính nhạy khơng khí/độ ẩm vốn
có của chúng làm cho việc sử dụng chúng trên quy mô công nghiệp r t khả thi.
DESs loại III đƣợc hình thành từ choline chloride và hợp ch t chứa liên kết hydro
cũng đƣợc quan tâm ởi khả n ng solvate hóa một số các loại kim loại chuyển tiếp,
ao gồm chloride [28] và oxide [28, 29]. Đến nay, một loạt các ch t chứa liên kết
hydro đã đƣợc nghiên cứu, với các DESs đƣợc hình thành sử dụng amide, acid
cacboxylic và alcohol (Hình 1.1). Những ch t lỏng này đƣợc tạo thành đơn giản, và
tƣơng đối khơng phản ứng với nƣớc; nhiều loại có khả n ng phân hủy sinh học và
có chi phí tƣơng đối th p. Một dãy các hợp ch t chứa liên kết hydro có sẳn thích
ứng với DESs. Các tính ch t vật lý của ch t lỏng phụ thuộc vào ch t chứa liên kết
hydro và có thể dễ dàng điều chỉnh cho các ứng dụng cụ thể. Loại dung môi DESs
này đã đƣợc chứng minh là đặc iệt linh hoạt, với một loạt các các ứng dụng có khả
n ng ứng dụng đƣợc khảo sát ao gồm tách loại glycerol từ dầu diesel sinh học [30]
gia công oxide kim loại [29] và tổng hợp các dẫn xu t cellulose [31].
Phần lớn các ILs là ch t lỏng ở nhiệt độ thƣờng đƣợc hình thành từ một cation hữu
cơ chủ yếu dựa trên amonium, photphonium và sulfonium. Các cation vô cơ thƣờng
khơng tạo độ nóng chảy th p do mật độ điện tích cao của chúng. Tuy nhiên, các
nghiên cứu trƣớc đây đã chỉ ra rằng hỗn hợp các halogen kim loại với urea có thể

7


tạo eutectics với điểm nóng chảy <150°C [32, 33]. A

ott và cộng sự đã nghiên cứu

v n đề này và cho th y rằng một loạt các kim loại chuyển tiếp có thể đƣợc kết hợp
tại nhiệt độ thƣờng, và chúng hiện đƣợc gọi là DES loại IV. Loại DESs này đƣợc

mong muốn rằng các muối kim loại này sẽ khơng ion hóa trong mơi trƣờng khơng
chứa nƣớc. Tuy vậy, ZnCl2 đã đƣợc chứng minh là tạo thành eutectics với urea,
acetamide, ethylene glycol, và 1,6-hexanediol [34].

Hình 1.1 C u trúc của một vài muối halogen và hợp ch t chứa liên hết hydro đƣợc
sử dụng làm DESs.
Hầu hết các eutectics sâu đƣợc nghiên cứu hiện nay đều dựa trên cation của
amonium

ậc

ốn: choline [còn đƣợc gọi là cation cholinium, cation (2-

hydroxyetyl)-trimethylammonium và HOCH2CH2N+(CH3)3]. Cation này khơng độc
hại và có chi phí tƣơng đối th p so với imidazolium và pyridinium. Ngoài ra, nó
đƣợc phân loại nhƣ một loại provitamin ở châu Âu và đƣợc sản xu t trên quy mô
hàng triệu t n làm ch t ổ sung thức n ch n nuôi. Choline đƣợc tạo ra ởi một
phản ứng pha khí giữa HCl, ethylen oxide, và trimetylamin và nhƣ vậy tạo ra một
lƣợng ch t thải phụ không đáng kể.

8


1.2

Vật liệu trên nền carbon trong xử lý môi trƣờng

Tốc độ cơng nghiệp hóa nhanh chóng và hậu quả đã tác động đến mơi trƣờng ởi
q trình tạo ra một lƣợng lớn các ch t thải nguy hại và khí độc vào môi trƣờng.
Các công nghệ thông thƣờng đƣợc sử dụng để xử lý các loại ch t hữu cơ và các ch t

thải độc hại là h p phụ, oxy hóa sinh học, oxy hóa hóa học và thiêu hủy. Q trình
oxy hóa nƣớc siêu tới hạn đã đƣợc đề xu t nhƣ một cơng nghệ có khả n ng phá hủy
diện rộng phạm vi ch t thải nguy hại hữu cơ. Nó đã đƣợc thu hút sự chú ý do khả
n ng tiêu hủy nhiều loại ch t thải có nguy hại cao từ ngành cơng nghiệp hóa học.
Song song đó, sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ nano đã thu đƣợc r t nhiều
sự quan tâm trong ứng dụng môi trƣờng của vật liệu nano. Xử lý các ch t ơ nhiễm
trong nƣớc và khơng khí là một thách thức lớn, và vật liệu nano trở nên r t quan
trọng đối với việc xử lý môi trƣờng. Vật liệu nano có thể là ch t h p phụ, ch t xúc
tác và cảm iến tiên tiến do diện tích ề mặt riêng và hoạt tính r t cao. Tỉ lệ giữa
diện tích ề mặt và khối lƣợng vật liệu nano có thể cải thiện đáng kể dung lƣợng
h p phụ của vật liệu nano. Do kích thƣớc giảm, diện tích ề mặt của vật liệu nano
phát triển theo c p số nhân cho cùng một mật độ khi đƣờng kính thu lại. Ngồi ra,
tính di động của vật liệu nano trong dung dịch cao và toàn ộ thể tích có thể đƣợc
phân tán nhanh chóng với một lƣợng nhỏ vật liệu nano do kích thƣớc nhỏ của
chúng. Vật liệu nano có ề mặt đặc iệt dễ phản ứng chủ yếu do mật độ cao của các
nguyên tử phối trí th p ở ề mặt và cạnh. Những thuộc tính độc đáo này có thể là áp
dụng để phân hủy và loại ỏ các ch t ô nhiễm trong nƣớc và khơng khí [35]. Các
ch t thải ị h p phụ vào vật liệu nano có thể đƣợc tách loại ằng cách sử dụng lực
h p dẫn nhẹ (nhƣ ly tâm) hoặc lực từ (trong trƣờng hợp hạt nano từ tính). Vật liệu
nano ở nhiều hình dạng, hình thái, và dạng khác nhau có tác động đáng kể đến ch t
lƣợng nƣớc và khơng khí trong mơi trƣờng tự nhiên [36]. Ch t h p phụ nano từ tính
đặc iệt h p dẫn vì chúng có thể dễ dàng đƣợc giữ lại và tách khỏi nƣớc đã qua xử
lý [37]. Vật liệu nano cũng có sự phân ố khác nhau của vị trí ề mặt phản ứng và
các vùng ề mặt ị khơng trật tự. Ngồi ra, một số vật liệu tự nhiên và các vật liệu
nano đƣợc thiết kế cũng đã đƣợc chứng tỏ là có đặc tính kháng khuẩn mạnh, ao

9


gồm chitosan, nano ạc, quang xúc tác TiO2 và ống nano carbon (CNT) [38-42].

Công nghệ nano cũng đƣợc sử dụng để phát hiện thuốc trừ sâu và các kim loại nặng
(ví dụ: cadmium, đồng, chì, thủy ngân, asen, v.v.). Hơn nữa, vật liệu nano đã t ng
cƣờng khả n ng oxy hóa khử và tính quang xúc tác [43, 44]. Chế tạo vật liệu nano
có thể đƣợc đạt đƣợc ằng cách (1) mài, nghiền và kỹ thuật hợp kim cơ học, (2)
lắng đọng hơi vật lý hoặc hóa học hoặc ay hơi chân khơng, (3) phƣơng pháp tổng
hợp hóa học sol-gel, (4) kỹ thuật tổng hợp pha khí nhƣ nhiệt phân ngọn lửa, nổ
điện, mài mòn laser và tổng hợp plasma, và (5) kỹ thuật vi sóng hoặc phƣơng pháp
đốt cháy hoặc tách lớp vật liệu (kiểm soát kết tinh từ tiền ch t vơ định hình) [45].
Q trình chức hóa đƣợc áp dụng trên vật liệu nano ằng cách phủ hoặc iến tính
hóa học để (1) cải thiện các đặc tính ề mặt và tính quang học, (2) tránh kết tụ và
(3) loại ỏ sự tƣơng tác giữa vật liệu nano và vật ch t sinh học. Kích thƣớc nhỏ của
hạt nano (NPs) làm giảm áp su t quá mức khi các NPs đƣợc cố định trên thiết ị
tầng hoặc

t kỳ hệ thống dòng chảy nào khác, cũng nhƣ một số hệ thống gặp khó

kh n trong việc phân tách và tái sử dụng, và thậm chí có thể có rủi ro cho hệ sinh
thái và sức khỏe con ngƣời ởi sự phát tán tiềm ẩn của hạt nano vào mơi trƣờng. Do
đó, lai tạp nanocomposite đƣợc tiến hành ằng cách ngâm tẩm hoặc phủ các hạt mịn
thành các hạt rắn có kích thƣớc lớn hơn để vƣợt qua hạn chế của NPs. Kết quả tổng
hợp nanocomposite dựa trên polymer có thể giữ lại các đặc tính vốn có của các hạt
nano, trong khi vật liệu hỗ trợ polymer cung c p độ ổn định, khả n ng xử lý và
những cải tiến cao hơn do tƣơng tác giữa hạt NPs và ch t nền. Ngoài ra, việc kết
hợp các hạt NPs vào polymer-nanocomposites dẫn đến t ng cƣờng tính ch t cơ,
điện và quang học. Các màng dựa trên NPs có thể đƣợc tạo ra ằng cách đƣa các hạt
NPs vào các màng xốp [46, 47] hoặc trộn chúng với màng polymer hoặc màng vô
cơ [48]. Chế tạo màng với các NPs oxit kim loại có thể t ng tính th m và khả n ng
chống ám ẩn cũng nhƣ thông lƣợng của màng. Cải tiến màng hoặc ề mặt màng
sử dụng vật liệu nano tạo ra một số thay đổi về đặc tính nhƣ độ xốp, tính ƣa nƣớc
của ề mặt, độ nhạy điện hoặc độ âm điện và tính ch t xúc tác tại ề mặt. Kết hợp

các loại vật liệu nano xốp có thể ng n chặn sự di chuyển của một loạt các ch t ẩn
và vi sinh vật qua màng. Hơn nữa, sợi nano cũng có thể cung c p một ộ lọc tốt hơn

10