Nghiên cứu tổng hợp nano đồng từ dung dịch cu2+ bằng dịch chiết lá trầu không

Mẫu IUH1521

BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO ĐỒNG TỪ DUNG

DICH Cu2+ BẰNG DỊCH CHIẾT LÁ TRẦU KHÔNG
Mã số đề tài: 171.4210
Chủ nhiệm đề tài: Trịnh Ngọc Tồn
Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng Nghệ -Cơ sở Thanh Hóa


Báo cáo đề tài nc cấp trường 2016-2017
PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG
1.1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO ĐỒNG TỪ DUNG DICH Cu2+
BẰNG DỊCH CHIẾT LÁ TRẦU KHÔNG
1.2. Mã số: 171.4210
1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
TT

Họ và tên
(học hàm, học vị)

Đơn vị cơng tác

Vai trị thực hiện đề tài

Trịnh Ngọc Tồn

Khoa Cơng Nghệ -Cơ
sở Thanh Hóa

Chủ nhiệm

TS.Nguyễn Văn Sơn

Khoa Cơng Nghệ -Cơ
sở Thanh Hóa-IUH

Thành viên

Lê Thị Như Quỳnh

Khoa Cơng Nghệ -Cơ
sở Thanh Hóa- IUH

Thành viên

Lê Thành Long

Khoa Cơng Nghệ -Cơ
sở Thanh Hóa- IUH

Thành viên

1.4. Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng Nghệ -Cơ sở Thanh Hóa

1.5. Thời gian thực hiện:
1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 4 năm 2017 đến tháng 3 Năm 2018
1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng….. năm…..
1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 12 năm 2017 đến tháng 12 năm 2017
1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên
nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)
1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: năm triệu đồng.
PHẦN II. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Đặt vấn đề
Vài thập kỉ gần đây, Công nghệ Nano được xem là một ngành công nghiệp mũi nhọn,
đang phát triển với tốc độ chóng mặt và làm thay đổi diện mạo các ngành khoa học trên
toàn cầu. Cùng với các ngành công nghệ cao khác như công nghệ thông tin, công nghệ
sinh học, sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của công nghệ Nano hứa hẹn sẽ lấp đầy mọi
nhu cầu trong cuộc sống của chúng ta nhờ những ứng dụng to lớn và hữu ích trong các
ngành điện tử [1,2], năng lượng [3], y học [4,5], mĩ phẩm [6] và còn đi xa hơn nữa trong

Trang 1


Báo cáo đề tài nc cấp trường 2016-2017
nhiều lĩnh vực khác. Đặc biệt, nhờ vào những khả năng giúp con người can thiệp ở kích
thước Nanomet mà tại đó vật liệu Nano đang tạo ra một cuộc cách mạng trong những
ứng dụng y sinh học với những tính chất đặc biệt lý thú của nó.
Chế tạo được những hạt Nano có kích thước 1 – 100 nm đang là mục tiêu của các nhà
nghiên cứu khoa học vì kích thước của hạt là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc
tính của chúng do sự thay đổi diện tích bề mặt tiếp xúc.
Tiêu biểu nhất cho ngành công nghệ Nano là các hạt Nano kim loại như các hạt Nano
Au, Ag, Cu,... các hạt Nano kim loại thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học
khác biệt và vơ cùng q giá. Khi đạt đến kích cỡ Nano, các kim loại chuyển tiếp có khả

năng hoạt động rất mạnh. Những hoạt tính ở kích cỡ thơng thường kim loại không thể
hiện, nhưng khả năng diệt khuẩn, khả năng xúc tác cho nhiều phản ứng xảy ra ở nhiệt độ
thường hoặc ở nhiệt độ âm, và quan trọng nữa là tính dẫn thuốc thơng minh trong y học,
hơn nữa nó có tính tự phát quang khi chiếu tia sáng vào, mà không cần đến chất phát
quang gây độc tới các tế bào như một số hóa chất sử dụng để tạo phát huỳnh quang trong
công nghệ sinh học v.v. Lợi dụng các tính chất này, rất nhiều Nano của kim loại ứng
dụng vào thực tế cuộc sống và trong công nghiệp.
Hiện nay, Nano Vàng và bạc đang được sử dụng rộng rãi nhất. Tuy nhiên, với chi phí
tổng hợp tốn kém, có hạn, giá thành cao mà việc sử dụng trên quy mơ rộng là rất khó
thực hiện. Trong khi đó đồng là một kim loại khá phổ biến, dồi dào, rẻ tiền hơn và dế
khai thác trong tự nhiên mà với những nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học cho
thấy các tính năng ứng dụng đặc biệt ưu việt của Nano Đồng không hề thua kém Nano
Vàng và Bạc, đặc biệt là tính kháng khuẩn, kháng nấm [34]. Vì vậy trong đề tài này
chúng tơi hướng đến nghiên cứu nguồn vật liệu dồi dào này – Nano Đồng.
Các nhà nghiên cứu đã tìm ra nhiều phương pháp tổng hợp Nano Đồng. Phổ biến
nhất là tổng hợp từ dung dich Cu2+ nhờ xúc tác axit ascorbic [10]. Tuy nhiên, hiện nay
đang phát triển một hướng đi mới hướng đến tính ứng dụng dịch chiết từ thực vật mà
thành phần của chúng có thể thay thế xúc tác bằng chất hóa học để tạo ra những hạt Nano
Đồng chất lượng hơn. Đây là một con đường ít tốn kém, thân thiện với môi trường,
không liên quan đến bất kì hóa chất độc hại nào và an tồn để ứng dụng trong ngành y
sinh học. Trong khi đó việc tổng hợp các hạt Nano băng phương pháp hóa học có thể dẫn
đến sự hiện diện của một số hóa chất độc hại chưa thể xử lý sau khi tổng hợp gây ra các

Trang 2


Báo cáo đề tài nc cấp trường 2016-2017
tác hại không mong muốn khi sử dụng trong các lĩnh vực cần tính an tồn và nhạy cảm.
Vì vậy, đặc biệt quan tâm đến vấn đề mơi trường, giảm chi phí tổng hợp và quan trọng
nhất là tạo ra các hạt Nano Đồng sạch, an toàn khi sử dụng mà đề tài này chúng tôi

hướng đến phương pháp tổng hợp Nano Đồng từ dịch chiết xuất từ thực vật để thay thế
cho phương pháp hóa học, vật lý tốn kém khác.
Hàng ngàn năm nay, lá Trầu không đã được ông cha ta sử dụng thủ công như một vị
thuốc dân gian bởi tính tăng kháng khuẩn kháng viêm của nó. Trên thế giới, việc nghiên
cứu cây Trầu không ngày càng được chú trọng. Việc nghiên cứu dịch chiết của lá Trầu
không đã cho thấy thành phần của nó có chứa betel-phenol (hay chavibetol hoặc 3hyđrơxy-4-mêtơxyankylbenzen, nó tạo ra hương vị như mùi khói), chavicol và cađinen
[11-14]. Vị trí phân bố của cây Trầu không chủ yếu lại là ở một số các nước Đơng Nam
Á, đặc biệt là Việt Nam, nó sinh trưởng tốt, dế trồng, khí hậu phù hợp.
Với những lí do trên, chúng tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu với nội dung
“Nghiên cứu tổng hợp Nano Đồng từ dung dịch Cu2+ bằng dịch chiết lá Trầu không”.
2. Mục tiêu
- Nghiên cứu khả năng tổng hợp Nano Đồng từ dung dịch Cu2+ bằng tác nhân khử là dịch
chiết lá Trầu không.
- Xác định cấu trúc của Nano Đồng bằng các phương pháp Hóa lý như: FT-IR, XRD,
TEM, UV-Vis.
- Xây dựng quy trình tổng hợp Nano Đồng từ dung dịch Cu2+ bằng dịch chiết thực vật
3. Phương pháp nghiên cứu
3.1.1. Phương pháp lý thuyết
- Thu thập các nghiên cứu trước đây về nghiên cứu tổng hợp Nano Đồng trên các
tạp chí trong và ngồi nước.
3.1.2. Phương pháp thực nghiệm
Lá Trầu không được thu hái tại huyện Đông Sơn, tỉnh Thanh Hóa.
Cách lấy mẫu: Hái lá trầu tươi, xanh, khơng bị sâu bệnh, khôngbị vàng lá. Làm sạch lá,
để khô rồi cắt nhỏ.

Trang 3


Mẫu IUH1521

3.2.1.1. Định tính các nhóm chất hóa học trong dịch chiết nước lá Trầu không
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình chiết lá Trầu khơng
3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo Nano Đồng
3.5. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hạt Nano Đồng
3.5.1. Phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis)
3.5.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
3.5.3. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
3.5.4. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
3.6. Sơ đồ quy trình thực nghiệm

Hình 3.1. Sơ đồ quá trình thực nghiệm


Báo cáo đề tài nc cấp trưởng 2016-2017
Thuyết minh sơ đồ: Mẫu Trầu không sẽ được rửa sạch, cắt nhỏ thành mẫu
nguyên liệu và được chiết bằng dung dịch methanol bằng phương pháp chưng cất lôi
cuốn hơi nước. Khảo sát thời gian chiết và tỉ lệ rắn/lỏng bằng phương pháp UV-Vis để có
được dịch chiết tốt chất. Định tính thành phần các nhóm chất trong dịch chiết như:
alkaloid, saponin, tannin và flavonoid.
Dịch chiết được sử dụng để thực hiện quá trình tổng hợp Nano Đồng từ dung dịch
CuSO4. Trong qua trình tổng hợp, chúng ta sẽ tiến hành khảo sát các yếu tốt ảnh hưởng
như: nồng độ dung dịch CuSO4, tỉ lệ thể tích dịch chiết/dd Cu2+, pH, nhiệt độ tạo Nano
Đồng bằng phương pháp UV-Vis để có được điều kiện phản ứng tối ưu nhất.
Dung dịch chứa hạt Nano Đồng cuối cùng thu được sẽ được tách vầ sấy khô rồi xác
định cấu trúc bằng phương pháp TEM, FT-IR và XRD.
4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu
4.1. Kết quả xác định tính các nhóm chất hóa học trong dịch chiết nước lá Trầu
không
4.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá Trầu
4.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Nano Đồng

4.3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới kích thước hạt Nano Đồng
4.3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử
4.3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ Cu2+
4.3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
4.3.1.4.. Ảnh hưởng của tỷ lệ PEG/Cu2+
4.3.1.5. Ảnh hưởng của pH
4.3.1.6. Ảnh hưởng của thời gian
4.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO ĐỒNG
Keo Nano Đồng tổng hợp từ dung dịch CuSO4 với tác nhân khử dịch chiết nước lá
Trầu không ở điều kiện tối ưu được khảo sát các đặc tính hóa lý như TEM tại Viện Vật
liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - Hà Nội, FT-IR và XRD tại
trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh - cơ sở Thanh Hóa. Kết quả đo
phổ được trình bày ở các hình sau:

5


Mẫu IUH1521

4.4.1 Kết quả chụp XRD

Hình 4.16. Giản đồ XRD của Nano Cu tại điều kiện tối ưu
Kết quả từ giản đồ nhiễu xạ XRD trên hình. 4.16 cho thấy 3 đỉnh có cường độ cao
nhất hồn tồn trùng hợp với phổ chuẩn của kim loại đồng tại vị trí các góc 2θ = 43,22o
(d = 2,4650); 50,36o (d = 2.1350); 74,04o (d = 1,5100) tương ứng với các mặt phản xạ
(111), (200) và (220) thuộc ô mạng Bravais trong cấu trúc Fcc của kim loại đồng [30].
Những đỉnh pic nhiễu xạ này đề cập đến đặc điểm của Nano Đồng có dạng tinh thể khối
lập phương.
Đường kính trung bình của các hạt Nano Đồng được tính tốn và được tìm thấy trong
khoảng từ 15 đến 25 nm bằng cơng thức Scherrer sử dụng FWHM thu được từ các đỉnh

khuếch tán.
D = K λ / β cosθ
Trong đó: D là kích thước tinh thể của NP, (FWHM) K là hằng số Scherer với giá trị từ
0,9 đến 1, λ là bước sóng của nguồn tia X (0,1541 nm) được sử dụng trong XRD, β là
chiều rộng đầy đủ tối đa của đỉnh nhiễu xạ và θ là góc của Bragg.
4.4.2 Phổ FTIR
Trong phổ FT-IR (hinh 4.17-4.19) đối với hạt Nano Đồng tổng hợp ở nồng độ từ (1
mM-3 mM), giá trị đỉnh ở 3462, 2918, 1627 và 628 cm-1 đã được tim thấy trên phổ. Píc


Báo cáo đề tài nc cấp trường
ở 1627, 3462 cm-1 tương ứng với sự kéo dài của liên kết C=O và O-H của hợp chất
phenolic, tương ứng. Các đỉnh khác thu được từ mẫu hạt Nano Đồng là 3462 cm-1 do
nhóm O-H của rượu thơm và các polyphenol. Trong đó tại bước sóng 628 cm-1 tìm thấy
píc đặc trưng cho Nano Đồng.
Phân tích FT-IR của Nano Đồng gợi ý rằng chúng có thể bao quanh bởi bất kỳ phân
tử hữu cơ như polyphenol, alkaloids và terpenoids. Các thành phần hoá học có trong
chiết xuất lá Trầu khơng như: Flavonoid, alkaloid và axit béo có tác dụng khử các ion
đồng thành các hạt Nano Đồng. Tại nồng độ 1 mM đã thể hiện các hạt Nano Đồng đồng
đều thể hiện ở phổ FT-IR rõ nét nhất (hình 4.18).

Hình 4.18. Phổ FT-IR của mẫu Nano Đồng tổng hợp ở nồng độ dung dịch Cu2+ 1 mM
3.4.3. Ảnh TEM của Nano Cu

Hình 4.20. Ảnh TEM ở độ phân giải 50 nm của Nano Cu Hình 4.21. Ảnh TEM ở độ

Trang 7


Báo cáo đề tài nc cấp trường

phân giải 20 nm của
Nano Cu
Trên hình 4.20-4.21 ảnh TEM biểu hiện sự phân bố kích thước của hạt Nano
Đồng được tổng hợp với nồng độ 1 mM bằng chất khử là dịch của nước lá Trầu không. Ở
nồng độ chất khử 10 mL/ 100 mL (thể tích dịch chiết lá Trầu khơng /thể tích dung dịch
Cu2+) các hạt Nano Đồng tạo ra có sự phân bố đều, ở dạng lập phương trong phạm vi
kích thước trung bình khoảng 15 - 25 nm. Kết quả này phù hợp với kết quả phân tích
bằng XRD trên hình 4.16.

Trang 8


Báo cáo đề tài nc cấp trường
5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận
Trong khuôn khổ nghiên cứu này, qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi
rút ra các kết luận sau:
* Các điều kiện thích hợp để chiết lá Trầu khơng
-

Thời gian chiết: 30 phút

-

Tỉ lệ khối lượng mẫu lá Trầu không và thể tích metanol: 10 g/200 mL

* Định tính các nhóm chất hóa học chính của dịch chiết lá Trầu khơng
-

Dịch chiết lá Trầu khơng chứa các nhóm chất saponin, flavonoid, tannin.

* Các yếu tố thích hợp để tổng hợp hạt Nano Đồng
-

Nồng độ dung dịch CuSO4 tối ưu: 1 mM

-

Tỉ lệ thể tích dịch chiết so với thể tích dung dịch CuSO4 1 mM: 10mL/100 mL

-

Thể tích dung dịch PEG-6000 tối ưu là 2%.

-

pH môi trường tạo Nano Đồng tối ưu: 8

-

Nhiệt độ tạo Nano Đồng tối ưu: 60 oC

* Kết quả khảo sát đặc tính cấu trúc của hạt Nano Đồng
Từ kết quả đo TEM, FTIR, XRD, đã khẳng định được hạt Nano Đồng tổng hợp từ
dung dịch đồng sunfat bằng tác nhân khử trong dịch chiết nuwocs lá Trầu khơng có cấu
trúc tinh thể dạng hình lập phương với kích thước hạt từ 15 nm đến 25 nm.
6.Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)
6..1. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt)
Tổng hợp Nano kim loại là một lĩnh vực đang phát triển do tiềm năng của nó trong
việc áp dụng và phát triển các công nghệ tiên tiến. Nói chung, hạt Nano được tổng hợp
bằng cách sử dụng các phương pháp hố học khơng thân thiện với mơi trường. Trong

nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp nhanh chóng, tiện lợi, thân thiện với
sinh thái để tổng hợp các hạt Nano Đồng bằng cách sử dụng dịch chiết của nước lá Trầu
không.
Các điều kiện tối ưu cho tổng hợp Nano Đồng là: Nồng độ CuSO4 là 1 mM,
polyethylene glycol (PEG, Mw = 6000 g / mol) là 2% so với thể tích dung dịch CuSO4,
khuấy từ ra nhiệt ở 60 ˚C, pH 8, thể tích chất khử là 10 mL/100 mL và thời gian phản
ứng là 30 phút. Quan sát sự hình thành các hạt Nano Đồng bằng cách quan sát sự thay
đổi màu từ xanh sang nâu đỏ.
Trang 9


Báo cáo đề tài nc cấp trường
Các hạt Nano Đồng thu được đã được xác định cấu trúc bằng phương pháp phổ: UVVis, XRD, FT-IR và TEM. Phân tích bằng XRD cho thấy tinh thể của các hạt Nano Cu
thuộc mạng tinh thể FCC trong tự nhiên và kích thước trung bình 15-25 nm. Kết quả
TEM cho kích thước hạt Nano Đồng so với XRD là phù hợp.
6.2. Tóm tắt kết quả (bằng tiếng anh)
The synthesis of metal Nanoparticles is a growing area for research due to its
potentiality in the application and development of advanced technologies. In general,
Nanoparticles are synthesized by using chemical methods which are not eco-friendly. In
this study, we used the fast, convenient, eco-friendly method for synthesis of copper
Nano particles by using the fresh aqueous extract of Piper betel leaves.
Optimal conditions for the synthesis of Nano Copper include: The concentration of
copper (II) sulfate (CuSO4) was 1 mM (Millimole/liter), polyethylene glycol (PEG, Mw
= 6000 g/mol) was 2%, by stirring heat at 60 ˚C, under optimum condition at pH 8, The
volume reducing agent was 10 mL/100 mL reaction solution and the response time was
30 minutes. The reduction reaction was studied by observing the color change from blue
to reddish brown.
The resulting copper Nanoparticles were characterized by UV-Vis Spectrometer, XRay Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared (FTIR) and TEM. X-ray diffraction
analysis shows that the crystalline morphology of Nanoparticles is FCC in nature. TEM
results display the formation of copper Nanoparticles with an average size of 15-25 nm.

Trang 10


Báo cáo đề tài nc cấp trường
PHẦN III. SẢN PHẨM ĐỀ TÀI, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO
3.1. Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3)

TT

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật

Tên sản phẩm

Đăng ký

Đạt được

1

Báo cáo phân tích

Báo cáo phân tích

Báo cáo phân tích

2

Đào tạo Đại học cao

đẳng KOSEN

Đào đẳng KOSEN

Hai sinh viên tốt
nghiệp cao đẳng
KOSEN

…
3.2. Kết quả đào tạo
TT

Họ và tên

Thời gian
thực hiện đề tài

Tên đề tài
Tên chuyên đề nếu là NCS
Tên luận văn nếu là Cao học

Đã bảo vệ

Nghiên cứu sinh
Học viên cao học
Sinh viên Đại học
2 sinh viên cao
Đẳng KOSEN

Đã bảo vệ

6 tháng

PHẦN IV. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ
TT

Nội dung chi

A
1
2
3
4
5
6
7
8
B
1
2

Chi phí trực tiếp
Th khốn chun mơn
Ngun, nhiên vật liệu, cây con…
Thiết bị, dụng cụ
Cơng tác phí
Dịch vụ th ngồi
Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu giữa kỳ
In ấn, Văn phịng phẩm
Chi phí khác

Chi phí gián tiếp
Quản lý phí
Chi phí điện, nước
Tổng số

Kinh phí
được duyệt
(triệu đồng)
5.000.000
1.000.000
2.500.000

Kinh phí
thực hiện
(triệu đồng)
5.000.000
1.000.000
2.497.000

1.500.000

1.500.000

Ghi chú

200.000

5.000.000

5.197.000

Trang 11


Báo cáo đề tài nc cấp trường
PHẦN V. KIẾN NGHỊ ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)
Nano Đồng có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống và trong cơng nghiệp. Có rất nhiều
phương pháp để tổng hợp Nano Đồng trong đó tổng hợp Nano Đồng bằng con đường sử
dụng dịch chiết thực vật là một hướng nghiên cứu còn mới. Mặt khác Việt Nam là một
nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên hệ thực vật ở đây rất phong phú, đa dạng. Trên cơ
sở của nghiên cứu này chúng tôi kiến nghị tiếp tục nghiên cứu tổng hợp Nano Đồng bằng
con đường sử dụng dịch chiết thực vật như sử dụng các loại lá khác như: lá chè, quế, ổi,
hoa nhài,... để tổng hợp Nano Đồng. Bởi đây là con đường an toàn, ít tốn kém. Đặc biệt
tạo ra hạt Nano Đồng sạch, giá thành rẻ đáp ứng dụng trong các lĩnh vực của đời sống,
đặc biệt là ứng dụng trong y sinh học, kháng khuẩn, kháng nấm.

Chủ nhiệm đề tài

Thanh Hóa, ngày 22 tháng10 năm 2017
Phòng QLKH&HTQT
(ĐƠN VỊ)
Trưởng (đơn vị)
(Họ tên, chữ ký)

Trịnh Ngọc Toàn

Trang 12


Báo cáo đề tài nc cấp trường

PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
PHỤ LỤC

trang
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...............................................................................................16
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................................17
CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................................................19
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................20
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................21
1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................................21
2. Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................................22
3. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................................23
4. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................................23
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...........................................................................................23
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ..............................................................................................24
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ NANO ....................................................24
1.1.1. Khái niệm và cơ sở khoa học của công nghệ Nano .............................................24
1.1.2. Vật liệu Nano .......................................................................................................26
1.1.3. Phương pháp tổng hợp vật liệu Nano ...................................................................29
1.1.3.1. Phương pháp từ trên xuống ...............................................................................29
1.1.3.2. Phương pháp từ dưới lên ...................................................................................29
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu Nano.................................................................................30
1.1.4.1. Y học .................................................................................................................30
1.1.4.2. Điện tử ...............................................................................................................31
1.1.4.3. May mặc ............................................................................................................31
1.1.4.4. Nông nghiệp ......................................................................................................31
1.2. HẠT NANO ĐỒNG ...............................................................................................33
1.2.1. Giới thiệu về đồng kim loại .................................................................................33
1.2.1.1. Lịch sử ...............................................................................................................33
1.2.1.2. Cấu trúc tinh thể của đồng ................................................................................33

Trang 13


Báo cáo đề tài nc cấp trường
1.2.1.3. Tính chất vật lý của đồng ..................................................................................34
1.2.1.4. Tính chất điện của đồng ....................................................................................35
1.2.1.5. Tính chất hóa học của đồng ..............................................................................35
1.2.1.6. Những ứng dụng của đồng ................................................................................36
1.2.1.7. Điều chế ............................................................................................................37
1.2.2. Giới thiệu về hạt Nano Đồng ...................................................................................37
1.2.2.1. Tính chất............................................................................................................37
1.2.2.2. Tình hình nghiên cứu ........................................................................................37
1.2.2.3. Các phương pháp tổng hợp Nano Đồng ............................................................41
1.2.2.4. Ứng dụng của Nano Đồng ................................................................................43
1.3. TỔNG QUAN VỀ TRẦU KHÔNG ...........................................................................47
1.3.1. Đặc điểm về Trầu không ......................................................................................47
1.3.2. Phân bố, sinh học và sinh thái ..............................................................................48
1.3.3. Thành phần hóa học .............................................................................................48
1.3.4. Tác dụng dược lý, công dụng ...............................................................................48
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................50
2.1. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT ...................................50
2.1.1. Nguyên liệu..............................................................................................................50
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ...................................................................................50
2.2. ĐỊNH TÍNH CÁC NHĨM CHẤT HĨA HỌC TRONG DỊCH CHIẾT LÁ TRẦU
KHƠNG .............................................................................................................................51
2.2.1. Định tính nhóm chất tannin ..................................................................................51
2.2.2. Định tính nhóm chất flavonoid ............................................................................51
2.2.3. Định tính nhóm chất saponin ...............................................................................51
2.2.4. Định tính nhóm chất alkaloid ...............................................................................52
2.3. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIÊN TỐI ƯU CHO TỔNG HỢP NANO ĐỒNG ...........52

2.3.1. Khảo sát thời gian chiết ........................................................................................52
2.3.2. Khảo sát tỷ lệ rắn/lỏng .........................................................................................52
2.3.3 Khảo sát nồng độ dung dịch đồng sunfat ..............................................................53
2.3.4. Khảo sát tỷ lệ thể tích dịch chiết lá Trầu khơng...................................................53
2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của PEG 6000 .....................................................................54

Trang 14


Báo cáo đề tài nc cấp trường
2.3.6. Khảo sát pH môi trường tạo Nano Đồng .............................................................54
2.3.7. Khảo sát nhiệt độ tạo Nano Đồng ........................................................................54
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO ĐỒNG ............................................56
2.4.1. Phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) .................................................................................56
2.4.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ...................................................................56
2.4.3. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) .......................................................................................56
2.4.4. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) .................................................................56
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................58
3.1. Kết quả định tính các nhóm chất Hóa học có trong dịch chiết nước lá Trầu khơng ..58
3.1.1. Định tính nhóm chất tanin ....................................................................................58
3.1.2. Định tính nhóm chất flavonoid ............................................................................58
3.1.3. Định tính nhóm chất saponin ...............................................................................58
3.1.4. Định tính nhóm chất alkaloid ...............................................................................58
3.2. Quá trình tách Nano Đồng ..........................................................................................59
3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá Trầu không................61
3.2.1. Khảo sát thời gian chiết ........................................................................................61
3.2.2. Khảo sát tỷ lệ rắn/lỏng .........................................................................................61
3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Nano ......................62
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử ........................................................................62
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ Cu2+...............................................................................63

3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ .......................................................................................64
3.3.4.. Ảnh hưởng của tỷ lệ PEG/Cu2+ ...........................................................................65
3.3.5. Ảnh hưởng của pH ...............................................................................................66
3.3.6. Ảnh hưởng của thời gian ......................................................................................66
3.4. Kết quả xác định cấu trúc hạt Nano Đồng ..................................................................68
3.4.1 Kết quả chụp XRD ................................................................................................69
3.4.2 Phổ FTIR ...............................................................................................................69
3.4.3. Ảnh TEM của Nano Cu........................................................................................71
KẾT LUẬN ......................................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................73

Trang 15


Báo cáo đề tài nc cấp trường

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu...……………………………15
Bảng 1.2. Đặc điểm đồng vị của đồn…………………………………………………….23
Bảng 1.3. Tác động kháng khuẩn của hạt Nano Đồng lên các loại vi khuẩn khác nhau...34
Bảng 2.1: Bảng dụng cụ và thiết bị……………………………………………….……..40
Bảng 2.2. Hóa chất cần sử dụng cho đồ án ……………………………………………..40

Trang 16


Báo cáo đề tài nc cấp trường

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của đồng……………………………………………………23

Hình 1.2. Quy trình tổng hợp Nano Cu………………………………………………….28
Hình 1.3.Quy trình tổng hợp Nano Cu với nhiều hình dạng khác nhau với việc………..29
Hình 1.4: Tổng hợp Nano Cu bằng phương pháp khử qua hai bước khử……………….29
Hình 1.5: Tổng hợp Nano Cu theo phương pháp phân hủy nhiệt với tác chất là phức
[Cu(O4C2)] – oleylamine…………………………………………………………..30
Hình 1.6.Tổng hợp Nano Cu với phức đồng Salicylidiminate trong oleylamine………..30
Hình 1.7. Hình ảnh TEM và SEM của hạt Nano Đồng tổng hợp từ các phương pháp, AChiết xuất nấm Penicillium waksmanil, B-Nấm H. Lixii, C-Dịch chiết tảo
Bifurcaria bifurcate………………………………………………………………..34
Hình 1.8: Sản phẩm chăm sóc da MesoCopper…………………………………………36
Hình 1.9. Lưới lọc Nano Đồng trong máy điều hịa của Toshiba..……………………...36
Hình 1.10.Ứng dụng Nano Đồng trong tủ lạnh………………………………………….37
Hình 1.11. Lá Trầu khơng……………………………………………………………….37
Hình 2.1: Sơ đồ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ trên tinh thể……………………...…46
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình tạo Nano Đồng.47
Hình 3.2: Dung dịch sau khi tổng hợp…………………………………………………..48
Hình 3.3: Lọc chân khơng……………..………….…………………….……………….49
Hình 3.4: Máy cơ quay chân khơng……………………………………………………..49
Hình 3.5: Ly tâm dịch keo Nano Dồng…………………………..……………………..49
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến quá trình tạo……………...49
Hình 3.7: Dịch chiết lá Trầu khơng ở điều kiện tối ưu sau khảo sát
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch CuSO4 đến quá trình tạo Nano Đồng…. ..51
Hình 3.9. Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết đến q trình tạo Nano Đồng ..………
Hình 3.10. Ảnh hưởng của sự có mặt của PEG 6000 0.1M đến quá trình tạo Nano Đồng
Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH mơi trường đến q trình tạo Nano Đồng………....…... 54
Hình 3.12. Phương trình phản ứng oxi hóa khử của dẫn xuất của phenol và dung dịch
Cu2+…..…………………………………………………………………………….54
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo Nano Đồng…….……..…………55

Trang 17

Báo cáo đề tài nc cấp trường
Hình 3.14: Dung dịch chứa Nano Đồng sau quá trình tổng hợp với điều kiện tối ưu và
Nano Đồng rắn thu được sau tách………………….……………………………………55
Hình 3.15. Cơ chế phản ứng oxi hóa khử của dẫn xuất của phenol và dung dịch Cu2+......55
Hình 3.16. Phổ XRD của Nano Đồng tổng hợp ở điều kiện tối ưu với nồng độ dd Cu2+
0.001 M…………………………………………………….………………………56
Hình 3.17. Phổ FT-IR của mẫu Nano Đồng tổng hợp ở điều kiện tối ưu với nồng độ dd
Cu2+ 0.003 M………………………………………………………………………56
Hình 3.18. Phổ FT-IR của mẫu Nano Đồng tổng hợp ở điều kiện tối ưu với nồng độ dd
Cu2+ 0.001 M………………………………………………………………………58
Hình 3.19. Hình ảnh chồng phổ FT-IR của 3 mẫu Nano Đồng trên……………..……...59
Hình 3.20. Ảnh TEM của Nano Đồng được tổng hợp ở điều kiện tối ưu với độ phóng đại
50 nm …….…………………………………………………………..…... …. …..60
Hình 3.21. Ảnh TEM của Nano Đồng được tổng hợp ở điều kiện tối ưu với độ phóng đại
20 nm……………………………..……………………………………………….……. 60

Trang 18


Báo cáo đề tài nc cấp trường

TCN
Fcc
EG
FTIR
UV-Vis
XRD
TEM
PEG

SPD
BVTV
EPA
DNA
RDA

CHỮ VIẾT TẮT
Trước công nguyên
Face centered cubic
Lập phương tâm mặt
Etylen glycol
Fourier Transform infrared spectroscopy
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Ultraviolet–visible spectroscopy
Phương pháp hấp thu phân tử UV-Vis
X-ray powder diffraction
Phổ nhiễu xạ tia X
Transmission electron microscopy
Kính hiển vi điện tử truyền qua
Poky etylen glycol
Severe Plastic Deformation
Sự biến dạng dẻo nghiêm trọng
Bảo vệ thực vật
United States Environmental Protection Agency
Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ
Deoxyribo nucleic acid
Resource Description and Access
Mô tả Tài nguyên và Truy cập

Trang 19

Báo cáo đề tài nc cấp trường

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường, em xin chân thành cảm ơn
Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô trường Đại học Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí
Minh đã giảng dạy và hỗ trợ cho em có thêm kiến thức và điều kiện thực hiện đề tài này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn TS. Nguyễn Văn Sơn,
thầy đã hướng dẫn chỉ bảo em tận tình trong suốt thời gian quan để em có thể hồn thành
nghiên cứu này.
Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn Trường Đại Học Cơng Nghiệp Thành Phố
Hồ Chí Minh đã hỗ trợ kinh phí cho nghiên cứu, em cũng gửi tới các chuyên gia JICA tại
IUH đã hỗ trở chúng tôi rất nhiều nhất là mua một hóa chất và thiết bị cho nghiên cứu.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã luôn ủng hộ, giúp đỡ
cho chúng tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thanh Hóa, ngày 7 tháng 3 năm 2018
Chủ nhiệm đề tài
Toàn
Trịnh Ngọc Toàn

Trang 20


Báo cáo đề tài nc cấp trường
LỜI MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Vài thập kỉ gần đây, Công nghệ Nano được xem là một ngành công nghiệp mũi
nhọn, đang phát triển với tốc độ chóng mặt và làm thay đổi diện mạo các ngành khoa học

trên toàn cầu. Cùng với các ngành công nghệ cao khác như công nghệ thông tin, công
nghệ sinh học, sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của công nghệ Nano hứa hẹn sẽ lấp đầy
mọi nhu cầu trong cuộc sống của chúng ta nhờ những ứng dụng to lớn và hữu ích trong
các ngành điện tử [1,2], năng lượng [3], y học [4,5], mĩ phẩm [6] và còn đi xa hơn nữa
trong nhiều lĩnh vực khác. Đặc biệt, nhờ vào những khả năng giúp con người can thiệp ở
kích thước Nanomet mà tại đó vật liệu Nano đang tạo ra một cuộc cách mạng trong
những ứng dụng y sinh học với những tính chất đặc biệt lý thú của nó.
Chế tạo được những hạt Nano có kích thước 1 – 100 nm đang là mục tiêu của các
nhà nghiên cứu khoa học vì kích thước của hạt là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến
đặc tính của chúng do sự thay đổi diện tích bề mặt tiếp xúc.
Tiêu biểu nhất cho ngành công nghệ Nano là các hạt Nano kim loại như các hạt
Nano Au, Ag, Cu,... các hạt Nano kim loại thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh
học khác biệt và vô cùng quý giá. Khi đạt đến kích cỡ Nano, các kim loại chuyển tiếp có
khả năng hoạt động rất mạnh. Những hoạt tính ở kích cỡ thông thường kim loại không
thể hiện, nhưng khả năng diệt khuẩn, khả năng xúc tác cho nhiều phản ứng xảy ra ở nhiệt
độ thường hoặc ở nhiệt độ âm và quan trọng nữa là tính dẫn thuốc thơng minh trong y
học, hơn nữa nó có tính tự phát quang khi chiếu tia sáng vào, mà không cần đến chất phát
quang gây độc tới các tế bào như một số hóa chất sử dụng để tạo phát huỳnh quang trong
công nghệ sinh học v.v. Lợi dụng các tính chất này, rất nhiều Nano của kim loại ứng
dụng vào thực tế cuộc sống và trong công nghiệp.
Hiện nay, Nano Vàng và bạc đang được sử dụng rộng rãi nhất. Tuy nhiên, với chi
phí tổng hợp tốn kém, có hạn, giá thành cao mà việc sử dụng trên quy mô rộng là rất khó
thực hiện. Trong khi đó đồng là một kim loại khá phổ biến, dồi dào, rẻ tiền hơn và dế
khai thác trong tự nhiên mà với những nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học cho
thấy các tính năng ứng dụng đặc biệt ưu việt của Nano Đồng không hề thua kém Nano

Trang 21


Báo cáo đề tài nc cấp trường

Vàng và Bạc, đặc biệt là tính kháng khuẩn, kháng nấm [7-9]. Vì vậy trong đề tài này
chúng tôi hướng đến nghiên cứu nguồn vật liệu dồi dào này – Nano Đồng.
Các nhà nghiên cứu đã tìm ra nhiều phương pháp tổng hợp Nano Đồng. Phổ biến
nhất là tổng hợp từ dung dich Cu2+ nhờ xúc tác axit ascorbic [10]. Tuy nhiên, hiện nay
đang phát triển một hướng đi mới hướng đến tính ứng dụng dịch chiết từ thực vật mà
thành phần của chúng có thể thay thế xúc tác bằng chất hóa học để tạo ra những hạt Nano
Đồng chất lượng hơn. Đây là một con đường ít tốn kém, thân thiện với mơi trường,
khơng liên quan đến bất kì hóa chất độc hại nào và an toàn để ứng dụng trong ngành y
sinh học. Trong khi đó việc tổng hợp các hạt Nano băng phương pháp hóa học có thể dẫn
đến sự hiện diện của một số hóa chất độc hại chưa thể xử lý sau khi tổng hợp gây ra các
tác hại không mong muốn khi sử dụng trong các lĩnh vực cần tính an tồn và nhạy cảm.
Vì vậy, đặc biệt quan tâm đến vấn đề môi trường, giảm chi phí tổng hợp và quan trọng
nhất là tạo ra các hạt Nano Đồng sạch, an toàn khi sử dụng mà đề tài này chúng tôi
hướng đến phương pháp tổng hợp Nano Đồng từ dịch chiết xuất từ thực vật để thay thế
cho phương pháp hóa học, vật lý tốn kém khác.
Hàng ngàn năm nay lá Trầu không đã được ông cha ta sử dụng thủ công như một vị
thuốc dân gian bởi tính tăng kháng khuẩn kháng viêm của nó. Trên thế giới, việc nghiên
cứu cây Trầu không ngày càng được chú trọng. Việc nghiên cứu dịch chiết của lá Trầu
khơng đã cho thấy thành phần của nó có chứa betel-phenol (hay chavibetol hoặc 3hyđrơxy-4-mêtơxyankylbenzen,

nó

tạo

ra

hương

vị

như

mùi

khói), chavicol và cađinen[11-14]. Vị trí phân bố của cây Trầu không chủ yếu lại là ở
một số các nước Đông Nam Á, đặc biệt là Việt Nam, nó sinh trưởng tốt, dễ trồng, khí hậu
phù hợp.
Với những lí do trên nên chúng tơi quyết định chọn đề tài nghiên cứu với nội dung
“NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO ĐỒNG TỪ DUNG DICH Cu2+ BẰNG DỊCH
CHIẾT LÁ TRẦU KHÔNG”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-

Nghiên cứu khả năng tổng hợp Nano Đồng từ dung dịch Cu2+ bằng tác nhân khử
là dịch chiết lá Trầu không.

Trang 22


Báo cáo đề tài nc cấp trường
-

Xác định kích thước của hạt Nano Đồng bằng các phương pháp Hóa lý (FTIR,
XRD, TEM).

-

Xây dựng quy trình tổng hợp Nano Đồng từ dung dịch Cu2+ bằng dịch chiết thực
vật.

3. Đối tượng nghiên cứu
Lá Trầu không (Piper betle) thu hái ở huyện Đông Sơn, tỉnh Thanh Hóa.
4. Phương pháp nghiên cứu
 Nghiên cứu lý thuyết:
-

Thu thập, tổng hợp các tài liệu, tư liệu và thơng tin liên quan đến đề tài.

-

Tìm hiểu các phương pháp thực nghiệm trong quá trình nghiên cứu.

-

Xử lý các thơng tin có thể sử dụng được để đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong
quá trình thực nghiệm.

 Phương pháp thực nghiệm:
-

Phương pháp chiết tách, phương pháp chưng ninh sử dụng dung môi là metanol,
nước, ethanol.

-

Phương pháp đo quang phổ hấp thụ UV-Vis.

-

Phương pháp xác định cấu trúc bằng TEM, XRD, FT-IR.

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
-

Đề tài này giúp chúng ta hiểu biết nhiều hơn về phương pháp tổng hợp hạt Nano
Đồng bằng phương pháp hóa học xanh, an tồn và ít tốn kém.

-

Tận dụng nguồn lá Trầu khơng sẵn có rất nhiều ở nước ta hiện nay.

-

Từ cơ sở đề tài này có thể mở rộng quy mô sản xuất Nano Đồng ứng dụng cho
nhiều lĩnh vực quan trọng.

Trang 23


Báo cáo đề tài nc cấp trường

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ NANO
1.1.1. Khái niệm và cơ sở khoa học của công nghệ Nano
a. Khái niệm
Công nghệ Nano, (tiếng Anh: Nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến
việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc
điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mơ Nanomet (nm, 1 nm = 10−9 m). Là một
ngành công nghệ non trẻ, tuy nhiên nó có khả năng sẽ làm thay đổi một cách toàn diện bộ
mặt cuộc sống của chúng ta [15]. Nhiều quốc gia trên thế giới đã quan tâm và đặt ra mục

tiêu nghiên cứu phát triển và ứng dụng cơng nghệ Nano, như là một địn bẩy thúc đẩy sự
phát triển của nền kinh tế, cùng các ngành khoa học công nghệ khác, vốn đã phát triển
như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học.
b. Cơ sở khoa học
Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu cơng nghệ Nano.
 Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử
Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung
bình hóa với rất nhiều ngun tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua
các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc Nano có ít ngun tử hơn thì các tính
chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại
nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.
 Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ
đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi
tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước
Nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
 Kích thước tới hạn

Trang 24