nghiên cứu chế tạo sợi polyme quang học ứng dụng làm cảm biến cyanua

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.49 MB, 90 trang )

Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Trần Hà

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. Chủ tịch: PGS. TS. Nguyễn Thái Hoàng 2. Phản biện 1: TS. Giang Ngọc Hà

3. Phản biện 2: TS. Nguyễn Quốc Thiết 4. Thư ký: TS. Lưu Hoàng Tâm

5. Uỷ viên: TS. Nguyễn Hữu Huy Phúc

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Họ tên học viên: Trần Tuấn Việt Tùng MSHV: 2170784 Ngày, tháng, năm sinh: 31/12/1997 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 8520309

I. TÊN ĐỀ TÀI:

- Nghiên cứu chế tạo sợi polyme quang học ứng dụng làm cảm biến cyanua - Fabrication and application of optical polymeic fiber for cyanide detection

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nội dung 1: Tổng hợp polyme PMMA.

Nội dung 2: Chế tạo sợi cảm biến quang học dựa trên hỗn hợp polyme gồm LLDPE

và PMMA

Nội dung 3: Đánh giá các tính chất và khả năng cảm biến cyanua của sợi polyme

quang học LLDPE/PMMA.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 24/09/2023

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/12/2023 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. Nguyễn Trần Hà

Tp. HCM, ngày 24 tháng 12 năm 2023

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS. TS. Nguyễn Trần Hà

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Đầu tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn của tôi đến những người trực tiếp và gián tiếp hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận văn thạc sĩ này.

Xin được cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Nguyễn Trần Hà – không những hướng dẫn và hỗ trợ trực tiếp cho tơi trong suốt q trình thực hiện Luận văn, mà còn giúp đỡ và đồng hành với tơi trong suốt q trình học tập và làm việc tại trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, và Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Polyme & Compozit. Thầy đã truyền đạt rất nhiều kinh nghiệm và cho tôi rất nhiều bài học cả về học thuật lẫn thực tế đời sống, giúp tôi phát triển bản thân hơn.

Tiếp theo, tôi xin được dành lời cảm ơn đến tập thể các anh, chị, các bạn nghiên cứu viên tại Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Polyme & Compozit, đặc biệt là anh Nguyễn Hữu Tâm, chị Trương Thị Thu Thủy, bạn Nguyễn Lê Phương Thảo, bạn Nguyễn Thị Hồng Cẩm… Đã hết lịng hỗ trợ tơi trong lúc thực hiện Luận văn.

Cuối cùng, tôi cũng xin được cảm ơn gia đình tơi ln tạo điều kiện cho tơi theo đuổi giấc mơ bản thân và luôn là hậu phương vững chắc cho tơi.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hồn thiện Luận văn nhất có thể nhưng cũng khơng thể nào tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự quan tâm và các ý kiến đóng góp của Q Thầy Cơ để hồn thiện Luận văn này. Kính chúc Q Thầy Cơ Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM dồi dào sức khỏe, ln hồn thành tốt các mục tiêu và nhiệm vụ đã đặt ra. Kính chúc Khoa Công nghệ Vật liệu và các Bộ môn trực thuộc ngày một lớn mạnh và phát triển.

Xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023 Học viên thực hiện

Trần Tuấn Việt Tùng

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Với bối cảnh cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa hiện nay ở nước ta, việc tiếp xúc với các chất hóa học khác nhau ở mọi hình thức khác nhau đã làm dấy lên rất nhiều mối lo ngại về sức khỏe con người ở mọi độ tuổi khác nhau. Việc này đã là mối quan tâm hàng đầu và là động lực thúc đẩy cho các cơng trình nghiên cứu phát hiện các chất hóa học gây hại cho sức khỏe con người ngày càng trở nên được quan tâm. Cyanua là một chất có độc tính cao, nguy hiểm cho tính mạng con người chỉ với một lượng rất nhỏ. Ngồi ra, chúng cịn được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp, làm tăng cao nguy cơ gây hại cho sức khỏe con người khi tiếp xúc với chúng. Vì vậy, Luận văn sẽ hướng đến mục tiêu là tạo ra một loại vật liệu là sợi polyme quang học

lượng rất nhỏ, ngoài ra sợi cịn có cơ tính rất tốt và giá thành thấp. Đầu tiên, Luận

tạo ra sợi polyme quang học. Kết quả khảo sát cho thấy tỉ lệ trộn hợp tối ưu giữa PMMA và LLDPE là 20:100 theo khối lượng, với ứng suất kéo đứt cực đại là 32.15 MPa.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

In the current background of industrialization and modernization in our country, the exposure to various chemicals in different forms has raised significant concerns about human health at various ages. This subject has become a top priority and the main driving force for research projects aimed at identifying chemicals harmful to human health. Cyanide is a highly toxic substance, perilous to human life even in small amounts. Moreover, it is extensively used in industries, increasing the risk of harm to human health upon contact. Therefore, this thesis aims to create a type of optical polymer fiber with the ability to detect Cyanide. The optical fiber is capable of detecting CN- at very low concentrations, while also possessing excellent mechanical properties and low cost. The thesis successfully synthesized PMMA

Subsequently, PMMA will be blended with LLDPE polymer to create the optical polymer fiber. Tensile testing results show that the optimal blend ratio between PMMA and LLDPE is 20:100 by weight, with a maximum tensile strength of 32.15 MPa.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Họ và tên tác giả luận văn: Trần Tuấn Việt Tùng Tên đề tài luận văn:

- Nghiên cứu chế tạo sợi polyme quang học ứng dụng làm cảm biến cyanua - Fabrication and application of optical polymeic fiber for cyanide detection Học viên xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân học viên. Các kết quả trong luận văn là trung thực, khơng sao chép từ bất kì nguồn nào và dưới bất kì hình thức nào. Trong q trình làm có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và tính cấp thiết của đề tài. Việc tham khảo các nguồn tài liệu được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2023

Tác giả luận văn

Trần Tuấn Việt Tùng

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ...ii

LỜI CẢM ƠN ... iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ... xiii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ... xiv

1.3.1. Một số phương pháp sản xuất LLDPE ... 15

1.3.2. Một số phương pháp tái chế LLDPE ... 15

1.4. Mục tiêu và nội dung của đề tài ... 16

1.4.1. Mục tiêu của đề tài ... 16

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

1.5. Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào cộng hưởng huỳnh quang (FRET) ... 17

1.6. Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào cơ chế đóng mở vịng của spirooxazine ... 20

1.7. Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào liên kết hydro ... 23

1.8. Polyme blend ... 24

1.9. Quá trình trùng hợp gốc tự do chuyển đổi nguyên tử (ATRP) ... 26

1.9.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ATRP ... 28

1.9.2. Ưu và nhược điểm của quá trình ATRP ... 32

3.2. Kết quả gia công sợi polyme quang học LLDPE/PMMA ... 43

3.2.1. Đánh giá cơ tính kéo đứt và giãn dài của sợi polyme quang học ... 44

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

3.3. Đánh giá khả năng nhận biết cyanua của sợi polyme quang học

LLDPE/PMMA ... 58

3.3.1. Đánh giá khả năng nhận biết cyanua ... 58

3.3.2. Đánh giá giới hạn phát hiện cyanua... 62

3.3.3. Đánh giá khả năng chọn lọc cyanua của sợi polyme quang học ... 63

CHƯƠNG 4... Error! Bookmark not defined.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 65

4.1. Kết luận ... 65

4.2. Kiến nghị ... 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 66

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ... 75

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Hình 1.1. Cấu trúc một số loại glycoside cyanogenic ... 3

Hình 1.2. Cơ chế gây độc của cyanua ... 5

Hình 1.3. Cơ chế nhận biết cyanua của receptor A và B ... 6

Hình 1.4. Một sợi polyme quang học trong truyền tải dữ liệu ... 8

Hình 1.5. Cấu tạo một sợi polyme quang học ... 9

Hình 1.6. Sợi polyme quang học ứng dụng làm cảm biến chất độc hại [4] ... 10

Hình 1.7. Hình ảnh một quy trình sản xuất sợi polyme quang học ... 10

Hình 1.8. Một số ứng dụng của nhựa LLDPE ... 14

Hình 1.9. Một số thơng số của nhựa LLDPE ... 14

Hình 1.10. Cấu trúc phức chất NFH và NFH-Zn2+ ... 17

Hình 1.11. Cơ chế nhận biết cyanua của 1•Co [31] ... 18

Hình 1.12. Cấu trúc hóa học và cơ chế nhận biết cyanua của Q1-1 trong dung dịch EtOH/H2O (7:3, v/v) [32] ... 19

Hình 1.13. Minh họa cho cơ chế đóng mở vịng của hợp chất gốc spiro [33] ... 20

Hình 1.14. Minh họa cho cơ chế đóng mở vòng của hợp chất spiropyran khi tác dụng với CN- và Au3+ ... 21

benzimidazole-Hình 1.15. 2-nitro-5a-(2-(4-dimethylaminophenyl)-ethylene)-6,6-dimethyl-5a,6- dihydro-12H-indolo[2,1-b][1,3]benzooxazine ... 22

Hình 1.16. Minh họa cơ chế mở và đóng vịng dưới sự tác dụng của tia UV khiến PMMA chuyển màu xanh [36, 37] ... 22

Hình 1.17. Cơ chế nhận biết cyanua của PMMA [38, 39] ... 23

Hình 1.18. Cơ chế nhận biết cyanua của CT-2 ... 24

Hình 1.19. 3 loại polyme blend chính: hịa tan, tương hợp (hịa tan một phần), khơng hịa tan ... 25

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 1.21. Một số chất khơi mào được sử dụng trong phản ứng ATRP ... 30

Hình 1.22. Phối tử dựa trên nitơ được sử dụng trong phản ứng ATRP ... 31

Hình 2.1. Minh họa quá trình khảo sát cơ tính của sợi polyme quang học với tiêu chuẩn D638 [79] ... 34

Hình 2.2. Phương trình phản ứng tổng hợp spirooxazine initiator ... 35

Hình 2.3. Phương trình phản ứng tổng hợp PMMA ... 36

Hình 2.4. Mơ tả sơ bộ hệ thống kéo sợi polyme sẽ sử dụng ... 37

Hình 2.5. Mơ tả quy trình tạo ra một sợi polyme quang học ... 38

Hình 3.6. Biểu đồ cơ tính của mẫu sợi polyme quang học LLDPE nguyên sinh ... 45

Hình 3.7. Biểu đồ cơ tính của mẫu sợi polyme quang học LLDPE có trộn 1% TiO2 ... 46

Hình 3.8. Biểu đồ cơ tính của mẫu sợi polyme quang học LLDPE có trộn 1% PMMA ... 47

Hình 3.9. Biểu đồ cơ tính của mẫu sợi polyme quang học LLDPE có trộn 5% PMMA ... 49

Hình 3.10. Biểu đồ cơ tính của mẫu sợi polyme quang học LLDPE có trộn 5% PMMA và 1% TiO2 ... 50

Hình 3.11. Biểu đồ cơ tính của mẫu sợi polyme quang học LLDPE có trộn 20% PMMA ... 51

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 3.13. Hình ảnh kính hiển vi quang học của mẫu sợi quang học có tỉ lệ trộn 1% PMMA ở độ phóng đại 50x tại 3 vị trí khác nhau trên màng ... 54Hình 3.14. Hình ảnh kính hiển vi quang học của mẫu sợi quang học có tỉ lệ trộn 5% PMMA ở độ phóng đại 50x tại 3 vị trí khác nhau trên màng ... 54Hình 3.15. Hình ảnh kính hiển vi quang học của mẫu sợi quang học có tỉ lệ trộn 20% PMMA ở độ phóng đại 50x tại 3 vị trí khác nhau trên màng ... 54Hình 3.16. Hình ảnh kính hiển vi quang học của mẫu sợi quang học có tỉ lệ trộn 5% PMMA và 1% TiO2 ở độ phóng đại 50x tại 3 vị trí khác nhau trên màng ... 55Hình 3.17. Phổ Vis truyền qua của sợi polyme quang học ở các tỷ lệ PMMA khác nhau ... 55Hình 3.18. Phổ phản xạ của sợi polyme quang học ở các tỷ lệ PMMA khác nhau .. 57Hình 3.19. Phổ phản xạ của sợi polyme quang học tỉ lệ 20% PMMA ... 58Hình 3.20. Hình ảnh các sợi polyme quang học với các tỉ lệ PMMA khác nhau tương tác với tia UV ... 59Hình 3.21. Hình ảnh các sợi polyme quang học khi Spirooxazine đã mở vòng và tương tác với CN- với các tỉ lệ PMMA sau khi được chiếu tia Vis ... 60Hình 3.22. Hình ảnh sợi polyme quang học có 20% PMMA ở mơi trường bên ngoài (trên) và ở trong dung dịch cyanua (dưới) sau khi được chiếu đèn vis 2h ... 62Hình 3.23. Hình ảnh sợi polyme quang học có tỉ lệ trộn 20% PMMA được chiếu tia UV trong môi trường Cyanua 10-3 M, 10-4 M, 10-5 M, 10-6 M ... 63Hình 3.24. Sợi polyme quang học sau khi tương tác với KSCN (0.01M), KF (0.01M), Na2SO4 dưới tia UV 10 phút ... 64

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Bảng 1.1. Hàm lượng glycoside cyanogenic trong một số thực vật ... 3Bảng 1.2. Lịch sử nghiên cứu sợi polyme quang học ... 11Bảng 3.1. Bảng tổng hợp kết quả ứng suất và giãn dài của 5 mẫu tương ứng với 5 hàm lượng được khảo sát trong luận văn ... 52

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

GPC Gel Permeation Chromatography Phổ sắc ký thẩm thấu gel

ICT Intramolecular charge transfer Hiệu ứng trao đổi điện tích nội phân tử

LLDPE Linear low-density polyethylene Polyethylene mạch thẳng tỷ

trọng thấp

NMP Nitroxide mediated free radical

Trùng hợp gốc tự do qua trung gian nitroxide

NMR Nuclear Magnetic Resonance Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

PET Photoinduced electron transfer Sự dịch chuyển electron cảm

ứng quang

PL Photoluminescence spectroscopy Phổ quang phát quang

UV-Vis Ultraviolet–visible spectroscopy Phổ hấp thu tử ngoại khả kiến

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp cảm biến nhận biết cyanua. Tuy nhiên, hầu hết các cảm biến này mang trong mình cấu trúc hóa học cồng kềnh, phức tạp, đa số tan trong dung môi hữu cơ, chỉ một vài cảm biến có thể hoạt động trong mơi trường nước. Bên cạnh đó, các fluorophore hữu cơ như vậy có thể cho hiệu suất lượng tử thấp và khả năng quang học kém, đòi hỏi việc sử dụng thiết bị hỗ trợ (đèn

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

UV) để quan sát được hiện tượng. Điều này làm hạn chế khả năng ứng dụng trong việc nhận biết cyanua ngồi thực tế. Vì vậy, việc tổng hợp cảm biến nhận biết cyanua quan sát được hiện tượng thay đổi bằng mắt thường là rất cần thiết, phù hợp trong việc giám định cyanua tại chỗ.

Bên cạnh đó, so với các cảm biến hóa học dựa trên phân tử nhỏ, các cảm biến dựa trên polyme tan trong nước có một số ưu điểm như cấu trúc ổn định, khả năng tương thích sinh học cao, tăng cường hiệu quả liên kết,… Điều đặc biệt, việc gắn thêm các nhóm thế có khả năng tạo màng vào cấu trúc của cảm biến tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng một thiết bị cảm biến khả thi về mặt thương mại.

1.1. Tổng quan về Cyanua

Cyanua là nhóm chức bao gồm một nguyên tử carbon liên kết ba với một nguyên tử nitơ (C  N). Hầu hết các hợp chất cyanua vô cơ là muối của anion CN-, các hợp chất hữu cơ có nhóm chức -CN được gọi là nitrile. Nitrile thường khơng giải phóng các anion cyanua. Nó là đơn vị carbon-nitơ kết hợp với nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ. Đa phần các hợp chất cyanua tồn tại ở dạng rắn, một số ít ở dạng khí hoặc dạng lỏng. Độc tính và mức độ phản ứng của các loại cyanua này phụ thuộc vào trạng thái tồn tại, điều kiện môi trường và con đường hấp thụ. [1, 2]

Chất thải chứa cyanua là một mối nguy hiểm tiềm ẩn đối với sức khỏe và là một vấn đề toàn cầu. Nó đến từ cả hai nguồn tự nhiên và nhân tạo và xuất hiện ở cả dạng cyanua vô cơ, cyanua hữu cơ hoặc nitrile (RCN).

1.1.1. Nguồn gốc tự nhiên

Cyanua thường được biết đến như một chất cực độc và được liệt vào danh sách những chất độc nhất trong các chất độc. Các hợp chất cyanua được phân bố rộng rãi và được sản xuất tự nhiên bởi nhiều sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm, thực vật và một số loại côn trùng. [2] Cyanua tồn tại trên một số loại thực vật có tác dụng phòng thủ, giúp chúng chống lại sâu bệnh gây hại; được tiết ra bởi nấm và vi khuẩn như một hợp chất kháng khuẩn và được tổng hợp bởi cơn trùng như một cách kiểm sốt đối với

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

hạt mơ…) có tồn tại glycoside cyanogenic như linamarin, lotaustralin và amygdalin.

Cấu trúc của các glycoside cyanogenic này được miêu tả dưới Hình 1.1. Khi vào cơ

thể glycoside cyanogenic bị enzyme -glucosidase thủy phân tạo thành axit cyanhydric (HCN), từ đó gây độc cho cơ thể. [6]

Hình 0.1. Cấu trúc một số loại glycoside cyanogenic

Bảng 0.1. Hàm lượng glycoside cyanogenic trong một số thực vật [7]

Loài thực vật Bộ phận chứa cyanogenic glycosides

Cyanogenic glycosides

Hàm lượng cyanogenic (mg/kg)

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Tuy nhiên, số lượng của các hợp chất cyanua có nguồn gốc tự nhiên khơng thể so sánh với số lượng được tạo ra bởi các quy trình công nghiệp. Hydro cyanua, natri cyanua và kali cyanua là các dạng cyanua có nhiều khả năng tồn tại trong môi trường do được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động công nghiệp như khai thác kim loại, khai thác vàng, sản xuất hóa chất hữu cơ,… Đặc biệt trong ngành công nghiệp luyện thép, cyanua là chất độc chính gây ơ nhiễm mơi trường. Hydro cyanua được tạo ra từ quá trình đốt cháy hoặc nhiệt phân một số vật liệu trong điều kiện thiếu oxy. Do đó, cyanua có thể xuất phát từ khí thải của các phương tiện giao thơng, khói thuốc lá và từ việc đốt rác thải. [8] Các hoạt động nông nghiệp cũng góp phần làm tăng nồng độ cyanua trong mơi trường do việc sử dụng các thuốc diệt cỏ chứa nhóm nitrile như dichlobenil, ioxynil, bromoxynil và chlorothalonil với mục đích kiểm soát dịch hại của một số loại cây trồng. [9]

1.1.2. Ảnh hưởng của cyanua lên sức khỏe con người

Cyanua là một chất độc cực mạnh và được hấp thu nhanh vào cơ thể. Cyanua có thể xâm nhập vào cơ thể thơng qua ba con đường chính: đường hơ hấp, đường tiêu hóa và hấp thụ qua da. Trong đó hình thức cyanua hấp thụ qua da chậm hơn so với các con đường tiếp xúc khác. [8] Khi hít phải một lượng lớn khí hydro cyanua, con người có thể rơi vào trạng thái hơn mê thậm chí là tử vong. Vì vậy, trong chiến tranh thế giới thứ hai, một số quốc gia đã sử dụng khí hydro cyanua như một vũ khí với chức năng tử hình tù nhân trong các phịng hơi ngạt. [10] Nồng độ gây tử vong trung bình cho con người được ước tính là 546 ppm khí hydro cyanua sau 10 phút tiếp xúc. Các cơng trình nghiên cứu về việc ngộ độc cyanua có chủ đích hoặc vơ tình ngộ độc ở người báo cáo rằng liều gây tử vong trung bình là 1.52 mg/kg cyanua. Bên cạnh đó, trong báo cáo cũng đề cập liều 4 gây tử vong thấp nhất khi cyanua xâm nhập qua đường miệng được ước tính là 0.56 mg/kg cyanua. [8]

Khi ngộ độc cyanua, một trong những dấu hiệu đầu tiên xuất hiện là khó thở, sau đó là co giật, mất đi ý thức, thậm chí có thể gây tử vong. Tùy thuộc vào nồng độ và con đường cyanua hấp thụ vào cơ thể mà những triệu chứng này có thể xuất hiện nhanh hay chậm. [11] Cyanua gây độc bằng cách ngăn chặn sự trao đổi chất của tế

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

bào vì chúng có khả năng liên kết với ion Fe2+ có trong nhóm heme của cytochrome oxidase. Khi liên kết được hình thành, nó sẽ ức chế lên q trình hoạt hóa oxy trong chuỗi hô hấp của tế bào, khiến cho tế bào khơng lấy được oxy, từ đó gây cản trở q trình hơ hấp của cơ thể. [6]

Hình 0.2. Cơ chế gây độc của cyanua

1.1.3. Tình hình nghiên cứu

Hiện nay có nhiều phương pháp phân tích dùng để phát hiện cyanua như phương pháp sắc ký [12, 13], phương pháp đo màu [14, 15], phân tích điện hóa [16, 17]…Tuy nhiên, các phương pháp này có nhược điểm là thời gian phân tích lâu, phức tạp, đòi hỏi nhiều kỹ năng khi phân tích, khơng thể thực hiện được ngồi hiện trường. Vì vậy, việc tìm ra các phương pháp phân tích mới thuận tiện hơn là mục tiêu của nhiều nghiên cứu trên thế giới. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát minh ra các hệ thống cảm biến hóa học để phát hiện cyanua nhờ vào liên kết hydro [18, 19], hiệu

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

ứng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) [20-22], sự dịch chuyển electron cảm ứng quang (PET) [22, 23],…

a. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào liên kết hydro:

Nhóm nghiên cứu của Saha đã tổng hợp được receptor A và B cho tín hiệu đặc trưng với natri cyanua thông qua sự thay đổi màu sắc. Những thay đổi về huỳnh quang và thay đổi về màu sắc có thể nhận biết qua mắt thường đã được xác minh bằng cách sử dụng dung dịch muối natri của các anion như F-, Cl-, Br-, I-, CN-, SCN-, CH3COO-, H2PO4-, P2O73-, HSO4-, NO3- và NO2-. Đối với các anion cạnh tranh, nhóm nghiên cứu khơng quan sát thấy sự thay đổi về kết quả thu được trong quang phổ của chúng. Tuy nhiên khi có sự xuất hiện của CN- trong dung dịch chứa receptor, họ lại quan sát thấy những thay đổi về màu sắc và quang phổ huỳnh quang [19]. Cơ chế nhận biết

cyanua của receptor A và B được mô tả qua Hình 1.3.

Hình 0.3. Cơ chế nhận biết cyanua của receptor A và B

Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào cộng hưởng huỳnh quang (FRET):

Goswami và cộng sự đã tổng hợp ra một cảm biến (NFH) có cấu trúc nhóm mang màu của naphthalene và fluorescein, đóng vai trò lần lượt là chất cho và nhận năng lượng. Các nhà nghiên cứu nói rằng trên quang phổ phát xạ của naphthalene và quang phổ hấp thụ của fluorescein cho thấy có sự chồng chéo, từ đó dẫn đến xảy ra

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

NFH được kích thích ở bước sóng 371 nm, cảm biến thể hiện sự phát xạ yếu ở bước sóng 415 nm và 524 nm. Trong trường hợp khơng có Zn2+, năng lượng kích thích của chất cho – naphthalene khơng thể chuyển đến được cho chất nhận – fluorescein vì fluorescein ở dạng đóng. Do đó FRET sẽ bị tắt trong NFH tự do. Khi tăng nồng độ Zn2+ thì cường độ phát xạ tại bước sóng 524 nm tăng đáng kể và phát quang cho màu xanh lục rõ ràng.

Ngồi ra, phức chất NFH - Zn2+ có thể nhận diện được tín hiệu của cyanua khi cho ZnCl2 vào hỗn hợp dung dịch CH3OH/H2O (3:7, v/v) chứa cảm biến NFH. Kết quả cho thấy màu vàng (quan sát bằng mắt thường) của phức chất NFH - Zn2+ biến mất khi tăng nồng độ CN- nhờ vào sự mở vòng spirolactam của NFH. Việc thêm CN-vào dung dịch của phức NFH - Zn2+ làm thay đổi quang phổ huỳnh quang thông qua hiện tượng FRET ngược. [21]

Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào sự dịch chuyển electron (PET):

Năm 2010, nhóm nghiên cứu đã điều chế thành công một cảm biến huỳnh quang (1•Co) dựa trên Co(II)-salen dùng để nhận biết cyanua. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, khi bổ sung cyanua và dung dịch, có sự chuyển electron cảm ứng quang từ Ánh sáng đèn UV. Sự thay đổi màu sắc trên giấy thử dưới ánh sáng thường và dưới đèn UV fluorophore - coumarin sang ion coban (II) bị gián đoạn, từ đó làm tăng cường khả năng phát quang của cảm biến. Để có thể chỉ ra nguồn gốc sự tăng cường huỳnh quang của cảm biến khi có sự phối hợp của anion CN- họ đã đo mức năng lượng HOMO và LUMO của phức hợp coban-salen của cảm biến khi có và khơng có sự hiện diện của CN- thơng qua phép đo điện thế tuần hồn và phép đo quang phổ UV-Vis. [22] 24]

b. Tình hình nghiên cứu trong nước

Việc tổng hợp ra một cảm biến hóa học có thể phát hiện một cách nhanh chóng sự có mặt của cyanua đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên, ở Việt Nam hướng đi này cịn khá mới mẻ. Hiện nay, nhóm nghiên cứu tại Phịng thí nghiệm Vật Liệu Polyme và Compozit là một trong những nhóm tiên phong đi theo hướng

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

này. Vì vậy, việc tổng hợp thành công một chất cảm biến có thể nhận biết nhanh chóng cyanua, từ đó ứng dụng tạo nên một sợi polyme quang học, có khả năng tái chế cao, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong cộng đồng khoa học không chỉ riêng trên Việt Nam mà cịn trên tồn thế giới.

1.2. Sợi polyme quang học

Sợi polyme quang học được quan tâm từ cuối những năm 1960 và đầu 1970, với những ưu điểm như nhẹ, có độ linh hoạt cao và dễ thao tác, được ứng dụng cho mục đích truyền tải dữ liệu (như sợi cáp quang thủy tinh truyền thống).

Hình 0.4. Một sợi polyme quang học trong truyền tải dữ liệu

Là một loại sợi quang học được làm bằng polyme có độ trong suốt cao như polystyrene (PS), polyme methyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) làm chất liệu cốt lõi, PMMA, nhựa FLO,… làm chất liệu bọc ngoài. Sợi polyme quang học có thể được được sử dụng trong các loại xe, máy bay,… [24]

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Hình 0.5. Cấu tạo một sợi polyme quang học

Ứng dụng chính cho sợi polyme quang học là:

 Truyền dẫn dữ liệu

Được xem như là vật liệu tối ưu về mặt tiêu dùng do chi phí để chế tạo, sử dụng và lắp đặt rất rẻ. Tuy nhiên, do đặc điểm suy giảm và bị bóp méo đặc trưng của vật liệu polyme, chúng thường được sử dụng trong việc truyền dữ liệu ở tốc độ thấp, khoảng cách ngắn (trong vòng 100 mét) như trong truyền dẫn mạng trong đơ thị tới từng hộ gia đình. [25]

Nhờ vào khả năng kháng hóa học rất tốt của các loại polyme và cơ tính mềm dẻo của chúng. polyme quang học thường được sử dụng trong một loạt các sensor y học để cảm nhận các thông số sinh lý, vận động của cơ thể, nhận biết các hóa chất độc hại tồn tại tại một số môi trường mà con người không thể tiếp cận,…

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Hình 0.6. Sợi polyme quang học ứng dụng làm cảm biến chất độc hại [4]

Hình 0.7. Hình ảnh một quy trình sản xuất sợi polyme quang học

Ở đây, các hạt nhựa polyme dùng làm lõi quang học trộn chung với các chất phụ gia trong buồng trộn 2 trục vít, sau đó hỗn hợp sẽ được đùn ra ngoài và được cắt

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

vụn ra để các phụ gia được phân tán đều trong một lượng nhất định. Lượng hạt nhựa vừa cắt ra sẽ được đưa vào buồng trộn 1 trục, đùn ra lõi, phối hợp với vật liệu ốp sẽ cho ra một sợi polyme quang học hoàn chỉnh. [26]

Bảng 0.2. Lịch sử nghiên cứu sợi polyme quang học [27, 28]

1982 Đại học Keio NTT

GI POF đầu tiên

SI POF với lõi PMMA đơ-tê-ri hóa đầu tiên

thành lập

1990 Đại học Keio Truyền dẫn tốc độ cao với GI POF lõi PMMA đầu tiên

1991 Hoechst Celanese SI PMMA “Infolite” POF

1993 Đại học Essex Truyền dẫn ở 631 Mb/s ở khoảng cách hơn 100m bằng SI POF lõi PMMA và mạch cân bằng tải

1994 Mỹ/Nhật

Đại học Keio, IBM Đại học Keio, NEC Asahi Chemical

High Speed POF Network (HSPN) được thành lập

Nghiệp đoàn POF tại Nhật được thành lập, truyền dẫn 30 Gb/s ở khoảng cách 30m bằng GI POF và VCSEL ở 670nm

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Truyền dẫn 2.5 Gb/s ở khoảng cách 100m bằng GI POF ở 650 nm; SI POF đa lõi cho truyền dẫn tốc độ cao 1995 Mitsubishi Rayon, NEC Truyền dẫn 156 Mb/s ở khoảng cách

100m bằng NA SI POF thấp và đèn LED đỏ nhanh

1996 Đại học Keio, KAST GI POF perfluorinated (PF)

Ước lượng lý thuyết độ tiêu hoa ở PF POF

Ước lượng lý thuyết tốc độ truyền dẫn ở đường truyền GI POF

1997 Nghiệp đoàn POF tại Nhật

Đại học Keio, Fujitsu, Asahi Glass

Chuẩn hóa ATM LAN tại diễn đàn ATM

Chuẩn hóa IEEE 1394

Truyền dẫn tốc độ 2.5 Gb/s ở khoảng cách 200m bằng GI POF lõi GI 1998 COBRA, đại học Eindhoven, đại

học Keio, Asahi Glass, NEC Matsuhita

Truyền dẫn tốc độ 2.5 Gb/s ở khoảng cách 200m bằng GI POF lõi PF Truyền dẫn tốc độ 500 Mb/s ở khoảng cách 50m bằng GI POF và đèn LED đỏ nhanh

1999 COBRA, đại học Eindhoven, đại học Keio, Asahi Glass

Đại học Ulm, Asahi Glass

Phịng thí nghiệm Bell, Asahi Glass

Truyền dẫn tốc độ 2.5 Gb/s ở khoảng cách 500m bằng GI POF lõi PF Truyền dẫn tốc độ 70 Gb/s ở khoảng cách 280m bằng GI POF lõi PF Truyền dẫn tốc độ 11 Gb/s ở khoảng cách 100m bằng GI POF lõi PF

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

1.3. Nhựa LLDPE

LLDPE viết tắt của Linear Low Density Polyethylene (Polyethylene mạch thẳng tỷ trọng thấp) là một loại polyme kết hợp với các nhánh ngắn. Nó được tạo ra bằng quá trình đồng trùng ngưng các monome của ethylene với chuỗi dài olefin. Quá trình đồng trùng ngưng tạo ra LLDPE có trọng lượng phân tử tỷ trọng thấp, mật độ 0.91-0.94g/cm3.

LLDPE có số lượng nhánh ngắn đáng kể. LLDPE khác về cấu trúc so với LDPE do thiếu sự có mặt của các nhánh dài. Sự tuyến tính của LLDPE là kết quả của các quy trình sản xuất khác nhau giữa LLDPE và LDPE. Q trình polyme hóa tạo ra một loại polyme LLDPE có phân bố trọng lượng phân tử hẹp hơn so với LDPE thông thường và kết hợp với cấu trúc tuyến tính, có các đặc tính định hình khác biệt đáng kể.

Hạt nhựa nguyên sinh LLDPE tốt hơn LDPE ở điểm có độ bền, khả năng chống va đập, chống đâm thủng đều cao hơn. Không những thế, độ dẻo dai cũng tốt hơn các loại hạt nhựa khác. Đặc tính linh hoạt, dễ tạo ra các loại màng mỏng hơn so với LDPE nên tiết kiệm vật liệu và chi phí giá thành sản phẩm cũng giảm.

LLDPE có độ nhớt thấp hơn trong trạng thái biến dạng khi bị kéo dài nóng chảy. Hai đặc tính lưu biến nổi bật của nó là “cứng khi cắt” và “mềm khi kéo dài” và nó cũng khơng bị căng cứng như LDPE.

Bên cạnh đó, LLDPE cũng có một số nhược điểm nhất định. Vì khơng dễ xử lý cũng như có độ trong kém hơn LDPE nên khi sản xuất người dùng sẽ kết hợp cả LLDPE và LDPE để cải thiện các đặc tính.

LLDPE là sự kết hợp của LDPE và HDPE. So sánh những đặc tính, độ bền cao hơn LDPE và ngang với HDPE và độ cứng lại thấp hơn HDPE.

Hiện nay LLDPE được đánh giá là vật liệu được sử dụng rộng rãi đứng thứ hai trên thế giới, chủ yếu trong ngành công nghiệp sản xuất màng bọc thực phẩm, thùng chứa,...

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 0.8. Một số ứng dụng của nhựa LLDPE

Ưu điểm của LLDPE là có độ cứng, sức mạnh cao, dẻo dai tốt, khả năng chịu lạnh, chịu nhiệt, ít bị ảnh hưởng của tác động bên ngồi… Nó cũng chống chịu tốt, chống rạn nứt, chống lại những tác động từ môi trường như chống lại axit, dung mơi hữu cơ…

Hình 0.9. Một số thông số của nhựa LLDPE

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

1.3.1. Một số phương pháp sản xuất LLDPE

LLDPE được sản xuất thơng qua q trình co-polymer hóa giữa ethylene và một loại alpha-olefin như butene, hexene, hoặc octene co-monomers. Các co-monomer thường được polyme hóa bằng cách sử dụng quy trình Unipol, cịn được biết đến là quy trình pha gas. Xúc tác (có thể là Ziegler-Natta hoặc metallocene) và ethylene được thổi vào một buồng phản ứng lỏng hóa FBR (fluidized bed reactor), nơi q trình co-polymer hóa xảy ra. polyme sau đó lắng xuống đáy và rời khỏi buồng phản ứng dưới dạng bột, sau đó được làm thành hạt. Trong quá trình tạo hạt hạt, các chất phụ gia được thêm vào vật liệu.[29]

Quy trình này diễn ra ở áp suất và nhiệt độ thấp, do đó, chi phí được tối ưu hơn so với các kỹ thuật polyme hóa khác như quy trình làm sệt và dung môi. Cần lưu ý rằng các hỗn hợp LLDPE dựa trên butene và hexene thường được sản xuất bằng quy trình polyme hóa pha gas và octene được sản xuất bằng quy trình dung mơi.

LLDPE có đặc tính dịng chảy (MF) độc nhất và thường được xử lý bằng các phương pháp như đúc thổi, đùn dạng film, hoặc đúc ép. Quá trình đùn dạng film là phương pháp sản xuất chính cho LLDPE. Nhựa LLDPE có tỷ lệ co ngót cao, một phần do chất liệu này có cấu trúc bán tinh thể và do đó chiếm nhiều thể tích hơn trong trạng thái nóng chảy so với trong trạng thái rắn. [30]

1.3.2. Một số phương pháp tái chế LLDPE

Có nhiều cách để tái chế LLDPE, bao gồm:

 Tái chế cơ học, trong đó vật liệu được làm tan chảy và chuyển đổi thành sản phẩm mới

 Tái chế hóa học, trong đó vật liệu được phân hủy thành các nhóm chức cơ bản của nó, sau đó được sử dụng để sản xuất các sản phẩm polyme mới.

 Tái chế năng lượng, trong đó LLDPE cũ cũng có thể được đốt cháy để tạo năng lượng. Tuy nhiên, quy trình này khơng tạo ra sản phẩm tái chế mà chỉ tận dụng năng lượng từ việc đốt các vật liệu nhựa.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Một số ứng dụng tái chế thơng thường của LLDPE là lớp lót và túi rác công nghiệp.

Tuy nhiên, tỷ lệ tái chế của LLDPE thường thấp hơn so với các loại nhựa khác, một phần lý do là do LLDPE thường được sử dụng trong một hỗn hợp với các loại nhựa khác, điều này có thể làm cho q trình tái chế trở nên khó khăn. LLDPE tái chế có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm quá trình đóng gói, các tấm film sử dụng trong nơng nghiệp và sản phẩm công nghiệp.

Nhiều loại LLDPE được chế tạo thành một loại film có tính linh hoạt, đó là một lý do khác dẫn đến tỷ lệ tái chế thấp. Tái chế phim linh hoạt ngoài ra cịn gặp khó khăn hơn vì nó thường bị mắc kẹt trong thiết bị nghiền trong quá trình tái chế hoặc quấn quanh thiết bị, điều này có thể dẫn đến ngưng trệ trong dây chuyền trên quy mô lớn và dẫn đến việc xử lý thiếu hiệu quả.

Việc xử lý LLDPE dưới dạng film linh hoạt hoặc các dạng khác cũng rất khó khăn do tính ổn định nhiệt hạn chế của nó. Điểm nóng chảy của LLDPE cao, nhưng vấn đề liên quan đến việc giữ lại các tính chất vật lý trong quá trình tái chế. Khi LLDPE tiếp xúc với nhiệt trong q trình tái chế, nó có thể làm giảm tính chất vật lý và hạn chế khả năng sử dụng của vật liệu LLDPE tái chế.

1.4. Mục tiêu và nội dung của đề tài 1.4.1. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài này là tổng hợp PMMA chứa nhóm hoạt quang spirooxazine bằng phản ứng trùng hợp gốc tự do chuyển đổi nguyên tử (ATRP). Sau khi tổng hợp, PMMA sẽ được trộn hợp với LLDPE để làm sợi polyme quang học định hướng phát hiện cyanua.

1.4.2. Nội dung của đề tài

Nội dung thực hiện:

Nội dung 1: Tổng hợp polyme PMMA.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Nội dung 2: Chế tạo sợi cảm biến quang học dựa trên hỗn hợp polyme gồm

LLDPE và PMMA.

Nội dung 3: Đánh giá các tính chất và khả năng cảm biến cyanua của sợi cảm

biến quang học LLDPE/PMMA.

1.5. Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào cộng hưởng huỳnh quang (FRET)

Goswami và cộng sự đã tổng hợp ra một cảm biến (NFH) có cấu trúc nhóm mang màu của naphthalene và fluorescein, đóng vai trị lần lượt là chất cho và nhận năng lượng. Các nhà nghiên cứu nói rằng trên quang phổ phát xạ của naphthalene và quang phổ hấp thụ của fluorescein cho thấy có sự chồng chéo, từ đó dẫn đến xảy ra hiệu ứng cộng hưởng huỳnh quang từ naphthalene sang fluorescein. Khi cảm biến NFH được kích thích ở bước sóng 371 nm, cảm biến thể hiện sự phát xạ yếu ở bước sóng 415 nm và 524 nm. Trong trường hợp khơng có Zn2+, năng lượng kích thích của chất cho – naphthalene khơng thể chuyển đến được cho chất nhận – fluorescein vì fluorescein đang ở dạng đóng. Do đó FRET sẽ bị tắt trong NFH tự do. Khi tăng nồng độ Zn2+ thì cường độ phát xạ tại bước sóng 524 nm tăng đáng kể và phát quang màu xanh lục rõ ràng. Cấu trúc phức chất NFH- Zn2+ được trình bày trong Hình 1.10.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Ngồi ra, phức chất NFH - Zn2+ có thể nhận diện được tín hiệu của cyanua khi cho ZnCl2 vào hỗn hợp dung dịch CH3OH/H2O (3:7, v/v) chứa cảm biến NFH. Kết quả cho thấy màu vàng (quan sát bằng mắt thường) của phức chất NFH - Zn2+ biến mất khi tăng nồng độ CN- nhờ vào sự mở vòng spirolactam của NFH. Việc thêm CN-vào dung dịch của phức NFH - Zn2+ làm thay đổi quang phổ huỳnh quang thông qua hiện tượng FRET ngược. [21]

trình bày trong Hình 1.11. Để có thể chỉ ra nguồn gốc sự tăng cường huỳnh quang

của cảm biến khi có sự phối hợp của anion CN-, họ đã đo mức năng lượng HOMO và LUMO của phức hợp coban-salen của cảm biến khi có và khơng có sự hiện diện của CN- thơng qua phép đo điện thế tuần hồn và phép đo quang phổ UV-Vis. [22]

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Năm 2016, Qu và cộng sự đã tổng hợp ra cảm biến huỳnh quang (Q1-1) dựa trên nguyên liệu ban đầu là naphtho [2,1-b] furan-2-carbohydrazide và 2-hydroxy-1- naphthaldehyde. Q1-1 cho tín hiệu nhanh chóng, tính chọn lọc cao và độ nhạy tốt với cyanua nhờ vào sự dịch chuyển electron cảm ứng quang của phân tử. Cảm biến này không những có khả năng nhận diện CN- nhờ vào sự phát huỳnh quang kép và thay đổi màu sắc trong dung dịch EtOH/H2O (7:3, v/v) từ không màu sang màu vàng quan sát được bằng mắt thường, mà cịn có khả năng chống nhiễu mạnh với các anion thông thường khác như F-, Cl-, Br-, I-, AcO-, H2PO4-, HSO4-, ClO4-. Hình 1.12 mơ tả

cấu trúc hóa học và cơ chế nhận biết cyanua của Q1-1 trong dung dịch EtOH/H2O (7:3, v/v). Cảm biến này đã được ứng dụng trong việc phát hiện cyanua tồn tại trong các mẫu thực phẩm, giúp tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám định tại chỗ nồng độ CN- trong các sản phẩm nông nghiệp. [23]

Hình 1.12. Cấu trúc hóa học và cơ chế nhận biết cyanua của Q1-1 trong

dung dịch EtOH/H2O (7:3, v/v) [32]

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

1.6. Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào cơ chế đóng mở vịng của spirooxazine

Các hợp chất có chứa gốc spiro như spirooxazine là những hợp chất có tính đặc tính nhạy quang cao. Khi bị kích thích bởi tia UV, liên kết spiro C-O của spirooxazine sẽ bị bẻ gãy, dẫn đến hiện tượng đổi màu của hợp chất, và màu hợp chất này sẽ chuyển về màu ban đầu khi ngừng kích thích UV. Q trình chuyển đổi màu sắc này là thuận nghịch mà không làm ảnh hưởng đến các hợp chất gốc spiro. Ngoài ra, khi các liên kết spiro này bị bẻ gãy (mở vịng), tại vị trí mở vịng đó thường có xu

hướng tạo điện tích dương nên các anion dễ dàng tương tác vào (Hình 1.13). Lợi

dụng đặc điểm này mà các nhà khoa học đã thiết kế các cấu trúc hợp chất khác nhau dựa trên gốc spiro để nhận biết các loại anion, đặc biệt là anion CN-,…[33]

Hình 1.13. Minh họa cho cơ chế đóng mở vịng của hợp chất gốc spiro [33]

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

Ajit Kumar Mahapatra và các cộng sự đã tạo ra được các que test cyanua trong nước dựa trên benzimidazole-spiropyran. Kết quả cho thấy, hợp chất này có khả năng chọn lọc cao với cyanua dựa trên ngun tắc đóng mở vịng cơ bản của hợp chất gốc spiro. Khi bị kích thích bởi UV, benzimidazole-spiropyran từ màu đỏ chuyển sang màu xanh lá do hiện tượng mở vịng. Sau đó, khi thêm anion CN- vào, nó liên kết với CN- và giữ nguyên màu xanh của dung dịch ngay cả khi ngừng kích thích UV. Ngồi ra, hợp chất này có thể tác dụng với cation Au3+ và quay về lại trạng thái ban đầu. [34]

Hình 1.14. Minh họa cho cơ chế đóng mở vòng của hợp chất

benzimidazole-spiropyran khi tác dụng với CN- và Au3+

Shaoyin Zhu và các cộng sự đã khám phá ra dimethylaminophenyl)-ethylene)-6,6-dimethyl-5a,6- dihydro-12H-indolo[2,1-

2-nitro-5a-(2-(4-b][1,3]benzooxazine (Hình 1.15, P1) là một dạng dẫn xuất có tính chất nhạy với

cyanua. Khác với các loại spiropyran truyền thống, P1 có thể tránh được việc định vị các cation 3H-Indolium và 4-Nitrophenolate anion với cùng cấu trúc tổng hợp, tăng cường điện tích dương của 3H-Indolium nên tăng khả năng thu hút các anion CN-, dẫn đến tốc độ phản ứng và độ nhạy được tăng cao. Ưu điểm của dẫn xuất này là có

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

thể nhận biết cyanua mà khơng cần tia UV kích thích q trình mở và đóng vịng của spirooxazine, thuận lợi cho việc nhận biết hơn. [35]

Hình 1.15.

2-nitro-5a-(2-(4-dimethylaminophenyl)-ethylene)-6,6-dimethyl-5a,6- dihydro-12H-indolo[2,1-b][1,3]benzooxazine

Hình 1.16. Minh họa cơ chế mở và đóng vịng dưới sự tác dụng của tia UV

khiến PMMA chuyển màu xanh [36, 37]

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Hình 1.17. Cơ chế nhận biết cyanua của PMMA [38, 39]

Ở Hình 1.17, do tính chất của các anion như CN- sẽ tương tác với các ion mang điện tích dương, chỉ xuất hiện khi có sự bóp méo (ở đây là hiện tượng mở vịng oxazine) nên các hợp chất có gốc spirooxazine có khả năng chọn lọc CN-.

1.7. Cảm biến nhận biết cyanua dựa vào liên kết hydro

Năm 2015, Yahaya và cộng sự đã nghiên cứu và tổng hợp ra một cảm biến hóa học (CT-2) có thể nhận biết cyanua. Cấu trúc của cảm biến CT-2 này mang một vòng coumarin như một đơn vị truyền tín hiệu và một vịng acetamido thiophene đóng vai trị là thụ thể cho H+. Cơ chế nhận biết cyanua của CT-2 được mô tả qua Hình

1.18, CT-2 có đỉnh hấp thụ cực đại tại bước sóng 405 nm trong dung mơi DMSO.

Khi thêm CN- vào cảm biến, vùng hấp thụ này dịch chuyển theo phương giảm bước sóng và cho ra một bước sóng mới tại vị trí 392 nm. Điều này cho thấy tương tác tĩnh điện giữa CT-2 và CN- đã loại bỏ được proton H+ ra khỏi hợp chất và điện tích âm tích tụ xung quanh nhóm amide làm phát sinh sự chuyển dịch bước sóng. [18]

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Hình 1.18. Cơ chế nhận biết cyanua của CT-2

1.8. Polyme blend

Polyme blend là một khái niệm chỉ hỗn hợp giữa ít nhất 2 loại polyme lại với nhau bằng các phương pháp khác nhau để tạo ra một hỗn hợp hay hợp chất mới mang các tính chất khác nhau. Polyme blend có thể được chia ra làm 3 loại chính: [40]

- Hỗn hợp polyme khơng hịa tan hoặc không đồng nhất: Các polyme thành phần tồn tại trong các pha riêng biệt và nhiệt độ chuyển thủy tinh tương ứng với các polyme thành phần có thể nhận thấy thơng qua phương pháp phân tích nhiệt DSC.

- Hỗn hợp polyme tương hợp lẫn nhau: là hỗn hợp polyme khơng hịa tan có thể hiện các tính chất vật lý tương đồng với nhau ở mức macro, xảy ra bởi các tương tác đủ mạnh giữa các polyme thành phần.

- Hỗn hợp polymer hòa tan hoặc đồng nhất: là hỗn hợp polyme được tạo ra từ các polyme tương tự nhau về mặt cấu trúc, tạo ra một hỗn hợp polyme với chỉ một pha duy nhất. Chỉ có thể quan sát được một nhiệt độ chuyển thủy tinh duy nhất.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Hình 1.19. 3 loại polyme blend chính: hịa tan, tương hợp (hịa tan một

phần), khơng hịa tan

Hiện nay, trên thế giới và ở Việt Nam, polyme blend chủ yếu được tạo ra bởi các phương pháp sau:

Ứng dụng: túi nhựa, bao bì mềm, ống dẫn nước, và các sản phẩm có u cầu về tính chống va đập và độ dẻo.

</div>