đồ án tốt nghiệp tổng hợp xanh vật liệu sắt nano từ dịch chiết lá bàng ứng dụng trong xử lí chất màu hữu cơ rhodamine b

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b> TRƯỜNG </b>ĐẠ<b>I H C BÁCH KHOA HÀ N</b>Ọ<b>ỘI </b>

ĐỒ<b> ÁN TỐT NGHI P </b>Ệ

<b>Tổng hợp xanh v t li u s t nano t d ch </b>ậệắừ ị

<b>chiết lá bàng ng d ng trong x lí ch t màu </b>ứụửấ

<b>hữu cơ Rhodamine B. </b>

<b>VŨ THỊ NGA </b>

<b>Ngành thu t hóa h c </b>kĩ ậ ọ

<b>Chun ngành Cơng nghệ điện hóa và b o v kim lo i </b>ả ệ ạ

<b>Giảng viên </b>hướ<b>ng d n: </b>ẫ PGS. TS. Đặng Trung Dũng

<b>Bộ mơn: </b> Cơng nghệ điện hóa và b o v kim lo i ả ệ ạ

<b>HÀ N I, 8/2022 </b>Ộ

<small> Ch ký c a GVHDữủ</small>

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

ii

<b>LỜI C</b>ẢM ƠN

<b> Đồ</b> án này được thực hiện tại phịng thí nghiệm C4-303, Bộ mơn Cơng ngh ệĐiện hóa và Bảo v Kim lo i, vi n Kỹ thu t Hóa hệ ạ ệ ậ ọc, trường Đạ ọi h c Bách khoa Hà Nội. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS Đặng Trung Dũng đã tận tình ch bỉ ảo, hướng dẫn, góp ý và động viên em trong su t th i gian h c t p và ố ờ ọ ậthực hi n ệ đồ án . Đồng th i, em ờ cũng xin cảm ơn đến các th y cô và các b n sinh viên ầ ạchuyên ngành Cơng nghệ Điện hóa và B o v kim loả ệ ại đã giúp đỡ và tạo điều ki n ệtốt nhất để hoàn thi n án t t nghi p . M t l n n a em xin chân thành cệ đồ ố ệ ộ ầ ữ <b>ảm ơn! </b>

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

1.5.1. Phương pháp từ trên xuống ...5

1.5.2. Phương pháp từ dưới lên ...5

1.6 Ứng dụng c a công ngh v t liủ ệ ậ ệu nano ...7

1.7.2. Ứng dụng c a v t li u s t nano hóa trủ ậ ệ ắ ị không ... 14

1.8 Phương pháp “xanh” tổng hợp các hạt nano kim loại ... 15

1.8.1. Các thành ph n sinh hầ ọc để ổ t ng hợp "xanh" ... 16

1.8.2. Cơ chế dựa tổng hợp vật liệu trên chiết xuất lá cây ... 17

1.8.3. Sử d ng dụ ịch chi t lá bàng trong t ng h p v t li u s t nano hóa tr ế ổ ợ ậ ệ ắ ịkhơng 19CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 21

2.1 Hóa ch t và dấ ụng cụ... 21

2.1.1. Thiết bị, d ng c thí nghiụ ụ ệm ... 22

2.1.2. Pha ch hóa chế ất ... 22

2.2 Quy trình t ng h p s t nano hóa trổ ợ ắ ị khơng ... 22

2.3 Phương pháp phân tích và đánh giá kết quả ... 24

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

iv 2.3.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét ( Scanning Electron

Microscope, SEM) ... 24

2.3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) ... 24

2.3.3. Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ... 25

2.3.4. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến ... 25

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ TH O LUẢ ẬN ... 27

3.1 Quá trình t ng h p xanh v t li u s t nano b ng d ch chi t t lá bàngổ ợ ậ ệ ắ ằ ị ế ừ273.1.1. Khảo sát tỉ l ph n ệ ả ứng giữa FeCl / dung d ch bàng loãng ... 27<small>3</small> ị3.1.2. Kết qu hình thái, c u trúc c a s t nano t ng h p xanh ... 30ả ấ ủ ắ ổ ợ3.2 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian xử lý, pH, nồng độdung dịch đến quá tr nh x lý ch t màu Rhodamine B. ... 34i ử ấ3.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của th i gian xờ ử lý đến quá trinh xử lý rhodamineB 363.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của pH đến quá tr nh x lý Rhodamine B .. 38i ử3.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ chất màu RhB đến quá trinh x ửlý Rhodamine B ... 41

3.2.4. Đánh giá ảnh hưởng của lượng sắt nano đến quá trinh x lý ch t ử ấmàu Rhodamine B... 43

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ... 47

TAI LIỆU THAM KHẢO ... 48

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

v

<b>DANH M C HÌNH V </b>Ụ Ẽ

Hình 1-1: Các d ng c a v t liạ ủ ậ ệu nano ...2Hình 1-2: Hai phương pháp chính chế ạ t o hạt nano ...5Hình 1-3: Cơng nghệ nano được áp d ng khụ ở ắp các lĩnh vực ...7Hình 1-4: T ng h p ch t li u v i không thổ ợ ấ ệ ả ấm nước nh cơng ngh nano...9ờ ệHình 1-5: ng d ng công nghỨ ụ ệ nano được xây d ng t i thành ph Sydney ự ạ ố(Australia) ... 10

Hình 1-6: Cơng ngh nano ng d ng trong y hệ ứ ụ ọc ... 11Hình 1-7:Cơng ngh nano trong xệ ử lý nước th i và s n xu t máy lả ả ấ ọc nước ... 12Hình 1-8: Mơ hình lõi -v c a s t nano hóa trỏ ủ ắ ị khơng[12] ... 13Hình 1-9: Hình ảnh TEM c a các h t nano s t hóa tr không t ng h p b ng cách ủ ạ ắ ị ổ ợ ằkhử FeCl3 b ng NaBHằ <small>4</small>[12] ... 13

Hình 1-10: Phân bố kích thước c a các h t s t nano hóa tr khơng[12] ... 14ủ ạ ắ ịHình 1-11: Cơng ngh nano xanh b n vệ ề ững. ... 16Hình 1-12 : Lá bàng trong tự nhiên ... 20Hình 2-1: Quy trình t ng h p xanh dung d ch s t nano t d ch chi t lá bàng . 23ổ ợ ị ắ ừ ị ếHình 2-2: Sơ đồ kính hiển vi điệ ử quét ... 24n tHình 3-1:K t qu sau khi x lý RhB theo các t l ph n ế ả ử ỷ ệ ả ứng ... 27Hình 3-2: K t quế ả đo UV-Vis c a chủ ất màu RhB được x lý b ng s t nano v i ử ằ ắ ớcác t lỉ ệ khác nhau ... 28

Hình 3-3: Biểu đồ ảnh hưởng c a t l s t: dung d ch bàng tủ ỷ ệ ắ ị ới lượng ch t màu ấđã bị xử lý ... 30

Hình 3-4: Dung dịch trước và sau t ng hổ ợp ... 30Hình 3-5:Dung d ch sau t ng hị ổ ợp đã để ắ l ng 1 ti ng và s y chân không 15 ti ngế ấ ế ... 31Hình 3-6 : nh ch p SEM m u s t nano t o ra tẢ ụ ẫ ắ ạ ừ phương pháp tổng h p xanhợ ... 32Hình 3-7: Ph FTIR c a d ch chi t lá bàng và s t nano t ng h p xanh ... 33ổ ủ ị ế ắ ổ ợHình 3-8:Giản đồ XRD c a nZVI t o ra tủ ạ ừ phương pháp tổng hợp xanh ... 34Hình 3-9 : Bơ t Rhodamine B (RhB) và cơng th c hóa hứ ọc ... 35Hình 3-10: Đồ ị đườ th ng chu n c a dung dẩ ủ ịch RhB ... 35Hình 3-11: K t qu sau khi x lý 10ml RhB10 ppm theo các th i gian khác nhauế ả ử ờ ... 36Hình 3-12: K t quế ả đo UV-Vis của RhB 10ppm sau khi x lý trong các th i ử ờgian. ... 36Hình 3-13: Đồ ị ảnh hưở th ng c a th i gian t i s mg chủ ờ ớ ố ất màu được x lý/1mg ửsắt nano tạo thành đố ới Rhodamine B ... 38i v

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

vi Hình 3-14: K t qu ch t màu RhB 10 mg/L v i các pH dung d ch khác nhau.ế ả ấ ớ ị ... 39Hình 3-15: K t quế ả đo UV-Vis c a dung d ch RhB 10 mg/L sau khi x lý b ng ủ ị ử ằsắt nano v i các pH dung dớ ịch khác nhau. ... 39

Hình 3-16: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý RhB 10 mg/L .. 41Hình 3-17: Dung d ch RhB v i các nị ớ ồng độ khác nhau . ... 42Hình 3-18: Đồ ị ảnh hưởng c a n th ủ ồng đô  RhB t i s mg ch t màu b x lý/1mg ớ ố ấ ị ửsắt nano tạo thành. ... 43Hình 3-19: Dung d ch ch t màu RhB 1 mg/L sau khi x lý b i s t nano khác ị ấ ử ở ắnhau ... 44Hình 3-20:K t quế ả đo UV-Vis của dung d ch RhB 1mg/L sau khi x lý b ng ị ử ằcác lượng sắt nano khác nhau. ... 45Hình 3-21: Ảnh hưởng của lượng sắt nano đến hi u qu x lý RhB 1 mg/L và ệ ả ửkhối lượng RhB được xử lý bởi 1 mg sắt nano. ... 46

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

1

<b>LỜI MỞ ĐẦU </b>

Cuô c cách m ng công nghi p l n thạ ệ ầ ứ tư đang di n ra m nh mễ ạ ẽ trên toàn th ếgiới. Sự phát tri n ể như vũ bão c a khoa hủ ọc và công ngh trong 2 th p kệ ậ ỷ đầu tiên của th k 21 chính là nh ng n n t ng then ch t t o nên nh ng cú huých c a sế ỷ ữ ề ả ố ạ ữ ủ ự tăngtrưởng và phát tri n. ể Năng su t lao ấ đô ng và c a c i v t ch t c a tồn xã hủ ả ậ ấ ủ ơ i đã được tăng lên theo cấp số nhân. Nh ng biữ ến đổi mang tính đột phá của cách m ng cơng ạnghiệp 4.0 đã và sẽ có tác động l n ớ đến sự phát tri n kinh t , xã hể ế ội , nông nghi p, ệcông nghi p, giao thông v n t i, xây d ng, ệ ậ ả ự năng lượng, môi trường và môi trường lên các qu c gia trên th gi i trong có Vi t Nam. ố ế ớ đó ệ

Từ khi ti n hành s nghi p i m i, m c a n nay, hàng v n nhà máy, xí ế ự ệ đổ ớ ở ử đế ạnghiệp đã ra đời thúc đẩy phát tri n kinh t - xã h i Vi t Nam. Tuy nhiên, s phát ể ế ộ ệ ựtriển công nghi p vệ ẫn chưa thự ự ối ưu khi c s t công ngh l c h u, thi u quy ho ch ệ ạ ậ ế ạ đãlàm cho môi trường Vi t Nam nh ng ệ ữ năm qua b ô nhi m tr m tr ng, làm nh ị ễ ầ ọ ả hưởng đến s c khỏe và i sống của con ứ đờ người cũng như sinh vật. X lý môi tr ng hiện ử ườnay đang là m t v n vô cùng c p bách và c n thi t . ộ ấ đề ấ ầ ế

Người ta nghiên c u và ng dđã ứ ứ ụng nhi u ề phương pháp khác nhau trong x lý ửmơi trường . Trong ó x lý mơi đ ử trường b ng v t li u nano nằ ậ ệ oi chung, v t li u s t ậ ệ ắnano noi riêng đang là mô t điểm sáng m i trong lớ inh vực này. Vật liệu sắt nano h a otrị không co nhi u tính ch t ề ấ đơ c đáo, khi n cho nế o tr thành ở lĩnh ự đượ ấ v c c r t nhi u ềnhà khoa h c vô cùng quan tâm hi n nay. ọ ệ

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

2

<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Cơng ngh nano là gì ? </b>ệ

Cơng ngh nano (Nanotechnology) là mệ ột lĩnh vực nghiên cứu và đổi mới sáng tạo liên quan đến phát triển vật liệu , thiết bị dựa trên nguyên tử và phân tử. Hay có thể hi u ể đơn gi n là sả ự phân tích và ch t o các v t ch t b ng cách ế ạ ậ ấ ằ đưa nó v hình ềdạng và kích thước từ 1 đến 100 nanomet. Như ta đã bi t mế ột nanomet b ng mằ ột ph n ầtỷ mét, gấp mười l n ầ đường kính c a mủ ột nguyên t hydro. ử Trong khi đó đường kính của m t s i tóc trung bình là 80.000 nanomet. ộ ợ

Cơng ngh nano ch m i th c s phát tri n và ph bi n r ng rãi t khi cu c cách ệ ỉ ớ ự ự ể ổ ế ộ ừ ộmạng 4.0 b t u. Tính n hi n t i, nó góp mắ đầ đế ệ ạ đã ột phần không nh n vi c ph c v ỏ đế ệ ụ ụcon ngườ Điểi. n hình là khâu s n xu t các m t hàng th y tinh, g m, sả ấ ặ ủ ố ứ,… đều có s ựgóp mặt của công ngh này. Công ngh nano hi n ệ ệ ệ được coi là ngành công ngh hàng ệđầu v khoa h c ề ọ – kĩ thuật trên th gi i và h a h n s ngày mế ớ ứ ẹ ẽ ột phát tri n trong ể tương lai.

<b>1.2 V t li u nano là gì? </b>ậ ệĐịnh nghĩa

Vật li u nano là lo i v t li u có c u trúc các h t, các s i, ng, hay các t m m ng ệ ạ ậ ệ ấ ạ ợ ố ấ ỏcó kích thướ ấc r t nh kho ng t 1 n 100 nanomet. Kích ỏ ả ừ đế thước v t li u nano ph ậ ệ ụthuộc vào b n ch t v t li u và tính ch t c n nghiên c u. T th k 10, các h t nano ả ấ ậ ệ ấ ầ ứ ừ ế ỉ ạ đãđược con ngườ ử ụi s d ng và ch t o ra các v t li u nano tuy nhiên con ế ạ ậ ệ ngườ ại l i khơng hề bi t v nó. ế ề

Về tr ng thái v t li u nano t n t i ạ ậ ệ ồ ạ ở ba tr ng thái, r n, l ng và khí. V t li u nano ạ ắ ỏ ậ ệđược tập trung nghiên c u hi n nay ch y u là vứ ệ ủ ế ậ ệt li u rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí [1].

Hình 1-1: Các d ng c a v t li u nano ạ ủ ậ ệ

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

3

<b>1.3 Phân lo i </b>ạ

Có r t nhi u cách phân lo i v t li u nano, m i cách phân lo i ấ ề ạ ậ ệ ỗ ạ thường cho ra r t ấnhiều lo i nh nên ạ ỏ thường d gây l n l n các khái niễ ẫ ộ ệm. Dưới đây là m t vài cách ộphân lo i ạ điển hình .

<b>Phân lo i theo hình dáng c a v t li</b>ạ ủ ậ <b>ệu:</b>

Nguyên t c c a cách phân lo i này là ắ ủ ạ đặt tên theo s chiố ều vượt ngồi kích thước nano.

o Vật li u nano không chiệ ề là vật liệu có kích u thướ ấ ảc t t c các chi u (x, ềy, z) đều ở kích thước nano, tức là khơng có kích thước nào lớn hơn 100 nm. Bao g m các h t nano và ồ ạ các đám nano.

o Vật li u nano m t chiệ ộ ề là lo i v t li u có hai chi u b t kì u ạ ậ ệ ề ấ ở kích thước nano và chi u cịn l i nề ạ ằm ngồi kích thước nano. Bao g m s i nano, ồ ợống nano, thanh nano và dây nano.

o Vật li u nano hai chi u ệ ề là v t li u có kậ ệ ích thước một chiều bất kì ở kích thước nano và các chi u cịn l i nề ạ ằm ngồi kích thước nano. Nó bao gồm màng nano, l p nano và l p ph nano . ớ ớ ủ

o Vật li u nano ba chiệ ều là v t li u ậ ệ trong đó tấ ảt c các chi u n m ngồi ề ằkích thước nano ( lớn hơn 100nm) . V t li u nano ba chi u là t h p s p ậ ệ ề ổ ợ ắxếp của nhi u tinh thề ể kích thước nano theo các hướng khác nhau. Bao gồm các h t nano, các bó dây nano và ạ ống nano cũng như các lớp đa lớp (đa tinh thể) liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành .

<b> Phân lo i theo tính ch t v t li u th hi n s khác bi t kích </b>ạ ấ ậ ệ ể ệ ự ệ ở <b>thước nano:</b>

Vật liệu nano kim lo i ạVật liệu nano bán d n ẫVật liệu nano từ tính Vật liệu nano sinh h c ọ…

Đơi khi người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc ph i hợp hai khái ốniệm nh t o ra các khái ni m mỏ để ạ ệ ới. Ví d , "h t nano kim lo i" trong ụ ạ ạ đó "hạt" được phân lo i theo hình dáng, "kim lo i" ạ ạ được phân lo i theo tính ch t ho c "v t li u nano ạ ấ ặ ậ ệtừ tính sinh h c" trong cọ đó ả "t tính" và "sinh h c" u là khái ni m có ừ ọ đề ệ được khi phân lo i theo tính ch t. ạ ấ

<b>1.4 Tính ch t </b>ấ

Do c đặ điểm các h t nano có tính kim lo i, t c là có m t ạ ạ ứ ậ độ điệ ử ựn t t do l n ớthì các tính ch t c a nó th hi n có nh ng c ấ ủ ể ệ ữ đặ trưng riêng khác v i các h t khơng có ớ ạmật độ điệ ửn t t do cao. ự Dưới đây là một vài tính ch t ph i k ấ ả ể đến của vật liệu nano.

1. Tính ch t quang h c ấ ọ

Tính ch t quang h c c a h t nano ấ ọ ủ ạ như vàng, b c tr n trong th y tinh làm cho ạ ộ ủcác s n ph m t th y tinh có các màu s c khác nhau ả ẩ ừ ủ ắ đã đượ ngườc i La Mã s dụng ử

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

4 từ hàng ngàn năm trước.Các hi n ệ tượng đó ắ b t ngu n t hi n ồ ừ ệ tượng c ng ộ hưởng Plasmon b m t (surface plasmon resonance) do ề ặ điệ ử ựn t t do trong h t nano h p th ạ ấ ụánh sáng chi u vào. ế

Kim lo i có nhi u ạ ề điệ ử ựn t t do, các điệ ử ự do này s dao n t t ẽ động dưới tác d ng ụcủa điệ ừ trường bên ngồi n t như ánh sáng. Thơng thường các dao ng b d p t t độ ị ậ ắnhanh chóng b i các sai h ng m ng hay b i chính các nút m ng tinh th trong kim ở ỏ ạ ở ạ ểloại khi quãng đường t do trung bình c a ự ủ điệ ửn t nhỏ hơn kích thướ Nhưngc. khi kích thước c a kim lo i nh ủ ạ ỏ hơn quãng đường t do trung bình thì hi n ự ệ tượng d p t t ậ ắkhơng cịn n a mà ữ điệ ử ẽn t s dao ng c ng độ ộ hưởng v i ánh sáng kích thích. Do v y, ớ ậtính ch t quang c a h t nano có ấ ủ ạ được do s dao ng t p th c a các ự độ ậ ể ủ điệ ử ẫ đến t d n n từ quá trình tương tác v i b c x sóng ớ ứ ạ điệ ừn t . Khi dao ng độ như ậ v y, các điệ ử ẽn t s phân b l i trong h t nano làm cho h t nano b phân c c ố ạ ạ ạ ị ự điệ ạn t o thành m t ộ lưỡng cực điện. Do v y xu t hi n mậ ấ ệ ột tần s cố ộng hưởng ph thu c vào nhi u y u t ụ ộ ề ế ố nhưngcác y u t vế ố ề hình dáng, lđộ ớn c a h t nano và môi ủ ạ trường xung quanh là các y u t ế ốảnh hưởng nhiều nhất [2].

2. Tính ch t ấ điện

Tính d n ẫ điện c a kim lo i r t t t hay ủ ạ ấ ố điện trở ủ c a kim lo i nhạ ờ vào m t ậ độ điện tử t do cao trong ự đó. Đố ới vật liệi v u khối, dđộ ẫn điện d a trên cự ấu trúc vùng nănglượng c a ch t r n. ủ ấ ắ Điện trở c a kim lo i ủ ạ đế ừn t s tán x c a ự ạ ủ điệ ửn t lên các sai h ng ỏtrong mạng tinh th và tán x vể ạ ới dao ng nhi t c a nút m ng (phonon). Các độ ệ ủ ạ điệ ửn t chuyển động trong kim lo i (dòng ạ điện I) dưới tác d ng c a ụ ủ điệ trườn ng (U) có liên hệ v i nhau thơng qua nh lu t Ohm: U = IR, trong R là ớ đị ậ đó điện tr c a kim lo i. ở ủ ạĐịnh luật Ohm cho thấy đường I-U là một đường tuy n tính. Khi kích ế thước c a v t ủ ậliệu gi m d n, hi u ng ả ầ ệ ứ lượng t làm r i r c hóa c u trúc vùng ử ờ ạ ấ năng lượng. H qu ệ ảcủa quá trình lượng t hóa này i v i h t nano là I-U khơng cịn tuy n tính n a mà ử đố ớ ạ ế ữxuất hi n m t hi u ệ ộ ệ ứng g i là hi u ọ ệ ứng ch n Coulomb (Coulomb blockade) làm cho ắđường I-U b nh y b c vị ả ậ ới giá tr m i b c sai khác nhau m t ị ỗ ậ ộ lượng e/2C với e là điện tích c a ủ điệ ửn t , C và R là điện dung và điện tr kho ng n i h t nano v i ở ả ố ạ ớ điện c c ự[2].

3. Tính ch t t ấ ừ

Các kim lo i q ạ như vàng, bạc,… có tính ngh ch tị ừ ở ạ tr ng thái kh i do s bù ố ựtrừ c p ặ điện tử. Khi vật li u thu nhỏ kích thướệ c thì s bù tr trên s khơng toàn di n ự ừ ẽ ệnữa và v t li u có t tính ậ ệ ừ tương đối mạnh. Các kim lo i có tính s t tạ ắ ừ trang thái kh i ở ốnhư các kim loại chuyển tiếp sắt, cô ban, niken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự s t t làm cho chúng chuy n sang tr ng thái siêu thu n t . V t li u tr ng thái ắ ừ ể ạ ậ ừ ậ ệ ở ạsiêu thu n t có t tính m nh khi có tậ ừ ừ ạ ừ trường và khơng có t tính khi từ ừ trường b ịngắt đi, tức là lực từ dư và lực kháng từ hoàn toàn b ng khơng. ằ

4. Tính ch t nhi t ấ ệ

Nhiệt nóng ch y T c a v t li u ph thu c vào mđộ ả <small>m</small> ủ ậ ệ ụ ộ ứ độc liên kết gi a các ữnguyên t trong m ng tinh th .Trong tinh th , m i m t nguyên t có m t s các ử ạ ể ể ỗ ộ ử ộ ốnguyên t lân c n có liên k t m nh g i là s ph i v . Các nguyên t trên b m t v t ử ậ ế ạ ọ ố ố ị ử ề ặ ậ

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

5 liệu s có sẽ ố phối vị nhỏ hơn số ph i vố ị c a các nguyên tủ ử ở bên trong nên chúng có thể d dàng tái s p x p ễ ắ ế để có thể ở tr ng thái khác ạ hơn. Như ậ v y, n u kích ế thước c a ủhạt nano gi m, nhi t nóng ch y s gi m. Ví d , h t vàng 2 nm có T = 500°C, ả ệ độ ả ẽ ả ụ ạ <small>m</small>

kích thước 6 nm có T = 950°C [2]. <small>m</small>

<b>1.5 Các phương pháp chế tạo </b>

V t li u nano có thậ ệ ể được ch t o b ng nhiế ạ ằ ều phương pháp khác nhau. Tuy nhiên ,hi n nay vệ ề căn bản có hai cách ti p cế ận chính đó là phương pháp ti p c n t ế ậ ừdưới lên( bottom -up) và phương pháp tiếp cận t trên xuống (top-down). ừ

Hình 1-2: Hai phương pháp chính ch t o h t nano ế ạ ạ

<b>1.5.1. Phương pháp từ trên xuống </b>

Nguyên lý: Dùng k thu t nghi n và bi n d ng bi n vỹ ậ ề ế ạ để ế ật liệu th khối với kết ểcấu h t thơ thành c hạ ỡ ạt kích thước nano.

Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được tr n l n vộ ẫ ới nh ng viên bi ữđược làm t các v t li u r t cừ ậ ệ ấ ứng và đặt trong m t cái c i. Máy nghi n có th là nghi n ộ ố ề ể ềlắc, nghi n rung ho c nghi n quay (còn g i là nghi n ki u thành tinh). Các viên bi ề ặ ề ọ ề ểcứng va ch m vào nhau và phá v bạ ỡ ột đến kích thước nano. K t quế ả thu được là v t ậliệu nano không chi u (các h t nanoề ạ ). Phương pháp biến d ng này ạ được s dử ụng với các k thuỹ ật đặc biệt nh m t o ra s bi n d ng c c l n(có th >10) mà không làm phá ằ ạ ự ế ạ ự ớ ểhuỷ v t li u. Ngoài ra, hiậ ệ ện nay người ta thường dùng các phương pháp quang kh c ắ đểtạo ra các c u trúc nano [3]. ấ

Phương pháp tiếp cận từ trên xu ng vố ốn dĩ đơn giản hơn , rẻ tiền nhưng rất hiệu quả và có th ti n hành cho nhi u lo i v t li u vể ế ề ạ ậ ệ ới kích thước khá l n ng d ng làm ớ ứ ụvật li u k t c u. ệ ế ấ

Vấn đề lớn nh t vấ ới phương pháp từ trên xu ng là s khơng hồn h o c a c u ố ự ả ủ ấtrúc b mề ặt. Ví d , các dây nano ụ được làm bằng phương pháp in thạch b n khơng m n ả ịvà có th ch a nhi u t p ch t và các khuy t t t c u trúc trên b m t c a nó. ể ứ ề ạ ấ ế ậ ấ ề ặ ủ

<b>1.5.2. Phương pháp từ dưới lên </b>

Nguyên lý: Hình thành v t li u nano t các nguyên t hoậ ệ ừ ử ặc ion. Phương pháp từ dưới lên được phát tri n r t mể ấ ạnh m vì tính linh động và chẽ ất lượng c a s n ph m ủ ả ẩcuối cùng. Ph n l n các v t li u nano mà chúng ta dùng hiầ ớ ậ ệ ện nay được ch t o t ế ạ ừ

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

6 phương pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, phương pháp hóa h c ho c k t h p c hai. ọ ặ ế ợ ả

Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên t ửhoặc chuy n pha. Nguyên tể ử để hình thành v t li u nano ậ ệ đượ ạc t o ra t ừphương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng r i cho ngu i v i t c ồ ộ ớ ốđộ nhanh để thu được trạng thái vơ định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vơ định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh). Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví d : c ng máy tính[4]. ụ ổ ứ

Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thu c vào v t li u ộ ậ ệcụ th ể mà người ta phải thay đổi k thu t ch t o cho phù h p. Tuy nhiên, ỹ ậ ế ạ ợchúng ta v n có th phân loẫ ể ại các phương pháp hóa h c thành hai lo i: ọ ạhình thành vật liệu nano t pha l ng ừ ỏ (phương pháp ế ủ k t t a, sol-gel,...) và từ pha khí ví dụ như nhiệt phân,.... 4].

Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên t c v t lý và hóa hắ ậ ọc như: điện phân, ngưng t t pha khí,... ụ ừPhương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, b t nano,...[4]. ộ

Các phương pháp khác

Ngoài ra, phương pháp phân hủy muối sắt bằng sóng cũng hình thành được vật liệu d ng nanoạ . Cơ chế khá đơn giản là s d ng sóng xâm thử ụ ực để cung c p nhi t c c ấ ệ ụbộ, dẫn đến s phân h y cacbonyl sự ủ ắt nhưng việc kiểm sốt kích thước các hạt nano sắt là khó khăn mặc dù đã thay đổ ồng đội n muối sắt .

Các h t v t li u s t có c u trúc nano ạ ậ ệ ắ ấ cũng có thể được s n xuả ất thơng qua phương pháp cơ học như q trình phay năng lượng cao, mặc dù đây không phải là phương pháp ph bi n nhổ ế ất để hình thành các h t v t li u s t có c u trúc nano ạ ậ ệ ắ ấ nhưng nó có lợi th . ế

Ưu điểm chính là sự dễ dàng mà phương pháp này có thể được nhân rộng, sản xuất mang tính kinh t v i s ế ớ ố lượng l n h t nanoớ ạ . Tuy nhiên, nhược điểm là s n ph m ả ẩcó xu hướng rất đa dạng về kích thước và hình dạng khơng đều [5] .

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

7

<b>1.6 Ứng dụng c a công ngh v t li u nano </b>ủ ệ ậ ệ

Hình 1-3: Cơng ngh nano ệ được áp d ng kh p các ụ ở ắ lĩnh ự v c Công ngh nano có ệ ứng d ng r t l n trong cu c s ng và là m t ngành công ngh ụ ấ ớ ộ ố ộ ệtriển vọng ngay t i th i ạ ờ điểm hi n t i và c trong ệ ạ ả tương lai.Công ngh nano cho phép ệsử d ng v t li u t m phân t và làm ụ ậ ệ ở ầ ử tăng tính ch t c bi t c a v t li u ấ đặ ệ ủ ậ ệ nhưng l i ạgiảm kích thướ ủc c a thi t b , h th ng ế ị ệ ố đến kích thước c c nh . ự ỏ Đây được xem là cu c ộcách m ng công nghi p, thúc ạ ệ đây sự phát tri n trong m i ể ọ lĩnh ự đặ v c c bi t là y sinh ệhọc, năng lượng, môi trường, công ngh thông tin, quân sệ ự… Vì th có th coi cơng ế ểnghệ này đã và đang tác động đến toàn xã h i hi n nay và hộ ệ ứa h n trong ẹ tương lai.

<b>1.6.1. Ứng dụng năng lượng</b>

Ngành năng lượng sẽ đượ hưởc ng l i lớn khi s dợ ử ụng loại công ngh này áp ệdụng cho các ngu n ồ năng lượng khác nhau. Nền cơng nghệ nano góp ph n nâng cao ầchất lượng c a pin ủ năng lượng m t tr i, ặ ờ tăng tính hi u qu và d tr c a pin và siêu ệ ả ự ữ ủtụ điện, t o ra ch t siêu d n làm dây d n ạ ấ ẫ ẫ điệ để ận v n chuy n ể điệ đườn ng dài…

Đây chỉ là một số ứng d ng nh c a công ngh nano trong ụ ỏ ủ ệ lĩnh ự năng lượng v c vì khơng có gi i h n trong ớ ạ lĩnh ự v c này. Vi c s d ng các v t li u sáng t o, nh và ệ ử ụ ậ ệ ạ ẹphong phú và chi phí h p lý là nh ng c ợ ữ đặ điểm chung trong t t c các s n ph m và ấ ả ả ẩhệ th ng s d ng công ngh nano [6]. ố ử ụ ệ

.

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

8

<b>1.6.2. Điện tử – cơ khí </b>

Cơng ngh nano giúp ch t o các linh ki n ệ ế ạ ệ điệ ửn t nano v i t c x lý c c ớ ố độ ử ựnhanh. Trong nghành điệ ửn t , công ngh nano ệ làm tăng khả năng của các thi t b ế ịđiệ ửn t , nâng cao mật độ chip nhớ và giảm tiêu thụ điện năng cũng như kích thước của bóng bán dẫn đượ ử ục s d ng trong các m ch tích hạ ợp. Các nhà xưởng cũng dùng vật li u nano ệ để làm các thi t bế ị ghi thông tin cực nh , chỏ ế t o màn hình máy tính, ạđiện thoại và các linh ki n cho xe ệ hơi, máy bay, tàu trvũ ụ…

Trong tương lai, máy tính và các thiết bị điện tử có th s d ng v t li u nano ể ử ụ ậ ệ đểtăng khả năng lưu trữ d liữ ệu cũng như kéo dài thời gian s d ng c a pin. Các ử ụ ủ phương pháp lưu trữ mới d a trên n n t ng công ngh nano s ự ề ả ệ ẽ cho phép lưu được nhi u thông ềtin gấp hơn 200 lần mật độ lưu trữ ủa đĩa DVD thông thườ c ng[7].

<b>1.6.3. May mặc và </b>thực phẩm

Ngành may m c ặ đã bước sang một trang mới kể t khi áp d ng cơng ngh nano ừ ụ ệvào.Tại đây nó được sử dụng để phát triển các đặc tính dệt mong muốn như độ bền kéo cao, c u trúc b mấ ề ặt độc đáo và mềm mại, độ ề b n, khả năng chống nước, chống cháy, đặc tính kháng khuẩn, v.v .Điển hình khi áp dụng các hạt nano bạc vào ngành thời trang, lo i nano này có khạ ả năng thu hút và tiêu di t vi khu n gây mùi hơi khó ệ ẩchịu trong qu n áo. ng d ng hầ Ứ ụ ữu ích này đã được áp d ng trên m t sụ ộ ố m u qu n áo ẫ ầthể thao.

Ngoài ra ph i kả ể đến trong ngành công nghi p th c ph m, công ngh nano ệ ự ẩ ệ đã được áp dụng để tăng hương vị, ức ch s phát tri n c a vi khu n, b o qu n s n ph m ế ự ể ủ ẩ ả ả ả ẩlâu hơn và c i thi n an toàn th c ph m. Ch ng hả ệ ự ẩ ẳ ạn như việc áp d ng công ngh nano ụ ệtrong bao bì th c ph m cho phép b o v th c ph m tự ẩ ả ệ ự ẩ ốt hơn thông qua các khả năng cơ học và nhiệt mạnh hơn và tăng tính kháng khuẩn. Bao bì thực phẩm được chế tạo bằng cơng ngh nano cung c p kh ệ ấ ả năng phân hủy sinh học bảo vệ ch ng l i s rò r , ố ạ ự ỉsự xâm nh p c a khí và s xâm nh p c a m m b nh vào th c ph m. Ví dậ ủ ự ậ ủ ầ ệ ự ẩ ụ, bạc, m t ộchất chống vi khu n n i tiẩ ổ ếng, đã đượ ử ục s d ng cho những đặc tính này trong bao bì thực phẩm được chế tạo b ng cơng ngh nano. M t nghiên cằ ệ ộ ứu điển hình đã kiểm tra tác động của các hạt nano bạc đối với sự phát triển của vi khuẩn và phát hiện ra sự giảm 98% tốc độ tăng trưởng sau th i gian 24 gi . ờ ủ ờ

Khơng d ng ừ ở đó, cơng ngh nano có thệ ể khi n các lo i thế ạ ực ph m này thay ẩ đổi hương ị v cũng như giàu dinh dưỡng hơn. Điều này ng đồ nghĩa ớ v i vi c chúng ta s ệ ẽđược thưởng th c nh ng món v i ứ ữ ăn ớ hương ị v vô cùng l mà giá tr dinh ạ ị dưỡng v n ẫcao nh công ngh nano th c ph m. ờ ệ ự ẩ

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

9 Hình 1-4: T ng h p ch t li u v i không thổ ợ ấ ệ ả ấm nước nh công ngh nano ờ ệ

<b>1.6.4. Ứng dụng công </b>nghệ<b> nano trong xây </b>dựng

Bên c nh nh ng công d ng tuy t v i trong nh ng ạ ữ ụ ệ ờ ữ lĩnh ự v c k trên, trên th ể ịtrường hi n nay xu t hi n s n ph m ng d ng công ngh nano trong xây d ng. ệ đã ấ ệ ả ẩ ứ ụ ệ ựCông ngh nano ệ đã và đang làm biến đổi các thuộc tính của vật liệu xây dựng, cải thiện ch t ấ lượng và c u trúc c a các lo i v t li u. ấ ủ ạ ậ ệ

Để chế tạo bê tơng siêu b n và có tu i th cao, các h t nano siêu nh , siêu phân ề ổ ọ ạ ỏtán đượ ức ng d ng. Các nghiên c u, s n xu t trong ụ ứ ả ấ lĩnh ự v c này hi n nay u mang ệ đềtính c p thi t. Các nhà s n xu t l n nh t th gi i có th k t i là Maiti (Nh t B n), ấ ế ả ấ ớ ấ ế ớ ể ể ớ ậ ảBASF (Đức), Zika (Th y ụ Sĩ), Elkem (Na Uy).Các nhà khoa h c nghiên c u ch ọ đã ứ ếtạo thép nano ây là mĐ ột bước tiến quan tr ng b i t i nay ọ ở ớ chưa có v t li u nào sánh ậ ệđược với nó về ch số cường . Thép siêu bền là vật li u lý ỉ độ ệ tưởng xây d ng các để ựcơng trình th y và cơng trình c u ủ ầ đường. Các l p ph nano composite và polymer s ớ ủ ẽgia tăng ổ tu i th c a các k t c u nhọ ủ ế ấ ờ tăng khả năng ch ng mòn cho k t c u trong ố ăn ế ấcác môi trường xâm th c[8]. ự

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

10 Hình 1-5: ng d ng công ngh nano Ứ ụ ệ được xây d ng t i thành ph Sydney ự ạ ố

(Australia)

Ngôi nhà u tiên ng d ng công ngh nano đầ ứ ụ ệ được xây d ng t i thành ph ự ạ ốSydney (Australia) thu hút đã đượ ực s quan tâm c a nhi u t ch c ủ ề ổ ứ thương mại và phi thương mại trên thế giới. Ngơi nhà có khả năng ự t bảo dưỡng, môi trường ho t ng ạ độcó năng su t cao và chi phí b o trì th p. Mái nhà b ng kim lo i ấ ả ấ ằ ạ đượ sơnc ph thêm ủlớp v t li u nano có khậ ệ ả năng tự điều ch nh nhi t c a nó cân b ng mơi ỉ ệ độ ủ để ằ trường khí h u trong nhà. ậ

Tương ự như t vậy, các b c tường u ứ đề được gắn cảm biến nano do vậy nhiệt độphịng có khả năng ự điề t u ch nh ỉ tăng ả gi m tùy theo th i ti t. B m t b b p ờ ế ề ặ ệ ế được làm b ng oxit titan khi b b n s t làm s ch ngồi ra cịn có thằ ị ẩ ẽ ự ạ ể ngăn chặn vi khuẩn nấm m c. G ch men phòng t m ố ạ ắ được ph l p v t li u nano ch ng sủ ớ ậ ệ ố ự đóng váng c a ủbọt xà phòng. Các b ph n k t c u ộ ậ ế ấ đượ ắc l p linh ki n c m ng giám sát khệ ả ứ để ả năngchịu lực, sự bi n d ng, lún, nế ạ ứt r n, ạ ăn mòn…. giúp xử lý chúng kịp thời.

<b>1.6.5. Y và </b>tế <b>chăm sóc sức khỏe</b>

Y t là m t trong nh ng ế ộ ữ ứng d ng l n nh t c a cơng ngh nano . Ví d ụ ớ ấ ủ ệ ụ như việc điều tr bênh ung thư hi n nay có r t nhiị ệ ấ ều phương pháp được thử nghiệm để có th ểhạn ch các kh i u phát tri n và tiêu di t chúng cế ố ể ệ ở ấp độ ế t bào. M t nghiên cộ ứu đã cho k t qu r t kh quan khi s d ng h t nano vàng ch ng l i nhi u loế ả ấ ả ử ụ ạ để ố ạ ề ại ung thư . Các h t nano ạ đã được đưa vào bên trong các khối u sau đó b ng vi c s d ng tia lase ằ ệ ử ụhồng ngo i chi u t bên ngoài vào giúp ạ ế ừ tăng nhiệt độ để tiêu di t các kh i u. ệ ố

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

11 Công ngh nano tệ rong tương lai không xa sẽ giúp con người ch ng lố ại các căn bệnh ung thư quái ác ngay cả những căn bệnh khó chữa nhất như ung thư não, các bác s hồn tồn có th dĩ ể ễ dàng điều trị mà không c n m h p s c a b nh nhân hay ầ ở ộ ọ ủ ệcác phương pháp hóa trị độc hại nào khác .

Các công c ch n ụ ẩ đốn và hình nh t t ả ố hơn được kích hoạt bởi cơng ngh nano ệđang mở đường cho việc chẩn đoán sớm hơn, các l a chọn ự điều tr cá nhân hóa ị hơnvà t lỷ ệ điều tr thành công t t ị ố hơn [9].

Hình 1-6: Cơng ngh nano ng d ng trong y hệ ứ ụ ọc

<b>1.6.6. Năng lượng xanh, môi trường sạch </b>

Bên c nh nh ng ng d ng mà công ngh nano ạ ữ ứ ụ ệ đem lại giúp c i thi n ả ệ đáng kể ởnhiều lĩnh vực thì phải kể đến đóng góp vơ cùng to lớn mà cơng nghệ nano đem lại cho môi trường thân yêu c a chúng ta . ủ

Vật li u nano ệ đã bắt đầu đượ ử ụng để làm sạch rác thải, thay thế các ngu n c s d ồnăng lượng không tái tạo bằng năng lượng tái tạo, giảm ô nhiễm, tăng hiệu su t c a ấ ủpin m t tr i. S t nano hiặ ờ ắ ện đã được s d ng trong r t nhi u d án xử ụ ấ ề ự ử lý mơi trường và mang lại thành cơng đáng khích lệ. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm bơm cácbon trộn các h t s t nano ạ ắ vào đất ô nhi m khễ ả năng thấm hút các chất gây ô nhiễm cao hơn nhiều so với vật liệu khơng có hạt nano.

Trong tương lai, vật liệu nano có thể giúp tạo ra các dạng năng lượng thay thế. Sử d ng các ch t xúc tác nanoụ ấ , người ta có th s n xuể ả ất hyđrô mộ ạng năng lượt d ng thay th tế ừ nước. Điện cực quang s d ng v t li u nano, chuyử ụ ậ ệ ển đổi ánh sáng m t tr i ặ ờthành hyđrô với hiệu quả cao gấp 6 lần so với phương pháp dùng các vật liệu thông thường.

Cơng ngh nano có th giúp ệ ể đáp ứng nhu c u vầ ề nước s ch, giá c ph i ạ ả ả chăngthông qua vi c phát hi n và x lý các t p ch t trong ệ ệ ử ạ ấ nước nhanh chóng, chi phí th p. ấ

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

31 Quan sát quá trình di n ra ph n ng ta th y khi nhễ ả ứ ấ o t t d ch bàng nh ng gi t ừ ừ ị ữ ọđầu tiên xuống bình cầu ch a sắt, dung d ch bắt u chuyển t màu vàng nâu sang ứ ị đầ ừmàu xanh đen và có các h t vô cùng nhạ o li ti, l ng trong dung d ch v i lơ ử ị ớ độ phân tán khá t t . ố Lượng h t ạ tăng ầ d n khi tăng lượng dung d ch bàng lên. ị

Hình 3-5:Dung d ch sau t ng h p ị ổ ợ đã để ắ l ng 1 ti ng và s y chân không 15 ế ấtiếng

Dung d ch sau ph n ng khi mị ả ứ để ô t th i gian thì có s k t c m các h t thành ờ ự ế ụ ạcác c m h t nano (cluster), tuy nhiên các cluster này v n ụ ạ ẫ lơ lửng và phân tán t t trong ốdung d ch ch không l ng c n xu ng ị ứ ắ ặ ố đáy. Điề đo ch ng t r ng các h t t o ra là r t u ứ ỏ ằ ạ ạ ấbé. Để có th phân tích, ể đánh giá rõ ràng hơn i h nh thái, c u trúc c a h t t o thành ta ấ ủ ạ ạsử d ng phép phân tích hi n i ụ ệ đạ như SEM , XRD ,FTIR.

Phép SEM đo được th c hi n thu ự ệ để được hình nh tr c quan v s n ph m s t ả ự ề ả ẩ ắnano. Hình thái và kích thước s n ph m s t nano ả ẩ ắ được th hi n trong hình 3-6 cho ể ệthấy các h t nano có d ng hình c u kích ạ ạ ầ thước khá đồng đều đường kính trong kho ng ảtừ 20 - 50nm. Do c u trúc nano nh và h t có t tính nên các h t này có xu ấ ỏ ạ ừ ạ hướng liên k t vế ới nhau tạo thành các cụm h t nano. ạ

</div>