Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương và ứng dụng để kháng khuẩn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PTN CÔNG NGHỆ NANO

PHẠM THỤY BÍCH TUYỀN

TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG PHƢƠNG PHÁP
VI NHŨ TƢƠNG VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ KHÁNG KHUẨN

Chuyên ngành:

Vật liệu và Linh kiện Nanô

(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. LÊ VĂN HIẾU

Thành phố Hồ Chí Minh – 2012


MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................. 1
1.1.

Giới thiệu về vật liệu nano..........................................1

1.1.1.

Các khái niệm cơ bản .........................................1

1.1.2.

Tính chất vật liệu nano .......................................1

1.1.3.

Phân loại vật liệu nano........................................2

1.1.4.

Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ..............2

1.2.

Tổng quan về hạt nano bạc và hợp chất TiO2 .............2

1.2.1.

Hạt nano bạc .......................................................2

1.2.2.

Hợp chất TiO2 .....................................................6

1.3.

Giới thiệu về phƣơng pháp tổng hợp nano bạc và hợp

chất TiO2 .............................................................................7
1.3.1.

Phƣơng pháp vi nhũ tƣơng .................................7

1.3.2.

Phƣơng pháp Sol-gel ........................................10

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM........................................ 11
2.1.

Chuẩn bị hóa chất và dụng cụ thí nghiệm.................11

2.1.1.

Hoá chất ............................................................11

2.1.2.

Dụng cụ và thiết bị đƣợc sử dụng để tiến hành

thí nghiệm .........................................................................11
2.1.3.

Các thiết bị đƣợc sử dụng trong việc phân tích

mẫu

11

2.2.

Quy trình thí nghiệm ................................................12

2.2.1.

Quy trình tổng hợp dung dịch nano bạc ...........12

2.2.2.

Quy trình tổng hợp sol TiO2:Ag .......................12

2.2.3.

Quy trình tạo mẫu màng và bột TiO2:Ag..........13

2.3.

Các phƣơng pháp phân tích mẫu ..............................14

2.3.1.

Phổ tử ngoại và khả kiến UV-Vis .....................14

2.3.2.

Phổ nhiễu xạ tia X ...........................................14


2.3.3.

Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM ...............15

2.3.4.

Phƣơng pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của

dung dịch nano bạc ...........................................................15
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................... 16
3.1.

Tổng hợp dung dịch nano bạc ..................................16

3.1.1.

Kết quả phân tích UV-Vis ................................16

3.1.2.

Kết quả phân tích TEM ....................................18

3.1.3.

Kết quả kiểm tra hàm lƣợng bạc thực tế ...........20

3.1.4.

Kết quả phân tích khả năng diệt khuẩn.............20

3.2.

Kết quả tạo màng và bột TiO2:Ag ............................20

3.2.1.

Kết quả phân tích mẫu màng ............................20

3.2.2.

Kết quả phân tích mẫu bột ................................21

CHƢƠNG 4:..................................................................... 22
4.1. Kết luận: ..........................................................................22
4.2. Hƣớng phát triển của đề tài: ............................................23


1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về vật liệu nano
1.1.1.

Các khái niệm cơ bản

Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện
tƣợng và sự can thiệp vào vật liệu theo các quy mô nguyên tử,
phân tử và đại phân tử.
Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế
tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều
khiển hình dáng và kích thƣớc trên quy mô nano mét.
Vật liệu nano là đối tƣợng của hai lĩnh vực là khoa học
nano và công nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với
nhau.
1.1.2.

Tính chất vật liệu nano

1.1.2.1. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử
trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng. Hiệu ứng
bề mặt luôn có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thƣớc, hạt
càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngƣợc lại.
Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của hạt nano
hình cầu.
Đƣờng
kính hạt
nano (nm)
10
5
2
1

Số
nguyên

tử
30.000
4.000
250
30

Tỉ số nguyên
tử trên bề mặt
(%)
20
40
80
90

Năng lƣợng
bề
mặt
(erg/mol)
4,08×1011
8,16×1011
2,04×1012
9,23×1012

Năng lƣợng bề
mặt trên năng
lƣợng tổng (%)
7,6
14,3
35,3
82,2

1.1.2.2. Hiệu ứng kích thƣớc
Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất đều có một độ dài
đặc trƣng. Độ dài đặc trƣng của rất nhiều tính chất vật liệu


2
đều rơi vào kích thƣớc nm. Chính điều này đã làm nên cái
tên “vật liệu nano” mà ta thƣờng nghe đến ngày nay.
Bảng 1.2: Giá trị độ dài đặc trƣng của một số tính chất
của vật liệu.
Tính chất

Thông số

Độ dài đặc trƣng
(nm)

Điện

Bƣớc sóng của điện tử
Quãng đƣờng tự do trung bình
không đàn hồi
Hiệu ứng đƣờng ngầm

10-100
1-100
1-10

Từ

Vách đô men, tƣơng tác trao đổi
Quãng đƣờng tán xạ spin
Giới hạn siêu thuận từ

10-100
1-100
5-100

Hố lƣợng tử (bán kính Bohr)
1-100
Độ dài suy giảm
10-100
Quang
Độ sâu bề mặt kim loại
10-100
Hấp thụ Plasmon bề mặt
10-500
1.1.3.
Phân loại vật liệu nano
Về hình dáng vật liệu: Vật liệu nano không chiều, một chiều,
hai chiều,...
Theo tính chất vật liệu: Vật liệu nano kim loại, bán dẫn, từ
tính, sinh học,…
1.1.4.
Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano
Vật liệu nano đƣợc chế tạo bằng hai phƣơng pháp:
phƣơng pháp từ trên xuống (top-down) và phƣơng pháp từ
dƣới lên (bottom-up). Phƣơng pháp từ trên xuống là phƣơng
pháp tạo hạt kích thƣớc nano từ các hạt có kích thƣớc lớn

hơn; phƣơng pháp từ dƣới lên là phƣơng pháp hình thành
hạt nano từ các nguyên tử.
1.2.
Tổng quan về hạt nano bạc và hợp chất TiO2
1.2.1.
Hạt nano bạc


3
1.2.1.1. Nguyên tố kim loại bạc

Cấu trúc tinh thể bạc
Bạc (Ag) là nguyên
tố thứ 47 trong hệ thống tuần
hoàn, thuộc chu kỳ 5, phân
nhóm IB, có cấu trúc tinh

thể lập phƣơng tâm mặt.
Hình 1.3: Cấu trúc tinh thể của bạc


Tính chất điện tử của bạc
Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p64s23d105s1
Bảng 1.3: Một số hằng số về tính chất điện tử của bạc
Ái lực điện tử
Năng lƣợng ion hóa lần 1
Năng lƣợng ion hóa lần 2
Năng lƣợng ion hóa lần 3
Độ âm điện Pauling
Độ âm điện Allred Rochow

Độ âm điện Mulliken-Jaffe
Liên kết Ag-Ag
Bán kính nguyên tử
Bán kính nguyên tử
Bán kính Covalent
Bán kính Van der Waals

125.6 kJ/mol
731.0 kJ/mol
2070 kJ/mol
3361 kJ/mol
1.93 Pauling Units
1.42 Pauling Units
1.47 Pauling Units
288.9 pm
160 pm
165 pm
153 pm
172 pm

 Tính chất hóa học
Trong điều kiện thƣờng, bạc là kim loại rất bền, rất
khó bị oxy hóa trong không khí ngay cả khi bị đun nóng.
Trong phòng thí nghiệm, để điều chế bạc ngƣời ta thƣờng
dùng các chất khử hữu cơ hoặc nhiệt độ để khử Ag+ có
trong dung dịch AgNO3 về Ag.


4
2AgNO3 2Ag + 2NO2 + O2

 Tính chất vật lý của bạc
Bảng 1.4: Tính chất vật lý cơ bản của bạc
Tỉ trọng
Thể tích phân tử gam
Vận tốc truyền âm thanh
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi
Mô đun Young
Mô đun cắt
Mô đun nén
Hệ số Poissons
Độ cứng theo thang Mineral
Độ cứng theo thang Brinell
Độ cứng theo thang Vickers
Điện trở
Độ phản xạ

Tính chất khối
Tính chất nhiệt
Tính chất
đàn hồi
Độ cứng
Tính chất điện
Tính chất quang

1.2.1.2.

10490 kg/m3
10.27 cm3
2600 m/s

961.78 oC
2162 oC
83 GPa
30 GPa
100 GPa
0.37
2.5
24.5 MN/m2
251 MN/m2
1.6x10-8 m
97 %

Các tính chất của hạt nano bạc

 Tính chất quang:
Hạt nano kim loại, đặc biệt là các kim loại quý nhƣ vàng,
bạc, đồng, platin có một hiệu ứng vô cùng đặc biệt khi tồn tại ở
kích thƣớc nanomet, đó là “Cộng hƣởng Plasmon bề mặt”
(surface plasmon resonance _ SPR ), hiệu ứng này khiến cho
chúng có những màu sắc khác nhau khi ánh sáng truyền qua.

Hình 1.5: Plasmon bề mặt của kim loại.
Tính chất quang của hạt nano có đƣợc do sự dao
động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tƣơng tác
với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động nhƣ vây, các điện tử


5
sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực
điện tạo thành một lƣỡng cực điện.

Hình 1.6: Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng
Mie đã chỉ ra đƣợc rằng bƣớc sóng cộng hƣởng và vị trí
đỉnh cực đại phụ thuộc vào kích thƣớc của hạt nano. Khi kích
thƣớc hạt tăng thì đỉnh của phổ hấp thụ dịch chuyển về phía bƣớc
sóng cộng hƣởng.
Ngoài ra mật độ hạt nano bạc cũng ảnh hƣởng đến tính
chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi nhƣ gần đúng hạt tự
do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hƣởng của quá trình
tƣơng tác giữa các hạt.
 Tính chất từ: Ở trạng thái khối bạc có tính
nghịch từ do sự bù trừ cặp điện tử. Khi thu nhỏ kích thƣớc đến
kích thƣớc nano thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và hạt
nano bạc có tính từ tính khá mạnh.
 Tính chất điện: Bạc là một trong những kim loại
dẫn điện tốt nhất. Khi kích thƣớc của hạt giảm dần về kích cỡ
nanomet, hiệu ứng lƣợng tử do giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc
vùng năng lƣợng dẫn đến hiệu ứng chắn Coulomb.
 Tính chất nhiệt: Khi kích thƣớc bạc giảm xuống
cỡ nanomet thì nhiệt độ nóng chảy của bạc giảm xuống thấp hơn
so với bạc khối.
1.2.1.3.
Đặc tính kháng khuẩn
 Cơ chế diệt khuẩn của hạt nano bạc


6
Ion bạc có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành
phần cấu tạo nên màng tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng
vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn.

Hình

1.10: Cơ

chế diệt

khuẩn

của

nano bạc
Sau đó nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với

nhóm –SH của phân tử enzym dẫn đến ức chế quá trình hô hấp
của tế bào vi khuẩn.
Ngoài ra, nó còn có khả năng liên kết với các base của
DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphate do đó ngăn chặn
quá trình sao chép DNA.
1.2.1.4.

Ứng dụng của nano bạc

Với tính chất kháng khuẩn hiệu quả, nano bạc đƣợc ứng
dụng rất nhiều ngành nghề và sản phẩm từ y – sinh đến những vật
dụng tiêu dùng hằng ngày.
1.2.2.
Hợp chất TiO2
1.2.2.1.
Cấu trúc của hợp chất TiO2

TiO2 có nhiều dạng thù hình, trong đó ba dạng thù hình
cơ bản là: Anatase, Rutile và Brookite. Thông thƣờng, TiO2 đƣợc
sử dụng làm chất xúc tác quang hóa ở dạng Anatase và Rutile.
1.2.2.2.
Quá trình diệt khuẩn của TiO2
Những vật liệu tự làm sạch làm việc bằng cách sử dụng
tính chất quang xúc tác của TiO2. Vật liệu đƣợc phủ một lớp
nano TiO2 rất mỏng. Khi lớp bán dẫn đƣợc đƣa ra ngoài ánh


7
sáng, các photon với năng lƣợng bằng hoặc lớn hơn độ rộng vùng
cấm của TiO2 sẽ kích thích electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn.
Những electron bị kích thích sẽ tác động trở lại với các phân tử
oxy trong không khí, và có thể phá vỡ hầu hết các hợp chất hữu
cơ thành CO2 và H2O thông qua phản ứng oxy hóa- khử.

Hình 1.18: Quá trình làm việc của tấm vải tự làm sạch
1.2.2.3.
Ứng dụng của hợp chất TiO2
Tính tự làm sạch của TiO2 đặc biệt quan trọng đối với các
loại kiếng dùng trên các phƣơng tiện vận chuyển (kiếng chiếu
hậu, kiếng chắn gió của xe), giúp tài xế luôn có một cái nhìn rõ
ràng, chính xác khung cảnh chung quanh. Nó còn có thể phân
hủy từ từ các chất bẩn hữu cơ và ngăn cản chúng bám trên bề mặt
kiếng.
1.3.
Giới thiệu về phƣơng pháp tổng hợp nano bạc và hợp
chất TiO2
1.3.1.

Phƣơng pháp vi nhũ tƣơng
Vi nhũ tƣơng là hệ phân tán vi dị thể, gồm pha dầu và
pha nƣớc phân tán đồng nhất vào nhau và đƣợc ổn định bởi phân
tử các chất diện hoạt trên bề mặt phân cách hai pha, có tính đẳng
hƣớng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt động học giống
một dung dịch lỏng.


8
Thành phần của vi nhũ tƣơng có hai pha dầu và nƣớc, có
các chất hoạt động bề mặt.
Giản đồ pha còn gọi là biểu đồ trạng thái là đồ thị mô tả
sự phụ thuộc giữa các thông số trạng thái của hệ nằm trong cân
bằng pha. Giản đồ pha có hình dạng tam giác, mỗi đỉnh ứng với
các thành phần dầu, nƣớc, chất hoạt động bề mặt với lƣợng tƣơng
ứng 100% trong công thức.
Có hai loại vi nhũ tƣơng: Vi nhũ tƣơng thuận – nhũ
tƣơng dầu trong nƣớc, ký hiệu là o/w. Vi nhũ tƣơng đảo – nhũ
tƣơng nƣớc trong dầu, ký hiệu là w/o.
Phƣơng pháp dùng để phân biệt vi nhũ tƣơng
+

Phân biệt bằng phƣơng pháp pha loãng: Nếu dùng nƣớc

làm dung môi pha loãng thì loại nào tan trong nƣớc đó là vi nhũ
tƣơng thuận (o/w) và ngƣợc lại là vi nhũ tƣơng đảo (w/o).
+

Phân biệt bằng độ dẫn điện : Vì dầu có độ dẫn điện nhỏ

hơn của nƣớc rất nhiều nên khi dầu là dung môi thì độ dẫn điện
của hệ rất nhỏ. Dựa vào đó ta dễ dàng xác định đƣợc loại nhũ
tƣơng.
Quy trình tổng hợp các hạt nanao bằng phƣơng pháp vi
nhũ tƣơng
+

Cách thứ nhất: Chuẩn bị hai hệ vi nhũ tƣơng giống hệt

nhau một chứa tiền chất, một chứa chất keo tụ. Sau đó trộn lẫn cả
hai hệ lại với nhau.
+

Cách thứ hai: thêm trực tiếp chất khử (chất keo tụ) vào hệ

vi nhũ chứa tiền chất.
Độ bền của hệ phân tán hạt phụ thuộc vào hai yếu tố
trọng yếu là sự khuếch tán và sự sa lắng.
VKT = D.dC/dx

(1.1)


9
VSL= U.C = [V.(d-d0).g]/B

(1.3)

Tùy theo tốc độ khuếch tán VKT và tốc độ sa lắng VSL mà:
+

Hạt sa lắng khi VSL > VKT

+

Hệ phân tán cân bằng khi VSL = VKT

+

Hệ bền vững khi VSLChất hoạt động bề mặt và quy tắc lựa chọn
Chất hoạt động bề mặt gồm một đầu kỵ nƣớc và một

đầu ƣa nƣớc, đƣợc dùng giảm sức căng bề mặt của một chất
lỏng bằng cách làm giảm sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc
của hai chất lỏng.
Các tiêu chuẩn lựa chọn chất hoạt động bề mặt:
+

Tƣơng đối phù hợp với cấu trúc của pha phân tán.

+

Ngăn chặn đƣợc sự va chạm gây keo tụ giữa các hạt

+

Vi nhũ tƣơng nghịch sẽ sử dụng chất hoạt động bề mặt

không ion . Còn vi nhũ tƣơng thuận sẽ sử dụng chất nhũ hóa có

ion.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chế tạo nhũ tƣơng:
+

Ảnh hƣởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt

+

Ảnh hƣởng của thời gian khuấy trộn

+

Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn

+

Ảnh hƣởng của tỉ lệ thể tích hai pha

+

Ảnh hƣởng của thứ tự cho các pha vào nhau

+

Ảnh hƣởng bởi tỷ lệ mol giữa chất khử và tiền chất
Ƣu điểm và khuyết điểm của phƣơng pháp vi nhũ tƣơng

+

Ƣu điểm: cho phép kiểm soát tốt các tính chất của các hạt

nano nhƣ kích thƣớc, hình dạng, tính đồng nhất. Quá trình thực
hiện đơn giản, độ ổn định của hệ cao, bảo quản đƣợc ở nhiệt độ
phòng trong thời gian dài mà không bị kết tủa.


10
+

Khuyết điểm: Số lƣợng dung môi hữu cơ trên bề mặt lớn.

Ngoài ra dung môi đƣợc sử dụng trong hệ đôi khi là dung môi
hữu cơ có hại.
1.3.2.
Phƣơng pháp Sol-gel
Sol-gel là một quá trình các phản ứng hóa học bắt đầu
đi từ dung dịch đến sản phẩm cuối cùng ở trạng thái rắn. Sử
dụng phƣơng pháp Sol-gel, ta có thể chế tạo ra các hợp chất
ở dạng khối, bột siêu mịn, màng mỏng và sợi. Một cách đơn
giản nhất, phƣơng pháp này đƣợc mô tả bởi hai loại phản
ứng cơ bản là phản ứng thủy phân và polymer hóa ngƣng tụ.
Quá trình tạo vật liệu bằng phƣơng pháp Sol-gel
+

Tạo dung dịch sol: alkoxide kim loại bị thủy phân và

ngƣng tụ, tạo thành dung dịch sol gồm những hạt oxide kim loại
nhỏ phân tán trong dung dịch sol.
+

Gel hóa: giữa các hạt sol hình thành liên kết. Độ nhớt của

dung dịch tiến ra vô hạn.
+

Thiêu kết: đây là quá trình kết chặt khối mạng. Thông

qua quá trình này gel sẽ chuyển từ pha vô định hình sang pha tinh
thể dƣới tác dụng của nhiệt độ cao
Ƣu điểm và nhƣợc điểm của quá trình Sol-Gel
+

Ƣu điểm: Ƣu điểm nổi trội nhất của phƣơng pháp sol-gel

là khả năng chế tạo đƣợc những vật liệu mới có cấu trúc đồng
đều: vật liệu xốp, vật liệu microballoon...
+

Nhƣợc điểm: Sự liên kết trong màng yếu, có độ thẩm

thấu cao, rất khó để điều khiển độ xốp, dễ bị rạn nứt trong quá
trình nung sấy.


11

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM
Chuẩn bị hóa chất và dụng cụ thí nghiệm
2.1.1.
Hoá chất

Hóa chất sử dụng trong quá trình tổng hợp nano bạc

2.1.

+ Precusor : Nitrat bạc (AgNO3)
+

Chất khử : Natri bohiđrua (NaBH4)

+

Chất hoạt động bề mặt: Dioctyl sodium sulfosuccinate-

AOT (C20H37NaO7S)
+

Dung môi: Cyclohexane (C6H12), Isooctane (C8H18),

Dodecane (C12H26)
+

Nƣớc cất 2 lần
Hóa chất sử dụng trong quá trình tổng hợp hợp chất TiO2

+

Precusor: Titanium isopropoxide – TIP (C12H28O4Ti)

+

Chất xúc tác: Axit acetic (C2H4O2)

+

Chất phụ gia: 2-propanol hay Isopropanol (C3H8O)

+

Dung môi: Methanol (CH4O)
2.1.2.
Dụng cụ và thiết bị đƣợc sử dụng để tiến hành
thí nghiệm
Dụng cụ: pipet, lọ trung tính, ống nhỏ giọt và các ống
tiêm thủy tinh, cá từ.
Thiết bị: cân điện tử, máy đánh siêu âm, máy khuấy từ,
máy quay ly tâm.
2.1.3.

Các thiết bị đƣợc sử dụng trong việc phân tích

mẫu
Máy đo phổ hấp thu UV-Vis
Máy đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
Máy TEM (JEM – 1400)


12
Máy đo hàm lƣợng bạc thực tế trong mẫu
2.2.

Quy trình thí nghiệm
2.2.1.

Quy trình tổng hợp dung dịch nano bạc

Hệ vi nhũ tƣơng đƣợc sử dụng trong quá trình chế tạo hạt
nano bạc là hệ vi nhũ nƣớc trong dầu (w/o).
Tỷ lệ mol giữa H2O và AOT là =5, =7.5 và =10.
Tỷ lệ mol giữa dung dịch AgNO3 (0.1-0.2M) và
NaBH4 0.2M đƣợc chọn là 1:1.
Tốc độ nhỏ là 1 giọt/giây
Khuấy từ ở mức độ 5, tƣơng đƣơng 500 vòng/phút.
Cơ chế hình thành nano bạc
AgNO3 + NaBH4 → Ag + ½ H2 + ½ B2H6 + NaNO3

(2.1)

Hình 2.5: Sơ đồ tổng hợp dung dịch nano bạc
2.2.2.
Quy trình tổng hợp sol TiO2:Ag
Tiến hành pha hệ sol TiO2 theo tỷ lệ mol:
Ti(OC3H7)4:CH3COOH:(CH3)2CHOH:CH3OH=1:6,06:1,34:7,17

Tốc độ khuấy từ tƣơng đƣơng 500 vòng/ phút, tốc độ nhỏ
giọt là 3 giọt/giây.


13
Pha dung dịch chứa nano vào hệ sol TiO2 theo tỷ lệ ban
đầu là 5%

Hình 2.6: Sơ đồ tổng hợp sol TiO2:Ag
2.2.3.

Quy trình tạo mẫu màng và bột TiO2:Ag

Tốc độ phủ nhúng tốt nhất trong quá trình thực
nghiệm là 6cm/phút. Với vận tốc này chúng tôi thấy màng
thu đƣợc có độ đồng đều cao.
Quá trình sấy và nung mẫu màng đƣợc tiến hành
trong điều kiện nghiêm ngặt vì đây là bƣớc cuối cùng quyết
định đến sự chuyển đổi cấu trúc của sản phẩm.


14

Hình 2.7: Sơ đồ tạo mẫu bột và màng TiO2:Ag
2.3.
Các phƣơng pháp phân tích mẫu
2.3.1.
Phổ tử ngoại và khả kiến UV-Vis (Ultraviolet
– Visible)
Phổ UV – Vis là loại phổ electron, ứng với mỗi elctron
chuyển mức năng lƣợng ta thu đƣợc một vân phổ rộng. Phƣơng
pháp đo phổ UV – Vis (phƣơng pháp trắc quang) là một phƣơng
pháp định lƣợng xác định nồng độ của các chất thông qua độ hấp
thu của dung dịch.
2.3.2.
Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

15
Có thể xem nhiễu xạ là sự thay đổi tính chất ánh sáng hoặc
sóng do sự xuyên sâu vào vật thể, xem xét sự nhiễu xạ tia X để
xác định cấu trúc tinh thể.
2.3.3.
Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission
Electron Microscopy – TEM)
Đây là một công cụ rất mạnh trong việc nghiên cứu cấu
trúc ở cấp độ nano. Nó cho phép quan sát chính xác cấu trúc nano
với độ phân giải lên đến 0.2 nm.
2.3.4.
Phƣơng pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn
của dung dịch nano bạc
Chủng vi khuẩn dùng trong thử nghiệm là khuẩn
Escherichia coli ATCC 25922.
Phƣơng pháp này dựa trên nguyên tắc đếm khuẩn lạc để
xác định số lƣợng tế bào vi sinh vật còn sống hiện diện trong
mẫu. Tế bào sống là tế bào có khả năng phân chia và tạo thành
khuẩn lạc trên môi trƣờng chọn lọc. Từ đó tính mật độ tế bào và
hiệu suất kháng khuẩn theo công thức (2.5) và (2.6).
 Mật độ tế bào:
(2.5)
Trong đó Ai : khuẩn lạc trung bình trong dĩa
Di : độ pha loãng
V: dung tích huyền phù tế bào cho vào mỗi dĩa
(ml)
 Hiệu suất kháng khuẩn:
(2.6)
Trong đó N1 là số khuẩn lạc trong dĩa đối chứng

N2 là số khuẩn lạc trong dĩa chứa nano bạc


16

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1.

Tổng hợp dung dịch nano bạc

Hình 3.1: Các dung dịch nano bạc sau khi tạo thành
Hình 3.1 cho thấy màu sắc của các dung dịch nano bạc sau
khi tạo thành thay đổi từ màu vàng nhạt cho đến màu nâu
đậm.
3.1.1.
Kết quả phân tích UV-Vis
3.1.1.1.
Khảo sát theo dung môi và tỷ lệ mol
giữa nƣớc và chất hoạt động bề mặt

Hình 3.3: Kết quả UV-Vis mẫu nano bạc với dung môi
cyclohexane với các tỷ lệ mol giữa nước và AOT lần lượt là
=5, =7.5 và =10.


17

Hình 3.4: Kết quả UV-Vis mẫu nano bạc với dung môi isooctane
với các tỷ lệ mol giữa nước và AOT lần lượt là =5, =7.5 và
=10.

Hình 3.5: Kết quả UV-Vis mẫu nano bạc với dung môi dodecane
với các tỷ lệ mol giữa nước và AOT lần lượt là =5, =7.5 và
=10.
 Nhận xét:


18
Có sự xuất hiện của các đỉnh phổ đặc trƣng của bạc với
bề rộng phổ tƣơng đối dài và đối xứng, chứng tỏ các hạt nano tạo
thành có dạng hình cầu.
Đồng thời, khi tăng tỷ lệ mol giữa nƣớc và chất hoạt
động bề mặt AOT thì bƣớc sóng hấp thu cũng dịch chuyển dần về
phía bƣớc sóng dài.
3.1.1.2. Khảo sát theo sự thay đổi nồng độ AgNO3

Hình 3.6: Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc theo sự thay đổi
nồng độ AgNO3 khi sử dụng dung môi dodecane với tỷ lệ =5
Hình 3.6 cho thấy khi tăng nồng độ AgNO3 từ 0.1 đến
0.2 M thì bƣớc sóng hấp thu cũng tăng từ 420nm đến 439 nm.
3.1.2.
Kết quả phân tích TEM
Tiến hành phân tích các mẫu dung dịch nano bạc với các dung
môi khác nhau trong cùng điều kiện =5.

Hình 3.7: Ảnh TEM của dung dịch nano bạc với dung môi cyclohexane


19

Hình 3.8: Ảnh TEM của dung dịch nano bạc với dung môi isooctane

Hình 3.9: Ảnh TEM của dung dịch nano bạc với dung môi dodecane

 Nhận xét:
Các hạt nano bạc sau khi tạo thành có dạng hình cầu và có
kích thƣớc hạt trên dƣới 5nm. Tuy nhiên, các hạt nano bạc tạo
đƣợc trong dung môi dodecane lại có hình dạng đồng đều hơn so
với trong dung môi cyclohexane và isooctane. Trong thực tế, việc
tổng hợp các hạt nano bạc trong dung môi dodecane có một sự ổn
định tốt hơn, có thể bảo quản trong vài tháng mà không kết tủa.
Kết luận này đƣợc thể hiện ở hình 3.10.

Hình 3.10: Ảnh TEM của dung dịch nano bạc với dung môi dodecane
sau thời gian 4 tháng.


20
3.1.3.

Kết quả kiểm tra hàm lƣợng bạc thực tế trong mẫu
Bảng 3.5: Hàm lƣợng bạc thực tế trong dung dịch
Dung dịch
Ag/cyclohexane
Ag/isooctane
Ag/dodecane

3.1.4.

Nồng độ bạc (ppm)

33.69
49.81
36.26

Kết quả phân tích khả năng diệt khuẩn
Kết quả cho thấy dung dịch chứa nano bạc có tính

diệt khuẩn rất tốt, với hiệu suất lên đến

100%.

Bảng 3.6: Hiệu suất diệt khuẩn của các dung dịch bạc
ở những nồng độ khác nhau

3.2.

Kết quả tạo màng và bột TiO2:Ag
3.2.1.
Kết quả phân tích mẫu màng


21

Hình 3.13: Phổ UV-Vis của sol TiO2:Ag
Quan sát tiếp hình 3.13 và 3.14, ta thấy ở đƣờng cong
hấp thụ của TiO2 không có các đỉnh hấp thụ ở vùng quang phổ ~
400nm, nhƣng ở đƣờng cong hấp thụ của màng TiO2:Ag đã xuất
hiện peak phổ tại bƣớc sóng ~ 400 nm. Chứng tỏ rằng, các hạt
nano bạc bám dịnh tốt và nằm ổn định trong mạng lƣới TiO2.

3.2.2.

Hình3.14: Phổ UV-Vis của màng TiO2:Ag ở 600oC
Kết quả phân tích mẫu bột


22

Hình 3.17: Phổ XRD của mẫu bột TiO2:Ag
Phổ XRD của các mẫu bột TiO2:Ag ở hình 3.17, ta thấy xuất
hiện các đỉnh nhiễu xạ ở 25.3o, 48.12o, 55.04o, 62.74o ứng với các
đỉnh đặc trƣng pha Anatas của TiO2, đỉnh ở 54.3o ứng với pha
Rutile của TiO2. Đồng thời ở 38.12o ta thấy xuất hiện 1 đỉnh
nhiễu xạ, đó chính là đỉnh đặc trƣng của bạc. Điều này, lại một
lần nữa khẳng định sự tồn tại của bạc trong nền TiO2.

CHƢƠNG 4:
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
4.1. Kết luận:
Với những kết quả đã đạt đƣợc, luận văn cơ bản đã hoàn
thành các mục tiêu đề ra:
Tổng hợp thành công hạt nano bạc bằng phƣơng pháp vi
nhũ tƣơng.
Các hạt nano bạc sau khi tạo thành có cấu trúc hình cầu
khá đồng nhất, kích thƣớc nhỏ (chỉ trên dƣới 5nm), phân bố đồng
đều trong dung dịch, và có độ ổn định tốt và có thể bảo quản ở
nhiệt độ phòng trong vài tháng.