Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá khả năng khử khuẩn của vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC

TRẦN THỊ BÍCH HẠNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ
NĂNG KHỬ KHUẨN CỦA VẬT LIỆU NANO BẠC
MANG TRÊN THAN HOẠT TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC

TRẦN THỊ BÍCH HẠNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ
NĂNG KHỬ KHUẨN CỦA VẬT LIỆU
NANO BẠC MANG TRÊN THAN HOẠT TÍNH
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý

Mã số: 60.44.31

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ THỊ HOÀI NAM

Hà Nội - năm 2011


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
BẢNG CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................................... 9
1.1. Giới thiệu chung về bạc ..................................................................................................... 9
1.1.1. Bạc và các ứng dụng của bạc.................................................................................. 9
1.1.2. Cơ chế diệt khuẩn của bạc .................................................................................... 12
1.1.3. Các phƣơng pháp tổng hợp nano bạc ................................................................... 14
1.1.3.1. Phƣơng pháp khử hóa học ......................................................................... 14
1.1.3.2. Phƣơng pháp trao đổi ion .......................................................................... 15
1.1.3.3. Phƣơng pháp khử hóa bức xạ .................................................................... 16
1.1.3.4. Phƣơng pháp bay hơi vật lý ....................................................................... 16
1.1.3.6. Phƣơng pháp phân hủy nhiệt ..................................................................... 17
1.1.3.7. Phƣơng pháp điện hóa ............................................................................... 17

1.1.3.8. Phƣơng pháp quang hóa ............................................................................ 17
1.1.3.9. Phƣơng pháp bức xạ vi sóng điện từ ......................................................... 17
1.1.3.10. Phƣơng pháp polyol ................................................................................. 18
1.1.3.11. Phƣơng pháp phản ứng thế ...................................................................... 18
1.1.4. Một số nghiên cứu vật liệu nano bạc .................................................................... 18
1.2. Than hoạt tính .................................................................................................................. 20
1.2.1. Đặc điểm và tính chất của than hoạt tính.............................................................. 21
1.2.2. Một số ứng dụng của than hoạt tính [19].............................................................. 23
1.2.3. Đặc điểm, tính chất của SiC ................................................................................. 25
1.3. Sóng siêu âm .................................................................................................................... 26
1.3.1. Giới thiệu về sóng siêu âm [26]............................................................................ 26
1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị tạo siêu âm ..................................... 27
CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM .................................................................................................... 29
2.1. Điều chế dung dịch chứa nano bạc .................................................................................. 29
2.1.1. Nguyên liệu và thiết bị ......................................................................................... 29
2.1.1.1. Hóa chất ..................................................................................................... 29
2.1.1.2. Thiết bị, dụng cụ ........................................................................................ 29
2.1.2. Điều chế dung dịch chứa nano bạc bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
1


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

âm ................................................................................................................................... 30

2.1.2.1. Chuẩn bị dung dịch .................................................................................... 30
2.1.2.2. Quy trình điều chế ..................................................................................... 30
2.1.3. Điều chế dung dịch chứa nano bạc bằng phƣơng pháp bức xạ ............................ 31
2.2. Chế tạo vật liệu bạc nano sử dụng chất mang than hoạt tính .......................................... 32
2.2.1. Hóa chất, dụng cụ ................................................................................................. 32
2.2.2. Chế tạo vật liệu Ag/than hoạt tính ........................................................................ 32
2.3. Các phƣơng pháp đặc trƣng ............................................................................................. 32
2.3.1. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ........................................................................ 32
2.3.2. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét phát xạ (FE-SEM) .......................................... 34
2.3.3. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................................................... 35
2.3.4. Phƣơng pháp xác định thành phần nguyên tố AAS .............................................. 37
2.4. Khảo sát khả năng khử khuẩn của vật liệu dựa trên phƣơng pháp đếm khuẩn lạc.......... 38
2.4.1. Khử trùng dụng cụ và môi trƣờng ........................................................................ 39
2.4.2 Quy trình của phƣơng pháp đếm khuẩn lạc ........................................................... 39
2.5. Quy trình đánh giá hoạt tính khử khuẩn E.Coli và Coliforms của vật liệu Ag/Than hoạt
tính .......................................................................................................................................... 40
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................ 42
3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu ................................................................................................ 42
3.1.1. Kết quả điều chế dung dịch nano bạc ................................................................... 42
3.1.2. Kết quả chế tạo vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính ................................. 43
3.2. Kết quả đặc trƣng bằng các phƣơng pháp hóa lý ............................................................ 44
3.2.1. Kết quả đặc trƣng của dung dịch chứa nano bạc điều chế bằng phƣơng pháp khử
hóa học kết hợp siêu âm ................................................................................................. 44
3.2.2. Kết quả đặc trƣng vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính ............................. 46
3.2.2.1. Kết quả đặc trƣng bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .................... 46
3.2.2.2. Kết quả đặc trƣng bằng phƣơng pháp phân tích AAS ............................... 56
3.2.2.3. Kết quả đặc trƣng bằng phƣơng pháp TEM .............................................. 57
3.3. Khảo sát và đánh giá khả năng diệt khuẩn của vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính58
3.3.1 Kết quả khảo sát và đánh giá khả năng diệt khuẩn E.coli của các mẫu vật liệu.... 58
3.3.2 Kết quả khảo sát và đánh khả năng diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu... 62

KẾT LUẬN .................................................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................. 70

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
2


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
STT

KÝ HIỆU

GIẢI THÍCH

1

TEM

Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua

2

SEM

Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét

3

FE-SEM

Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét phát xạ

4

PVP

Polyvinylpyrolidon

5

AAS

Phƣơng pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử

6

XRD

Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X

7

BX

Điều chế nano bạc bằng phƣơng pháp khử hóa bức xạ

8

SA

Điều chế nano bạc bằng phƣơng pháp khử hóa học kết
hợp siêu âm

9

THT

Than hoạt tính

10

Ag-T-SA

Các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than gáo dừa có
nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học
kết hợp siêu âm.

11

Ag-T-BX

Các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than gáo dừa có
nano bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp bức xạ.

12

Ag-SiC-SA

Các mẫu vật liệu nano bạc mang trên silic cacbon có nano
bạc đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp
siêu âm.

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
3


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
STT

Hình vẽ

Tên hình vẽ

1

Hình 1.1

Những ứng dụng chính của nano bạc

5

2

Hình 1.2

Mô tả cấu trúc tế bào vi khuẩn

7

3

Hình 1.3

Than hoạt tính

15

Trang

Kích thƣớc lỗ xốp và phân bố lỗ theo kích thƣớc (PSD)
4

Hình 1.4

của than hoạt tính, silica gel, alumina hoạt tính, rây
phân tử bằng carbon (MSC), và bằng zeolit 5A

16

5

Hình 1.5

Thiết bị tạo sóng siêu âm

22

6

Hình 2.1

Sơ đồ quy trình điều chế dung dịch chứa nano bạc bằng
phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm

24

7

Hình 2.2

Sơ đồ quy trình điều chế dung dịch chứa nano bạc bằng
phƣơng pháp bức xạ

25

8

Hình 2.3

Mô hình phƣơng pháp TEM

27

9

Hình 2.4

Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên bề mặt tinh thể

29

10

Hình 2.5

Phƣơng pháp pha loãng theo dãy thập phân

33

11

Hình 3.1

Dung dịch chứa nano bạc

36

12

Hình 3.2

13

Hình 3.3

Ảnh FE-SEM của dung dịch chứa

nano bạc điều chế

bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm
Ảnh TEM của dung dịch chứa nano bạc điều chế
bằng phƣơng pháp khử hóa học kết hợp siêu âm (a) và

38

39

phƣơng pháp khử hóa bức xạ (b)
Hình 3.4

Giản đồ XRD của mẫu Ag(0,1)-T-SA (a), Ag(0,3)-T-SA (b),
Ag(0,5)-T-SA (c), Ag(0,7)-T-SA (d), Ag(1,0)-T-SA (e) và
phổ chồng của các mẫu Ag(0,1)-T-SA, Ag(0,3)-T-SA,
Ag(0,5)-T-SA, Ag(0,7)-T-SA, Ag(1,0)-T-SA (f)

42

15

Hình 3.5

Giản đồ XRD của mẫu Ag(0,1)-SiC-SA (a),
Ag(0,3)-SiC-SA (b), Ag(0,5)-SiC-SA (c), Ag(0,7)-SiC-SA
(d), Ag(1,0)-SiC-SA (e) và phổ chồng của các mẫu
Ag(0,1)-SiC-SA,
Ag(0,3)-SiC-SA,
Ag(0,5)-SiC-SA,
Ag(0,7)-SiC-SA, Ag(1,0)-SiC-SA (f)

45

16

Hình 3.6

Giản

14

Trần Thị Bích Hạnh

đồ

XRD

của

mẫu

Ag(0,1)-T-BX

(a),

48

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
4


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết
Ag(0,3)-T-BX (b),Ag(0,5)-T-BX(c),Ag(0,7)-T-BX(d),
Ag(1,0)-T-BX (e), và phổ chồng của các mẫu
Ag(0,1)-T-BX,
Ag(0,3)-T-BX,
Ag(0,5)-T-BX,
Ag(0,7)-T-BX, Ag(1,0)-T-BX (f)

17

Hình 3.7

Ảnh TEM của vật liệu nano bạc mang trên than hoạt
tính với dung dịch nano bạc đƣợc chế tạo bằng phƣơng
pháp khử hóa học kết hợp siêu âm (a) và phƣơng pháp

51

khử hóa bức xạ (b).
Ảnh TEM của vật liệu nano bạc mang trên SiC với
18

Hình 3.8

dung dịch nano bạc đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp
khử hóa học kết hợp siêu âm

52

19

Hình 3.9

Kết quả diệt khuẩn E.coli trực quan của các mẫu vật
liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp khử
hóa học kết hợp siêu âm

53

20

Kết quả diệt khuẩn E.coli trực quan của các mẫu vật
Hình 3.10 liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp bức
xạ

55

Kết quả diệt khuẩn Coliforms trực quan của các mẫu
21

Hình 3.11 vật liệu có nano bạc đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp
khử hóa học kết hợp siêu âm

22

Hình 3.12

Kết quả diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu có
nano bạc đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp bức xạ

59

23

Hình 3.13

Đồ thị biểu diễn khả năng diệt khuẩn E.coli của các vật
liệu nano bạc mang trên than hoạt tính

60

24

Hình 3.14

Đồ thị biểu diễn khả năng diệt khuẩn Coliforms của
các vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính

61

Trần Thị Bích Hạnh

57

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
5


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN
Tên bảng

STT Số hiệu bảng
1

3.1

2

3.2

Các mẫu vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính
đƣợc tổng hợp
Kết quả phân tích AAS các mẫu vật liệu

Trang
37
50

Kết quả diệt khuẩn E.coli của các mẫu vật liệu có
3

3.3

nano bạc đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp khử hóa

54

học kết hợp siêu âm
4

5

3.4

Kết quả diệt khuẩn E.coli của các mẫu vật liệu có
nano bạc đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp bức xạ

56

3.5

Kết quả diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu
có nano bạc đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp khử

hóa học kết hợp siêu âm

58

Kết quả diệt khuẩn Coliforms của các mẫu vật liệu
6

3.6

Trần Thị Bích Hạnh

có nano bạc đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp bức
xạ

60

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
6


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

MỞ ĐẦU
Hiện nay có khoảng một phần sáu dân số thế giới (chiếm khoảng 1 tỉ ngƣời) không
đƣợc cung cấp nƣớc sạch hậu quả là hàng năm có khoảng 1,5 triệu trẻ em chết vì thiếu
nƣớc sạch. Đặc biệt, căn bệnh tiêu chảy đã làm cho 1,5 đến 1,9 triệu trẻ em chết mỗi năm
mà 88% trong số này là do sử dụng nguồn nƣớc thiếu vệ sinh, nƣớc không đƣợc khử
trùng [6]. Ở Việt Nam các bệnh liên quan tới nƣớc và vệ sinh môi trƣờng vẫn là vấn đề

lớn về sức khỏe.
Nƣớc là môi trƣờng sinh sống và lan truyền của nhiều loại vi sinh vật, trong đó có
nhiều loại gây hại cho sức khỏe của con ngƣời hay là vật truyền nhiễm bệnh tật. Nƣớc có
độ an toàn về mặt vi sinh là nƣớc không chứa hoặc có chứa vi sinh gây bệnh ở dạng
không hoạt động. Để loại bỏ hay làm mất hoạt tính của vi sinh gây bệnh trong nƣớc ngƣời
ta đã sử dụng nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ: hóa học, vật lý, hóa lý.
Quá trình khử trùng bằng các phƣơng pháp vật lý có nhƣợc điểm là hiệu suất khử
trùng thấp và nƣớc đã khử trùng dễ bị nhiễm khuẩn trở lại. Một số các tác nhân hóa học
có khả năng khử trùng cao nhƣ clo và các hợp chất của clo, nhƣng chúng lại sinh ra sản
phẩm phụ là các hợp chất cơ clo có độc tính cao có thể gây ung thƣ nên ít đƣợc sử dụng.
Từ xa xƣa con ngƣời đã biết sử dụng bạc để bảo vệ sức khỏe cũng nhƣ làm đồ trang
sức cho mình. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ nano, con ngƣời đã chế tạo
đƣợc bạc ở kích thƣớc nano và các sản phẩm chứa nano bạc. Điều đó làm tăng các ứng
dụng của bạc nhằm phục vụ đời sống.
Bạc kim loại có kích thƣớc nano đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực và đời sống nhƣ: y học, nông nghiệp, công nghiệp, môi trƣờng...
[5,12,29,32,39,42]. Đặc biệt nano bạc đƣợc áp dụng trong y học do nó khả năng chống
viêm nhiễm và có tác dụng diệt khuẩn.
Ở kích thƣớc nano, bạc thể hiện các đặc tính vật lý, hóa học, sinh học quý giá, đặc
biệt là khả năng diệt khuẩn mà lại không gây tác hại cho con ngƣời và môi trƣờng. So với
các phƣơng pháp khử trùng truyền thống, nano bạc có hiệu quả diệt khuẩn cao, không tạo

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
7


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

sản phẩm phụ gây độc với môi trƣờng, các phƣơng pháp tổng hợp đa dạng với giá thành
hợp lý.
Hiện nay giới khoa học rất quan tâm đến những đặc tính này của bạc và nảy sinh
nhiều ý tƣởng hay trong nghiên cứu khoa học nhằm tạo ra những sản phẩm ứng dụng
trong xử lí nƣớc cấp và nhiều lĩnh vực khác phục vụ cho đời sống. Ở Việt Nam lĩnh vực
nghiên cứu này còn khá mới mẻ và gần đây mới đƣợc quan tâm.
Do đó chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu của luận văn là: "Nghiên cứu tổng hợp và
đánh giá khả năng khử khuẩn của vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính''. Mục
tiêu của đề tài là tổng hợp bạc có kích thƣớc nano bằng phƣơng pháp khử hóa học có mặt
sóng siêu âm và phƣơng pháp khử hóa bức xạ đồng thời đánh giá khả năng khử khuẩn của
bạc khi mang trên than hoạt tính ở các nồng độ bạc khác nhau. Nghiên cứu này sẽ góp
phần hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu nano bạc trên chất mang và đƣa vào ứng dụng
trong thực tiễn.
Nội dung luận văn:
 Phần mở đầu
 Chƣơng I - Tổng quan tài liệu
 Chƣơng II - Nghiên cứu thực nghiệm
 Chƣơng III - Kết quả và thảo luận
 Phần kết luận

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
8


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu chung về bạc
Bạc có cấu hình: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 thuộc chu kì 5, nhóm IB. Bạc có
một electron ở lớp ngoài cùng tƣơng tự nhƣ các kim loại kiềm.
Đến nay đã tìm ra đƣợc 19 đồng vị, trong đó có hai đồng vị thiên nhiên là
Ag107(chiếm 51,35%) và Ag109(chiếm 48,65%), còn lại là các đồng vị phóng xạ từ Ag102
đến Ag115, trong đó đồng vị phóng xạ bền nhất là Ag110 ( có chu kì bán hủy là 270 ngày
đêm).
Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm
Bán kính ion bạc: 0,23 nm
1.1.1. Bạc và các ứng dụng của bạc
Bạc (trong tiếng Latinh có tên là Argentum) là một trong những chất diệt khuẩn hiệu
quả đƣợc biết đến từ rất sớm trong lịch sử nhân loại. Ngƣời cổ đại thƣờng dùng các lọ hay
bình bằng bạc để chứa nƣớc. Những ngƣời khai hoang châu Mỹ đặt một đồng tiền bằng
bạc vào trong cốc sữa trƣớc khi uống. Năm 1700, bạc nitrat đƣợc sử dụng để chữa các
bệnh hoa liễu, áp xe hậu môn và xƣơng. Các nhà thờ thƣờng dùng các ly, cốc làm bằng
bạc. Bạc và các muối bạc đã đƣợc sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX
để điều trị các vết bỏng và khử trùng [29]. Những năm 1940, sau khi penicilin đƣợc đƣa
vào làm thuốc kháng sinh, việc sử dụng bạc để xử lý nhiễm trùng do vi khuẩn giảm đi.
Bạc quay trở lại vào những năm 1960 khi Moyer sử dụng bạc nitrat 0,5% để chữa vết
bỏng. Ông ta đề xuất rằng dung dịch này không gây trở ngại với sự phát triển biểu bì và
có tính chất chống khuẩn Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa và
Escherichia coli. Năm 1968, bạc nitrat kết hợp với sulfonamide để tạo thành kem
sulfadazine, làm tác nhân chống khuẩn phổ rộng và đƣợc sử dụng để chữa vết bỏng. Bạc
sulfadazine hiệu quả trong việc chống các loại khuẩn nhƣ E.coli, S. aureus, Klebsiella sp.,
Pseudomonas sp. Nó cũng có tác dụng chống nấm, chống virut.
Hiện nay cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) vẫn sử dụng bạc cho hệ thống lọc
nƣớc trong tàu con thoi.

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
9


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

Các nghiên cứu đã khẳng định ion bạc có khả năng tiêu diệt hơn 650 chủng vi sinh
gây bệnh cho ngƣời, các vi sinh vật này không có khả năng chống lại tác động của bạc do
bạc ức chế quá trình chuyển hóa hô hấp và vận chuyển chất qua màng tế bào của chúng.
Bạc có khả năng phá huỷ enzyme vận chuyển chất dinh dƣỡng của tế bào vi khuẩn, làm
yếu màng, thành tế bào và tế bào chất, làm rối loạn quá trình trao đổi chất, dẫn đến tiêu
diệt vi khuẩn [44]. Mặt khác, nguyên tố bạc không có hại với cơ thể con ngƣời với liều
lƣợng tƣơng đối cao (theo tổ chức bảo vệ môi trƣờng Mỹ, cơ thể con ngƣời có thể nhận
liên tục 0,3 ÷ 0,4 mg Ag+ mỗi ngày trong suốt cuộc đời mà không bị ảnh hƣởng đến sức
khỏe). Tuy nhiên, sau khi thuốc kháng sinh đƣợc phát minh và đƣa vào ứng dụng với hiệu
quả cao ngƣời ta không còn quan tâm đến giá trị diệt trùng của bạc nữa. Đến những năm
gần đây, do hiện tƣợng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, ngƣời ta lại
quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc,
đặc biệt là dƣới dạng hạt có kích thƣớc nano.
Việc nghiên cứu vật liệu có kích thƣớc nano ngày nay đang rất đƣợc quan tâm nhờ
các ƣu điểm nổi bật của loại vật liệu này: khi làm thay đổi cấu hình ở thang nano của vật
liệu ta có thể “điều khiển“ đƣợc các tính chất của vật liệu theo ý muốn mà không phải
thay đổi thành phần hóa học của nó; Vật liệu nano có diện tích mặt ngoài rất cao nên
chúng rất lý tƣởng để dùng làm xúc tác cho hệ phản ứng hóa học, hấp phụ, nhả thuốc
chữa bệnh từ từ trong cơ thể, lƣu trữ năng lƣợng và cả trong liệu pháp thẩm mỹ; Vì các hệ

sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano, nên nếu các bộ phận nhân tạo dùng
trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chƣớc tự nhiên thì chúng sẽ dễ tƣơng hợp sinh
học; Vật liệu có chứa các cấu trúc nano có thể cứng hơn, nhƣng lại bền hơn so với cùng
vật liệu đó mà không hàm chứa các cấu trúc nano. Các hạt nano phân tán trên một nền
thích hợp có thể tạo ra các vật liệu compozit siêu cứng.
Gần đây, các kết quả nghiên cứu mới nhất về tính khử trùng của bạc đã khẳng định
bạc ở kích thƣớc nano có hiệu quả sát khuẩn cao hơn bạc ở kích thƣớc micro nhiều lần.
Điều này đã thúc đẩy nhiều hƣớng nghiên cứu chế tạo và sử dụng nano bạc khử trùng
trong y tế và đời sống trên thế giới.
Bạc kim loại ở dạng nano đã quay trở lại với tƣ cách là một tác nhân chống khuẩn
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
10


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

tiềm năng do diện tích bề mặt lớn (nhờ kích thƣớc nhỏ cỡ nano mét) và các tính chất vật
lý và hóa học duy nhất của nó. Do sự bùng nổ các bệnh nhiễm trùng gây ra bởi các vi
khuẩn gây bệnh khác nhau và sự phát triển của các vi sinh vật kháng thuốc, các công ty
dƣợc phẩm và các nhà khoa học đang nghiên cứu tìm ra các tác nhân chống khuẩn mới.
Bạc kích thƣớc nano có một số ƣu điểm nổi bật nhƣ diện tích bề mặt lớn, tính dẫn
điện, dẫn nhiệt, có khả năng khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, phát xạ tia hồng ngoại đi
xa; có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau; độ bền hóa học cao
và không bị biến đổi dƣới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông
thƣờng [3].

Hình 1.1: những ứng dụng chính của nano bạc
Bạc có 2 đặc điểm nổi bật là tính dẫn điện tốt và tính kháng khuẩn cao. Theo đó,
nano bạc cũng có 2 ứng dụng quan trọng là làm vật liệu dẫn điện và làm chất khử trùng.
Về vật liệu dẫn điện, nano bạc thƣờng đƣợc dùng trong keo dẫn điện, nano dẫn điện và
lớp bảo vệ từ…Về tính khử trùng, nano bạc thƣờng đƣợc ứng dụng làm chất tiệt trùng,
kháng khuẩn, khử mùi hôi…
Nhờ vào những thành tựu lớn lao của công nghệ nano mà ngày nay nguyên tố bạc
dƣới dạng các hạt nano đã trở thành vật liệu đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
khoa học - sản xuất nhƣ y học, nông nghiệp, công nghiệp, môi trƣờng v.v...
[5,12,29,32,39,42].
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
11


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

Hiện nay thế giới đã sản xuất nhiều sản phẩm tiêu dùng có chứa nano bạc nhƣ:
- Một số sản phẩm bình xịt nano bạc do Nhật Bản và Hàn Quốc sản xuất.
- Cung cấp đồ dùng cho trẻ em: Những đồ dùng bằng nhựa có pha thêm nano bạc
vào có tác dụng khử trùng. Qua kiểm tra xác định cho thấy chúng có khả năng tiêu diệt
trên 99.9% vi khuẩn.
- Hộp đựng thức ăn: Các nhà sản xuất ở Hàn Quốc đã tạo ra hộp đựng thức ăn bằng
vật liệu có chứa nano bạc. Các hộp này có thể diệt vi khuẩn nhƣ E. coli, S. aureus mà
không làm giảm giá trị của sản phẩm.
- Thiết bị gia đình (tủ lạnh, máy hút bụi, điều hòa, máy giặt…)
- Sản xuất thuốc chữa bệnh:

- Màng hô hấp: Đó là một tấm màng mỏng có thể cho khí và hơi nƣớc qua nhƣng
không thể cho chất lỏng đi qua, có vô số những lỗ khí nhỏ tồn tại trong tấm film. Các hạt
nano bạc gần đây đã đƣợc kết hợp với film polyolefin với đặc tính kháng khuẩn rất tốt.
- Sơn kháng khuẩn: Bột nano bạc đƣợc trộn với sơn và phủ lên các phím điện thoại
di động. Chúng có các đặc tính kháng vi khuẩn cao.
- Thiết bị điện tử: Các nhà khoa học của hãng IBM cũng đang nghiên cứu ứng dụng
nano bạc để sản xuất linh kiện điện tử phục vụ nhu cầu ngày càng cao của ngƣời tiêu
dùng.
1.1.2. Cơ chế diệt khuẩn của bạc
Vi khuẩn và nấm là những vi sinh vật đơn bào. Có hai loại vi khuẩn chính đó là vi
khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kị khí. Chúng thƣờng sử dụng một loại enzim (protein) cho
quá trình trao đổi chất.

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
12


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

Hình 1.2: Mô tả cấu trúc tế bào vi khuẩn
Một số quan điểm giải thích cơ chế diệt khuẩn và vô hiệu hóa vi khuẩn của bạc, chủ
yếu dựa trên cơ sở ức chế quá trình vận chuyển oxy trong tế bào. Bạc tác dụng lên màng
bảo vệ của tế bào vi khuẩn. Màng này là một cấu trúc gồm các protein liên kết với nhau
bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng cho màng. Các protein này đƣợc gọi là các
peptidoglican. Các ion bạc tƣơng tác với các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận
chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn [3,25]. Các tế bào

động vật cấp cao có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vật, không cho
phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn thƣơng khi tiếp xúc với các ion này.
Khả năng diệt khuẩn của ion bạc không dựa trên đặc tính gây nhiễm của vi khuẩn nhƣ là
đối với các chất kháng sinh, mà dựa trên cơ chế tác dụng lên cấu trúc tế bào. Bất cứ tế bào
nào không có màng bền hóa học bảo vệ (vi khuẩn và vi rút thuộc cấu trúc loại này) đều
chịu tác động của bạc. Mặt khác, bạc tác dụng nhƣ một chất xúc tác nên ít bị tiêu hao
trong quá trình sử dụng [3]. Các tế bào động vật máu nóng có cấu trúc màng hoàn toàn
khác, không chứa các lớp peptidoglycan nên bạc không tác động đƣợc. Nhờ sự khác biệt
đó nano bạc có thể tác động lên 650 loài vi khuẩn, trong khi phổ tác động của bất kỳ chất
kháng sinh nào cũng chỉ từ 5 - 10 loài.
Khi ion Ag+ tác dụng với lớp màng của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ phản ứng với
nhóm sunphohydryl –SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa enzym này

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
13


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn:

Ngoài ra, các ion bạc còn có khả năng ức chế quá trình phát triển của vi khuẩn bằng
cách sản sinh ra ôxy nguyên tử siêu hoạt tính trên bề mặt của hạt bạc:

Nhƣ đã biết các hạt kim loại có kích thƣớc nhỏ xuất hiện các tƣơng tác điện tử đƣợc
xác định là nhƣ sự thay đổi vị trí cấu trúc điện tử của bề mặt. Những ảnh hƣởng này do

tƣơng tác bề mặt của các hạt nano. Khi kích thƣớc của các hạt nano bạc giảm đi thì tƣơng
tác giữa các nguyên tử tăng lên, từ đó thể giải thích sự tƣơng tác của các hạt nano bạc có
kích thƣớc nhỏ với vi khuẩn. Nano bạc tƣơng tác mạnh các nhóm mang điện tích âm
trong các phân tử sinh học nhƣ sulfohydryl, cacboxyl, photphat phân bố ở khắp nơi trên tế
bào vi khuẩn. Phản ứng ràng buộc này làm thay đổi cấu trúc phân tử của các phân tử lớn,
tạo ra các lỗ hổng làm thay đổi tính thấm và sự hô hấp của tế bào. Bạc đồng thời tấn công
vào rất nhiều vị trí trong tế bào làm mất khả năng hoạt động của các chức năng trong cơ
thể nhƣ quá trình tổng hợp thành tế bào, màng vận chuyển, quá trình tổng hợp các axit
nucleic và sự vận chuyển, sự di chuyển của các electron là rất quan trọng trong việc tạo ra
năng lƣợng cho tế bào, gây bất hoạt enzym và làm rối loạn quá trình sao mã ADN. Không
có các chức năng này, các vi sinh vật bị kiềm chế hoặc bị chết [31].
1.1.3. Các phƣơng pháp tổng hợp nano bạc
Đã có rất nhiều phƣơng pháp tổng hợp bạc có kích thƣớc nano đƣợc đƣợc nghiên
cứu: phƣơng pháp khử hóa học, phƣơng pháp vi nhũ hóa, phƣơng pháp bức xạ, phƣơng
pháp điện hóa, phƣơng pháp siêu âm, phƣơng pháp bức xạ vi sóng điện từ, phƣơng pháp
tạo khung cấu trúc nano, phƣơng pháp trao đổi ion [1,8,11,39,45].
1.1.3.1. Phương pháp khử hóa học
Phƣơng pháp khử hóa học là phƣơng pháp dùng các tác nhân hóa học để khử bạc ion
thành bạc kim loại. Thông thƣờng, phản ứng đƣợc thực hiện trong dung dịch lỏng nên còn
gọi là phƣơng pháp hóa ƣớt. Các chất khử thƣờng dùng là: Natri Hydrua, focmandehit,
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
14


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

carat, glycerol, etylenglycol, hydrazine hydrat, axit ascorbic… Khi sử dụng chất khử
mạnh nhƣ natri borohydrit (NaBH4) hay hydrazin (N2H4), phản ứng xảy ra nhanh, tạo ra
các phân tử rất nhỏ, và khi nồng độ bạc tƣơng đối cao, nó gây khó khăn đối với tác nhân
bảo vệ, ví dụ các phân tử PVP (polyvinylpyrolidon), dẫn đến sự hấp phụ hoàn toàn lên bề
mặt keo bạc cuối cùng làm giới hạn sự khuếch tán. Kết quả là sự chuyển hóa cao tuy
nhiên sự phân bố kích thƣớc lại rất rộng. Khi sử dụng tác nhân khử vừa phải nhƣ
focmandehyt, có thể thu đƣợc các phân tử bạc có kích thƣớc trung bình cỡ 30 nm với
nồng độ bạc ban đầu là 0,1M. Với chất khử yếu ví dụ nhƣ glucozo, tạo ra phân tử nano
bạc có kích thƣớc khoảng 20 nm, nhƣng sản phẩm thu đƣợc không đồng đều. Cũng với
chất khử là glucozo, khi sử dụng nguồn bạc là Ag2O, các phân tử bạc thu đƣợc có kích
thƣớc nằm trong khoảng từ 10 – 50 nm [44].
Trong phƣơng pháp khử, tỷ lệ chất khử và nồng độ ion Ag+, pH của dung dịch, nồng
độ polyme ảnh hƣởng đến hiệu suất và kích thƣớc hạt bạc. Phƣơng pháp khử hóa học thu
đƣợc kích thƣớc hạt bạc 10- 20 nm [9].
Thông thƣờng kim loại bạc đƣợc điều chế từ ion kim loại bạc (thƣờng là muối bạc
AgNO3) bằng phản ứng khử. Với tác nhân khử là anđehit RCHO, phản ứng xảy ra nhƣ
sau:

Nếu tác nhân khử là anđehit focmic:

1.1.3.2. Phương pháp trao đổi ion
D.C. Kothari và các cộng sự chỉ ra rằng các ion Ag+ bị khử thành Ag kim loại khi
nhiệt độ trao đổi ion trên 400oC hoặc khi thời gian trao đổi trên 90 phút với nhiệt độ trao
đổi là 320oC. Ở nhiệt độ cao hơn (trên 400oC) hay thời gian trao đổi dài hơn (trên 90 phút),
các nguyên tử bạc kết khối để hình thành các phân tử nano bạc. Ở nhiệt độ trao đổi là
500oC, các phân tử nano bạc đƣợc hình thành bất kể ở thời gian và nồng độ nào. Khi quá
trình trao đổi thực hiện ở 320oC, các phân tử nano bạc đƣợc hình thành sau khi nung ở

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
15


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

500oC bất kể thời gian trao đổi là bao lâu. Kích thƣớc các phân tử bạc thu đƣợc xấp xỉ 4
nm [34].
1.1.3.3. Phương pháp khử hóa bức xạ
Trong phƣơng pháp bức xạ, nguồn bức xạ thƣờng đƣợc sử dụng là bức xạ gama phát
ra từ đồng vị Co60 , Cs137 và máy phát chùm tia điện tử gia tốc. Phƣơng pháp khử hóa bức
xạ ion hóa để chế tạo vật liệu nano kim loại đã thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu phát
triển do có một số tính ƣu việt:
- Không sử dụng các chất khử nên thân thiện với môi trƣờng, sản phẩm thu đƣợc có
độ tinh khiết cao.
- Tác nhân khử tự sinh trong quá trình chiếu xạ phân tán đều trong toàn hệ phản ứng,
chuyển hóa hoàn toàn bạc ion thành bạc kim loại.
- Dễ dàng kiểm soát đƣợc kích thƣớc và phân bố kích thƣớc thông qua việc chủ động
điều chỉnh nồng độ ion bạc ban đầu và liều hấp thụ.
- Phản ứng thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thƣờng nên có thể sử dụng
các chất ổn định không bền với nhiệt.
- Phƣơng pháp chế tạo giản tiện, có khả năng sản xuất khối lƣợng lớn, có hiệu quả
kinh tế và đảm bảo an toàn cho môi trƣờng [5, 10].
1.1.3.4. Phương pháp bay hơi vật lý
Bay hơi vật lý bao gồm kỹ thuật ngƣng tụ khí trơ, đồng ngƣng tụ và ngƣng tụ dòng
hơi phun mạnh lên bia rắn.
Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: cho hóa hơi sợi dây bạc tinh khiết ở nhiệt độ cao trong
điều kiện chân không, sau đó dòng hơi bạc nguyên tử quá bão hòa đƣợc ngƣng tụ và phát

triển thành hạt bạc khi tiếp xúc với khí heli đƣợc làm lạnh bởi nitơ lỏng.
Kỹ thuật đồng ngưng tụ: tƣơng tự nhƣ ngƣng tu khí trơ nhƣng quá trình phát triển hạt
xảy ra trên lớp băng dung môi thích hợp đồng ngƣng tụ (thƣờng là iso- propanol).
Kỹ thuật ngƣng tụ khí trơ và đồng ngƣng tụ đƣợc thực hiện ở nhiệt độ cao (>2000oC),
sản phẩm có độ tinh khiết cao, kích thƣớc hạt bạc nano trung bình 75 nm (phƣơng pháp
ngƣng tụ khí trơ) 15 nm (phƣơng pháp đồng ngƣng tụ). Ngoài ra lớp mỏng hạt bạc nano
có kích thƣớc trung bình từ 15 - 50 nm lắng đọng trên nền thạch anh hay thủy tinh đƣợc
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
16


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

làm lạnh sâu cũng đƣợc tạo ra bằng kỹ thuật ngƣng tụ trên bia rắn ở nhiệt độ và áp suất
cao [37].
1.1.3.5. Phương pháp ăn mòn laze
Vật liệu ban đầu là một tấm bạc đƣợc đặt trong một dung dịch có một lớp chất hoạt
hóa bề mặt. Một chùm laze dạng xung có bƣớc sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 nm, tần
số là 10Hz, năng lƣợng mỗi xung là 90 mJ, đƣờng kính vùng kim loại bị tác dụng là 1 - 3
mm. Dƣới tác dụng của chùm laze xung, các hạt nano có kích thƣớc khoảng 10 nm đƣợc
hình thành và đƣợc bao phủ bởi chất hoạt hoá bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8; 10; 12; 14
và nồng độ từ 0,001 - 0,1 M [38].
1.1.3.6. Phương pháp phân hủy nhiệt
Hạt bạc nano kích thƣớc trung bình 10 nm đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp gia
nhiệt phức bạc oleat đến 290oC, ổn định 1 giờ, sau đó hạ nhiệt độ đến nhiệt độ phòng
[28].

1.1.3.7. Phương pháp điện hóa
Hạt bạc nano có kích thƣớc trung bình khoảng 17 nm đƣợc tạo ra trong bình điện
phân, sử dụng tấm Pt làm cực âm và dây xoắn Pt làm cực dƣơng, hai cực cách nhau 5 cm.
Dung dịch điện phân gồm KNO3 và AgNO3, sử dụng polyme ổn định hạt bạc [43].
1.1.3.8. Phương pháp quang hóa
Sử dụng nguồn bức xạ UV từ đèn cực tím xenon - thủy ngân (150W) để chiếu xạ
hỗn hợp dung dịch bạc ion, iso-propanol, axeton và các polyme làm chất ổn định. Hạt
bạc nano có kích thƣớc trung bình khoảng 7 nm đƣợc tạo ra do sự khử bạc ion bởi tia
cực tím và gốc tự do nhƣ phƣơng pháp khử bức xạ [16].
1.1.3.9. Phương pháp bức xạ vi sóng điện từ
Dung dịch hỗn hợp ban đầu gồm bạc ion, chất khử và chất ổn định đƣợc chiếu xạ vi
sóng điện từ. Dƣới tác dụng của sóng ngắn và nhiệt nóng phân bố đều trong dung dịch sẽ
xúc tiến quá trình khử và phát triển thành hạt bạc kim loại nhanh chóng. Dung dịch keo
bạc thu đƣợc có kích thƣớc hạt trung bình khoảng 15 nm, tùy thuộc vào điều kiện phản
ứng [24].

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
17


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

1.1.3.10. Phương pháp polyol
Bạc ion đƣợc khử thành bạc kim loại trong dung dịch nóng (60 – 70oC) của polyme
mạch thẳng có nhóm chức – OH (thƣờng dùng là polyvinylalcol, PVA) sau đó chuyển
thành màng và xử lý nhiệt độ cao. PVA vừa đóng vai trò tác nhân khử, vừa làm chất ổn

định. Phƣơng pháp này có thể chế tạo dung dịch keo bạc có kích thƣớc hạt từ 10 - 30 nm
[13].
Phản ứng giữa ion Ag+ và PVA có thể biểu diễn nhƣ sau:
>R – OH + Ag+ → >R – O – Ag + H+ → > R – O – Ag →

– R = O + Ago → > R –

OH + Ag+ → – R = O + Ago + H+
1.1.3.11. Phương pháp phản ứng thế
Sử dụng một kim loại có khả năng khử bạc ion thành bạc kim loại từ dung dịch muối
bạc có mặt của chất ổn định. Ví dụ nhƣ đồng (Cu) kim loại phản ứng thế với bạc nitrat
trong dung dịch PVP, chế tạo đƣợc keo bạc nano, có kích thƣớc hạt khoảng 50 nm [27].
1.1.4. Một số nghiên cứu vật liệu nano bạc
Tại nƣớc ta các nghiên cứu về chế tạo nano bạc thực tế mới đƣợc triển khai tại một
số viện nghiên cứu thuộc Viện KH&CNVN, cụ thể là tại Viện Hóa học, Viện Công nghệ
môi trƣờng và Viện Khoa học Vật liệu. Nguyễn Đức Nghĩa và cộng sự [3] đã thành công
trong việc điều chế nano bạc với kích thƣớc hạt trung bình 4-7 nm bằng phƣơng pháp
mixen đảo, và trên cơ sở đó chế tạo thành công vật liệu bạc nano compozit trên cơ sở
polime (epoxy, polyvinylalcol, polyacrylic axit) phục vụ mục đích khử trùng. Trần Thị Ý
Nhi và cs [31] đã chế tạo nano bạc bằng phƣơng pháp dung dịch nƣớc sử dụng NaBH4
làm chất khử và b-chitozan làm chất ổn định; các hạt nano bạc thu đƣợc có kích thƣớc
trung bình 20 - 50 nm.
Huỳnh Thị Hà và cs [15] đã chế tạo nano bạc bằng phƣơng pháp dung dịch nƣớc ở
nhiệt độ sôi sử dụng natri citrat hoặc NaBH4 làm chất khử và chất ổn định keo bạc, đồng
thời chế tạo vật liệu phủ từ compozit nano bạc/polime trên cơ sở polymetylmetacrylat,
polyuretan và nano bạc. Vật liệu nano compozit thu đƣợc đó đƣợc thí nghiệm khử trùng
trên một số vi khuẩn có sức đề kháng cao nhƣ Escherichia coli ATCC 25922,
Staphylococcus aureus ATCC 25923, Pseudomonase aeruginosa ATCC 27853,
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
18


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

Streptococcus và nấm Candida albican với kết quả rất khả quan.
Viện Bỏng Quốc gia Lê Hữu Trác đã có đề tài nghiên cứu ứng dụng băng dính có
chứa nano bạc (do GS Lê Thế Trung làm chủ nhiệm) đã cho kết quả là băng dính có chứa
nano bạc cho liền vết mổ nhanh, có ƣu điểm giảm đau, thấm dịch tiết, quá trình biểu mô
hóa và tân tạo vi mạch diễn biến tốt, có tác dụng ức chế vi khuẩn và không thấy tác dụng
phụ.
Một số các cơ quan khác nhƣ Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga (Bộ Quốc Phòng) cũng
đã sử dụng sơn chứa nano bạc do Nga chế tạo để chống nấm mốc, diệt vi khuẩn... nhƣng
quy mô ứng dụng cũng rất hạn chế.
Tuy nhiên, việc sử dụng nano bạc đóng vai trò là chất diệt khuẩn trong xử lý nƣớc
cấp vẫn chƣa đƣợc tập trung nghiên cứu. Nhóm tác giả Hoàng Anh Sơn, Võ Thành Phong,
Trần Anh Tuấn của Viện Khoa học vật liệu – Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam cũng
đã nghiên cứu chế tạo màng lọc có tính sát khuẩn cao sử dụng trong xử lý nƣớc sinh hoạt
hộ gia đình từ compozit polyuretan/nano bạc [5]. Hiện tại, phòng công nghệ nano trƣờng
Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh đang nghiên cứu tạo và ghép bạc
nano lên chất mang polyuretan làm vật liệu lọc nƣớc kháng khuẩn.
Ở nƣớc ta, những sản phẩm chứa nano bạc với tính chất kháng khuẩn phần lớn chỉ
nằm trong phạm vi nghiên cứu, chƣa đƣợc đƣa ra ứng dụng rộng rãi. Ngoại trừ sản phẩm
khẩu trang nano bạc do Phòng Công nghệ thân môi trƣờng thuộc viện Công nghệ môi
trƣờng – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam sản xuất [20]. Khẩu trang nano bạc có
tác dụng ngăn bụi, vi khuẩn, virus từ bên ngoài vào cơ thể qua đƣờng hô hấp cũng nhƣ từ
bên trong cơ thể ra môi trƣờng. Lớp vải tẩm nano bạc có chức năng diệt khuẩn, virus, nấm

bị giữ lại trên khẩu trang đồng thời có tác dụng khử mùi. Hiện nay trên thị trƣờng Việt
Nam cũng đã đƣa ra mặt hàng là bộ lọc vi sinh Watts Microbiological Purifier. Ngoài
chức năng khử mùi, khử clo, các loại hóa chất hòa tan còn có khả năng loại bỏ virus, vi
khuẩn. Tuy nhiên do giá thành của bộ lọc còn cao nên đối tƣợng có thể sử dụng hạn chế
đặc biệt là ngƣời dân ở vùng nông thôn và vùng bão lụt.
Phòng Hóa lý Bề mặt – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam là
một trong những đơn vị nghiên cứu mạnh nhất về ứng dụng các vật liệu xúc tác hấp phụ
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
19


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

trong xử lý môi trƣờng. Phòng đã thực hiện những đề tài cấp Viện Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, cấp Viện Hóa học và phối hợp với khoa Hóa trƣờng Đại học Khoa học tự
nhiên nhƣ xử lý amoni trong nƣớc uống: xử lý Asen, Mangan [2], đƣa bạc lên zeolit…
Phòng triển khai khoa học kỹ thuật – Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng, đứng đầu là
TS Bùi Duy Du đã thành công trong việc chế tạo keo bạc nano bằng bức xạ Gamma
Co-60 dùng PVA, PVP và chitosan làm chất ổn định, ứng dụng trong ức chế vi khuẩn E.
Coli, S.aureus và kháng nấm Corticium salmonicolor, Piricularia ozyaza, Pseudonomas
glumae. Kuria et. Tabei trên lúa [1].
Prashant Jain và J. Pradeep (Ấn Độ) [32] đã chế tạo vật liệu bạc nano phủ trên vật
liệu mang là polyuretan và ứng dụng trong việc lọc nƣớc diệt khuẩn. Bạc nano đƣợc chế
tạo bằng phƣơng pháp khử hóa học với chất khử là natri citrat. Polyuretan sau đó đƣợc
ngâm tẩm trong dung dịch bạc nano đã điều chế đƣợc. Kết quả cho thấy, vật liệu này có
khả năng diệt khuẩn hiệu quả 100% khi nƣớc đầu vào mật độ vi khuẩn là 1x105 – 1x106

cfu/ml.
Một nghiên cứu khác của nhóm tác giả Trung Quốc Yaohui Lv và cộng sự [40] về
tổng hợp nano bạc phủ trên gốm compozit nhằm mục đích xử lý nƣớc cũng đem lại nhiều
kết quả khả quan. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng dung dịch etylenglycol –
polyvinylpyrolidon (PVP) làm chất khử, đƣa bạc ion về bạc kim loại. Gốm sau khi biến
tính đƣợc tẩm dung dịch bạc nano. Ƣu điểm của cả hai loại vật liệu này là thời gian làm
việc dài, nano bạc không bị mất trong quá trình sử dụng, hiệu quả diệt khuẩn cao. Ngoài
ra, các phƣơng pháp điều chế đơn giản, hóa chất không độc với môi trƣờng, sẵn có và rẻ
tiền. Do đó, các vật liệu này hứa hẹn sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý nƣớc cấp
đặc biệt là ở những nƣớc đang phát triển.
1.2. Than hoạt tính
Vật liệu cacbon có kích thƣớc mao quản cỡ nano ngày càng thu hút đƣợc sự quan
tâm của các nhà khoa học do tiềm năng ứng dụng rộng rãi của chúng trong các lĩnh vực
xúc tác, hấp phụ, tích trữ năng lƣợng, điện tử, công nghệ màng, công nghệ sinh học… đặc
điểm nổi bật của vật liệu này là chúng có diện tích bề mặt riêng lớn, kích thƣớc mao quản
trung bình đồng đều và tính chất hóa học bề mặt rất đa dạng. Tùy thuộc vào phƣơng pháp
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
20


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

tổng hợp, điều kiện tổng hợp và nguồn nguyên liệu cacbon ban đầu mà hình thành vật liệu
có tính chất hóa lý khác nhau. Có nhiều cách để phân biệt các loại vật liệu này tùy theo
điều kiện tổng hợp và tính chất của vật liệu. Theo cách phân loại phổ biến dựa theo kích
thƣớc mao quản, vật liệu mao quản cacbon đƣợc chia thành hai loại chủ yếu là vật liệu

cacbon nanotube và vật liệu cacbon mao quản trung bình.

Hình 1.3: Than hoạt tính
1.2.1. Đặc điểm và tính chất của than hoạt tính
Than hoạt tính là vật liệu xốp, có bề mặt riêng từ cao đến rất cao, thƣờng đƣợc dùng
làm vật liệu mang các xúc tác chứa kim loại quý trong phản ứng hyđrô hóa các hợp chất
hữu cơ, đặc biệt trong pha lỏng.
Than hoạt tính cũng có các nhóm chức bề mặt. Bản chất và mật độ của chúng phụ
thuộc vào nguyên liệu đầu và quá trình chế tạo. Nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính
thƣờng là các nguồn carbon nhƣ gỗ, than, gáo dừa ... Bƣớc đầu trong quy trình sản xuất là
nhiệt phân nguyên liệu hay là than hóa ở nhiệt độ 400-500oC, sau đó là hoạt hóa trong
môi trƣờng khí trơ, CO2, hơi nƣớc hoặc ôxi ở nhiệt độ trong khoảng 800oC đến 1000oC.
Bề mặt riêng của than hoạt tính là từ 300 m2 g–1, có thể đạt tới 4000 m2 g–1, phổ biến
xung quanh 1000 m2/g với phần lớn là các lỗ xốp loại nhỏ dƣới 1nm [7]. Nhiệt độ xử lý
càng cao quá trình graphit hóa càng mạnh dẫn đến giảm diện tích bề mặt riêng.
Ƣu điểm chính của than hoạt tính là bề mặt lớn nên phân tán kim loại quý rất tốt, khá
trơ về mặt hóa học, dễ dàng thu hồi kim loại quý và tái sinh. Than hoạt tính thƣờng đƣợc
ƣu tiên làm vật liệu mang cho các xúc tác chứa kim loại quý trong các quá trình hyđrô hóa

Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
21


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

ở nhiệt độ thấp, hoặc phản ứng trong pha lỏng.

Chức năng chính của than hoạt tính (THT) là làm vật liệu hấp phụ, sử dụng để làm
sạch khí, nƣớc, chất lỏng nhất là để loại bỏ các tạp chất hữu cơ, các chất mang màu, các
chất độc. Các đặc trƣng quan trọng nhất của than hoạt tính cũng nhƣ các vật liệu hấp phụ
khác là diện tích bề mặt riêng và kích thƣớc và phân bố lỗ xốp theo kích thƣớc (Hình 1.4)
[41].

Hình 1.4: Kích thước lỗ xốp và phân bố lỗ theo kích thước (PSD) của than hoạt tính,
silica gel, alumina hoạt tính, rây phân tử bằng carbon (MSC), và bằng zeolit 5A
Hệ thống lỗ xốp (mao quản) trong THT, cũng nhƣ nhiều loại vật liệu hấp phụ xốp
khác, thƣờng là phân nhánh rất phức tạp. Có thể hình dung hệ thống mao quản này tƣơng
tự nhƣ hệ mạch máu của con ngƣời, bắt đầu từ các mao quản lớn, có lỗ/cửa thông với
không gian bên ngoài, tƣơng tự các động/tĩnh mạch chủ. Đây là các lối vào của các phân
tử chất bị hấp phụ, chúng có chức năng làm đƣờng dẫn vận chuyển chất vào sâu bên trong
hạt và đƣợc gọi mao quản lớn (macro pores). Các mao quản nhỏ hơn xuất phát từ các mao
quản lớn tiếp thục phân nhánh thành các mao quản nhỏ hơn đƣợc gọi là mao quản trung
bình (meso pores) và vi mao quản (micro pores), các vi mao quản có thể là ngõ cụt, chỉ có
lối vào/ra thông qua mao quản trung bình. Đƣờng phân bố thể tích lỗ xốp theo kích thƣớc
mao quản của THT thông dụng so sánh với các loại chất hấp phụ thông dụng khác đƣợc
cho ở hình 1.4. Các lỗ lớn thƣờng có kích thƣớc dƣới micromet, với THT dùng trong pha
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
22


Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Hóa lý và Hóa lý thuyết

lỏng phần lớn phải có kích thƣớc từ 30Å trở lên, còn trong pha khí thì từ 10 đến 25 Å. Với

các mao quản kích thƣớc nhỏ phân bố lỗ xốp đƣợc đo bằng các kĩ thuật hấp phụ
[Rodriquez–Reinoso and Linares–Solano, 1986]. Thể tích lỗ xốp và phân bố lỗ xốp đƣợc
tạo ra và điều khiển bằng các kĩ thuật khí hóa dùng các tác nhân khác ôxi hóa khác nhau,
đây chính là bản chất của quá trình hoạt hóa than đã nêu ở trên.
1.2.2. Một số ứng dụng của than hoạt tính [19]
* Lọc khí
Có hai hệ thống lọc khí đặc trƣng. Một ứng dụng lọc khí ở những nơi đông ngƣời nhƣ
nhƣ văn phòng, bệnh viện, phòng thí nghiệm, nhà hàng và máy chế biến thực phẩm,
những nơi cần khí sạch. Một hệ thống khác dùng để hạn chế khí ô nhiễm môi trƣờng từ
khí thải của các hoạt động công nghiệp nhƣ: công nghệ cao su, công nghiệp sơn, véc ni, tơ
sợi, chất dẻo kết dính…
Lọc khí đƣợc thực hiện ở những nơi có mật độ ô nhiễm dƣới 10 ppm, thông thƣờng từ
2-3 ppm và trong trƣờng hợp này dùng hệ thống tấm lọc than hoạt tính. Ở những nơi có
nồng độ nhiễm thấp, những hệ thống lọc này có thể làm việc trong thời gian dài. Quá trình
tái sinh lƣợng than hoạt tính đƣợc thải thu hồi rất đắt. Trong quá trình kiểm soát khí bị ô
nhiễm yêu cầu trang bị những hệ thống tƣơng ứng với mật độ ô nhiễm lớn. Lƣợng than
hoạt tính tiêu dùng cần tái sinh bằng hơi nƣớc, không khí và xử lý khí độc hại.Những ứng
dụng này đòi hỏi than hoạt tính phải có những cấu trúc xốp khác nhau. Than hoạt tính
dùng cho quá trình lọc khí nơi công cộng cần có cấu trúc xốp vi mô cao mới có hiệu quả
lớn đối với việc hấp phụ ở độ đậm đặc thấp. Trong trƣờng hợp than hoạt tính dùng để
kiểm soát việc ô nhiễm môi trƣờng, lỗ xốp phải có khả năng hấp phụ lớn hơn trong nồng
độ ô nhiễm 10-500 ppm. Rất khó để xác định chính xác đƣờng kính nhƣng thông thƣờng
lỗ có đƣờng kính, mật độ vi lỗ cao và dải trung gian đƣợc ƣa dùng.
* Than hoạt tính dùng trong mặt nạ phòng độc
Có hai dạng mặt nạ phòng độc, trong đó đặc tính tự nhiên của than hoạt tính đƣợc yêu
cầu khác nhau. Mặt nạ dùng trong công nghiệp hóa chất có chứa các chất hóa học độc hại
tƣơng đối thấp và thông thƣờng có trọng lƣợng phân tử cao, những hóa chất này đƣợc
than hoạt tính hấp phụ rất nhanh và mạnh. Nhƣng than hoạt tính dùng trong quân đội yêu
Trần Thị Bích Hạnh

Viện Hóa học - Viện KHCN Việt Nam
23