Nghiên cứu tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch muối đồng bằng tác nhân khử dịch chiết lá bàng và thử khả năng kháng khuẩn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
----------------

LÊ THỊ NHƢ THỦY

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO ĐỒNG
TỪ DUNG DỊCH MUỐI ĐỒNG BẰNG TÁC NHÂN KHỬ
DỊCH CHIẾT LÁ BÀNG VÀ THỬ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC

Đà Nẵng, 2014


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
-----------------

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO ĐỒNG
TỪ DUNG DỊCH MUỐI ĐỒNG BẰNG TÁC NHÂN KHỬ
DỊCH CHIẾT LÁ BÀNG VÀ THỬ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện

: Lê Thị Nhƣ Thủy

Lớp

: 10 CHP

Giáo viên hƣớng dẫn

: PGS.TS Lê Tự Hải

Đà Nẵng, 2014


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐHSP

ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHƯC

KHOA HĨA

NHIỆM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Lê Thị Nhƣ Thủy
Lớp : 10CHP
1.Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch muối đồng bằng tác
nhân khử dịch chiết nƣớc lá bàng và thử khả năng kháng khuẩn
2. Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị: Lá bàng, đồng sunfat pentahidrat, bình cầu, bình
tam giác,phễu, máy UV-VIS,...
3. Nội dung nghiên cứu: Xác định các thơng số hóa lý của mẫu ngun liệu lá
bàng.Khảo sát thời gian chiết và tỉ lệ rắn lỏng đối với dịc chiết.Khảo sát các yếu tố

ảnh hƣởng đến quá trình tạo nano đồng: nồng độ dung dịch CuSO 4, khảo sát tỉ lệ
thể tích dịch chiết, pH, nhiệt độ.Thử khả năng kháng khuẩn của dung dịch nano
đồng.
4. Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS Lê Tự Hải
5. Ngày giao đề tài

: Ngày 26 tháng 10 năm 2013

6.Ngày hoàn thành

: Ngày 02 tháng 5 năm 2014

Chủ nhiệm Khoa

Giáo viên hƣớng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày ... tháng..... năm 2014
Kết quả điểm đánh giá
Ngày.... tháng.... năm 2014
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Tự Hải đã giao đề tài và tận tình hƣớng
dẫn, giúp đỡ em trong suốt q trình hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa đã dạy dỗ, giúp em trao dồi kiến thức,
đóng góp ý kiến cũng nhƣ chia sẽ kinh nghiệm và đặc biệt là những thầy cơ quản lý
phịng thí nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi cho em nghiên cứu để hoàn thành luận
văn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Đà nẵng, ngày 24 tháng 5 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Lê Thị Nhƣ Thủy


DANH MỤC BẢNG
Số
hiệu

Tên bảng

Trang

3.1

Kết quả xác định độ ẩm trong lá bàng

32

3.2

Kết quả xác định hàm lƣợng tro trong lá bàng

32

3.2

Kết quả thử nghiệm đối với hai loại vi khuẩn

45


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

Trang

1.1

Hệ thống mơ tả các giai đoạn của phƣơng pháp điện hóa

12

1.2

Phản ứng Ullmann sử dụng nano đồng làm chất xúc tác

13

Máy in phun công nghiệp đầu tiên và mực in nano đồng phát

13

1.3

1.4

triển bởi Samsung Electro-Mechanics
Lƣới lọc nano đồng đƣợc sử dụng trong máy điều hịa khơng

14

khí thế hệ mới nhất.

1.5

Cây bang

17

2.1

Ngun liệu

20

2.2

Sơ đồ quy trình thực nghiệm

31

3.1

3.2
3.3
3.4

3.5

3.6

3.7

3.8
3.9
3.10

Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian chiết
đến quá trình tạo nano đồng
Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến quá trình
tạo nano đồng
Phổ FTIR của dịch chiết lá bàng
Sự thay đổi màu sắc trong quá trình tạo nano đồng, với sự
biến thiên nồng độ dung dịch CuSO4
Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch CuSO4 đến quá trình tạo
nano đồng
Sự thay đổi màu sắc trong quá trình tạo nano đồng, với sự
biến thiên thể tích dịch chiết
Ảnh hƣởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết đến q trình tạo nano
đồng
Sự thay đổi màu sắc trong quá trình tạo nano đồng, với sự
biến thiên pH môi trƣờng
Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng đến quá trình tạo nano đồng
Sự thay đổi màu sắc trong quá trình tạo nano đồng, với sự
biến thiên nhiệt độ

33

34
37
37

38

39

39

40
41
42


3.11

Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano đồng

42

3.12

Ảnh TEM của mẫu nano đồng tổng hợp

43

3.13

Phổ EDX của mẫu nano đồng tổng hợp

44

3.14

Kết quả thử nghiệm đối với E. Coli

45

3.15

Kết quả thử nghiệm đối với B. Subtilis

45


DANH MỤC VIẾT TẮT
AAS

Quang phổ hấp thụ nguyên tử

EDX

Phổ tán sắc năng lƣợng tia X

FTIR

Phổ hồng ngoại chuyển hoá Fourier

UV-Vis

Quang phổ hấp thụ phân tử


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ..........................................................................................1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: ..................................................................................2
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: .......................................................2
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: .........................................................................2
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: ....................................2
6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN: ......................................................................................2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................4
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO .............................................................4
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano .................................................4
1.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano ................................................................5
1.1.3. Vật liệu nano kim loại ......................................................................................6
1.1.4. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano ........................................................7
1.1.5. Ứng dụng của vật liệu nano ..............................................................................7
1.2. GIỚI THIỆU HẠT NANO ĐỒNG ...................................................................10
1.2.1. Giới thiệu về đồng kim loại ............................................................................10
1.2.2. Phƣơng pháp tạo nano đồng ............................................................................10
1.2.3. Ứng dụng của hạt nano đồng ..........................................................................12
1.3. GIỚI THIỆU VỀ VI KHUẨN ...........................................................................14
1.3.1. Khái niệm về vi khuẩn và các nhóm phân loại ..............................................14
1.3.2. Lợi ích và tác hại của vi khuẩn ......................................................................16
1.4. GIỚI THIỆU VỀ CÂY BÀNG ..........................................................................17
1.4.1. Đặc điểm cây bàng .........................................................................................17

1.4.2. Phân bố, sinh học và sinh thái ........................................................................18
1.4.3. Thành phần hóa học .......................................................................................18
1.4.4. Tác dụng dƣợc lý - công dụng .......................................................................18
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............20
2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT ................................................20


2.1.1. Nguyên liệu .....................................................................................................20
2.1.2. Dụng cụ và hóa chất ........................................................................................20
2.2. XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ HĨA LÝ ..........................................................21
2.2.1. Xác định độ ẩm ...............................................................................................21
2.2.2. Xác định hàm lƣợng tro ..................................................................................22
2.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ
BÀNG........................................................................................................................23
2.3.1. Khảo sát thời gian chiết ...................................................................................23
2.3.2. Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng .....................................................................................23
2.4. ĐỊNH DANH THÀNH PHẦN HOÁ HỌC TRONG DỊCH CHIẾT LÁ BÀNG
...................................................................................................................................24
2.4.1. Xác định định tính các nhóm hợp chất trong lá bàng ..........................................24
2.4.2. Đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR) ............................................26
2.5. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO
ĐỒNG .......................................................................................................................26
2.5.1. Khảo sát nồng độ dung dịch đồng sunfat ........................................................27
2.5.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết ......................................................................27
2.5.3. Khảo sát pH mơi trƣờng tạo nano đồng ..........................................................27
2.5.4. Khảo sát nhiệt độ tạo nano đồng .....................................................................28
2.6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO ĐỒNG ...................................28
2.6.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ]. ......................................................28
2.6.2. Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) .......................................................................29
2.6.3. Phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX)...............................................................29

2.7. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHÁNG KHUẨN CỦA DUNG DỊCH
NANO ĐỒNG TỐI ƢU ............................................................................................30
2.7.1. Nuôi cấy vi khuẩn trên đĩa Petri ......................................................................30
2.7.2. Cấy vi khuẩn và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của dung dịch nano đồng
...................................................................................................................................30
2.8. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HẠT NANO ĐỒNG ....31


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................32
3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ HĨA LÍ .........................................32
3.1.1. Xác định độ ẩm ...............................................................................................32
3.1.2. Xác định hàm lƣợng tro ..................................................................................32
3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
CHIẾT LÁ BÀNG ....................................................................................................33
3.2.1. Khảo sát thời gian chiết ...................................................................................33
3.2.2. Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng .....................................................................................34
3.3. KẾT QUẢ ĐỊNH DANH THÀNH PHẦN HOÁ HỌC TRONG DỊCH CHIẾT
LÁ BÀNG .................................................................................................................34
3.3.1. Xác định định tính các nhóm hợp chất trong lá bàng .....................................35
3.3.2. Đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR) .............................................36
3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
TẠO NANO ĐỒNG .................................................................................................37
3.4.1. Khảo sát nồng độ dung dịch đồng sunfat ........................................................37
3.4.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết lá bàng .........................................................39
3.4.3. Khảo sát pH môi trƣờng tạo nano đồng ..........................................................40
3.4.4. Khảo sát nhiệt độ tạo nano đồng .....................................................................42
3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO ĐỒNG .....................43
3.6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN CỦA NANO ĐỒNG
...................................................................................................................................44
KẾT LUẬN ..............................................................................................................46

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................47


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nano là một ngành khoa học đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới bởi
những tính ứng dụng tuyệt vời của nó. Nhƣ chúng ta đã biết ngày nay đã có rất
nhiều các cơng trình nghiên cứu tổng hợp nano thành cơng và đƣợc ứng dụng vào
thực tiễn, phổ biến nhƣ nano bạc, nano vàng với tính năng kháng khuẩn cao.Tuy
nhiên bạc và vàng là hai kim loại quý có giá thành đắt nên việc ứng dụng vào thực
tế còn nhiều bất cập vì vậy tổng hợp nano đồng đƣợc xem nhƣ một giải pháp bởi
những khả năng không thua kém bạc và vàng nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc mục tiêu lợi
ích kinh tế.
Tổng hợp Cu nano có rất nhiều phƣơng pháp nhƣng phƣơng pháp khử hóa
học đƣợc cho là một phƣơng pháp tối ƣu vì rẻ tiền, ít rủi ro và thân thiện với môi
trƣờng.Tăng cƣờng mối quan tâm về môi trƣờng,trong đề tài này chúng tôi hƣớng
đến phƣơng pháp tổng hợp nano đồng bằng cách sử dụng các chiết suất từ thực vật,
cụ thể ở đây là lá bàng.
Cây bàng – tên khoa học là Terminalia catappa L, thuộc họ Bàng
Combretaceae. Trên thế giới việc nghiên cứu cây bàng đã dần đƣợc chú trọng. Tính
đến nay, đã có hàng trăm cơng trình nghiên cứu về cây bàng bao gồm các lĩnh vực
chiết tách, xác định thành phần hóa học các hợp chất hữu cơ, ứng dụng trong công
nghệ thực phẩm và công nghệ dƣợc phẩm. Cây bàng đƣợc biết đến từ lâu bởi các
giá trị điều trị của nó và đã đƣợc nghiên cứu nhiều nhƣ chống ung thƣ, điều trị lão
hóa da, kích ứng, tăng sắc tố và dị ứng, và hen phế quản ở trẻ em, giảm đau chống
viêm, và chúng có hoạt tính kháng khuẩn chống lại lồi corynebacteria, tụ cầu, liên
cầu khuẩn, vi khuẩn ruột, Escherichia, Salmonela và Shigela.
Ở Việt Nam, cây bàng dễ trồng, phát triển tốt và có mặt ở hầu hết các địa bàn

trong cả nƣớc. Ngƣời dân từ xƣa đã dùng lá bàng để chữa cảm sốt, làm ra mồ hôi,
chữa tê thấp và lỵ. Dùng búp lá non phơi khô,tán bột rắc trị ghẻ, và sắc đặc ngậm trị
sâu răng. Bên cạnh đó, dùng vỏ thân bàng dạng thuốc sắc uống trị lỵ và tiêu chảy,
rửa vết loét, vết thƣơng. [5]


2

Đây là những vấn đề rất đáng đƣợc quan tâm nghiên cứu nhằm góp phần quy
hoạch, khai thác, chế biến và ứng dụng các sản phẩm của cây bàng một cách có
hiệu quả, khoa học hơn.
Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu với nội dung "Nghiên
cứu tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch muối đồng bằng tác nhân khử dịch
chiết lá bàng và thử khả năng kháng khuẩn”
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:
- Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano đồng từ dịch chiết lá bàng
- Ứng dụng nano đồng để kháng khuẩn
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
Lá bàng (Leaves of Terminalia catappaL) thu hái tại thành phố Đà Nẵng.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Nghiên cứu lý thuyết:
- Thu thập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài.
- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đƣa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá
trình thực nghiệm.
Phương pháp thực nghiệm:
- Phƣơng pháp chiết tách
- Phƣơng pháp xác định các thơng số hóa lý
- Phƣơng pháp phân tích cơng cụ: phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử
(UV-Vis), phƣơng pháp phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR).
- Phƣơng pháp đo TEM, EDX

- Phƣơng pháp đo vòng kháng khuẩn
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:
- Nghiên cứu này giúp hiểu biết rõ hơn về phƣơng pháp điều chế hạt nano
đồng bằng phƣơng pháp hóa học, lành tính, ít độc hại.
- Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có ở nƣớc ta là lá bàng, để tổng hợp hạt
nano đồng
- Ứng dụng khả năng kháng khuẩn của nano đồng vào thực tiễn
6. CẤU TRÖC LUẬN VĂN:


3

Chƣơng 1 – Tổng quan
Chƣơng 2 – Nguyên liệu và phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 3 – Kết quả và thảo luận


4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano [1],[2]
Công nghệ nano(nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết
kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều
khiển hình dáng, kích thƣớc trên quy mơ nanomet.Cơng nghệ nano bao gồm các
vấn đề chính nhƣ: cơ sở khoa học nano, phƣơng pháp quan sất và can thiệp ở quy
mô nanomet, chế tạo vật liệu nano và ứng dụng vật liệu nano.
Khoa học nano (nanoscience) là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện
tƣợng, sự can thiệp vào các vật liệu với quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử.

Quy mơ này tƣơng ứng với kích thƣớc vào cỡ vài nanơmét cho đến vài trăm
nanơmét. Tại các quy mơ đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng
tại các quy mô lớn hơn. Quy mô này cũng mang lại tên gọi cho môn khoa học này.
Lịch sử phát triển [12]
- Vào TK 4th sau CN: Ngƣời Roma ta chế tạo đƣợc chiếc cốc Lycurgus chứa
các hạt vàng ở dạng nano, có tính chất cho ánh sáng đỏ truyền qua và phản xạ ánh
sáng xanh.
- Năm 1618: Quyển sách đầu tiên về nhũ tƣơng vàng đƣợc nhà triết học, đồng
thời là bác sỹ, Francisci Antoni xuất bản.
- Năm 1857: Micheal Faraday đã đƣa ra phƣơng pháp tạo dung dịch màu đỏ
thẫm từ nhũ tƣơng vàng bằng cách sử dụng CS2 để làm giảm kích thƣớc hạt AuCl4 .
- Năm 1908: Lý thuyết Mie về dải Plasmon bề mặt của AuNP đã đƣợc phát
triển.
- Năm 1959: Richard Feynman đã tiên đoán và tin tƣởng về khả năng con
ngƣời sẽ tạo ra các linh kiện ngày càng nhỏ hơn với công năng lớn hơn.
- Những năm 1970s: AuNP đƣợc sử dụng để dán nhãn miễn dịch học và đánh
dấu sinh học.
- Năm 1974: Taniguchi đƣa ra khái niệm đầu tiên về thuật ngữ công nghệ
nano: là công nghệ gia cơng vật liệu chính xác từ 0,1 - 100nm.


5

- Ngày nay: Các nghiên cứu liên quan đến vấn đề nano không ngừng đƣợc mở
rộng và phát triển.
1.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano [11]
Khoa học và công nghệ nano là một trong những thuật ngữ đƣợc sử dụng
rộng rãi nhất trong khoa học vật liệu ngày nay là do đối tƣợng của chúng là vật liệu
nano có những tính chất khác hắn với các tính chất của vật liệu khối đã đƣợc nghiên
cứu trƣớc đó.Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano so với vật liệu khối chính

là cơ sở khoa học nghiên cứu cơng nghệ nano.Trong đó phải kể đến hai hiện tƣợng:
 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. Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình
cầu.Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n tổng số nguyên tử thì mối liên hệ
giữa hai con số trên sẽ là ns = 4n2/3. Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
nguyên tử sẽ là f = ns/n = 4/n1/3 = 4ro/r, trong đó ro là bán kính của ngun tử và r là
bán kính của hạt nano.Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ số f
tăng lên. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của
các nguyên tử ở nên trong lịng vật liệu nên khi kích thƣớc vật liệu giảm đi thì hiệu
ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt hay con gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên
do tỉ số f tăng. Khi kích thƣớc của vật liệu giảm đến nano thì giá trị f tăng lên đáng
kể. Hiệu ứng bề mặt ln có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thƣớc, hạt càng
bé thì hiệu ứng càng lớn và ngƣợc lại. Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của
vật liệu nano tƣơng đối dễ dàng.
 Hiệu ứng kích thước
Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thƣớc của vật liệu nano đã làm cho
vật liệu bày trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật
liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này điều có một độ dài đặc trƣng.Độ dài đặc
trƣng của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thƣớc nm.Ở vật liệu
khối, kích thƣớc vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trƣng này dẫn đến các tính
chất vật lý đã biết. Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu có thể so sánh đƣợc với độ
dài đặc trƣng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trƣng thay đổi đột ngột.Ở


6

đây khơng có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối
đến vật liệu nano. Ví dụ điện trở của một kim loại tn theo định luật Ohm ở kích
thƣớc vĩ mơ mà ta thấy hằng ngày. Nếu ta giảm kích thƣớc vật liệu xuống nhỏ hơn

quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thƣờng có giá trị từ
vào đến vài trăm nm thì định luật Ohm khơng cịn đúng nữa. Lúc đó điện trở của
vật liệu có kích thƣớc nano sẽ tuân theo các quy tắc lƣợng tử. Khơng phải bất cứ vật
liệu nào có kích thƣớc nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính
chất mà nó đƣợc nghiên cứu.
1.1.3. Vật liệu nano kim loại [6]
Vật liệu Nano có thể đƣợc định nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu mà
trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều ở kích
thƣớc nanomet.
Hạt nano kim loại là hạt có kích thƣớc nano đƣợc tạo thành từ các kim loại.
a.Phân loại vật liệu nano
 Theo trạng thái vật liệu:
- Gồm 3 trạng thái: rắn, lỏng, khí
- Vật liệu nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn,
sau đó mới đến chất lỏng và khí.
 Theo hình dáng vật liệu:
Vật liệu nano khơng chiều: cả ba chiều đều có kích thƣớc nano, khơng cịn
chiều tự do nào cho điện tử. Ví dụ: đám nano, hạt nano.
Vật liệu nano một chiều: là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano,
điện tử đƣợc tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù). Ví dụ: dây nano, ống nano.
Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, hai
chiều tự do. Ví dụ: màng mỏng nano.
Ngồi ra cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có
một phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều,
một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.


7

b.Tính chất của vật liệu nano

Nhƣ phần đầu đã nói, hạt nano kim loại có hai tính chất khác biệt so với vật
liệu khối đó là hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thƣớc. Tuy nhiên , do đặc điểm
các hạt nano có tính kim loại, tức là có mật độ điện tử tự do lớn thì các tính chất thể
hiện có những đặc trƣng riêng khác với hạt khơng có mật độ điện tử tự do cao.
- Tính chất quang học
- Tính chất từ
- Tính chất điện
- Tính chất nhiệt
1.1.4. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano [13]
a.Phƣơng pháp từ trên xuống (top-down)
- Nguyên tắc chung: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể
khối với tổ chức hạt thơ thành cỡ hạt kích thƣớc nano.
- Đây là các phƣơng pháp đơn giản, rẻ tiền nhƣng rất hiệu quả, có thể tiến
hành cho nhiều loại vật liệu với kích thƣớc khá lớn
Ngồi ra, hiện nay ngƣời ta thƣờng dùng các phƣơng pháp quang khắc để tạo
ra các cấu trúc nano.
b. Phƣơng pháp đi từ dƣới lên (bottom-up)
- Nguyên tắc chung: Hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.
- Phƣơng pháp từ dƣới lên đƣợc phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và
chất lƣợng của sản phẩm cuối cùng.
- Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay đƣợc chế tạo từ
phƣơng pháp này.
- Phƣơng pháp từ dƣới lên có thể là phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp hóa
học hoặc kết hợp cả hai.
1.1.5. Ứng dụng của vật liệu nano
Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất
trong thời gian gần đây. Điều đó đƣợc thể hiện bằng số các cơng trình khoa học, số
các bằng phát minh sáng chế, số các cơng ty có liên quan đến khoa học, công nghệ

8

nano tăng theo cấp số mũ. Sản phẩm từ vật liệu nano có nhiều ƣu việt, trong đó có
hai ƣu việt chính đó là:
- Vì kích thƣớc trúc nano rất nhỏ do đó tiêu tốn ít vật liệu, ít năng lƣợng, ít
gây ơ nhiễm mơi trƣờng và giá thành giảm.
- Sản phẩm cơng nghệ nano có nhiều tính năng mới, khơng thể thay thế bằng
các vật liệu khác đƣợc.
Vì vậy cơng nghệ nano đã nhanh chóng thâm nhập các ngành công nghiệp và
mọi lĩnh vực đời sống, các ứng dụng điển hình nhƣ:
a. Cơng nghệ nano với vấn đề sức khoẻ và y tế [3]
Việc ứng dụng thành tựu của công nghệ nano vào y tế, bảo vệ sức khoẻ sẽ tạo
ra bƣớc nhảy vọt mới của thị trƣờng dịch vụ y tế và thiết bị y tế. Nó làm tăng tốc độ
và hiệu quả trong chuẩn đoán, điều trị bệnh. Với công nghệ này, ngƣời ta đã chế tạo
đƣợc các thiết bị siêu nhỏ và đủ “thông minh” để đƣa thuốc đến đúng địa chỉ cần
thiết trong cơ thể, hay có thể can thiệp lên các tổ chức tế bào trong cơ thể để có thể
đảm bảo thuốc khơng ảnh hƣởng đến những tế bào khoẻ mạnh gây tác dụng phụ
nguy hiểm.
Một lĩnh vực mới của công nghệ nano đang đƣợc phát triển là chế tạo các vật
liệu nano có tính chất mơ phỏng sinh học, từ đó có thể thay thế, sửa chữa đƣợc các
mô hỏng trong cơ thể con ngƣời.
b. Công nghệ nano với vấn đề năng lượng và môi trường [3]
Để giải quyết vấn đề năng lƣợng - một thách thức nghiêm trọng trong thế kỉ
này, ngƣời ta đã thu đƣợc nhiều kết quả khả quan từ công nghệ nano. Các loại pin
mặt trời với hiệu suất cao, giá thành giảm, chất xúc tác nano để nâng cao hiệu suất
chuyển năng lƣợng của hyđrocacbon thành nhiệt năng, vật liệu nano để chế tạo các
loại vật liệu điện từ mới, các thiết bị điều khiển mới nhằm tiết kiệm năng lƣợng đã
xuất hiện.
Các chất làm sạch môi trƣờng cũng đang là vấn đề đƣợc quan tâm. Các loại
hạt nano hoạt tính cao có thể hấp thụ hoặc vận chuyển chất gây ô nhiễm thành dạng

keo huyền phù hoặc sol khí. Các hạt này cũng có thể tham gia vào các q trình hố


9

học phức tạp trong khí quyển hoặc trong đất mà ta có thể lựa chọn để khắc phục
hoặc làm giảm nhẹ các thảm họa ô nhiễm môi trƣờng.
c. Công nghệ nano với công nghệ thông tin [3]
Sự ra đời của máy tính điện tử đã mở ra cuộc Cách Mạng khoa học công nghệ
thông tin với những bƣớc phát triển đột phá trong những thập niên cuối thế kỉ XX
cho đến nay. Tuy nhiên, các linh kiện máy tính sử dụng công nghệ này đã tiệm cận
giới hạn lý thuyết và tiếp tục phát triển, chúng trở nên quá đắt đỏ. Nếu khơng tìm ra
đƣợc biện pháp thay thế hữu hiệu các linh kiện cũ này thì sẽ khơng thể đáp ứng
đƣợc nhu cầu của bộ nhớ ngày càng lớn theo tốc độ phát triển rất nhanh của công
nghệ thông tin. Từ đây công nghệ nano ra đời, đã đƣa ra một giải pháp tuyệt vời
cho bài tốn hóc búa này. Đó chính là chấm lƣợng tử. Chấm lƣợng tử là một hạt
(bán dẫn, kim loại, polyme) có bán kính cỡ vài nanomét. Ngƣời ta đã nghiên cứu và
chế tạo đƣợc các chíp máy tính với các chấm lƣợng tử gọi là chíp nano có độ tích
hợp rất cao, triển vọng cho phép tăng dung lƣợng bộ nhớ của máy tính lên đến có
thể chứa thơng tin từ tất cả các thƣ viện trên thế giới trong thiết bị nhỏ nhƣ một viên
đƣờng.
d. Cơng nghệ nano trong cơ khí, vật liệu [3]
Công nghệ nano hiện nay tập trung nghiên cứu mạnh trong lĩnh vực vật liệu.
Việc tìm ra những vật liệu mới với tính năng cơ-lí-hố đặc biệt để ứng dụng trong
cơ khí, xây dựng đang là lĩnh vực nghiên cứu mạnh nhất trong ngành khoa học này.
Các ống nanocacbon là loại vật liệu nano có rất nhiều ứng dụng quý. Do cấu
trúc đặc biệt, nên các ống nanocacbon vô cùng bền vững, có độ bền cơ học gấp 10
lần thép và có tính bền nhiệt rất cao. Chúng đƣợc dùng vào làm nguyên liệu sản
xuất cho xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…
Các nhà khoa học Mỹ cũng đang chế tạo ra các phịng thí nghiệm siêu nhỏ có

thể nằm gọn trong lịng bàn tay đƣợc nhờ cơng nghệ nano. Những phịng thí nghiệm
này có thể cho ngay kết quả phân tích ở nơi ủ bệnh.
Đặc biệt, cơng nghệ nano trong tƣơng lai cịn có thể cho phép tạo ra những
vật liệu gần giống với vật liệu trong cơ thể con ngƣời nhằm thay thế những phần cơ
thể bị hỏng của con ngƣời.


10

1.2. GIỚI THIỆU HẠT NANO ĐỒNG
1.2.1. Giới thiệu về đồng kim loại
Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hồn ngun tố có ký hiệu là Cu
và số hiệu nguyên tử bằng 29.
Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao.Đồng nguyên chất mềm
và dễ uốn; bề mặt đồng tƣơi có màu cam đỏ.Nó đƣợc sử dụng làm chất dẫn điện và
nhiệt, vật liệu xây dựng và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác
nhau.
Kim loại đồng và các hợp kim của nó đã đƣợc sử dụng cách đây hàng ngàn
năm.Các hợp chất của nó thƣờng tồn tại ở dạng muối đồng (II), chúng thƣờng có
màu xanh lam hoặc xanh lục của loại khống nhƣ ngọc lam.Các cơng trình kiến
trúc đƣợc xây dựng bằng đồng bị ăn mòn tào ra màu xanh lục.
1.2.2. Phƣơng pháp tạo nano đồng
Nano đồng có thể điều chế qua các phƣơng pháp nhƣ: phƣơng pháp polyol
với sự hỗ trợ vi sóng, phƣơng pháp khử hố học, phƣơng pháp quang hoá, phƣơng
pháp điện hoá, phƣơng pháp lắng đọng hơi vật lý hoặc hoá học, phƣơng pháp nhiệt
phân , phƣơng pháp siêu âm nhiệt (sonothermal), phƣơng pháp siêu âm hoá học
(sonochemical)
Dƣới đây là một vài phƣơng pháp tiêu biểu:
a. Phương pháp khử hóa học [8]
Nguyên lý của phƣơng pháp này là sử dụng các tác nhân hóa học (X) để khử

ion Cu2+ thành các nguyên tử đồng kim loại và sau đó chúng sẽ kết tụ lại tạo thành
các hạt nano đồng.

Cu 2  X  Cu 0  CuNPs
Các tác nhân hóa học có thể sử dụng trong phƣơng pháp này là: NaBH4,
hydrazin, oleylamine và triphenylphosphine (TPP), sodium hypophosphite, alcohol
và polyvinylpyrrolidone (PVP), ...
Việc lựa chọn các tác nhân hóa học này phụ thuộc vào tính kinh tế và yêu cầu
của quá trình điều chế cũng nhƣ chất lƣợng của hạt nano vì ứng với mỗi loại tác
nhân thì sẽ tạo ra các hạt nano kim loại khác nhau về hình dạng và kích thƣớc: Khử


11

bằng sodium hypophosphite cho hạt nano đồng có kích thƣớc nhỏ hơn 20 nm, khử
bằng hydrazin tạo hạt có kích thƣớc từ 5-40 nm tùy thuộc vào nồng độ chất bảo vệ,
khử bằng NaBH4 tạo đƣợc các hạt nano đồng phân tán tốt với kích thƣớc 3-8 nm,
khử bằng oleylamine và triphenylphosphine lại tạo hạt nano đồng với kích thƣớc
khá lớn từ 30-80 nm …
b. Phương pháp sovothermal [8]
Phƣơng pháp này đƣợc xem là một phƣơng pháp khá đơn giản và hiệu quả
trong việc điều chế các hạt nano đồng trong vùng nhiệt độ trung bình (100oC200oC). Tuy nhiên phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là tạo hạt có kích thƣớc lớn và
không đồng nhất.
Phƣơng pháp solvothermal là phƣơng pháp sử dụng dung môi ở nhiệt độ cao
hơn điểm sôi của nó bằng cách tiến hành phản ứng trong một bình kín. Việc lựa
chọn dung mơi thích hợp đóng vai trị quyết định đối với phƣơng pháp này vì các
tính chất của dung mơi nhƣ: oxy hóa khử, độ phân cực, khả năng tạo phức, độ
nhớt,... ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng tham gia phản ứng của muối đồng []. Các
dung môi thƣờng đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp này là ethanol, toluen,
ethylendiamin và nƣớc.

Xian-Ming Liu và cộng sự đã tổng hợp thành công hạt nano đồng bằng cách
tiến hành solvothermal hỗn hợp CuSO4.5H2O, PVP, ethylene glycol và N,Ndimetylformanmide; nhóm của Yong Cai Zhang tiến hành solvothermal hỗn hợp
CuCl2.2H2O, nƣớc, ethylendiamine và thu đƣợc hạt nano đồng tƣơng ứng .
c. Phương pháp điện hóa [8]
Phƣơng pháp này đƣợc xem là phƣơng pháp điện tinh tế cổ điển do Reetz và
các cộng sự phát triển, gồm có 6 giai đoạn nhƣ sau: oxy hóa hồn tồn anot, di
chuyển ion kim loại đến catot, khử ion kim loại về trạng thái hóa trị khơng (M0),
hình thành các hạt nano kim loại thông qua sự tạo mầm tinh thể, phát triển mầm,
kết thúc quá trình phát triển mầm bằng các tác nhân bảo vệ và cuối cùng là giai
đoạn tạo thành các hạt nano kim loại.


12

Hình1.1 : Hệ thống mơ tả các giai đoạn của phương pháp điện hóa.
Su-Yuan Xie cùng các cộng sự của mình đã tiến hành điện phân hỗn hợp dung
dịch acid ascorbic và cetyltrimethylamonium bromide (CTAB) với thanh điện cực
đồng và thu đƣợc hạt nano đồng với kích thƣớc khoảng 10-15 nm .
d. Phƣơng pháp sinh học
Phƣơng pháp này sử dụng các tác nhân nhƣ vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm có khả
năng khử ion Cu2+ tạo nguyên tử đồng kim loại. Dƣới tác dụng của vi khuẩn hoặc
nấm thì ion Cu2+ sẽ chuyển thành nguyên tử nano đồng kim loại.

Cu

2

0



 Cu
Biolog ycal

Các tác nhân sinh học thƣờng là: vi khuẩn Morganella RP4 và Morganella
psychrotolerans, các loại nấm: aspergillus, penicillium citrinum, penicillium
waksmanii, penicillium aurantiogriseum.
Năm 2013, Suresh K. Bhargava và Vipul Bansal đã sử dụng vi khuẩn
Morganella RP4 và Morganella psychrotolerans - một vi khuẩn làm bền bạc - để
tổng hợp nano đồng
Năm 2012 Soheyla Honary và cộng sự đã tổng hợp nano đồng sử dụng các
loại nấm: penicillium citrinum, penicillium waksmanii, penicillium aurantiogriseum
và đã tổng hợp đƣợc các hạt nano có kích thƣớc 80-90 nm
1.2.3. Ứng dụng của hạt nano đồng
Dƣới đây là một số ứng dụng cụ thể của hạt nano đồng:
- Làm chất xúc tác: Nano đồng đóng vai trị chất xúc tác hiệu quả cho các


13

phản ứng hóa học nhƣ phản ứng tổng hợp methanol và glycol, phản ứng phân hủy
CCl4, xúc tác cho phản ứng Ullmann (phản ứng tổng hợp các hợp chất biaryl và
polyaryl)
Hình1.2 : Phản ứng Ullmann sử dụng nano đồng làm chất xúc tác

X

2

nano Cu
R

R

R

X = I, Br

- Làm mực in để in các bảng mạch điện tử: Mực dẫn và bột nhão có chứa hạt
nano Cu có thể đƣợc sử dụng để thay thế cho các kim loại quý, giá thành cao.
Chúng đƣợc sử dụng trong thiết bị điện tử in, màn hình, và các ứng dụng màng
mỏng dẫn điện truyền qua.
Samsung Electro-Mechanics là hãng đầu tiên trên thế giới chế tạo thành công
máy in phun sử dụng mực in là nano đồng. Máy in này dùng mực in nano đồng để
in các bản mạch điện tử thay thế cho các bản mạch điện tử bằng Au hoặc Ag rất tốn
kém nhờ đó giảm giá thành sản xuất bản mạch điện tử

Hình 1.3 : Máy in phun cơng nghiệp đầu tiên và mực in nano đồng phát triển bởi
Samsung Electro-Mechanics
- Hạt nano đồng được dùng trong thiết bị cảm biến
Các hạt nano đồng có kích thƣớc từ 10-20 nm đƣợc phủ lên một tấm cacbon
mỏng tạo nên hỗn hợp nanocomposite. Hỗn hợp nanocomposite này đƣợc dùng làm


14

cảm biến độ ẩm
- Nano đồng được dùng làm lưới lọc:
Nano đồng dùng để khử mùi và loại bỏ dung mơi hữu cơ dễ bay hơi trong các
máy điều hịa nhiệt độ của Toshiba

Hình 1.4 : Lưới lọc nano đồng được sử dụng trong máy điều hịa khơng khí thế hệ
mới nhất.
- Nano đồng sử dụng làm chất kháng khuẩn
Hiện nay nano đồng đƣợc sử dụng để sản xuất thuốc kháng khuẩn và thuốc
diệt nấm, sản phẩm vệ sinh răng miệng trong ngành công nghiệp dƣợc phẩm, sản
xuất các dụng cụ y tế.
Các nhà khoa học đã đề xuất bổ sung hạt nano đồng vào các vật liệu đóng gói
thực phẩm để bảo vệ, ngăn ngừa các vi khuẩn gây bệnh bảo vệ thực phẩm, giảm
nguy cơ gây ngộ độc thực phẩm. Ngoài ra hạt nano đồng đƣợc thêm vào chất dẻo,
sơn, và đồ dệt may để chống khuẩn, chống nấm...
1.3. GIỚI THIỆU VỀ VI KHUẨN
1.3.1. Khái niệm về vi khuẩn và các nhóm phân loại [18], [19]
Vi khuẩn (tiếng Anh và tiếng La Tinh là bacterium, số nhiều bacteria) đơi khi
cịn đƣợc gọi là vi trùng, nó thuộc loại ký sinh trùng. Vi khuẩn là một nhóm sinh
vật đơn bào, có kích thƣớc nhỏ (kích thƣớc hiển vi) và thƣờng có cấu trúc tế bào
đơn giản khơng có nhân, bộ khung tế bào (cytoskeleton) và các bào quan nhƣ ty thể
và lục lạp. Cấu trúc tế bào của vi khuẩn đƣợc miêu tả chi tiết trong mục sinh vật
nhân sơ vì vi khuẩn là sinh vật nhân sơ, khác với các sinh vật có cấu trúc tế bào
phức tạp hơn gọi là sinh vật nhân chuẩn.