XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S
vectorstock.com/20159034
Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO ĐỒNG (I) OXIT TỪ DỊCH CHIẾT LÁ CHÈ XANH VỚI DUNG DỊCH CuSO4 VÀ THỬ TÍNH XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM
Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA
HUỲNH THỊ PHƯỚC NHỰT
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO ĐỒNG (I) OXIT TỪ DỊCH CHIẾT LÁ CHÈ XANH VỚI DUNG DỊCH CuSO4 VÀ THỬ TÍNH XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC
ĐÀ NẴNG - 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO ĐỒNG (I) OXIT TỪ DỊCH CHIẾT LÁ CHÈ XANH VỚI DUNG DỊCH CuSO4 VÀ THỬ TÍNH XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC
Sinh viên thực hiện : Huỳnh Thị Phước Nhựt Lớp
: 15CQM
Giáo viên hướng dẫn: TS. Vũ Thị Duyên
Đà Nẵng – 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
Độc lập- Tự do- Hạnh phúc
KHOA HÓA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thị Phước Nhựt Lớp
: 15CQM
1. Tên đề tài: Nghiên cứu điều chế nano đồng (I) oxit từ dịch chiết lá chè xanh với dung dịch CuSO4 và thử tính xúc tác quang phân hủy alizarin red S 2. Nguyên liệu, thiết bị, dụng cụ và hóa chất 2.1. Nguyên liệu: Lá chè xanh ở Đông Giang, tỉnh Quảng Nam 2.2. Thiết bị: Máy đo quang UV-VIS của hãng Thermo (Đức), tủ sấy, bếp cách thủy, máy pH, cân phân tích 2.3. Dụng cụ: cốc thủy tinh, bình định mức, bóp cao su, pipet các loại, đũa thủy tinh, phễu lọc, giấy lọc. 2.4. Hóa chất: đồng (II) sunfat, dung dịch HCl, dung dịch NaOH, 3. Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu và khảo sát các điều kiện tối ưu trong quá trình điều chế nano đồng (I) oxit từ dịch chiết lá chè và dung dịch CuSO4 Thử tính xúc tác của nano đồng (I) oxit với phản ứng quang phân hủy Alizarin red S 4. Giảng viên hướng dẫn: TS. Vũ Thị Duyên 5. Thời gian hướng dẫn: 9/2018 6. Thời gian hoàn thành đề tài nghiên cứu: 4/2019 Chủ nhiệm khoa
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)
PGS. TS Lê Tự Hải
TS. Vũ Thị Duyên
Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày…… tháng…… năm 2019 Kết quả điểm đánh giá Ngày……tháng……năm 2019 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên)
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHHBM
Chất hoạt hóa bề mặt
EDX
Phổ tán sắc năng lượng tia X
TEM
Phương pháp đo hiển vi điện tử truyền qua
UV – VIS
Quang phổ hấp thụ phân tử
XRD
Phổ nhiễu xạ tia X
ADN
Axit Deoxyribo Nucleic (Phân tử acid nucleic)
AFM
Kính hiển vi lực nguyên tử
CVD
Bay hơi lắng đọng hóa học
MỤC LỤC MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................................3 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NANO...................................................................................3 1.1.2. Vật liệu nano.................................................................................................4 1.1.3. Ứng dụng của công nghệ nano......................................................................5 1.2. HẠT NANO ĐỒNG (I) OXIT...........................................................................7 1.2.1.
Giới thiệu về đồng kim loại.......................................................................7
1.2.2. Tổng quan về đồng (I) oxit............................................................................7 1.2.4. Ứng dụng của đồng (I) oxit ở kích cỡ nano...................................................8 1.2.5. Các phương pháp tổng hợp đồng (I) oxit.....................................................10 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ XANH.............................................................12 1.3.1. Đặc điểm cây chè xanh................................................................................12 1.3.2. Phân bố, sinh học và sinh thái.....................................................................13 1.3.3. Thành phần hóa học.....................................................................................14 1.3.4. Tác dụng dược lý - công dụng.....................................................................14 1.4. TỔNG QUAN VỀ ALIZARIN RED S...........................................................15 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................17 2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT..............................................17 2.1.1. Nguyên liệu.................................................................................................17 2.1.2. Dụng cụ và hóa chất....................................................................................17 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................19 2.2.1. Thu dịch chiết lá chè xanh...........................................................................19 2.2.2. Tổng hợp nano Đồng (I) oxit từ dung dịch CuSO 4 và dịch chiết nước lá chè xanh....................................................................................................................... 19 2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết nước lá chè xanh...........20 2.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo nano đồng (I) oxit............21 2.2.5.
Phương pháp nghiên cứu hạt nano đồng (I) oxit......................................22
2.2.6. Thử khả năng xúc tác quang phân hủy alizarin red S của nano đồng (I) oxit .............................................................................................................................. 26 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................27
3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ CHÈ XANH........................................................................................27 3.1.1. Tỷ lệ rắn/lỏng..............................................................................................27 3.1.2. Thời gian chiết lá chè xanh..........................................................................28 3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO ĐỒNG (I) OXIT................................................................................31 3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dịch chiết lá chè xanh / thể tích dung dịch CuSO4.................................................................................................................... 31 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian tạo Cu2O nano.....................................................33 3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo Cu2O nano......................................................34 3.2.4. Ảnh hưởng của pH môi trường....................................................................36 3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT NANO ĐỒNG (I) OXIT .................................................................................................................................. 38 3.4. THỬ TÍNH XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S.................................................................................................40 3.4.1. Xây dựng đường chuẩn của Alizarin red S..................................................40 3.4.2. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình quang phân hủy Alizarin red S............................................................................................................................ 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................46 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................47
DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1 1.2 2.1 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
Tên bảng Một số tính chất vật lý của đồng kim loại Hàm lượng các chất trong lá chè tươi Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn / lỏng đến cực đại mật độ quang Ảnh hưởng của thời gian chiết đến cực đại mật độ quang Ảnh hưởng của thời gian tạo nano đến cực đại mật độ quang Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết đến cực đại mật độ quang Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano đến cực đại mật độ quang Ảnh hưởng pH đến cực đại mật độ quang Sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ alizarin red S
Trang 7 14 17 28 30 31 33 35 36 40
3.8
ở bước sóng 423nm Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nano đồng (I)
41
3.9
oxit đến quá trình phân hủy của Alizarin red S Kết quả khảo sát ảnh hưởng của sự khuấy trộn đến quá trình
42
3.10
phân hủy của Alizarin red S Kết quả khảo sát ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến
44
3.11
quá trình phân hủy của Alizarin red S Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến quá trình phân
45
hủy của Alizarin red S
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Số hiệu 1.1
Tên hình ảnh Sơ đồ giải thích cơ chế làm việc của kính hiển vi lực nguyên
Trang 3
1.2
tử (AFM) Mô phỏng vật liệu khối (3D), màng nano (2D), dây nano
4
1.3 1.4 2.1 2.2 2.3
(1D) và hạt nano (OD) Cấu trúc tinh thể đồng (I) oxit Lá và hoa của cây chè Lá chè tươi Dịch chiết lá chè thu được sau khi lọc Quy trình tổng hợp nano Đồng (I) oxit (Cu2O) từ dịch chiết
8 13 17 19 20
2.4 2.5 2.6 3.1
lá chè và dung dịch CuSO4 Máy Quang Phổ Jasco V73 Máy XRD D8 Advan Máy phân tích thành phần kim loại EDX Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn / lỏng đến phổ UV-VIS của dung
23 24 25 27
3.2
dịch nano đồng (I) oxit Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến màu sắc của dung dịch
28
3.3
nano Cu2O Ảnh hưởng của thời gian chiết lá chè xanh đến màu sắc của
29
3.4
dung dịch nano Cu2O Ảnh hưởng của thời gian chiết đến phổ UV-VIS của dung
29
3.5
dịch nano đồng (I) oxit Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết đến phổ UV-VIS của dung
31
3.6
dịch nano đồng (I) oxit Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dịch chiết lá chè xanh / thể tích
31
3.7
dung dịch CuSO4 đến màu sắc của dung dịch nano Cu2O Ảnh hưởng của thời gian tạo nano đến phổ UV-VIS của
32
3.8
dung dịch nano đồng (I) oxit Ảnh hưởng của thời gian tạo nano đến màu sắc của dung
33
3.9 3.10
dịch Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano đến màu sắc dung dịch Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano đến phổ UV-VIS của dung
34 34
3.11
dịch nano đồng (I) oxit Ảnh hưởng của pH môi trường đến màu sắc của dung dịch
36
3.12
nano Ảnh hưởng của pH đến phổ UV-VIS của dung dịch nano
35
3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18
đồng (I) oxit Ảnh TEM của mẫu nano đồng (I) oxit Phổ UV-ViS của mẫu nano đồng (I) oxit tổng hợp được Phổ XRD của mẫu nano đồng (I) oxit Phổ EDX của mẫu nano đồng (I) oxit Đường chuẩn của Alizarin red S Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của hàm lượng nano Cu 2O đến
38 38 39 39 41 42
3.19
phản ứng quang hóa Alizarin red S Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của sự khuấy trộn đến phản ứng
43
3.20
quang hóa Alizarin red S Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến phản
44
3.21
ứng quang hóa Alizarin red S Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nồng độ đến phản ứng quang
45
hóa Alizarin red S
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc nhất đến giảng viên hướng dẫn cô Vũ Thị Duyên đã cho phép, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành khóa luận này. Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Hóa, trường Đại học sư phạm - Đại học Đà Nẵng đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức hữu ích cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường và tạo mọi điều kiện thuận lợi để cho tôi nghiên cứu, thực hiện khóa luận này. Chân thành cảm ơn các bạn tập thể lớp 15CQM đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong học tập, nghiên cứu, tìm kiếm tài liệu và động viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện khóa luận. Mặc dù bản thân luôn cố gắng nổ lực song vẫn không thể tránh có sai xót. Rất mong thầy cô thông cảm và đóng góp thêm ý kiến để tôi hoàn thiện báo cáo này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày……tháng……năm 2019 Sinh viên thực hiện
Huỳnh Thị Phước Nhựt
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Công nghệ nano đã và đang có những bước phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Các nghiên cứu trong lĩnh vực này ngày càng được ứng dụng nhiều trong mọi mặt của đời sống như: y học, sinh học, công nghệ xúc tác, công nghệ thông tin, dệt may, mỹ phẩm… Trước thực trạng nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng trên phạm vi toàn cầu thì việc sử dụng các phương pháp điều chế nano thân thiện với môi trường là điều vô cùng cần thiết. Phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết thực vật làm chất khử để điều chế nano kim loại là một trong những phương pháp rất được quan tâm thời gian gần đây. Bởi quá trình điều chế hạt nano là lành tính, không sử dụng bất kỳ hóa chất độc hại nào. Chè xanh thích hợp với khí hậu nhiệt đới gió mùa của Việt Nam nên được trồng rất phổ biến. Lá chè xanh có nhiều công dụng như giảm nguy cơ mắc ung thư, ngăn ngừa bệnh tim mạch, làm chậm quá trình lão hóa…Trong lá chè xanh hàm lượng tanin chiếm từ 20-30%, các poliphenol này có khả năng khử tốt các ion kim loại như Ag +, Cu2+, Fe3+... Chính vì lý do đó chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu điều chế nano đồng (I) oxit từ dịch chiết lá chè xanh với dung dịch CuSO 4 và thử tính xúc tác quang phân hủy Alizarin red S” 2. Mục đích nghiên cứu - Xây dựng quy trình điều chế hạt nano đồng (I) oxit từ dung dịch CuSO4 bằng dịch chiết nước lá chè xanh. - Thử khả năng xúc tác của hạt nano đồng (I) oxit cho phản ứng quang phân hủy Alizarin red S. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Hạt nano đồng (I) oxit được điều chế từ dịch chiết lá chè xanh và dung dịch CuSO4. SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
1
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
3.2. Phạm vi nghiên cứu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp nano đồng (I) oxit được điều chế từ dịch chiết lá chè xanh và dung dịch CuSO4. Thử khả năng xúc tác cho phản ứng quang phân hủy Alizarin red của hạt nano tạo thành. 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp 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 đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm
4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm -
Phương pháp chiết tách: phương pháp chưng ninh sử dụng dung môi là nước.
-
Phương pháp phân tích công cụ: phương pháp phổ hấp thụ phân tử ( UV-VIS), TEM, XRD, EDX. 5. Bố cục đề tài Nội dung đề tài được chia làm 3 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
2
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NANO 1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano a. Khái niệm công nghệ nano 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 thước trên quy mô nanomet (1 nm = 10−9 m).[2] [15] b. Nguồn gốc công nghệ nano Năm 1959, khái niệm về công nghệ nano được nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman nhắc đến khi ông đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ đi từ quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử. Những năm 1980, nhờ sự ra đời của hàng loạt các thiết bị phân tích, trong đó có kính hiển vi đầu dò quét (SPM hay STM) có khả năng quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, con người có thể quan sát và hiểu rõ hơn về lĩnh vực nano. Kính hiển vi lực nguyên tử (tiếng Anh: Atomic force microscope, viết tắt là AFM) là một thiết bị quan sát cấu trúc vi mô bề mặt của vật rắn dựa trên nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử giữa một đầu mũi dò nhọn với bề mặt của mẫu, có thể quan sát ở độ phân giải nanômét, được sáng chế bởi Gerd Binnig, Calvin Quate và Christoph Gerber vào năm 1986.[13][14]
Hình 1.1. Sơ đồ giải thích cơ chế làm việc của kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) Trong thập kỷ qua các sản phẩm của nền công nghiệp công nghệ nano đã nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường, kể cả trong lĩnh vực bình thường. Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ Anh, Lord Sainsbury nói: "Công nghệ nano có khả năng tiềm tàng rất lớn. Nó có thể đem lại rất nhiều lợi ích trong rất nhiều lĩnh SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
3
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
vực khác nhau. Tuy nhiên, chúng ta buộc phải xem xét chúng dưới một góc độ khác, góc độ đạo đức, sức khoẻ, sự an toàn và phản ứng xã hội.[16] 1.1.2. Vật liệu nano a. Khái niệm Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng,... có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nanomet đến 100 nanomet. Cụ thể là những tập hợp của các nguyên tử kim loại hay phi kim (được gọi là Cluster) hay phân tử của các oxit, sunfua, nitrua, borua… có kích thước trong khoảng từ 1 đến 100 nm. Đó cũng có thể là những vật liệu xốp với đường kính mao quản nằm trong giới hạn tương tự (zeolit, photphat, cacbonxylat kim loại…) b. Phân loại vật liệu nano Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích cỡ nanomet. Về trạng thái vật liệu có thể là rắn, lỏng, hoặc khí. Hiện nay, chúng ta đang chủ yếu tập trung nghiên cứu vật liệu nano ở trạng thái rắn, sau đó mới đến các chất lỏng và khí. Về hình dạng vật liệu nano có thể chia thành các loại: -Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích cỡ nanomet) như đám nano, dung dịch keo nano, hạt nano… - Vật liệu nano hai chiều là vật liệu có một chiều là kích thước nanomet, ví dụ như màng mỏng. - Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều là kích thước nanomet. Ví dụ như dây nano, ống nano,… Hính ảnh mô phỏng vật liệu nano thể hiện trong Hình 1.2.
Hình 1.2. Mô phỏng vật liệu khối (3D), màng nano (2D), dây nano (1D) và hạt nano (OD) SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
4
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
- Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều và hai chiều đan xen lẫn nhau. Cũng theo cách phân loại theo hình dáng của vật liệu, một số người đặt tên số chiều bị giới hạn ở kích thước nano. Nếu như thế thì hạt nano là vật liệu nano 3 chiều, dây nano là vật liệu nano 2 chiều và màng mỏng là vật liệu nano 1 chiều. Về tính chất vật liệu có thể phân loại như sau: + Vật liệu nano kim loại. + Vật liệu nano bán dẫn. + Vật liệu nano từ tính. + Vật liệu nano sinh học. Nhiều khi người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai khái niệm nhỏ tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ, đối tượng của chúng ta sau đây là “hạt nano kim loại’’ trong đó “hạt’’ được phân loại theo hình dáng, “kim loại’’ được phân loại theo tính chất. [11], [12] c. Phương pháp chế tạo vật liệu nano Để chế tạo vật liệu nano có các phương pháp như: + Phóng điện hồ quang hay hồ quang plazma + Phương pháp hóa lý phủ từ pha hơi (CVD và PVD) + Phương pháp mạ điện + Phương pháp Sol - Gel + Phương pháp nghiền bi + Sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên + Phương pháp nguội nhanh 1.1.3. Ứng dụng của công nghệ nano Công nghệ nano đang được đầu tư nghiên cứu đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh. Các ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano trong lĩnh vực này là:
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
5
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Chẩn đoán: Sử dụng các hạt nano (hạt nano vàng, nano từ, chấm lượng tử…) để đánh dấu các phân tử sinh học, vi sinh vật, phát hiện các chuỗi gen nhờ vào cơ chế bắt cặp bổ xung của DNA hoặc cơ chế bắt cặp kháng nguyên – kháng thể. Vận chuyển thuốc: Cung cấp thuốc cho từng tế bào cụ thể bằng cách sử dụng các hạt nano nhằm tiết kiệm thuốc và tránh các tác dụng phụ. Mô kỹ thuật: Công nghệ nano có thể giúp cơ thể tái sản xuất hoặc sửa chữa các mô bị hư hỏng bằng cách sử dụng “giàn” dựa trên vật liệu nano và các yếu tố tăng trưởng. - Công nghệ nano cũng được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh xây dựng (sơn nano), trong chế biến thực phẩm (đóng gói bao bì thực phẩm)… - Ở lĩnh vực may mặc, các hạt nano bạc có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo. Ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫuquần áo thể thao. Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi. - Nano trong xử lý môi trường, một số ứng dụng vật liệu nano để làm giảm ô nhiễm môi trường đã đạt được hiệu quả tích cực. Pha các hạt nano oxyt cesium vào mazut làm cho nhiệt độ đốt cháy các hạt bụi khói giảm xuống, do đó làm giảm ô nhiễm lượng khí thải. Các hạt bụi sắt nano có tính oxy hóa cao, khi bơm hạt sắt nano trong một chất lỏng thích hợp xuống gần các hố chon rác thì khí các ạt này oxy hóa, nó sẽ làm cho nhiều chất hữu cơ cùng tham gia quá trình oxy hóa và bị phân hủy và không còn gây độc hoặc bị kìm giữ mà không bị khuếch tán lan trong nền đất. - Thực phẩm từ công nghệ nano, các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm thay đổi các loại thực phẩm ở cấp độ nguyên tử và phân tử, khiến các loại thực phẩm này thay đổi hương vị cũng như giàu dinh dưỡng hơn. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ được thưởng thức những món ăn với hương vị vô cùng lạ mà giá trị dinh dưỡng vẫn cao nhờ công nghệ nano thực phẩm. Công nghệ nano cũng sẽ giúp lưu trữ thực phẩm được lâu hơn nhiều lần bằng cách tạo ra những vật liệu đựng thực phẩm có khả năng diệt khuẩn. Chúng ta có thể SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
6
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
thấy nhiều loại tủ lạnh hiện nay được phủ một lớp nano bạc bên trong để tiêu diệt vi khuẩn. Thậm chí một số loại hộp thực phẩm cao cấp hiện nay cũng được phủ một lớp bạc nano bên trong. 1.2. HẠT NANO ĐỒNG (I) OXIT 1.2.1. Giới thiệu về đồng kim loại Đồng là nguyên tố hóa học trong Bảng hệ thống tuần hoàn có ký hiệu 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 tươi có màu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau. Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của đồng kim loại Nhiệt độ Nhiệt Màu nóng chảy (oC) Đỏ
Nhiệt
độ
độ sôi thăng
hoa
(oC)
(KJ/mol)
Tỷ khối
Độ cứng Độ
dẫn Độ
dẫn
thang
điện
Hg nhiệt Hg
moxo
=1
=1
1083 2543 339,6 8,94 3 57 36 Đồng là kim loại kém hoạt động. Ở nhiệt độ thuờng và trong không khí, đồng
bịbao phủ một màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit. Oxit này đã tạo nên bởi những phản ứng: 2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2 Cu(OH)2+ Cu → Cu2O + H2O 1.2.2. Tổng quan về đồng (I) oxit Cu2O có dạng cấu trúc lập phương. Tế bào tinh thể có dạng lập phương tâm khối với nguyên tử oxi, còn các nguyên tử đồng sắp xếp vào 4 trong 8 hốc tứ diện của tế bạo. Khoảng cách giữa Cu-Cu là 3.02 Å và của O-O là 3.7 Å.
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
7
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể đồng (I) oxit Cu2O là chất bán dẫn loại p, có năng lượng vùng cấm E g= 2.14 eV (hấp thụ photon có bước sóng λ= 580 nm). Ở cấp độ nanomet, khi kích thước hạt giảm thì năng lượng vùng cấm tăng lên hiệu ứng kích thước – size effect). Do vậy, nano Cu 2O có thể hấp thụ bước sóng λ< 580 nm (vùng khả kiến). Tính chất này làm cho Cu 2O nổi trội hơn một số oxit khác trong các quá trình quang hóa. Ví dụ Ti2O anatase có Eg= 3,2 eV, còn ZnO có Eg= 3,4 eV nên chỉ bị kích thích bởi bức xạ tử ngoại. 1.2.4. Ứng dụng của đồng (I) oxit ở kích cỡ nano Cu2O nano hiện đang thu hút sự quan tâm đáng kể trong các lĩnh vực của hai lĩnh vực như là vật lý chất ngưng tụ và hóa học vật liệu và các ứng dụng tiềm năng trong chuyển đổi năng lượng mặt trời và xúc tác. Do độ rộng vùng cấm thích hợp (1,9-2,2eV) và hệ số hấp thụ ánh sáng nhìn thấy tương đối cao nên Cu2O được sử dụng làm: chất xúc tác, chất biến khí, và đặc biệt trong chuyển đổi năng lượng mặt trời. Cu 2O thu hút được sự chú ý rất lớn bởi vì chi phí tương đối thấp và không độc hại với môi trường. Cu2O hình cầu rỗng có những ứng dụng tiềm năng trong phân phối thuốc mang chuẩn đoán y sinh và hình ảnh tế bào. Vì vậy, Cu 2O nano đã mở ra hướng ứng dụng quan trọng trong việc điều trị các bệnh cho con người. Khả năng xúc tác của Cu2O vô cùng ý nghĩa đối với cuộc sống: xúc tác cho quá trình oxi hóa CO,… đặc biệt là xúc tác quang cho quá trình xử lí môi trường. Do Cu 2O là chất bán dẫn loại p với độ rộng vùng cấm 1,9-2,2 eV nên nó dễ dàng bị kích thích bởi ánh sáng trong vùng nhìn thấy. Mặc khác, Cu 2O không độc hại cho môi trường, giá thành rẻ nên nó được sử dụng rộng rãi để xử lí phẩm nhuộm và các chất thải công nghiệm vì chúng là các chất hữu cơ gây ô nhiễm và không dễ dàng bị phân hủy tự nhiên. Ví dụ, Cu2O/chitosan có khả năng làm mất màu phẩm nhuộm X-3B từ nồng độ SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
8
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
50 mg/L xuống còn 1,545 mg/L-0,337 mg/L (phù hợp với tiêu chuẩn nước uống của WHO). Đặc biệt, Cu2O là chất xúc tác quang rất tốt quá trình làm mất màu Alizarin red S và Metyl da cam, Xanh metylen (những chất là thành phần chính của một số loại thuốc nhuộm công nghiệp thông dụng). Cu2O nano là xúc tác cho quá trình tổng hợp sợi cacbon nano. Ngày nay, lĩnh vực nghiên cứu sợi cacbon nano đang thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học vì chúng có cấu trúc và tính chất vật lí, hóa học rất đặc biệt như: môđun đàn hồi cao, có khả năng dự trữ một lượng lớn hydro, có khả năng hấp thụ điện từ… đã có một số chất xúc tác để tổng hợp nano cacbon. Gần đây, Cu 2O nano bắt đầu được quan tâm sử dụng để làm xúc tác cho phản ứng polime hóa tổng hợp sợi cacbon nano vì chúng không gây độc hại, giá thành rẻ, quá trình tổng hợp khá đơn giản và đặc biệt là phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với khi dùng các chất xúc tác khác. Hình dạng và kích thước của hạt Cu 2O nano cũng ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước cũng như độ xoắn của các sợi cacbon thu được. Ngày nay, Cu2O nano ở dạng lớp mỏng đang được thu hút sư quan tâm rất nhiều các nhà khoa học trên thế giới do khả năng ứng dụng cao của nó trong công nghệ chế tạo pin mặt trời. Để chọn lọc những tính chất nổi bật của từng loại vật liệu trong hầu hết các trường hợp, người ta thưởng phủ Cu2O lên các chất nền khác nhau như TiO 2, SnO2, CeO2, SrTiO3. Graphit,… Ví dụ, màng Cu2O/TiO2 dã kết hợp được độ bền hóa học của TiO2 và độ hấp thụ quang cao của Cu 2O cũng như sự thích hợp về mặt sắp xếp cấu trúc bề mặt để tạo nên cấu trúc dị hướng n-Cu2O/TiO2 hoặc màng Cu2O/CdO lại kết hợp được độ hấp thụ quang cao của Cu2O và độ truyền quang lớn của CdO. Màng mỏng Cu2O không những được ứng dụng trong pin năng lượng mặt trời, mà nó còn có khả năng xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học khác nhau như: màng Cu 2O/MgO có khả năng xúc tác cho phản ứng dehidro hóa xuclohexanol để tạo thành cyclohexanone- một loại hóa chất quan trong trong công nghiệp và y tế. Trong phản ứng này hoạt tính của Cu2O/MgO tỏ ra hơn hẳn so với xúc tác Cu nano kim loại. Tóm lại, màng mỏng Cu2O là vật liệu đầy hứa hẹn cần được nghiên cứu kĩ trong thời gian tới.
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
9
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Cu2O nano còn được sử dụng là âm cực pin liti, làm nguyên liệu cho công nghệ sản xuất thủy tinh. Thủy tinh chứa Cu2O nano có khả năng hấp thụ nhiệt độ cao nhưng vẫn cho phép ánh sáng truyền qua và có màu sắc đặc biệt. Cu 2O được ứng dụng làm bộ cảm biến khí oxi màng mỏng, làm bột để gắn kết các vi mạch điện tử màng mỏng. Người ta còn sử dụng Cu2O nano như là vật liệu có cấu trúc đẳng hướng, ứng dụng trong các thiết bị nano như thiết bị bán dẫn, loại vật liệu có đẳng hướng có kích cỡ nano được biết đến là có nhiều tính chất vật lí đặc biệt và có ứng dụng lớn trong các thiết bị quang điện với quá trình tiêu thụ năng lượng cực thấp. 1.2.5. Các phương pháp tổng hợp đồng (I) oxit Các hạt Cu2O đã được tổng hợp theo các phương pháp khác nhau: phương pháp điện phân, oxi hóa nhiệt, thủy nhiệt, phương pháp khử trong dung dịch muối đồng (II) hoặc oxit đồng trong dung dịch, phương pháp chiếu tia gamma, điện hóa, phương pháp sử dụng chất hoạt động bề mặt, phương pháp kết tủa từ dung dịch quá bão hòa, phương pháp phún xạ áp suất cao, phương pháp CVD. Tuy nhiên, công trình tổng hợp Cu2O nano không nhiều. Vì vậy, việc tổng hợp Cu2O nano và nghiên cứu đặc tính của chúng vẫn được quan tâm nhiều. a. Tổng hợp Cu2O nano dạng bột Phương pháp tạo tủa trong dung dịch Tác giả I.Prakash, P.Muralidharan đã điều chế được các sợi nano Cu 2O có đường kính khoảng 8 nm và chiều dài khoảng 10-20 nm bằng cách cho CuCl 2.2H2O và polyetilenglycol vào trong nước và khuấy từ, sau một thời gian khoảng 10-15 phút thì nhỏ NaOH 6M và để tạo tủa Cu(OH)2 màu xanh. Tiếp tục khuấy khoảng 10 phút nữa rồi thêm từng giọt hidrazin, khi đó tủa xanh sẽ chuyển dần màu đỏ. Kết tủa được lọc, rửa sạch bằng nước cất và làm khô trong chân không ở 60oC trong 3 h. Các phương pháp khác Bằng phương pháp chiếu tia γ vào dung dịch CuSO 4 có chứa C12H25NaSO4, (CH3)2CHOH và đệm axetat, các tác giả điều chế được Cu 2O có kích cỡ thay đổi từ 1450 nm tùy thuộc vào thành phần dung dịch đầu: kích thước hạt tăng khi nồng độ Cu 2+ tăng và kích thước hạt phụ vào cường độ chiếu tia γ. b. Tổng hợp Cu2O nano dạng màng mỏng SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
10
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Có rất nhiều phương pháp để chế tạo màng mỏng Cu 2O như: kết tủa điện hóa, tổng hợp tĩnh điện trên khuôn DNA, phún xạ điện từ, sol-gel, lắng đọng hóa học… Trong các phương pháp trên, phương pháp kết tủa điện hóa được sử dụng nhiều nhất. Trong phương pháp này, các quá trình được xảy ra trong bình điện phân, trong đó ở điện cực catot xảy ra quá trình khử Cu2+ để tạo màng mỏng Cu2O. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo màng là: mật độ dòng điện, pH môi trường, nhiệt độ bình phản ứng, thời gian phản ứng… Trong phương pháp phún xạ điện từ màng mỏng Cu 2O được kết tủa trên đế bằng cách phun vào bia tia Cu tinh khiết hỗn hợp khí có khả năng oxi hóa (ví dụ hỗn hợp khí argon và oxi không khí) có năng lượng phun cao. Vì thế màng Cu2O tạo thành sẽ phụ thuộc vào thành phần và năng lượng của dòng khí phun. Ngoài ra, phương pháp lắng đọng hóa học cũng là một phương pháp được chú ý vì yêu cầu về thiết bị và thao tác tiến hành phản ứng trong phương pháp này khá đơn giản. Bằng phương pháp CVD có thể thu được các hạt Cu2O có kích thước rất khác nhau và sản phẩm thu được rất bền ở kích thước nano. Tính chất quang, điện, cấu trúc của Cu2O phụ thuộc vào kích cỡ hạt. Phương pháp tổng hợp này thường được ứng dụng để tạo lớp Cu2O có kích thước nano bền và có tính chất quang điện rất tốt. Đồng (II) axetylaxetonat thường được chọn làm chất đầu để điều chế Cu 2O nano theo phương pháp CVD vì nó có áp suất hơi và nhiệt độ phân hủy thích hợp. Theo phương pháp này, đầu tiên đồng (II) axetylaxetonat được thăng hoa trong dòng khí mang. Dòng hơi này được đi qua lò đốt có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phân hủy đồng (II) axetylaxetonat. Nhiệt độ lò đốt, áp suất dòng hơi và thành phần khí mang quyết định thành phần và kích thước sản phẩm. Cụ thể, ở 431,5 oC chỉ tạo thành Cu kim loại, ở nhiệt độ 705oC thì Cu kim loại được tạo thành nếu áp suất hơi lớn hơn 10 Pa và Cu2O được tạo nếu áp suất dưới 1 Pa, còn khi áp suất nằm khoảng 1-10 Pa thì sẽ thu được hỗn hợp Cu và Cu2O. Hàm lượng của oxi trong khí mang cũng ảnh hưởng đến quá trình phân hủy. Khi tăng hàm lượng oxi và nhiệt độ sẽ làm quá trình oxi hóa phức tạp hơn và hàm lượng CuO và Cu2O tăng. Khi có mặt hơi nước trong dòng khí mang cũng làm tăng hàm lượng Cu 2O và trong thành phần sản phẩm không có CuO. Có thể giải thích sự tạo thành Cu 2O theo phản ứng giữa Cu2 với phân tử nước: SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
11
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Cu2 + H2O Cu2O + H2 Màng mỏng Cu2O cỡ 1-14 nm trong suốt, có tính chất quang phủ trên thủy tinh hoặc thạch anh được điều chế bằng kỹ thuật phún xạ trong khí trơ có áp suất cao ở nhiệt độ phòng. 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ XANH 1.3.1. Đặc điểm cây chè xanh Cây chè xanh có tên khoa học là Camellia sinensis (L) (hay Thea sinensis L.) (1935 – Hội nghị Quốc tế về thực vật). Cây chè xanh được xếp trong phân loại thực vật như sau: Ngành
Hạt kín
Angiospermae
Lớp
Song tử điệp
Dicotylednae
Bộ
Chè
Theales
Họ
Chè
Theaceae
Chi
Chè
Camellia (Thea)
Loài
Chè
C.sinensis
- Thân và cành: cây chè xanh có thân thẳng và tròn, phân nhánh liên tục thành một hệ thống cành và chồi. Tùy theo chiều cao, kích thước của thân và cành mà cây chè xanh được chia làm 3 loại: cây bụi, cây gỗ nhỏ và cây gỗ vừa. Thân cành và lá tạo thành tán cây chè. - Hoa chè xanh: hoa của nó màu trắng, ánh vàng, đường kính từ 2,5 đến 4 cm với 7 – 8 cánh hoa. Hoa chè xanh bắt đầu nở khi cây chè đạt 2 – 3 tuổi, hoa chè xanh mọc từ chồi sinh thực ở nách lá.Cây chè xanh là một loài thực vật có hoa lưỡng tính, tràng hoa có 5 – 9 cánh. - Lá chè xanh: mọc cách nhau trên cành, mỗi đốt có một lá. Hình dạng và kích thước lá chè xanh thay đổi theo từng giống. Lá của chúng thường dài từ 4 – 15 cm, rộng 2 – 2,5 cm nhọn gốc. Lá non có sắc xanh lục nhạt. Lá già chuyển sang màu lục sẫm. SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
12
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Hình 1.4. Lá và hoa của cây chè xanh - Quả chè xanh: quả chè xanh là loại quả có 1 – 4 hạt, có hình tròn, tam giác hoặc vuông. Quả chè xanh thường mọc thành chùm ba, ban đầu có màu xanh của chồi. Khi tăng trưởng, quả chè xanh cứng dần và chuyển sang màu nâu, nứt ra. Trên thế giới hiện nay, các nhà khoa học chia cây chè thành 3 giống chính dựa vào đặc điểm sinh thái và thực vật của cây chè: - Chè xanh Trung Quốc: Camellia sinesis (L). Dựa vào kích thước lá, Sealy phân biệt chè Trung Quốc thành 2 loại: F. Macrophylla (Sieb) Kitamura và F. Parvifolia (Miq). - Chè Assan: Camellia assamica - Chè Nam Indo: Camellia assamica. 1.3.2. Phân bố, sinh học và sinh thái Chè xanh thường được trồng trong các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới. Chè xanh được trồng tại khu vực ẩm ướt, có đủ ánh sáng mặt trời. Đa số chè xanh được sản xuất tại các cao nguyên trên 1500 mét, nơi thực vật phát triển chậm. Chè được trồng tại nhiều nước, ở nước ta chè được trồng và mọc tự nhiên tại các vùng đồi núi phía Bắc như Lạng Sơn, Thái Nguyên, Quảng Nam – Đà Nẵng cho tới Đắc Lắc, Lâm Đồng. Cây ưu tiên khí hậu ẩm đất chua và cần được che bóng ở mức độ nhất định để đảm bảo hương thơm. 1.3.3. Thành phần hóa học Hàm lượng các chất trong lá chè tươi SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
13
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Bảng 1.2. Hàm lượng các chất trong lá chè tươi Thành phần
Hàm lượng (% khối Thành phần
Hàm lượng (% khối
lượng chất khô)
lượng chất khô)
Proteine
20 – 30
Chất béo
4–7
Amino acid
1 -5
Acid hữu cơ
<3
Alkaloide
3–5
Khoáng
4–7
Polyphenols
20 – 35
Chất màu
<1
Carbonhydrate
35 - 40
Vitamin A, E, D, 0,6 – 1,0 B1, B2…
Trong lá chè xanh có tinh dầu, các dẫn xuất polyphenolic, các alcaloid, theophyllin, theobronmin. Ngoài ra còn có các vitamin. Thành phần chính của lá chè xanh là nước có quan hệ đến quá trình biến đổi sinh hóa trong búp chè xanh và sự hoạt động của các men. Bên cạnh đó trong lá chè còn có nhóm tanin chiếm 27-34% chất khô trong chè. Lượng tanin phân bố không đồng đều trên cùng một búp trà, tập trung nhiều nhất ở tôm (39.9%), rồi đến lá non (lá một 36.8%; lá hai 36.1%; lá ba 29.25%; cọng già 25%, lá bánh tẻ, lá già… Trong tanin có chứa catechin có khả năng chống oxi hóa. Ngoài ra trong chè còn có flavonol và glycoside chiếm 1 – 2% chất khô. Hàm lượng chất khô trong chè tươi từ 4 – 5 % và trong chè khô là 5 – 6%. 1.3.4. Tác dụng dược lý - công dụng Chè có tác dụng không nhỏ đối với sức khỏe con người. Giúp điều trị bệnh tim mạch, giúp tiêu hóa tốt, tăng cường sức đề kháng của cơ thể, chuyển hóa mỡ thành năng lượng và giải phóng năng lượng ra bên ngoài. Trong nước chè xanh có chất catechin có tác dụng giảm nguy cơ gây ung thư, giảm kích thước khối u, tác dụng phóng xạ, giảm lượng đường trong máu và giảm cholesterol diệt khuẩn. Vitamin C trong lá chè làm tăng sức đề kháng trong cơ thể. Cafein và một số hợp chất ancaloit khác có trong lá chè là những chất có khả năng kích thích hệ thần kinh trung ương, kích thích vỏ đại não làm cho thần kinh minh mẫn, tăng cường sự hoạt động của các SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
14
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
cơ trong cơ thể, nâng cao năng lực làm việc. Hỗn hợp tanin chè có khả năng giải khát, chữa một số bệnh đường ruột như tả, lỵ, thương hàn. Theo xác nhận của M.N. Zaprometop thì hiện nay chưa tìm được chất nào lại có tác dụng làm vững chắc các mao mạch tốt như catechin của cây chè. Chè còn có chứa nhiều loại vitamin như vitamin A, B1, B2, B6, vitamin PP và nhiều nhất là vitamin C. Một giá trị đặc biệt của lá chè là chống phóng xạ, điều này đã được các nhà khoa học Nhật Bản thông báo qua việc chứng minh chè xanh có tác dụng chống được chất Stronti (Sr) 90 là một đồng vị phóng xạ nguy hiểm. Chè xanh có giá trị sử dụng và là hàng hóa có giá trị kinh tế cao, chè xanh là một sản phẩm xuất khẩu có giá trị trên thị trường thế giới. Chè xanh là một cây có hiệu lực khai thác vùng đất đai rộng lớn của trung du, miền núi, phủ xanh đất trống, đồi núi trọc, bảo vệ môi trường sinh thái. 1.4. TỔNG QUAN VỀ ALIZARIN RED S -
Tên gọi khác: Mordant Red 3; Sodium alizarinesulfonate; Alizarine,..
-
Danh pháp IUPAC: sodium 3,4-dihydroxy-9,10-dioxoanthracene-2-sulfonate
-
Công thức phân tử: C14H7NaO7S (M = 342,26 g/mol)
-
Công thức cấu tạo:
Ở nhiệt độ phòng, Alizarin red S tồn tại ở dạng rắn không mùi, màu đỏ ánh tím. Tinh thể Alizarin red S khó tan trong nước lạnh, khi đun nóng thì tan dễ hơn, khi hòa tan vào nước tạo dung dịch có màu hồng ánh tím. Alizarin red S tan nhiều trong nhexan và cloroform. Dung dịch Alizarin red S có khả năng thay đổi màu sắc tùy thuộc vào độ pH của dung dịch, do đó nó được sử dụng làm chất chỉ thị pH. Alizarin red S là một hợp chất bền, khó phân hủy hoàn toàn. Alizarin red S là một muối axit, tan trong nước tồn tại ở dạng anion, hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, cực đại hấp thụ tại bước sóng 423 nm. Với liều lượng thích hợp, Alizarin red S được sử dụng để nhuộm SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
15
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
chất hoạt dịch nhằm đánh giá các tinh thể canxi photphat. Alizarin red S cũng đã được sử dụng trong các nghiên cứu liên quan đến sự phát triển xương, loãng xương, lắng đọng canxi trong hệ thống mạch máu, tín hiệu tế bào, biểu hiện gen, kỹ thuật mô và tế bào gốc...Trong địa chất, nó được sử dụng để tìm ra các khoáng chất canxi cacbonat, canxit và aragonit. Alizarin red S cũng là một loại thuốc nhuộm được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp dệt nhuộm và với lượng lớn Alizarin red S được thải ra từ các nhà máy dệt nhuộm lại gây nguy hại đến sự sinh tồn của các động thực vật trong nước và đời sống con người. Ngộ độc Alizarin red S cũng rất nguy hiểm. Trong nghiên cứu này, Alizarin red S được chọn như một hợp chất gây ô nhiễm nguồn nước để khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu nano đồng (I) oxit. Độc tính của Alizarin red Khi tiếp xúc rực tiếp với da và mắt có thể gây ra các triệu chứng và thương tổn sau [17]: Gây kích ứng da. Gây kích ứng mắt nghiêm trọng. Có thể gây kích ứng đường hô hấp. Các triệu chứng / thương tích sau khi nuốt phải : Buồn nôn, nôn mửa.
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
16
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 2.1.1. Nguyên liệu Lá chè xanh sử dụng được thu hái tại Đông Giang, Quảng Nam. Cách lấy mẫu: lá chè tươi không bị hư, thối, không bị sâu rầy, làm sạch lá và cắt nhỏ.
Hình 2.1. Lá chè tươi trước và sau khi xử lý 2.1.2. Dụng cụ và hóa chất −
Bếp cách thủy, cốc thủy tinh dung tích 50 mL, 100 mL, 250 mL, bình tam giác 250 mL, pipet các loại, ống đong 100 mL, nhiệt kế, giấy lọc, lọ chứa mẫu thủy tinh.
−
Cân phân tích, tủ sấy, máy khuấy từ điều nhiệt, máy li tâm.
−
Máy đo quang phổ hấp thụ UV-VIS, máy đo pH, máy đo TEM, XRD. Danh sách xác thiết bị sử dụng trong quá trình nghiên cứu được liệt kê ở Bảng
2.1. Bảng 2.1. Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu Tên dụng cụ và thiết bị Máy UV-VIS LAMBDA 25
Hãng sản xuất
Xuất xứ
JASCO
Nhật
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
Hình ảnh
17
Khóa luận tốt nghiệp
Cân phân tích
Máy ly tâm điện
TS. Vũ Thị Duyên
Adventurer Ohaus
Jiangsu Zhengji
Mỹ
Trung Quốc
Trung
Máy khuấy từ
Ronghua
Bếp cách thủy
Trung Quốc
Máy đo pH
Hach-Mỹ
Máy đo XRD
XPanalytical
Hà Lan
Máy đo TEM
JEM1010
Đức
Máy đo EDX
D8 Advance - Bruker
Đức
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
Quốc
Trung Quốc
Trung Quốc
18
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Danh sách các hóa chất sử dụng Tên hóa chất Đồng sunfat Axit clohydric Natri hydroxit Alizarin red
Công thức CuSO4.5H2O HCl NaOH C14H7NaO7S
Hãng sản xuất Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1. Thu dịch chiết lá chè xanh Cân m g lá chè cho vào cốc thủy tinh có chứa 200 mL nước cất, đun ở nhiệt độ cao nhất của bếp (99oC) trong khoảng thời gian t phút. Sau đó, tiến hành lọc dung dịch sau khi đun thu hồi được dịch chiết lá chè xanh (Hình 2.2).
Hình 2.2. Dịch chiết lá chè xanh thu được sau khi lọc 2.2.2. Tổng hợp nano Đồng (I) oxit từ dung dịch CuSO 4 và dịch chiết nước lá chè xanh Lấy V mL dịch chiết lá chè xanh thu được cho vào bình tam giác có chứa 50 mL dung dịch CuSO4 1 mM, khuấy đều với điều kiện tạo nano như sau: + Thời gian tạo nano: 60 phút + Nhiệt độ tạo nano: 60oC + pH: 5,8 (pH đo được của dung dịch mẫu) SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
19
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
+ Tỷ lệ dịch chiết và dung dịch CuSO4: 7 mL / 50 mL Sau khi tổng hợp đem li tâm và sấy để thu được nano dạng bột. Sơ đồ quy trình tổng hợp nano Đồng (I) oxit từ dịch chiết lá chè xanh và dung dịch CuSO4 được thể hiện trên Hình 2.3. Hình 2.3. Quy trình tổng hợp nano đồng (I) oxit từ dịch chiết lá chè xanh và dung
dịch CuSO4 2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết nước lá chè xanh a. Khảo sát tỷ lệ rắn / lỏng Để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ rắn / lỏng đến khả năng tạo nano đồng (I) oxit, ta cố định các thông số như sau: - Quá trình chiết: + Thể tích nước 200 mL. + Khối lượng lá chè: 5 g, 10 g, 15 g, 20 g, 30 g + Thời gian chiết: 50 phút. - Quá trình tạo nano đồng (I) oxit: + Nồng độ dung dịch CuSO4: 1 mM. + Tỷ lệ dịch chiết/dung dịch CuSO4 = 7 mL / 50 mL. + Môi trường pH = 5,8 (pH đo được của dung dịch mẫu). + Nhiệt độ tạo nano đồng (I) oxit: 30oC + Thời gian tạo nano đồng (I) oxit: 60 phút. Sau thời gian 60 phút, đem đi đo UV- VIS. b. Khảo sát thời gian chiết Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiết, quá trình chiết được tiến hành với SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
20
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
tỷ lệ rắn / lỏng là 25 g lá chè / 200 mL nước, thời gian chiết thay đổi từ 10 phút, 20 phút, 40 phút, 50 phút và 60 phút. Sau thời gian tạo nano 60 phút, đem đi đo UV-VIS. 2.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo nano đồng (I) oxit a. Khảo sát thể tích dịch chiết Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo nano vào tỉ lệ thể tích dịch chiết và thể tích dung dịch CuSO4, ta cố định các thông số như sau: -
Thời gian tạo nano đồng (I) oxit: 60 phút
-
Nhiệt độ tạo nano đồng (I) oxit: nhiệt độ phòng
-
Nồng độ dung dịch CuSO4 : 1 mM
-
Thể tích dung dịch CuSO4 : 50 mL
-
Môi trường pH: pH dung dịch chiết Đối với thông số thể tích dịch chiết, giá trị biến thiên V= 5 mL, 6 mL, 7 mL, 8
mL, 9 mL. b. Khảo sát thời gian tạo nano - Giữ nguyên các điều kiện khảo sát như ở mục a -
Thể tích dịch chiết: đã chọn theo mục a Đối với thông số thời gian tạo nano đồng (I) oxit, giá trị biến thiên: t = 40 phút,
50 phút, 60 phút, 70 phút, 90 phút c. Khảo sát nhiệt độ tạo nano - Điều kiện khảo sát như ở mục b - Thời gian tạo nano: đã chọn theo mục b - Đối với thông số nhiệt độ, giá trị biến thiên theo T = nhiệt độ phòng, 40 oC, 50 oC, 60 oC, 70 oC d. Khảo sát pH môi trường tạo nano - Điều kiện khảo sát như ở c - Nhiệt độ tạo nano: đã chọn theo mục c - Đối với thông số pH môi trường, pH biến thiên: 3, 4, 5.8, 7, 8 2.2.5. Phương pháp nghiên cứu hạt nano đồng (I) oxit
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
21
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Để nghiên cứu dung dịch chứa nano đồng (I) oxit bằng các phương pháp phổ UV-Vis, TEM, EDX và XRD. Phương pháp phổ UV-Vis được sử dụng xuyên suốt quá trình khảo sát nhằm chứng minh sự có mặt của phần tử nano đồng (I) oxit trong dung dịch tổng hợp. Để xác định kích thước, hình dạng, số lượng của phần tử nano đồng (I) oxit thì các phương pháp phổ TEM, EDX và XRD được dùng để nghiên cứu dung dịch chứa nano đồng (I) oxit tối ưu khi quá trình khảo sát đã hoàn thành. a. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS) Sự hấp thụ của phân tử trong vùng quang phổ tử ngoại và khả kiến (UV-Vis) phụ thuộc vào cấu trúc electron của phân tử. Phương pháp này được dùng chủ yếu để xác định lượng nhỏ các chất, tốn ít thời gian so với các phương pháp khác. Phương pháp này dùng để định tính, định lượng, ngoài ra nó còn cho phép nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử và sự hấp thụ bức xạ do đó dẫn tới làm sáng tỏ mối quan hệ giữa cấu tạo và màu sắc. Phương pháp này dựa trên bước nhảy của electron từ orbitan có mức năng lượng thấp lên orbitan có mức năng lượng cao khi bị kích thích bằng các tia bức xạ trong vùng quang phổ tử ngoại và khả kiến có bước sóng nằm trong khoảng 200 800 nm. Khi chiếu một chùm tia sáng đơn sắc có cường độ I 0 song song vào một môi trường vật chất có bề dày cuvet l (cm) và nồng độ C (mol/L), chùm tia này sẽ bị môi trường hấp thụ, tán xạ hoặc truyền qua. Cường độ I của chùm tia truyền qua môi trường này bị giảm theo quy luật theo biểu thức toán học của định luật Beer-Lamber sau: hay: A = ln (I0/I) = ε .l.C Trong đó đại lượng ln(I0/I) gọi là mật độ quang (D) hay độ hấp thụ (A), ε là hệ số hấp thụ mol. Định luật Beer-Lamber đúng khi nồng độ chất tan không quá 0,01 M và nhạy nhất trong khoảng 10-4 M – 10-5 M. Từ đó điều chỉnh nồng độ dung dịch nano đem đo cho phù hợp. Các hạt nano đồng (I) oxit có nhiều điện tử tự do nên hấp thụ mạnh ánh sáng tới tạo nên phổ UV-Vis một đỉnh nằm cực đại trong khoảng 270-275 nm. Kích thước, hình dạng hạt nano sẽ làm ảnh hưởng đến bước sóng hấp thụ cực đại và dạng phổ đo được. SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
22
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Do đó dùng phương pháp UV-Vis có thể đo mật độ quang và xác định bước sóng hấp thụ cực đại của các mẫu dịch chiết cần khảo sát. Mẫu có đường cong (A, λ max) cao nhất sẽ ứng với mẫu có hàm lượng chất hòa tan lớn nhất.
Hình 2.4. Máy Quang Phổ Jasco V730 b. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission electron microscopy, viết tắt: TEM) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của kính hiển vi điện tử truyền qua Đối tượng sử dụng của TEM là chùm điện tử có năng lượng cao, vì thế các cấu kiện chính của TEM được đặt trong cột chân không siêu cao được tạo ra nhờ các hệ bơm chân không (bơm turbo, bơm iôn..). Trong TEM, điện tử được sử dụng thay cho ánh sáng (trong kính hiển vi quang học). Điện tử được phát ra từ sung phóng điện tử. Có hai cách để tạo ra chùm điện tử: Sử dụng nguồn phát xạ nhiệt điện tử: Điện tử được phát ra từ một catốt được đốt nóng (năng lượng nhiệt do đốt nóng sẽ cung cấp cho điện tử động năng để thoát ra khỏi liên kết với kim loại. Do bị đốt nóng nên súng phát xạ nhiệt thường có tuổi thọ không cao và độ đơn sắc của chùm điện tử thường kém. Nhưng ưu điểm của nó là rất rẻ tiền và không đòi hỏi chân không siêu cao. Các chất phổ biến dùng làm catốt làW, Pt, LaB6...
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
23
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Sử dụng súng phát xạ trường (Field Emission Gun, các TEM sử dụng nguyên lý này thường được viết là FEG TEM): Điện tử phát ra từ catốt nhờ một điện thế lớn đặt vào vì thế nguồn phát điện tử có tuổi thọ rất cao, cường độ chùm điện tử lớn và độ đơn sắc rất cao, nhưng có nhược điểm là rất đắt tiền và đòi hỏi môi trường chân không siêu cao. c. Phổ nhiễu xạ tia (XRD) Đây là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X. Tần số tia X phát ra đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ lệ phần trăm của các nguyên tố này. Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thông thường ghi nhận được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên). Tuy nhiên, phương pháp này tỏ ra không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụ B, C...) và thường xuất hiện hiệu ứng chồng các đỉnh tia X của các nguyên tố khác nhau. Thành phần các nguyên tố trong mẫu vật liệu được xác định bằng phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX, JEOL - JSM 6490) tại trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu, Hà Nội. Máy đo XRD được thể hiện ở Hình 2.5.
Hình 2.5. Máy XRD D8 Advan d. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
24
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Phổ tán sắc năng lượng tia X, hay còn gọi là phổ tán sắc năng lượng là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử). Trong các tài liệu khoa học, kỹ thuật này thường được viết tắt là EDX hay EDS xuất phát từ tên gọi tiếng Anh: Energy-dispersive X-ray spectroscopy. Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử, ở đó các phép phân tích được thực hiện nhờ các chùm điện tử có năng lượng cao và được thu hẹp nhờ hệ các thấu kính điện từ. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley. Phổ tia X phát ra sẽ có tần số (năng lượng photon tia X) trải trong một vùng rộng và được phân tich nhờ phổ kế tán sắc năng lượng do đó ghi nhận thông tin về các nguyên tố cũng như thành phần. Có nghĩa là, tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này.
Hình 2.6. Máy phân tích thành phần kim loại EDX
2.2.6. Thử khả năng xúc tác quang phân hủy Alizarin red S của nano đồng (I) oxit a. Ảnh hưởng của hàm lượng nano đồng (I) oxit
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
25
Khóa luận tốt nghiệp
TS. Vũ Thị Duyên
Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nano đồng đến khả năng xúc tác cho phản ứng quang phân hủy Alizarin red S, tiến hành thí nghiệm với các thông số sau: -
Nồng độ dung dịch Alizarin red S: 25 ppm
-
Cường độ chiếu sáng: sử dụng bóng đèn 40 W
-
Thể tích dung dịch Alizarin red S: 50 mL
- Thời gian phản ứng: thay đổi từ 5 đến 25 phút -
Khối lượng nano đồng (I) oxit: 20 mg, 40 mg, 80 mg, 100 mg Đem đo UV-VIS để xác định thời gian đạt cân bằng và hàm lượng nano đồng
(I) oxit đủ để xử lý dung dịch Alizarin red S. b. Ảnh hưởng của sự khuấy trộn Để khảo sát ảnh hưởng của sự khuấy trộn đến khả năng xúc tác cho phản ứng quang phân hủy Alizarin red S, tiến hành thí nghiệm với sự khuấy trộn và không khuấy trộn. Sau đó, đem đo UV-VIS. c. Khảo sát cường độ chiếu sáng Để khảo sát ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng tới khả năng xúc tác quang phân hủy Alizarin red S của nano đồng (I) oxit, tiến hành thí nghiệm với cường độ chiếu sáng: 15 W, 20 W, 40 W, 50 W. Sau đó, đem đo UV-VIS. d. Ảnh hưởng của nồng độ Alizarin red S -
Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Alizarin red S đến quá trình phân hủy, tiến
hành thí nghiệm với nồng độ dung dịch Alizarin red S: 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, 100 ppm. Sau đó, đem đo UV-VIS.
SVTH: Huỳnh Thị Phước Nhựt
26