LỜI MỞ ĐẦU Bạc đƣợc biết đến nhƣ một kim loại có khả năng sát khuẩn rất tốt khi nó ở trạng thái vật liệu truyền thống. Khả năng kháng khuẩn càng mạnh mẽ hơn khi bạc ở dạng nano. Nano bạc diệt đƣợc hơn 600 loại vi khuẩn với hiệu quả cao, tác dụng nhanh, không độc, không gây kích thích dị ứng, không bị hấp thu. Vì vậy việc tổng hợp nano bạc để ứng dụng vào các lĩnh vực sử dụng khả năng kháng khuẩn này của bạc là cần thiết.
Để tổng hợp nano bạc có rất nhiều phƣơng pháp nhƣ vật lý, hóa học, sinh học, hóa lý… Nhƣng với xu hƣớng xanh hóa ngành hóa học, giảm thiểu và đi đến không sử dụng các hóa chất độc hại thì việc tổng hợp nano bạc theo hƣớng sử dụng các chất khử có nguồn thân thiện môi trƣờng. Trên thế giới, với một vài đề tài nhƣ tổng hợp nano bạc bằng dịch chiết nƣớc cây Cỏ Linh Lăng của tác giả Gardea-Torresday năm 2003[10], từ dịch chiết cây Lô Hội của tác giả Chandra năm 2006[16],. đã mở tiền đề cho hƣớng tổng hợp này. Qua các tài liệu nghiên cứu tổng hợp nano bạc, ta biết rằng các phân tử kim loại bạc đƣợc tạo thành nhanh chóng hơn khi có mặt Ag2O với vai trò xúc tiến.
- Nồng độ OH thấp đủ để tạo thành Ag2O trong dung dịch, sự tạo thành nano bạc đƣợc khơi mào bởi sự hấp phụ ion Ag+ trên bề mặt các phân tử oxide lớn. Chính vì vậy, hiện đang có nhiều nghiên cứu tiến hành khảo sát sự khử hóa tạo nano bạc với sự có mặt của NaOH đóng vai trò là chất xúc tiến phản ứng. Lactose có tính khử đặc trƣng. Chính vì vậy, chúng tôi thực hiện đề tài: “Tổng hợp nano bạc bằng phƣơng pháp thƣờng (chất khử lactose)”.
Hy vọng với kết quả khảo sát đạt đƣợc trong luận văn sẽ là cơ sở cho những nghiên cứu sâu hơn của những đề tài liên quan đến sự tổng hợp nano bạc từ các chất khử thân thiện môi trƣờng. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Chƣơng 1 : TỔNG QUAN 1. Công nghệ nano và vật liệu nano: [5, 7, 14, 32, 46, 49, 50] Nano có nghĩa là nano mét (1/10-9 m) , là một đơn vị đo lƣờng để đo kích thƣớc cực nhỏ. Cơ cấu nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử có kích thƣớc 0,1 nm; phân tử là tập hợp của nhiều nguyên tử kích thƣớc 1nm; vi khuẩn 50 nm; hồng huyết cầu 10.000 nm; đầu cây kim có kích thƣớc khoảng 1 triệu nano mét và chiều cao trung bình của con ngƣời khoảng 2 tỷ nano mét.1: Kích thƣớc của một số đối tƣợng điển hình khác nhau Vật liệu nano là loại vật liệu mà thành phần cấu tạo nên nó có cấu trúc ít nhất một chiều ở kích thƣớc nano mét.
Vật liệu nano là đối tƣợng liên kết của hai lĩnh vực khoa học nano và công nghệ nano. Kích thƣớc vật liệu nano là 0,1÷ 100 nm. Sự khác biệt của vật liệu nano so với vật liệu khối bởi hai hiệu ứng: hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thƣớc. Vật liệu nano kim loại Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano nhƣ: 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Phân loại theo hình dáng của vật liệu: vật liệu nano không chiều, một chiều, hai chiều và vật liệu có cấu trúc nano hay nano composite.
Phân loại theo trạng thái vật liệu: rắn, lỏng và khí. Hạt nano kim loại thƣờng đƣợc định nghĩa các hạt tách biệt có kích thƣớc 1-50 nm đƣợc ngăn cản sự kết tụ bằng vỏ bảo vệ. Phụ thuộc vào vỏ bảo vệ đƣợc sử dụng, chúng đƣợc tái phân tán trong nƣớc hoặc dung môi hữu cơ. Lõi của hạt nano có thể là các hạt Carbon, hạt kim loại, hạt từ, hạt hữu cơ và hạt silica.
Phƣơng pháp tổng hợp hạt nano kim loại: Hiện nay, việc chế tạo hạt nano kim loại có rất nhiều phƣơng pháp. Một cách tổng quát, ngƣời ta phân thành hai phƣơng pháp: phƣơng pháp tổng hợp từ dƣới lên và phƣơng pháp tổng hợp từ trên xuống. Phƣơng pháp từ trên xuống là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu. Trong phƣơng pháp này sử dụng kĩ thuật nghiền và biến dạng để các vật liệu (khối kim loại) có kích thƣớc lớn để tạo ra các vật liệu có kích thƣớc nm.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là đơn giản và khá hiệu quả, có thể chế tạo ra một lƣợng lớn vật liệu nano khi cần. Tuy nhiên phƣơng pháp này tạo ra vật liệu có tính đồng nhất không cao cũng nhƣ tốn nhiều năng lƣợng, trang thiết bị phức tạp…Chính vì thế nó là phƣơng pháp ít sử dụng trong thực tế. Phƣơng pháp từ dƣới lên là tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau. Đây là phƣơng pháp khá phổ biến hiện nay để chế tạo ra hạt nano kim loại.
Nguyên lý phƣơng pháp này dựa trên việc hình thành các hạt nano kim loại từ các nguyên tử hay các ion, các nguyên tử hay ion khi đƣợc xử lý bởi các tác nhân nhƣ vật lý, hóa học sẽ kết hợp với nhau tạo các hạt kim loại có kích thƣớc nanomet. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là tiện ích, kích thƣớc hạt các hạt nano tạo ra tƣơng đối nhỏ và đồng đều, đồng thời trang thiết bị phục vụ cho phƣơng pháp này rất đơn giản. Tuy vậy, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này khi có yêu cầu điều chế một lƣợng lớn vật liệu nano sẽ rất khó khăn và tốn kém. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.2: Hai phƣơng pháp cơ bản tổng hợp nanoparticle Đối với hạt nano kim loại nhƣ hạt nano vàng, bạc, bạch kim,.
thì phƣơng pháp thƣờng đƣợc áp dụng là phƣơng pháp từ dƣới lên. Nguyên tắc là khử các ion kim loại nhƣ Ag+, Au3+ để tạo thành các nguyên tử Ag0 và Au0. Các nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra hạt nano. Ứng dụng: Công nghệ và vật liệu nano, tuy chỉ mới phổ biến trong một vài thập kỉ trở lại đây nhƣng các hạt nano kim loại nhƣ hạt nano vàng, nano bạc đã tồn tại và đƣợc sử dụng từ rất lâu.
Một ví dụ đáng chú ý là bào quan ribosome có mặt ở tất cả các tế bào của thực vật sống, đóng vai trò trong việc tổng hợp các phân tử protein của tế bào có kích thƣớc nano. Trƣớc khi biết tới sự tồn tại của các cấu trúc nano, con ngƣời cũng đã chế tạo ra nhiều vật liệu mang cấu trúc này và đƣợc sử dụng từ hàng nghìn năm trƣớc. Nhƣ chiếc cốc nổi tiếng Lycurgus đƣợc ngƣời La Mã chế tạo vào khoảng thế kỉ thứ tƣ trƣớc Công nguyên và hiện nay đƣợc trƣng bày ở Bảo tàng Anh, có các hạt nano vàng và bạc có kích thƣớc 70 nm và với tỉ phần mol là 14:1. Một ví dụ khác đó là kính thủy tinh có màu đỏ lấp lánh (màu đỏ nhƣ đá hồng ngọc) đƣợc chế tạo từ thời 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN trung cổ.
Màu của nó có đƣợc là do các hạt oxid kim loại (các hạt silica, vàng, sắt… oxid) có kích thƣớc nano tồn tại trong tấm kính. Hiện nay, nhờ vào các phép phân tích hiện đại cùng với các phát hiện các tính chất đặc biệt của các hạt nano kim loại, công nghệ nano đang đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ: năng lƣợng, điện tử và máy tính, giao thông, vật liệu kĩ thuật mới, môi trƣờng, y tế, hàng tiêu dùng, các sản phẩm chăm sóc cá nhân, thực phẩm. Trƣớc khả năng rộng lớn đó, công nghệ nano hiện đang rất đƣợc chú ý, tiến hành đầu tƣ, nghiên cứu và phát triển đƣa trình độ công nghệ của chính nó lên một tầm cao mới. Từ đó, loại vật liệu mới này sẽ đƣợc triển khai sử dụng rộng rãi, đem lại hiệu quả kinh tế, thúc đẩy quá trình sản xuất đáp ứng nhu cầu phát triển của cuộc sống công nghệ hiện đại.
Hạt nano bạc kim loại: Nano bạc có những đặc điểm đáng quan tâm nhƣ: diệt trên 650 loại vi khuẩn, hiệu quả cao, tác dụng nhanh, không độc, không kích thích, không gây dị ứng và không bị hấp phụ. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc: Nano bạc diệt khuẩn theo 2 cơ chế chính: Làm biến chất vi khuẩn bằng cách phá vỡ các nối disunfite: các nối disunfite trong vi khuẩn rất quan trọng vì đóng vai trò nhƣ một công tắc đóng mở thuận nghịch để tạo protein khi các tế bào vi khuẩn gặp các phản ứng oxy hóa. Đây là cấu trúc quan trọng của các enzyme trong vi khuẩn. Với tính chất xúc tác, nano bạc vô hiệu hóa enzyme mà vi khuẩn, virus và nấm cần cho quá trình chuyển hóa oxygen.
Phá vỡ màng tế bào vi khuẩn bằng phản ứng oxy hóa: nano bạc giúp tạo ra oxy hoạt tính trong không khí hoặc từ nƣớc. Những oxy hoạt tính này có khả năng phá vỡ màng hoặc thành tế bào của vi khuẩn. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.3: Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc[42] 1. Ƣu điểm của hạt nano bạc so với thuốc kháng sinh:[32, 50] Bạc giết vi khuẩn ngay lập tức bằng 2 cơ chế làm biến chất và oxy hóa.
Vì vậy, vi khuẩn không có khả năng kháng lại bạc. Các tế bào của con ngƣời ở dạng mô không bị ảnh hƣởng bởi quá trình này. Không nhƣ thuốc kháng sinh bị hấp phụ trong quá trình diệt khuẩn, bạc hoạt động nhƣ chất xúc tác và không bị hấp phụ. Một tính chất khác giúp cho bạc tăng cƣờng hấp thu trong cơ thể ngƣời là do nó ở dạng những hạt nhỏ kim loại khác với ion bạc thƣờng dễ bị chuyển thành clorua bạc trong bao tử hay trong mạch máu.
Clorua bạc tan rất ít và kém hiệu quả hơn nhiều so với bạc kim loại hay ion bạc. Chỉ có bạc kim loại mới có thể tồn tại với hydrochloride acid có trong bao tử của con ngƣời mà vẫn giữ đƣợc hoạt tính trong mạch máu và các mô cơ thể. Chính những lợi ích đối với sức khỏe con ngƣời, do đó nhu cầu chế tạo nano bạc với một quy trình “xanh” đang là mối quan tâm của nhiều nghiên cứu. Tổng hợp nano bạc bằng phƣơng pháp hóa học xanh.
Ngành công nghệ nano ngày càng phát triển, theo xu thế phát triển bền vững thân thiện với con ngƣời và môi trƣờng thì việc thay thế dần các phƣơng pháp khử hóa bằng hóa chất, công nghệ độc hại bằng một phƣơng pháp tổng hợp “xanh” đang 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN là một nhu cầu cấp thiết. Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Thật vậy, trong thập kỉ vừa qua, vấn đề môi trƣờng đã đƣợc quan tâm nhiều hơn. Các nhà khoa học đã tập trung vào hóa học xanh.