Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc đồng sắt xử lý vi khuẩn lam độc trong nước ngọt

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về vật liệu nano

1.1.1. Khái niệm chung về vật liệu nano

1.1.2. Một số tính chất chung của vật liệu nano

1.1.3. Tổng quan về vật liệu nano kim loại bạc và đồng

1.1.4. Tổng quan về vật liệu nano sắt từ

1.1.5. Tổng quan về vi khuẩn lam và hiện tượng phú dưỡng

1.1.5.1. Vi khuẩn lam

1.1.5.2. Hiện tượng phú dưỡng

1.2. Các biện pháp xử lý tảo gây nở hoa và tảo độc trên thế giới và Việt Nam

1.2.1. Các biện pháp xử lý cơ học, vật lý

1.2.2. Các biện pháp xử lý hóa học

1.2.3. Các phương pháp sinh học, sinh thái

1.2.4. Xử lý tảo bằng vật liệu nano

2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

2.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng

2.3. Các phương pháp tổng hợp vật liệu

2.3.1. Tổng hợp vật liệu nano bạc bằng phương pháp khử hóa học

2.3.2. Tổng hợp vật liệu nano đồng bằng phương pháp khử hóa học

2.3.3. Tổng hợp vật liệu nano sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa

2.4. Các phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu

2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

2.4.3. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại IR

2.4.4. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X

2.4.5. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV-VIS)

2.4.6. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)

2.5. Các phương pháp bố trí thí nghiệm

2.5.1. Thí nghiệm lựa chọn vật liệu nano

2.5.2. Thí nghiệm nghiên cứu độc tính của vật liệu nano

2.5.3. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng kích thước của vật liệu nano

2.5.4. Thí nghiệm nghiên cứu đánh giá tính an toàn của vật liệu

2.5.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đối với mẫu nước thực tế (mẫu nước hồ Tiền)

2.6. Các phương pháp xác định sinh trưởng của tảo

2.6.1. Phương pháp xác định mật độ quang OD

2.6.2. Phương pháp xác định mật độ tế bào

2.6.3. Phương pháp xác định hàm lượng Chla

2.7. Các phương pháp phân tích chất lượng môi trường nước

2.7.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu thủy lý, thủy hóa

2.7.2. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng NH4+ (mg/L)

2.7.3. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng PO43- (mg/L)

2.8. Các phương pháp quan sát hình thái tế bào

2.8.1. Phương pháp quan sát bề mặt tế bào

2.8.2. Phương pháp quan sát cắt lát mỏng mẫu tế bào

2.9. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tổng hợp vật liệu nano

3.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng của vật liệu nano bạc tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học

3.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng của vật liệu nano đồng bằng phương pháp khử hóa học

3.4. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng của vật liệu nano sắt từ tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa

3.5. Đánh giá khả năng ức chế sinh trưởng và diệt tảo của các loại vật liệu nano đã tổng hợp

3.5.1. Nghiên cứu thăm dò khả năng diệt VKL của ba loại vật liệu nano

3.5.2. Đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng và phát triển của VKL Microcystis aeruginosa KG và tảo lục Chlorella vulgaris

3.5.3. Đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến sinh trưởng và phát triển của VKL Microcystis aeruginosa KG và tảo lục Chlorella vulgaris

3.6. Kết quả đánh giá tính an toàn của vật liệu nano (ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến một số sinh vật khác)

3.6.1. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến giáp xác Daphnia magna

3.6.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến bèo tấm Lemna sp.

3.7. Kết quả thực nghiệm với mẫu nước hồ Tiền (mẫu nước hồ thực tế bùng phát VKL)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu nano

Nghiên cứu về vật liệu nano đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong khoa học và công nghệ hiện đại. Vật liệu nano được định nghĩa là các vật liệu có kích thước từ 1 đến 100 nanomet, với những đặc tính vật lý và hóa học khác biệt so với các vật liệu ở quy mô lớn hơn. Các vật liệu nano bạc, đồng, và sắt được nghiên cứu trong luận án này có khả năng ứng dụng cao trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là trong việc xử lý vi khuẩn lam độc (VKL) trong nước ngọt. Những đặc tính nổi bật của vật liệu nano bao gồm diện tích bề mặt lớn, khả năng tương tác mạnh mẽ với các chất khác, và khả năng kháng khuẩn hiệu quả. Việc sử dụng vật liệu nano trong xử lý ô nhiễm nước không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

1.1. Tính chất của vật liệu nano

Các vật liệu nano như nano bạc, nano đồng, và nano sắt có nhiều tính chất đặc biệt. Chúng có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ, nhờ vào khả năng giải phóng ion kim loại trong môi trường nước, từ đó tiêu diệt vi khuẩn lam độc. Nghiên cứu cho thấy, nano bạc có hiệu quả cao trong việc ức chế sự phát triển của VKL, với EC50 đạt 0,0075 mg/L. Tương tự, nano đồng cũng cho thấy khả năng ức chế tốt với EC50 là 0,7159 mg/L. Những kết quả này chứng minh rằng việc ứng dụng vật liệu nano trong xử lý ô nhiễm nước là một giải pháp khả thi và hiệu quả.

II. Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu để chế tạo và đánh giá vật liệu nano. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano bạc và nano đồng được thực hiện thông qua phương pháp khử hóa học, trong khi nano sắt được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa. Các phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc của vật liệu nano bao gồm hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi điện tử quét (SEM), và phổ hấp thụ hồng ngoại (IR). Những phương pháp này giúp xác định kích thước, hình dạng và tính chất bề mặt của vật liệu nano, từ đó đánh giá khả năng ứng dụng của chúng trong xử lý vi khuẩn lam độc.

2.1. Tổng hợp vật liệu nano

Quá trình tổng hợp vật liệu nano được thực hiện với sự kiểm soát chặt chẽ về điều kiện phản ứng. Đối với nano bạc, việc sử dụng NaBH4 làm chất khử đã cho ra sản phẩm với kích thước hạt nhỏ và đồng đều. Tương tự, nano đồng cũng được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học, cho thấy khả năng kháng khuẩn tốt. Đối với nano sắt, phương pháp đồng kết tủa đã giúp tạo ra các hạt nano với tính chất từ tính, có thể ứng dụng trong việc xử lý ô nhiễm nước. Những kết quả này cho thấy rằng việc chế tạo vật liệu nano có thể được thực hiện một cách hiệu quả và có thể ứng dụng trong thực tiễn.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu nano bạc và nano đồng có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn lam độc trong nước ngọt. Thí nghiệm cho thấy hiệu suất ức chế sinh trưởng của nano bạc đạt trên 75% ở nhiều nồng độ khác nhau, trong khi nano đồng đạt hiệu suất 90% khi nồng độ là 1 và 5 ppm. Những kết quả này không chỉ khẳng định tính hiệu quả của vật liệu nano trong việc xử lý ô nhiễm nước mà còn mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano trong bảo vệ môi trường.

3.1. Đánh giá khả năng diệt vi khuẩn

Đánh giá khả năng diệt vi khuẩn lam độc cho thấy rằng cả nano bạc và nano đồng đều có tác dụng mạnh mẽ. Các thí nghiệm thực tế với mẫu nước hồ Tiền cho thấy sự giảm đáng kể mật độ VKL sau khi bổ sung vật liệu nano. Điều này chứng tỏ rằng việc ứng dụng vật liệu nano trong xử lý ô nhiễm nước không chỉ hiệu quả mà còn an toàn cho môi trường. Kết quả này có thể được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước, góp phần bảo vệ nguồn nước sạch cho cộng đồng.

Luận án tiến sĩ: Chế tạo và ứng dụng vật liệu nano bạc đồng sắt xử lý vi khuẩn lam độc trong thủy vực nước ngọt