MỞ ĐẦU Nước sạch là điều kiện tiên quyết cho sức khoẻ và sự phát triển và là một quyền cơ bản của con người. Hàng năm, trên thế giới có hơn ba triệu người, chủ yếu là trẻ em, tử vong do các bệnh liên quan đến nước. Gần hai triệu người chết do hậu quả của các bệnh tiêu chảy do uống nước nhiễm bẩn, do thiếu nước sạch, điều kiện vệ sinh kém. Tài nguyên nước bị ô nhiễm cũng có thể góp phần làm lây lan các bệnh do tiếp xúc với da hoặc do các côn trùng.
Mặc dù chính phủ, xã hội và cộng đồng quốc tế vẫn tiếp tục nỗ lực phối hợp nhằm cải thiện việc tiếp cận nước sạch (đặc biệt là Thập niên quốc tế về Nước uống và Vệ sinh, 1981-1990) nhưng khoảng 1,1 tỷ người không được tiếp cận với nguồn nước sạch [26]. Ngày nay, các phương pháp khử trùng nước thường được sử dụng như clo và dẫn xuất của clo, ozon, tia UV… hay cổ điển là phương pháp nhiệt (đun sôi). Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn chưa mang lại hiệu quả cao và bộc lộ một số hạn chế như tạo các hợp chất cơ clo, gây tồn dư hóa chất, ở nhiệt độ sôi của nước một số vi sinh vật vẫn không bị tiêu diệt… Trong những năm gần đây, việc lựa chọn các hóa chất, vật liệu khử trùng nước thân thiện với môi trường, đặc biệt là không ảnh hưởng tới sức khỏe con người được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Từ lâu, nano bạc được biết đến là chất có tính năng kháng khuẩn cao, hạn chế và tiêu diệt sự phát triển của nấm mốc, vi khuẩn và thậm chí cả virut.
So với các phương pháp khử khuẩn truyền thống, bạc có hiệu quả diệt khuẩn cao, không tạo sản phẩm phụ gây độc với môi trường [7,24]. Hiệu quả của bạc có thể được tăng lên gấp nhiều lần khi ở kích thước nano. So với bạc ở kích thước micromet hoặc lớn hơn, các hạt nano bạc có diện tích bề mặt lớn, khi được phân bố đều trong môi trường hoặc trên một chất mang sẽ làm tăng khả năng tiếp xúc, do đó làm tăng hiệu quả làm việc của vật liệu [4,7]. Vì thế các nghiên cứu đang tập trung vào việc nghiên cứu chế tạo được các nano bạc mang 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trên các vật liệu khác nhau (có thể vật liệu từ tự nhiên, nhân tạo hoặc là chất thải) vừa có khả năng diệt khuẩn cao, vừa có thời gian sống dài và thậm chí có khả năng thu hồi lại vật liệu đã sử dụng.
Hiện nay, nano bạc mang trên silica đang được quan tâm nghiên cứu nhiều về phương pháp tổng hợp cũng như các ứng dụng trong đời sống. Phát triển công nghệ chế tạo và ứng dụng vật liệu này trong điều kiện ở Việt Nam sẽ mang lại lợi ích thực tiễn và là bước phát triển mới trong nghiên cứu vật liệu khử trùng nước. Do vậy tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng khử trùng nước sinh hoạt và ăn uống của nano Ag/Silica”. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: tổng hợp và đánh giá khả năng khử trùng nước sinh hoạt và ăn uống của vật liệu nano Ag/silica.
Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm có: - Tổng hợp và đánh giá đặc trưng hình thái của vật liệu nano Ag/silica; - Đánh giá ảnh hưởng của chất hữu cơ và một số ion phổ biến trong nước đến khả năng khử trùng nước của vật liệu; - Đánh giá khả năng khử trùng mẫu nước thực tế của vật liệu nano Ag/silica. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. Vật liệu nano Ag/silica 1. Tổng quan về nano Ag và silica 1.
Nano bạc Bạc ở kích thước nano là vật liệu có các tính chất quang học, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Ngoài ra, bạc là một trong những kim loại có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao. Nano bạc có thể được tích hợp vào rất nhiều loại sản phẩm từ các loại pin quang điện, các sản phẩm điện tử, các chi tiết cần độ dẫn nhiệt cao, tới các sản phẩm cảm biến sinh học và hóa học. Sự có mặt của nano bạc giúp cho các sản phẩm này có độ dẫn điện, dẫn nhiệt, độ bền cao và ổn định.
Nhờ hiện tượng plasmon bề mặt, nano bạc có thể hấp phụ ánh sáng ở một bước sóng đặc trưng. Tính chất quang học của nano bạc được áp dụng để chế tạo các bộ phận cảm biến, lọc quang học trong các thiết bị chuẩn đoán phân tử hay các thiết bị quang học. Tính chất được biết đến nhiều nhất của nano bạc là khả năng diệt khuẩn của vật liệu này. Nhiều lĩnh vực từ y tế đến sản xuất hàng tiêu dùng đã sử dụng nano bạc như một tác nhân giúp cho các sản phẩm tạo ra có được khả năng chống khuẩn, giúp chăm sóc và bảo vệ sức khỏe con người.
Bạc (trong tiếng Latinh có tên là Argentum) là một trong những chất diệt khuẩn hiệu quả được biết đến từ rất sớm trong lịch sử nhân loại. Người cổ đại thường dùng các lọ hay bình bằng bạc để chứa nước. Những người khai hoang châu Mỹ đã đặt một đồng tiền bằng bạc vào trong cốc sữa trước khi uống. Năm 1700, bạc nitrat được sử dụng để chữa các bệnh hoa liễu, áp xe hậu môn và xương.
Các nhà thờ thường dùng các ly, cốc làm bằng bạc. Bạc và các muối bạc đã được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng [24]. Những năm 1940, sau khi penicilin được đưa vào sử dụng, việc dùng bạc để xử lý nhiễm trùng do vi khuẩn giảm đi. Bạc đã được sử dụng trở lại vào những năm 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1960 khi Moyer sử dụng 0,5% bạc nitrat để chữa vết bỏng.
Moyer đã đưa ra rằng dung dịch này không gây trở ngại với sự phát triển biểu bì và có tính chất chống khuẩn Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa và Escherichia coli. Năm 1968, bạc nitrat kết hợp với sulfonamide để tạo thành kem sulfadazine, làm tác nhân chống khuẩn được phổ biến rộng rãi để chữa vết bỏng. Bạc sulfadazine hiệu quả trong việc chống các loại khuẩn như E. aureus, Klebsiella sp.
Nó cũng có tác dụng chống nấm, chống virut. Như đã nêu trên, ion bạc có khả năng tiêu diệt hơn 650 chủng vi khuẩn gây bệnh cho người. Chủng vi khuẩn gây bệnh cho người không có khả năng tạo đề kháng chống lại tác động của bạc do bạc ức chế quá trình chuyển hóa hô hấp và vận chuyển chất qua màng tế bào vi khuẩn. Bạc có khả năng phá hủy enzym vận chuyển chất dinh dưỡng của tế bào vi khuẩn, làm yếu màng, thành tế bào và tế bào chất, làm rối loạn quá trình trao đổi chất, dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn [17].
Mặt khác, nguyên tố bạc không có hại đối với cơ thể con người kể cả khi ở liều lượng tương đối cao (theo tổ chức bảo vệ môi trường Mỹ, cơ thể con người có thể nhận liên tục 5.10-3 mg Ag+/kg/ngày trong suốt cuộc đời mà không bị ảnh hưởng đến sức khỏe [27]. Tuy nhiên, sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao, người ta không còn quan tâm nhiều đến giá trị diệt khuẩn của bạc. Đến những năm gần đây, do hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, người ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là bạc có kích thước nano. Nano bạc ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau từ dùng làm chất khử trùng dụng cụ y tế, các thiết bị gia dụng… đến một số ứng dụng về môi trường.
Các sản phẩm được làm bằng nano bạc đã được một số cơ quan công nhận như USFDA Hoa Kỳ, EPA Hoa Kỳ, SIAA của Nhật Bản, Viện nghiên cứu và kiểm nghiệm về công nghiệp hóa chất Hàn Quốc và Viện nghiên cứu kiểm tra FITI. Như là tác nhân chống khuẩn, nano bạc đã được ứng dụng rộng rãi trong đời sống [12]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhờ tính chất diệt khuẩn này đã khuyến khích ngành công nghiệp dệt sử dụng nano bạc trong các loại vải sợi khác nhau. Theo hướng này, các sợi nanocomposite bạc đã được chế tạo có chứa nano bạc kết hợp bên trong vải.
Các sợi bông chứa nano bạc có hoạt tính chống lại Escherichia coli [12]. Trong lĩnh vực y tế nano bạc được sử dụng để tẩm vào các loại băng, gạc băng bó vết thương nhằm tránh nhiễm trùng. Hay như việc chế tạo khẩu trang có tẩm nano bạc dùng để diệt vi khuẩn, bảo vệ con người. Khẩu trang nano bạc Trong nông nghiệp người ta đã tạo ra dung dịch thuốc bảo vệ thực vật từ nano bạc có khả năng diệt nấm mốc mà không ảnh hưởng tới sức khỏe con người.
Dung dịch nano bạc dùng trong thủy sản và nông nghiệp 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong công nghiệp, nano bạc được ứng dụng trong sản xuất sơn kháng khuẩn: bột nano bạc được trộn với sơn và phủ lên các phím điện thoại di động, tường nhà và các bề mặt cần được bảo vệ. Với khả năng kháng khuẩn tuyệt vời nano bạc sẽ giữ cho bề mặt không bị nhiễm khuẩn cũng như tiêu diệt nấm mốc làm tăng tính thẩm mỹ và tuổi thọ công trình. Hơn nữa, các tính chất điện hóa của nano bạc được kết hợp với cảm biến nano có thời gian phản ứng nhanh hơn và giới hạn phát hiện thấp hơn. Ví dụ, trong nghiên cứu của Manno và cộng sự (2008), các điện cực nano bạc được gắn điện vào các tấm nhôm kính vàng mô phỏng điện cực cho thấy độ nhạy cao đối với hydrogen peroxide.
Các hạt nano bạc được ứng dụng làm chất xúc tác cho phản ứng hóa học. Köhler và cộng sự (2008) đã cho thấy rằng việc tẩy trắng của các thuốc nhuộm hữu cơ bằng cách sử dụng dung dịch kali peroxodisulphate ở nhiệt độ phòng sẽ được gia tăng mạnh mẽ nếu chứa nano bạc [12]. Silica Silica là tên của nhóm khoáng chất gồm silic và oxy, hai nguyên tố phong phú nhất có trong vỏ Trái đất. Silica được tìm thấy phổ biến ở dạng tinh thể, rất ít ở dạng vô định hình.
Cấu trúc SiO2 dạng vô định hình Cấu trúc SiO2 dạng tinh thể Hình 1. Cấu trúc của SiO2 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.