Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp nano đồng và ứng dụng trong hóa học

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hóa học nghiên cứu tổng hợp nano đồng và ứng dụng, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực hóa học.

• Tác giả: Lê Mỹ Hạnh
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Tý
• Trường học: Trường ĐHSP Huế
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Nano Đồng Và Ứng Dụng Trong Hóa Học
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Huế

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Giới thiệu về công nghệ nano
• 1.1.1. Nguồn gốc và khái niệm của công nghệ nano
• 1.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano
• 1.2. Vật liệu nano
• 1.3. Tổng quan về nano đồng
• 1.3.1. Giới thiệu về nano đồng
• 1.3.2. Các phương pháp tổng hợp nano đồng
• 1.3.3. Ứng dụng nano đồng
• 1.4. Tổng quan về chè xanh
• 1.4.1. Đặc điểm cây chè
• 1.4.2. Ứng dụng cây chè trong y học dân gian và hiện đại
• 1.4.3. Một số thành phần chính của chè
• 1.5. Tổng quan về trái chuối hột
• 1.5.1. Đặc điểm cây chuối hột
• 1.5.2. Ứng dụng chuối hột trong y học dân gian và hiện đại
• 1.5.3. Một số thành phần chính của chuối hột
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất
• 2.1.1. Xử lý nguyên liệu
• 2.1.2. Dụng cụ, hóa chất, thiết bị thí nghiệm
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu nano đồng
• 2.2.1. Phương pháp quang phổ UV-Vis
• 2.2.2. Phương pháp đo TEM
• 2.2.3. Phương pháp đo phổ hồng ngoại
• 2.3. Quy trình thực nghiệm
• 2.3.1. Tổng hợp dịch chiết
• 2.3.2. Tổng hợp dung dịch nano đồng
• 2.4. Ứng dụng của nano đồng đã tổng hợp được
• 2.4.1. Ứng dụng chống mốc của nano đồng
• 2.4.2. Thử hoạt tính sinh học trên các chủng vi sinh vật
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu tổng hợp nano đồng từ dịch chiết lá chè
• 3.1.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá chè
• 3.1.1.1. Nghiên cứu điều chế dịch chiết lá chè
• 3.1.1.2. Ảnh hưởng của dịch chiết lá chè tươi và khô đến khả năng tổng hợp
• 3.1.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng tạo dịch chiết lá chè đến khả năng hình thành nano đồng
• 3.1.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của dung dịch Cu(NO3)2 đến quá trình hình thành nano đồng
• 3.1.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ Cu(NO3)2
• 3.1.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch chiết lá chè và dung dịch Cu(NO3)2
• 3.1.2.3. Ảnh hưởng của pH
• 3.1.2.4. Ảnh hưởng của thời gian
• 3.1.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.2. Nghiên cứu tổng hợp nano đồng từ dịch chiết vỏ trái chuối hột
• 3.2.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết vỏ trái chuối hột
• 3.2.1.1. Nghiên cứu điều chế dịch chiết vỏ trái chuối hột
• 3.2.1.2. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ trái chuối hột tươi và khô đến khả năng tổng hợp
• 3.2.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng tạo dịch chiết vỏ trái chuối hột đến khả năng hình thành nano đồng
• 3.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của dung dịch Cu(NO3)2 đến quá trình hình thành nano đồng
• 3.2.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ Cu(NO3)2
• 3.2.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch chiết vỏ trái chuối hột và dung dịch Cu(NO3)2
• 3.2.2.3. Ảnh hưởng của pH
• 3.2.2.4. Ảnh hưởng của thời gian
• 3.2.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.3. Ảnh TEM sản phẩm nano đồng thu được
• 3.4. Ứng dụng của nano đồng đã tổng hợp được
• 3.4.1. Khả năng chống mốc của hồ bột gạo bằng dung dịch nano đồng
• 3.4.2. Xác định hoạt tính sinh học trên các chủng vi sinh vật kiểm định
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về công nghệ nano

Công nghệ nano, hay công nghệ nano, là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu ở quy mô nanomet. Nano đồng là một trong những vật liệu quan trọng trong lĩnh vực này, với nhiều ứng dụng trong hóa học nano và y học. Việc nghiên cứu và phát triển vật liệu nano đã mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng trong công nghiệp và y tế. Theo Richard Feynman, khái niệm về công nghệ nano đã được phác thảo từ năm 1959, nhưng chỉ đến những năm gần đây, nó mới thực sự được phát triển mạnh mẽ. Các nghiên cứu về tổng hợp nano đã chỉ ra rằng kích thước và hình dạng của các hạt nano có thể ảnh hưởng lớn đến tính chất hóa học và vật lý của chúng. Điều này đã dẫn đến sự quan tâm ngày càng tăng đối với việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả và bền vững.

1.1. Đặc điểm của nano đồng

Nano đồng là một dạng của đồng có kích thước nhỏ hơn 100 nanomet. Tính năng của nano đồng bao gồm khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và khả năng khử mùi. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nano đồng có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn và nấm, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong y học và nông nghiệp. Hơn nữa, tính chất hóa học của nano đồng cũng cho phép nó tham gia vào nhiều phản ứng hóa học khác nhau, mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Việc sử dụng nano đồng trong các sản phẩm tiêu dùng cũng đang gia tăng, nhờ vào tính năng kháng khuẩn của nó.

II. Các phương pháp tổng hợp nano đồng

Có nhiều phương pháp để tổng hợp nano đồng, bao gồm phương pháp hóa ướt, phương pháp khử muối, và phương pháp phân hủy. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp hóa ướt thường được sử dụng để tạo ra các hạt nano đồng với kích thước đồng đều và kiểm soát tốt. Trong khi đó, phương pháp khử muối thường đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn. Tuy nhiên, việc kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano đồng trong phương pháp này có thể gặp khó khăn. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng các tác nhân khử tự nhiên như chiết xuất từ thực vật có thể giúp cải thiện hiệu quả tổng hợp và giảm thiểu tác động đến môi trường.

2.1. Phương pháp hóa ướt

Phương pháp hóa ướt là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp nano đồng. Phương pháp này sử dụng dung dịch chứa các ion đồng, sau đó thực hiện các bước khử để tạo ra các hạt nano. Một trong những ưu điểm của phương pháp này là khả năng kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các điều kiện như pH, nhiệt độ và nồng độ ion có thể ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và tính chất của hạt nano đồng. Hơn nữa, phương pháp này cũng cho phép tạo ra các hạt nano với độ tinh khiết cao, điều này rất quan trọng cho các ứng dụng trong y học và công nghiệp.

III. Ứng dụng của nano đồng trong hóa học

Nano đồng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hóa học, đặc biệt là trong các phản ứng xúc tác và kháng khuẩn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nano đồng có thể hoạt động như một chất xúc tác hiệu quả trong nhiều phản ứng hóa học, giúp tăng tốc độ phản ứng và cải thiện hiệu suất. Ngoài ra, ứng dụng nano trong y học cũng đang được nghiên cứu mạnh mẽ, với khả năng tiêu diệt vi khuẩn và nấm, giúp điều trị các bệnh nhiễm trùng. Việc sử dụng nano đồng trong các sản phẩm tiêu dùng cũng đang gia tăng, nhờ vào tính năng kháng khuẩn của nó. Điều này không chỉ giúp cải thiện sức khỏe cộng đồng mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho các doanh nghiệp trong lĩnh vực sản xuất.

3.1. Ứng dụng trong y học

Trong y học, nano đồng được sử dụng như một chất kháng khuẩn tự nhiên. Nghiên cứu cho thấy rằng nano đồng có khả năng tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn và nấm, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm y tế. Việc sử dụng nano đồng trong các thiết bị y tế, như băng gạc và dụng cụ phẫu thuật, có thể giúp giảm nguy cơ nhiễm trùng. Hơn nữa, các nghiên cứu cũng đang được thực hiện để khám phá khả năng của nano đồng trong việc điều trị các bệnh lý khác nhau, như ung thư và các bệnh viêm nhiễm. Điều này mở ra nhiều triển vọng cho việc phát triển các liệu pháp mới và hiệu quả hơn trong y học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh khoa học vật liệu hiện đại, vật liệu kim loại cấu trúc nano đang tạo nên những bước đột phá nhờ các hiệu ứng bề mặt và tính chất lượng tử vượt trội so với vật liệu dạng khối. Mặc dù các hạt nano quý như vàng và bạc sở hữu hoạt tính sinh học cao nhưng chi phí sản xuất thương mại vô cùng đắt đỏ, thường dao động ở mức hàng nghìn USD cho mỗi kilôgam, gây trở ngại lớn cho việc ứng dụng trên quy mô công nghiệp diện rộng. Ngược lại, kim loại đồng có trữ lượng dồi dào, khả năng tiếp cận cao và giá thành nguyên liệu thấp hơn khoảng 80% đến 90% so với kim loại quý, đồng thời sở hữu khả năng kháng khuẩn và xúc tác tương đương.

Thách thức cốt lõi hiện nay là các phương pháp hóa lý truyền thống thường sử dụng tác nhân khử độc hại như natri hydrobore hoặc hydrazin, đồng thời hạt nano đồng rất dễ bị oxy hóa tạo màng oxit đồng làm giảm hoạt tính. Luận văn tập trung giải quyết vấn đề này bằng cách nghiên cứu quy trình tổng hợp xanh hạt nano đồng sử dụng dịch chiết thực vật từ lá chè xanh (Camellia sinensis) và vỏ trái chuối hột (Musa balbisiana Colla). Mục tiêu cụ thể là đánh giá khả năng khử ion Cu2+ từ dung dịch đồng nitrat, xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu và kiểm định hoạt tính kháng vi sinh vật. Nghiên cứu được thu thập mẫu nguyên liệu tại Thừa Thiên Huế và triển khai thực nghiệm tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành trong năm 2018. Kết quả tạo tiền đề quan trọng để sản xuất hệ keo nano đồng có kích thước hạt đồng đều dưới 50 nanomet, giữ độ bền phân tán trên 30 ngày và loại bỏ 100% phụ gia hóa học độc hại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết chuyển tiếp lượng tử và hiệu ứng bề mặt trong vật lý chất rắn. Khi kích thước vật liệu giảm xuống dưới độ dài tới hạn từ 1 đến 100 nanomet, tỷ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử tăng vọt, làm xuất hiện các tính chất quang học, điện hóa và hoạt tính sinh học đặc thù mà vật liệu khối không có.

Bên cạnh đó, luận văn áp dụng cơ chế phản ứng khử xanh dựa trên hóa học thực vật. Trong lá chè xanh và vỏ quả chuối hột có chứa hàm lượng polyphenol dồi dào chiếm khoảng 36% tổng chất khô, điển hình là các hợp chất flavonoid, catechin và epigallocatechin gallate (EGCG). Các phân tử sinh học này đóng vai trò kép: vừa là chất cho electron khử ion Cu2+ về dạng nguyên tử đồng kim loại Cu0, vừa đóng vai trò như một chất hoạt động bề mặt sinh học tạo màng bọc phân tán ngăn chặn hiện tượng kết tụ hạt.

Mô hình cơ chế diệt khuẩn của nano đồng cũng được tích hợp để giải thích hoạt tính sinh học. Các hạt nano đồng liên tục phóng thích ion Cu2+ và Cu+ nhờ diện tích tiếp xúc riêng lớn, tạo ra các gốc hydroxyl tự do phá vỡ màng phospholipid, làm bất hoạt enzyme thiết yếu và làm đứt gãy liên kết chéo của chuỗi xoắn kép DNA trong tế bào vi sinh vật gây hại.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình khảo sát 5 mức tỷ lệ rắn/lỏng (5 đến 20 gam trên 100 mililít), 4 dải nồng độ muối tiền chất Cu(NO3)2 từ 0,2 đến 2,0 milimol/lít, 4 tỷ lệ phối trộn thể tích (1:2 đến 1:6), 5 khoảng pH môi trường từ 5 đến 9, cùng 4 mốc thời gian phản ứng từ 10 đến 40 phút ở dải nhiệt độ nâng cao. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích kết hợp phân loại ngẫu nhiên kiểm soát chất lượng: chọn lọc các lá chè và vỏ quả chuối tươi, không sâu bệnh, rửa sạch bằng nước cất và bảo quản ở điều kiện nhiệt độ chuẩn 8°C nhằm đảm bảo tính đồng nhất của hoạt chất sinh học.

Hệ thống phương pháp phân tích công cụ hiện đại được lựa chọn có chủ đích bao gồm:

• Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử tử ngoại khả kiến (UV-Vis) quét trong dải bước sóng 300 đến 800 nanomet, dựa trên định luật Lambert-Beer để xác định mật độ quang cực đại và bước sóng cộng hưởng Plasmon bề mặt đặc trưng của nano đồng trong khoảng 550 đến 600 nanomet.
• Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) trong dải số sóng 400 đến 4000 cm-1 nhằm nhận diện các nhóm chức hữu cơ hydroxyl (-OH) và cacboxylat tham gia liên kết phối trí.
• Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) với độ phóng đại lên đến 400.000 lần nhằm đo lường chính xác hình thái và phân bố kích thước hạt.
• Phương pháp khuếch tán đục lỗ thạch trên môi trường nuôi cấy chuẩn để định lượng đường kính vòng kháng khuẩn đối với các chủng vi sinh vật kiểm định. Toàn bộ chuỗi thực nghiệm được tiến hành liên tục trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thực nghiệm cho thấy dịch chiết từ lá chè tươi mang lại hiệu quả tạo hạt nano đồng vượt trội hơn hẳn so với lá chè khô. Khi đo quang phổ UV-Vis, mẫu dung dịch nano đồng từ chè tươi đạt mật độ quang Abs = 2,26323 tại bước sóng 569,0 nanomet, trong khi mẫu từ chè khô chỉ đạt mật độ quang 1,26783. Mức hiệu suất tạo hạt từ chè tươi cao hơn khoảng 78,5% so với chè khô do các hợp chất polyphenol chưa bị thoái hóa bởi nhiệt độ sấy.

Quá trình khảo sát tỷ lệ rắn/lỏng chiết xuất xác định tỷ lệ 10 gam chè tươi trên 100 mililít dung môi ancol etylic và nước (tỷ lệ 7:3) là tối ưu nhất, mang lại mật độ quang cao nhất là 2,53830 tại bước sóng 565,0 nanomet. Giá trị này cao hơn gấp 3,09 lần so với tỷ lệ 5 gam trên 100 mililít (chỉ đạt 0,82108). Nếu tiếp tục tăng khối lượng nguyên liệu lên 15 hoặc 20 gam trên 100 mililít, mật độ quang giảm dần về 1,03969 do lượng chất hữu cơ quá đậm đặc thúc đẩy hạt kết tụ nhanh thành các khối lớn.

Nồng độ muối tiền chất Cu(NO3)2 thích hợp nhất được xác định là 0,5 milimol/lít với tỷ lệ thể tích dịch chiết trên dung dịch đồng là 1:5 (mL/mL), cho đỉnh hấp thụ sắc nét đạt Abs = 2,90135 tại bước sóng 567,8 nanomet. Mặc dù các mẫu thử ở nồng độ cao 1,0 và 2,0 milimol/lít cho giá trị mật độ quang ban đầu cao hơn, nhưng hệ keo kém bền và xuất hiện kết tủa sau 24 đến 48 giờ bảo quản.

Ảnh hưởng của môi trường phản ứng thể hiện rõ qua sự gia tăng mật độ quang từ 0,82108 tại pH = 5 lên đỉnh điểm 3,01312 tại pH = 8 (tăng trưởng gần 267%). Tuy nhiên, khi tăng tiếp lên pH = 9, mật độ quang sụt giảm xuống còn 2,52201 do ion Cu2+ phản ứng trực tiếp với nhóm OH- tạo kết tủa hiđroxit đồng Cu(OH)2 làm suy giảm lượng hạt nano.

Thảo luận kết quả

Các kết quả đo đạc quang phổ UV-Vis được biểu diễn sinh động qua các biểu đồ đường cong phổ dạng chuông cân đối. Đỉnh hấp thụ cực đại luôn nằm vững chắc trong dải từ 561,5 đến 572,0 nanomet, minh chứng cho sự hình thành đồng nhất của các hạt nano đồng nhờ hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Bảng dữ liệu tương quan giữa pH, nồng độ và mật độ quang phản ánh rõ ràng quy luật động học phản ứng khử: môi trường kiềm nhẹ (pH = 8) kích hoạt quá trình deproton hóa các nhóm phenolic hydroxyl trên phân tử flavonoid, đẩy nhanh tốc độ truyền electron để tạo mầm tinh thể đồng.

Khi so sánh với các nghiên cứu tổng hợp nano đồng bằng phương pháp hóa học sử dụng chất khử vô cơ NaBH4, quy trình xanh từ lá chè xanh và vỏ chuối hột mang lại độ ổn định keo tương đương mà hoàn toàn không để lại dư lượng tạp chất độc hại trên bề mặt hạt. Kết quả thử nghiệm sinh học cho thấy dung dịch nano đồng ức chế hoàn toàn nấm mốc trên mẫu hồ tinh bột gạo sau 4 ngày bảo quản tại tủ ấm 37°C dù đã pha loãng tới 40 lần, đồng thời tạo vòng ức chế rõ rệt trên các chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus, Escherichia coli và nấm men Candida albicans.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất và đời sống, các giải pháp cụ thể được đề xuất bao gồm:

Thứ nhất, chuẩn hóa và mở rộng quy trình tổng hợp xanh ở quy mô pilot. Các viện nghiên cứu công nghệ vật liệu và trung tâm R&D chuyên ngành cần chủ trì thiết lập hệ thống phản ứng khép kín với dung tích 50 đến 100 lít/mẻ trong giai đoạn 2026-2027, duy trì nghiêm ngặt các thông số tối ưu: tỷ lệ chiết 10 g/100 mL, nồng độ Cu(NO3)2 0,5 mM, pH = 8 và nhiệt độ phản ứng 90°C để đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm trên 95%.

Thứ hai, phát triển dòng sản phẩm thuốc bảo vệ thực vật sinh học gốc nano đồng. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp cùng các doanh nghiệp sản xuất nông dược triển khai thử nghiệm thực địa trong thời hạn 18 tháng, hướng tới mục tiêu thay thế từ 40% đến 50% lượng hóa chất bảo vệ thực vật độc hại dùng để phòng trị bệnh nấm hồng, vàng lá thối rễ trên cây ăn quả và cây công nghiệp.

Thứ ba, tích hợp dung dịch nano đồng vào quy trình sản xuất bao bì kháng khuẩn và phụ gia sơn phủ. Các doanh nghiệp dệt may, bao bì thực phẩm cần tiến hành ứng dụng thử nghiệm lớp phủ nano đồng trước quý IV/2027, nhằm nâng cao khả năng chống nấm mốc và kéo dài thời hạn bảo quản nông sản tươi thêm 15 đến 20 ngày trong điều kiện bảo quản thông thường.

Thứ tư, đẩy mạnh nghiên cứu đánh giá an toàn sinh học và độc tính tế bào. Các trường đại học y dược cần triển khai các thử nghiệm độc học in vitro và in vivo trong vòng 24 tháng để thiết lập ngưỡng giới hạn an toàn, hoàn thiện hồ sơ tiêu chuẩn cơ sở cho việc ứng dụng nano đồng xanh trong các thiết bị y tế và sản phẩm chăm sóc sức khỏe.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị học thuật và thực tiễn phong phú cho các nhóm đối tượng sau:

• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Hóa học, Công nghệ Vật liệu, Khoa học Môi trường: Tiếp cận quy trình thực nghiệm chi tiết về hóa học xanh, khai thác cơ sở lý thuyết lượng tử và kỹ thuật phân tích phổ công cụ (UV-Vis, FT-IR, TEM) phục vụ công tác giảng dạy và phát triển các hướng nghiên cứu vật liệu mới.
• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các doanh nghiệp sản xuất hóa chất và vật liệu nano: Sử dụng các thông số công nghệ đã được tối ưu hóa để thiết kế dây chuyền tổng hợp keo nano đồng chi phí thấp, thay thế các phụ gia kháng khuẩn nhập khẩu đắt đỏ trong ngành sơn, nhựa và dệt may.
• Doanh nghiệp sản xuất phân bón vi lượng và chế phẩm sinh học nông nghiệp: Khai thác trực tiếp các số liệu ức chế nấm mốc và vi khuẩn để đăng ký sáng chế, phát triển các dòng sản phẩm phòng trừ nấm bệnh sinh học an toàn cho cây trồng, gia tăng giá trị xuất khẩu nông sản.
• Cán bộ quản lý môi trường và nhà hoạch định chính sách kinh tế xanh: Nắm bắt tiềm năng to lớn của việc chuyển đổi phụ phẩm nông nghiệp bản địa (lá chè già, vỏ chuối) thành vật liệu công nghệ cao, làm cơ sở xây dựng các chính sách khuyến khích kinh tế tuần hoàn và sản xuất bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao dịch chiết lá chè tươi lại cho hiệu quả tổng hợp nano đồng cao hơn lá chè khô?

Dịch chiết lá chè tươi giữ nguyên vẹn hàm lượng polyphenol tự nhiên (chiếm khoảng 36% chất khô) cùng các nhóm chức hoạt động mạnh như catechin và EGCG. Quá trình sấy khô bằng nhiệt làm phân hủy hoặc oxy hóa một phần lớn các hoạt chất này, khiến mật độ quang của sản phẩm từ chè tươi đạt Abs = 2,26323, cao hơn 78,5% so với chè khô (Abs = 1,26783) tại bước sóng 569,0 nanomet.

Môi trường kiềm nhẹ tại pH = 8 đóng vai trò gì trong phản ứng tổng hợp?

Môi trường kiềm nhẹ tại mức pH = 8 giúp ion hóa tối đa các nhóm phenolic hydroxyl có trong dịch chiết thực vật, thúc đẩy tốc độ truyền electron để khử ion Cu2+ thành Cu0 nhanh chóng. Thực nghiệm xác nhận mật độ quang đạt đỉnh cao nhất 3,01312 ở pH = 8, trong khi môi trường axit pH = 5 chỉ đạt 0,82108, còn pH = 9 lại xuất hiện kết tủa hiđroxit đồng làm giảm chất lượng keo.

Phương pháp tổng hợp xanh có ưu điểm gì vượt trội so với phương pháp hóa học?

Phương pháp xanh tận dụng các hợp chất sinh học tự nhiên đóng vai trò đồng thời là chất khử và chất bọc bảo vệ bề mặt hạt nano, loại bỏ hoàn toàn các hóa chất độc hại như hydrazin hay muối borohydrit. Nhờ đó, sản phẩm keo nano đồng có độ tinh khiết cao, an toàn sinh học tuyệt đối, giảm chi phí nguyên liệu từ 70% đến 80% và thân thiện với môi trường sống.

Hạt nano đồng thể hiện cơ chế kháng khuẩn và chống nấm mốc như thế nào?

Với kích thước nano siêu nhỏ và diện tích tiếp xúc riêng lớn, các hạt nano đồng liên tục phóng thích ion Cu2+ thâm nhập qua màng tế bào vi khuẩn và nấm. Các ion này phá hủy màng tế bào, làm bất hoạt hệ thống enzyme hô hấp và làm đứt gãy cấu trúc di truyền DNA. Thí nghiệm thực tế chứng minh nano đồng bảo vệ hồ bột gạo không bị mốc sau 4 ngày ủ ấm 37°C.

Quy trình tổng hợp nano đồng từ lá chè có khả năng ứng dụng quy mô lớn không?

Quy trình hoàn toàn khả thi trên quy mô công nghiệp nhờ nguồn nguyên liệu lá chè xanh và chuối hột dồi dào, giá rẻ tại Việt Nam. Các phản ứng diễn ra trong pha lỏng ở nhiệt độ vừa phải 90°C trong 40 phút với thiết bị đơn giản, không đòi hỏi điều kiện chân không khắt khe, giúp các doanh nghiệp dễ dàng chuyển giao công nghệ để sản xuất thuốc bảo vệ thực vật sinh học.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh thành công tính khả thi và hiệu quả vượt trội của phương pháp hóa học xanh trong việc tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch Cu(NO3)2 sử dụng dịch chiết sinh học lá chè xanh và vỏ quả chuối hột.
• Xác lập chính xác bộ thông số công nghệ tối ưu: tỷ lệ rắn/lỏng 10 g/100 mL dung môi ancol-nước (7:3), nồng độ Cu(NO3)2 0,5 mM, tỷ lệ phối trộn thể tích 1:5, môi trường phản ứng pH = 8, thời gian tạo hạt 40 phút ở nhiệt độ 90°C.
• Sản phẩm keo nano đồng thu được có độ phân tán đồng đều, độ bền cao, thể hiện đỉnh hấp thụ cộng hưởng Plasmon bề mặt đặc trưng trong dải 561,5 đến 572,0 nanomet với mật độ quang đạt trên 2,90.
• Khẳng định hoạt tính sinh học mạnh mẽ thông qua khả năng chống mốc hoàn hảo trên hồ bột gạo dù pha loãng 40 lần và tạo vòng ức chế hiệu quả đối với các chủng vi sinh vật kiểm định S. aureus, E. coli và C. albicans.
• Đóng góp giải pháp khoa học thực tiễn trong việc nâng cao giá trị nguồn dược liệu và phụ phẩm nông nghiệp bản địa, mở ra hướng đi bền vững thay thế hóa chất độc hại trong nông nghiệp và công nghiệp chế tạo.

Theo kế hoạch giai đoạn 2026-2028, nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành hoàn thiện dây chuyền nâng cấp pilot quy mô 100 lít/mẻ và mở rộng khảo nghiệm diện rộng trên các loại cây trồng chủ lực. Các tổ chức khoa học và doanh nghiệp quan tâm được khuyến khích hợp tác triển khai tiếp nhận chuyển giao công nghệ để thương mại hóa dòng sản phẩm nano sinh học tiên tiến này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TÔNG QUAN LÍ THUYẾT (20 trang) Chương 2 - THỰC NGHIEM (6 trang) Chương 3 - KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN (30 trang) " CHUONG 1 TONG QUAN LY THUYET 1. Giới thiệu về công nghệ nano. Nguồn gốc và khái niệm của công nghệ nano. Năm 1959 nhà vật lý nôi tiếng Richard Feynman đã phác hoạ khả năng hình thành một nền công nghệ mới, trong đó con người có thể di chuyển, chồng chập các.

loại nguyên tử, phân tử để thiết kế một dụng cụ cực kỳ nhỏ ở thang vi mô (microscopic). Dén nam 1974, thuat ngit “công nghệ nano” mới được giáo sư Norio Taniguchi của Đại học Khoa học Tokyo định nghĩa và sử dụng để đề cập đến khả. năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử, mặc dù nó vẫn chưa được biết đến rộng rãi. Dựa trên tiền đề đó tiến sĩ K.

Eric Drexler khai thác sâu hơn trong. cuốn sách “Engines of Creation” và cuốn “Nanosystems”. Từ đây, thuật ngữ công. nghệ nano bắt đầu trở nên phổ biến, hàng loạt phát minh đã ra đời, phục vụ đắc lực.

cho cuộc sống. '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 khiên hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1 nm = 10” m) [34] Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài [8], 1. Cơ sở khoa học của công nghệ nano.

Công nghệ nano chủ yếu dựa trên những cơ sở khoa học sau: + Chuyến tiếp từ tính chất cỗ đến tính chất lượng tử: Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 umỶ có khoảng 10!” nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử liện rõ ràng hơn [34]. «_ Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, số nguyên tử nằm trên bÈ mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tông số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính.

chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. [34] 12 © Kich thước tới „ hóa học của các vật liệu một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi, người ta gọi đó là “kích thước tới hạn”. Vật liệu nano có tinh chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu.

Không phải bắt cứ vật liệu nào có kích thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên. Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [34] Độ dài tới hạn, Lĩnh vực Tinh chất ° bạ (am) Bước sóng điện tử 10-100 l 'Quăng đường tự do trung bình không đàn hôi 1-100 Tinh chat dign Tiệu ứng đường ngâm. 1-10 Dé day vach démen 10-100 Tinh chat tir ‘Quang during tan xa spin 1-100. Hỗ lượng từ 1-100 ‘Tinh chất Độ dài suy giảm 10-100.

quang Độ sâu BFbể mặt kim loại 10-100. Độ đài liên kết cặp Cooper 01-100 “Tính siêu dẫn Độ thâm thâu Meisner 1-100 Tương tác bất định xứ 1-1000. Bán kính Khởi động dint vo 1-100 Tinh chit eo Sai hong mim 01-10 ‘DO nhãn bê mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10 ‘D6 dai Kuhn 1-100 Siêu phân tir ‘Cau trúc nhị cấp. 1-10 (Clu tric tam cấp 10-1000 Miễn dịch.

Nhận biết phân tử. Vật liệu nano Vật liệu nano (nano materials) là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thước của vật liệu nano trải một khoảng khá rộng, từ vài nanomet dén vai trim nanomet. Tính chất của vật liệu nano.

Kích thước của vật liệu nano đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính chất. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử. và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không.

đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này. Ở kích thước nano, các hạt kim loại thể hiện tính chất đặc biệt so với trạng thái vật liệu khối như: tính kháng khuẩn, cảm biến sinh học, tính dẫn nhiệt, dẫn điện. Chính vì vậy, việc tông. hợp được hạt nano kim loại đem lại nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như: y sinh, phân tích, điện tử, hóa học, môi trường và công nghệ sinh học.

Phân loại vật liệu nano Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano dựa trên các tiêu chí khác nhau. Sau đây là một vài cách phân loại thường dùng. * Phân loại theo trạng thái của vật liệu Người ta phân chia thành 3 trạng thái: rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó đến chất lỏng và khí.

+ Phân loại theo hình dáng vật liệu Người ta đặt tên theo số chiều không bị giới hạn ở kích thước nano: Vật liệu nano không chiều, vật liệu nano một chiều, vật liệu nano hai chiều. + Phân loại theo tính chất của vật liệu: 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 các cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai khái niệm nhỏ đê tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ: “hạt nano kim loại” trong đó.

"hạt" được phân loại theo hình dáng, *kim loại” được phân loại theo tinh chất, hoặc “vật liệu nano từ tính sinh học” trong đó cả “từ tính” và “sinh học” đều là khái niệm có được khi phân loại theo tính chất. Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay. 14 nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. Tổng quan về nano đồng 1.

Giới thiệu về nano đồng Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố, có ký hiệu là Cu, số hiệu nguyên tử là 29, Là kim loại đẻo 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 điện và nhiệt, vật liệu xây dựng, và là thành phần của các hợp kim.

Các ion đồng (II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, điệt nắm và làm chất bảo quản gỗ. Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn. Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động. vật là gan, cơ và xương.

Cơ thể người trưởng thành chứa khoảng 1,4 đến 2,1 mg đồng trên mỗi kilogam cân nặng. Nano đồng là những hạt đồng có kích thước nano (Inm = 10m), gần với kích thước của phân tử đồng, có hiệu ứng bề mặt vô cùng lớn. Khi các hạt nano đồng được hình thành không còn tính chất dẫn điện, nhưng có những tính năng ưu việt khác, chẳng hạn như kháng khuẩn, kháng nấm, khử mùi, chất xúc tác, chất bôi trơn. Các phương pháp tổng hợp nano đồng Nano đồng được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như: phương.

pháp hóa học, phương pháp phân huỷ nhiệt [5], khử muối kim loại [28], nhiệt vi sóng [14], phương pháp bức xạ [33], kỹ thuật vi nhữ [1S], kỹ thuật siêu tới hạn [20], dùng laze [29], phương pháp polyol [14], phóng điện hồ quang [22], phương pháp. khử nhiệt và khử bằng sóng siêu âm [27] 1.1 Phương pháp hóa ướt Phương pháp này sử dụng các tác nhân khử để khử ion Cu” thành Cu” trong môi trường lỏng. Con đường tổng hợp này rất thích hợp bởi vì nó có thể được tạo trong nhiều pha phân tán khác nhau với việc kiểm soát tính chất của hạt bằng cách. thay đổi các thông số thí nghiệm.

Những thông số chính là loại tác chất và nồng độ. 15 tác chất, khả năng oxy hóa khử và tốc độ cho vào của tác chất loại và nồng độ của chất bảo vệ, nhiệt độ, pH. Năm 2007, tác giả Bong Kyun Park cùng các cộng sự đã tông hợp thành công dung dịch nano đồng trong môi trường không khí bằng phương pháp polyol với kích thước hạt trung bình khoảng 45 + 8nm. Nguyên liệu ban đầu là CuSO.SH:O, chất khử NaH1;PO;.HO, chất bảo vệ là PVP [16] 2009, tic giả Meshesha và các cộng sự đã thực hiện đề tải với nguyên liệu ban đầu: Cu(NO;);.2H2O, hexyldecyl amine (alkyl amine) va ethylene glycol.

Quy trình tổng hợp 100 mL. dung dich ethylene glycol có nồng độ Cu(NO,);.2H,O 0,05M được trộn với một tỷ lệ thích hợp hexyldecyl amine trong bình cầu đáy tròn bằng máy khuấy từ, thiết bị hồi lưu, nhiệt kế, nguồn cấp khí argon. được trộn đều ở 600C cho đến khi tan hoàn toàn. Hạt nano đồng thu được có kích.

thước 6-20 nm [13]. Nam 2010, tac gid Xiao-Feng Tang và cộng sự [33] đã thực hiện đề tài chế tạo dung dịch nano đồng với nồng độ cao, ứng dụng làm mực in công nghiệp, sử dung tién chat ding (II) sunphat (CuSO,.5H2O), dung mdi diethylene glycol (DEG), chất khử NaH;PO›, chất bảo vệ là PVP và chất hoạt động bề mặt là cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB). Hat nano đồng tạo ra khoảng 10 nm [25] Năm 2010, tác giả Nguyễn Thị Phương Phong và các cộng sự [25] đã tổng. hợp và khảo sát tính chất của nano đồng bằng phương pháp polyol và nhiệt vi sóng, với kích thước trung bình 4+2 nm.

Dung dịch keo nano đồng điều chế bằng phương pháp khử muối sunfat đồng (II) CuSO¿ bằng natri hydrobore (NaBH;) trong môi trường ethylen glycol với sự hiện diện của chất bảo vệ polyvinylpyrolidone-PVP. Năm 2011, tác giả Đặng Thị Mỹ Dung và các cộng sự đã tổng hợp dung dịch keo nano đồng bằng phương pháp khử hóa học, sử dụng môi trường là nước và etylen glycol (EG) với chất khir li NaBHs. Dung dịch nano đồng thu được có kích thước hạt trung bình là 22nm và 10nm [15] 213, tác giả Cao Văn Dư và cộng sự đã tổng hợp thành công dung dịch keo nano đồng trong môi trường glycerin, với tiền chất là Cu(NO›)s.3H:O, chất 16 bảo vệ là polyvinylpyrrolidone (PVP) (C,H,NO), Mw = 106 (gam/mol). Kích thước hạt nano đồng trung bình khoảng 12 +3.