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

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.

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.