Đồ án tốt nghiệp: Tổng hợp vật liệu Zeolite 4A và nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn E. coli

• Tác giả: Võ Thị Thúy Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Tâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Tổng hợp vật liệu và nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn E. coli của zeolite 4A/Ag+ và zeolite 4A/Zn2+
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về zeolite
• 1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của zeolite
• 1.3. Khái niệm và phân loại zeolite
• 1.3.1. Khái niệm zeolite
• 1.3.2. Phân loại zeolite
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
• 2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất
• 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ
• 2.2. Quy trình tổng hợp zeolite
• 2.3. Quy trình trao đổi iôn kẽm và iôn bạc
• 2.4. Chuẩn bị môi trường nuôi khuẩn
• 2.4.1. Chuẩn bị môi trường nuôi vi khuẩn lỏng
• 2.4.2. Chuẩn bị đĩa thạch trải vi khuẩn
• 2.5. So sánh đường cong sinh trưởng của vi khuẩn E. coli bằng phương pháp đo quang phổ hấp phụ UV-Vis và máy C1
• 2.5.1. Khảo sát đường cong sinh trưởng của vi khuẩn E. coli bằng phương pháp đo quang phổ hấp phụ UV-Vis
• 2.5.2. Khảo sát đường cong sinh trưởng của vi khuẩn E. coli bằng phương pháp đo tín hiệu ánh sáng lazer bằng máy C1
• 2.6. Khảo sát khả năng kháng khuẩn E. coli của Zeolite 4A/Ag+ và 4A/Zn2+ bằng phương pháp đo vòng tròn kháng khuẩn
• 2.7. Khảo sát khả năng tái sử dụng kháng khuẩn E. coli của Zeolite 4A/Ag+ và 4A/Zn2+ bằng phương pháp đo tín hiệu ánh sáng lazer bằng máy C1
• 2.8. Phương pháp nghiên cứu
• 2.8.1. Huỳnh quang tia X (XRF)
• 2.8.2. Phương pháp nhiễu xạ XRD
• 2.8.3. Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét SEM
• 2.8.4. Phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS)
• 2.8.5. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 2.8.6. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-VIS
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu cấu trúc vật liệu
• 3.1.1. Kết quả đo XRF của cao lanh
• 3.1.2. Kết quả đo XRD và cấu trúc pha rắn
• 3.1.3. Kết quả xác định kích thước hạt bằng phương pháp tán xạ ánh sáng DLS
• 3.1.4. Kết quả đo diện tích bề mặt riêng bằng phương pháp BET
• 3.1.5. Kết quả phân tích SEM
• 3.1.6. Kết quả xác định và định lượng thành phần các nguyên tố bằng phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS)
• 3.1.7. Kết quả đo FTIR
• 3.2. Phân tích hoạt tính kháng khuẩn của zeolite 4A/Ag+ và zeolite 4A/Zn2+
• 3.2.1. Khảo sát khả năng kháng khuẩn zeolite 4A/Ag+ và zeolite 4A/Zn2+ qua kích thước vòng tròn kháng khuẩn
• 3.2.2. So sánh đường cong sinh trưởng của vi khuẩn E. coli bằng phương pháp UV-Vis và máy C1
• 3.2.3. Đường cong sinh trưởng của vi khuẩn khi có zeolite 4A
• 3.2.4. Khảo sát khả năng diệt khuẩn của zeolite 4A/Zn2+ và zeolite 4a/Ag+
• 3.2.4.1. Khảo sát khả năng diệt khuẩn của zeolite 4A/Zn2+
• 3.2.4.2. Khảo sát khả năng diệt khuẩn của zeolite 4A/Ag+
• 3.2.5. So sánh khả năng ức chế sự sinh trưởng của 2 loại zeolite 4A/Ag+ và zeolite 4A/Zn2+
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU

Tóm tắt

I. Tổng quan về zeolite 4A và ứng dụng

Zeolite 4A là một loại vật liệu aluminosilicate có cấu trúc xốp, được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu cao lanh. Với tỉ lệ Si/Al = 1, zeolite 4A có khả năng trao đổi ion cao, đặc biệt là với các ion kim loại như Ag⁺ và Zn²⁺. Vật liệu zeolite này được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xử lý nước thải, y học, và nông nghiệp. Nghiên cứu zeolite cho thấy, zeolite 4A có tiềm năng lớn trong việc kháng khuẩn, đặc biệt là đối với vi khuẩn E. coli. Ứng dụng zeolite trong kháng khuẩn mang lại hiệu quả cao và an toàn cho sức khỏe.

1.1. Lịch sử và phát triển của zeolite

Zeolite được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1756 bởi nhà khoa học Friedrich Axel Cronstedt. Trong những năm 1930-1940, Richard M. Barrer đã tổng hợp thành công các loại zeolite có ý nghĩa thương mại như zeolite A, X, Y. Nghiên cứu zeolite tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong những thập niên 80-90, với sự bùng nổ về ứng dụng trong công nghiệp, môi trường, và dược phẩm. Hiện nay, zeolite 4A được coi là một trong những vật liệu quan trọng trong công nghệ hóa học.

1.2. Phân loại và tính chất của zeolite

Zeolite được phân loại dựa trên nguồn gốc, đường kính mao quản, và tỉ lệ Si/Al. Zeolite 4A thuộc nhóm zeolite có hàm lượng silica thấp, với tỉ lệ Si/Al = 1. Vật liệu zeolite này có cấu trúc xốp đồng đều, khả năng trao đổi ion cao, và tính chất hấp phụ chọn lọc. Zeolite trong hóa học được ứng dụng rộng rãi trong các phản ứng xúc tác và xử lý môi trường.

II. Tổng hợp zeolite 4A và phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp zeolite 4A được thực hiện bằng phương pháp thủy nhiệt, sử dụng cao lanh làm nguyên liệu chính. Quá trình tổng hợp bao gồm các bước tạo gel, kết tinh, và trao đổi ion với Ag⁺ và Zn²⁺. Công nghệ tổng hợp zeolite này đảm bảo vật liệu có độ tinh khiết cao và kích thước hạt đồng đều. Nghiên cứu zeolite sử dụng các phương pháp phân tích như XRD, SEM, FTIR, và EDS để đánh giá cấu trúc và tính chất của vật liệu.

2.1. Quy trình tổng hợp zeolite 4A

Quy trình tổng hợp vật liệu zeolite 4A bắt đầu từ việc phân tích thành phần hóa học của cao lanh. Sau đó, cao lanh được xử lý để tạo gel, và quá trình kết tinh thủy nhiệt được thực hiện. Zeolite 4A tạo thành được trao đổi ion với Ag⁺ và Zn²⁺ để tăng cường khả năng kháng khuẩn. Công nghệ tổng hợp zeolite này đảm bảo vật liệu có độ tinh khiết cao và kích thước hạt đồng đều.

2.2. Phương pháp phân tích vật liệu

Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, FTIR, và EDS được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất của zeolite 4A. Kết quả phân tích cho thấy vật liệu có cấu trúc đồng đều, ít tạp chất, và kích thước hạt khoảng 1µm. Zeolite 4A kháng khuẩn được đánh giá thông qua các phương pháp đo vòng tròn kháng khuẩn và đường cong sinh trưởng của vi khuẩn E. coli.

III. Hoạt tính kháng khuẩn của zeolite 4A Ag và zeolite 4A Zn²

Hoạt tính kháng khuẩn của zeolite 4A/Ag⁺ và zeolite 4A/Zn²⁺ được nghiên cứu thông qua các phương pháp đo vòng tròn kháng khuẩn và đường cong sinh trưởng của vi khuẩn E. coli. Kết quả cho thấy, zeolite 4A/Ag⁺ có hiệu suất kháng khuẩn cao hơn so với zeolite 4A/Zn²⁺, với hiệu suất lên đến 71.81% ở lần đầu tiên sử dụng. Vật liệu kháng khuẩn này cũng có khả năng tái sử dụng, mặc dù hiệu suất giảm dần theo số lần sử dụng.

3.1. Khả năng kháng khuẩn của zeolite 4A Ag

Zeolite 4A/Ag⁺ thể hiện khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ đối với E. coli. Kết quả đo vòng tròn kháng khuẩn cho thấy, zeolite 4A/Ag⁺ có hiệu suất kháng khuẩn lên đến 71.81% ở lần đầu tiên sử dụng. Kháng khuẩn của zeolite 4A/Ag⁺ được đánh giá thông qua sự giải phóng ion Ag⁺, giúp tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả.

3.2. Khả năng kháng khuẩn của zeolite 4A Zn²

Zeolite 4A/Zn²⁺ cũng thể hiện khả năng kháng khuẩn đối với E. coli, mặc dù hiệu suất thấp hơn so với zeolite 4A/Ag⁺. Hiệu suất kháng khuẩn của zeolite 4A/Zn²⁺ đạt 36% ở lần đầu tiên sử dụng. Kháng khuẩn của zeolite 4A/Zn²⁺ được đánh giá thông qua sự giải phóng ion Zn²⁺, giúp ức chế sự sinh trưởng của vi khuẩn.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu zeolite 4A và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của zeolite 4A/Ag⁺ và zeolite 4A/Zn²⁺. Kết quả cho thấy, zeolite 4A/Ag⁺ có hiệu suất kháng khuẩn cao hơn so với zeolite 4A/Zn²⁺. Vật liệu zeolite này có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng kháng khuẩn, đặc biệt là trong các lĩnh vực y học và xử lý môi trường. Nghiên cứu cũng đề xuất các hướng phát triển tiếp theo để tối ưu hóa hiệu suất kháng khuẩn và khả năng tái sử dụng của vật liệu.

4.1. Giá trị thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc phát triển vật liệu kháng khuẩn từ zeolite 4A. Zeolite 4A/Ag⁺ và zeolite 4A/Zn²⁺ có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y học, nông nghiệp, và xử lý môi trường. Ứng dụng zeolite trong kháng khuẩn giúp giảm thiểu sự lãng phí ion kim loại và đảm bảo an toàn cho sức khỏe.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Nghiên cứu đề xuất các hướng phát triển tiếp theo, bao gồm tối ưu hóa quy trình tổng hợp zeolite 4A, cải thiện hiệu suất kháng khuẩn, và tăng cường khả năng tái sử dụng của vật liệu. Công nghệ tổng hợp zeolite cần được nghiên cứu sâu hơn để đáp ứng nhu cầu ứng dụng trong thực tế.