CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về vật liệu 1. Giới thiệu sơ lược về nguyên tố bạc (silver) Bạc đã được biết đến từ thời tiền sử, nó được nhắc tới trong cuốn Chúa sáng tạo ra thế giới (quyển đầu của Cựu Ước), các đống xỉ chứa bạc đã được tìm thấy ở Tiểu Á và trên các đảo thuộc biển Aegean chứng minh rằng bạc đã được tách ra khỏi chỉ từ thiên niên kỷ thứ 4 TCN.
Bạc đã được sử dụng trong hàng nghìn năm để trang trí và như đồ dùng gia đình, để buôn bán và làm cơ sở cho nhiều hệ thống tiền tệ. Trong một thời gian dài nó được coi là kim loại quý thứ hai sau vàng bởi những đặc tính quý giá của nó. Ký hiệu của nguyên tố bạc là Ag. Bạc có số hiệu nguyên tử 47, thuộc phân nhóm IB trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
Bạc có khối lượng nguyên tử là 107,868 (amu). Cấu hình electron là: [Kr]4d105s1. Trạng thái oxy hóa ổn định nhất của bạc là +1 (chẳng hạn như silver nitrate: AgNO3); ít gặp hơn là một số hợp chất trong đó nó có hóa trị +2 (chẳng hạn như fluoride bạc (II): AgF2) và +3 (chẳng hạn như tetrafluoroargentat kali: K[AgF4]). Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao nhất, có giá trị điện trở thấp nhất trong các kim loại.
Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả năng tan trong một số acid mạnh như acid nitric, acid sufuric đặc nóng,…[9]. Một số hằng số vật lý của bạc Nhiệt độ Nhiệt Nhiệt độ Độ cứng Độ dẫn Độ dẫn Tỷ Màu nóng độ sôi thăng hoa thang điện nhiệt khối chảy (ºC) (ºC) (KJ/mol) moxo (Hg =1) (Hg = 1) Trắng 960 2167 283,6 10,50 2,7 59 49 Bạc là kim loại quý có giá trị lâu dài, được sử dụng làm đồng tiền xu, đồ trang sức, chén đũa và các đồ dùng trong gia đình và như một khoản đầu tư ở dạng tiền xu và nén. Kim loại bạc được dùng trong công nghiệp làm chất dẫn và tiếp xúc, trong gương và trong điện phân của các phản ứng hóa học. Các hợp chất của nó được dùng trong phim ảnh, bạc nitrate pha loãng được dùng làm chất tẩy khuẩn, nhiều ứng dụng kháng sinh trong y học của bạc đã và đang được nghiên cứu lâm sàng.
Ngày nay, nano bạc là nguồn vật liệu mang nhiều tiềm năng. Hạt nano bạc là các 5 hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có những đặc tính độc đáo tốt sau [1]: - Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi xa. - Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao, không có phụ gia hóa chất.
- Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như benzene, toluene). - Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông thường. - Chi phí sản xuất thấp. - Ổn định ở nhiệt độ cao.
Có nhiều phương pháp điều chế nano bạc như [13]: - Phương pháp ăn mòn lazer: Phương pháp này sử dụng chùm tia lazer với bước sóng ngắn bắn lên vật liệu khối đặt trong dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt. Các hạt nano được tạo thành với kích thước khoảng 10 nm và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt. - Phương pháp khử hóa học: Phương pháp này sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Sử dụng phương pháp tĩnh điện để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám.
Các hạt nano tạo thành bằng phương pháp này có kích thước từ 10 nm đến 100 nm. - Phương pháp khử vật lý: Các tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gammma, tia tử ngoại, tia laser được sử dụng khử ion bạc thành bạc. - Phương pháp khử hóa lý: Phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lý. Nguyên lí của phương pháp này là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano.
Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bám lên điện cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch. - Phương pháp khử sinh học: Trong phuong pháp này người ta dùng vi khuẩn là các tác nhân khử ion kim loại.
Vi khuẩn MKY3 được cấy vào trong dung dịch có chứa ion bạc để thu được hạt nano bạc. Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường 6 và có thể tạo hạt với số lượng lớn. Giới thiệu sơ lược về vật liệu Fe3O4 Fe3O4 (magnetic, oxide sắt từ) là hợp chất oxide phổ biến của nguyên tố sắt, chứa cả hai trạng thái oxi hóa của sắt là Fe2+ (ferrous) và Fe3+ (ferric), được mô tả như sắt (II, III) oxide với công thức FeO.Fe2O3 cùng tỉ lệ Fe2+ : Fe3+ = 1 : 2. Maghemite Fe3O4 có màu nâu hoặc đỏ gạch và được hình thành do quá trình oxy hóa từ tính của nam châm hoặc titanit.
Maghemite, dạng từ tính bị oxy hóa là một ferrite spin và có cấu trúc spin tương tự như magnetite, chúng tồn tại phổ biến rộng rãi trong trầm tích lục địa, đá và đất [3]. Các phương pháp điều chế hạt nano oxide sắt từ như: + Phương pháp nghiền: oxide sắt từ Fe3O4 kết hợp việc nghiền chất hoạt động bề mặt (như acid oleic) và dung môi (như dầu, n-hexane). Chất hoạt động bề mặt giúp quá trình nghiền diễn ra dễ dàng và ngăn chặn hiện tượng kết tụ hạt. Sau quá trình nghiền, sản phẩm đi qua quá trình phân tách hạt phức tạp để tạo ra các hạt oxide sắt tương đối đồng nhất.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể sản xuất hạt nano oxide sắt với chi phí thấp và lượng sản phẩm ít. Tuy nhiên, phương pháp này cũng gặp phải nhược điểm là khó điều chỉnh tính đồng nhất của các hạt nano. + Phương pháp đồng kết tủa: Muối vô cơ tan trong nước và sau đó kết tủa khi pha loãng bằng base yếu và thủy nhiệt. Sự tăng độ pH và nồng độ ion trong dung dịch sẽ gây giảm kích thước của hạt.
Kết tủa được lọc và sấy khô để thu được sản phẩm. Cơ chế tổng hợp Fe3O4 như sau: Tỉ phần mol hợp lý Fe3+/Fe2+ = 2 : 1 trong môi trường kiềm có pH = 9 ÷ 14, điều kiện thiếu oxygen, ta thu được phương trình: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- ⟶ Fe3O4 + 4H2O Các hạt Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp này có kích thước dao động từ vài nanomet đến vài chục nanomet. Ngoài các ưu điểm như quy trình đơn giản, phản ứng nhanh chóng, và khả năng tạo ra hạt có độ đồng nhất và phân tán cao, phương pháp này cũng có nhược điểm như sản phẩm có độ từ hóa thấp và dễ bị kết tụ. + Vi nhũ tương: Phân tán của chất lỏng trong một chất lỏng ổn định khác được đảm bảo thông qua màng phân cách của các hoạt tính bề mặt.
Vi nhũ tương, một loại chất lỏng không màu, đồng hướng và ổn định về mặt động lực học, được tạo ra thông qua các gốc hoạt hóa bề mặt, tạo ra sự hạn chế về không gian. Điều này dẫn đến sự hình thành và phát triển các hạt nano bị hạn chế, tạo ra sản phẩm nano với kích thước rất 7 đồng nhất, thường dao động từ 4 đến 12 nm và có độ sai khác khoảng 0,2 đến 0,3 nm. Tuy nhiên, nồng độ các chất hoạt động bề mặt đòi hỏi phải cao để tạo ra dung dịch phản ứng nano. + Phương pháp điện hóa: Phương pháp điện hóa được áp dụng để tổng hợp hạt nano oxide sắt với kích thước dao động từ 3 đến 8 nm, được kiểm soát thông qua mật độ dòng điện phân.
Dung dịch điện hóa thường là dung dịch hữu cơ, và sự phân tán của các hạt nano được thúc đẩy bởi các chất hoạt hóa bề mặt dương. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là quá trình tổng hợp hạt khá phức tạp và hiệu suất không cao, dẫn đến ít sự quan tâm nghiên cứu so với các phương pháp khác [2]. Giới thiệu về vật liệu Ag/Fe3O4 Thời gian gần đây vật liệu nano composit Ag/Fe3O4 được quan tâm nghiên cứu rất mạnh mẽ theo định hướng ứng dụng làm chất kháng khuẩn. Năm 2007, Gong và cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu chế tạo hạt nano composit Ag/Fe3O4 bằng phương pháp mixel đảo, hạt có đường kính khoảng 60 ± 20nm.
Vật liệu tổ hợp vẫn giữ được khả năng kháng khuẩn của nano bạc với E.epidermidis (vi khuẩn gram dương) và vi nấm B. Mới đây các nhà khoa học trong nước đã công bố các kết quả rất đáng chú ý về vật liệu nano composit Ag/Fe3O4. Năm 2015, nhóm nghiên cứu của G.S Trần Đại Lâm đã công bố các kết quả nghiên cứu tổng hợp nano composit Ag/Fe3O4 sử dụng CS làm tác nhân ổn định vật liệu [7]. Trong nghiên cứu này, hạt sắt từ nano được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa từ FeCl3, FeCl2 trong dung dịch NH4OH.
Kết tủa đen Fe3O4 sau khi được phân tán trong dung dịch CS hòa tan trong acid acetic 1%, tiếp tục cho dung dịch silver nitrate vào sau đó cho dung dịch NaBH4 để khử ion Ag+. Năm 2016, Seyedeh Masumeh Ghaseminezhad và cộng sự cũng tiến hành nghiên cứu vật liệu nanocompozit Ag/Fe3O4 và tổng hợp thành công bằng phương pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí khi sử dụng tinh bột. Tinh bột vừa đóng vai trò là chất phủ tương thích sinh học cho hạt nano Fe3O4, vừa là chất khử để khử các ion bạc trong môi trường kiềm. Các vật liệu nanocompozit Ag/Fe3O4 đã chứng minh hoạt tính kháng khuẩn cao chống lại Escherichia coli khi được đánh giá bằng nồng độ ức chế tối thiểu [15].
Năm 2022, Zahra Dehghan cùng cộng sự sử dụng dịch chiết lá cây nhím biển để tổng hợp xanh Ag/Fe3O4 như một chất kháng khuẩn, gây độc tế bào thích hợp và ứng dụng vào y khoa [14]. Tổng quan về cây ổi 1. Đặc điểm chung của cây ổi - Tên khoa học: Psidium guajava. Cây ổi là một loài cây ăn quả phổ biến ở nhiều nơi (trong đó có Việt Nam), thuộc họ Đào kim nương, có nguồn gốc từ Brasil được mô tả khoa học đầu tiên vào năm 1753.