Luận văn thạc sĩ: Tổng hợp và xác định các đặc trưng của selen kim loại kích thước nano

Luận văn thạc sĩ phân tích hus tổng hợp và xác định các đặc trưng của selen kim loại kích thước nano sử dụng một số phương, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Trương Công Doanh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích
• Trường học: Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Tổng hợp và xác định các đặc trưng của selen kim loại kích thước nano sử dụng một số phương pháp tổng hợp xanh
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về selen và các hợp chất của selen
• 1.1.1. Giới thiệu về selen
• 1.1.1.1. Selen và trạng thái tự nhiên
• 1.1.2. Tính chất vật lý
• 1.1.3. Tính chất hóa học
• 1.1.4. Ứng dụng của selen
• 1.1.4.1. Ứng dụng phi sinh học
• 1.1.4.2. Ứng dụng trong y sinh học
• 1.1.5. Selen nguyên tố với kích thước nano
• 1.1.6. Giới thiệu về polysacarit và alginat
• 1.1.6.1. Đặc điểm cấu trúc của alginat
• 1.1.6.2. Tính chất của alginat
• 1.1.7. Các phương pháp tổng hợp selen cấu trúc nano
• 1.1.7.1. Phương pháp hóa học để tổng hợp selen cấu trúc nano
• 1.1.7.2. Phương pháp sinh học để tổng hợp Se cấu trúc nano
• 1.1.8. Một số phương pháp nghiên cứu xác định đặc trưng của vật liệu kích thước nano
• 1.1.8.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction, XRD)
• 1.1.8.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (Fourier Transformation Infrared Spectrophotometer, FTIR)
• 1.1.8.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM)
• 1.1.8.4. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA-TGA)
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC ĐÍCH, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu
• 2.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
• 2.3. Nghiên cứu tổng hợp nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm
• 2.3.1. Quy trình tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic
• 2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ alginat
• 2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng alginat:selen (Alg:Se) tham gia phản ứng
• 2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit ascorbic tham gia phản ứng
• 2.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian già hóa
• 2.4. Nghiên cứu tổng hợp nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat không sử dụng thêm tác nhân khử và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm
• 2.4.1. Quy trình tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 và alginat
• 2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ alginat
• 2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se tham gia phản ứng
• 2.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian già hóa
• 2.5. Phân tích đặc trưng sản phẩm
• 2.5.1. Nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.5.2. Phổ hồng ngoại (FTIR)
• 2.5.3. Hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.5.4. Phân tích nhiệt (DSC - TGA)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat với tác nhân khử là axit ascorbic và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm
• 3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ alginat
• 3.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se
• 3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit ascorbic tham gia phản ứng
• 3.1.5. Ảnh hưởng của thời gian già hóa
• 3.2. Tổng hợp hạt nano selen từ Na2SeSO3 trong dung dịch alginat không sử dụng thêm tác nhân khử và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ alginat
• 3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Alg:Se
• 3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian già hóa
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về selen nano và phương pháp xanh

Selen nano là một dạng của selen với kích thước cực nhỏ, thường được nghiên cứu vì tính chất độc đáo và ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực. Phương pháp xanh trong tổng hợp selen nano đang trở thành xu hướng nổi bật, nhờ vào tính thân thiện với môi trường và khả năng tạo ra các sản phẩm an toàn hơn. Việc tổng hợp selen nano bằng phương pháp xanh không chỉ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường mà còn nâng cao hiệu quả sinh học của sản phẩm.

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của selen nano

Selen nano có nhiều đặc điểm nổi bật như tính chất quang học, điện hóa và khả năng chống oxy hóa. Những đặc điểm này làm cho selen nano trở thành một ứng viên lý tưởng trong các ứng dụng y sinh học, công nghiệp điện tử và sản xuất vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng selen nano có thể cải thiện hiệu quả của các sản phẩm bổ sung dinh dưỡng và có khả năng chống lại các bệnh lý như ung thư và bệnh tim mạch.

1.2. Phương pháp xanh trong tổng hợp selen nano

Phương pháp xanh trong tổng hợp selen nano bao gồm việc sử dụng các tác nhân tự nhiên như polysacarit và alginat. Những phương pháp này không chỉ an toàn mà còn hiệu quả trong việc tạo ra các hạt selen nano với kích thước đồng nhất và tính chất tối ưu. Việc áp dụng các phương pháp này giúp giảm thiểu việc sử dụng hóa chất độc hại và tạo ra sản phẩm thân thiện với môi trường.

II. Thách thức trong việc tổng hợp selen nano bằng phương pháp xanh

Mặc dù phương pháp xanh mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc tổng hợp selen nano. Các yếu tố như điều kiện phản ứng, nồng độ nguyên liệu và thời gian phản ứng có thể ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được sản phẩm selen nano chất lượng cao.

2.1. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng đến chất lượng selen nano

Điều kiện phản ứng như nhiệt độ, pH và nồng độ của các tác nhân khử có thể ảnh hưởng lớn đến kích thước và hình dạng của hạt selen nano. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kiểm soát các yếu tố này có thể giúp tạo ra các hạt selen nano đồng nhất và ổn định hơn.

2.2. Khó khăn trong việc kiểm soát kích thước hạt

Việc kiểm soát kích thước hạt selen nano là một thách thức lớn trong quá trình tổng hợp. Kích thước hạt không đồng nhất có thể dẫn đến sự thay đổi trong tính chất vật lý và hóa học của sản phẩm. Do đó, cần có các phương pháp phân tích chính xác để theo dõi và điều chỉnh kích thước hạt trong quá trình tổng hợp.

III. Phương pháp tổng hợp selen nano hiệu quả

Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp selen nano, trong đó phương pháp hóa học và sinh học là hai phương pháp phổ biến nhất. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được sản phẩm mong muốn.

3.1. Phương pháp hóa học trong tổng hợp selen nano

Phương pháp hóa học thường sử dụng các tác nhân khử như axit ascorbic để tổng hợp selen nano từ các hợp chất tiền thân. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt kích thước và hình dạng của hạt, nhưng cần phải chú ý đến việc sử dụng hóa chất độc hại.

3.2. Phương pháp sinh học trong tổng hợp selen nano

Phương pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật hoặc chiết xuất thực vật để tổng hợp selen nano. Phương pháp này không chỉ an toàn mà còn thân thiện với môi trường, giúp tạo ra các sản phẩm có tính sinh học cao và ít độc hại hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của selen nano trong y sinh học

Selen nano đã được chứng minh có nhiều ứng dụng trong y sinh học, đặc biệt là trong việc điều trị và phòng ngừa các bệnh lý. Các nghiên cứu cho thấy rằng selen nano có khả năng tăng cường hệ miễn dịch và chống lại các gốc tự do, từ đó giúp bảo vệ cơ thể khỏi các bệnh tật.

4.1. Selen nano trong điều trị ung thư

Nghiên cứu cho thấy rằng selen nano có thể giúp ngăn ngừa sự phát triển của tế bào ung thư và tăng cường hiệu quả của các phương pháp điều trị ung thư hiện tại. Selen nano có khả năng làm giảm độc tính của các hóa chất điều trị, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.

4.2. Selen nano trong phòng ngừa bệnh tim mạch

Selen nano có thể giúp cải thiện sức khỏe tim mạch bằng cách giảm mức cholesterol xấu và tăng cường chức năng của hệ thống tim mạch. Việc bổ sung selen nano có thể giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch và đột quỵ.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của selen nano

Tổng hợp và xác định đặc trưng của selen nano bằng phương pháp xanh đang mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và ứng dụng. Với những lợi ích vượt trội và tính an toàn cao, selen nano hứa hẹn sẽ trở thành một phần quan trọng trong các sản phẩm y sinh học và công nghệ mới trong tương lai.

5.1. Triển vọng nghiên cứu selen nano

Nghiên cứu về selen nano vẫn đang tiếp tục phát triển, với nhiều hướng đi mới trong việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện hiệu quả sinh học và giảm thiểu độc tính của selen nano.

5.2. Tương lai của selen nano trong công nghiệp

Selen nano có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất vật liệu đến công nghệ sinh học. Việc phát triển các sản phẩm dựa trên selen nano có thể mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người và môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Selen là một nguyên tố vi lượng thiết yếu đóng vai trò sống còn trong hoạt động chống oxy hóa của cơ thể thông qua các enzyme glutathion peroxidaza và thioredoxin reductaza. Mặc dù có trữ lượng tự nhiên trong vỏ Trái Đất chỉ chiếm khoảng 10⁻⁵ %, selen lại quyết định khả năng phòng ngừa nhiều bệnh lý mãn tính như tim mạch, đái tháo đường và ung thư. Tuy nhiên, khoảng cách giữa liều có lợi và liều gây độc của selen vô cơ truyền thống rất hẹp, với ngưỡng giới hạn tiêu thụ an toàn được khuyến cáo tối đa là 400 µg/ngày. Việc sử dụng quá liều có thể dẫn đến rụng tóc, viêm dây thần kinh, xơ gan và phù phổi. Để giải quyết thách thức này, xu hướng ứng dụng công nghệ nano xanh nhằm tổng hợp selen kim loại kích thước nano đã mở ra giải pháp mang tính đột phá, giúp duy trì hiệu lực sinh học tương đương với liều bổ sung 200 µg/ngày nhưng giảm thiểu đáng kể độc tính tế bào.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Hóa học vô cơ với đề tài nghiên cứu tổng hợp và xác định các đặc trưng của selen kim loại kích thước nano sử dụng phương pháp tổng hợp xanh được thực hiện tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là thiết lập quy trình chế tạo các hạt nano selen đơn pha có đường kính đồng đều trong khoảng 50 đến 100 nm, sử dụng polysaccharide tự nhiên alginat chiết xuất từ rong mơ kết hợp cùng tác nhân khử thân thiện môi trường là axit ascorbic hoặc tận dụng chính bản chất khử của alginat. Công trình mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc cung cấp nguồn nguyên liệu nano an toàn cho ngành dược phẩm, tạo tiền đề nâng cao hiệu suất hấp thu vi chất dinh dưỡng và giảm thiểu ô nhiễm hóa chất trong sản xuất vật liệu y sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết tinh thể học tia X và cơ chế hóa học khử xanh. Theo phương trình nhiễu xạ Vulf-Bragg và công thức Scherrer, kích thước tinh thể trung bình được xác định dựa trên bước sóng tia tới và độ rộng cực đại của các góc phản xạ đặc trưng. Cơ chế khử hóa học dựa trên quá trình chuyển dịch điện tử trực tiếp từ chất khử hữu cơ tự nhiên sang phức chất tiền chất của selen, đi kèm với lý thuyết ổn định hóa lập thể (steric stabilization) của các chuỗi đại phân tử.

Các khái niệm then chốt trong luận văn bao gồm:

• Selen nguyên tố: Phi kim thuộc nhóm VI có số hiệu nguyên tử 34, nguyên tử lượng 78.96 đvC, tỷ trọng 4.8 g/cm³, nóng chảy ở 221°C và có cấu trúc lục phương bền vững.
• Alginat: Polyme sinh học biển gồm các khối monomer axit β-D-mannuronic và α-L-guluronic liên kết qua cầu nối 1-4 glucozid, có khối lượng phân tử từ 50 đến 1000 kDa và khả năng tạo màng bao bọc ngăn chặn sự tụ tập hạt.
• Axit ascorbic: Chất khử sinh học có khả năng nhường 2 điện tử và khử ion selen thành selen tự do dạng phân tán nano.

Phương pháp nghiên cứu

Hệ thống mẫu thực nghiệm được chuẩn bị từ tiền chất Na2SeSO3 nồng độ 0.1 M, tổng hợp qua phản ứng giữa selen bột tinh khiết và dung dịch Na2SO3 ở nhiệt độ 95 đến 100°C trong 1 giờ hồi lưu. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm hơn 30 mẻ thực nghiệm được tiến hành phân chia theo các biến số công nghệ: nhiệt độ phản ứng khảo sát từ nhiệt độ phòng đến 100°C, nồng độ alginat từ 0.2% đến 1.0% khối lượng, tỷ lệ khối lượng Alg:Se từ 3:1 đến 12:1, nồng độ axit ascorbic từ 0.08 M đến 0.20 M và thời gian già hóa từ 1 đến 4 giờ.

Lý do lựa chọn hệ thống phương pháp phân tích:

• Nhiễu xạ tia X (XRD): Thực hiện trên thiết bị SIEMENS D5005 Bruker sử dụng bức xạ Cu-Kα bước sóng 1.5406 Å với điện áp 40 kV và dòng điện 30 mA, nhằm xác định chính xác pha tinh thể lục phương của nano selen mà không phá hủy mẫu.
• Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Sử dụng thiết bị Hitachi S4800 phủ màng platin dẫn điện để quan sát trực tiếp hình thái hình cầu và đo kích thước hạt ở độ phóng đại hàng chục nghìn lần.
• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Đo trên thiết bị IMPAC 410 và Shimadzu với viên nén KBr tỷ lệ 1:100 trong dải số sóng 400 đến 4000 cm⁻¹, nhằm xác nhận sự biến đổi nhóm chức hóa học của chất khử và lớp vỏ bọc alginat.
• Phân tích nhiệt DSC-TGA: Thực hiện trên thiết bị Labsys Evo Setaram để định lượng tỷ lệ khối lượng chất hữu cơ bao bọc và xác định nhiệt độ chuyển pha của vật liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận bốn phát hiện quan trọng có giá trị khoa học cao:

• Thứ nhất, quy trình tổng hợp có sử dụng axit ascorbic ở nhiệt độ 50°C đã tạo ra các hạt nano selen đơn pha lục phương với độ kết tinh cao, hạt có dạng hình cầu đồng đều với đường kính dao động từ 50 đến 100 nm theo chuẩn giản đồ JCPDS 42-1425.
• Thứ hai, nhiệt độ phản ứng đóng vai trò quyết định tốc độ tạo mầm tinh thể. Khi tăng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng lên 50°C và 80°C, thời gian bắt đầu xuất hiện kết tủa màu đỏ cam giảm mạnh từ 120 phút xuống còn lần lượt 20 phút và 10 phút, tương đương tốc độ tạo mầm nhanh hơn 83%.
• Thứ ba, tỷ lệ khối lượng Alg:Se ở mức 6:1 và nồng độ axit ascorbic 0.16 M cho chất lượng hạt tối ưu nhất. Khi nồng độ axit ascorbic dưới 0.12 M, hạt xuất hiện dạng que không đều; khi vượt quá 0.20 M, mức độ kết tụ tăng lên.
• Thứ tư, phân tích nhiệt DSC-TGA của mẫu đại diện ghi nhận đỉnh thu nhiệt nóng chảy của selen tại 224.5°C và đỉnh phân hủy alginat tại 490°C với độ giảm khối lượng thực tế đạt 81.58%, hoàn toàn trùng khớp với tỷ lệ phối trộn tính toán lý thuyết là 80%.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tạo hạt nano được giải thích thông qua phản ứng oxy hóa khử nhanh giữa anion selenosunfat và axit ascorbic, giải phóng selen nguyên tố. Nhờ sự hiện diện của chuỗi đại phân tử alginat với mật độ nhóm hydroxyl dày đặc, các mầm nano selen sơ cấp được bao bọc tức thì, tạo ra rào cản không gian ngăn chặn hiện tượng chín Ostwald (Ostwald ripening) và chống lại lực hút Van der Waals gây kết khối.

Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm được hệ thống hóa qua biểu đồ nhiễu xạ XRD thể hiện rõ các mặt phản xạ (100), (101), (110), (102), (111) tại góc 2θ từ 23.6° đến 56.0°. Dữ liệu hình thái học được minh chứng qua ảnh chụp SEM với biểu đồ phân bố kích thước hạt hình cầu đơn phân tán. Bảng thông số tổng hợp tối ưu khẳng định việc duy trì thời gian già hóa 2 giờ giúp hạt hoàn thiện cấu trúc tinh thể mà không làm dày màng polyme gây dính hạt. So với các phương pháp sinh học sử dụng vi khuẩn yếm khí cần thời gian nuôi cấy kéo dài từ 24 đến 72 giờ và cho kích thước hạt lớn trên 300 nm, phương pháp tổng hợp xanh bằng alginat rút ngắn thời gian phản ứng xuống dưới 3 giờ và tạo ra kích thước hạt nhỏ hơn 3 lần, mang lại độ an toàn vượt trội cho các ứng dụng y dược.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đưa ra bốn nhóm giải pháp hành động cụ thể nhằm hoàn thiện công nghệ:

• Mở rộng quy mô chế tạo từ phòng thí nghiệm lên hệ thống pilot liên tục dung tích 50 lít đến 100 lít trong vòng 12 tháng tới, nhằm nâng sản lượng nano selen lên 500% phục vụ nghiên cứu ứng dụng quy mô lớn, do Viện Hóa học phối hợp các trung tâm công nghệ vật liệu chủ trì thực hiện.
• Chuẩn hóa quy trình kiểm định hoạt tính sinh học in vitro và in vivo trong thời gian 6 đến 9 tháng, đặt mục tiêu chứng minh nano selen bọc alginat có khả năng làm tăng 30% hoạt tính chống oxy hóa của enzyme glutathion peroxidaza và giảm 50% chỉ số độc tính gan cấp tính so với natri selenit, do các viện nghiên cứu y sinh học triển khai.
• Tối ưu hóa công nghệ sấy đông khô ở nhiệt độ âm 40°C đến âm 50°C trong vòng 3 tháng tới nhằm nâng cao độ thu hồi sản phẩm đạt trên 95% và kéo dài hạn sử dụng của bột nano selen lên 24 tháng ở điều kiện bảo quản thông thường.
• Chuyển giao quy trình công nghệ cho các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm bảo vệ sức khỏe trong lộ trình 18 tháng, hướng tới mục tiêu phát triển viên nang bổ sung vi lượng nano selen với hàm lượng chuẩn 100 đến 200 µg/liều dùng hàng ngày cho các bệnh nhân tim mạch và tiểu đường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn và tài liệu học thuật cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Hóa vô cơ, Vật liệu nano và Công nghệ hóa học: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết chuẩn mực về hóa học xanh, quy trình phân tích XRD, SEM, FTIR, DSC-TGA và phương pháp kiểm soát kích thước hạt nano.
• Chuyên gia R&D tại các công ty Dược phẩm và Thực phẩm chức năng: Sử dụng toàn bộ quy trình tổng hợp nano selen bọc alginat để ứng dụng trực tiếp vào việc bào chế các dạng thực phẩm bổ sung chống oxy hóa và tăng cường miễn dịch an toàn.
• Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực Y sinh học và Độc chất học: Tham khảo dữ liệu về cơ chế giảm thiểu độc lực của selen nano so với các dạng muối vô cơ để xây dựng phác đồ thử nghiệm tiền lâm sàng trên mô hình tim mạch và ung bướu.
• Kỹ sư công nghệ vật liệu và công nghệ sinh học biển: Học hỏi phương pháp khai thác và tận dụng nguồn phụ phẩm rong nâu biển chứa alginat để tạo ra các polyme sinh học có giá trị kinh tế cao, giúp giảm 25% chi phí nguyên liệu so với hóa chất tổng hợp.

Câu hỏi thường gặp

• Kích thước hạt nano selen từ 50 đến 100 nm mang lại lợi ích gì so với selen dạng khối? Kích thước nano giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc lên hàng nghìn lần, nâng cao sinh khả dụng và khả năng hấp thu của tế bào. Theo các thử nghiệm sinh học, nano selen duy trì hiệu lực kích hoạt enzyme chống oxy hóa tương đương selen hữu cơ nhưng có độc tính thấp hơn nhiều so với muối selenit thông thường.

• Vai trò chính của polysaccharide alginat trong quy trình tổng hợp là gì? Alginat đóng vai trò kép: vừa là chất làm bền lập thể bao bọc bề mặt để ngăn các hạt nano selen kết tụ thành khối lớn, vừa có thể hoạt động như một tác nhân khử xanh khi phản ứng ở nhiệt độ cao trên 80°C mà không cần bổ sung hóa chất độc hại.

• Tại sao nhiệt độ 50°C lại được chọn là thông số tối ưu cho phản ứng có axit ascorbic? Ở 50°C, phản ứng tạo mầm diễn ra nhanh chóng chỉ trong 20 phút thay vì 120 phút như ở nhiệt độ phòng. Mức nhiệt này giúp các hạt nano phát triển đồng đều ở dạng hình cầu 50 đến 100 nm và tránh hiện tượng phân hủy nhiệt của chuỗi polyme alginat.

• Dấu hiệu nào trên phổ FTIR chứng minh axit ascorbic đã tham gia phản ứng khử? Trên phổ FTIR của sản phẩm sau phản ứng, các vạch hấp thụ đặc trưng của axit ascorbic tại số sóng 1755 cm⁻¹ (dao động C=O) và 1680 cm⁻¹ (dao động C=C trong vòng lactone) hoàn toàn biến mất, khẳng định axit ascorbic đã bị oxy hóa và chuyển thành axit dehydroascorbic.

• Selen nano tổng hợp theo phương pháp này có độ bền nhiệt và độ tinh khiết ra sao? Giản đồ DSC-TGA chỉ ra mẫu nano selen có đỉnh nóng chảy đặc trưng tại 224.5°C và hàm lượng pha selen vô cơ tương thích 18.42% khối lượng, phần còn lại là lớp vỏ bọc alginat phân hủy ở 490°C, khẳng định độ tinh khiết cao và cấu trúc phân tán đồng nhất.

Kết luận

• Xây dựng thành công hai quy trình tổng hợp xanh nano selen sử dụng tiền chất Na2SeSO3 và alginat chiết xuất từ rong nâu tự nhiên.
• Xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu: nhiệt độ 50°C, nồng độ alginat 0.5%, tỷ lệ Alg:Se là 6:1, nồng độ axit ascorbic 0.16 M và thời gian già hóa 2 giờ.
• Sản phẩm tạo thành là selen đơn pha lục phương có dạng hình cầu đồng đều, kích thước phân bố chuẩn từ 50 đến 100 nm.
• Làm sáng tỏ cơ chế bao bọc lập thể của alginat và động học quá trình khử xanh, mở ra giải pháp thay thế hoàn hảo cho các hóa chất độc hại.
• Định hình lộ trình nghiên cứu mở rộng quy mô pilot và thử nghiệm hoạt tính sinh học trong 12 tháng tới nhằm sớm đưa sản phẩm vào ứng dụng y dược thực tế.

Quý độc giả, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm đến công nghệ tổng hợp hạt nano selen xanh vui lòng liên hệ và khai thác chi tiết số liệu từ toàn văn luận văn thạc sĩ để thúc đẩy hợp tác phát triển sản phẩm vì sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Selen từ lâu đã được biết đến như là một vi chất dinh dưỡng thiết yếu cho người và động vật, mặc dù selen có độc tính nếu dùng quá liều. Cùng với vitamin C, vitamin E, β-carotene, selen là một trong bốn loại dinh dưỡng hàng đầu chống lại quá trình oxy hóa của các gốc tự do, tác nhân chính gây ra sự lão hóa. Ngoài ra selen còn có tác dụng trong việc ngăn ngừa các bệnh tim mạch, đái tháo đường ung thư và nhiều căn bệnh khác. Sự thiếu hụt selen có thể gây rối loạn chức năng của các cơ quan quan trọng trong cơ thể con người và dẫn đến sự xuất hiện của nhiều bệnh.

Selen là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho nhiều enzym và đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động sống của con người. Chính vì vậy mà nhu cầu bổ sung selen là vô cùng cần thiết và cho nhiều mục đích. Đối với các ứng dụng y sinh học, có nhiều báo cáo nghiên cứu đã khẳng định được rằng, các hạt selen kích thước nano có hiệu lực sinh học tương đương hoặc cao hơn so với các dạng selen khác, kể cả selen hữu cơ, nhưng độc tính của nó lại thấp hơn nhiều, nhờ vậy mà tăng tính an toàn của các sản phẩm bổ sung selen. Bên cạnh đó, selen với kích thước nano cũng thể hiện được hiệu quả cao trong các ứng dụng chủ yếu khác như trong công nghiệp điện tử, sản xuất vật liệu… Có rất nhiều con đường khác nhau để tổng hợp selen nguyên tố ở kích thước nano, trong đó có xu hướng tổng hợp các hạt nano bằng các phương pháp tổng hợp xanh thân thiện môi trường.

Đây là một hướng nghiên cứu đang nhận được nhiều sự quan tâm chú ý. Để đóng góp vào hướng nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Tổng hợp và xác định các đặc trưng của selen kim loại kích thước nano sử dụng một số phương pháp tổng hợp xanh” 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về selen và các hợp chất của selen 1. Giới thiệu về selen 1.

Selen và trạng thái tự nhiên Selen là một nguyên tố hóa học với số hiệu nguyên tử là 34 và ký hiệu hóa học Se. Nó là một phi kim, về mặt hóa học rất giống với lưu huỳnh và telua, và trong tự nhiên rất hiếm thấy ở dạng nguyên tố. Selen đơn chất tồn tại dưới vài dạng khác nhau, ổn định nhất trong số đó là dạng bán kim loại (bán dẫn) màu xám ánh tía và nặng, về mặt cấu trúc là chuỗi polyme tam giác. Nó dẫn điện dưới ánh sáng tốt hơn trong bóng tối và được sử dụng trong các tế bào quang điện.

Selen cũng tồn tại trong nhiều dạng không dẫn điện: thù hình màu đen tương tự như thủy tinh, cũng như một vài dạng kết tinh màu đỏ được tạo ra từ các phân tử vòng 8 nguyên tử, tương tự như nguyên tố cùng nhóm nhẹ hơn là lưu huỳnh [2]. 1: Senlen trong tự nhiên 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trữ lượng selen trong vỏ trái đất khoảng 10-5 %. Trong thiên nhiên, selen thường tồn tại cùng với các kim loại như Cu, Pb, Hg, Ag, Au. Những khoáng vật riêng của selen rất ít gặp mà thường ở lẫn trong những khoáng vật của lưu huỳnh.

Selen nguyên tố không tồn tại trong môi trường, nó thường kết hợp với các chất khác. Phần lớn, selen trong đất thường kết hợp với các khoáng của bạc, đồng, chì và niken. Selen cũng kết hợp với oxi tạo thành một số tinh thể không màu. Một vài hợp chất của selen cũng có thể tồn tại ở trạng thái khí.

Ngoài ra, selen có mặt trong tự nhiên ở một số dạng hợp chất vô cơ, như selenua, selenat và selenit. Trong đất selen thường xuất hiện ở các dạng hòa tan như selenat (tương tự như sunfat) và bị thẩm thấu rất dễ dàng vào các con sông do nước chảy [37]. Trong các hợp chất sinh học, selen tồn tại ở các dạng hợp chất hữu cơ như dymetyl selenua, selenomethionin, methylselenocystein và selenocystein. Trong các hợp chất này thì selen có vai trò tương tự như nguyên tố lưu huỳnh [37].

Selen được sản xuất phổ biến nhất từ selenua hoặc trong nhiều loại quặng sunfat, như từ các khoáng vật của đồng, bạc hay chì. Nó thu được dưới dạng phụ phẩm của quá trình chế biến các loại quặng này, từ bùn anot trong tinh lọc đồng và bùn từ các buồng chì trong các nhà máy sản xuất axit sunfuric. Các loại bùn này có thể được xử lý bằng nhiều cách để thu được selen tự do. Các nguồn tự nhiên chứa selen bao gồm các loại đất giàu selen và selen được tích lũy sinh học bởi một số thực vật có độc như loài cây họ đậu trong các chi Oxytropis hay Astragalus.

Các nguồn chứa selen do con người tạo ra có việc đốt cháy than cũng như khai thác và nung chảy các loại quặng sunfat.Tính chất vật lý Selen có nguyên tử lượng 78,96 đvc, nằm ở phân nhóm chính nhóm VI trong Bảng hệ thống tuần hoàn. Selen có nhiều dạng thù hình, nhưng bền nhất và hay gặp nhất là selen lục phương và selen xám. Selen xám là chất bán dẫn, độ dẫn điện tăng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] khi bị chiếu sáng. Một số hằng số vật lí của selen: tỷ trọng: 4,8g/cm3, nhiệt độ nóng chảy: 221oC, nhiệt độ sôi: 684,9oC [2, 28].

Tính chất hóa học Trong phân nhóm chính nhóm VI đi từ O, S, Se, Te, Po tính kim loại tăng dần và tính phi kim giảm dần nên selen nguyên tố dễ dàng phản ứng với oxi và các nguyên tố halogen tạo thành oxit SeO2 và halogenua như SeCl4. Giống như lưu huỳnh, selen tác dụng với nhiều kim loại tạo ra các selenua tương tự như muối sunfua. Với hidro, selen tác dụng ở nhiệt độ cao. Selen tác dụng với flo và clo ở nhiệt độ cao và với oxit khi đun nóng.

Selen tan được trong dung dịch kiềm tương tự lưu huỳnh: 3Se + 6KOH = K2SeO3 + 2K2Se + 3H2O (1.1) Trong dung dịch HNO3 loãng, selen phản ứng tạo ra selenit: 3Se + 4HNO3 + H2O = 3H2SeO3 + 4NO (1.2) Khi cho selen tác dụng với dung dịch axit loãng có thể thu được hidroselenua (H2Se). Dưới tác dụng của oxy không khí, selenua sẽ tạo thành sản phẩm màu đỏ có cấu tạo như polysunfua là polyselenua [2, 37]. H2Se tác dụng với oxy không khí tạo ra SeO2, là tinh thể màu trắng, tan tốt trong nước tạo ra selenơ H2SeO3 (K1= 2x10-3-, K2 = 5x10-9). Khác với SO2, SeO2 là chất oxi hóa mạnh, dễ dàng bị khử đến Se theo phản ứng: SeO2 + 2SO2 = Se + 2SO3 (1.3) Axit H2SeO3 tồn tại ở dạng những tinh thể lục phương không màu, chảy rữa khi để trong không khí ẩm nhưng tự vụn dần trong không khí khô.

H2SeO3 mất nước tạo thành SeO2. H2SeO3 là một axit yếu, tạo thành hai loại muối hydroselenite chứa anion HSeO3- và muối selenite chứa anion SeO32-. Axit selenơ và muối của nó là chất oxi hóa khá mạnh. Người ta điều chế nó bằng cách hòa tan selen bột trong HNO3 loãng.

4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Axit selenic H2SeO4 rất giống axit sunfuric về khả năng tạo hidrat mạnh, độ mạnh của axit và tính chất của muối. Khi kết tinh từ dung dịch nó có thể tách ra ở dạng hidrat H2SeO4.H2O [27], ngoài ra người ta cũng thấy tồn tại các dạng hidrat như sau: H2SeO4. Ứng dụng của selen 1. Ứng dụng phi sinh học a.

Hóa học Selen là chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học và được sử dụng rộng rãi trong nhiều phản ứng tổng hợp hóa học trong công nghiệp lẫn trong phòng thí nghiệm. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong xác định cấu trúc của các protein hay axit nucleic bằng tinh thể học tia X. Sản xuất và vật liệu Ứng dụng lớn nhất của selen trên toàn thế giới là sản xuất thủy tinh và vật liệu gốm, trong đó nó được dùng để tạo ra màu đỏ cho thủy tinh, men thủy tinh và men gốm cũng như để loại bỏ màu từ thủy tinh bằng cách trung hòa sắc xanh lục do các tạp chất sắt (II) tạo ra. Selen được sử dụng cùng bismut trong hàn chì cho đồng thau để thay thế cho chì độc hại hơn.

Nó cũng được dùng trong việc cải thiện sức kháng mài mòn của cao su lưu hóa. Công nghiệp điện tử Do các tính chất quang voltaic và quang dẫn nên selen được sử dụng trong kỹ thuật photocopy, các tế bào quang điện, thiết bị đo độ sáng và tế bào năng lượng mặt trời. Nó đã từng được sử dụng rộng rãi trong các bộ nắn dòng. Các ứng dụng này phần lớn đã bị thay thế bằng các thiết bị dùng silic hay trong quá trình bị thay thế.

Ngoại lệ đáng chú ý nhất là trong các thiết bị bảo vệ điện, trong đó khả năng truyền tải dòng điện cường độ lớn của các bộ triệt dòng dùng selen làm cho nó đáng giá hơn so với các điện trở biến thiên dùng ôxít kim loại. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Nhiếp ảnh Selen được dùng trong kỹ thuật tạo sắc thái trong nhiếp ảnh, và nó được bán như là chất tạo sắc thái bởi nhiều nhà sản xuất giấy ảnh như Kodak và Fotospeed. Ứng dụng trong y sinh học Đối với sinh vật, selen là độc hại khi ở liều lượng lớn, nhưng khi ở lượng vết thì nó là nguyên tố cần thiết cho sức khỏe con người.

Vai trò quan trọng nhất của selen là khả năng chống oxy hóa. Nó tạo thành trung tâm hoạt hóa của các enzym glutathion peroxidaza và thioredoxin reductaza (gián tiếp khử các phân tử bị ôxi hóa nhất định trong động vật và một số thực vật) và enzym deiodinaza (chuyển hóa các hoóc môn tuyến giáp lẫn nhau). Các enzyme này đảm nhiệm vai trò chính yếu trong việc bảo vệ cơ thể chống các gốc tự do và tổn thương oxy hóa. Bên cạnh đó chính bản thân selen cũng là một chất oxy hóa rất mạnh và có liên quan đến sự tổng hợp hormone tuyến giáp.

Selen cũng là một chất đối kháng của các kim loại nặng như chì, thủy ngân, nhôm và cadimi. Nồng độ selen thấp là yếu tố nguy cơ cao của bệnh ung thư, bệnh tim mạch, bệnh viêm nhiễm và nhiều tình trạng bệnh lý khác có liên quan đến các tổn thương do tăng gốc tự do oxy hóa, gồm cả lão hóa sớm và hình thành đục thủy tinh thể. Ung thƣ Rất nhiều thử nghiệm lâm sàng chứng tỏ tử suất do ung thư tăng khi lượng selen nhập vào thấp hơn lượng tối ưu. Người ta đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu về vai trò chống ung thư của selen trên súc vật.