NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BAO BÌ CARTON KHÁNG KHUẨN BẰNG CÁCH GẮN BẠC NANO DÙNG TRONG THỰC PHẨM

HỒ CHÍ MINH **************** NGUYỄN ĐINH HUỲNH NHƯ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BAO BÌ CARTON KHÁNG KHUẨN BẰNG CÁCH GẮN BẠC NANO DÙNG TRONG THỰC PHẨM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

****************

NGUYỄN ĐINH HUỲNH NHƯ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BAO BÌ CARTON KHÁNG KHUẨN BẰNG CÁCH GẮN BẠC NANO DÙNG TRONG

THỰC PHẨM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 7 năm 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

****************

NGUYỄN ĐINH HUỲNH NHƯ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BAO BÌ CARTON KHÁNG KHUẨN BẰNG CÁCH GẮN BẠC NANO DÙNG TRONG

THỰC PHẨM

Ngành: Công Nghệ Sản Xuất Giấy Và Bột Giấy

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: Th.s NGUYỄN NGỌC DUY

Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 7/2011

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc, chúng em xin chân thành cảm ơn:

Thạc sĩ Nguyễn Ngọc Duy Thạc sĩ Võ Thị Kim Lăng

Thầy cô đã tận tình giúp đỡ rất nhiều để chúng em hoàn thành luận văn này Với lòng kính yêu và thương mến, xin gửi đến Cha Mẹ và gia đình đã động viên ủng hộ

Chúng em xin cảm ơn tất cả các thầy cô khoa Lâm Nghiệp, ngành Công Nghệ Sản Xuất Giấy và Bột Giấy trường Đại Học Nông Lâm đã truyền đạt cho em vốn kiến thức quí báo trong bốn năm học vừa qua

Chúng em xin cảm ơn Tiến Sĩ Nguyễn Quốc Hiến, chị Khanh, chị Lan tại Trung Tâm Nghiên Cứu và Triển Khai Công Nghệ Bức xạ, cảm ơn chị Quỳnh tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới, chú Hưng, anh Hải tại cơ sở gia công cơ khí đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để chúng em thực hiện luận văn

Xin cảm ơn chú Khánh, anh Vũ và tất cả anh em công nhân tại công ty cổ phần giấy An Bình đã tận tình hướng dẫn chúng em

Xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè chúng tôi, các bạn đã chia sẽ, giúp đỡ chúng tôi rất nhiều trong thời gian qua

NGUYỄN ĐINH HUỲNH NHƯ

TÓM TẮT

Khóa luận tốt nghiệp “ Nghiên cứu chế tạo bao bì carton kháng khuẩn bằng cách gắn bạc nano dùng trong thực phẩm” được thực hiện tại Trung Tâm Nghiên Cứu Và Triển Khai Công Nghệ Bức Xạ VINAGAMMA TP HCM và Công ty Cổ Phần Giấy

An Bình Thời gian thực hiện khóa luận từ 02/2011 đến 06/2011 Nội dung chính của khóa luận:

Xeo mẫu handsheet ở định lượng 120g/m2

Gắn bạc nano lên giấy bao bì carton ở các vị trí và nồng độ khác nhau sử dụng keo bạc nano và máy tráng bạc nano chế tạo được ở khóa luận “ Nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 và thiết bị gắn bạc nano dung làm giấy kháng khuẩn”

Khảo sát khả năng kháng khuẩn của giấy bao bì carton có gắn bạc nano

MỤC LỤC

TRANG

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

DANH MỤC PHỤ LỤC xii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Giới hạn của đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Giới thiệu dây chuyền sản xuất giấy carton công ty cổ phần giấy An Bình 3

2.1.1 Qui trình chuẩn bị bột 3

2.1.2 Qui trình xeo giấy 5

2.1.3 Qui trình sản xuất giấy trong phòng thí nghiệm 7

2.1.3.1 Sơ đồ 7

2.1.3.2 Thuyết minh sơ đồ 8

2.2 Công nghệ nano 8

2.2.1 Khái niệm về khoa học, công nghệ và vật liệu nano 8

2.2.2 Bạc và một số ứng dụng của nano bạc 8

2.2.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 9

2.2.3.1 Phương pháp bay hơi vật lý (physical vapor synthesis, PVS) 10

2.2.3.2 Phương pháp phân hủy nhiệt (thermal decomposition - TD) 11

2.2.3.3 Phương pháp điện hóa (electrochemical - EC) 11

2.2.3.4 Phương pháp quang hóa (photochemical - PC) 11

2.2.3.5 Phương pháp siêu âm (ultrasound) 11

2.2.3.6 Phương pháp bức xạ vi sóng điện từ (Microwave) 12

2.2.3.7 Phương pháp polyol 12

2.2.3.8 Phương pháp khử 12

2.2.3.9 Phương pháp khử bức xạ (radiation chemical reduction - RCR) 12

2.3 CHITIN VÀ CHITOSAN 13

2.4 CHỦNG VI SINH VẬT 15

2.4.1 Escherichia coli 15

2.4.1.1 Hình thể 16

2.4.1.2 Tính chất nuôi cấy 16

2.4.1.3 Tính chất vi sinh vật hóa học 16

2.4.1.4 Sức đề kháng 16

2.4.1.5 Các chất do E.coli tổng hợp nên 16

2.4.1.6 Các nhóm E.coli 16

2.4.1.7 Phân bố trong tự nhiên và khả năng gây bệnh 17

2.4.2 Nấm mốc đen Aspergillus niger (A.niger) 17

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

3.1 Nội dung nghiên cứu 18

3.2 Xeo mẫu giấy handsheet ở định lượng 120g/m 2 18

3.3 Lựa chọn vị trí gắn bạc nano lên giấy 19

3.3.1 Gắn bạc nano lên giấy ở giai đoạn phần ướt 19

3.3.2 Gắn bạc nano lên giấy ở giai đoạn phần khô ( sau sấy lần một) 20

3.4 Khảo sát khả năng kháng khuẩn của giấy carton gắn bạc nano 21

3.4.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị 21

3.4.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 21

3.4.1.2 Thiết bị dụng cụ 21

3.4.2 Phương pháp nghiên cứu 21

3.4.2.1 Nguyên tắc 21

3.4.2.2 Pha loãng mẫu theo dãy thập phân 22

3.4.2.3 Kỹ thuật thực hiện 22

3.4.2.4 Tính kết quả 23

3.4.2.5 Tính hiệu suất kháng khuẩn 23

3.4.3 Tiến hành 24

3.4.3.1 Sơ đồ 24

3.4.3.2 Thuyết minh sơ đồ 25

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Hiệu suất kháng E.coli của giấy carton gắn bạc nano 27

4.1.1 Hiệu suất kháng E.coli của giấy carton gắn bạc nano ở giai đoạn phần ướt 27

4.1.2 Hiệu suất kháng E.coli của giấy carton gắn bạc nano ở giai đoạn sau sấy lần một 28

4.1.3 Hiệu suất kháng E.coli của giấy carton gắn bạc nano ở dãy nồng độ 50, 100 và 150ppm 30

4.2 Hiệu suất kháng nấm của giấy carton chứa bạc nano 32

4.3 Khảo sát khả năng liên kết giữa chitosan với xenlulo 33

4.4 Giá thành sản phẩm 35

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

5.1 Kết luận 36

5.2 Kiến nghị 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO

TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua

CFU Đơn vị hình thành khuẩn lạc

nm nanomet

VINAGAMMA Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ TP.HCM

DANH MỤC CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 2.1: Qui trình chuẩn bị bột 3

Hình 2.2: Qui trình xeo giấy 5

Hình 2.3 Xeo mẫu giấy handsheet 7

Hình 2.4 Phương pháp điều chế bạc nano 10

Hình 2.5 Công thức cấu tạo của chitin và chitosan 13

Hình 2.6 công thức cấu tạo của chitin 14

Hình 2.7 Công thức cấu tạo của chitosan 14

Hình 2.8 Vi khuẩn E.coli 15

Hình 3.1 Gắn bạc nano lên giấy ở giai đoạn phần ướt 19

Hình 3.2 Gắn bạc nano lên giấy ở giai đoạn phần khô 20

Hình 3.3 Sơ đồ cấy và đếm vi khuẩn 24

Hình 4.1: Hiệu suất kháng E.coli của bạc nano trên giấy carton nồng độ 5, 10 và15mM ở giai đoạn phần ướt 27

Hình 4.2: Hiệu suất kháng E.coli của giấy carton gắn bạc nano nồng độ 5, 10 và 15mM ở giai đoạn sau sấy lần một 28

Hình 4.3 Dây chuyền sản xuất giấy kháng khuẩn 29

Hình 4.4: Khảo sát định tính khả năng kháng E.coli của giấy carton gắn bạc nano ở nồng độ 10mM 100ppm 30

Hình 4.5: Đĩa cấy vi khuẩn E.coli 31

Hình 4.6: Hiệu suất kháng E.coli của giấy carton gắn bạc nano10mM pha loãng ở 50, 100 và 150ppm 31

Hình 4.7: Khảo sát định tính khả năng kháng nấm của giấy carton gắn bạc nano ở nồng độ 10mM 32

Hình 4.8: Hiệu suất kháng nấm của giấy carton gắn bạc nano 5, 10 và15mM 33

Hình 4.9: Đĩa cấy nấm 33

Hình 4.10: Đánh giá khả năng liên kết thông qua hiệu suất kháng E.coli của giấy carton gắn bạc nano nồng độ 5, 10 và 15mM 34 Hình 4.11 Sản phẩm 35

DANH MỤC CÁC BẢNG

BẢNG TRANG Bảng 2.1: Một số thông số đặc trưng của chitin và chitosan 15

Bảng 4.1: Kết quả khảo sát mật độ E.coli bị tiêu diệt, hiệu suất kháng E.coli của

bạc nano trên giấy carton nồng độ 5, 10 và15mM ở giai đoạn phần ướt 27

Bảng 4.2: Kết quả khảo sát mật độ E.coli bị tiêu diệt, hiệu suất kháng E.coli của

bạc nano trên giấy carton nồng độ 5, 10 và15mM ở giai đoạn sau sấy lần một 28

Bảng 4.3: Kết quả khảo sát mật độ E.coli bị tiêu diệt, hiệu suất kháng E.coli của

bạc nano 10mM trên giấy carton nồng độ 50, 100 và 150ppm 30

Bảng 4.4: Kết quả khảo sát mật độ nấm bị tiêu diệt, hiệu suất kháng nấm của bạc

nano 5mM, 10mM, 15mM trên giấy carton 32

Bảng 4.5: Đánh giá khả năng liên kết thông qua kết quả khảo sát mật độ E.coli bị

tiêu diệt, hiệu suất kháng E.coli của bạc nano trên giấy carton nồng độ 5, 10 và

15mM 34

DANH MỤC PHỤ LỤC

PHỤ LỤC TRANG

Phụ lục 1: Cách pha dung dịch bạc nao ra các nồng độ khác nhau 41

Phụ lục 2: Cách tính giá thành sản phẩm 42

dự báo hơn sẽ thu hút các nhà đầu tư nước ngoài vào Việt Nam Như vậy chỉ có sản phẩm giấy đạt yêu cầu chất lượng của thị trường, giá cả phù hợp, các điều kiện cung cấp thanh toán thuận lợi và tin cậy sẽ có cơ hội phát triển

Hiện nay trên thị trường xuất hiện rất nhiều sản phẩm có sử dụng bạc nano chẳng hạn như: tủ lạnh, máy giặt, bình sữa trẻ em, thuốc dùng trong y tế, màng trị bỏng, vải y tế, nước sơn, máy lạnh, đều có tính năng kháng khuẩn Vậy thì tại sao

ta không sử dụng bạc nano vào sản phẩm giấy để có thể phần nào bảo vệ được sức khỏe con người Có như vậy mới có thể cạnh tranh với sản phẩm giấy của các nước trên thị trường thế giới

Xuất phát từ những vấn đề trên chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo bao bì carton kháng khuẩn bằng cách gắn bạc nano dùng trong thực phẩm”

Do kiến thức còn hạn chế và thời gian nghiên cứu còn hạn hẹp nên đề tài không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự chỉ dẫn của quý thầy cô và các bạn

để đề tài được hoàn thiện hơn

Đánh giá được khả năng liên kết giữa dung dịch keo bạc với giấy carton

1.3 Giới hạn của đề tài

Do sự hạn chế về thời gian và kinh phí của khóa luận nên đề tài mới chỉ nghiên cứu đầy đủ hiệu ứng kháng khuẩn của bao bì gắn bạc nano đối với E.coli còn với nấm mốc thì sự nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở các nồng độ khác nhau của bạc nano

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu dây chuyền sản xuất giấy carton công ty cổ phần giấy An Bình 2.1.1 Qui trình chuẩn bị bột

Hình 2.1: Qui trình chuẩn bị bột

Sàng phân ly (sàng lỗ) Thùng tách keo

Lọc cấp 1

Sàng FN (sàng khe) Lọc cấp 2

Cô đặc

Bể nước trắng

Bể chứa bột Nghiền

Thải

Thải

Thải

Bột cấp xeo

Nguyên liệu từ bãi tập kết được đưa lên hồ quậy thủy lực Hồ quậy thủy lực có vai trò đánh tơi nguyên liệu tạo thành dung dịch có nồng độ 4 - 4,5% Bột sau khi được đánh tơi sẽ được đưa qua hệ thống lọc nồng độ cao để loại bỏ những tạp chất nặng như: kim loại, đất cát, sỏi…Sau đó bột sẽ được bơm vào bể chứa để ổn định nồng độ Bột từ bể chứa được cấp lên sàng khe với nồng độ 2,5- 3,0% để loại các tạp chất có kích thước lớn Bột tốt sau khi qua sàng sẽ được qua hệ thống lọc cấp 1 Dòng bột hợp cách được cấp qua sàng khe Dòng bột không hợp cách của lọc cấp 1 được đưa sang lọc cấp 2 Bột hợp cách của lọc cấp 2 quay về lọc cấp 1, còn bột không hợp cách thì thải ra ngoài Bột tốt sau khi qua sàng khe được cô đặc từ nồng

độ 1,6 lên 3,5 rồi bơm lên bể chứa chuẩn bị qua nghiền Nước trắng thu hồi trong quá trình cô đặc được tuần hoàn trở lại trong các quá trình xử lí Bột từ bể chứa sẽ được ổn định nồng độ và được cấp vào máy nghiền để nghiền tới độ nghiền thích hợp và được đưa xuống bể chứa số 10 nghiền bột nhằm phát triển độ bền tối ưu xơ sợi và kiểm soát khả năng thoát nước và tạo hình tờ giấy vì trong quá trình nghiền

xơ sợi bột được đánh tơi, phân tơ, chổi hóa và cắt ngắn, tạo xơ sợi bột ban đầu thành xơ sợi tốt đáp ứng yêu cầu công nghệ sản xuất

2.1.2 Qui trình xeo giấy

Hình 2.2: Qui trình xeo giấy

Bột cấp cho

xeo

Bể 10

Thùng điều tiết

Bột từ bể chứa bột phối trộn cấp cho máy xeo được đưa vào bể chứa trước thùng điều tiết Nồng độ bột trong bể chứa số 10 khoảng 2,8-3%, tại đây bể được phối màu theo màu theo tỉ lệ của nhà máy với từng loại khách hàng bột được đưa lên thùng điều tiết để ổn định lưu lượng bột cấp cho máy xeo Bột từ thùng điều tiết cấp cho bơm pha loãng có nhiệm vụ pha loãng dòng bột đến nồng độ khoảng 1%, sau

đó bột được đưa lên hệ thống môi phun để cung cấp cho lô lưới Máy xeo được sử dụng là máy xeo tròn có 3 lô lưới có chiều rộng 2,35 m Bột được hình thành trên lô lưới theo nguyên lý lọc, hình thành lớp bột dính lên chăn len, độ khô của bột trên lưới khoảng 10%, qua hệ thống hút chân không độ khô của giấy khoảng 18% Theo trình tự này các bột dính lên nhau và bám trên chăn len Tiếp đó giấy được hệ thống chăn len đưa qua hệ thống ép (Có 3 cặp ép) Giấy ra khỏi hệ thống ép có độ khô khoảng 47 – 49% và được đưa qua hệ thống sấy có độ khô khoảng 93 - 95% Giấy sau khi đi qua hệ thống sấy được đưa vào hệ thống cuộn rồi vào máy cắt để thành cuộn theo kích thước yêu cầu và bao gói trước khi vào kho thành phẩm

2.1.3 Qui trình sản xuất giấy trong phòng thí nghiệm 2.1.3.1 Sơ đồ

Hình 2.3 Xeo mẫu giấy handsheet

Cân huyền phù bột giấy

Xeo mẫu giấy handsheet

2.1.3.2 Thuyết minh sơ đồ

Đầu tiên ta phải cân huyền phù bột giấy tương ứng với định lượng mà ta đã chọn, sau đó đem xeo handsheet trên thiết bị xeo trong phòng thí nghiệm, tiếp đó ta lấy mẫu giấy vừa xeo được đem đi sấy khô, sau khi sấy khô xong đem đi cân mẫu giấy xem có đủ định lượng quy định hay không rồi đem đi ép và cuối cùng là test cơ

lý

2.2 Công nghệ nano

2.2.1 Khái niệm về khoa học, công nghệ và vật liệu nano

Thuật ngữ nano (có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, nano nghĩa là bé nhỏ) dùng để

chỉ 1 phần tỷ của vật nào đó Chẳng hạn một nanomét là một phần tỷ của mét, nó xấp xỉ kích cỡ của 10 nguyên tử hydro

Khoa học nano: là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can

thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn

Công nghệ nano: là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các

cấu trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy

mô nano mét

Vật liệu nano: là đối tượng của hai lĩnh vực 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 nm đến vài trăm nm

2.2.2 Bạc và một số ứng dụng của nano bạc

Bạc là một trong những kim loại cổ xưa nhất (tên La tinh argentum), ký hiệu Ag,

số nguyên tử 47, nguyên tử lượng 107,87, thuộc nhóm IB trong bảng hệ thống tuần hoàn, cấu hình electron là [Kr]4d105s1, hoá trị +1, +2, phổ biến là hoá trị +1, bán kính nguyên tử 1,442Ao (0,1nm)

Nano bạc là một trong những chất được tập trung nghiên cứu do khả năng kháng khuẩn rất tốt, thân thiện môi trường, tương hợp sinh học… Với sự phát triển của công nghệ nano, các nhà khoa học hướng tới việc sử dụng các hạt bạc có kích thước

cực nhỏ để diệt khuẩn Sử dụng công nghệ nano sẽ làm tăng đặc tính sát khuẩn, khử trùng của bạc do các hạt nano bạc có kích thước từ 1-100nm dễ dàng xâm nhập vào các tế bào làm ức chế sự sinh trưởng và tiêu diệt vi khuẩn Thực tế đã chứng minh nano bạc có khả năng kháng 650 loài gồm vi khuẩn, virus, và nấm

Samsung đã sử dụng nano bạc với vai trò là tác nhân sát khuẩn, khử mùi trong các thiết bị dân dụng như: máy giặt, tủ lạnh và máy điều hoà không khí… để bảo vệ sức khỏe cho người sử dụng

Sản phẩm dạng kem (mỹ phẩm) chứa nano bạc như Flamazine, Silvazine…được

sử dụng để thoa vết thương bỏng nặng Hay các sản phẩm khác như nước khử mùi hôi cơ thể Shiseido, quần áo thể dục thể thao đã qua xử lý nano bạc, băng gạc băng

bó vết thương…

Phổ biến nhất là các sản phẩm liên quan đến tiêu dùng, do nano bạc giúp ngăn ngừa chứng tiêu chảy, hạn chế hư hỏng thức ăn Các sản phẩm bán chạy trên thị trường liên quan đến trẻ em – lứa tuổi dễ mắc tiêu chảy- như bình sữa, ca uống nước, cái đánh tưa lưỡi, cọ rửa bình sữa, khay đựng thức ăn Nano Silver Thực phẩm đựng trong sản phẩm này lâu hỏng hơn, việc vệ sinh cũng đơn giản hơn nhất

là với bình sữa, so với trước đây thường khó rửa sạch hoàn toàn, gây ra quá trình lên men tạp khuẩn Haijun Yu, Xiaoyi Yu và các đồng sự đã khảo sát khả năng kháng vi khuẩn S.aureus và E.coli của hydrogel PVA-PVP chứa và không chứa nano bạc Kết quả cho thấy mẫu chứa 1% (wt) nano bạc kháng khuẩn tốt hơn mẫu

có 0,2% nano bạc Như dự đoán, mẫu hydrogel không có nano bạc hoàn toàn không

có khả năng kháng khuẩn

2.2.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

Vật liệu nano (nano materials, VLNN) trong đó có ít nhất một chiều có kích thước nm VLNN bao gồm ba trạng thái rắn, lỏng, khí Dựa vào hình dáng của VLNN người ta chia thành dạng chủ yếu như: không chiều (hạt nano), một chiều (dây nano), hai chiều (màng nano và nanocomposit)

Hai cách tiếp cận chủ yếu chế tạo VLNN:

Từ trên xuống (top - down): phân chia từ vật liệu khối lớn hơn đến kích cỡ nano Các cấu trúc nano phức tạp được chế tạo chủ yếu bằng kỹ thuật như nghiền, biến dạng (deromation) Phương pháp này được xem là hiệu quả, tuy nhiên tính đồng nhất của vật liệu không cao

Từ dưới lên (bottom - up): xây dựng từ kích thước phan tử thành vật liệu kích cỡ nano thông qua các tập hợp nhỏ (small cluster) Phương pháp từ dưới lên sử dụng chủ yếu để chế tạo nano (kim loại, oxit, sulfur kim loại …) do tính nhanh chóng tiện lợi và chi phí thấp Ví dụ các vật liệu kim loại nano như vàng (Au nano), Platin (Pt nano), Đồng (Cu nano), Bạc (Ag nano) dưới dạng bột hay dung dich keo (Colloidal nanoparticles) thường được chế tạo từ dung dịch muối tương ứng bằng phương pháp khử hóa học, quang hóa, điện hóa và bức xạ ion hóa Áp dụng bức xạ tổng hợp kim loại nano (như Au, Pt, Ag …) phân tán trong dung dịch bắt đầu từ những năm

1970 và được đánh giá hiệu quả do quá trình tiến hành ở nhiệt độ thường, sản phẩm thu được tinh khiết

Hình 2.4 Phương pháp điều chế bạc nano 2.2.3.1 Phương pháp bay hơi vật lý (physical vapor synthesis, PVS)

PVS là phương pháp từ trên xuống, bao gồm kỹ thuật ngưng tụ khí trơ (inter gas condensation - IGC), đồng ngưng tụ (co-condensation - COCON) và ngưng tụ dòng hơi phun mạnh lên bia rắn (Sputter-deposited - SD)

IGC: cho hóa hơi sợi dây bạc tinh khiết ở nhiệt độ cao trong điều kiện chân không, sau đó dòng hơi bạc nguyên tử bảo hòa được ngừng tụ và phát triển thành

hạt bạc khi tiếp xúc với khí heli được làm lạnh bởi Nitơ lỏng COCON: tương tự IGC nhưng quá trình phát triển hạt xảy ra trên lớp băng dung môi thích hợp đồng ngưng tụ (thường là iso propanol) IGC và COCON được thực hiện ở nhiệt độ cao (> 2000C), sản phẩm có độ tinh khiết cao, kích thước hạt nano trung bình 75nm (IGC), 15nm (COCON) Ngoài ra lớp mỏng hạt bạc có kích thước trung bình từ 15 – 75 nm lắng đọng trên nền thạch anh hay thủy tinh được làm lạnh sau cũng được tạo ra bằng kỹ thuật SD ở nhiệt độ cao và áp suất cao

2.2.3.2 Phương pháp phân hủy nhiệt (thermal decomposition - TD)

Hạt bạc có kích thước trung bình 10nm được tổng hợp bằng phương pháp gia nhiệt phức Ag+-Oleat đến 2900C, ổn định 1 giờ, sau đó hạ nhiệt độ đột ngột đến nhiệt độ phòng

2.2.3.3 Phương pháp điện hóa (electrochemical - EC)

Hạt bạc có kích thước trung bình 17nm được tổng hợp trong bình điện phân, sử dụng tấm Pt (0,5 x 2,0cm) làm cực âm (cathode) và dây xoắn Pt (dài 20cm) làm cực dương (anode), hai cực đặt cách nhau 5cm Dung dịch điện phân gồm KNO3 0,1M

và AgNO3 5mM, sử dụng PVP làm chất ổn định

2.2.3.4 Phương pháp quang hóa (photochemical - PC)

Sử dụng nguồn bức xạ tử ngoại Uv từ đèn cực tím xenon-thủy ngân (150W) để chiếu xạ hổn hợp dung dịch bạc ion (0,01-0,4) mM, iso propanol 1M, axeton 0,02M

và polymer làm chất ổn định Hạt bạc có kích thước trung bình 7nm được tạo ra do

sự khử bạc ion bởi tia cực tím và gốc tự do

2.2.3.5 Phương pháp siêu âm (ultrasound)

Trước tiên dung dịch bạc ion được khử thành bạc nguyên tử bằng nhiệt phân hay hóa chất, sau đó dung dịch bạc được xử lý siêu âm để phát triển thành hạt bạc nano Phản ứng nhiệt phân thực hiện ở 6500C, tần số siêu âm 20 -120kHz, thu được bạc nano có kích thước 20nm

2.2.3.6 Phương pháp bức xạ vi sóng điện từ (Microwave)

Dung dịch hỗn hợp bao gồm bạc ion, chất khử (như fomldehyd) và chất ổn định (citrate, PVP) được chiếu xạ microwave Dưới tác dụng của song ngắn và nhiệt

nóng, quá trình khử được xúc tiến và phát triển thành hạt bạc kim loại nhanh chóng Keo bạc thu được có kích thước hạt trung bình 15nm, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng

2.2.3.7 Phương pháp polyol

Bạc ion bị khử thành bạc kim loại trong dung dịch nóng (60-700C) của polymer mạch thẳng có nhóm chức OH (như là polyvinyl alcohol – PVA) sau đó chuyển thành màng và xử lý ở nhiệt độ cao PVA vừa đóng vai trò là tác nhân khử, vừa làm chất ổn định Phương pháp này có thể chế tạo keo bạc có kích thước hạt từ 10-30nm

2.2.3.8 Phương pháp khử

Sử dụng một kim loại có khả năng khử bạc kim loại từ dung dịch muối bạc có mặt của chất ổn định Ví dụ như dung đồng (Cu) phản ứng thế với bạc nitrat trong dung dịch PVP đã tạo được keo bạc nano có kích thước hạt 50nm

2.2.3.9 Phương pháp khử bức xạ (radiation chemical reduction - RCR)

Sử dụng bức xạ để tổng hợp hạt kim loại nano phân tán trong dung dịch lỏng được thực hiện từ cuối nhứng năm 1970 Nguồn bức xạ thướng dung là bức xạ gamma phát ra từ đồng vị Co 60, Cs 137 và máy phát chum tia điện tử gia tốc (electron beam accelerator) Công nghệ bức xạ (CNBX) là loại hình công nghiệp trong đó năng lượng bức xạ ion hóa được sử dụng làm nguồn năng lượng chủ yếu trong quá trình sản xuất công nghiệp Ứng dụng CNBX với qui mô công nghiệp đang phát triển mạnh ở nhiều nước trên thế giới, nhiều thiết bị công nghiệp chiếu xạ

đã được thương mại hóa

Nguồn Co 60 có:

Thời gian bán hủy: 5,25 năm

Năng lượng bức xạ: hạt tia γ có năng lượng E1, E2 trong một phân rã, E1 = 1,17MeV, E2 = 1,33MeV, ET = 2,5MeV

Công suất: P = 0,0148W/Ci hoặc 67,6kCi/KW

NH2

OOH

OOH

OH

O

NH2

OOH

NH2

OOH

OOH

NH2

OOH

OOH

NHCOCH3

OOH

NHCOCH3

OOH

OOH

NHCOCH3

OOH

2.3 CHITIN VÀ CHITOSAN

Chitin và chitosan là một polymer sinh học có cấu trúc như sau:

Hình 2.5 Công thức cấu tạo của chitin và chitosan

Chitin là một polymer sinh học không nhánh giống cellulose, liên kết theo kiểu β- (1→ 4) - 2 - acetamido - 2 - deoxy – D – glucose, còn có tên là: N – acetamido –

D – gluocosamin, chitin không có nhiệt độ nóng chảy

Trong thiên nhiên chitin là nguồn nguyên liệu polysaccharide phong phú chỉ sau cellulose Chitin có thể được trích ra ở mức độ ít hay nhiều trong vỏ của hầu hết các động vật chân đốt như tôm, cua, mực, nhện, bò cạp chitin cũng được tìm thấy trong vách tế bào của một vài loài nấm hay của một số loài sinh vật khác Chitin trong tự nhiên không xuất hiện ở dạng tinh khiết Thông thường khi ở trạng thái khô, vỏ của động vật giáp xác chứa khoảng 15% - 20% chitin, 25% – 40% protein, 40% - 50% CaCO3, và lượng vết sắc tố

Chitin ở trạng thái tự nhiên là chất rắn, xốp nhẹ, hình vảy có thể xay nhỏ được Chitin có màu trắng hoặc vàng nhạt không mùi, không vị

CHITIN

CHITOSAN

Hình 2.6 công thức cấu tạo của chitin

Chitosan là một copolymer phân hủy sinh học bao gồm các đơn vị D –

glucosamin và N – acetyl – D – glucosamin, là sản phẩm thu được từ quá trình

deacetyl tách gốc acetyl khỏi nhóm amino ở vị trí C2 Đơn vị cấu tạo trong phân tử

chitosan là D – glucosamin, các mắt xích được liên kết với nhau như sau:

¾ Liên kết β - glucozit mỗi mắt xích lệch nhau một góc 1800 tạo lên mạch xoắn

¾ Tương tác Vander Wall ( d = 0,3 – 0,6μm)

¾ Khi khoảng cách giữa các mắt xích quá nhỏ ( 0,3µm) giữa chúng xuất hiện

liên kết hydro, do tương tác giữa nhóm -OH, -NH2 trong phân tử

Dưới đây là cấu trúc chitosan trên lý thuyết thực tế mạch phân tử chitosan vẫn

tồn tại nhóm acetyl, đan xen do sự deacetyl hóa chưa hoàn toàn Do đó công thức

hóa học chính xác của mạch chitosan có thể biểu diễn như sau

Hình 2.7 Công thức cấu tạo của chitosan