ĐIỀU CHẾ VÀNG NANO và ỨNG DỤNG làm xúc tác CHO PHẢN ỨNG ỨNG 4 NITROPHENOL

Điều chế nano vàng, điều chế nano kim loại, ứng dụng của xúc tác nano kim loại, điều chế vàng nano bằng phương pháp khử ion kim loại,ứng dụng trong y học, các phương pháp điều chế vàng nano, chẩn đoán và điều trị ung thư.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TRẦN VĂN QUANG

ĐIỀU CHẾ VÀNG NANO VÀ ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG KHỬ

4-NITROPHENOL

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

Thừa Thiên Huế, 2019

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS TRẦN THÁI HÒA

Thừa thiên Huế, 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu vàkết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép

sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả

Trần văn Quang

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Thái Hòa ,thầy đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và định hướng cho tôi trong suốt thời gian thựchiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa học trường Đại học Khoahọc Huế, Bộ môn Hóa lý, Bộ môn Hóa Phân tích đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sởvật chất cho tôi trong suốt quá trình thí nghiệm

Xin cảm ơn Ban giám hiệu trương THPT Lê Trung Đình –Thành phố QuảngNgãi, đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong công tác để tôi hoànthành tốt luận văn này

Cuối cùng, tôi cảm ơn gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp đã động viên giúp

đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Trần Văn Quang

MỤC LỤC Trang

2.2 Điều chế vàng nano bằng cách khử ion Au3+ (muối vàng

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.3 Khảo sát tính xúc tác của Au nano đối với phản ứng khử 4-nitrophenol thành 4-aminophenol bằng chất khử NaBH4 51

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Bước sóng hấp thụ cực đại ( λmax), cực đại hấp thụ (Amax)

Bảng 3.2 Bước sóng hấp thụ cực đại ( λmax ), cực đại hấp thụ (Amax)

Bảng 3.3 Bước sóng hấp thụ cực đại ( λmax ), cực đại hấp thụ (Amax)

Bảng 3.4 Bước sóng hấp thụ cực đại ( λmax ), cực đại hấp thụ (Amax)

Bảng 3.5 Giá trị cực đại hấp thụ Amax của các mãu sau thời gian

Bảng 3.6 Bước sóng hấp thụ cực đại ( λmax ), cực đại hấp thụ (Amax)

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Dạng sản phẩm nano vàng được sản xuất trên thế giới với

kích thước khác nhau có màu sắc khác nhau tuỳ thuộc kích thước

Hình 1.6 Hình X – ray chụp 2 chân sau của chuột Với (a) trước khi 18tiêm, (b) 2 phút sau khi tiêm vào tĩnh mạch những hạt nano vàng,

(c) 2 phút sau khi tiêm tác nhân tạo độ tương phản iod với một lượng

tương đương

Hình 2 2 Sơ đồ quy trình khử 4-nitrophenol bằng chất khử NaBH4 với xúc

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị hiển vi điện tử truyền qua 32Hình 2.4 Các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn Giản đồ XRD 34 của các mẫu nghiên cứu được đo trên thiết bị Brucker D8 Advance,

ống phát tia X với anod bằng Cu có bước sóng λ (CuKα)= 1,5406 Å

Hình 3.1 Phổ UV-Vis của dung dịch keo GNP tại các thời gian

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn cực đại hấp thụ của dung dịch keo GNP

Hình 3.3 Phổ UV-Vis của dung dịch keo GNP tại các nồng độ Au3+

dextran khác nhau 40

Hình 3.14 (a) Phổ UV-Vis của dung dịch 4-NP, (b) Hỗn hợp dung dịch 4-NP

và NaBH4 51Hình 3.15 Hoạt tính xúc tác của AuNPs đa nhánh được theo dõi bởi phổ

Hình 3.16 Mô hình đề xuất cho cơ chế khử 4-NP thành 4-AP bởi NaBH4

có AuNPs đa nhánh là chất xúc tác 52

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN

EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy Dispersive X-ray spectrum)

LSPR Cộng hưởng plasmon bề mặt theo trục dọc (Longitudinal Surface Plasmon Resonance)

SEM Hiển vi điển tử quét (Scanning Electron Microscopy)

Resonance)

TEM Hiển vi điển tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy)

MỞ ĐẦU

Ngày nay, khoa học và công nghệ nano được xem là một lĩnh vực công nghệmới Ngành khoa học này phát triển rất nhanh chóng nhằm chế tạo ra vật liệu cókích thước rất bé (trong khoảng từ 0,1 – 100 nm) Loại vật liệu này có nhiều tínhchất đặt biệt và khả năng ứng dụng rộng rãi trong khoa học và đời sống con người

Vàng nano là một trong những vật liệu kích thước nano đang thu hút sự quantâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước bởi những tính chất độc đáo củachúng như: hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (surface plasmon resonance,SPR) [23], và những ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau như xúc tác [10],[19], điệnhóa [21],[26], cảm biến sinh học [24], khuếch đại tán xạ Raman bề mặt (surfaceenhanced Raman scattering, SERS) [22], đặc biệt là trong y học để chẩn đoán vàđiều trị ung thư [18]

Cho đến nay, đã có nhiều phương pháp khác nhau được nghiên cứu để tổnghợp vàng nano như phương pháp chiếu xạ [3],[20], phương pháp khử hóa học [10],[15], khử sinh học [16], phương pháp điện hóa [27], phương pháp quang hóa [28],phương pháp phát triển mầm [14],[17] Mỗi phương pháp đều tạo ra các hạt vàngnano với hình dạng, kích thước khác nhau như dạng cầu, dạng thanh, dạng sợi, hìnhtam giác, hình lăng trụ, hình tứ diện, hình lập phương,… Chẳng hạn, để tổng hợp ravàng nano dạng cầu thì phương pháp phổ biến nhất là sử dụng tác nhân khử hóa họcnhư NaBH4 hay natri citrate [10],[15] Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này

là sử dụng các tác nhân độc hại, gây ảnh hưởng đối với môi trường

Gần đây, các nhà khoa học đã sử dụng "phương pháp xanh” (green method)[16], để tổng hợp vàng nano dạng cầu với mục đích khắc phục hạn chế nói trên

Hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng có một số công trìnhnghiên cứu điều chế vàng nano với các chất khử thân thiện với môi trường như:Điều chế vàng nano với chất khử là nước ép chanh , glycerin (phương pháp polyol

có hỗ trợ nhiệt vi sóng) với tác nhân bảo vệ là polyvinyl pyrrolidone (PVP), tổnghợp vàng nano từ các dịch chiết quả nho, hoa hướng dương, trà, [16], sử dụngchitosan tan (WSC) vừa làm chất khử vừa làm chất ổn định Bên cạnh đó, một trong

những hoá chất được quan tâm nhiều đó là dextran Dextran là hỗn hợp của cácpolyme của các đơn vị D-glucozơ liên kết bởi các liên kết glycosidic α- (1 → 4)hoặc α- (1 → 6) nên rất thân thiện với môi trường Vì vậy sẽ rất an toàn cho môitrường nếu chúng ta xử dụng dextran vừa làm chất khử vừa làm chất ổn khi điềuchế vàng nano

Ngoài ra, phản ứng xúc tác khử 4 -nitrophenol (4-N P) thành 4-aminophenol (4-AP) bởi natri bohiđrua (NaBH4) là một phản ứng xúc tác điển hình phù hợp đểnghiên cứu vì chỉ xảy ra khi có kim loại quý cấu trúc nano làm xúc tác Do đó, hoạttính xúc tác của AuNPs hình cầu được đánh giá bằng cách nghiên cứu tính xúctác trong phản ứng khử 4- NP Giải quyết được vấn đề nan giải đó là làm sao giảmđược hàm lượng 4-nitrophenol nhanh và an toàn với một số chất khử thông dụngnhư NaBH4

Xuất phát từ thực tế trên, tôi chọn đề tài: "Điều chế vàng nano và ứng dụng

làm xúc tác cho phản ứng khử 4-nitrophenol” làm nội dung nghiên cứu.

Mực tiêu của đề tài là:

- Điều chế được vàng nano bằng phương pháp khử Au3+ với chất khử dextran

- Khảo sát tính xúc tác của Au nano đối với phản ứng khử 4-nitrophenol bằng chấtkhử NaBH4

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU1.1 Tổng quan về Au nano

1.1.1 Giới thiệu về vàng và vàng nano

Vàng là nguyên tố hoá học có ký hiệu Au (L.aurum) và số nguyên tử 79trong bảng tuần hoàn Là kim loại chuyển tiếp mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, màu vàng

và chiếu sáng, vàng không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhưng lại chịu tácdụng của nước cường toan để tạo thành axít chloroauric cũng như chịu tác động củadung dịch xyanua của các kim loại kiềm Vàng có tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt,không bị tác động bởi không khí Nó không bị ảnh hưởng về mặt hoá học bởi nhiệt,

độ ẩm, ôxy và hầu hết chất ăn mòn Kim loại này có ở dạng quặng hoặc hạt trong đá

và trong các mỏ bồi tích Vàng thuộc phân nhóm phụ nhóm IB, có 1 electron lớpngoài cùng giống các kim loại kiềm ns1, ở lớp thứ hai từ ngoài cùng vào có 18electron Cấu hình: (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns1 Lớp 18 electron chưa hoàn toàn bền và

ở cách xa nhân nên có khả năng cho đi một electron Vì vậy vàng thể hiện nhiềutrạng thái oxy hóa như: +1,+2,+3 Nhưng phổ biến nhất là +1 và +3 Au(I), thườngđược gọi là aurous ion Au(III) auric là trạng thái ôxi hoá phổ biến và được thể hiệnbởi AuCl3 Vàng rất khó bị oxy hóa do electron ngoài cùng khó mất hơn so với kimloại khác

Một số tính chất vật lý đặc trưng của vàng như:

*Bán kính nguyên tử: R = 2,71 Ǻ

* Năng lượng ion: 9,22 eV

* Khối lượng riêng: 19,3 g/cm3

* Nhiệt độ nóng chảy: 10630C

* Nhiệt độ sôi: 28800C

* Độ dẫn điện: λ = 40 (Hg = 1)

* Độ dẫn nhiệt: 39 (Hg = 1)

* Thế điện cực tiêu chuẩn: φ = 1,50V

* Hàm lượng trong vỏ trái đất: HĐ = 5.10-7%

Thời Trung Cổ, vàng thường được xem là chất có lợi cho sức khoẻ, với niềmtin rằng một thứ hiếm và đẹp phải là thứ tốt cho sức khoẻ Thậm chí một số người

theo chủ nghĩa bí truyền và một số hình thức y tế thay thế khác coi kim loại vàng cósức mạnh với sức khoẻ Một số loại muối của vàng thực sự có tính chất chống viêm

và đang được sử dụng trong y tế để điều trị chứng viêm khớp và các loại bệnhtương tự khác Tuy nhiên, chỉ các muối và đồng vị của vàng mới có giá trị y tế, khi

là nguyên tố (kim loại) vàng trơ với mọi hoá chất nó gặp trong cơ thể Ở thời hiệnđại, tiêm vàng được chứng minh là giúp làm giảm đau và sưng do thấp khớp và lao.Ngày nay, nhờ vào tiến bộ trong lĩnh vực khoa học Nano (Nanoscience), người ta cóthể xác định thêm nhiều đặc tính khác của kim loại này Khi khoa học công nghệphát triển và nhu cầu sử dụng trong các ứng dụng sinh - y học, thì hạt vàng có thêmứng dụng mới trong thực tiễn dưới dạng đặc biệt đó là đó là hạt Nano

1.1.2 Các tính chất của hạt vàng nano

1.1.2 1 Tính chất quang học

Tính chất quang học của hạt nano vàng, bạc trộn trong thủy tinh làm cho cácsản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau đã được người La Mã sử dụng từhàng ngàn năm trước Các hiện tượng đó bắt nguồn từ hiện tượng cộng hưởngPlasmon bề mặt (surface plasmon resonance) do điện tử tự do trong hạt nano hấpthụ ánh sáng chiếu vào Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽdao động dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng Thông thườngcác dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nútmạng tinh thể trong kim loại khi quang đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơnkích thước Nhưng khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quang đường tự do trungbình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng vớiánh sáng kích thích Do vậy, tính chất quang của hạt nano được có được do sự daođộng tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ.Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bịphân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện Do vậy xuất hiện một tần số cộnghưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạtnano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất Ngoài ra, mật

độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang Nếu mật độ loãng thì có thể coi

như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trìnhtương tác giữa các hạt.

Hình 1.1 Dạng sản phẩm nano vàng được sản xuất trên thế giới với kích thước

khác nhau có màu sắc khác nhau tuỳ thuộc kích thước của hạt (biểu thị bằng nm)

1.1.2 2 Tính chất điện

Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật

độ điện tử tự do cao trong đó Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trêncấu trúc vùng năng lượng của chất rắn Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ củađiện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nútmạng (phonon) Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện) dướitác dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR,trong đó R là điện trở của kim loại Định luật Ohm cho thấy đường I-U là mộtđường tuyến tính Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử giảmlàm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng Hệ quả của quá trình lượng tử hóa nàyđối với hạt nano là I-U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi làhiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc vớigiá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tíchcủa điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực

1.1.2 3 Tính chất từ

Các kim loại quý như vàng, bạc, có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự

bù trừ cặp điện tử Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ trên sẽ không toàndiện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh Các kim loại có tính sắt từ ở trạngthái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, coban, niken thì khi kích thước nhỏ sẽphá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ Vật liệu ở

trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từtrường bị ngắt đi, tức là từ dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không.

1.1.2 4 Tính chất xúc tác vàng.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của vàng chưa được hiểumột cách đầy đủ Nhưng sự tồn tại của hạt nano vàng (<10nm) là yêu cầu cần thiếtthực nhất trong quá trình tổng hợp xúc tác vàng nano

Xúc tác vàng nano thể hiện tính chọn lọc cao trên nhiều phản ứng hóa học.Một ví dụ cụ thể là phản ứng oxi hóa propane thành epoxide tương ứng Đáng chú,hiệu suất của phản ứng trên 99%, thực hiện trên xúc tác Au/TiO2, dùng hỗn hợp khí

H2 và O2 để thực hiện phản ứng, và sản phẩm propene oxide của phản ứng có thểtăng lên bằng cách lựa chọn xúc tác tối ưu Một điểm đặc trưng thu hút sự chú, đặcbiệt là khả năng kháng đầu độc mà hệ thống vàng trên chất nền chống lại sự nhiễmđộc lưu huỳnh Có một số ít công trình nghiên cứu chứng minh vấn đề này Tất cảđều chứng minh xúc tác vàng nano trên chất mang có khả năng chịu đựng sự đầuđộc lưu huỳnh gấp 5 -7 lần so vơi xúc tác thông thường, ví dụ như xúc tác TiO2.Một vấn đề khác khá hấp dẫn trong vấn đề xúc tác bị đầu độc là khả năng giải hấplưu huỳnh trên bề mặt oxit chất mang (rutile và anatase TiO2, SrTiO3, ZnO, Fe2O3 vàSnO2) của xúc tác vàng nano trong nước ở nhiệt độ phòng đã được nghiên cứu Ứngdụng này có thể được sử dụng làm sạch lưu huỳnh đầu độc trên bề mặt xúc tác kimloại ở nhiệt độ thấp

1.1.3 Các phương pháp điều chế vàng nano.

1.1.3 1 Nguyên lý chung chế tạo nano kim loại

Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp

- Phương pháp từ trên xuống (top-down), phương pháp tạo hạt kích thước nano từcác hạt có kích thước lớn hơn

- Phương pháp từ dưới lên (bottom-up), phương pháp hình thành hạt nano từ cácnguyên tử

Hình 1.2 Sơ đồ chung cho các phương pháp chế tạo nano kim loại

a Phương pháp từ trên xuống (top-down)

Nguyên lý của phương pháp này dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biếnvật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano Đây là phươngpháp đơn giản, rẻ tiền nhưng khá hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệuvới kích thước khá lớn Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộnlẫn với những viên bi được làm từ vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối Máynghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay Các viên bi cứng vachạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano Kết quả thu được là vật liệunano không chiều (các hạt nano) Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹthuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn mà không làm phá hủy vật liệu (cóthể >10 nm) Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng,còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội Kết quả thu được là vật liệu nanomột chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm) Ngoài ra, hiện nayngười ta còn dùng phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp.Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là tạo ra vật liệu có tính đồng nhấtkhông cao, tốn nhiều năng lượng, trang thiết bị phức tạp [5, 25]

b Phương pháp từ dưới lên (bottom-up)

Nguyên lý của phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ các nguyên tửhoặc các ion Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linhđộng và chất lượng của sản phẩm cuối cùng Phần lớn các vật liệu nano mà chúng tadùng hiện nay được chế tạo bằng phương pháp này Ưu điểm của phương pháp này

là tiện lợi, kích thước các hạt nano tạo ra tương đối nhỏ, đồng đều, trang thiết bịphục vụ cho phương pháp này cũng rất đơn giản Phương pháp từ dưới lên có thể làphương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hơp cả hai phương pháp hóa-lý

Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặcchuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật

lý như bốc bay nhiệt Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi chonguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy rachuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) Phương pháp vật lý thường được dùng

để tạo ra các hạt nano, màng nano

Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion Phươngpháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người taphải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên chúng ta có thể phân loại cácphương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phươngpháp kết tủa, sol-gel), và từ pha khí (nhiệt phân) Phương pháp này có thể tạo ra cáchạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano…Phương pháp kết hợp: làphương pháp tạo ra vật liệu nano dựa trên nguyên tắc vật lý và hóa học như: điệnphân ngưng tụ từ pha khí… phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ốngnano, màng nano, bột nano [2, 25]

1.1.3 2 Các phương pháp điều chế vàng nano

a Phương pháp khử hóa học

Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loạithành kim loại Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng lỏng nên còn gọi làphương pháp hóa ướt Dung dịch ban đầu là muối vàng HAuCl4 Tác nhân khử ionkim loại Au3+ thành Au0 là các chất hóa học như: citric acid, vitamin C, sodiumborohydride, NaBH4, ethanol, ethylene glycol, glycerin, sodium citrate, poly sodium

acrylate (PSA) [12] Nguyên tắc khử của phương pháp khử hóa học được thực hiệnnhư sau: (ion Au) Au3+ + X → Au0 (nguyên tử vàng kim loại) → nano Au.

Trong phương pháp này thì ion vàng Au3+ dưới tác dụng của chất khử X sẽtạo ra nguyên tử Au, sau đó các nguyên tử này kết hợp với nhau để tạo ra các hạtnano Au Ứng với mỗi hóa chất sẽ có một phương pháp khử để điều chế hạt nanovàng, mỗi phương pháp đều có cơ chế cụ thể của phương pháp đó tương ứng vớitừng tác nhân cụ thể Ví dụ như ứng với phương pháp khử citrate, có tác nhâncitrate, phương pháp khử PSA có tác nhân khử PSA [12]… Với mỗi loại tác nhânkhử sẽ tạo ra các hạt nano có chất lượng hạt, kích cỡ hạt và hình dạng hạt khácnhau:hình cầu, hình ngũ giác, lục giác, đa giác, que, sợi… Vì vậy, việc lựa chọn hóa chấtlàm tác nhân khử rất quan trọng Điển hình như khi khử bằng sodium citrate hạtnano vàng tạo ra có kích thước ~ 20 nm, nếu sử dụng PSA thì kích thước hạt vàngđạt được khoảng 11 - 17 nm… mặt khác ứng với mỗi tác nhân khử khác nhau sẽ tạo

ra dung dịch nano vàng có tính bền vững khác nhau và khả năng đạt được nanovàng từ dung dịch nano với các hóa chất này tùy vào yêu cầu tính chất của sảnphẩm mà ta sản xuất Vì vậy khi tiến hành điều chế nano vàng bằng phương pháphóa học cần lựa chọn hóa chất sử dụng, nồng độ, chất ổn định… cho phù hợp vớiyêu cầu của sản phẩm

sáng trong vòng 20 phút, thì ta sẽ thu được dung dịch keo nano vàng có màu hồng

và hạt nano vàng tạo ra có kích thước 5nm, đỉnh hấp thu tại bước sóng λ = 523 nm.Còn nếu sử dụng tác nhân chiếu sáng là tia γ Co-60, hạt vàng tạo ra đồng nhất hơn

và có dạng hình cầu kích thước khoảng 16 - 25 nm

c Phương pháp sinh học

Phương pháp khử sinh học là dùng các tác nhân khử là vi khuẩn, vi nấm, virút… để làm tác nhân khử ion kim loại Dưới tác dụng của các tác nhân này ionvàng sẽ bị khử thành hạt nano vàng Đây là phương pháp đơn giản, thân thiện vớimôi trường và có thể tạo hạt với số lượng lớn, tuy nhiên thời gian tạo hạt nano khádài thông thường trên 3 ngày Khá nhiều loại vi nấm và vi khuẩn được sử dụng như:Bacillus subtilis, Bacillis Licheniformic, khuẩn Lactobacillus (khuẩn acid lactic),nấm Verticillium sp.tạo ra hạt nano vàng có kích thước từ 2 - 20 nm, nấm FurasiumOxysporum tạo ra các hạt nano vàng có kích cỡ 20 - 50 nm, khuẩn Actinomycetenhư Rhodococcus và Thermomonospora tổng hợp hạt nano vàng có kích thước 7 -

12 nm, khuẩn Rhodopseudomonas capsulate tạo hạt có kích thước từ 10 - 20 nm,khuẩn Pseudomonas aeruginosa cho hạt nano vàng có kích cỡ khoảng 20 - 30 nm[30], khuẩn Escherichia coli DH5α cũng cho hạt có kích cỡ từ 20 - 30 nm

Ngoài ra hiện nay trên thế giới người ta còn sử dụng các loại nấm mốc [7],tảo và các loại cây trồng để chế tạo nano vàng Như nấm Yarrowia lipolytica NCIM

3589 tổng hợp được hạt nano vàng có kích thước khá nhỏ 15 nm Còn với cây trồngthì hiện nay người ta đã phát hiện ra rằng có thể tổng hợp hạt nano vàng từ cỏ linhlăng, lá cây rau mùi, vỏ cây quế với kích thước hạt từ 6,75 - 57,91 nm [13]

d Phương pháp vi nhũ

Phương pháp vi nhũ là một trong những phương pháp đầy triển vọng vì cókhả năng kiểm soát các phản ứng hóa học xảy ra Tỉ lệ phản ứng khử kim loại đượcđiều chỉnh bằng tiến trình phân bố kích thước hạt nano tạo thành, kích thước hạtnano vàng tạo ra khoảng 2 - 20 nm

Dung dịch micelle đảo rất sạch, nhiệt động học ổn định, bao gồm pha nước,pha dầu, cũng có thể gọi là vi nhũ Trong vi nhũ, những giọt nước có kích thướcnano được bao bởi những đầu ưa nước của chất hoạt động bề mặt trong khi đuôi kỵ

nước được solvate hóa bởi pha dầu Nước chứa trong những micelle đảo có chứcnăng như những thiết bị phản ứng rất nhỏ cho những phản ứng có liên quan đến quátrình khử ion kim loại Dung dịch chứa muối kim loại được hòa trộn với chất khửsodium bis (2- ethylhexyl) sulfosuccinate (ATO) trong dung môi alkane lỏng Tácnhân khử sẽ thúc đẩy quá trình khử của ion kim loại thành hạt nano kim loại Sự vachạm giữa các micelle gây nên sự tranh dành lõi, dẫn đến hạt phát triển trongmicelle cho đến khi đạt được kích thước tối đa được quyết định bởi tỉ lệ khối lượngnước/chất hoạt động bề mặt Theo thời gian phản ứng xảy ra các hạt nano vàngđược chiết từ micelle bởi ly tâm, rửa với dung môi để loại chất hoạt động bề mặtthừa.

e Phương pháp sử dụng nhiệt vi sóng

Vi sóng là những bước sóng dài hơn tia hồng ngoại nhưng ngắn hơn sóngradio, có tần số từ 0,3GHz tới 300 GHz Phương pháp sử dụng lò vi sóng để tổnghợp nano vàng sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion Au3+ thành Au0 Dưới tácdụng của vi sóng, các phân tử có cực như các phân tử Au3+ và các chất trợ khử sẽnóng lên dưới tác dụng của nhiệt quá trình khử vàng sẽ diễn ra rất nhanh Các chấtkhử được sử dụng cho quá trình là các hợp chất polyol như: ethylene glycol,glycerin, nước… Hạt nano vàng được tạo ra bằng phương pháp này có kích thướcđồng đều và nhỏ hơn so với các phương pháp khác Mặt khác khi gia nhiệt trong lò

vi sóng cũng có lợi thế hơn khi gia nhiệt thông thường Với phương pháp gia nhiệtthông thường sẽ có những vị trí mà nhiệt độ trên bề mặt sẽ khác xa với nhiệt độtrong lòng dung dịch Thường thì nhiệt độ trên thành của thiết bị gia nhiệt sẽ caohơn so với nhiệt độ trung bình của dung dịch Với phương pháp gia nhiệt vi sóng,nhiệt độ được cung cấp cho toàn thiết bị gia nhiệt và nhiệt độ của cả dung dịch hầunhư đều nhau Điều này rất quan trọng nó giúp tạo ra các hạt nano vàng có kíchthước đồng đều và nhỏ hơn so với những phương pháp khác

Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ đun nóng và xuyên thấu nhanh, thờigian khử vàng diễn ra nhanh, thiết bị đơn giản, dễ sử dụng Khi sử dụng vi sóngchúng ta có thể sử dụng thêm chất bảo vệ và chất khử vì nếu không dùng thì các hạtnano vàng tạo ra sẽ có thể bị kết tụ trở lại làm cho kích thước hạt lớn hơn

1.1.4 Ứng dụng của vàng nano

1.1.4 1 Trong lĩnh vực xúc tác

Tính trơ hóa học và không bị oxy hóa làm cho vàng trở thành một vật liệuquan trọng và hữu dụng Nhưng ở kích thước nano, tính chất của vàng thay đổi hoàntoàn Mặc dù khả năng chống oxy hóa bề mặt vẫn còn nhưng tính trơ của vàng khối

đã biến mất trong các hạt vàng nano Các hạt nano vàng có khả năng xúc tác chonhiều phản ứng khác nhau

a Trong phản ứng oxi hóa cacbon oxit

Từ những năm cuối của thập niên 80 thế kỉ XX, một nhóm các nhà khoa họcNhật Bản đã chứng minh rằng phân tử vàng ở kích thước nhỏ hơn 5nm có thể thamgia phản ứng oxy hoá với Cacbon oxit (CO) để tạo thành Cacbon dioxít Ngoài ravàng có thể tham gia phản ứng ở nhiệt độ thấp (đến – 700C) trong khi đó một sốchất xúc tác như Platin chỉ phản ứng ở nhiệt độ trên 1000C Cacbon oxít CO là m ộtloại khí độc trong khi đó CO2 chỉ có một nhược điểm duy nhất đó là góp phần làmtăng hiệu ứng nhà kính Các hạt nano vàng có hiệu ứng xúc tác tốt nhất với kíchthước hạt < 5nm Nhờ vào tính chất trên mà hạt nano vàng được ứng dụng rất nhiềutrong lĩnh vực xúc tác nhằm giảm bớt khí thải CO Trên thực tế các nhà sản xuất ôtô

có thể chế tạo các ống khí thải gắn các phân tử vàng để tránh việc thải khí CO và cóthể oxy hoá lượng nhiên liệu chưa cháy hết

Ngày nay, các nhà khoa học đã cải tiến xúc tác nano vàng bằng cách cho nómang trên các chất mang khác nhau nhằm tăng khả năng xử lí khí thải cho cả động

cơ xăng, diesel

b Các phản ứng liên quan đến NOx

NO và các khí NOx là các khí thải độc hại từ các động cơ xăng dầu Cách dễdàng nhất để loại bỏ chúng là biến chúng thành khí nitơ bằng cách sử dụng các khí

CO, H2 hay các hydrocacbon Thông thường các phản ứng có thể thực hiện nhờ cácxúc tác PGM (xúc tác kim loại nhóm platin), nhưng rất khó xảy ra khi động cơ vậnhành dưới điều kiện thiếu oxy để đốt cháy nhiên liệu Các nhà khoa học đã chứngminh rằng trong điều kiện không có oxy thì xúc tác vàng nano hoạt động tốt hơntrong phản ứng khử NO bằng CO Hoạt tính diễn ra đáng kể thậm chí ở 270C đã

chuyển hóa hoàn toàn nitơ mà nếu không sử dụng xúc tác vàng thì nhiệt độ phảnứng phải là 1500C Khi khử NO bằng các hydrocacbon thì quá trình diễn ra phức tạphơn Việc xúc tác vàng trên Al2O3 có hoạt tính thấp khi nồng độ khí oxy trong luồngkhí phản ứng lớn hơn 5% cho thấy sau khi hỗ trợ chuyển NO thành NO2 sẽ tiếp tụcphản ứng khử NO2 thành nitơ bởi hydrocacbon (trái với sự khử một bước từ NOthành N2 đòi hỏi nhiệt độ cao hơn) Xúc tác vàng đang có khả năng cạnh tranh vớixúc tác tốt nhất hiện nay là xúc tác PGM về mặt hoạt tính và khả năng chịu được độẩm.

c Các hạt nano vàng tạo ra chất xúc tác quang mới

Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne thuộc Bộ Quốc Phòng Mỹ đã chế tạothành công một chất xúc tác ánh sáng khả kiến, bằng cách sử dụng các dây nanoclorua bạc được gắn các hạt nano vàng Chất xúc tác này có khả năng phân hủy cácphân tử hữu cơ trong nước bị ô nhiễm Yugang Sun thuộc Trung tâm Vật liệu Nanocủa Phòng Thí nghiệm Argonne cho biết, các dây nano được nghiên cứu chuyên sâu

và sử dụng cho rất nhiều ứng dụng, gồm các điện cực dẫn điện trong suốt đối vớipin mặt trời và các thiết bị quang điện Bằng cách chuyển hóa hóa học chúng thànhcác dây nano clorua bạc bán dẫn, tiếp theo là bổ sung thêm các hạt nano vàng, nhómnghiên cứu của ông đã tạo ra được các dây nano có các tính chất hoàn toàn mới,khác rất nhiều với các dây nano nguyên gốc Các tính chất xúc tác quang của cloruabạc thông thường bị giới hạn ở các bước sóng cực tím và xanh da trời, nhưng bằngcách bổ sung thêm các hạt nano vàng, chúng có thể xúc tác quang dưới ánh sángkhả kiến Ánh sáng khả kiến kích thích các electron ở các hạt nano vàng và kíchthích các phản ứng Các thử nghiệm đã chứng tỏ các dây nano có thêm các hạt nanovàng có thể phân hủy các phân tử hữu cơ như xanh methylen Sun cho biết, nếu tạo

ra một màng dây nano được gắn vàng và cho nước ô nhiễm chảy qua, các phân tửhữu cơ có thể bị phân hủy bằng bức xạ khả kiến từ các ánh đèn huỳnh quang hoặcmặt trời Ông đã tiến hành với các dây nano bạc thông thường được ôxy hóa bằngsắt clorua để tạo ra các dây nano clorua bạc Một phản ứng với natritetrachloroaurate làm lắng các hạt nano vàng lên các dây Ông cho biết, có thể sửdụng cơ chế tương tự để làm lắng các kim loại khác như palladium và platinum lên

các dây nano clorua bạc và tạo ra các tính chất mới, ví dụ như khả năng xúc táctrong quy trình tách nước thành hydro bằng ánh nắng.

Trong công bố mới nhất trên tạp chí Hóa học của Hội hóa học Hoàng giaAnh Yugang Sun mô tả sự dịch chuyển phản ứng trong pin điện gavani

giữa các sợi nano bạc và HAuCl4

Hình 1.3 Quá trình bổ sung hạt nano vàng lên dây nano bạc clorua

Các tính chất xúc tác quang hóa của bạc clorua thường bị giới hạn ở cácbước sóng cực tím và xanh da trời, nhưng khi được bổ sung thêm các hạt nano vàngthì chúng trở thành xúc tác quang hóa hoạt động ở vùng ánh sáng khả kiến Ánhsáng khả kiến kích thích các electron ở các hạt nano vàng và khơi mào các phản ứngtạo ra hiệu ứng tách điện tử lên đến cực điểm ở các dây nano bạc clorua Các thửnghiệm đã chứng tỏ các dây nano bạc có gắn các hạt nano vàng có thể phân hủy cácphân tử hữu cơ như xanh metylen

Nếu ta có thể tạo ra một màng dây nano được gắn vàng và cho nước ô nhiễmchảy qua, các phân tử hữu cơ có thể bị phân hủy bởi bức xạ ánh sáng khả kiến từcác đèn huỳnh quang thông thường hoặc ánh sáng mặt trời Các nhà khoa học đã bắtđầu nghiên cứu các dây nano bạc thông thường được oxy hóa bằng sắt clorua để tạo

ra các dây nano bạc clorua, tiếp theo là phản ứng với natri tetracloroaurat để

tương tự để làm lắng các kim loại khác như palađi và platin lên các dây nano bạcclorua nhằm tạo ra các tính chất mới, ví dụ khả năng xúc tác trong quy trình táchnước thành hydro dưới tác dụng của ánh sáng.

1.1.4 2 Trong lĩnh vực điện tử.

Các nhà nghiên cứu vừa phát triển một loại linh kiện nhớ mới sử dụng cáchạt nano vàng và hợp chất bán dẫn hữu cơ pentacene Sự kết đôi mới này là bướcthen chốt để tiến đến việc phát triển bộ nhớ sử dụng các chất dẻo hữu cơ, có khảnăng rẻ hơn và linh hoạt hơn so với các bộ nhớ silicon truyền thống sử dụng trongmáy tính, các ổ đĩa và trong các ứng dụng khác.[1]

Hình 1.4: Linh kiện nhớ mới 1.1.4 3 Trong lĩnh vực y sinh

Lĩnh vực khác không kém phần ý nghĩa là sinh học và y học Các phân tửnano vàng có đặc tính tự phát nhiệt dưới tác dụng của bức xạ laser Đặc tính này cóthể được sử dụng luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X trong chữa trị một sốbệnh ung thư Các nhà khoa học tại viện nghiên cứu Max-Planck nghiên cứu sự pháhuỷ của các mô khoẻ mạnh bằng cách sử dụng những viên thuốc trị ung thư bêntrong khối u Để đưa những chất này vào đúng vị trí, các nhà khoa học đã tạo ranhững viên nhộng rất nhỏ với kích thước vài nano met Vỏ ngoài viên nhộng đượccấu tạo bởi nhiều lớp polymer rất mỏng đặt lên nhau, cho phép chúng vượt qua dễdàng lớp màng bên ngoài màng tế bào Trên bề mặt viên nhộng là những phân tửnano được sử dụng từ những nguyên tử vàng và bạc Khi đã hấp thụ vào những tếbào trong khối u, viên nhộng sẽ di chuyển bằng tia hồng ngoại Sức nóng này sẽ đẩynhững phân tử vàng và bạc di chuyển khiến viên nhộng vỡ ra và phá vỡ kết cấu

quả của công nghệ này Ở trạng thái phân tử nano vàng cũng có khả năng cố địnhcác nguyên tử sinh học (kháng nguyên và kháng thể) Vì vậy, các phân tử vàng cóthể sử dụng trong rất nhiều xét nghiệm sinh học hay chuẩn đoán y khoa.[2]

a Nhận biết tế bào ung thư

Các hạt nano vàng nhiễu xạ và hấp thu ánh sáng rất tốt nên được sử dụng đểnhận biết tế bào ung thư Nhiều tế bào ung thư có một protein là thụ thể tác nhânphát triển biểu bì (EFGR) trên toàn bộ bề mặt của tế bào trong khi các tế bào khỏemạnh không bộc lộ protein này Bằng cách kết hợp hay kết dính các hạt vàng nanovào kháng thể của EFGR, các nhà nghiên cứu có thể làm cho các hạt vàng tự gắnvào các tế bào ung thư

Hình 1.5 Nhận biết tế bào ung thư

Khi thêm dung dịch có các hạt vàng nano đã gắn kháng thể của EFGR vàocác tế bào ung thư và các tế bào khỏe mạnh, tế bào ung thư sẽ tự phát sáng còn tếbào khỏe mạnh thì không liên kết với hạt nano vàng nên không phát sáng

b Bảo vệ ion Li +

Với nhu cầu cho ứng dụng y sinh và công nghiệp hiện nay Li+ liên kết vớiligand làm cho các hạt nano vàng (4 nm) kết tụ và sự kết tụ này là một cách để dập

tắt quang phổ và thay đổi màu sắc, cung cấp một phương pháp hữu ích cho việc bảo

vệ Li+ trong dung dịch nước

c Sử dụng hạt vàng nano làm tăng độ tương phản của ảnh chụp mạch máu trên thiết bị Micro CT hoặc X quang

Những cải thiện cơ bản trong những tác nhân tương phản X-ray trong hơn 25năm nay Những tác nhân hiện tại có những giới hạn to lớn trong tạo ảnh y học: chỉtạo ảnh trong một thời gian ngắn, gây độc tố, độ tương phản kém… và những hạtvàng đã khắc phục được những điều đó Vàng có độ hấp thu cao hơn iot, đạt độtương phản tốt hơn với lượng X-ray tốt hơn Những hạt vàng làm sạch máu chậmhơn các tác nhân iot, cho thời gian tạo ảnh lâu hơn Những hình ảnh thuốc tới cơ thể

và hình CT cho thấy hiệu quả của keo nano vàng như một tác nhân dự trữ máu chohình CT X-ray Polyethylene glycol (PEG) bao phủ những hạt vàng tạo thành nhữnghạt nano cầu với kích thước 38 nm Những hạt nano vàng - PEG cho khả năngtương thích cao và không độc hại với chuột Người ta định dạng những hình ảnh ổnđịnh để hình dung hệ thống mạch máu, ngay lập tức cho đến 24h sau khi tiêm.Những hình ảnh CT sử dụng hạt nano vàng cho những hình dung rõ ràng về cấutrúc khối u trong mạch máu

Hình 1.6 Hình X – ray chụp 2 chân sau của chuột Với (a) trước khi tiêm, (b) 2

phút sau khi tiêm vào tĩnh mạch những hạt nano vàng, (c) 2 phút sau khi tiêm tác

nhân tạo độ tương phản iod với một lượng tương đương

d Thúc đẩy sự lưu thông máu

Nano vàng có khả năng chống oxy hóa rất mạnh, thúc đẩy sự lưu thông máu,

có hiệu quả trong việc ngăn ngừa lão hóa, loại bỏ vết tàn nhan, làm cho da sạchhơn

Ngoài ra các hạt nano vàng hấp thụ trong da làm loại bỏ những tế bào chết,giúp tái tạo tế bào mới nhanh chóng Không những vậy nano vàng còn giúp thúcđẩy tổng hợp collagen giúp duy trì khả năng đàn hồi cho da Vàng có khả năng giảiđộc vì vậy ngăn chặn được các vấn đề về mụn và điều trị mụn Những cation trongvàng thúc đẩy cơ thể sản xuất hormone giúp thư giản cơ thể và tâm trí Nano vàngđược dùng trong các loại sản phẩm mỹ phẩm: lotion, nước hoa, dầu gội đầu, kemdùng cho vùng quanh mắt, mặt nạ dưỡng da

1.1.4 4 Trong lĩnh vực mỹ phẩm

Từ tuổi 30 trở đi, làn da phụ nữ bắt đầu xuất hiện các dấu hiệu lão hóa nhưthiếu độ căng mịn và bắt đầu có nếp nhăn Tiến trình lão hóa diễn ra nhanh hơn ởtuổi 40 với sự xuất hiện rõ rệt của các vết nhăn, làn da khô, sần, sắc diện khôngđồng đều Nguyên nhân là do tiến trình sản sinh collagen yếu dần đi khiến da mấtdần độ căng và đàn hồi Các sợi tạo keo như elastin và collagen cùng các tế bào cơbản ở trung bì giảm mạnh Do vậy, để duy trì sự săn chắc và tuơi trẻ cho làn da,bạnphải có chế độ chăm sóc định kỳ bổ sung dưỡng chất collagen để nuôi tế bàogốc của da phát triển nhằm ngăn ngừa sự lão hóa

Serum vàng Nano được tinh luyện từ quá trình phân rã chuyển hóa thànhdạng phân tử cực nhỏ để dễ dàng thấm sâu vào tế bào đáy của da, kích thích chúnghoạt động, loại bỏ đi những tế bào già yếu và sản sinh nhanh các tế bào mới giúpnuôi dưỡng làn da khoẻ mạnh Đồng thời liệu trình cùng lúc kết hợp với serumcollagen để bổ sung dưỡng chất kích thích các sợi keo collagen tăng khả năng đànhồi, xóa nhanh các vết nhăn, rãnh sâu trên bề mặt da đồng thời nuôi dưỡng làn datrẻ hóa từ tế bào gốc, duy trì sự săn chắc cho da và ngăn chặn sự hình thành các nếpnhăn mới.

Ngoài ra, liệu trình còn kết hợp với serum bù nước dưỡng ẩm chứa nhiềuthành phần khoáng chất và các nguyên tố vi lượng được tinh chế từ thảo dược có tácdụng ngăn ngừa viêm nhiễm, phục hồi nhanh những vùng da bị tổn thương, cungcấp dưỡng chất, tăng cường độ ẩm để trẻ hóa da từ trong ra ngoài.[8]

1.1.4 5 Khả năng chống vi khuẩn của vàng

Cũng giống như bạc, vàng cũng có khả năng diệt khuẩn Vì vậy người ta đãkết hợp vàng – bạc để tạo ra một lớp phủ lên vật liệu nhằm chống vi khuẩn [12]

Một số nghiên cứu cho thấy nano bạc - vàng có khả năng kháng 3 loại vi khuẩn E coli , Sta Arueus và Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa Xanthomonas oryzae rấttốt, ngăn chặn hoàn toàn khả năng phát triển của vi khuẩn và gây ức chế đến sự pháttriển của hệ sợi nấm đạo ôn [7]

1.2 Tổng quan về dextran.

1.2.1 Định nghĩa dextran.

Dextran là một polymer sinh học, phần lớn được tổng hợp từ các vi khuẩnLactic, có các monomer là các gốc glucose liên kết với nhau nhờ liên kết 1,6-glucoside Những vi sinh vật khác nhau thường tạo nên những dextran khác nhau vềtrọng lượng phân tử, về sự phân bố nhánh trong cấu trúc phân tử Cấu trúc này cònphụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy những vi sinh vật sản sinh ra dextran Cácpolysaccharide kiểu dextran không bắt màu với iod, phân tử lượng của chúng rấtlớn và không cố định, dao động trong một phạm vi rộng, từ 1000 – 2.000.000 Da

Dextran chỉ được tổng hợp từ saccharose, không thể tổng hợp từ glucose haybất kỳ các loại đường nào khác Các loại đường khác trong môi trường lên men chỉđóng vai trò như nguồn cung cấp cacbon cho vi khuẩn phát triển.

1.2.2 Công thức cấu tạo

Dextran là một loại polysaccharide tương tự như amylopectin, nhưng mạchchính được hình thành bởi liên kết α-1,6 glucoside và các nhánh bên được gắn vớinhau bởi liên kết α-1,3 hoặc α-1,4 glucoside

Hình 1.8 Công thức cấu tạo Dextran 1.2.3 Ứng dụng.

Dextran đươc biết đến từ thế kỷ mười chín, nó được tìm thấy trong khối cầuđặc trong suốt quá trình sản xuất đường mía và đường củ cải Dextran có nhiều ứngdụng trong công nghệ thực phẩm, y dược, hóa công nghiệp chẳng hạn như tá dược,chất nhũ hóa, chất mang, chất ổn định

Liên kết ngang trong dextran chẳng hạn như sephadex được sử dụng rông rãitrong phân riêng, sắc ký lọc gel và tinh sạch rất nhiều sản phẩm khác nhau nhưprotein trong nghiên cứu và công nghiệp

Trong công nghệ thực phẩm: Dextran được sử dụng nhiều tuy nhiên phạm viứng dụng của nó rất hẹp Dextran được sử dụng trong sản xuất sữa bột, yoghurt,nước xốt cà, mayonnaise, chất làm đặc mức đông và kem Nó được sử dụng để ngănchặn quá trình kết tinh đường, cải thiện khả năng hút ẩm, duy trì hương và hìnhdạng của thực phẩm Ngoài ra dextran còn được dùng để chế thành thức ăn kiêngđối với một số bệnh như đái tháo đường, làm chất đồng hóa, chất ổn định, chất tạomàng trong bảo quản và chế biến thực phẩm.

Trong y học và thú y: dextran có phân tử lượng khoảng 80000 được dùnglàm chất thay thế huyết tương Dextran được gắn với Fe thành phức dextran Fe làmthuốc trị bệnh thiếu máu và một số triệu chứng có liên quan dến suy dinh dưỡng, rốiloạn tiêu hoá Dextran còn được dùng chế tạo chỉ sinh học, băng dính sinh học dùngtrong phẫu thuật

1.3 Tổng quan về hợp chất 4-nitrophenol và phản ứng khử bằng NaBH4 với xúc tác vàng nano

NO

2

OH

p-nitrophenol là những chất gây ô nhiễm thường phát sinh từ phế thải trong sảnxuất thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm, p-nitrophenol được tìm thấy trongnước tiểu của con ngừời xuất phát từ sự phân hủy thuốc trừ sâu thường được sử dụngtrên một số sản phẩm nông nghiệp mà nhiều người trong chúng ta ăn phải Chúng cũng

có mặt trong khói thải của các động cơ điezen Mỗi năm, các nước trên thế giới sảnxuất hàng nghìn tấn các chất nitrophenol này Chúng có độc tính cao đối với sinh vậtsống dưới nước, có thể gây ra ngộ độc trực tiếp hệ thần kinh Một số nghiên cứu chothấy chúng cũng có thể là những tác nhân gây rối loạn nội tiết

1.3.1.1 Các phương pháp xử lý

Đối tượng lựa chọn xử lý là p-nitrophenol, một hợp chất thuộc họ phenol và khóphân hủy sinh học Các pháp đã được nghiên cứu để phân hủy p-NP như phân hủyquang hóa, than hoạt tính hấp thụ, lọc màng rắn, phân hủy sinh học, phương phápkhử xúc tác, việc sử dụng phương pháp Fenton điện hóa

a Phương pháp phân hủy quang hóa

Quá trình quang xúc tác là quá trình kích thích các phản ứng quang hóa bằngchất xúc tác, dựa trên nguyên tắc chất xúc tác (A) nhận năng lượng ánh sáng sẽchuyển sang dạng hoạt hóa (*A), sau đó (*A) sẽ chuyển năng lượng sang cho chấtthải và chất thải sẽ bị biến đổi sang dạng mong muốn [13] Có 2 loại là phươngpháp quang hóa đồng thể và phương pháp quang hóa dị thể

+ Phương pháp quang hóa đồng thể

Tia tử ngoại được sử dụng thường xuyên trong xử lý nước bằng cách trựctiếp hoặc kết hợp với các hệ chất oxy hóa, chủ yếu là hydro peoxit, ozon hoặc hệphản ứng Fenton

+ Phương pháp quang hóa dị thể sử dụng TiO2

Xúc tác quang dị thể dựa trên trạng thái kích thích của chất bán dẫn đóng vaitrò như chất xúc tác Cấu trúc điện tử của chất bán dẫn được đặc trưng bởi vùng hóatrị điền đầy hoàn toàn và vùng dẫn hoàn toàn trống Dưới tác động của tia UV vớinăng lượng photon lớn hơn hoặc bằng sự chênh lệch năng lượng giữa vùng hóa trị

và vùng dẫn, điện tử từ vùng hóa trị sẽ chuyển lên vùng dẫn (ký hiệu e-CB) và đểlại một lỗ trống tại vùng hóa trị (ký hiệu h+VB) (hình 1.9)

Hình 1.9 Sơ đồ lược hóa cơ chế phân hủy nhờ xúc tác quang [6]

Trong thực tế, một phần lớn cặp điện tử - lỗ trống có thể tái kết hợp làm tác

quang TiO2 pha tạp có dải phổ hấp thụ rộng và hiệu suất lượng tử cao đã và đangđược các nhà khoa học đặc biệt quan tâm Chất xúc tác quang TiO2 cũng có thể sửdụng ánh sáng mặt trời như nguồn năng lượng kích thích [29] Ngoài ra, xúc tácquang điện hóa sử dụng điện cực TiO2 đã được nghiên cứu bởi Vinodgopal và cộng

sự Gần đây, sử dụng chất hấp thụ xúc tác hỗ trợ (cacbon hoạt tính) cho TiO2 nhằmtăng tốc độ khoáng hóa một số vi chất hữu cơ ô nhiễm Tuy hiệu quả cao, nhưngphương pháp này có tốc độ khoáng hóa tương đối chậm nên đòi hỏi thời gian xử lýtương đối dài

b Phương pháp than hoạt tính hấp phụ

Than hoạt tính [5] là vật liệu hấp thụ phổ biến từ trước đến nay, vật liệu này

có ưu điểm là diện tích bề mặt lớn, nhiều lỗ xốp có kích thước rất nhỏ, khả năng hấpphụ cao, độ tinh khiết cao, ít lẫn tạp chất, dễ sử dụng và không độc hại Than hoạttính được tạo thành từ quá trình đốt các nhiên liệu (như gỗ, vỏ dừa, xơ dừa) trongđiều kiện thiếu khí ở nhiệt độ cao Trên thế giới có nhiều nghiên cứu nhằm sử dụng