Nghiên cứu điều chế nano đồng (i) oxit từ dịch chiết lá chè xanh với dung dịch cuso4 và thử tính xúc tác quang phân hủy alizarin red s

Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu và khảo sát các điều kiện tối ưu trong quá trình điều chế nano đồng I oxit từ dịch chiết lá chè và dung dịch CuSO4 Thử tính xúc tác của nano đồng I oxit v

KHOA HÓA

HUỲNH THỊ PHƯỚC NHỰT

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO ĐỒNG (I) OXIT TỪ DỊCH

XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN KHOA HỌC

ĐÀ NẴNG - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO ĐỒNG (I) OXIT TỪ DỊCH CHIẾT LÁ CHÈ XANH VỚI DUNG DỊCH CuSO4 VÀ THỬ TÍNH

XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thị Phước Nhựt

Lớp : 15CQM

1 Tên đề tài: Nghiên cứu điều chế nano đồng (I) oxit từ dịch chiết lá chè xanh với

dung dịch CuSO4 và thử tính xúc tác quang phân hủy alizarin red S

2 Nguyên liệu, thiết bị, dụng cụ và hóa chất

2.1 Nguyên liệu: Lá chè xanh ở Đông Giang, tỉnh Quảng Nam

2.2 Thiết bị: Máy đo quang UV-VIS của hãng Thermo (Đức), tủ sấy, bếp cách thủy,

máy pH, cân phân tích

2.3 Dụng cụ: cốc thủy tinh, bình định mức, bóp cao su, pipet các loại, đũa thủy tinh,

phễu lọc, giấy lọc

2.4 Hóa chất: đồng (II) sunfat, dung dịch HCl, dung dịch NaOH,

3 Nội dung nghiên cứu:

Nghiên cứu và khảo sát các điều kiện tối ưu trong quá trình điều chế nano đồng

(I) oxit từ dịch chiết lá chè và dung dịch CuSO4

Thử tính xúc tác của nano đồng (I) oxit với phản ứng quang phân hủy Alizarinred S

4 Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Duyên

5 Thời gian hướng dẫn: 9/2018

6 Thời gian hoàn thành đề tài nghiên cứu: 4/2019

Chủ nhiệm khoa Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

CHHBM Chất hoạt hóa bề mặt

EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X

TEM Phương pháp đo hiển vi điện tử truyền qua

UV – VIS Quang phổ hấp thụ phân tử

XRD Phổ nhiễu xạ tia X

ADN Axit Deoxyribo Nucleic (Phân tử acid nucleic)AFM Kính hiển vi lực nguyên tử

CVD Bay hơi lắng đọng hóa học

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 GIỚI THIỆU VỀ NANO 3

1.1.2 Vật liệu nano 4

1.1.3 Ứng dụng của công nghệ nano 5

1.2 HẠT NANO ĐỒNG (I) OXIT 7

1.2.1 Giới thiệu về đồng kim loại 7

1.2.2 Tổng quan về đồng (I) oxit 7

1.2.4 Ứng dụng của đồng (I) oxit ở kích cỡ nano 8

1.2.5 Các phương pháp tổng hợp đồng (I) oxit 10

1.3 TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ XANH 12

1.3.1 Đặc điểm cây chè xanh 12

1.3.2 Phân bố, sinh học và sinh thái 13

1.3.3 Thành phần hóa học 14

1.3.4 Tác dụng dược lý - công dụng 14

1.4 TỔNG QUAN VỀ ALIZARIN RED S 15

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 17

2.1.1 Nguyên liệu 17

2.1.2 Dụng cụ và hóa chất 17

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.2.1 Thu dịch chiết lá chè xanh 19

2.2.2 Tổng hợp nano Đồng (I) oxit từ dung dịch CuSO4 và dịch chiết nước lá chè xanh 19

2.2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết nước lá chè xanh 20

2.2.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo nano đồng (I) oxit 21

2.2.5 Phương pháp nghiên cứu hạt nano đồng (I) oxit 22

2.2.6 Thử khả năng xúc tác quang phân hủy alizarin red S của nano đồng (I) oxit 26

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

CHIẾT LÁ CHÈ XANH 27

3.1.1 Tỷ lệ rắn/lỏng 27

3.1.2 Thời gian chiết lá chè xanh 28

3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO ĐỒNG (I) OXIT 31

3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dịch chiết lá chè xanh / thể tích dung dịch CuSO4 31

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian tạo Cu2O nano 33

3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo Cu2O nano 34

3.2.4 Ảnh hưởng của pH môi trường 36

3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT NANO ĐỒNG (I) OXIT 38

3.4 THỬ TÍNH XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S 40

3.4.1 Xây dựng đường chuẩn của Alizarin red S 40

3.4.2 Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình quang phân hủy Alizarin red S 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

Số hiệu Tên bảng Trang

1.1 Một số tính chất vật lý của đồng kim loại 7

3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn / lỏng đến cực đại mật độ quang 283.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến cực đại mật độ quang 303.3 Ảnh hưởng của thời gian tạo nano đến cực đại mật độ quang 313.4 Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết đến cực đại mật độ quang 333.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano đến cực đại mật độ quang 35

3.7 Sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ alizarin red S

ở bước sóng 423nm

40

3.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nano đồng (I)

oxit đến quá trình phân hủy của Alizarin red S

41

3.9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của sự khuấy trộn đến quá trình

phân hủy của Alizarin red S

42

3.10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến

quá trình phân hủy của Alizarin red S

44

3.11 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến quá trình phân

hủy của Alizarin red S

45

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

1.1 Sơ đồ giải thích cơ chế làm việc của kính hiển vi lực nguyên

tử (AFM)

31.2 Mô phỏng vật liệu khối (3D), màng nano (2D), dây nano 4

1.4 Lá và hoa của cây chè 13

3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn / lỏng đến phổ UV-VIS của dung

dịch nano đồng (I) oxit

3.4 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến phổ UV-VIS của dung

dịch nano đồng (I) oxit

29

3.5 Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết đến phổ UV-VIS của dung

dịch nano đồng (I) oxit

31

3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dịch chiết lá chè xanh / thể tích

dung dịch CuSO4 đến màu sắc của dung dịch nano Cu2O

31

3.7 Ảnh hưởng của thời gian tạo nano đến phổ UV-VIS của

dung dịch nano đồng (I) oxit

3.14 Phổ UV-ViS của mẫu nano đồng (I) oxit tổng hợp được 38

3.18 Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của hàm lượng nano Cu2O đến 42

quang hóa Alizarin red S

3.20 Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến phản

ứng quang hóa Alizarin red S

44

3.21 Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nồng độ đến phản ứng quang

hóa Alizarin red S

45

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc nhất đến giảng viên hướng dẫn

cô Vũ Thị Duyên đã cho phép, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gianthực hiện và hoàn thành khóa luận này

Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Hóa, trường Đạihọc sư phạm - Đại học Đà Nẵng đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức hữu ích cho tôitrong suốt thời gian học tập tại trường và tạo mọi điều kiện thuận lợi để cho tôi nghiêncứu, thực hiện khóa luận này

Chân thành cảm ơn các bạn tập thể lớp 15CQM đã nhiệt tình giúp đỡ tôi tronghọc tập, nghiên cứu, tìm kiếm tài liệu và động viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu

và thực hiện khóa luận

Mặc dù bản thân luôn cố gắng nổ lực song vẫn không thể tránh có sai xót Rấtmong thầy cô thông cảm và đóng góp thêm ý kiến để tôi hoàn thiện báo cáo này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày……tháng……năm 2019

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thị Phước Nhựt

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Công nghệ nano đã và đang có những bước phát triển mạnh mẽ trong nhữngnăm gần đây Các nghiên cứu trong lĩnh vực này ngày càng được ứng dụng nhiều trongmọi mặt của đời sống như: y học, sinh học, công nghệ xúc tác, công nghệ thông tin,dệt may, mỹ phẩm…

Trước thực trạng nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng trên phạm vi toàn cầuthì việc sử dụng các phương pháp điều chế nano thân thiện với môi trường là điều vôcùng cần thiết Phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết thực vật làm chất khử đểđiều chế nano kim loại là một trong những phương pháp rất được quan tâm thời giangần đây Bởi quá trình điều chế hạt nano là lành tính, không sử dụng bất kỳ hóa chấtđộc hại nào

Chè xanh thích hợp với khí hậu nhiệt đới gió mùa của Việt Nam nên được trồngrất phổ biến Lá chè xanh có nhiều công dụng như giảm nguy cơ mắc ung thư, ngănngừa bệnh tim mạch, làm chậm quá trình lão hóa…Trong lá chè xanh hàm lượng taninchiếm từ 20-30%, các poliphenol này có khả năng khử tốt các ion kim loại như Ag+,

Cu2+, Fe3+

Chính vì lý do đó chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu điều chế nano đồng (I)oxit từ dịch chiết lá chè xanh với dung dịch CuSO4 và thử tính xúc tác quang phân hủyAlizarin red S”

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Hạt nano đồng (I) oxit được điều chế từ dịch chiết lá chè xanh và dung dịchCuSO4

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài

- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trìnhthực nghiệm

4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp chiết tách: phương pháp chưng ninh sử dụng dung môi là nước

- Phương pháp phân tích công cụ: phương pháp phổ hấp thụ phân tử ( UV-VIS),TEM, XRD, EDX

5 Bố cục đề tài

Nội dung đề tài được chia làm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NANO

1.1.1 Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano

a Khái niệm công nghệ nano

Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết

kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điềukhiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (1 nm = 10−9 m).[2] [15]

b Nguồn gốc công nghệ nano

Năm 1959, khái niệm về công nghệ nano được nhà vật lý người Mỹ RichardFeynman nhắc đến khi ông đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ

đi từ quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử Những năm 1980, nhờ sự ra đời củahàng loạt các thiết bị phân tích, trong đó có kính hiển vi đầu dò quét (SPM hay STM)

có khả năng quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, con người có thể quansát và hiểu rõ hơn về lĩnh vực nano Kính hiển vi lực nguyên tử (tiếng Anh: Atomicforce microscope, viết tắt là AFM) là một thiết bị quan sát cấu trúc vi mô bề mặt củavật rắn dựa trên nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử giữa một đầu mũi dònhọn với bề mặt của mẫu, có thể quan sát ở độ phân giải nanômét, được sáng chế bởiGerd Binnig, Calvin Quate và Christoph Gerber vào năm 1986.[13][14]

Hình 1.1 Sơ đồ giải thích cơ chế làm việc của kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)

Trong thập kỷ qua các sản phẩm của nền công nghiệp công nghệ nano đã nhanhchóng chiếm lĩnh thị trường, kể cả trong lĩnh vực bình thường

Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ Anh, Lord Sainsbury nói: "Công nghệ nano

có khả năng tiềm tàng rất lớn Nó có thể đem lại rất nhiều lợi ích trong rất nhiều lĩnh

vực khác nhau Tuy nhiên, chúng ta buộc phải xem xét chúng dưới một góc độ khác,góc độ đạo đức, sức khoẻ, sự an toàn và phản ứng xã hội.[16]

1.1.2 Vật liệu nano

a Khái niệm

Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấmmỏng, có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nanomet đến 100 nanomet Cụ thể lànhững tập hợp của các nguyên tử kim loại hay phi kim (được gọi là Cluster) hay phân

tử của các oxit, sunfua, nitrua, borua… có kích thước trong khoảng từ 1 đến 100 nm

Đó cũng có thể là những vật liệu xốp với đường kính mao quản nằm trong giới hạntương tự (zeolit, photphat, cacbonxylat kim loại…)

b Phân loại vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích cỡ nanomet Vềtrạng thái vật liệu có thể là rắn, lỏng, hoặc khí Hiện nay, chúng ta đang chủ yếu tậptrung nghiên cứu vật liệu nano ở trạng thái rắn, sau đó mới đến các chất lỏng và khí

Về hình dạng vật liệu nano có thể chia thành các loại:

-Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích cỡ nanomet) như đám nano,dung dịch keo nano, hạt nano…

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu có một chiều là kích thước nanomet, ví dụ

như màng mỏng.

- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều là kích thước nanomet Ví

dụ như dây nano, ống nano,…

Hính ảnh mô phỏng vật liệu nano thể hiện trong Hình 1.2

Hình 1.2 Mô phỏng vật liệu khối (3D), màng nano (2D), dây nano (1D) và hạt nano (OD)

- Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite chỉ có một phần của vật liệu cókích thước nano hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều và hai chiều đanxen lẫn nhau Cũng theo cách phân loại theo hình dáng của vật liệu, một số người đặttên số chiều bị giới hạn ở kích thước nano Nếu như thế thì hạt nano là vật liệu nano 3chiều, dây nano là vật liệu nano 2 chiều và màng mỏng là vật liệu nano 1 chiều.

Về tính chất vật liệu có thể phân loại như sau:

+ Vật liệu nano kim loại

+ Vật liệu nano bán dẫn

+ Vật liệu nano từ tính

+ Vật liệu nano sinh học

Nhiều khi người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp haikhái niệm nhỏ tạo ra các khái niệm mới Ví dụ, đối tượng của chúng ta sau đây là “hạtnano kim loại’’ trong đó “hạt’’ được phân loại theo hình dáng, “kim loại’’ được phânloại theo tính chất [11], [12]

c Phương pháp chế tạo vật liệu nano

Để chế tạo vật liệu nano có các phương pháp như:

+ Phóng điện hồ quang hay hồ quang plazma

+ Phương pháp hóa lý phủ từ pha hơi (CVD và PVD)

+ Phương pháp mạ điện

+ Phương pháp Sol - Gel

+ Phương pháp nghiền bi

+ Sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên

+ Phương pháp nguội nhanh

1.1.3 Ứng dụng của công nghệ nano

Công nghệ nano đang được đầu tư nghiên cứu đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh.Các ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano trong lĩnh vực này là:

Chẩn đoán: Sử dụng các hạt nano (hạt nano vàng, nano từ, chấm lượng tử…)

để đánh dấu các phân tử sinh học, vi sinh vật, phát hiện các chuỗi gen nhờ vào cơ chếbắt cặp bổ xung của DNA hoặc cơ chế bắt cặp kháng nguyên – kháng thể

Vận chuyển thuốc: Cung cấp thuốc cho từng tế bào cụ thể bằng cách sử dụng

các hạt nano nhằm tiết kiệm thuốc và tránh các tác dụng phụ

Mô kỹ thuật: Công nghệ nano có thể giúp cơ thể tái sản xuất hoặc sửa chữa các

mô bị hư hỏng bằng cách sử dụng “giàn” dựa trên vật liệu nano và các yếu tố tăngtrưởng

- Công nghệ nano cũng được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh xây dựng (sơnnano), trong chế biến thực phẩm (đóng gói bao bì thực phẩm)…

- Ở lĩnh vực may mặc, các hạt nano bạc có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôikhó chịu trong quần áo Ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫuquần

áo thể thao Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giảiquyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng giatăng Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân

mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi

- Nano trong xử lý môi trường, một số ứng dụng vật liệu nano để làm giảm ônhiễm môi trường đã đạt được hiệu quả tích cực Pha các hạt nano oxyt cesium vàomazut làm cho nhiệt độ đốt cháy các hạt bụi khói giảm xuống, do đó làm giảm ônhiễm lượng khí thải Các hạt bụi sắt nano có tính oxy hóa cao, khi bơm hạt sắt nanotrong một chất lỏng thích hợp xuống gần các hố chon rác thì khí các ạt này oxy hóa, nó

sẽ làm cho nhiều chất hữu cơ cùng tham gia quá trình oxy hóa và bị phân hủy vàkhông còn gây độc hoặc bị kìm giữ mà không bị khuếch tán lan trong nền đất

- Thực phẩm từ công nghệ nano, các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệmthay đổi các loại thực phẩm ở cấp độ nguyên tử và phân tử, khiến các loại thực phẩmnày thay đổi hương vị cũng như giàu dinh dưỡng hơn Điều này đồng nghĩa với việcchúng ta sẽ được thưởng thức những món ăn với hương vị vô cùng lạ mà giá trị dinhdưỡng vẫn cao nhờ công nghệ nano thực phẩm

Công nghệ nano cũng sẽ giúp lưu trữ thực phẩm được lâu hơn nhiều lần bằngcách tạo ra những vật liệu đựng thực phẩm có khả năng diệt khuẩn Chúng ta có thể

thấy nhiều loại tủ lạnh hiện nay được phủ một lớp nano bạc bên trong để tiêu diệt vikhuẩn Thậm chí một số loại hộp thực phẩm cao cấp hiện nay cũng được phủ một lớpbạc nano bên trong.

1.2 HẠT NANO ĐỒNG (I) OXIT

1.2.1 Giới thiệu về đồng kim loại

Đồng là nguyên tố hóa học trong Bảng hệ thống tuần hoàn có ký hiệu Cu và sốhiệu nguyên tử bằng 29 Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao Đồngnguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ Nó được sử dụng làmchất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiềukim loại khác nhau

Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý của đồng kim loại

Nhiệt độthăng hoa(KJ/mol)

Tỷkhối

Độ cứngthangmoxo

Độ dẫnđiện Hg

=1

Độ dẫnnhiệt Hg

=1

Đồng là kim loại kém hoạt động Ở nhiệt độ thuờng và trong không khí, đồngbịbao phủ một màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit Oxit này đã tạo nênbởi những phản ứng:

2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2

Cu(OH)2+ Cu → Cu2O + H2O

1.2.2 Tổng quan về đồng (I) oxit

Cu2O có dạng cấu trúc lập phương Tế bào tinh thể có dạng lập phương tâm khốivới nguyên tử oxi, còn các nguyên tử đồng sắp xếp vào 4 trong 8 hốc tứ diện của tế bạo.Khoảng cách giữa Cu-Cu là 3.02 Å và của O-O là 3.7 Å

Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể đồng (I) oxit

Cu2O là chất bán dẫn loại p, có năng lượng vùng cấm Eg= 2.14 eV (hấp thụphoton có bước sóng λ= 580 nm) Ở cấp độ nanomet, khi kích thước hạt giảm thì nănglượng vùng cấm tăng lên hiệu ứng kích thước – size effect) Do vậy, nano Cu2O có thểhấp thụ bước sóng λ< 580 nm (vùng khả kiến) Tính chất này làm cho Cu2O nổi trộihơn một số oxit khác trong các quá trình quang hóa Ví dụ Ti2O anatase có Eg= 3,2 eV,còn ZnO có Eg= 3,4 eV nên chỉ bị kích thích bởi bức xạ tử ngoại

1.2.4 Ứng dụng của đồng (I) oxit ở kích cỡ nano

Cu2O nano hiện đang thu hút sự quan tâm đáng kể trong các lĩnh vực của hailĩnh vực như là vật lý chất ngưng tụ và hóa học vật liệu và các ứng dụng tiềm năngtrong chuyển đổi năng lượng mặt trời và xúc tác

Do độ rộng vùng cấm thích hợp (1,9-2,2eV) và hệ số hấp thụ ánh sáng nhìnthấy tương đối cao nên Cu2O được sử dụng làm: chất xúc tác, chất biến khí, và đặc biệttrong chuyển đổi năng lượng mặt trời Cu2O thu hút được sự chú ý rất lớn bởi vì chiphí tương đối thấp và không độc hại với môi trường

Cu2O hình cầu rỗng có những ứng dụng tiềm năng trong phân phối thuốc mangchuẩn đoán y sinh và hình ảnh tế bào Vì vậy, Cu2O nano đã mở ra hướng ứng dụngquan trọng trong việc điều trị các bệnh cho con người

Khả năng xúc tác của Cu2O vô cùng ý nghĩa đối với cuộc sống: xúc tác cho quátrình oxi hóa CO,… đặc biệt là xúc tác quang cho quá trình xử lí môi trường Do Cu2O

là chất bán dẫn loại p với độ rộng vùng cấm 1,9-2,2 eV nên nó dễ dàng bị kích thíchbởi ánh sáng trong vùng nhìn thấy Mặc khác, Cu2O không độc hại cho môi trường, giáthành rẻ nên nó được sử dụng rộng rãi để xử lí phẩm nhuộm và các chất thải côngnghiệm vì chúng là các chất hữu cơ gây ô nhiễm và không dễ dàng bị phân hủy tựnhiên Ví dụ, Cu2O/chitosan có khả năng làm mất màu phẩm nhuộm X-3B từ nồng độ

50 mg/L xuống còn 1,545 mg/L-0,337 mg/L (phù hợp với tiêu chuẩn nước uống củaWHO) Đặc biệt, Cu2O là chất xúc tác quang rất tốt quá trình làm mất màu Alizarin red

S và Metyl da cam, Xanh metylen (những chất là thành phần chính của một số loạithuốc nhuộm công nghiệp thông dụng)

Cu2O nano là xúc tác cho quá trình tổng hợp sợi cacbon nano Ngày nay, lĩnhvực nghiên cứu sợi cacbon nano đang thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoahọc vì chúng có cấu trúc và tính chất vật lí, hóa học rất đặc biệt như: môđun đàn hồicao, có khả năng dự trữ một lượng lớn hydro, có khả năng hấp thụ điện từ… đã có một

số chất xúc tác để tổng hợp nano cacbon Gần đây, Cu2O nano bắt đầu được quan tâm

sử dụng để làm xúc tác cho phản ứng polime hóa tổng hợp sợi cacbon nano vì chúngkhông gây độc hại, giá thành rẻ, quá trình tổng hợp khá đơn giản và đặc biệt là phảnứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với khi dùng các chất xúc tác khác.Hình dạng và kích thước của hạt Cu2O nano cũng ảnh hưởng đến hình dạng và kíchthước cũng như độ xoắn của các sợi cacbon thu được

Ngày nay, Cu2O nano ở dạng lớp mỏng đang được thu hút sư quan tâm rấtnhiều các nhà khoa học trên thế giới do khả năng ứng dụng cao của nó trong côngnghệ chế tạo pin mặt trời

Để chọn lọc những tính chất nổi bật của từng loại vật liệu trong hầu hết cáctrường hợp, người ta thưởng phủ Cu2O lên các chất nền khác nhau như TiO2, SnO2,CeO2, SrTiO3 Graphit,… Ví dụ, màng Cu2O/TiO2 dã kết hợp được độ bền hóa học củaTiO2 và độ hấp thụ quang cao của Cu2O cũng như sự thích hợp về mặt sắp xếp cấu trúc

bề mặt để tạo nên cấu trúc dị hướng n-Cu2O/TiO2 hoặc màng Cu2O/CdO lại kết hợpđược độ hấp thụ quang cao của Cu2O và độ truyền quang lớn của CdO

Màng mỏng Cu2O không những được ứng dụng trong pin năng lượng mặt trời, mà nócòn có khả năng xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học khác nhau như: màng Cu2O/MgO

có khả năng xúc tác cho phản ứng dehidro hóa xuclohexanol để tạo thànhcyclohexanone- một loại hóa chất quan trong trong công nghiệp và y tế Trong phảnứng này hoạt tính của Cu2O/MgO tỏ ra hơn hẳn so với xúc tác Cu nano kim loại Tómlại, màng mỏng Cu2O là vật liệu đầy hứa hẹn cần được nghiên cứu kĩ trong thời giantới

Cu2O nano còn được sử dụng là âm cực pin liti, làm nguyên liệu cho công nghệsản xuất thủy tinh Thủy tinh chứa Cu2O nano có khả năng hấp thụ nhiệt độ cao nhưngvẫn cho phép ánh sáng truyền qua và có màu sắc đặc biệt Cu2O được ứng dụng làm bộcảm biến khí oxi màng mỏng, làm bột để gắn kết các vi mạch điện tử màng mỏng.

Người ta còn sử dụng Cu2O nano như là vật liệu có cấu trúc đẳng hướng, ứngdụng trong các thiết bị nano như thiết bị bán dẫn, loại vật liệu có đẳng hướng có kích

cỡ nano được biết đến là có nhiều tính chất vật lí đặc biệt và có ứng dụng lớn trong cácthiết bị quang điện với quá trình tiêu thụ năng lượng cực thấp

1.2.5 Các phương pháp tổng hợp đồng (I) oxit

Các hạt Cu2O đã được tổng hợp theo các phương pháp khác nhau: phương phápđiện phân, oxi hóa nhiệt, thủy nhiệt, phương pháp khử trong dung dịch muối đồng (II)hoặc oxit đồng trong dung dịch, phương pháp chiếu tia gamma, điện hóa, phương pháp

sử dụng chất hoạt động bề mặt, phương pháp kết tủa từ dung dịch quá bão hòa,phương pháp phún xạ áp suất cao, phương pháp CVD Tuy nhiên, công trình tổng hợp

Cu2O nano không nhiều Vì vậy, việc tổng hợp Cu2O nano và nghiên cứu đặc tính củachúng vẫn được quan tâm nhiều

a Tổng hợp Cu2O nano dạng bột

 Phương pháp tạo tủa trong dung dịch

Tác giả I.Prakash, P.Muralidharan đã điều chế được các sợi nano Cu2O cóđường kính khoảng 8 nm và chiều dài khoảng 10-20 nm bằng cách cho CuCl2.2H2O vàpolyetilenglycol vào trong nước và khuấy từ, sau một thời gian khoảng 10-15 phút thìnhỏ NaOH 6M và để tạo tủa Cu(OH)2 màu xanh Tiếp tục khuấy khoảng 10 phút nữarồi thêm từng giọt hidrazin, khi đó tủa xanh sẽ chuyển dần màu đỏ Kết tủa được lọc,rửa sạch bằng nước cất và làm khô trong chân không ở 60oC trong 3 h

 Các phương pháp khác

Bằng phương pháp chiếu tia γ vào dung dịch CuSO4 có chứa C12H25NaSO4,(CH3)2CHOH và đệm axetat, các tác giả điều chế được Cu2O có kích cỡ thay đổi từ 14-

50 nm tùy thuộc vào thành phần dung dịch đầu: kích thước hạt tăng khi nồng độ Cu2+

tăng và kích thước hạt phụ vào cường độ chiếu tia γ

b Tổng hợp Cu2O nano dạng màng mỏng

Có rất nhiều phương pháp để chế tạo màng mỏng Cu2O như: kết tủa điện hóa,tổng hợp tĩnh điện trên khuôn DNA, phún xạ điện từ, sol-gel, lắng đọng hóa học…Trong các phương pháp trên, phương pháp kết tủa điện hóa được sử dụng nhiều nhất.Trong phương pháp này, các quá trình được xảy ra trong bình điện phân, trong đó ởđiện cực catot xảy ra quá trình khử Cu2+ để tạo màng mỏng Cu2O Các yếu tố ảnhhưởng đến quá trình tạo màng là: mật độ dòng điện, pH môi trường, nhiệt độ bìnhphản ứng, thời gian phản ứng… Trong phương pháp phún xạ điện từ màng mỏng Cu2Ođược kết tủa trên đế bằng cách phun vào bia tia Cu tinh khiết hỗn hợp khí có khả năngoxi hóa (ví dụ hỗn hợp khí argon và oxi không khí) có năng lượng phun cao Vì thếmàng Cu2O tạo thành sẽ phụ thuộc vào thành phần và năng lượng của dòng khí phun.Ngoài ra, phương pháp lắng đọng hóa học cũng là một phương pháp được chú ý vì yêucầu về thiết bị và thao tác tiến hành phản ứng trong phương pháp này khá đơn giản.

Bằng phương pháp CVD có thể thu được các hạt Cu2O có kích thước rất khácnhau và sản phẩm thu được rất bền ở kích thước nano Tính chất quang, điện, cấu trúccủa Cu2O phụ thuộc vào kích cỡ hạt Phương pháp tổng hợp này thường được ứngdụng để tạo lớp Cu2O có kích thước nano bền và có tính chất quang điện rất tốt

Đồng (II) axetylaxetonat thường được chọn làm chất đầu để điều chế Cu2Onano theo phương pháp CVD vì nó có áp suất hơi và nhiệt độ phân hủy thích hợp.Theo phương pháp này, đầu tiên đồng (II) axetylaxetonat được thăng hoa trong dòngkhí mang Dòng hơi này được đi qua lò đốt có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phân hủyđồng (II) axetylaxetonat Nhiệt độ lò đốt, áp suất dòng hơi và thành phần khí mangquyết định thành phần và kích thước sản phẩm Cụ thể, ở 431,5oC chỉ tạo thành Cukim loại, ở nhiệt độ 705oC thì Cu kim loại được tạo thành nếu áp suất hơi lớn hơn 10

Pa và Cu2O được tạo nếu áp suất dưới 1 Pa, còn khi áp suất nằm khoảng 1-10 Pa thì sẽthu được hỗn hợp Cu và Cu2O

Hàm lượng của oxi trong khí mang cũng ảnh hưởng đến quá trình phân hủy.Khi tăng hàm lượng oxi và nhiệt độ sẽ làm quá trình oxi hóa phức tạp hơn và hàmlượng CuO và Cu2O tăng

Khi có mặt hơi nước trong dòng khí mang cũng làm tăng hàm lượng Cu2O vàtrong thành phần sản phẩm không có CuO Có thể giải thích sự tạo thành Cu2O theophản ứng giữa Cu2 với phân tử nước:

Cu2 + H2O  Cu2O + H2

Màng mỏng Cu2O cỡ 1-14 nm trong suốt, có tính chất quang phủ trên thủy tinhhoặc thạch anh được điều chế bằng kỹ thuật phún xạ trong khí trơ có áp suất cao ởnhiệt độ phòng

1.3 TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ XANH

1.3.1 Đặc điểm cây chè xanh

Cây chè xanh có tên khoa học là Camellia sinensis (L) (hay Thea sinensis L.)(1935 – Hội nghị Quốc tế về thực vật) Cây chè xanh được xếp trong phân loại thựcvật như sau:

- Hoa chè xanh: hoa của nó màu trắng, ánh vàng, đường kính từ 2,5 đến 4 cmvới 7 – 8 cánh hoa Hoa chè xanh bắt đầu nở khi cây chè đạt 2 – 3 tuổi, hoa chè xanhmọc từ chồi sinh thực ở nách lá.Cây chè xanh là một loài thực vật có hoa lưỡng tính,tràng hoa có 5 – 9 cánh

- Lá chè xanh: mọc cách nhau trên cành, mỗi đốt có một lá Hình dạng và kíchthước lá chè xanh thay đổi theo từng giống Lá của chúng thường dài từ 4 – 15 cm,rộng 2 – 2,5 cm nhọn gốc Lá non có sắc xanh lục nhạt Lá già chuyển sang màu lụcsẫm

Hình 1.4 Lá và hoa của cây chè xanh

- Quả chè xanh: quả chè xanh là loại quả có 1 – 4 hạt, có hình tròn, tam giáchoặc vuông Quả chè xanh thường mọc thành chùm ba, ban đầu có màu xanh của chồi.Khi tăng trưởng, quả chè xanh cứng dần và chuyển sang màu nâu, nứt ra

Trên thế giới hiện nay, các nhà khoa học chia cây chè thành 3 giống chính dựavào đặc điểm sinh thái và thực vật của cây chè:

- Chè xanh Trung Quốc: Camellia sinesis (L) Dựa vào kích thước lá, Sealyphân biệt chè Trung Quốc thành 2 loại: F Macrophylla (Sieb) Kitamura và F.Parvifolia (Miq)

- Chè Assan: Camellia assamica

- Chè Nam Indo: Camellia assamica

1.3.2 Phân bố, sinh học và sinh thái

Chè xanh thường được trồng trong các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới Chèxanh được trồng tại khu vực ẩm ướt, có đủ ánh sáng mặt trời Đa số chè xanh được sảnxuất tại các cao nguyên trên 1500 mét, nơi thực vật phát triển chậm Chè được trồngtại nhiều nước, ở nước ta chè được trồng và mọc tự nhiên tại các vùng đồi núi phía Bắcnhư Lạng Sơn, Thái Nguyên, Quảng Nam – Đà Nẵng cho tới Đắc Lắc, Lâm Đồng.Cây ưu tiên khí hậu ẩm đất chua và cần được che bóng ở mức độ nhất định để đảm bảohương thơm

1.3.3 Thành phần hóa học

Hàm lượng các chất trong lá chè tươi

Bảng 1.2 Hàm lượng các chất trong lá chè tươi

có chứa catechin có khả năng chống oxi hóa Ngoài ra trong chè còn có flavonol vàglycoside chiếm 1 – 2% chất khô Hàm lượng chất khô trong chè tươi từ 4 – 5 % vàtrong chè khô là 5 – 6%

1.3.4 Tác dụng dược lý - công dụng

Chè có tác dụng không nhỏ đối với sức khỏe con người Giúp điều trị bệnh timmạch, giúp tiêu hóa tốt, tăng cường sức đề kháng của cơ thể, chuyển hóa mỡ thànhnăng lượng và giải phóng năng lượng ra bên ngoài Trong nước chè xanh có chấtcatechin có tác dụng giảm nguy cơ gây ung thư, giảm kích thước khối u, tác dụngphóng xạ, giảm lượng đường trong máu và giảm cholesterol diệt khuẩn Vitamin Ctrong lá chè làm tăng sức đề kháng trong cơ thể Cafein và một số hợp chất ancaloitkhác có trong lá chè là những chất có khả năng kích thích hệ thần kinh trung ương,kích thích vỏ đại não làm cho thần kinh minh mẫn, tăng cường sự hoạt động của các

cơ trong cơ thể, nâng cao năng lực làm việc Hỗn hợp tanin chè có khả năng giải khát,chữa một số bệnh đường ruột như tả, lỵ, thương hàn Theo xác nhận của M.N.Zaprometop thì hiện nay chưa tìm được chất nào lại có tác dụng làm vững chắc cácmao mạch tốt như catechin của cây chè Chè còn có chứa nhiều loại vitamin nhưvitamin A, B1, B2, B6, vitamin PP và nhiều nhất là vitamin C Một giá trị đặc biệt của

lá chè là chống phóng xạ, điều này đã được các nhà khoa học Nhật Bản thông báo quaviệc chứng minh chè xanh có tác dụng chống được chất Stronti (Sr) 90 là một đồng vịphóng xạ nguy hiểm

Chè xanh có giá trị sử dụng và là hàng hóa có giá trị kinh tế cao, chè xanh làmột sản phẩm xuất khẩu có giá trị trên thị trường thế giới Chè xanh là một cây có hiệulực khai thác vùng đất đai rộng lớn của trung du, miền núi, phủ xanh đất trống, đồi núitrọc, bảo vệ môi trường sinh thái

1.4 TỔNG QUAN VỀ ALIZARIN RED S

- Tên gọi khác: Mordant Red 3; Sodium alizarinesulfonate; Alizarine,

- Danh pháp IUPAC: sodium 3,4-dihydroxy-9,10-dioxoanthracene-2-sulfonate

- Công thức phân tử: C14H7NaO7S (M = 342,26 g/mol)

- Công thức cấu tạo:

Ở nhiệt độ phòng, Alizarin red S tồn tại ở dạng rắn không mùi, màu đỏ ánh tím.Tinh thể Alizarin red S khó tan trong nước lạnh, khi đun nóng thì tan dễ hơn, khi hòatan vào nước tạo dung dịch có màu hồng ánh tím Alizarin red S tan nhiều trong n-hexan và cloroform Dung dịch Alizarin red S có khả năng thay đổi màu sắc tùy thuộcvào độ pH của dung dịch, do đó nó được sử dụng làm chất chỉ thị pH Alizarin red S làmột hợp chất bền, khó phân hủy hoàn toàn Alizarin red S là một muối axit, tan trongnước tồn tại ở dạng anion, hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, cực đại hấp thụ tạibước sóng 423 nm Với liều lượng thích hợp, Alizarin red S được sử dụng để nhuộm

chất hoạt dịch nhằm đánh giá các tinh thể canxi photphat Alizarin red S cũng đã được

sử dụng trong các nghiên cứu liên quan đến sự phát triển xương, loãng xương, lắngđọng canxi trong hệ thống mạch máu, tín hiệu tế bào, biểu hiện gen, kỹ thuật mô và tếbào gốc Trong địa chất, nó được sử dụng để tìm ra các khoáng chất canxi cacbonat,canxit và aragonit Alizarin red S cũng là một loại thuốc nhuộm được sử dụng khá phổbiến trong công nghiệp dệt nhuộm và với lượng lớn Alizarin red S được thải ra từ cácnhà máy dệt nhuộm lại gây nguy hại đến sự sinh tồn của các động thực vật trong nước

và đời sống con người Ngộ độc Alizarin red S cũng rất nguy hiểm Trong nghiên cứunày, Alizarin red S được chọn như một hợp chất gây ô nhiễm nguồn nước để khảo sátkhả năng quang xúc tác của vật liệu nano đồng (I) oxit

Độc tính của Alizarin red

Khi tiếp xúc rực tiếp với da và mắt có thể gây ra các triệu chứng và thương tổnsau [17]:

Gây kích ứng da

Gây kích ứng mắt nghiêm trọng

Có thể gây kích ứng đường hô hấp

Các triệu chứng / thương tích sau khi nuốt phải : Buồn nôn, nôn mửa

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT

2.1.1 Nguyên liệu

Lá chè xanh sử dụng được thu hái tại Đông Giang, Quảng Nam

Cách lấy mẫu: lá chè tươi không bị hư, thối, không bị sâu rầy, làm sạch lá và cắtnhỏ

Hình 2.1 Lá chè tươi trước và sau khi xử lý

2.1.2 Dụng cụ và hóa chất

− Bếp cách thủy, cốc thủy tinh dung tích 50 mL, 100 mL, 250 mL, bình tam giác 250

mL, pipet các loại, ống đong 100 mL, nhiệt kế, giấy lọc, lọ chứa mẫu thủy tinh

− Cân phân tích, tủ sấy, máy khuấy từ điều nhiệt, máy li tâm

− Máy đo quang phổ hấp thụ UV-VIS, máy đo pH, máy đo TEM, XRD

Danh sách xác thiết bị sử dụng trong quá trình nghiên cứu được liệt kê ở Bảng2.1

Bảng 2.1 Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu

Tên dụng cụ

Máy UV-VIS

Cân phân tích Adventurer Ohaus Mỹ

Máy ly tâm

điện Jiangsu Zhengji

TrungQuốc

Máy đo XRD XPanalytical Hà Lan

Máy đo EDX D8 Advance - Bruker Đức