Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng

Tăng cường mối quan tâm đến vấn đề môi trường, trong đề tài này, chúng tôi hướng đến phương pháp tổng hợp hạt nano bạc bằng cách sử dụng các chất chiết xuất từ thực vật.. Tính đến nay, đ

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ TỰ HẢI

Phản biện 1: TS Trần Mạnh Lục

Phản biện 2: PGS TS Lê Thị Liên Thanh

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng

5 năm 2013

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin- Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Từ lâu loài người đã biết đến tác dụng sát khuẩn mạnh của bạc, những chén bát, thìa nĩa, nồi niêu của người La Mã cổ, của các vua chúa phong kiến, đã chứng minh điều đó Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, người ta thậm chí còn sử dụng các sản phẩm từ bạc để điều trị nhiễm trùng trước khi thuốc kháng sinh ra đời Tuy nhiên, tác dụng này của bạc không được ứng dụng rộng rãi do giá thành cao Những năm gần đây, công nghệ nano ra đời, con người đã chế tạo được bạc ở kích thước nano, và ứng dụng của bạc cũng được đưa lên một tầm cao mới Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano (từ 1 đến 100 nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với bạc dạng khối, như vậy 1 gam bạc nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm mét vuông chất nền [23] Điều này sẽ giúp cho khối lượng bạc sử dụng trong các sản phẩm sẽ giảm rất mạnh, nên tỷ trọng của bạc trong giá thành trở nên không đáng kể Sở dĩ nano bạc được nghiên cứu ứng dụng vào việc kháng khuẩn vì bạc có tính kháng khuẩn mạnh và không gây tác dụng phụ, không gây độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt khuẩn (khoảng nồng độ nhỏ hơn 100 ppm), không gây ô nhiễm môi trường Chính vì vậy, giới khoa học đang đầu tư nghiên cứu tổng hợp nano bạc để phục vụ cho các ứng dụng trong y học, nhất là khi hiện tượng vi khuẩn kháng kháng sinh ngày càng phổ biến như ngày nay

Bằng cách nào mà chúng lại có thể diệt được vi khuẩn? Cho tới nay, cơ chế kháng vi sinh vật của nano bạc thực sự vẫn chưa được hiểu biết rõ ràng Tuy nhiên các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tất cả vi khuẩn sử dụng enzyme như một lớp “phổi hóa học” để chuyển hóa oxy Các ion bạc phân hủy enzyme và ngăn chặn quá trình hút oxy

Tác động này làm chết tất cả các vi khuẩn, tiêu diệt chúng trong vòng vài phút Ngoài ra, các hạt bạc có kích thước nhỏ chui vào trong tế bào, kết hợp với các enzyme hay DNA có chứa nhóm sunfua hoặc phosphate gây bất hoạt enzyme hay DNA dẫn đến gây chết tế bào Điều chế bạc nano có rất nhiều phương pháp khác nhau, nhưng phương pháp hóa học được xem là rẻ tiền và ít rủi ro nhất Tăng cường mối quan tâm đến vấn đề môi trường, trong đề tài này, chúng tôi hướng đến phương pháp tổng hợp hạt nano bạc bằng cách sử dụng các chất chiết xuất từ thực vật Quá trình điều chế hạt nano là lành tính, không sử dụng bất kỳ hóa chất độc hại nào

Cây bàng – tên khoa học là Terminalia catappa L, thuộc họ Bàng Combretaceae Trên thế giới việc nghiên cứu cây bàng đã dần được chú trọng Tính đến nay, đã có hàng trăm công trình nghiên cứu về cây bàng bao gồm các lĩnh vực chiết tách, xác định thành phần hóa học các hợp chất hữu cơ, ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và công nghệ dược phẩm Cây bàng được biết đến từ lâu bởi các giá trị điều trị của nó và đã được nghiên cứu nhiều như chống ung thư, điều trị lão hóa da, kích ứng, tăng sắc tố và dị ứng, và hen phế quản ở trẻ em, giảm đau chống viêm, và chúng có hoạt tính kháng khuẩn chống lại loài corynebacteria, tụ cầu, liên cầu khuẩn,

vi khuẩn ruột, Escherichia, Salmonela và Shigela

Ở Việt Nam, cây bàng dễ trồng, phát triển tốt và có mặt ở hầu hết các địa bàn trong cả nước Người dân từ xưa đã dùng lá bàng để chữa cảm sốt, làm ra mồ hôi, chữa tê thấp và lỵ Dùng búp lá non phơi khô, tán bột rắc trị ghẻ, và sắc đặc ngậm trị sâu răng Bên cạnh đó, dùng vỏ thân bàng dạng thuốc sắc uống trị lỵ và tiêu chảy, rửa vết loét, vết thương Đặc biệt, nhựa lá non trộn với dầu hạt bông và nấu chín là một thứ thuốc để chữa bệnh hủi Hạt nấu chín uống dùng để chữa đi

cầu ra máu [3] Đây là những vấn đề rất đáng được quan tâm nghiên cứu nhằm góp phần quy hoạch, khai thác, chế biến và ứng dụng các sản phẩm của cây bàng một cách có hiệu quả, khoa học hơn

Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu với nội

dung "Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat

bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá Bàng"

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết nước lá

bàng

- Đưa ra phương pháp tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Lá bàng (Leaves of Terminalia catappa L) thu hái tại thành phố

Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

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 trình thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp chiết tách

- Phương pháp xác định các thông số hóa lý

- Phương pháp phân tích công cụ: phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis), phương pháp phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR), phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

- Phương pháp đo TEM, EDX, XRD

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu này giúp hiểu biết rõ hơn về phương pháp điều chế hạt nano bạc bằng phương pháp hóa học, lành tính, ít độc hại

- Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có rất nhiều ở nước ta là lá bàng, để tổng hợp hạt nano bạc

6 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu (4 trang), kết luận và kiến nghị (2 trang) và 38 tài liệu tham khảo, luận văn gồm có 5 bảng, 34 hình và 3 chương như sau:

Chương 1 – Tổng quan (22 trang)

Chương 2 – Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu (16 trang) Chương 3 – Kết quả và thảo luận (26 trang)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO

1.1.1 Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano

1.1.2 Vật liệu nano

1.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ nano

1.1.4 Ứng dụng của vật liệu nano

1.1.5 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano

a Phương pháp đi từ trên xuống (top-down)

b Phương pháp đi từ dưới lên (bottom-up)

1.2 HẠT NANO BẠC

1.2.1 Giới thiệu về bạc kim loại

1.2.2 Đặc tính kháng khuẩn của bạc

1.2.3 Giới thiệu về hạt nano bạc

1.2.4 Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc

2.1.1 Nguyên liệu

Lá bàng tươi, thu hái tại thành phố Đà Nẵng

Cách lấy mẫu: Hái lá bàng tươi, xanh, không bị sâu mọt, không

2.2.3 Xác định hàm lượng kim loại

2.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ BÀNG

2.3.1 Khảo sát thời gian chiết

2.3.2 Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng

2.4 ĐỊNH TÍNH MỘT SỐ NHÓM CHẤT CHÍNH TRONG DỊCH CHIẾT LÁ BÀNG

2.4.1 Xác định định tính các nhóm hợp chất có trong lá bàng

a Định tính nhóm chất tanin

b Định tính nhóm chất flavonoid

c Định tính nhóm chất saponin

d Định tính nhóm chất alkaloid

2.4.2 Đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR)

2.5 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH TẠO NANO BẠC

2.5.1 Khảo sát nồng độ dung dịch bạc nitrat

2.5.2 Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết

2.5.3 Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc

2.5.4 Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc

2.5.5 Khảo sát thời gian tạo nano bạc

2.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO BẠC

2.6.1 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

2.6.2 Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS)

2.6.3 Phổ tán sắc năng lượng tia X (XRD)

2.6.4 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

2.7 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM

Toàn bộ quy trình thực nghiệm nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng

được thể hiện ở hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình thực nghiệm

Khảo sát thời gian tạo nano bạc

Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc

Tổng hợp hạt nano bạc

Định danh thành phần hóa học

Dịch chiết tối ưu

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÍ

3.1.1 Xác định độ ẩm

Độ ẩm trung bình trong mẫu lá bàng tươi là 72,302 % Với độ ẩm

này, chúng tôi không bảo quản nguyên liệu trong thời gian dài mà thu hái và xử lý mẫu trong từng buổi thí nghiệm

3.1.2 Xác định hàm lượng tro

Hàm lượng tro trung bình trong mẫu lá bàng là rất thấp, chiếm

3,19 % khối lượng lá

3.1.3 Khảo sát hàm lượng kim loại

Kết quả đo được trình bày ở bảng 3.3

Bảng 3.3 Kết quả xác định hàm lượng kim loại trong lá bàng

TT

Tên chỉ tiêu

Phương pháp

Đơn

vị tính

Kết quả thử nghiệm

Quyết định

số 867/1998/ QĐ-BYT (mg/kg)

 Nhận xét: Thành phần kim loại có trong lá bàng thấp Kết quả

so sánh với Quyết định số 867/1998/QĐ-BYT của Bộ Y Tế ngày 4 tháng 4 năm 1998 (về việc ban hành Danh mục Tiêu chuẩn vệ sinh đối với lương thực, thực phẩm) thì các hàm lượng kim loại nặng nằm trong khoảng cho phép

3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ BÀNG

3.2.1 Khảo sát theo thời gian chiết

Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá bàng tối

ưu (tức dịch chiết có khả năng tạo nano bạc tốt nhất) vào thời gian chiết, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau:

- Tỉ lệ rắn/lỏng: 15,00 g lá bàng /200 ml nước cất

- Thời gian tạo nano bạc: 30 phút

- Nhiệt độ tạo nano bạc: nhiệt độ phòng

- Nồng độ dung dịch AgNO3: 0,5 mM

- Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch AgNO3 = 2 ml/30 ml

- Môi trường pH = 4,9 (pH đo được của dung dịch mẫu)

*Cách tiến hành: Cân 15,00 g mẫu lá bàng, chưng ninh với 200

ml nước cất, trong khoảng thời gian t phút Lọc lấy dịch chiết Lấy 2

ml dịch chiết nhỏ vào bình tam giác chứa sẵn 30 ml dung dịch AgNO3, lắc đều, để thời gian tạo nano bạc trong 30 phút Sau đó đem dung dịch chứa hạt nano bạc vừa tạo ra pha loãng 10 lần rồi đo UV-Vis Chọn thời gian tối ưu ứng với giá trị mật độ quang cao nhất Đối với thông số thời gian chiết, các giá trị biến thiên: t = 5 phút,

10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút

Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá bàng tối ưu vào thời gian chiết được biểu diễn ở hình 3.1

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết

đến quá trình tạo nano bạc

độ quang tăng lên và đạt kết quả cao nhất sau 10 phút (Amax = 0,1075) Nếu tiếp tục tăng thời gian chiết thì mật độ quang giảm Có thể giải thích ở thời gian chiết là 10 phút đã tạo ra lượng chất khử thích hợp để khử lượng ion bạc lớn nhất thành bạc nano Khi tăng thời gian chiết có thể đã tách ra các chất không có lợi cho quá trình tạo nano bạc Vì vậy

chúng tôi chọn thời gian chiết thích hợp là 10 phút

3.2.2 Khảo sát theo tỉ lệ rắn/lỏng

Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau:

- Thời gian chiết: 10 phút

- Thời gian tạo nano bạc: 30 phút

- Nhiệt độ tạo nano bạc: nhiệt độ phòng

Thời gian t (phút)

0,08 0,085 0,09 0,095 0,1 0,105 0,11

Mật độ

quang

A

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến quá trình

tạo nano bạc

10g/200 ml thì mật độ quang đo được là cao nhất (Amax = 0,1215), nghĩa là lượng nano bạc tạo thành là tốt nhất và nếu tiếp tục tăng khối lượng mẫu lá bàng thì giá trị mật độ quang giảm Có thể giải thích như sau: khi khối lượng mẫu lá bàng vượt quá 10 gam thì các chất chiết ra nhiều đã làm các hạt nano bạc tạo ra nhanh, dễ keo tụ lại, hạt tạo thành

có kích thước lớn gây giảm mật độ quang Vì vậy, tỉ lệ rắn lỏng thích

hợp là khoảng 10g/200ml

3.3 KẾT QUẢ ĐỊNH TÍNH MỘT SỐ NHÓM CHẤT CHÍNH TRONG DỊCH CHIẾT LÁ BÀNG

Tiến hành chưng ninh mẫu lá bàng với các thông số cố định:

- Thời gian chiết: 10 phút

- Tỉ lệ rắn/lỏng: 10,00 gam mẫu lá bàng /200ml nước cất

Lọc lấy dịch chiết, tiến hành định danh thành phần hóa học trong dịch chiết lá bàng

3.3.1 Xác định định tính các nhóm hợp chất trong lá bàng

a Định tính nhóm chất tanin

* Cách tiến hành: Chuẩn bị 3 ống nghiệm sạch

- Ống nghiệm : lấy 2 ml dịch chiết, thêm 2 giọt dung dịch FeCl

Khối lượng lá bàng (gam)

Mật độ

quang

A

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

5 10 15 20

- Ống nghiệm 2: lấy 2 ml dịch chiết, thêm 2 giọt dung dịch chì axetat Pb(CH3COO)2 10%

- Ống nghiệm 3: lấy 10 ml dịch chiết, thêm 2 ml fomon và 1 ml HCl đậm đặc Nếu thấy xuất hiện kết tủa thì lọc bỏ kết tủa, thêm vào dịch lọc natri axetat dư, rồi thêm 2 giọt dung dịch FeCl3

* Kết quả:

- Ống nghiệm 1: xuất hiện tủa màu xanh đen Như vậy dịch chiết có thể chứa nhóm chất tanin hoặc flavonoid hoặc cả hai, vì nhóm chất flavonoid cũng có phản ứng với dung dịch muối sắt

- Ống nghiệm 2: xuất hiện kết tủa bông

- Ống nghiệm 3: không thấy xuất hiện kết tủa

Như vậy qua 3 thí nghiệm có thể kết luận: dịch chiết lá bàng chứa nhóm chất tanin thủy phân

- Ống nghiệm: dung dịch chuyển từ màu vàng sang đỏ

- Vết dịch chiết có màu vàng đậm hơn

Như vậy, qua 2 thí nghiệm, có thể kết luận trong dịch chiết lá bàng có nhóm chất flavonoid

c Định tính nhóm chất saponin

* Cách tiến hành: chuẩn bị 2 ống nghiệm sạch

- Ống nghiệm 1: lấy ống nghiệm 3 ml dịch chiết, lắc mạnh trong

2 phút Để yên và quan sát hiện tượng tạo bọt

- Ống nghiệm 2: lấy 2 ml dịch chiết, nhỏ thêm 3 giọt H2SO4 đặc

* Kết quả:

- Ống nghiệm 1: dịch chiết tạo bọt và cột bọt cao, khá bền vững trong 14 phút, sơ bộ có thể kết luận trong dịch chiết lá bàng có chứa saponin

- Ống nghiệm 2: xuất hiện màu đỏ-tím Như vậy, trong dịch chiết lá bàng có chứa saponin

3.3.2 Đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR)

Tiến hành cô dịch chiết trong máy cô quay chân không Phần cao lá bàng thu được sau khi cô, đem đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier FTIR tại Trung tâm phân tích Hải quan Đà Nẵng (hình 3.4)

Hình 3.4 Phổ FTIR của dịch chiết lá bàng

 Nhận xét: Từ phổ FTIR ta thấy xuất hiện:

Pic: 1640 cm-1 : dao động hóa trị nhóm cacbonyl C=O

Pic: 667 cm-1: dao động biến dạng C-H của vòng thơm

Pic: 3459 cm-1: dao động hoá trị nhóm OH

Pic: 1083 cm-1: dao động hóa trị của C-O trong nhóm -C-OH Pic: 1383 cm-1: dao động biến dạng nhóm OH

Như vậy dịch chiết lá bàng có chứa các nhóm chức hydroxyl –

OH, vòng thơm, nhóm cacbonyl (C=O) phù hợp với kết quả định tính:

trong dịch chiết lá bàng có các nhóm chất saponin, tanin, flavonoid 3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO BẠC

3.4.1 Khảo sát nồng độ dung dịch bạc nitrat

Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số như sau:

- Thời gian tạo nano bạc: 30 phút

- Nhiệt độ tạo nano bạc: nhiệt độ phòng

- Tỉ lệ thể tích dịch chiết / dung dịch AgNO3 : 2 ml / 30 ml

- Môi trường pH = 4,9

- Nồng độ dung dịch AgNO3: C = 0,5mM, 1mM, 2mM, 3mM, 4mM, 5mM

Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano bạc vào nồng độ dung dịch AgNO3 được biểu diễn ở hình 3.6