Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
4 Hạt nano kim loại

4 Hạt nano kim loại

Tải bản đầy đủ - 0trang

9



Hình 1. 2: Chiếc cốc Lycurgus được trưng bày ở bảo tàng Anh 2

1.4.2 Tính chất hạt nano kim loại

 Tính chất quang

Tính chất quang học của các hạt nano đã xuất hiện trong các sản phẩm của

con nguời từ thời cổ đại. Các hiện tượng này bắt nguồn từ hiện tượng cộng hưởng

Plasmon bề mặt. Vì bản chất của kim loại có nhiều điện tử tự do cho nên plasmon

bề mặt là sự dao động của điện tử tự do trên bề mặt các hạt nano dưới tác dụng của

điện từ trường bên ngồi như ánh sáng. Nếu kích thước của hạt nano kim loại nhỏ

hơn so với bước sóng của ánh sáng tới thì hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt

xảy ra. Màu sắc của các hạt nano phụ thuộc rất nhiều vào kích thước, hình dạng và

mơi trường xung quanh của chúng [5].

 Tính dẫn điện

Các kim loại có khả năng dẫn điện rất tốt và điện trở của kim loại nhỏ là nhờ

vào mật độ điện tử tự do cao ở trong vùng dẫn [5].

 Tính chất nhiệt

Khi kích thước của hạt nano giảm thì nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm [5].



 Tính chất từ

2 https://www.amusingplanet.com/2016/12/lycurgus-cup-piece-of-ancient-roman.html



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



10



Do sự bù trừ cặp điện tử mà các kim loại q (Au, Ag,...) có tính nghịch từ ở

trạng thái khối. Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ sẽ khơng tồn diện nữa,

vì vậy vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái

khối (các kim loại chuyển tiếp Fe, Co, Ni) thì khi kích thước nhỏ sẽ phá 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 khơng có từ tính khi từ trường bị ngắt

đi [5].

1.5



Hạt nano bạc



1.5.1



Sơ lược về kim loại bạc



Đây là một trong những kim loại nổi tiếng và xuất hiện thường xuyên trong

cuộc sống hàng ngày. Bạc được dùng làm đồ trang sức, đồ bạc, huy chương, đúc

tiền hoặc dùng trong sản xuất gương và có thể mạ trên thủy tinh. Ngồi ra, bạc còn

là một phụ gia hợp kim quan trọng. Nó được sử dụng trong chế tạo răng giả, làm

chất hàn và điều chế hợp kim.

Một số tính chất vật lý của bạc như:

 Bạc là một kim loại chuyển tiếp màu trắng, có ánh kim, mềm, dẻo, dễ kéo sợi

và dát mỏng. Bạc nguyên chất có độ dẫn nhiệt và dẫn điện cao nhất trong số















các kim loại.

Ký hiệu: Ag

Khối lượng phân tử: 107,87 g/mol

Khối lượng riêng: 10,5 g/cm3.

Nhiệt độ nóng chảy: 961,78 oC.

Nhiệt độ sơi: 2210 oC.

Bạc ngun chất trên thị thường có độ tinh khiết tối thiểu 99,9 % và có thể

lên đến 99,999 % [9].



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



11



1.5.2



Tính chất và ứng dụng của nano bạc



Nano bạc là một loại hạt nano kim loại, bao gồm các hạt có kích thước nano

từ 1-100 nm. Nano bạc thường ở dưới dạng dung dịch keo, người ta thường chọn

polymer là vật liệu ưu tiên bởi cấu trúc linh hoạt của chúng với các nhóm chức thích

hợp trên chuỗi polymer dài cho phép kết hợp và cố định các hạt nano được tạo

thành. Nano bạc mang đầy đủ các tính chất của bạc khối như tính quang học, dẫn

điện, dẫn nhiệt, khả năng xúc tác và kháng khuẩn [10], [11].

Bạc ở kích thước nano là vật liệu có các tính chất quang học. Nhờ hiện tượng

cộng hưởng plasmon bề mặt, nano bạc có thể hấp phụ ánh sáng ở một bước sóng

đặc trưng. Tính chất quang học của nano bạc được áp dụng để chế tạo các bộ phận

cảm biến, thiết bị quang học, lọc quang học trong các thiết bị chuẩn đốn phân tử.

Ngồi ra, nhờ vào khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, nano bạc còn được tích hợp

vào các sản phẩm như pin quang điện, mực dẫn điện, các sản phẩm điện tử, các chi

tiết cần độ dẫn điện cao [12], [13].

Khả năng diệt khuẩn của nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong y học và

cuộc sống hàng ngày của con người. Nano bạc được dùng để băng bó vết thương,

sát trùng dụng cụ y khoa, cảm biến sinh học, sản xuất đồ gia dụng và cá nhân như

bình nước, bình sữa, máy giặt, bàn phím,... Các hạt nano bạc có khả năng diệt

khuẩn tốt chống lại 650 loại vi khuẩn, nấm, thậm chí là virus. Bạc có khả năng phá

hủy enzym vận chuyển chất dinh dưỡng của tế bào vi khuẩn, làm yếu màng, thành

tế bào và tế bào chất, làm rối loạn quá trình trao đổi chất và dẫn đến vi khuẩn bị tiêu

diệt [11].

1.5.3



Phương pháp tổng hợp nano bạc



Nano bạc có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau tuỳ theo

mục đích và yêu cầu sử dụng. Các phương pháp tổng hợp nano bạc thường chia làm

hai nhóm chính: phương pháp vật lý và phương pháp hoá học.



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



12



 Phương pháp vật lý

Trong các phương pháp vật lý, các hạt nano bạc được tổng hợp bằng phương

pháp ngưng tụ - bay hơi, nó được thực hiện bằng cách sử dụng lò nung ở áp suất khí

quyển. Một số nghiên cứu đã sử dụng tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ (tia

UV, tia laser, tia gamma) để khử ion bạc tạo thành nano bạc. Ưu điểm của phương

pháp này đơn giản hơn phương pháp hoá học, tuy nhiên năng suất thấp, tiêu thụ

năng lượng cao, ô nhiễm dung môi và thiết bị đắt tiền [5], [14].

 Phương pháp hoá học

Đây là phương pháp truyền thống và được ứng dụng nhiều nhất trong tổng

hợp nano bạc. Trong các phương pháp hoá học, phương pháp khử hoá học được sử

dụng nhiều nhất trong nghiên cứu và thực tế. Phương pháp khử hoá học là dùng các

tác nhân hoá học để khử ion bạc tạo kim loại bạc, sau đó chúng kết tụ lại với nhau

tạo thành nano bạc. Các tác nhân khử thường được sử dụng như Natri Borohydride

(NaBH4), Sodium Citrate, Acid Ascorbic, Hydrazine,... Việc lựa chọn hoá chất phù

hợp tuỳ thuộc vào tính kinh tế, u cầu q trình điều chế và chất lượng hạt nano

[5].

Nhìn chung hai phương pháp trên vẫn có những hạn chế lớn, bao gồm độc

tính từ các tác chất sử dụng cũng như khó khăn trong việc loại bỏ các tác chất trên,

đắt tiền, không thân thiện với môi trường. Nhằm tránh hoặc giảm ảnh hưởng của

các tác chất độc hại, phương pháp sinh học đã nổi lên như một lựa chọn khả thi

trong việc điều chế nano bạc. Sự tổng hợp qua trung gian sinh học của các hạt nano

gần đây đã được giới khoa học chứng minh là đơn giản, hiệu quả về kinh tế, tương

thích sinh học và thân thiện với mơi trường. Các nhà nghiên cứu đã chú ý việc tổng

hợp nano bạc với năng suất cao bằng cách sử dụng các hệ thống sinh học như vi

khuẩn, nấm, chiết xuất từ thực vật. Trong số các phương pháp hoá học xanh,

phương pháp tổng hợp các hạt nano từ chiết xuất thực vật đang ngày càng cho thấy



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



13



nhiều tiềm năng và ưu thế do các tác chất có giá thành thấp, quy trình sử dụng đơn

giản và thân thiện với môi trường [14], [15].

 Phương pháp tổng hợp nano kim loại trên hệ chất mang

Do có tính ứng dụng rộng rãi mà các vật liệu kim loại phân tán trên chất mang

thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Các

nghiên cứu chế tạo kim loại kích thước nano trên chất mang đã thu được những

thành tựu hết sức ấn tượng, chẳng hạn tạo ra vật liệu có kích thước đồng đều cỡ

nanomet, có trạng thái phân tán cao trên chất mang, đảm bảo phóng thích bền vững

và tạo ra sự ổn định của Ag. Vì thế, các nghiên cứu này đã và đang được ứng dụng

trong nhiều lĩnh vực khoa học [12].

Để tăng tính hiệu quả của q trình tổng hợp và giải quyết vấn đề kết tụ

nhanh của các hạt nano bạc theo thời gian, phương pháp thông thường nhất là sử

dụng các chất ổn định bao bên ngoài hạt nano bạc nhằm tránh sự tiếp xúc giữa các

hạt nano bạc và tránh sự liên kết các hạt nano bạc lại với nhau. Chất ổn định thường

dùng gồm các loại polymer như polymer nhân tạo (PVA,PVP,…), polymer tự nhiên

(Chitosan). Polyme là vật liệu làm chất mang được sử dụng ưu tiên vì cấu trúc linh

hoạt của chúng với các nhóm chức thích hợp trên các chuỗi polyme cho phép kết

hợp và cố định các hạt nano tạo thành các nanocomposite. Việc kết hợp của các hạt

nano bạc cùng với các polyme hoà tan trong nước sẽ tạo ra các kháng sinh mới. Dựa

trên điều này, các polyme tự nhiên khác nhau (tinh bột, gelatin, sodium alginate,

carboxy methyl cellulose,…) được sử dụng để chế tạo vật liệu nano bạc polyme

tương thích sinh học [11], [16].

.



Những hạt nano kim loại trên chất mang có hoạt tính xúc tác cao hơn rất



nhiều so với các xúc tác cũng được chế tạo từ kim loại đó nhưng khơng ở trạng thái

phân tán cao trên chất mang. Bởi vì số lượng của các nguyên tử kim loại phân tán

trên chất mang tăng lên nhiều lần và chúng phân tán trên bề mặt chất mang đồng

đều hơn nhiều so với các xúc tác ở kích thước khác [12].



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



14



Vì vậy trong bài khố luận này, chúng tơi hướng đến tổng hợp xanh AgNPs

trên hệ chất mang Alpha Cyclodextrin/Alginate bằng cách sử dụng dịch chiết củ

ngưu bàng (tên khoa học là Arctium lappa Linn).

1.6



Nghiên cứu ứng dụng xúc tác của nano bạc



Các hạt nano kim loại đã thu hút được sự chú ý của các nhà nghiên cứu trong

thập kỷ qua nhờ tính chất độc đáo của chúng và vì thế chúng được ứng dụng rộng

rãi trong việc sử dụng làm chất xúc tác [17], [18], [19].

1.6.1



Giới thiệu về 4-Nitrophenol



4-Nitrophenol còn được gọi là para nitrophenol hoặc 4-hydroxynitrobenzene,

có cơng thức phân tử C6H5NO3. Đây là một hợp chất phenolic có nhóm nitro đặt ở

vị trí đối diện của nhóm hydroxyl trên vòng benzen.



Hình 1. 3 Công thức cấu tạo của 4-Nitrophenol

4-Nitrophenol là hợp chất nitro thơm được sử dụng rộng rãi trong sản xuất

thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, thuốc diệt nấm và do đó có sự hiện diện

của chúng trong nước thải cơng nghiệp, đất, khơng khí. Theo Cơ quan Bảo vệ Môi

trường Hoa kỳ (United States Environmental Protection Agency, viết tắt là EPA),

đây là chất gây ô nhiễm nguy hiểm cho sức khoẻ con người. Vì tính ổn định cao

trong môi trường và không bị phân hủy sinh học nên việc phân hủy nó đang là mối

quan tâm lớn [20].



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



15



4-Nitrophenol là một hợp chất độc hại vì có thể làm tổn thương hệ thần kinh

trung ương, gan, thận, máu của con người và động vật. Bên cạnh đó, nó có thể làm

hỏng ty thể và ức chế chuyển hóa năng lượng ở người và động vật [20].

Vì vậy, việc khử hoặc chuyển đổi 4-Nitrophenol trở thành tầm quan trọng cả

về môi trường và công nghiệp. Các hạt nano kim loại đã nhận được sự quan tâm lớn

do vai trò xúc tác của chúng trong việc khử và phân hủy thuốc nhuộm. Trong số các

kim loại quý, AgNPs đã trở thành trọng tâm của nghiên cứu chuyên sâu bởi tiềm

năng và chi phí tương đối thấp của nó [21].

1.6.2



Giới thiệu về Methyl Orange



Methyl Orange (có cơng thức phân tử C14H14N3NaO3S) là một

chất bột tinh thể màu da cam, khơng tan trong dung mơi hữu cơ,

khó tan trong nước nguội, dễ tan trong nước nóng. Methyl Orange

thường được sử dụng làm chất chỉ thị trong các lĩnh vực phân tích

khác nhau.



Hình 1. 4 Cơng thức cấu tạo của Methyl Orange

Methyl Orange nói riêng và các phẩm màu họ azo nói chung

là những hợp chất hữu cơ thường được sử dụng rộng rãi trong

phòng thí nghiệm, các ngành dệt may, in ấn, sản xuất giấy,...

Trong thời gian gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tính

độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường sinh



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

4 Hạt nano kim loại

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×