Nghiên cứu điều chế nano đồng từ dung dịch cuso4 và dịch chiết nước lá chè xanh để xúc tác cho phản ứng khử p-nitrophenol

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

CAO THỊ THƯƠNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO ĐỒNG TỪ DUNG

DỊCH CuSO4 VÀ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ CHÈ XANH

ĐỂ XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG KHỬ P-NITROPHENOL

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số : 60 44 01 14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÓA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng

Người hướng dẫn khoa học:

TS. VŨ THỊ DUYÊN

Phản biện 1:………………………………

Phản biện 2:………………………………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ Hóa hữu cơ họp tại Đại học Sư Phạm – ĐHĐN vào

ngày…..tháng….. năm 2018.

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

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Trong vòng 2 thập kỉ gần đây, công nghệ nano là một ngành

nghiên cứu rất phát triển. Vật liệu được chế tạo bằng công nghệ nano

thể hiện nhiều tính chất mới lạ do hiệu ứng kích thước và đã có hàng

trăm sản phẩm của công nghệ nano được thương mại hóa dùng trong

nhiều lĩnh vực như điện tử, hóa học, y sinh, môi trường...Các hạt

nano có các tính chất đặc biệt liên quan đến tính chất xúc tác, tính

chất nhiệt động, độ dẫn điện, tính chất quang học và những ứng dụng

sinh học như kháng khuẩn, chữa bệnh… Việc nghiên cứu chế tạo hạt

nano bằng phương pháp sử dụng dịch chiết thực vật làm tác nhân

khử là một phương pháp khá hiệu quả, an toàn, thân thiện với môi

trường, chi phí thực hiện thấp, đặc biệt tạo ra được các hạt nano sạch,

không lẫn các hóa chất độc hại nên hạt nano có thể phát huy được tối

đa các đặc tính của nó.

Hạt nano đồng với những tính chất đặt biệt, giống như những

kim loại quý, có những tính chất nhiệt động và độ dẫn điện khá tốt,

điều này có thể giúp nó trở thành vật liệu tiềm năng trong hệ thống

dẫn điện và mực in tĩnh điện. Ngoài ra, nó còn có khả năng kháng

khuẩn rất cao, khả năng xúc tác hiệu quả cho phản ứng quang phân

xanhmetylen…, nên việc nghiên cứu chế tạo hạt nano đồng là một

lĩnh vực đầy tiềm năng.

P-nitrophenollà một chất trung gian quan trọng trong sản xuất

các thuốc giảm đau và các loại thuốc hạ sốt như paracetamol, giai

đoạn khử p-nitrophenol bằng NaBH4 cần xúc tác là các kim loại hoặc

2

các oxit kim loại để giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

Với những lý do đã nêu trên, tôi quyết định chọn đề tài nghiên

cứu với nội dung: “Nghiên cứu điều chế nano đồng từ dung dịch

CuSO4 và dịch chiết nước lá chè xanh để xúc tác cho phản ứng

khử p-nitrophenol”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch

CuSO4 và dịch chiết nước lá chè xanh để xúc tác cho phản ứng khử

p-NP bằng NaBH4;

- Đánh giá khả năng xúc tác cho phản ứng khử p-nitrophenol

bằng NaBH4 của nano đồng tổng hợp được.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

Phản ứng khử p-NP bằng NaBH4 xúc tác nano đồng được tạo

từ dịch chiết nước lá chè xanh và dung dịch CuSO4.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng xúc tác cho phản

ứng khử p-nitrophenol bằng NaBH4 của nano đồng được tổng hợp từ

dung dịch Cu2+ và dịch chiết nước lá chè xanh; xác định sự biến

thiên năng lượng hoạt hóa của phản ứng khử p-nitrophenol bằng

NaBH4 khi có mặt chất xúc tác.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, tổng hợp tài liệu liên quan đến thành phần lá cây

chè xanh; các phương pháp chiết tách, thu hồi dịch chiết thực vật;

3

phương pháp tổng hợp xanh tổng hợp các kim loại ở dạng nano.

- Tìm hiểu các thông tin về phản ứng khử p-NP bằng NaBH4:

cơ chế phản ứng; các điều kiện cần thiết để phản ứng xảy ra; các loại

xúc tác đã được nghiên cứu và tác dụng của chúng.

4.2. Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp chưng ninh, sử dụng dung môi là nước để thu

dịch chiết nước lá chè xanh.

- Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS để xác

định nồng độ p-nitrophenol và p-aminophenol.

- Phương pháp đo TEM, XRD để xác định các đặc trưng của

hạt nano đồng tạo thành.

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 đồng bằng phương pháp hóa học xanh, an toàn, thân

thiện với môi trường, ít tốn kém.

- Cung cấp thêm tư liệu về ứng dụng của hạt nano kim loại.

- Tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn là lá chè xanh để chế tạo

xúc tác cho phản ứng khử p-nitrophenol bằng NaBH4.

6. Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị và tài liệu tham

khảo, luận văn gồm có 3 phần:

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO

1.1.1. Nguồn gốc 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

1.2. HẠT NANO ĐỒNG

1.2.1. Giới thiệu về đồng kim loại

1.2.2. Các phương pháp chế tạo hạt nano đồng

1.2.3. Ứng dụng của nano đồng

1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ XANH

1.3.1. Đặc điểm cây chè xanh

1.3.2. Phân bố, sinh học và sinh thái

1.3.3. Tác dụng dược lý - công dụng

1.4. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT P-NITROPHENOL

1.4.1. Đặc điểm cấu tạo, tính chất của hợp chất p- NP

1.4.2. Nguồn gây ô nhiễm và độc tính

1.4.3. Các phương pháp xử lý p-NP trong môi trường nước

đã được nghiên cứu

1.4.4. Cơ chế của phản ứng khử p-NP bằng NaBH4

CHƯƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT

5

2.1.1. Nguyên liệu

Lá chè tươi sử dụng được thu hái tại thành phố Đà Nẵng.

2.1.2. Dụng cụ và hóa chất

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1. Thu dịch chiết nước lá chè

2.2.2. Tổng hợp nano đồng từ dung dịch CuSO4 và dịch

chiết nước lá chè

Nano đồng được tổng hợp theo quy trình:

Dạng bột

Ly tâm

Rửa sạch, cắt nhỏ

Dịch chiết nước

lá chè

Chưng ninh t

Khuấy

+ dd CuSO4

Dd nano đồng

Ly tâm 15 phút

Nano đồng

Lá chè tươi

6

2.2.3. Nghiên cứu hạt nano đồng

2.2.4. Khử p-NP bằng NaBH4 dùng xúc tác nano đồng tạo

từ dịch chiết lá chè và dung dịch CuSO4

2.2.5. Xác định nồng độ p-AP và p-NP

2.2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết

nước lá chè

2.2.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo

nano đồng

2.2.8. Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng khử p￾NP bằng NaBH4

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. TỔNG HỢP NANO ĐỒNG TỪ DUNG DỊCH CuSO4

VÀ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ CHÈ XANH

Lá chè tươi đem chưng ninh với nước cất, sau đó lọc lấy dịch

chiết. Nhỏ từ từ dịch chiết thu được vào bình tam giác chứa sẵn

dung dịch CuSO4. Dùng máy khuấy từ để khuấy trong khoảng 60

phút thu được dung dịch keo màu đen (Hình 3.1).

Hình 3.1. Mẫu nano đồng dạng khô

7

Keo tổng hợp từ dung dịch CuSO4 với tác nhân khử dịch

chiết nước lá chè được khảo sát các đặc tính hóa lý như TEM; EDX

XRD; UV-Vis. Kết quả khảo sát được trình bày trên Hình 3.2; 3.3;

3.4; 3.5.

Kết quả thực nghiệm cho thấy hạt nano đồng tổng hợp từ

dung dịch CuSO4 với tác nhân khử là dịch chiết nước lá chè có dạng

hình cầu kích thước 20 nm. Thành phần nguyên tố của hạt nano tạo

250.0 280 300 320 340 360 380 400.0

0.00

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.00

nm

A

Hình 3.2. Ảnh TEM của mẫu

nano đồng

Hình 3.3. Phổ UV-ViS của mẫu

nano đồng

Hình 3.4. Phổ XRD của mẫu

nano đồng

Hình 3.5. Phổ EDX của mẫu

nano đồng

8

thành ngoài đồng còn xuất hiện các nguyên tố C, O, S là thành phần

của màng bọc thực vật quanh.

3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI

QUÁ TRÌNH CHIẾT NƯỚC LÁ CHÈ

3.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng

Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến khả năng tạo

nano đồng, ta cố định các thông số như sau:

- Quá trình chiết:

+ Thể tích nước 200 mL.

+ Khối lượng lá chè: 14 g, 16 g, 20 g, 22 g, 24 g

+ Thời gian chiết: 30 phút

- Quá trình tạo nano đồng:

+ Nồng độ dung dịch CuSO4: 1 mM.

+ Tỉ lệ dịch chiết/dung dịch CuSO4 = 4 mL/50 mL.

+ Môi trường pH = 3,85 (pH đo được của dung dịch mẫu).

+ Nhiệt độ tạo nano đồng: nhiệt độ phòng.

+ Thời gian tạo nano đồng: 20 phút.

- Quá trình khử p-NP bằng NaBH4:

+ Thời gian t = 30 phút

+ Nhiệt độ khử: nhiệt độ phòng.

Kết quả thực nghiệm cho thấy thông số tỉ lệ rắn / lỏng của quá

trình chiết nước lá chè ảnh hưởng rõ rệt tới khả năng xúc tác của

nano đồng tạo thành. Tăng khối lượng lá chè từ 14 g đến 24 g / 200

mL nước cực đại hấp phụ tại vùng bước sóng 350-400 nm trên phổ

đồ UV-Vis của dung dịch phản ứng đặc trưng cho p-NP (chất phản

9

ứng) giảm mạnh, sau tăng dần (Hình 3.6).

Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến

khả năng xúc tác của nano đồng

Để thấy rõ hơn ảnh hưởng của thông số tỉ lệ rắn/lỏng của quá

trình chiết nước lá chè đến khả năng xúc tác của nano đồng tạo

thành, từ giá trị mật độ quang ở bước sóng 400 nm xác định nồng độ

p-NP dựa theo phương trình đường chuẩn, từ đó xác định hiệu suất

của phản ứng khử p-NP bằng NaBH4. Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất

phản ứng khử p-NP vào khối lượng lá chè được thể hiện trên Hình

3.7.

Hình 3.7 cho thấy, với tỉ lệ 14 g lá chè / 200 mL nước, hiệu

suất khử p-NP bằng NaBH4 sau t = 30 phút khoảng 7%, tăng khối

lượng lá chè lên 16 g hiệu suất phản ứng đạt 42%, tiếp tục tăng tỉ lệ

rắn/lỏng lớn hơn 20 g lá chè / 200 mL nước hiệu suất phản ứng khử

p-NP giảm mạnh, còn khoảng 5%.

200.0 250 300 350 400 450 500.0

0.00

0.5

1.0

1.5

2.00

nm

A

14 gam

16 gam

20 gam

22 gam

24 gam