Tổng hợp màng Nanocomposite Chitosan -ME/MExOy ứng dụng làm vật liệu kháng vi sinh vật :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HẮC THỊ NGỌC LOAN

TỔNG HỢP MÀNG NANOCOMPOSITE

CHITOSAN – ME/MEXOY ỨNG DỤNG LÀM

VẬT LIỆU KHÁNG VI SINH VẬT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

Mã chuyên ngành: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: TS. Đoàn Văn Đạt..........................................................

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Người ph n iện : .......................................................................................................

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Người ph n iện 2: .......................................................................................................

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

u n ăn thạc được o ệ tại H i đồng ch o ệ u n ăn thạc Trường

Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . . . tháng . . . . nă . . . . .

Thành phần H i đồng đánh giá lu n ăn thạc gồ :

1. ...................................................................................................................................

2. ...................................................................................................................................

3. ...................................................................................................................................

4. ...................................................................................................................................

5. ...................................................................................................................................

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học iên: Hắc Thị Ngọc oan. MSHV: 16002721

Ngày, tháng, nă inh: 08/ 0/ 986 Nơi inh: Tp. HCM

Chuyên ngành: Kỹ thu t hóa học. Mã chuyên ngành: 60520301

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Tổng hợp àng nanoco po ite Chito an – Me/MexOy ứng dụng là t liệu kháng

i inh t

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nghiên cứu tổng hợp nano chito an.

Nghiên cứu tổng hợp nano Me/MexOy ới Me là Ag, Cu; MexOy là TiO2, Cu2O.

Kết hợp nano chito an ới nano Me/MexOy.

Kháo át t ố yếu tố nh hưởng đến quá trình tổng hợp t liệu,

Kháo sát tính kháng khuẩn của t liệu

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: /12/2019

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Đoàn Văn Đạt

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

NGƯỜI HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA CN HÓA HỌC

TS. Đoàn Văn Đạt PGS.TS. Nguyễn Văn Cường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian rèn luyện à nghiên cứu dưới ái trường Đại học Công nghiệp TP.

Hồ Chí Minh, ới ự yêu nghề, t n tụy à hết lòng truyền đạt kiến thức của thầy cô

khoa Hóa, tôi đã tích lũy được nhiều kỹ năng cần thiết trong nghiên cứu, cũng như

trong cu c ống.

ời đầu tiên, tôi xin gửi lời c ơn chân thành nh t đến Thầy TS. Đoàn Văn Đạt đã

t n tình hướng dẫn, giúp đỡ à tạo điều kiện tốt nh t để tôi có thể hoàn thành khóa

lu n tốt nghiệp này.

Tiếp theo, tôi xin c ơn các thầy cô Khoa Công nghệ Hóa Học à các ạn học

iên trong lớp đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong uốt quá trình là khóa lu n.

Kiến thức là ô t n, còn thời gian thực hiện khóa lu n là hạn chế, nên trong quá

trình nghiên cứu, có thể ẽ không tránh khỏi những thếu ót. Tôi xin lắng nghe

những lời góp ý quý giá à chân thành từ Quý Thầy Cô.

Tôi xin chân thành c ơn!!!

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

Học viên thực hiện

Hắc Thị Ngọc Loan

.

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

V t liệu nanoco po ite chitosan – Me/MexOy ới Me là Ag, Cu; MexOy là TiO2,

Cu2O được tổng hợp thành công ằng phương pháp xanh, ử dụng dịch chiết lá

giang. Các thông ố tối ưu kỹ thu t tổng hợp được thể hiện ằng phương pháp UV￾VIS. Hình thái t liệu nanocomposite chitosan – Me/MexOy được phân tích ằng

phuơng pháp TEM, SEM. C u trúc t liệu được phân tích ằng phương pháp XRD,

FTIR. Thành phần hóa học của t liệu được phân tích ằng phương pháp EDX.

Kh năng kháng khuẩn của t liệu được kh o át ằng phương pháp ASTM E2149

(Standard Test Methods for determining the antimicrobial activity of immobilized

anti icro ial agent under dyna ic contact condition ) tại Viện Pa ter TP. HCM.

Kết qu nghiên cứu chỉ ra rằng, nano chito an (CS) được tổng hợp từ ỏ tô ới

các điều kiện tối ưu tại nồng đ 0.75 M, pH = 4.5 tại nhiệt đ 30oC. Tại điều kiện

dịch chiết lá giang ới tỉ lệ :5 (lá/nước) và nhiệt đ 70oC ta tổng hợp các nano

composite sau: CS – Ag có kích thước từ 0-60nm và CS – Ag/TiO2 có kích thước

từ 20-50nm, CS – Cu/Cu2O có kích thước kho ng 50n -100nm. Theo kết qu

kháng khuẩn của iện Pa teur, t liệu co po ite tổng hợp được có kh năng kháng

i khuẩn Gra â (E.coli) à i khuẩn Gra dương (B.Cereus) lên đến 99,9%.

iii

ABSTRACT

Nanocomposite chitosan-Me/MexOy in which Me is Ag, Cu; MexOy is TiO2, Cu2O

has been successfully synthesized by using the green method based on leaf extract

of Aganonerion polymorphum. The technical synthesis parameters are optimized by

UV-VIS method. The morphology of nanocomposite chitosan-Me/MexOy was

analyzed by TEM, SEM method. The structure of obtained materials was examined

by XRD and FTIR techniques. The chemical composition of materials was

investigated by EDX method. The antibacterial ability of the material was tested by

ASTM E2149 method (Standard test methods for determining the antimicrobial

activity of immobilized antimicrobial agents under dynamic contact conditions) at

Paster Institute of Ho Chi Minh City. The results showed that nano chitosan (CS) is

synthesized from shrimp shell with optimal conditions at concentration of 0.75mM,

pH = 4.5 at 30oC. At optimal extract condition for Aganonerion polymorphum

leaves with a ratio of 1:5 (leaves/water), 70°C, CS - Ag 10-60nm, CS - Ag/TiO2 20-

50nm, CS-Cu/Cu2O 50nm-100nm in size were recorded. According to the

antibacterial results from the Pasteur Institute, the nanocomposites are able to

against two types of Gram-negative bacteria (E.coli) and Gram-positive bacteria

(B.Cereus) up to 99.9%.

iv

MỤC LỤC

MỤC ỤC .........................................................................................................iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................. xiii

MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1

. Đặt n đề .....................................................................................................…..1

2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................2

3. Đối tượng à phạ i nghiên cứu.......................................................................2

4. Cách tiếp c n à phương pháp nghiên cứu .........................................................2

5. Ý ngh a thực tiễn của đề tài.................................................................................3

CHƯƠNG TỔNG QUAN..................................................................................4

1.1 Giới thiệu ề t liệu nano.............................................................................4

1.1.1 Công nghệ nano.......................................................................................4

1.1.2 Tính ch t hạt nano ...................................................................................4

1.1.2.1 Diện tích ề ặt, hoạt tính xúc tác .....................................................4

1.1.2.2 Tính ch t quang học ...........................................................................5

1.1.3 Các phương pháp tổng hợp t liệu nano................................................5

1.1.3.1 Từ dưới lên (Botto up): ....................................................................6

1.1.3.2 Từ trên xuống (Top down):................................................................6

1.2 Nano Chitosan................................................................................................7

1.2.1 Giới thiệu ề chitin..................................................................................7

1.2.1.1 C u tạo chitin (CT)..............................................................................9

1.2.1.2 C u tạo chito an (CS)..........................................................................9

1.2.2 Các tính ch t của chito an .....................................................................10

1.2.2.1 Tính ch t t lý..................................................................................10

1.2.2.2 Tính ch t hóa học ..............................................................................11

1.2.2.3 Kh năng tạo àng............................................................................11

1.2.2.4 Tính ch t inh học .............................................................................12

1.2.3 Phương pháp tổng hợp nano Chito an ..................................................14

v

1.2.3.1 Tổng hợp nano CS ằng phương pháp keo tụ ion à phức ch t .......14

1.2.4 Ứng dụng của chito an ..........................................................................15

1.3 Nano Bạc (AgNP ).......................................................................................17

1.3.1 Giới thiệu ề nano ạc...........................................................................17

1.3.2 Tính ch t nano ạc.................................................................................18

1.3.2.1 Đặc tính chung của nano ạc.............................................................18

1.3.2.2 Hiệu ứng c ng hưởng pla on ề ặt..............................................18

1.3.3 Phương pháp tổng hợp nano ạc ...........................................................19

1.3.3.1 Tổng hợp nano ạc ằng phương pháp khử hóa học ........................19

1.4 Nano Titanium dioxide (TiO2).....................................................................19

1.4.1 Giới thiệu ề TiO2 .................................................................................19

1.4.1.1 C u trúc tinh thể: ...............................................................................20

1.4.2 Phương pháp tổng hợp nano TiO2 .........................................................22

1.4.2.1 Tổng hợp TiO2 ằng phương pháp ol-gel........................................22

1.5 Nano Đồng (Cu)...........................................................................................24

1.5.1 Giới thiệu ề nano Cu............................................................................24

1.5.1.1 Trong thực phẩ , nông nghiệp .........................................................24

1.5.1.2 Trong y học .......................................................................................24

1.5.2 Ứng dụng nano Cu, nano composite, chitosan – Cu .............................25

1.5.2.1 Ứng dụng nano Cu ............................................................................25

1.5.2.2 Ứng dụng nano co po ite-Cu, chitosan-CuO ..................................26

1.6 Lá giang........................................................................................................26

1.6.1 Giới thiệu ề lá giang ............................................................................26

1.6.2 Thành phần hóa học...............................................................................27

1.6.3 Công dụng lá giang................................................................................27

1.6.4 Các yếu tố nh hưởng đến hà lượng ita in C trong lá giang...........28

1.7 Giới thiệu ề t ố i khuẩn......................................................................28

1.7.1 Vi khuẩn E.Coli.....................................................................................28

1.7.2 Vi khuẩn Bacillu cereu ......................................................................29

1.8 Đặc tính kháng khuẩn của từng loại t liệu................................................30

vi

1.8.1 Cơ chế kháng khuẩn của nano Chito an................................................30

1.8.2 Cơ chế kháng khuẩn của nano Bạc........................................................32

1.8.3 Cơ chế kháng khuẩn của nano TiO2 ......................................................34

1.8.4 Cơ chế kháng khuẩn của nano Cu .........................................................35

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM............................................................................36

2.1 Nguyên liệu ..................................................................................................36

2.2 Tổng hợp từng loại t liệu..........................................................................37

2.2.1 Tổng hợp dịch chiết lá giang .................................................................37

2.2.2 Tổng hợp nano chito an ........................................................................38

2.2.2.1 Điều chế Chito an từ ỏ tô .............................................................38

2.2.2.2 Tổng hợp nano Chito an ...................................................................41

2.2.3 Tổng hợp nano Ag từ dịch chiết lá giang ..............................................42

2.2.4 Tổng hợp nano TiO2 ..............................................................................43

2.2.5 Tổng hợp nano Cu .................................................................................44

2.3 Tổng hợp nanoco po ite Chito an – Me/MexOy ........................................45

2.3.1 Tổng hợp nanoco po ite Chito an – Ag ..............................................45

2.3.2 Tổng hợp nanoco po ite Chito an – Ag/TiO2 .....................................46

2.3.3 Tổng hợp nanoco po ite Chito an Cu .................................................47

2.4 Các phương pháp phân tích..........................................................................47

2.4.1 Xác định liên kết trong c u trúc t liệu ằng phổ hồng ngoại FT-IR......

...............................................................................................................47

2.4.2 Xác định hình thái ề ặt t liệu ằng phương pháp kính hiển i điện

tử quét (SEM)....................................................................................48

2.4.3 Nhiễu xạ tia X (XRD )...........................................................................48

2.4.4 Phổ h p thụ UV – Vis............................................................................48

2.4.5 Phân tán ánh áng đ ng học (D S).......................................................48

2.4.6 Kính điện tử truyền qua (TEM).............................................................49

2.4.7 Phổ tán ắc năng lượng tia X (EDX).....................................................49

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN UẬN..........................................................50

3.1 Kết qu tổng hợp từng loại t liệu..............................................................50

3.1.1 Kết qu tổng hợp nano chito an ............................................................50

vii

3.1.1.1 Kh o át các thông ố nh hưởng đến phân ố kích thước hạt nano

CS......................................................................................................50

3.1.1.2 Kết qu kh o át đặc tính của nano CS .............................................54

3.1.2 Kết qu tổng hợp nano Ag từ lá giang...................................................57

3.1.2.1 Kh o át đồng thời 2 yếu tố tỉ lệ lá giang: nước à nhiệt đ thích hợp

đến kích thước hạt nano Ag ..............................................................57

3.1.2.2 Kh o át pH nh hưởng lên kích thước hạt nano Ag ........................60

3.1.2.3 Xác định kích thước nano Ag ằng TEM .........................................62

3.1.3 Kết qu tổng hợp nano TiO2..................................................................62

3.1.3.1 Phân tích kích thước t liệu TiO2 ....................................................62

3.1.3.2 Xác định c u trúc t liệu nano TiO2 ằng XRD..............................63

3.1.4 Kết qu tổng hợp nano Cu.....................................................................64

3.1.4.1 Kết qu kh o át thông ố nh hưởng đến quá trình chiết lá giang...64

3.1.4.2 Kết qu kh o át các thông ố nh hưởng đến ự tạo thành nano

đồng...................................................................................................68

3.2 Kết qu tổng hợp của t liệu nanoco po ite theo từng loại t liệu...........74

3.2.1 Nanocomposite Chitosan – Ag..............................................................74

3.2.1.1 Phân tích hình thái t liệu nano co po ite CS – Ag.......................74

3.2.2 Nanocomposite Chitosan – Ag/TiO2 .....................................................75

3.2.2.1 Phân tích thành phần t liệu ằng kết qu EDX..............................75

3.2.2.2 Phân tích c u trúc t liệu CS-TiO2/Ag ằng kết qu XRD .............77

3.2.2.3 Phân tích t liệu CS – TiO2/Ag ằng kính hiển i điện tử quét

(SEM)................................................................................................77

3.2.2.4 Phổ hồng ngoại (FTIR) của CS – TiO2/Ag để xác định các liên kết

trong t liệu .....................................................................................79

3.2.3 Nanocomposite Chitosan – Cu ..............................................................80

3.2.3.1 Kết qu duy trình tổng hợp nano co po ite Chito an – Đồng .........80

3.2.3.2 Kết qu kh o át đặc tính của hạt nano co po ite chito an –đồng

(CS – Cu)...........................................................................................80

3.3 Kết qu kh o át kháng khuẩn của t liệu nanoco po ite ........................83

3.3.1 Kết qu kháng khuẩn của nano Ag, nano co po ite CS-Ag ................83

viii

3.3.2 Kết qu kháng khuẩn của nanoco po ite CS-Ag/TiO2 ........................84

3.3.2.1 Kết qu kháng n của ẫu I .........................................................86

3.3.3 Kết qu kháng khuẩn của nano Cu, nanoco po ite CS-Cu..................87

KẾT UẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................88

. Kết lu n: ............................................................................................................88

2. Kiến nghị:..........................................................................................................88

TÀI IỆU THAM KHẢO.........................................................................................90

PHỤ ỤC ........................................................................................................97

. Kết qu kh o át kháng khuẩn của CS - Cu......................................................97

2. Kết qu kh o át kháng khuẩn của CS – Ag/TiO2 ............................................98

Ý ỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .......................................................102