Tổng hợp xanh nano kim loại quý bằng dịch chiết thực vật, ứng dụng làm vật liệu xúc tác xử lý nitrophenols :Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu Khoa học cấp Trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Tổng hợp xanh nano kim loại quý bằng dịch chiết thực vật,

ứng dụng làm vật liệu xúc tác xử lý nitrophenols

Mã số đề tài: 21/1H01

Chủ nhiệm đề tài: TS. Đoàn Văn Đạt

Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệHóa học

TP. HỒ CHÍ MINH - 2021

Tp. Hồ Chí Minh, ........…

1

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh, xin chân thành

cảm ơn lãnh đạo Khoa Công Nghệ Hóa Học, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu và ứng dụng vật

liệu nano tiên tiến, khoa Công nghệ Hóa học đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian qua, để

tôi có thể nhanh chóng hoàn thành báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học này.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong khoa đã thường xuyên động viên,

khuyến khích về mặt tinh thần để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.

2

Mục lục

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG.......................................................................................................3

I. Thông tin tổng quát.......................................................................................................................4

II. Kết quả nghiên cứu......................................................................................................................4

1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................................4

2. Mục tiêu .............................................................................................................................6

3. Nội dung thực hiện, phương pháp nghiên cứu...................................................................6

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu ...............................................................................................7

5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận..........................................................................7

6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh) ...............................................................................8

III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo ...........................................................................10

PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC....................................12

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN..........................................................................................................12

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM.....................................................................................................14

2.1. Hóa chất...............................................................................................................................14

2.2. Điều chế dịch chiết..............................................................................................................14

2.3. Qui trình tổng hợp AgNPs và AuNPs.................................................................................14

2.4. Các phương pháp đặc trưng AgNPs và AuNPs...................................................................15

2.5. Khảo sát hoạt tính xúc tác ...................................................................................................15

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................................17

3.1. Kết quả khảo sát thông số tổng hợp tối ưu.......................................................................17

3.2. Kết quả nghiên cứu các đặc trưng hóa lý của AgNPs và AuNPs....................................20

3.3. Hoạt tính xúc tác của AgNPs và AuNPs..........................................................................25

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN..............................................................................................................29

TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................................30

PHẦN III. PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM.................................................................................................34

3

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Cụm từ viết tắt Cụm từ đầy đủ

XRD X-ray diffraction

Phương pháp nhiễu xạ tia X

UV-Vis

Ultra violet - Visible

Vùng tử ngoại và khả kiến

TEM

Transition Electron Microscopy

Hiển vi điện tử truyền qua

HR-TEM

High-Resolution Transition Electron Microscopy

Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao

SEM

Scan Electron Microscope

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét

FE-SEM

Field-Emission Scan Electron Microscope

Kính hiển vi điện tử quét

EDX Energy dispersive X-ray spectroscopy

Phổ tán sắc năng lượng tia X

FTIR

Fourier Transformation Infrared

Phương pháp quang phổ hồng ngoại

AuNPs

Gold nanoparticles

Nano vàng

AgNPs

Silver nanoparticles

Nano bạc

NP Nitrophenol

AP Aminophenol

PC

Poria cocos

Nấm Phục Linh Thiên

4

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Tổng hợp xanh nano kim loại quý bằng dịch chiết thực vật, ứng dụng

làm vật liệu xúc tác xử lý nitrophenols

1.2. Mã số:21/1H01

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện

đề tài

1 TS. Đoàn Văn Đạt

Khoa Công nghệ Hóa học,

Trường Đại học Công nghiệp

Tp. HCM

Chủ trì

2

CN. Huỳnh Nguyễn Tường

An

Phòng Sau đại học, Trường

Đại học Công nghiệp Tp.

HCM

Thư ký

3 SV. Phan Thị Như Huỳnh

Khoa Công nghệ Hóa học,

Trường Đại học Công nghiệp

Tp. HCM

Thành viên

4 SV. Dương Trường Giang

Khoa Công nghệ Hóa học,

Trường Đại học Công nghiệp

Tp. HCM

Thành viên

5 SV. Lê Thị Tường Vy

Khoa Công nghệ Hóa học,

Trường Đại học Công nghiệp

Tp. HCM

Thành viên

1.4. Đơn vị chủ trì:

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 03 năm 2021 đến tháng 03 năm 2022

1.5.2. Gia hạn (nếu có): Không

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 12 năm 2021 đến tháng 09 năm 2021

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Không

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: năm mươi lăm triệu đồng.

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, lĩnh vực công nghệ nano ngày càng được các nhà khoa học

chú tâm phát triển và nghiên cứu. Trong những loại vật liệu nano đầy triển vọng, không thể

không nhắc đến các hạt nano kim loại quý, đặc biệt là nano vàng (AuNPs), vì chúng được sử

dụng rất sớm và có rất nhiều ứng dụng bổ ích trong trong xúc tác, kháng khuẩn, kháng nấm,

và cảm biến sinh học. Có nhiều nhiều phương pháp tổng hợp từ vật lý đến hóa học đã được

5

đề xuất, trong đó, phương pháp tổng hợp xanh của các hạt nano kim loại (MNPs) bằng dịch

chiết thực vật đã được chứng minh là có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác nhờ tính

đơn giản, có khả năng sản xuất quy mô lớn, cách tiếp cận thân thiện với môi trường và cho

sản phẩm có hiệu suất xúc tác cao. Việc sử dụng chiết xuất thực vật đầu tiên để tổng hợp

MNPs đã được ghi nhận bởi Torresdey và cộng sự vào năm 2003 [1] , báo cáo về tổng hợp

MNPs bằng cách sử dụng chiết xuất thực vật từ mầm Cỏ linh lăng có thể được thực hiện trong

điều kiện bình thường trong một khoảng thời gian ngắn khi tiếp xúc với dung dịch ion kim

loại. Từ đó, chiết xuất từ nhiều bộ phận của cây như lá [2] [3] [4] [5] [6] [7], hoa [8] [9] [10],

thân [11] [12] [13], latex [14] [15], rễ [16] [17] [18], và hạt [19] [20] [21] [22] được sử dụng

rộng rãi để tổng hợp các hạt nano. Các phân tử hữu cơ trong chiết xuất thực vật bao gồm các

hợp chất phenolic, polysaccharid, terpenoid, alkaloid, flavonoid, axit amin có thể hoạt động

đồng thời như chất khử và chất ổn định [23].

Một số công trình tiêu biểu có thể được liệt kê như sau:

Năm 2010, tác giả Aruna Jyothi Kora cùng cộng sự đã tổng hợp thành công nano bạc từ

dịch chiết Gum kondagogu (Cochlospermum gossypium) (Ốc tử hay mai hoa đăng) cho mục

đích kháng khuẩn [24]. Năm 2018, tác giả Mahmoodreza Behravan cùng cộng sự cũng đã

tổng hợp thành công hạt nano bạc từ dịch chiết lá và rễ cây Berberis vulgaris(Hoàng liên gai)

và khảo sát hoạt hoạt tính kháng khuẩn [25]. Năm 2019, tác giả Lakshmi KalyaniRuddaraju

cùng cộng sự đã tổng hợp nano bạc từ dịch chiết lá mãng cầu ta (na) Annona squamosa định

hướng kháng khuẩn và chống ung thư [26]. Năm 2017, tác giả Jili Zha cùng cộng sự đã nghiên

cứu tổng hợp nano vàng từ dịch chiết lá cây Ginkgo Biloba (Bạch quả). Các hạt nano vàng có

dạng hình cầu, có độ kết tinh cao với cấu trúc lập phương tâm mặt và kích thước từ 10 – 40

nm. Trong quy trình này, các hạt nano vàng thu được từ axit chloroauric bằng cách sử dụng

chiết xuất từ lá Ginkgo Biloba mà không cần thêm bất kỳ tác nhân khử nào khác [27]. Năm

2018, tác giả Umamaheswari cùng cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp nano vàng từ dịch chiết

rễ cây Dalbergia coromandeliana, ứng dụng nano vàng làm xúc tác cho phản ứng xử lý chất

ô nhiễm. Các hạt nano vàng có dạng hình cầu, có độ kết tinh cao với cấu trúc FCC và kích

thước trung bình là 10,5 nm, hạt nano bền trong 5 tháng. Ngoài ra, nano vàng còn làm xúc tác

cho phản ứng giữa NaBH4 với Methyl da cam (MO) và Congo đỏ (CR) thành các sản phẩm

vô hại. Các nghiên cứu động học cho thấy quá trình phân hủy MO và CR theo mô hình động

học bậc nhất với hằng số tốc độ như sau MO = 1,7 x 10-3 S

-1

(R2 = 0,9918), CR = 4,5 x 10-3

S

-1

( R2 = 0,9959) [28]. Năm 2019, tác giả Thangamani và Bhuvaneshwari đã tổng hợp nano

6

vàng từ dịch chiết lá Simarouba glauca cho ứng dụng kháng khuẩn [29]. Năm 2020, tác giả

Shroog ShdiedRoyji Albeladi và cộng sự đã mô tả một phương pháp dễ dàng, thân thiện với

môi trường và tiết kiệm chi phí để chế tạo các hạt nano bạc sinh học từ dịch chiết của cây

Salvia officinalis. Các hạt nano được tổng hợp có hình cầu và kích thước xấp xỉ 40 nm với độ

tinh thể cao. Các hạt nano bạc này đã cho thấy đặc tính xúc tác tuyệt vời trong việc phân hủy

thuốc nhuộm Congo red trong trong môi trường nước [30].

Đề tài này hướng đến phương pháp tổng hợp xanh nano bạc (AgNPs) và nano vàng

(AuNPs) bằng cách sử dụng dịch chiết từ cây nấm Phục Linh Thiên (Poria cocos) làm tác

nhân khử cũng như tác nhân làm bền dung dịch nano thu được. Ba yếu tố tổng hợp chính ảnh

hưởng hướng đến hình thái và kích thước hạt bao gồm nồng độ ion kim loại, thời gian phản

ứng và nhiệt độ phản ứng được tối ưu hóa bằng phương pháp UV-Vis thông qua hiện tượng

cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR). Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) sẽ được

dùng để xác định các nhóm chức đóng vai trò làm tác nhân khử và ổn định các hạt nano kim

loại. Phương pháp nhiễu xạ tia X dạng bột (XRD) được ứng dụng để xác nhận bản chất tinh

thể của MNPs sinh tổng hợp. Kính hiển vi điện tử truyền qua sẽ cho thấy hình thái và kích

thước nano của hạt MNPs. Sau đó, các hạt nano sẽ được khảo sát hoạt tính xúc tác trong quá

trình khử một số dẫn xuất của nitrophenol thành các amino-nitrophenol tương ứng.

2. Mục tiêu

a. Mục tiêu tổng quát.

Nghiên cứu tổng hợp xanh nano kim loại quý từ dung dịch từ dung dịch muối với tác

nhân khử là dịch chiết từ thực vật và đánh giá hoạt tính xúc tác của các hạt nano này trong

phản ứng khử môt số chất hữu cơ độc hại chứa gốc phenol bằng dung dịch NaBH4.

b. Mục tiêu cụ thể.

Tổng hợp xanh nano nano vàng, nano bạc từ dung dịch AgNO3, HAuCl4.3H2O bằng

dịch chiết từ củ nấm Phục Linh Thiên, sau đó đánh giá hoạt tính xúc tác của các hạt nano thu

được trong phản ứng khử các dẫn xuất nitrophenols bằng dung dịch NaBH4.

3. Nội dung thực hiện, phương pháp nghiên cứu

Nội dung 1: Tổng hợp nano Ag, Au bằng dịch chiết từ củ nấm Phục Linh Thiên

- Cách tiếp cận: Tổng hợp theo phương pháp bottom up. Kết hợp nhiều nguyên tử kim

loại thành khối kích thước nano.

7

- Kết quả: Qui trình tổng hợp nano Ag, Au bằng dịch chiết từ Phục Linh Thiên.

Nội dung 2: Khảo sát các thông số tổng hợp tối ưu

- Cách tiếp cận: Dựa vào hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt, mỗi loại nano kim loại

có peak phổ tử ngoại - khả kiến đặc trưng. Dựa vào hiện tượng này, có thể khảo sát các thông

số tối ưu ảnh hưởng lên quá trình tổng hợp.

- Kết quả: Thu được ba thông số tối ưu chính cho quá trình tổng hợp, gồm thời gian tổng

hợp, nồng độ ion và nhiệt độ tổng hợp.

Nội dung 3: Đặc trưng hình thái và cấu trúc các vật liệu.

- Cách tiếp cận: Ứng dụng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại gồm TEM, SEM,

XRD, FTIR, DLS, EDX nhằm nghiên cứu hình thái và cấu trúc của vật liệu thu được.

- Kết quả: Các phổ và hình ảnh minh chứng sản phẩm thu được là nano vàng, nano bạc.

Nội dung 4: Khảo sát khả năng xúc tác phân hủy nitrophenols.

- Cách tiếp cận: Nitrophenols trong môi trường kiềm nhẹ sẽ tạo thành các ion

nitrophenolate có các peak phổ tử ngoại - khả kiến đặc trưng. Ứng dụng hiện tượng này có

thể xác định được nồng độ của nitrophenol theo thời gian, qua đó xác định hằng số tốc độ của

phản ứng phân hủy.

- Kết quả: Các phổ phân hủy của nitrophenols và hằng số tốc độ của phản ứng phân hủy

nitrophenols.

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

- Đã đưa ra qui trình tổng hợp nano Ag, Au bằng dịch chiết từ nấm Phục Linh Thiên.

- Khảo sát thành công ba thông số tối ưu chính cho quá trình tổng hợp, gồm thời gian

tổng hợp, nồng độ ion và nhiệt độ tổng hợp.

- Kết quả nghiên cứu hình thái và cấu trúc của nano Ag, Au thu được bằng phương pháp

phân tích hóa lý hiện đại gồm TEM, SEM, XRD, FTIR, DLS, EDX.

- Khảo sát sự phân hủy của nitrophenols theo thời gian, qua đó đánh giá được hằng số

tốc độ của phản ứng.

5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận

- Tổng hợp và đặc trưng thành công nano Ag, Au bằng dịch chiết từ Phục Linh Thiên.