ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------o0o---------------

QUÁCH THỊ THANH HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XANH VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE
BẠC TRÊN CƠ SỞ GRAPHENE OXIT ỨNG DỤNG TRONG
KHÁNG KHUẨN
GREEN SYNTHESIS OF GRAPHENE OXIDE−BASED SILVER
NANOCOMPOSITE FOR ANTIBACTERIAL APPLICATION
Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC
Mã số: 8.52.03.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2023


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại Học Bách khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Tiến Giang
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS Nguyễn Hữu Hiếu

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Lý Tấn Nhiệm
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách khoa − ĐHQG-HCM,
ngày 25 tháng 07 năm 2023
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS Trần Ngọc Quyển–Chủ tịch
2. PGS. TS Nguyễn Tuấn Anh–Ủy viên phản biện

3. TS. Lý Tấn Nhiệm–Ủy viên phản biện
4. TS. Hoàng Minh Nam–Ủy viên
5. TS. Huỳnh Ngọc Oanh–Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRẦN NGỌC QUYỂN

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

1. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: QUÁCH THỊ THANH HƯƠNG
MSHV: 2170741 Ngày, tháng, năm sinh: 11/11/1999
Nơi sinh: Bình Định
Chun ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số: 8520301
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Tên tiếng Việt: Nghiên cứu tổng hợp xanh vật liệu nanocomposite bạc trên cơ sở
graphene oxit ứng dụng kháng khuẩn.
Tên tiếng Anh: Green synthesis of silver graphene oxide−based nanocomposite for
antibacterial application.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
2.1. Tổng quan
Vật liệu nanocellulose từ cellulose bã mía, vật liệu nano bạc trên cơ sở graphene oxit
(Ag/GO) sử dụng nanocellulose làm chất khử, vải acrylic (AF), phương pháp phủ vật liệu
Ag/GO lên vải AF (Ag/GO/AF), vải AF phủ vật liệu Ag/GO biến tính kỵ nước với
axit stearic (SA) (Ag/GO/AF−SA), vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus
aureus, khả năng kháng khuẩn, và cơ chế kháng khuẩn của vải.
2.2. Thực nghiệm
- Tổng hợp và phân tích đặc trưng nanocellulose từ cellulose bã mía;
- Tổng hợp và phân tích đặc trưng vật liệu Ag/GO dùng nanocellulose làm chất khử;
- Chế tạo và khảo sát ảnh hưởng điều kiện phủ nhúng vải AF với Ag/GO đến khả năng
kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF;
- Chế tạo và khảo sát ảnh hưởng của điều kiện biến tính kỵ nước vải Ag/GO/AF với SA đến
khả năng kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF−SA;
- Phân tích đặc trưng của vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA;
- Đánh giá độ bền, khả năng kháng khuẩn, và góc thấm ướt của vải Ag/GO/AF và
Ag/GO/AF−SA sau thử nghiệm độ bền.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2023
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2023
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN TIẾN GIANG; PGS. TS NGUYỄN HỮU HIẾU
TP. HCM, ngày …..tháng….. năm 2023
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỞNG PHÒNG PTN TĐ
(Họ tên và chữ ký)

ĐHQG−HCM CNHH VÀ DK
(Họ tên và chữ ký)

NGUYỄN TIẾN GIANG
NGUYỄN HỮU HIẾU
NGUYỄN HỮU HIẾU
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
(Họ tên và chữ ký)

ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, đầu tiên tác giả xin trân trọng cảm ơn đến gia đình và
người thân đã luôn quan tâm, động viên, và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả
trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Tiến Giang và thầy PGS. TS
Nguyễn Hữu Hiếu đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả
trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến q thầy cơ, cán bộ khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường
Đại học Bách khoa ‒ ĐHQG-HCM đã truyền đạt kiến thức quý báu và dẫn dắt tác giả
trong suốt quá trình học tập tại trường.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến anh (chị) nghiên cứu viên và các bạn sinh viên ở
Phịng Thí nghiệm Trọng điểm ĐHQG-HCM Cơng nghệ Hóa học và Dầu khí (Key
CEPP Lab), Trường Đại học Bách khoa ‒ ĐHQG-HCM đã hỗ trợ tác giả trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả
QUÁCH THỊ THANH HƯƠNG

iii



TÓM TẮT
Trong luận văn này, nanocellulose (NCs) được tổng hợp từ cellulose bã mía bằng
phương pháp thủy phân dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm. Đặc trưng của NCs xác định
thơng qua phương pháp phân tích hiện đại như: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
(fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)), giản đồ nhiễu xạ tia X (X−ray
diffraction (XRD)), và kính hiển vi điện tử quét xạ trường (field scanning electron
microcopy (FESEM)).
Vật liệu nanocomposite bạc trên cơ sở graphene oxit (Ag/GO) được tổng hợp bằng
phương pháp đồng kết tủa sử dụng NCs làm chất khử. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của
điều kiện phản ứng đến quá trình hình thành Ag/GO được khảo sát bao gồm: Tỷ lệ
AgNO3:NCs, nhiệt độ, và thời gian phản ứng. Đặc trưng của Ag/GO được phân tích
bằng phương pháp như: FTIR, XRD, phổ Raman, FESEM, kính hiển vi điện tử
truyền qua (transmission electron microscopy (TEM)), và phổ tán xạ năng lượng tia
X (energy dispersive X−ray spectroscopy (EDS)).
Ngoài ra, vật liệu Ag/GO được ứng dụng trong chế tạo vải kháng khuẩn. Vải
acrylic (AF) kháng khuẩn chế tạo bằng phương pháp phủ nhúng với huyền phù
Ag/GO (Ag/GO/AF) và khảo sát ảnh hưởng của điều kiện phủ nhúng Ag/GO lên vải
AF ở nồng độ Ag/GO khác nhau từ 1 đến 5 g/L với số lần nhúng từ 1 đến 6. Khả năng
kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF được thử nghiệm với hai chủng vi khuẩn Gram âm
Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) và Gram dương Staphylococcus aureus
(S. aureus) bằng phương pháp đo đường kính vịng kháng khuẩn.
Tiếp theo, vải Ag/GO/AF được biến tính bề mặt kỵ nước với axit stearic (SA)
(Ag/GO/AF−SA) để tăng khả năng kháng khuẩn. Điều kiện biến tính được khảo sát
bao gồm: Nồng độ axit stearic và thời gian phản ứng. Khả năng kháng khuẩn của vải
Ag/GO/AF−SA cũng được thử nghiệm trên hai chủng vi khuẩn P. aeruginosa và
S. aureus.
Vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA được phân tích đặc trưng bằng phương pháp
như: Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microcopy (SEM)), phổ EDS, và

góc thấm ướt.

iv


Thêm vào đó, độ bền của vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA được khảo sát
thơng qua độ bền nhiệt và hóa học. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của chất tẩy rửa, mơi
trường mồ hôi axit, và kiềm đến khả năng kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF và
Ag/GO/AF−SA cũng được thử nghiệm đối với vi khuẩn P. aeruginosa và S. aureus.
Góc thấm ướt của vải Ag/GO/AF−SA ở điều kiện môi trường khác nhau cũng được
khảo sát.
Nội dung nghiên cứu luận văn được tóm tắt ở Hình 1.

Bã mía

GO

Vải AF

Vải Ag/GOAF
Kháng
khuẩn

Cellulose

NCs

Biến tính
kỵ nước


Ag/GO

Gram Gram
âm dương

AgNO3
Vải Ag/GOAF−SA
Hình 1: Tóm tắt nội dung nghiên cứu của luận văn

v


ABSTRACT
In this thesis, nanocellulose (NCs) was synthesized from sugarcane
bagasse−derived cellulose by the hydrothermal method under the support of
ultrasonication. The characterization of the NCs was determined via modern
analytical methods, including Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X−ray
diffraction (XRD), and field scanning electron microscopy (FESEM).
Graphene oxide−based silver nanocomposite (Ag/GO) was fabricated via the
in−situ method using NCs as a reducing agent. Besides, the effects of the synthesis
factors involving AgNO3:GO ratio, temperature, and reaction time were also
examined by many analytical techniques, including FTIR, XRD, Raman, FESEM,
transmission electron microscopy (TEM), and energy dispersive X−ray spectroscopy
(EDS).
Moreover, the antibacterial fabric was assembled by the Ag/GO coating.
Particularly, antibacterial acrylic fabric (AF) was synthesized via the dip−coating
method with the Ag/GO suspension (Ag/GO/AF) and the impact of the Ag/GO
dip−coating conditions such as Ag/GO concentrations from 1 to 5 g/L and the
dip−coating times from 1 to 6 on the AF at was also tested. The antibacterial activity
of the Ag/GO/AF was assessed toward two strains of Gram−negative Pseudomonas

aeruginosa (P. aeruginosa) and Gram−positive Staphylococcus aureus (S. aureus)
by the inhibition diameter measurement.
Subsequently, the surface of Ag/GO/AF was hydrophobically modified with
stearic acid (Ag/GO/AF−SA) to enhance its applicability. Different conditions were
also investigated such as SA concentration and reaction time. Besides, the
antibacterial activity of the Ag/GO/AF−SA was assessed against P. aeruginosa and
S. aureus.
The characterization of both Ag/GO/AF and Ag/GO/AF−SA was analyzed via
scanning electron microcopy (SEM), EDS, and water contact angle. Furthermore, the
stability of the Ag/GO/AF and Ag/GO/AF−SA was evaluated by thermal and
chemical stability. Therewithal, the effects of the detergents, acid, and basic media
vi


on the antibacterial activity of both Ag/GO/AF and Ag/GO/AF−SA were conducted
against P. aeruginosa and S. aureus. As more, the water contact angle of the
Ag/GO/AF−SA at various media was also examined.

vii


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự của cá nhân
tác giả và được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Nguyễn Tiến Giang và
thầy PGS. TS Nguyễn Hữu Hiếu tại Phịng Thí nghiệm Trọng điểm ĐHQG-HCM
Cơng nghệ Hóa học và Dầu khí (Key CEPP Lab), Trường Đại học Bách khoa ‒
ĐHQG-HCM.
Số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hồn tồn trung thực, chưa từng
được cơng bố trong bất cứ một cơng trình nào khác trước đây.
Tác giả xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

Tác giả
QUÁCH THỊ THANH HƯƠNG

viii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.........................................................................ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iv
ABSTRACT .............................................................................................................. vi
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. viii
MỤC LỤC ................................................................................................................. ix
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................xii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ xv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................. xvi
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................... 2
1.1. Tình hình các bệnh nhiễm khuẩn hiện nay ..................................................... 2
1.2. Vật liệu kháng khuẩn ......................................................................................... 3
1.2.1. Nano bạc ......................................................................................................... 3
1.2.2. Graphene oxit .................................................................................................. 7
1.2.3. Vật liệu nanocomposite bạc trên cơ sở graphene oxit .................................. 11
1.3. Vải kháng khuẩn .............................................................................................. 16
1.3.1. Vải acrylic ..................................................................................................... 16
1.3.2. Phương pháp chế tạo ..................................................................................... 17
1.3.3. Cơ chế kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF ...................................................... 18
1.3.4. Biến tính kỵ nước bề mặt vải ........................................................................ 19
1.3.5. Cơ chế kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF−SA ............................................... 19
1.4. Vi khuẩn ............................................................................................................ 20

1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................... 21
1.5.1. Trong nước .................................................................................................... 21
1.5.2. Ngoài nước .................................................................................................... 23
1.6. Tính cấp thiết, mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu, tính mới, và
đóng góp của luận văn ............................................................................................ 25
1.6.1. Tính cấp thiết ................................................................................................ 25
ix


1.6.2. Mục tiêu ........................................................................................................ 25
1.6.3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 25
1.6.4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 26
1.6.5. Tính mới ........................................................................................................ 34
1.6.6. Đóng góp ....................................................................................................... 34
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................. 35
2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị, và địa điểm thực hiện .................. 35
2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................... 35
2.1.2. Hóa chất ........................................................................................................ 35
2.1.3. Dụng cụ và thiết bị ........................................................................................ 36
2.1.4. Địa điểm thực hiện ........................................................................................ 37
2.2. Thí nghiệm ........................................................................................................ 37
2.2.1. Tổng hợp và phân tích đặc trưng NCs .......................................................... 37
2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện phản ứng và phân tích đặc trưng của vật
liệu Ag/GO .............................................................................................................. 39
2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng điều kiện phủ nhúng vải AF với Ag/GO đến khả năng
kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF............................................................................. 43
2.2.4. Khảo sát điều kiện biến tính kỵ nước vải AF với SA đến khả năng kháng
khuẩn của vải Ag/GO/AF−SA ................................................................................ 44
2.2.5. Phân tích đặc trưng của vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA ......................... 45
2.2.6. Đánh giá độ bền, thử nghiệm khả năng kháng khuẩn, và góc thấm ướt của vải

Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA sau khi thử nghiệm độ bền .................................... 45
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 47
3.1. Đặc trưng của nanocellulose ........................................................................... 47
3.1.1. Phổ FTIR ....................................................................................................... 47
3.1.2. Giản đồ XRD ................................................................................................ 48
3.1.3. Ảnh FESEM .................................................................................................. 49
3.2. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng và đặc trưng vật liệu Ag/GO .............. 50
3.2.1. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng đến quá trình hình thành Ag/GO ......... 50
3.2.2. Đặc trưng của vật liệu Ag/GO ...................................................................... 52
x


3.3. Ảnh hưởng của điều kiện phủ nhúng vải AF với Ag/GO đến khả năng kháng
khuẩn vải Ag/GO/AF .............................................................................................. 57
3.4. Ảnh hưởng của điều kiện biến tính kỵ nước vải AF với SA đến khả năng
kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF−SA .................................................................... 58
3.5. Đặc trưng vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA ................................................ 59
3.5.1. Ảnh SEM....................................................................................................... 59
3.5.2. Phổ EDS ........................................................................................................ 61
3.5.3. Góc thấm ướt................................................................................................. 62
3.6. Độ bền, khả năng kháng khuẩn, và góc thấm ướt của vải Ag/GO/AF và
Ag/GO/AF−SA sau khi thử nghiệm độ bền .......................................................... 63
3.6.1. Độ bền ........................................................................................................... 63
3.6.2. Khả năng kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA ................... 65
3.6.3. Góc thấm ướt của vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA .................................. 66
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ...................................................................................... 67
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ............................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 106
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 114
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ...................................................................... 132


xi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Bệnh truyền nhiễm và ơ nhiễm mơi trường ................................................ 3
Hình 1.2: Phương pháp tổng hợp vật liệu nano .......................................................... 4
Hình 1.3: Cấu trúc của NCs từ bã mía ........................................................................ 6
Hình 1.4: Cấu trúc của GiO......................................................................................... 7
Hình 1.5: Cấu trúc của GO .......................................................................................... 8
Hình 1.6: Quy trình tổng hợp GO từ Gi theo phương pháp Hummers cải tiến ........ 10
Hình 1.7: Quy trình tổng hợp Ag/GO bằng phương pháp phối trộn huyền phù ....... 12
Hình 1.8: Quá trình tổng hợp Ag/GO bằng phương pháp đồng kết tủa.................... 13
Hình 1.9: Cơ chế kháng khuẩn Ag/GO ..................................................................... 15
Hình 1.10: Vải acrylic ............................................................................................... 16
Hình 1.11: Chế tạo vải kháng khuẩn qua hai giai đoạn: (1) Phủ nhúng với GO và (2)
Phủ nhúng với keo AgNPs huyền phù Ag/GO ......................................................... 17
Hình 1.12: Chế tạo vải kháng khuẩn theo phương pháp phủ nhúng trực tiếp với huyền
phù Ag/GO ................................................................................................................ 17
Hình 1.13: Cơ chế kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF ................................................ 18
Hình 1.14: Cơ chế kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF−SA ......................................... 20
Hình 1.15: Nguyên lý hoạt động quang phổ FTIR ................................................... 27
Hình 1.16: Sơ đồ và nguyên lý nhiễu xạ tia X .......................................................... 28
Hình 1.17: Nguyên lý hoạt động thiết bị quang phổ Raman .................................... 28
Hình 1.18: Cấu tạo thiết bị FESEM .......................................................................... 29
Hình 1.19: Sơ đồ nguyên lý của hệ ghi nhận tín hiệu phổ EDS ............................... 30
Hình 1.20: Sơ đồ phân tích góc thấm ướt ................................................................. 31
Hình 1.21: Đường kính vịng kháng khuẩn ............................................................... 32
Hình 1.22: Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân tích nhiệt trọng lượng ............................. 33
Hình 2.1: Bã mía ....................................................................................................... 35

Hình 2.2: Quy trình tổng hợp Cell ............................................................................ 38
Hình 2.3: Quy trình tổng hợp NCs ............................................................................ 38
Hình 2.4: Quy trình tổng hợp GO ............................................................................. 40

xii


Hình 2.5: Quy trình tổng hợp Ag/GO ....................................................................... 41
Hình 2.6: Quy trình chế tạo vải Ag/GO/AF .............................................................. 43
Hình 2.7: Quy trình thử nghiệm kháng khuẩn .......................................................... 44
Hình 2.8: Quy trình chế tạo vải Ag/GO/AF−SA ...................................................... 44
Hình 3.1: Phổ FTIR của Cell và NCs........................................................................ 47
Hình 3.2: Giản đồ XRD của Cell và NCs ................................................................. 48
Hình 3.3: Ảnh FESEM của a) Cell, b) NCs, và c) phân bố kích thước sợi NCs ...... 49
Hình 3.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ AgNO3:NCs đến quá trình hình thành Ag/GO ........ 50
Hình 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình hình thành Ag/GO ....... 51
Hình 3.6: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hình thành Ag/GO ...................... 52
Hình 3.7: Phổ FTIR của GO và Ag/GO .................................................................... 53
Hình 3.8: Giản đồ XRD của GO và Ag/GO ............................................................. 54
Hình 3.9: Phổ Raman của GO và Ag/GO ................................................................. 55
Hình 3.10: Ảnh FESEM của (a) GO, (b) AgNPs, và (c, d) Ag/GO .......................... 56
Hình 3.11: (a) Ảnh TEM và (b) giản đồ phân bố kích thướcAgNPs của Ag/GO..... 56
Hình 3.12: Ảnh hưởng của nồng độ và số lần phủ nhúng Ag/GO trên vải AF đối với
vi khuẩn a) P. aeruginosa và b) S. aureus ................................................................ 57
Hình 3.13: Khả năng kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF ở nồng độ Ag/GO 4 g/L với số
lần phủ nhúng khác nhau đối với P. aeruginosa và S. aureus .................................. 58
Hình 3.14: Khả năng kháng khuẩn của vải Ag/GO/AF−SA với (a, b) nồng độ SA là
1, 2, 3, 4, và 5 g/L và (c, d) thời gian phủ nhúng 100, 120, 140, 160, và 180 phút đối
với vi khuẩn P. aeruginosa và S. aureus .................................................................. 59
Hình 3.15: Ảnh SEM của vải (a, b) AF và (c, d) Ag/GO/AF ................................... 60

Hình 3.16: Ảnh SEM của vải (a, b) Ag/GO/AF và (c, d) Ag/GO/AF−SA ............... 61
Hình 3.17: Phổ EDS của vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA ................................... 61
Hình 3.18: Góc thấm ướt của vải a) AF, b) Ag/GO/AF, và c) Ag/GO/AF−SA ....... 62
Hình 3.19: Phổ TGA của vải AF, Ag/GO/AF, và Ag/GO/AF−SA .......................... 64
Hình 3.20: Độ bền màu của vải AF, Ag/GO/AF, và Ag/GO/AF−SA ...................... 64

xiii


Hình 3.21: Khả năng kháng khuẩn sau khi kiểm tra trong môi trường pH khác nhau
của vải (1) Ag/GO/AF và (2) Ag/GO/AF−SA sau kiểm tra cường độ giặt ở 40°C, vải
(3) Ag/GO/AF và (4) Ag/GO/AF−SA trong axit, vải (5) Ag/GO/AF và (6)
Ag/GO/AF−SA trong môi trường kiềm đối với vi khuẩn P. aeruginosa và S. aureus
................................................................................................................................... 65
Hình 3.22: Góc thấm ướt của vải Ag/GO/AF−SA a) 40C, b) axit, và c) kiềm ....... 66

xiv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các loại vi khuẩn được khảo sát ............................................................... 20
Bảng 1.2: Một số nghiên cứu trong nước về vật liệu kháng khuẩn .......................... 21
Bảng 1.3: Một số nghiên cứu ngoài nước về vải kháng khuẩn ................................. 23
Bảng 2.1: Các hóa chất được sử dụng ....................................................................... 35
Bảng 2.2: Các thiết bị sử dụng .................................................................................. 36
Bảng 2.3: Khảo sát điều kiện tổng hợp Ag/GO ........................................................ 41
Bảng 2.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ AgNO3:NCs ............................................................ 42
Bảng 2.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................... 42
Bảng 2.6: Ảnh hưởng của thời gian .......................................................................... 42
Bảng 3.1: Thành phần nguyên tố của vải Ag/GO/AF và Ag/GO/AF−SA................ 63


xv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Ag/GO

Silver/graphene oxide

Bạc/graphen oxit

AgNPs

Silver nanoparticles

Nano bạc

COVID–19

Coronavirus disease 2019

Bệnh vi rút corona 2019

DNA


Deoxyribonucleic acid

Axit deoxyribonucleic

EDX

Energy−dispersive X−ray

Phổ tán xạ năng lượng tia X

spectroscopy
Fourier transform infrared

Phổ hồng ngoại chuyển hóa

spectroscopy

Fourier

Gi

Graphite

Graphit

GiO

Graphite oxide


Graphite oxit

GO

Graphene oxide

Graphen oxit

Gr

Graphene

Graphen

NCs

Nanocellulose

Nanocellulose

AF

Acrylic fabric

Vải acrylic

rGO

Reduced graphene oxide


Graphen oxit dạng khử

ROS

Reactive oxygen species

Gốc tự do

SARS–CoV–2

Severe acute respiratory

Vi rút corona gây hội chứng

syndrome coronavirus 2

hô hấp cấp tính nặng 2

Scanning electron microscope

Kính hiển vi điện tử quét

Transmission electron

Kính hiển vi điện tử

microscopy

truyền qua


FTIR

SEM
TEM

xvi


TGA
UV–vis
XRD

Thermal gravimetric analysis

Phổ phân tích nhiệt
trọng lượng

Ultraviolet–visible spectroscopy Phổ hấp thu tử ngoại–khả kiến
X–ray diffraction

xvii

Nhiễu xạ tia X


ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, vật liệu nanocomposite nhận được chú ý từ nhiều nhà nghiên cứu do tính
ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, y tế, v.v. Tuy nhiên, việc
tổng hợp hạt nano kim loại bằng phương pháp như: Vật lý, hóa học thì tốn kém chi phí,
địi hỏi trình độ thực hiện cao, nhưng hiệu suất thấp kèm theo nguy cơ tiềm ẩn gây

ảnh hưởng xấu đến mơi trường. Vì vậy, phương pháp tổng hợp sinh học sử dụng
tác nhân khử có nguồn gốc từ thực vật thu hút nhiều quan tâm. Bên cạnh đó, tận dụng
nguồn nguyên liệu từ phế phẩm nông nghiệp như bã mía để tổng hợp vật liệu nano vừa
thân thiện với mơi trường vừa đơn giản, có chi phí rẻ, và dễ thực hiện.
Vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene oxit (GO) ngày càng có nhiều nghiên cứu
vì khả năng ứng dụng trong lĩnh vực như kháng khuẩn. Trong đó, nano bạc (AgNPs) là
vật liệu tiềm năng để ứng dụng trong sản phẩm kháng khuẩn. GO được kết hợp với
AgNPs (Ag/GO) nhằm khắc phục hạn chế như AgNPs dễ bị kết tụ do năng lượng bề mặt
lớn, do đó góp phần tăng khả năng kháng khuẩn của vật liệu nanocomposite. Hơn nữa,
trong vài năm gần đây liên tục xuất hiện bệnh truyền nhiễm và biến chủng mới, trong đó
đại dịch vi rút corona gây ra vào năm 2019 (coronavirus disease 2019 (COVID 19)) đang
diễn biến ngày càng phức tạp với số ca nhiễm lây lan trong cộng đồng ngày càng nhiều,
gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người cũng như nền kinh tế. Do đó,
nhu cầu của người tiêu dùng về những sản phẩm an tồn có khả năng kháng khuẩn và
vi rút, để hạn chế lây lan dịch bệnh như: Dung dịch rửa tay, khẩu trang, vải kháng khuẩn,
v.v. ngày càng cao. Trong đó, vải kháng khuẩn là sản phẩm thiết yếu vì có nhiều
ứng dụng rộng rãi như: Sử dụng làm khẩu trang và đồ bảo hộ y tế. Vải acrylic (AF) với
ưu điểm như: Giá thành rẻ, độ bền cao được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Việc sử dụng
vật liệu nanocomposite Ag/GO trong chế tạo vải AF kháng khuẩn sẽ mở rộng khả năng
ứng dụng của vật liệu trong lĩnh vực kháng khuẩn. Vì vậy, luận văn này được thực hiện
với tên đề tài là “Nghiên cứu tổng hợp xanh vật liệu nanocomposite bạc trên cơ sở
graphene oxit ứng dụng kháng khuẩn”.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tình hình các bệnh nhiễm khuẩn hiện nay
Hiện nay, những tác động từ bên ngoài như: Vi sinh vật, vi khuẩn, bức xạ, v.v. gây
ảnh hưởng xấu đến cuộc sống của con người và trở thành nguyên nhân của nhiều

căn bệnh như: Nhiễm khuẩn, ung thư, v.v. Trong đó, bệnh nhiễm khuẩn ngày càng
diễn biến nghiêm trọng, đặc biệt là việc kiểm soát nhiễm khuẩn trong bệnh viện
ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người bệnh. Tháng 8/2019, tổ chức Y tế thế giới
(WHO) đã cập nhập tình hình tai biến y khoa, trong đó có đề cập đến một số vấn đề
mang tính cấp thiết về bệnh nhiễm khuẩn. Khoảng 10 % người bệnh ở nước đang
phát triển bị nhiễm khuẩn bệnh viện và tỷ lệ không nhỏ là nhiễm vi khuẩn kháng thuốc
[1], [2].
Thêm vào đó, các bệnh truyền nhiễm lây qua đường hô hấp ngày càng nhiều. Một số
bệnh thường gặp như: Bạch hầu, ho gà, não mô cầu, lao, v.v. do vi khuẩn gây ra và cúm,
sởi, quai bị, thuỷ đậu, đậu mùa, nhiễm trùng đường hô hấp cấp do vi rút gây ra. Ngoài
những bệnh thường gặp trên, ngày càng có nhiều loại vi rút có khả năng gây nhiễm trùng
đường hô hấp, với độc lực cao như vi rút cúm A−H5N1, viêm phổi do vi rút có thể
lây lan nhanh thành dịch lớn như viêm phổi do vi rút SARS, vi rút cúm A−H1N1,
A−H7N9, v.v. Đặc biệt, hiện nay đại dịch COVID−19 đang diễn biến phức tạp, các
biến thể mới đang không ngừng biến đổi với tốc độ lây nhiễm và xâm nhập ngày càng
cao. Mặc dù, nước ta có tỷ lệ bao phủ vắc xin cao, tuy nhiên việc xuất hiện biến chủng
liên tục và lây nhiễm cho người khác dù họ đã được tiêm chủng là mối đe dọa hàng đầu
đến sức khỏe con người. Do đó, nghiên cứu và chế tạo sản phẩm kháng khuẩn, an tồn
cũng như hạn chế tình trạng bệnh nhiễm khuẩn là cần thiết, như thể hiện trong Hình 1.1.
Trong đó, sử dụng vật liệu kháng khuẩn nanocomposite bạc trên cơ sở graphene oxit
tổng hợp theo phương pháp sinh học nhận được nhiều quan tâm nghiên cứu trong và
ngoài nước.

2


Hình 1.1: Bệnh truyền nhiễm và ơ nhiễm mơi trường
1.2. Vật liệu kháng khuẩn
Vật liệu kháng khuẩn được nghiên cứu và phát triển như một phương pháp triển vọng
thay thế kháng sinh trong việc ức chế và tiêu diệt vi khuẩn. Khả năng kháng khuẩn và

độc tính của vật liệu có thể được kiểm sốt thơng qua điều chỉnh kích thước, cấu trúc,
hình dạng, mật độ điện tích, phương pháp tổng hợp, từ đó tạo ra vật liệu với đặc tính
phù hợp cho hiệu quả kháng khuẩn cao, độc tính tế bào thấp, và ít gây hại cho sức khỏe
con người [3]. Hiện nay, vật liệu nano được quan tâm trong lĩnh vực kháng khuẩn bởi
những đặc điểm như: Kích thước nhỏ dưới 100 nm, nhỏ hơn cả vi khuẩn, vì thế vật liệu
này thể hiện tính chất vật lý và hóa học mà vật liệu khối lớn khơng có.
Trong số vật liệu nano được nghiên cứu sử dụng ngày nay như nano vàng, đồng, selen,
bạc, v.v. thì nano bạc cho khả năng kháng khuẩn cao có khả năng kháng được nhiều
chủng vi khuẩn khác nhau [4].
1.2.1. Nano bạc
1.2.1.1. Giới thiệu
Nano bạc (AgNPs) là một trong những hạt nano kim loại được nghiên cứu rộng rãi,
vì tính chất hóa lý và sinh học đặc trưng bao gồm: Diện tích bề mặt lớn, hiện tượng
cộng hưởng plasmon bề mặt cao, bên cạnh đó dễ dàng kết hợp với vật liệu khác để
nâng cao khả năng ứng dụng trong lĩnh vực như: Kháng khuẩn, kháng ung thư, xúc tác,
v.v. Đường kính của AgNPs thường trong khoảng 10–100 nm và quyết định đến
khả năng kháng khuẩn cao hay thấp [5]. Khi đường kính hạt lớn, tính kháng khuẩn giảm,
3


với kích thước nhỏ sẽ gây độc tính tế bào, ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng khi
lượng Ag+ giải phóng nhiều, khó kiểm sốt [6], [7]. Chính vì thế, việc ổn định kích thước
hạt phù hợp giúp vật liệu có khả năng kháng khuẩn cao mà khơng ảnh hưởng tiêu cực
đến việc sử dụng. Khả năng ứng dụng của AgNPs khác nhau do yếu tố như: Hình thái,
kích thước, môi trường pH, nhiệt độ hoặc thời gian phản ứng [3], [4]. Do đó,
phương pháp tổng hợp cũng như điều kiện tổng hợp ảnh hưởng lớn đến đặc tính của
AgNPs.
1.2.1.2. Phương pháp tổng hợp
Hiện nay, có ba phương pháp tổng hợp vật liệu nano kim loại là phương pháp vật lý,
hóa học, và sinh học như thể hiện ở Hình 1.2 [5], [6]. Mỗi phương pháp có ưu nhược

điểm khác nhau đã được đề cập trong nhiều nghiên cứu trước đây [8], [9]. Phương pháp
vật lý và hóa học có tác động tiêu cực đến mơi trường và sức khỏe của con người, từ đó
hạn chế khả năng ứng dụng của hạt nano. Mặc khác, phương pháp sinh học sử dụng
chất khử thân thiện với môi trường từ phụ phẩm nông nghiệp như là phương pháp xanh
trong tổng hợp vật liệu nano.
Nghiền
Vật lý

Chiếu xạ

Khử hóa học
Phương pháp

Hóa học

tổng hợp

Thủy nhiệt
Sinh học

Vi khuẩn
Nấm
Thực vật

Hình 1.2: Phương pháp tổng hợp vật liệu nano
❖ Phương pháp vật lý
Tổng hợp vật liệu nano bằng phương pháp vật lý bao gồm: Sử dụng áp suất cơ học,
phân cắt laser, lắng đọng hơi trong môi trường chân không, nghiền cơ học, v.v.
4



Phương pháp này khơng sử dụng hóa chất độc hại và có thể kiểm sốt được kích thước
hạt [10]. Tuy nhiên, sự phân bố kích thước hạt rộng, hơn nữa u cầu về chi phí
trang thiết bị cao, do đó phương pháp vật lý ít được sử dụng trong tổng hợp vật liệu nano
[11].
❖ Phương pháp hóa học
Phương pháp hóa học là phương pháp phổ biến để tổng hợp vật liệu nano do quy trình
đơn giản, dễ vận hành bằng cách sử dụng tác nhân khử hóa học để khử Ag+ trong
dung dịch muối AgNO3. Ba thành phần chính được sử dụng trong quá trình tổng hợp
AgNPs là tiền chất kim loại (muối tan của bạc), chất khử, và chất ổn định. Thơng thường,
trong quy trình tổng hợp hóa học có bốn giai đoạn chính bao gồm: Q trình khử,
tạo mầm, phát triển mầm tinh thể, và ổn định [12]. Cụ thể, trong quy trình tổng hợp
AgNPs, chất khử được bổ sung vào dung dịch muối AgNO3, tạo thành nguyên tố Ag,
sau đó phát triển tạo thành cụm hạt nano bạc. Gần đây, một số chất khử phổ biến được
sử dụng để tổng hợp AgNPs như: Axit ascorbic, hydrazine, D−glucose, v.v. Chất khử
khác nhau dẫn đến hình thành vật liệu nano có cấu trúc hình thái khác nhau [13].
Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là sử dụng hóa chất, dung mơi hữu cơ
độc hại, do đó cần loại bỏ thành phần phụ để thu được sản phẩm tinh khiết [14].
❖ Phương pháp sinh học
Trong những năm gần đây, phương pháp tổng hợp vật liệu nano thân thiện với
môi trường nhận được quan tâm lớn từ cộng đồng khoa học do nhu cầu bảo vệ hệ
sinh thái ngày càng tăng và giảm thiểu các tiền chất, sản phẩm phụ, và chi phí xử lý
mơi trường bị ơ nhiễm. Đặc biệt, phương pháp sinh học có thể thay thế hóa chất
tổng hợp thông thường bằng nguồn tự nhiên như: Dịch chiết thực vật, nấm, vi khuẩn,
v.v. [15]. Hơn nữa, các chất này khơng chỉ đóng vai trị là chất khử mà cịn là chất
ổn định cho hạt nano nhờ nhóm chức tương tác tĩnh điện với kim loại tích điện dương
[16]. Bên cạnh đó, chất khử có nguồn gốc tự nhiên, điển hình từ polymer sinh học được
đánh giá có khả năng khử tốt với nhiều ưu điểm như: Khả năng phân hủy sinh học,
giá thành rẻ, và phổ biến [17].
Việt Nam là nước nông nghiệp với sản lượng cây trồng lương thực, công nghiệp

tăng mạnh qua các năm. Cây nơng nghiệp thường được trồng nhiều, có năng suất cao và
luân canh ngắn ngày như: Bắp, mía và lúa, loại cây trồng này sau khi thu hoạch thường
tạo ra một lượng lớn phụ phẩm như: Thân, lá, bã mía, rơm rạ, vỏ trấu, v.v. Trong đó,
5


bã mía từ nhà máy mía đường xả thải với lượng lớn tăng dần qua từng năm nhưng
chưa có biện pháp xử lý hiệu quả gây lãng phí và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
Thành phần chủ yếu của bã mía là lignocellulose trong lignocellulose gồm ba
thành phần chính xếp theo thứ tự tỷ lệ khối lượng giảm dần là cellulose, hemicellulose,
và lignin, như thể hiện ở Hình 1.3 [18]. Cellulose là hợp chất cao phân tử được cấu tạo
từ các đơn phân monome D–glucose liên kết với nhau bằng β–1,4–glycosidic. Cellulose
có đặc tính như: Khơng độc, dễ phân hủy sinh học, độ bền kéo, độ bền nhiệt cao, và độ
dẫn điện thấp [19], [20]. Hơn nữa, các nhóm hydroxyl (–OH) hoạt động tốt thể hiện
đặc tính bề mặt, lưu biến, và quang học khác nhau của cellulose [18]. Tuy nhiên, trong
nhiều lĩnh vực khả năng phản ứng của cellulose bị hạn chế bởi kích thước polymer lớn,
vì thế cấu trúc nanocellulose (NCs) được nghiên cứu trở thành loại vật liệu tiềm năng.
Bên cạnh đó, nhờ vào cấu trúc NCs dễ dàng phân tán hạt nano, ngăn kết tụ trong
q trình tổng hợp vật liệu [21]. Ngồi ra, tương tác tĩnh điện giữa hạt kim loại và
nguyên tử oxy của nhóm –OH trong cấu trúc NCs dễ dàng khử tạo hạt nano [22].

Cây mía

Bột bã mía

Bã mía

Liên kết
hydro


Nanocellulose

Thành
tế bào

Cellulose
Hình 1.3: Cấu trúc của NCs từ bã mía

Do đó, trong luận văn này vật liệu AgNPs được tổng hợp bằng phương pháp sinh học
sử dụng NCs vừa là chất khử vừa là chất ổn định.
1.2.1.3. Ứng dụng
Nano bạc có diện tích và năng lượng bề mặt cao nên được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như: Chất xúc tác, cảm biến quang học, điện tử, y tế, v.v. [23], [24].
6


Nano bạc được ứng dụng trong kháng khuẩn và điều trị các căn bệnh khác nhau, đặc biệt
là bệnh nhiễm trùng. AgNPs có khả năng kháng nhiều loại vi khuẩn, nấm, và vi khuẩn
kháng thuốc khó điều trị bằng kháng sinh thơng thường. Ngồi ra, AgNPs cịn làm
chất kháng khuẩn và kháng nấm hiệu quả trong sản phẩm chăm sóc vết thương và
dụng cụ y tế [25]. Bên cạnh đó, AgNPs được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp
thực phẩm, sản xuất hàng tiêu dùng, đồ gia dụng, vải kháng khuẩn, v.v. Tuy nhiên,
khả năng ứng dụng của AgNPs phụ thuộc vào kích thước và hình dạng hạt. Khi
kích thước AgNPs càng nhỏ thì năng lượng bề mặt càng lớn, giải phóng ion Ag+ cao,
hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs tăng [26]. Trong thực tế, khi năng lượng bề mặt lớn,
AgNPs có xu hướng kết tụ với nhau làm giảm năng lượng bề mặt để chuyển sang
trạng thái bền hơn [27]. Do đó, gần đây graphene oxit (GO) với cấu trúc nano hai chiều
và diện tích bề mặt lớn được dùng làm chất ổn định AgNPs. Sự kết hợp của hai vật liệu
này tạo ra vật liệu nanocomposite AgNPs trên cơ sở GO với ưu điểm vượt trội hơn
vật liệu tiền chất.

1.2.2. Graphene oxit
1.2.2.1. Giới thiệu
Cacbon là nguyên tố cơ bản góp phần hình thành nên cấu trúc của hàng triệu hợp chất
hóa học hữu cơ. Nhiều nguyên tử cacbon liên kết tạo cấu trúc tinh thể [28]. Chính vì
cấu trúc đa dạng như vậy đã tạo nên sự phong phú về dạng thù hình của cacbon,
trong đó graphite (Gi) là vật liệu nổi bật, ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành
công nghiệp trên thế giới. Cấu trúc của GiO được thể hiện ở Hình 1.4.

Hình 1.4: Cấu trúc của GiO
7