1

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO
VÀNG TRÊN HỆ CHẤT MANG
ALGINATE/LACTOSE VÀ ỨNG DỤNG
XÚC TÁC PHẢN ỨNG CHẤT Ô NHIỄM

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


2

LỜI CAM ĐOAN
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự
hướng dẫn khoa học của Th.S Lê Văn Dũng. Các nội dung nghiên cứu, kết quả
trong đề này trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây.
Những số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được
chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham
khảo.
Ngoài ra, trong phần luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng
như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích
nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về
nội dung luận văn của mình. Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến
những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu
có).

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018
Tác giả

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


3

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................ii
DANH MỤC BẢNG................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH................................................................................................vii
DANH MỤC PHỤ LỤC..........................................................................................ix
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT...................................................................x
LỜI MỞ ĐẦU..........................................................................................................xi
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN......................................................................................1
I.1. Tổng quan về hạt nano kim loại.......................................................................1
I.1.1. Tính chất của hạt nano kim loại.................................................................1
I.1.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano.........................................................2
I.1.3. Ứng dụng...................................................................................................4
I.2. Nanocomposite kim loại – polymer.................................................................5
I.3. Hạt nano vàng..................................................................................................6
I.3.1. Khái quát...................................................................................................6
I.3.2. Phân loại và tính chất.................................................................................7
I.3.3. Các phương pháp tổng hợp........................................................................7
I.3.4. Ứng dụng...................................................................................................9
I.4. Alginate..........................................................................................................10
I.4.1. Khái quát.................................................................................................10
I.4.2. Cấu trúc...................................................................................................10

I.4.3. Tính chất và ứng dụng.............................................................................11

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


4

I.5. Canxi-axetate.................................................................................................12
I.6. Lactose...........................................................................................................12
I.6.1. Khái quát.................................................................................................12
I.6.2. Cấu trúc...................................................................................................13
I.6.3. Tính chất và ứng dụng.............................................................................13
I.7. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới..........................................15
I.7.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới...........................................................15
I.7.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.............................................................16
I.8. Điểm mới của luận văn..................................................................................17
CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM..............................................................................18
II.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thực nghiệm....................................................18
II.1.1. Hóa chất.................................................................................................18
II.1.2. Dụng cụ..................................................................................................18
II.1.3. Thiết bị...................................................................................................19
II.2. Thực nghiệm.................................................................................................20
II.2.1. Pha chế hóa chất chuẩn bị cho quá trình tổng hợp..................................20
II.2.2. Quy trình tạo chất mang Alginate/Lactose.............................................21
II.2.3. Quy trình tạo nano vàng trên chất mang Alginate/Lactose....................22
II.2.4. Khảo sát quá trình hình thành nano vàng bằng phương pháp đo quang
phổ UV-Vis.......................................................................................................23
II.2.5. Nghiên cứu đặc tính hóa lý.....................................................................25
II.2.6. Nghiên cứu ứng dụng xúc tác.................................................................25
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN...........................................................27

III.1. Kết quả thí nghiệm khảo sát bằng phổ Uv-Vis............................................27

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


5

III.1.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng gel so với ion Au3+..........27
III.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ....................................................28
III.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian...................................................30
III.2. Kết quả nghiên cứu đặc tính hóa lý.............................................................32
III.2.1. Kết quả phân tích XRD.........................................................................32
III.2.2. Kết quả TEM.........................................................................................33
III.2.3. Thế điện động Zeta...............................................................................36
III.2.4. Kích thước hạt.......................................................................................38
III.2.5. Kết quả đo Phổ FT-IR...........................................................................39
III.2.6. Kết quả phân tích nhiệt TGA................................................................41
III.2.7. Khảo sát xúc tác....................................................................................44
KẾT LUẬN.............................................................................................................52
KIẾN NGHỊ............................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................55
PHỤ LỤC................................................................................................................ 59

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


6

DANH MỤC BẢ
Bảng 2. 1 Bảng số liệu thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ gel và ion Au 3+ đến quá

trình tổng hợp nano vàng.........................................................................................23
Bảng 2. 2 Bảng số liệu thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình
tổng hợp nano vàng.................................................................................................24
YBảng 3. 1 Số liệu kết quả phân tích phổ TGA của các chất...................................41
Bảng 3. 2 So sánh hoạt tính xúc tác của AuNPs trên nền Alginate/Lactose với các
chất xúc tác khác của phản ứng khử NaBH4 với Metyl Orange...............................48
Bảng 3. 3 So sánh hoạt tính xúc tác của AuNPs trên nền Alginate/Lactose với các
chất xúc tác khác của phản ứng khử NaBH4 với Rhodamine B...............................51

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


7

DANH MỤ
Hình 1. 1 Phương pháp chế tạo hạt nano...................................................................2
Hình 1. 2 Các hình dạng của nano vàng....................................................................7
Hình 1. 3 Các ứng dụng của nano vàng.....................................................................9
Hình 1. 4 Cấu trúc Alginate Sodium........................................................................10
Hình 1. 5 Cấu trúc Lactose......................................................................................13
YHình 2. 1 Sơ đồ quy trình tạo chất mang Alginate/Lactose...................................21
Hình 2. 2 Sơ đồ quy trình tổng hợp nano vàng trên hệ chất mang...........................22
YHình 3. 1 Màu sắc biến đổi phụ thuộc tỉ lệ khối lượng.........................................27
Hình 3. 2 Kết quả phổ UV-Vis biểu diễn cường độ hấp thụ nano vàng khảo sát ở tỉ
lệ gel và ion Au3+....................................................................................................27
Hình 3. 3 Kết quả phổ UV-Vis cường độ hấp thụ nano vàng ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
................................................................................................................................. 28
Hình 3. 4 Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa độ hấp thụ, bước sóng hấp thụ khi
tăng nhiệt độ............................................................................................................29
Hình 3. 5 Kết quả phổ UV-Vis cường độ hấp thụ nano vàng ảnh hưởng bởi thời

gian.......................................................................................................................... 30
Hình 3. 6 Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa thời gian phản ứng với độ hấp thụ
và bước sóng hấp thụ...............................................................................................30
Hình 3. 7 Kết quả đo nhiễu xạ tia X – mẫu T3-AuNPs và T4-AuNPs.....................32
Hình 3. 8 Kết quả chụp TEM mẫu T3-AuNPs.........................................................33
Hình 3. 9 Đồ thị kích thước và phân bố hạt nano tại độ phóng đại 20nm của mẫu
T3-AuNPs................................................................................................................ 34
Hình 3. 10 Kết quả chụp TEM mẫu T4- AuNPs......................................................34
Hình 3. 11 Đồ thị kích thước và phân bố hạt nano độ phóng đại 20nm mẫu T4AuNPs..................................................................................................................... 35
Hình 3. 12 Kết quả đo phổ thế điện động Zeta........................................................36

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


8

Hình 3. 13 Kết quả đo kích cỡ hạt nano phân bố trong dung dịch...........................38
Hình 3. 14 Kết quả phổ FT-IR các chất...................................................................39
Hình 3. 16 Kết quả phân tích phổ TGA của các chất...............................................41
Hình 3. 17 Phản ứng khử giữa NaBH4 và chất màu khi chưa có xúc tác[23]..........44
Hình 3. 18 Sự thay đổi màu sắc chất màu sau quá trình khử khi có mặt xúc tác.....45
Hình 3. 19 Kết quả phổ UV-Vis phản ứng khử Metyl Orange với NaBH 4 khi có mặt
xúc tác T3 - AuNPs theo thời gian...........................................................................46
Hình 3. 20 Đồ thị biểu diễn hằng số tốc độ phản ứng khử khi có mặt xúc tác T3AuNPs..................................................................................................................... 46
Hình 3. 21 Kết quả phổ UV-Vis phản ứng khử Metyl Orange với NaBH 4 khi có mặt
xúc tác T4 - AuNPs theo thời gian...........................................................................47
Hình 3. 22 Đồ thị biểu diễn hằng số tốc độ phản ứng khử khi có mặt xúc tác T4AuNPs..................................................................................................................... 47
Hình 3. 23 Kết quả phổ UV-Vis phản ứng khử Rhodamine với NaBH4 khi có mặt
xúc tác T3 - AuNPs theo thời gian...........................................................................49
Hình 3. 24 Kết quả phổ UV-Vis phản ứng khử Rhodamine với NaBH4 khi có mặt

xúc tác T3 - AuNPs theo thời gian...........................................................................49
Hình 3. 25 Kết quả phổ UV-Vis phản ứng khử Rhodamine với NaBH4 khi có mặt
xúc tác T4 - AuNPs theo thời gian...........................................................................50
Hình 3. 26 Kết quả phổ UV-Vis phản ứng khử Rhodamine với NaBH4 khi có mặt
xúc tác T4 - AuNPs theo thời gian...........................................................................50
Y

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


9

DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục 1 Kích thước hạt mẫu T3-AuNps................................................................59
Phụ lục 2 Kích thước hạt mẫu T4-AuNPs................................................................60
Phụ lục 3 Kích thước hạt mẫu nano trống................................................................61
Phụ lục 4 Thế Zeta mẫu T3-AuNPs.........................................................................62
Phụ lục 5 Thế Zeta mẫu T4-AuNps.........................................................................63
Phụ lục 6 Thế Zeta mẫu nano trống.........................................................................64
Phụ lục 7 Ảnh chụp TEM mâu T3-AuNPs..............................................................65
Phụ lục 8 Ảnh chụp TEM mẫu T4-AuNPs..............................................................66
Phụ lục 9 Phổ nhiễu xạ XRD mẫu T4 – AuNPs.......................................................67
Phụ lục 10 Phổ nhiễu xạ XRD mẫu T3-AuNPs.......................................................68
Phụ lục 11 Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng TGA của mẫu T3-AuNPs và T4AuNPs..................................................................................................................... 69
Phụ lục 12 Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng TGA của mẫu nano trống và Alg.. 70
Phụ lục 13 Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng TGA của Lactose..........................71
Phụ lục 14 Kết quả phổ IR của Alginate sodium.....................................................72
Phụ lục 15 Kết quả phổ IR của Lactose..................................................................72
Phụ lục 16 Kết quả phổ IR mẫu trống......................................................................73
Phụ lục 17 Kết quả phổ IR mẫu T3-AuNPs.............................................................73

Phụ lục 18 Kết quả phổ IR mẫu T4-AuNPs.............................................................74

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


10

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
FT-IR

Fourier transform infrared radiation

Alg

Sodium Alginate

TEM

Transmission Electron Microscopy – Kính hiển vi điện tử truyền qua

TGA

Thermogravimetry analysis

XRD

X-ray powder diffraction

UV-Vis


UltraViolet-Visible Spectroscopy - Phổ tử ngoại và khả kiến

NaBH4

Sodium Borohydride

Abs

Absorptance

AuNPs

Au nanoparticles

MO

Metyl Orange

RH

Rhodamine

T4-AuNPs

Mẫu nano vàng tổng hợp ở tỉ lệ khối lượng 0.04

T3-AuNPs

Mẫu nano vàng tổng hợp ở tỉ lệ khối lượng 0.03


GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


11

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ vật liệu nano phát triển mở ra hướng nghiên cứu đa chiều cho
ngành khoa học, trong đó nano vàng với những tính chất đặc biệt đã thu hút sự quan
tâm của các nhà khoa học nhằm nghiên cứu, tổng hợp và ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực khác nhau như ứng dụng làm xúc tác, cảm biến sinh học, khử trùng, trong pin
nhiên liệu, chẩn đoán và điều trị ung thư, dẫn truyền thuốc, chụp ảnh sinh học nhờ
đặc tính quang học đặc biệt. Đã có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp nano
vàng như phương pháp khử hóa học, phương pháp tạo mầm, phương pháp khử sinh
học, phương pháp chiếu xạ cho ra các hạt nano vàng với nhiều hình dạng và kích
thước khác nhau.
Hiện nay khi nền kinh tế phát triển gắn liền với vấn đề bảo vệ môi trường
đang ngày càng được sự quan tâm nhiều hơn. Một trong những vấn đề đặt ra cho
Việt Nam là cải thiện môi trường đặc biệt là vấn đề ô nhiễm nguồn nước từ các chất
độc hại từ nền công nghiệp thải ra. Các ngành công nghiệp dệt nhuộm, giấy, da,
thực phẩm, mỹ phẩm thường sử dụng các phẩm màu là những chất khó phân hủy, là
những chất oxi hóa bền với nhiệt và ánh sáng, thường được xử lý sơ bộ hay xả trực
tiếp ra ngoài sông suối ảnh hưởng trầm trọng đến nguồn nước và hệ sinh thái, một
trong số đó là Rhodamine và Metyl Orange được sử dụng rộng rãi để tạo màu,
nhuộm màu trong công nghiệp vải sợi, trong phòng thí nghiệm để chẩn đoán,
nhuộm tế bào...
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng vật liệu nano vào xử lý nguốn
nước ô nhiễm ngày càng được ứng dụng rộng rãi và nano vàng ứng dụng trong xúc
tác trong phản ứng phân hủy chất màu ô nhiễm đang được quan tâm nhờ xuất hiện
những đặc tính mới lạ so với vàng ở dạng khối. Hoạt tính xúc tác của hạt nano kim
loại trên chất mang được nghiên cứu cao hơn hẳn so với hạt nano không có trong hệ

chất mang do các hạt nano tổng hợp phân tán đồng đều hơn trên chất mang, mạng

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


12

lưới bề mặt tiếp xúc lớn. Những chất mang ở dạng polymer sinh học được nghiên
cứu nhờ đặc tính tương thích sinh học và an toàn, dễ phân hủy được ứng dụng trong
số đó có chất mang Alginate và tận dụng khả năng bẻ gãy liên kết để có nhóm
Aldehyde có tính khử của Lactose để khử ion vàng qua nano vàng là phương pháp
khử hóa học đơn giản tiết kiệm, không độc hại.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn hướng nghiên cứu đề tài « Tổng hợp
nano vàng trên hệ chất mang Alginate/Lactose và ứng dụng xúc tác phản ứng phân
hủy chất ô nhiễm »
Mục tiêu đề tài
« Tổng hợp nano vàng trên chất mang Alginate/Lactose và ứng dụng xúc
tác »
Nội dung đề tài
 Tổng hợp nano vàng trên hệ chất mang Alginate/Lactose
 Khảo sát các điều kiện tỉ lệ, nhiệt độ và thời gian tối ưu tổng hợp nano
vàng
 Xác định tính chất hóa lý
 Khảo sát hoạt tính xúc tác của nano vàng trong phản ứng của NaBH4
và chất màu ô nhiễm Rhodamine và Metyl Orange.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu hiểu rõ hơn về điều kiện tổng hợp nano vàng đơn giản, ít
độc hại. Hiểu rõ đặc tính hóa lý nano vàng tổng hợp được. Tạo hệ chất mang
đồng nhất Alginate/lactose, sử dụng các nguồn nguyên liệu sạch, thân thiện
và tận dụng khả năng khử của lactose gắn kết sẵn trong chất mang Alginate

để khử ion vàng thành nano vàng và giữ nano vàng bền trong chất mang.

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


13

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng


1

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
I.1. Tổng quan về hạt nano kim loại
Công nghệ nano ra đời mở ra một kỷ nguyên mới cho lĩnh vực nghiên cứu
ứng dụng, với những tính năng đặc biệt khi vật liệu được đưa về đến kích thước
nano. Hạt nano là các hạt có kích thước từ 1nm tới 100nm, đa dạng hình dạng, cấu
trúc. Nghiên cứu khoa học trên các hạt nano đang rất phát triển do các hạt này có
nhiều ứng dụng tiềm năng trong y học, quang học và điện tử. [4]

I.1.1. Tính chất của hạt nano kim loại
Khi các kim loại đạt đến kích thước nano cho thấy những tính năng mới lạ so
với vật liệu khối do hai hiện tượng: hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước. Khi vật
liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của
vật liệu gia tăng. Hạt càng bé thì hiệu ứng bề mặt càng lớn và ngược lại, tuy nhiên
hiệu ứng bề mặt thường ít ảnh hưởng đến tính chất đặc biệt của hạt nano. Đối với
hiệu ứng kích thước, khi đạt đến kích thước nanomet, các electron không còn di
chuyển thẳng trong chất dẫn điện, mà đặc tính cơ lượng tử của các điện tử biểu hiện
ra ở dạng sóng, kích thước nhỏ dẫn đến hiện tượng lượng tử mới. Hạt nano kim loại
có các tính chất đặc trưng tính chất nhiệt, tính điện, tính từ, tính chất quang[3][1].

 Tính chất quang học: do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá
trình tương tác với bức xạ sóng điện từ và hiện tượng cộng hưởng plasmon
bề mặt do điện tử tự do của hạt nano hấp thụ ánh sáng chiếu vào. Tần số
cộng hưởng đặc trưng cho tính quang của hạt nano là bởi các yếu tố: hình
dáng, độ lớn của hạt nano, mật độ phân bố hạt nano.
 Tính chất điện: khi kích thước vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam
hãm làm rời rạc cấu trúc vùng năng lượng làm phá vỡ sự tuyến tính của định
luật về độ dẫn điện so với vật liệu khối.

GVHD: ThS. Lê Văn Dũng

SVTH: Hồ Thị Thu Trang


 Tính chất từ: Các kim loại như vàng, bạc có tính nghịch từ ở trạng thái khối
do sự bù trừ cặp điện từ, khi kích thước được thu nhỏ thì vật liệu có từ tính
tương đối mạnh vì sự bù trừ trên không toàn diện. Còn đối với kim loại có từ
tính như sắt, niken, coban khi ở kích thước nhỏ thì chuyển sang trạng thái
siêu thuận từ (không có từ tính khi không có từ trường, từ tính mạnh khi có
từ trường).
 Tính chất nhiệt: Kích thước của hạt nano càng giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ
giảm.

I.1.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano
Hai nguyên lý cơ bản để tổng hợp hạt nano kim loại là phương pháp từ dưới
lên (bottom up) và phương pháp từ trên xuống (top down). Trong đó phương pháp
từ trên xuống là phương pháp tạo hạt nano từ các hạt có kích thước lớn hơn. Phương
pháp từ dưới lên là tạo hạt từ các nguyên tử hoặc khử ion. Các hạt nano kim loại
như vàng, bạc thì phương pháp thường được áp dụng là phương pháp bottom-up,
dựa trên nguyên tắc khử các ion kim loại thành các nguyên tử liên kết với nhau

bằng năng lượng lượng tử.[18]

Vật liệu khối
Top-down
Kích thước hạt nano
(1-100nm)
Bottom up
Phân tử
Hình 1. 1 Phương pháp chế tạo hạt nano.


Theo nguyên lý bottom-up và top-down, các vật liệu nano có thể thu được
bằng bốn phương pháp phổ biến:
Phương pháp hóa ướt: là chế tạo vật liệu dùng trong hóa keo (colloidal
chemistry), phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và kết tủa. Các dung dịch
chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo tỉ lệ tối ưu dưới tác động của
nhiệt độ, áp suất mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau quá
trình lọc, sấy khô thu được vật liệu nano. Đối với phương pháp này, vật
liệu tạo ra rất đa dạng từ vô cơ, hữu cơ, kim loại; là phương pháp ít tốn
kém, có thể tạo một khối lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên các hợp chất có
liên kết với phân tử nước có thể khó khăn và phương pháp sol-gel hiệu
suất không cao.
Phương pháp cơ học: là sử dụng kỹ thuật nghiền, phân tán, hợp kim cơ
học. Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích
thước nano. Là phương pháp đơn giản, có thể chế tạo máy không quá
phức tạp, có thể tạo ra một lượng vật liệu lớn tuy nhiên các hạt dễ bị kết
tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng đều, dễ bị nhiễm bẩn,
chủ yếu để chế tạo vật liệu nano không phải là hữu cơ như kim loại.
Phương pháp bốc bay: gồm các phương pháp quang khắc, bốc bay chân
không vật lý, hóa học. Các phương pháp này áp dụng hiểu quả chế tạo

màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt tuy nhiên tạo hạt nano bằng cách
cạo vật liệu từ đế. Tuy nhiên không hiệu quả khi áp dụng ở quy mô
thương mại.
Phương pháp hình thành từ pha khí: gồm phương pháp nhiệt phân, nổ
điện, đốt laser, bốc bay nhiệt độ cao, plasma dựa theo nguyên tắc là hình
thành vật liệu từ pha khí. Nhiệt phân để chế tạo các vật liệu đơn giản như
carbon, silicon. Phương pháp đốt laser có thể tạo được nhiều loại vật liệu
nhưng chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm bởi hiệu suất thấp. Phương


pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo nhiều vật liệu
khác nhau nhưng không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ có
thể đến 9000oC. Phương pháp này thường áp dụng để tạo lồng carbon,
ống nano carbon.

I.1.3. Ứng dụng
a) Y sinh- sinh học
Sự tiến bộ của Khoa học kỹ thuật cùng với sự phát triển ngày càng mạnh của
công nghệ nano, vật liệu nano nghiên cứu khả năng ứng dụng trong y, sinh học ngày
càng nhiều vì kích thước nano sánh được với kích thước của tế bào(10-100nm),
virus(20-450nm), protein(5-50nm), gen(2nm rộng và 10-100nm chiều dài), với kích
thước nhỏ bé, gần giống với các thực thể sinh học khác và có thể xâm nhập vào các
tế bào hoặc virus do đó các hạt nano kim loại được sử dụng như chất kháng nấm, vi
khuẩn điển hình là nano bạc, hỗ trợ phát hiện ung thư dựa vào sự phát quang của hạt
nano vàng, dẫn truyền thuốc, tận dụng khả năng biến tính từ tính của hạt nano kim
loại để tách chiết tế bào như nano oxit sắt từ, truyền và phân phối thuốc đến tận mô
tế bào, tăng thân nhiệt cục bồ ở các tế bào đã xác định để tiêu diệt tế bào ung thư,
tăng tính tương phản cho ảnh cộng hưởng từ…[19]
b) Xúc tác
Ở kích thước nano diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, hoạt tính hóa học cao, điển

hình xúc tác dị thể bao gồm các hạt nano phân tán trên nền vật liệu. Ví dụ: hạt nano
TiO2 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel và thủy nhiệt khảo sát khả năng xúc tác
quang hóa chất màu methyl xanh, các hạt nano vàng, bạc, Platinium xúc tác suy
thoái màu ô nhiễm...[30][24][23]
c) Phụ gia trong vật liệu xây dựng
Tận dụng các đặc tính ưu việt của các nano kim loại, các nghiên cứu gần đây
của các nhà khoa học đã chứng minh rằng, sử dụng vật liệu nano C, Ag, Cu, TiO2,
SiO2, Fe2O3…như là phụ gia trên cơ sở chất kết dính xi măng đã tạo ra độ bền
chắc ở những vùng chuyển tiếp làm cho tính chất của bê tông được cải thiện như:


cường độ bền tăng lên gấp hàng chục lần, độ chảy và bám dính, độ bền ăn mòn hoặc
ngăn cản từ trường đều đạt tối ưu.
d) Lĩnh vực năng lượng
Đóng một vai trò quan trọng trong chuyển đổi, phân phối, tích trữ năng
lượng như lớp phủ nano chống ăn mòn, các màng và điện cực cho pin năng nhiên
liệu, pin Li-ion,

I.2. Nanocomposite kim loại – polymer
Nanocomposite polyme/kim loại là nhóm vật liệu có nhiều tính năng vượt
trội nhờ có cấu trúc đặc biệt, trong đó polyme đóng vai trò như chất bao bọc bên
ngoài và ổn định hạt kim loại có kích thước nano. Có hai phương pháp chế tạo
nanocompozit polyme/kim loại đó là in-situ và ex-situ. Trong đó:
 Phương pháp in-situ: Các ion kim loại được phân tán vào trong mạng lưới
polyme sau đó bị khử bởi các tác nhân hóa học, nhiệt hay bức xạ, để hình
thành hạt nano trong mạng lưới polyme. Hoặc các hạt nano kim loại được
phân tán trong dung dịch chứa các monome, sau đó tiến hành trùng hợp
monome, để tạo thành polyme chứa các hạt nano kim loại… Phương pháp
này cho sản phẩm nanocompozit có cấu trúc phân tán đồng đều.
 Phương pháp ex-situ: Trước tiên nano kim loại được chế tạo và thụ động hữu

cơ nhằm tránh sự kết tụ do năng lượng bề mặt lớn. Sau đó các hạt nano kim
loại được phân tán vào dung dịch polyme trong điều kiện khuấy trộn cơ học
hoặc siêu âm. Phương pháp này khó thu được vật liệu có độ phân tán đồng
đều.
Hiện nay, phương pháp in-situ được sử dụng phổ biến hơn do khả năng phân
tán nano kim loại trong polyme tốt hơn, chất lượng nanocompozit ổn định hơn.
Trong công nghệ y sinh dược học, nanocompozit polyme/kim loại ứng dụng trong


hệ thống dẫn truyền thuốc, các loại cảm biến sinh học, làm giàu và phân tách trong
thử nghiệm miễn dịch.

I.3. Hạt nano vàng
I.3.1. Khái quát
Vàng ký hiệu hóa học là Au, là kim loại chuyển tiếp có hai hóa trị I và III. Có
cấu hình electron 4f14 5d10 6s1 , nhóm 11 và số nguyên tử 79 trong bảng tuần hoàn.
Khối lượng nguyên tử 196,9665g. Vàng là kim loại có màu vàng khi ở dạng khối và
khi được cắt nhuyễn thì có màu đen, hồng ngọc hay tía. Vàng có tính dẫn điện, dẫn
nhiệt tốt, hầu như ko chịu ảnh hưởng bởi nhiệt, độ ẩm, oxy và các chất ăn mòn.
Màu của vàng cũng như dung dịch keo từ vàng được tạo ra bởi tần số plasmon của
nguyên tố này nằm trong khoảng thấy được, tạo ra ánh sáng vàng và đỏ khi phản xạ
và ánh sáng xanh khi hấp thụ. Trạng thái oxy-hóa của vàng trong dung dịch tồn tại ở
hai dạng + 1(auro) hay +3(auric). Ion vàng trong dung dịch được khử thành kim loại
nếu thêm bất cứ kim loại nào có chức năng khử. Đối với dung dịch vàng clorua
(axit cloroauric) khử với các ion citrate hay ascorbat để chế tạo vàng keo – dung
dịch màu đỏ với các hạt nano có kích thước đồng đều.[9]
Vàng cho nhiều ứng dụng trong y học có lịch sử đã hàng ngàn năm. Huyền phù
vàng – dung dịch nano vàng được sử dụng như dược liệu từ thời Trung cổ để trị các
bệnh tim, hoa liễu, động kinh…Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đồng
thời công nghệ nano ngày càng phát triển, huyền phù nano vàng vẫn đang có những

đóng góp quan trọng cho y học, sinh học nhưng tập trung về lĩnh vực phát quang và
hấp thu sóng điện tử. Hạt nano vàng là một thay thế tốt cho nano phát quang có thể
thay thế cho hạt nano phát quang của hợp chất cadmium vì vàng không có độc tính.
Ngoài ra bề mặt nano vàng có thể kết hợp với phân tử thuốc, phân tử sinh học như
DNA, các loại protein như enzyme, kháng thể cho nhiều ứng dụng khác nhau.[16]


I.3.2. Phân loại và tính chất
Kích thước hạt nano vàng từ 1nm-8µm và đa dạng hình thái như: hình cầu,
hình ngũ giác, hình que, ngôi sao, dạng sợi… Là một nano kim loại, nên nano vàng
có những tính chất đặc trưng cơ bản giống nano kim loại: tính chất quang học, tính
chất điện, tính từ, tính chất nhiệt, tính chất xúc tác và là nano kim loại không độc,
dễ tương tác sinh học.[29]

Hình 1. 1 Các hình dạng của nano vàng.

I.3.3. Các phương pháp tổng hợp
Phương pháp khử hóa học
Sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Vì sủ dụng
tác nhân ở dạng lỏng nên được gọi là phương pháp hóa ướt. Dung dịch ban đầu là
muối vàng HAuCl4 với các tác nhân khử là các chất hóa học như: citrate, citric,
NaBH4, ethanol, ethylene glycol, glycerin trên nguyên tắc khử:
Au3+ + B Auo + nAuo nano Au.


Dưới tác dụng của chất khử B, ion Au3+ bị khử tạo ra nguyên tử Au, sau đó các
nguyên tử này kết hợp với nhau để tạo ra các hạt nano Au. Ứng với mỗi tác nhân
khử sẽ có các phương pháp khử khác nhau, sẽ tạo ra các hạt nano có chất lượng hạt,
kích cỡ hạt và hình dạng khác nhau như hình 1.1. Vì vậy tùy từng ứng dụng nghiên
cứu, cần chú ý đến việc lựa chọn hóa chất và phương pháp cho phù hợp.

Phương pháp vật lý
Sử dụng các tác nhân vật lý như điện từ, sóng điện từ năng lượng cao như tia
γ, tia tử ngoại, tia laser khử ion thành kim loại. Là phương pháp từ dưới lên bottomup , chuyên trực tiếp ion vàng thành nguyên tử vàng : Au3+ Auo
Phương pháp sinh học
Phương pháp khử sinh học là dùng các tác nhân khử là vi khuẩn, vi rút, vi
nấm như nấm Furasium Oxysporum, Bacillis licheniformic, khuẩn Lactobacillus,
khuẩn Rhodococus… đóng vai trò tác nhân khử ion kim loại vàng thành hạt nano
vàng. Đây là phương pháp đơn giản, thân thiện với môi trường có thể tạo ra với số
lượng lớn và đa dạng kích thước, hình dạng. Ngoài ra, ngày nay còn sử dụng các
loại nấm mốc, dịch chiết từ các loại cây trồng như cây chanh, cây bồ công anh, cỏ
linh lăng, lá cây rau mùi… để tổng hợp nano vàng.
Phương pháp sử dụng nhiệt vi sóng
Phương pháp sử dụng lò vi sóng – vi sóng là những bước sóng dài hơn tia
hồng ngoại nhưng ngắn hơn sóng radio, có tần số từ 0.3Hz đến 300GHz, sử dụng
các tác nhân để khử ion Au3+ thành Auo. Dưới tác dụng của vi sóng, các phân tử
Au3+và các chất trợ khử sẽ nóng lên dưới tác dụng của nhiệt quá trình khử vàng diễn
ra raatts nhanh. Các chất khử được sử dụng cho quá trình này là các hợp chất
polyol : ethylene glycol, glycerin, nước…Bằng phương pháp này, hạt nano tạo ra có
kích thước đồng đều và nhỏ hơn các phương pháp khác. Phương pháp này tiến hành
đơn giản, dễ sử dụng, tốc độ đun nóng và xuyên thấu nhanh, thời gian khử nhanh.


I.3.4. Ứng dụng
Các hạt nano vàng được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sinh học và y
sinh vì diện tích bề mặt lớn và độ dẫn điện tử cao. Việc kiểm soát kích thước
nanomet của hạt nano vàng để tăng cường tương tác của các hạt nano với các tế bào
sinh học như dẫn truyền thuốc, phát hiện tế bào ung thư, biosensor, khử trùng…
[29]

Hình 1. 2 Các ứng dụng của nano vàng.

Ngoài ra nhờ những đặc tính đặc biệt và sự mở rộng bề mặt tiếp xúc khi ở
kích thước nano, nano vàng được ứng dụng trong mỹ phẩm, xúc tác cho nhiều phản
ứng như phản ứng oxi-hóa CO ở nhiệt độ thấp, oxi-hóa hoàn toàn toluenen trên xúc
tác Au/Al2O3 và Au/CeO2/Al2O3.


I.4. Alginate
I.4.1. Khái quát
Sodium Alginate có công thức hóa học là NaC6H7O6 là muối của acid alginic
được tách ra từ tảo nâu, không vị, dạng hạt màu trắng hoặc vàng nhạt, có khả năng
phân hủy sinh học và an toàn trong các thử nghiệm trên người và động vật. Alginate
sodium là copolymer sinh học có trọng lượng phân tử từ 32000-400000g/mol, trong
nước tạo dung dịch có độ nhớt cao và có khả năng tạo gel, màng hoặc sợi với các
cation có hóa trị 2 như Ca2+ hoặc acid khi ở nhiệt độ phòng pH từ 4 đến 10 do đó
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tùy thuộc vào nồng độ Ca 2+ thêm
vào, gel tạo ra có thể thuận nghịch hay không thuận nghịch khi nồng độ Ca2+ cao
hay thấp. Các tương tác tĩnh điện qua cầu nối Ca2+ có vai trò quan trọng trong quá
trình tạo gel, do đó gel tạo ra thường không thuận nghịch với nhiệt và ít đàn hồi. Để
chiết xuất và tinh chế Alginate, cần chuyển hóa từ dạng tan trong thành tế bào tảo
nâu thành muối sodium tan trong nước; trong đó, phổ biến nhất là các phương pháp
sử dụng dung dịch HCl, ethanol và H2SO4.[2]

I.4.2. Cấu trúc
Alginate được cấu tạo từ gốc β-D-mannuronate (M) và α-Lguluronate (G)
bằng lien kết 1-4 glucoside, có 3 loại liên kết có thể gặp trong 1 phân tử polyM (MM-M), polyG (G-G-G), polyGM (M-M-G).

Hình 1. 3 Cấu trúc Alginate Sodium.


I.4.3. Tính chất và ứng dụng

a) Tính chất
Alginate là polymer có tính axit yếu, không màu, không mùi, có tính trương
nở khi ngâm trong nước có thể hấp thụ hơn 200 lần so với khối lượng phân tử,
không độc hại và tương thích sinh học cùng khả năng tạo gel với cation cho độ bền,
độ kết dính tốt nên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Hòa tan Alginate trong
nước thì cho dung dịch có độ nhớt phụ thuộc vào chiều dài phân tử và nhiệt độ,
lượng ion có trong muối. Màng Alginate rất đàn hồi, rất bền, chịu dầu và không
dính bết. Các Alginate tích điện âm nên có thể tạo keo tụ với các chất tích điện
dương.[17][18]
b) Ứng dụng
 Trong công nghệ thực phẩm: Alginate sodium được dùng trong thực phẩm để
hạn chế tăng trọng vì 1g alginate sodium chỉ cung cấp 1.4kcal; tạo lớp phủ
phim alginate trước khi làm lạnh trái cây, thịt cá và thực phẩm nhằm ngăn
cản sự xâm nhập của vi khuẩn. Là chất phụ gia quan trọng trong thực phẩm
như trong sản xuất bánh kẹo, bơ, kem, nước giải khát, mỹ phẩm…làm đặc và
nhũ tương hóa, nâng cao tính ổn định của sản phẩm và giảm lượng nước
trong thực phẩm.
 Trong ngành in nhuộm, dệt may: Alg được sử dụng như chất làm dày của
thuốc nhuộm, cải thiện độ sáng và độ dai của sợi vải khi chỉ cần một lượng
rất ít của Alg thay thế lượng lớn tinh bột trong quay sợi
 Trong y học và dược học: Alg được sử dụng làm hợp chất chữa trị cho người
bị nhiễm phóng xạ, làm tăng hiệu quả kháng sinh của penicillin vì sodium
alginate giúp cho penicillin tồn tại lâu hơn trong máu. Trong công nghệ bào
chế thuốc, alginate được sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất
tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc. Sản xuất băng gạt giúp cầm máu,
làm lành vết thương. Làm chất mang trong kỹ thuật tái tạo mô, protein với tế


bào; dẫn truyền thuốc; chất mang nano ứng dụng nghiên cứu đặc tính hóa lý
và sinh học.[12]

 Ngoài ra, Alg được dùng làm chất tạo đông; tạo cấu trúc xi măng, vữa làm gỗ
không thấm nước, ổn định sơn…

I.5. Canxi-axetate
Canxi-axetate có công thức phân tử là Ca(CH3COO)2. Được điều chế bằng
cách ngâm canxicacbonat hoặc hydrat vôi trong giấm:
CaCO3 + 2CH3COOH Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2
Ca(OH)2 + 2CH3COOH Ca(CH3COO)2 + 2H2O
Là chất rắn màu trắng, có tính hút ẩm, điểm nóng chảy ở 160oC, độ hòa tan
trong nước ở 20oC là 34.7g/100mL
Ứng dụng:
 Sử dụng như chất phụ gia trong thực phẩm, chủ yếu là các sản phẩm kẹo;
đông tụ sữa đậu này thay thế cho canxi sunfat.
 Canxi axetate liên kết photphat trong chế độ ăn uống để làm giảm lượng
photphat trong máu.
 Phân ly trong nước thành anion và cation Ca2+ làm cầu nối liên kết mạng lưới
polymer Alginate.

I.6. Lactose
I.6.1. Khái quát
Lactose hay còn gọi là đường sữa, đóng vai trò quan trọng trong công nghệ
thực phẩm, là loại đường không thể thiếu cho sự phát triển thể chất của con người.
Lactose là một loại disaccharide, có công thức C12H22O11, khối lượng phân tử