Nano bạc là gì? 4 yếu tố quan trọng cần biết về nano bạc

1. Nano bạc là gì?

nano bạc 15000 ppm

(Copyright by NanoCMM Technology)

Bạc (Ag) từ lâu đã được biết đến như một kim loại có thể giữ thực phẩm lâu hỏng do hoạt tính kháng khuẩn của nó. Kim loại này có thể giải phóng các ion Ag + làm bất hoạt vi sinh vật bằng cách phá hủy màng tế bào và khả năng nhân đôi DNA của vi sinh vật. Hạt nano bạc là những hạt bạc có kích thước nanomet. Các hạt nano bạc kháng khuẩn bằng cách giải phóng các ion Ag +, các hạt bạc khi ở kích thước nano 1-10nm có thể tác động trực tiếp đến màng tế bào của vi khuẩn bằng cách làm thay đổi áp suất thẩm thấu. dẫn đến chết tế bào
Không chỉ hiệu quả trong lĩnh vực khử trùng, kích thước nano bạc còn được biết đến là chất xúc tác tuyệt vời cho nhiều phản ứng hóa học. Đặc biệt là phản ứng tổng hợp hữu cơ và đã phát triển nhanh chóng trong những năm qua, nhờ các đặc tính độc đáo của nó như độ chọn lọc, độ bền của chất xúc tác và khả năng tái sử dụng của nó trong các lò phản ứng. ứng dụng hóa học. Do đó, các hạt nano bạc đã được khai thác cho một loạt các công suất, chẳng hạn như các phản ứng khử của các hợp chất vòng nitro, các hợp chất cacbonyl và khử muối. Đặc biệt là khả năng ứng dụng của nó trong công nghiệp, vì các ngành công nghiệp dược phẩm đã sản xuất ra chất gây ô nhiễm nước nổi tiếng 4-nitrophenol, là chất gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Vì vậy, có rất nhiều báo cáo về việc sử dụng nano làm xúc tác cho quá trình khử 4-nitrophenol trong nước và nhiều nghiên cứu động học liên quan. Dưới góc độ tổng hợp hữu cơ, phản ứng này khá đơn giản và đại diện cho nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ tương tự.

2. Ứng dụng

– Dược phẩm (nước súc miệng, xịt họng, xịt khử mùi cơ thể từ nguyên liệu nano bạc)
– Hóa mỹ phẩm (Kem trị mụn, sữa rửa mặt, nước xả vải … có chứa chất nano)
– Chăn nuôi (Nano bạc thay thế kháng sinh trong phòng và trị bệnh vật nuôi)
– Chế phẩm thủy sản (Phủ nano bạc và cho ăn giúp phòng trị bệnh thủy sản, đặc biệt là tôm, cá, ốc …)
– Cao su (cao su kháng khuẩn)
– Xử lý môi trường
– Chất xúc tác phản ứng
– Sơn nano kháng khuẩn
– Vải nano bạc kháng khuẩn

3. Phương pháp tổng hợp

  • Phương pháp từ trên xuống theo vật lý
    Nguyên lý của phương pháp này là từ kim loại lớn, sau đó chuyển hóa thành các hạt kích thước nano bằng các kỹ thuật chế tạo như cắt, mài, mài… Phương pháp này có thể tạo ra các hạt nano có kích thước từ 10 – 100 nm.
    Tuy nhiên, phương pháp từ trên xuống không thực sự hiệu quả. Một trong những vấn đề là tính đồng nhất của cấu trúc bề mặt hạt. Vấn đề này ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và hóa học của các hạt cấu trúc nano do tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích lớn. Bất chấp vấn đề này, phương pháp này có thể được lựa chọn khi chế tạo một số lượng lớn các hạt nano bạc. Một trong những ứng dụng của nó là trong ngành công nghiệp điện tử, khi các cấu trúc kích thước nano được cắt bằng kỹ thuật laser.
    Ion Ag + dưới tác dụng của tác nhân vật lý. Dưới tác dụng của các tác nhân thường dùng như nhiệt, sóng điện từ (tia UV, vi sóng, laze, gamma, …), sóng siêu âm, ion Ag + bị biến đổi thành bạc nguyên tử.
    Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý xảy ra nhiều quá trình chuyển hóa dung môi hoặc của các chất hòa tan hoặc hòa tan bên trong dung môi, tạo ra các gốc hóa học khử ion Ag + thành bạc nguyên tử. tạo thành nano.
  • Phương pháp từ dưới lên bằng hóa học hoặc sinh học
    Nguyên tắc của phương pháp này là xây dựng từ nguyên tử, phân tử hoặc từ chuỗi phân tử. Một trong những phương pháp tổng hợp từ dưới lên điển hình là tổng hợp các hạt nano từ hệ keo.
    Phương pháp này sử dụng tác nhân hóa học để khử ion Ag + thành nguyên tử kim loại Ag, với sự có mặt của chất tĩnh điện hoặc chất bảo vệ bề mặt, để ngăn chặn sự kết tụ đám của các hạt kim loại. loại bạc, để duy trì các hạt bạc ở kích thước nano. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp được thể hiện qua phương trình sau:
    Ag + + X -> Ag -> nano Ag.
    Trong phương pháp này, ion Ag + dưới tác dụng của chất khử X sẽ khử ion Ag + thành nguyên tử kim loại Ag, sau đó nguyên tử kim loại này hấp phụ ion Ag + và phản ứng khử ion Ag + bởi chất khử X. làm tăng kích thước của các hạt kim loại bạc, khi có chất bảo vệ sẽ tạo thành các hạt bạc có kích thước nano.
    Các chất khử thường được sử dụng là: Sodium Borohydride (NaBH4), Ethylene Glycol, Sodium citrate, Acid ascorbic, …. Các chất bảo vệ bề mặt như: TSC, PVP (Polyvinylpyrrolidone), CTAB (Cetrimonium bromide), SDS (Sodium dodecyl sulfate ),….

4. Phương pháp đo kích thước hạt nano bạc

* Phương pháp DLS (Dynamic Light Scattering)
– Nguyên tắc đo: Dựa trên tán xạ Mie và nhiễu xạ Fraunhofer. Thiết bị này hoạt động dựa trên nguồn sáng là laser diode rắn ở bước sóng 650 nm chiếu xuyên qua tế bào mẫu. Ở một góc 900 và 1270 so với sự truyền của nguồn sáng là một cảm biến ghi lại tín hiệu cường độ ánh sáng. Khi một chùm tia laze chạm vào các hạt nano, các hạt nano chuyển động nhiệt Brown gây ra sự dao động về cường độ của ánh sáng tán xạ được cảm biến ghi lại. Cường độ của ánh sáng tán xạ và tần số dao động phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của hạt nano. Các hạt nhỏ hơn sẽ chuyển động nhanh hơn dưới tác dụng của chuyển động Brown.
– Kết quả đo: Dựa trên sự thay đổi cường độ ánh sáng tán xạ và tần số ghi được, thông qua phương trình Stokes-Einstein:

Phuong-trinh-Stokes-Einstein

* Phương pháp TEM (Kính hiển vi điện tử truyền qua)
– Nguyên lý đo: Tương tự như kính hiển vi quang học thông thường, nhưng nguồn sáng không còn nhìn thấy được mà được thay thế bằng nguồn phát ra điện tử. Mẫu được hút chân không, các electron được gia tốc với điện áp khoảng 80kV – 200kV, xuyên qua các thấu kính từ trường và bị phân tán bởi mẫu. Máy ghi và xem hình ảnh là màn hình huỳnh quang, khi có electron đập vào màn hình, vật liệu huỳnh quang sẽ phát sáng và hình ảnh được ghi lại.
– Kết quả đo: Kết quả đo là hình ảnh thật của các hạt nano bạc, có độ chính xác cao, tuy nhiên tùy theo từng vùng ảnh khác nhau trên tiêu bản của kỹ thuật viên.

5. Xác định dư lượng Ag +

Theo tiêu chuẩn Dược điển Châu Âu
– Lấy 0,5g mẫu để thử, thêm 5ml Ethanol khan và lắc trong 1 phút (mục đích để chuyển hết ion Ag + từ nước thành etanol). Sau đó lọc lấy dung dịch (trong dung dịch này có chứa các ion Ag + nếu có), thử dung dịch trên bằng 2ml HCl đặc. Nếu không có kết tủa trắng xuất hiện thì mẫu đạt chất lượng.
Định tính nhanh thông thường với mẫu 15000 ppm
– Lấy 0,1g mẫu (tổng nồng độ Ag là 15000 ppm), thêm 15g nước cất vào mẫu và lắc đều cho đến khi dung dịch nano bạc phân tán hoàn toàn (nồng độ tổng Ag theo lý thuyết là 100ppm). Lấy 5ml dung dịch trên cho thử với 2ml dung dịch NaCl 8M. Nếu không có kết tủa trắng xuất hiện thì mẫu đã đạt tiêu chuẩn.

– Cơ sở lý thuyết:

AgCl <=> Ag + + Cl–

Hằng số cân bằng Ksp = [Ag +]. [Cl-] = 1.77 x 10-10 (at 25 oC)

Sau khi lấy 5ml dung dịch đã pha loãng để thử với 2ml dung dịch NaCl 8M. Thu được dung dịch có khoảng 7ml dung dịch, có tổng nồng độ Ag là 71ppm (0,66mM) và nồng độ Cl- là 2,3M. Để không xuất hiện kết tủa trắng [Ag +]. [Cl-] ≤ 1.77 x 10-10

=> [Ag +] ≤ = = 0.77 x 10-10 M = 0.77 x 10-6 mM

Tổng hàm lượng Ag trong mẫu là 0,66mM

=> hàm lượng ion Ag + ≤ 1.17 x 10-4%

6.Độ bền nano bạc

Độ bền của các hạt nano bạc có thể được nghiên cứu bằng cách đẩy nhanh tốc độ lão hóa của sản phẩm theo nhiệt độ.
– Cơ sở lý thuyết:

AgNP → Agmicro

Silver nano resistance

– Từ phương trình Arrhenius, sự tăng nhiệt độ làm tăng giá trị của hằng số tốc độ phản ứng k:

Base on nano-silver strength

Tức là khi tăng thêm 100 oC thì tốc độ phản ứng tăng khoảng 3640 lần.
– Tiến hành đun mẫu ở 130 oC trong 1 ngày. Sau đó là quan sát cảm quan, định lượng và đánh giá. Kết quả đánh giá tương tự như lưu mẫu ở 30 oC trong khoảng 10 năm (1×3640).
– Điều này đúng với trường hợp Ea thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ khảo sát.