Tổng hợp và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của vật liệu xúc tác quang TiO2 Anatas

Vật liệu TiO2 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel với các tỉ lệ mol TTIP : Ax là (1:1), (1:2), (1:3) và (1:4). Cấu trúc tinh thể và kích thước hạt của các mẫu được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi điện tử quét (SEM). Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của vật liệu được khảo sát với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis và nấm mốc trắng bằng phương pháp khối thạch cải tiến trong điều kiện sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên. Kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu tồn tại ở pha anatas, có dạng hạt, hình cầu tương đối đồng đều, cấu trúc xốp và có kích thước trung bình khoảng 10 nm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của vật liệu xúc tác quang TiO2 AnatasNguyễn Thị Ngọc Linh và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ96(08): 81 - 84TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN, KHÁNG NẤMCỦA VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG TiO2 ANATASNguyễn Thị Ngọc Linh*,Trịnh Ngọc Hoàng, Nguyễn Thị Hồng HoaTrường Đại học Khoa học – ĐH Thái NguyênTÓM TẮTVật liệu TiO2 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel với các tỉ lệ mol TTIP : Ax là (1:1), (1:2),(1:3) và (1:4). Cấu trúc tinh thể và kích thước hạt của các mẫu được kiểm tra bằng phương phápnhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi điện tử quét (SEM). Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của vậtliệu được khảo sát với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis và nấm mốc trắng bằng phương pháp khốithạch cải tiến trong điều kiện sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên. Kết quả nghiên cứu cho thấy, vậtliệu tồn tại ở pha anatas, có dạng hạt, hình cầu tương đối đồng đều, cấu trúc xốp và có kích thướctrung bình khoảng 10 nm. Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của vật liệu TiO2 anatas đều thể hiệnrõ trong điều kiện sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên. Khả năng kháng nấm mốc trắng của vật liệutốt hơn kháng vi khuẩn Bacillus subtilis. Trong cùng một điều kiện chế tạo, mẫu có tỉ lệ mol TTIP:Ax là (1:4) có chất lượng tinh thể và khả năng kháng khuẩn, kháng nấm tốt nhất.Từ khóa: vật liệu, nano TiO2, phương pháp sol-gel, hoạt tính kháng khuẩn, xúc tác quang hóa.MỞ ĐẦU*Trong hai thập kỷ gần đây, quá trình xúc tácquang hóa trên cơ sở TiO2 được xem là mộtphương pháp hiệu quả và có triển vọng thaythế phương pháp truyền thống để xử lý cácchất thải hữu cơ, vi khuẩn, nấm mốc trongmôi trường [1], [2], [5]. Khi các hạt bán dẫnTiO2 được chiếu sáng với bức xạ UV có nănglượng lớn hơn năng lượng vùng cấm củachúng sẽ làm phát sinh ra cặp điện tử và lỗtrống (e-/h+) (hình 1), sau đó các cặp e-/h+ nàycó thể di chuyển ra bề mặt của hạt để khởiđầu cho những phản ứng oxi hóa-khử với cácchất hữu cơ, vi khuẩn, nấm mốc được hấp phụtrên bề mặt TiO2. Trong đa số trường hợp,quá trình oxi hóa-khử này dẫn đến sự vô cơhóa hoàn toàn chất hữu cơ cho sản phẩm cuốicùng là CO2 và H2O [1], [2]. Một trong nhữnggiới hạn chính của quá trình xúc tác quanghoá là giá trị hiệu suất lượng tử tương đốithấp do sự tái hợp của các cặp e-/h+ trước khichúng tham gia phản ứng oxi hóa-khử với cơchất. Nhằm đạt được hiệu quả quang hóa cao,cần thiết phải hạn chế các quá trình tái hợpcủa các cặp e-/h+. Các yếu tố quan trọng ảnhhưởng đến hiệu suất lượng tử là kích thước*Tel: 0984 792522, Email: ngoclinhbm@gmail.comhạt, cấu trúc và mức độ tinh thể hóa của TiO2.Các thông số này thay đổi rõ rệt tùy thuộc vàophương pháp điều chế TiO2 [3].Trong các dạng tồn tại của TiO2, dạng anatascó hoạt tính xúc tác quang hoá là mạnh nhất[5]. Trong bài báo này, chúng tôi đưa raphương pháp tổng hợp TiO2 anatas với kíchthước nano đồng thời khảo sát khả năngkháng khuẩn, kháng nấm của vật liệu thuđược với nguồn chiếu sáng mặt trời tự nhiên.Hình 1: Sơ đồ cơ chế quang xúc tác của TiO2THỰC NGHIỆMTổng hợp vật liệu TiO2 anatasVật liệu nano TiO2 anatas được tổng hợp bằngphương pháp sol-gel từ tiền chất Titantetraizopropoxit Ti(OC3H7i)4 (TTIP) (Đức).81Nguyễn Thị Ngọc Linh và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆNgoài ra còn sử dụng axit axetic CH3COOH(Ax) (Trung Quốc) là tác nhân tạo phức,etanol C2H6O (EtOH) (Trung Quốc) là dungmôi, nước là tác nhân thủy phân và axitclohydric HCl (Trung Quốc) được sử dụnglàm xúc tác cho phản ứng tạo sol-gel. Quytrình tổng hợp sản phẩm được trình bày theosơ đồ hình 2.Tỉ lệ số mol TTIP : Ax được sử dụng trongcác mẫu là (1:1), (1:2), (1:3) và (1:4). Lượngnước dùng trong phản ứng có tỉ lệ số molbằng 5 lần số mol của TTIP nhằm đảm bảoquá trình thủy phân xảy ra hoàn toàn.Trong quá trình điều chế, các dung dịch S1,S2 được khuấy trộn độc lập với nhau ở điềukiện nhiệt độ phòng trong 1 giờ. Dung dịchS2 được bổ sung từ từ (10ml/5phút) vào dungdịch S1. Sau đó khuấy từ hỗn hợp thu đượcvới tốc độ 1500 vòng/phút ở 800C đến khidung dịch đông tụ (sol-gel) thì dừng lại và đểngoài không khí 48 giờ. Thu sản phẩm, rửasạch, sấy ở 1000C trong 10 giờ và nung ở5000C trong 3 giờ.TTIP + Ax + EtOH (Ký hiệu S1)HCl + H2O + EtOH(Ký hiệu S2)Khuấy từ 1500 vòng/phút, 800CSol - gelĐể ngoài không khí 48 giờRửa sạch, sấy ở 1000C, 10 giờNung 5000C, 3 giờTiO2 anatasHình 2: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu TiO2anatasKhảo sát cấu trúc và khả năng khángkhuẩn, kháng nấm của vật liệu TiO2 anatasĐộ sạch pha và cấu trúc tinh thể của các mẫuđược kiểm tra bằng phương pháp XRD trênnhiễu xạ kế SIEMENS D5000 với bức xạCuKα (λ = 1,5406 Ǻ). Hình dạng và kích8296(08): 81 - 84thước hạt của vật liệu đánh giá thông quachụp ảnh SEM của mẫu trên kính hiển vi điệntử quét JSM-5300.Chúng tôi đã tiến hành khảo sát khả năngkháng khuẩn, kháng nấm của các mẫu vật liệuTiO2 anatas với hai chủng vi sinh vật kiểmđịnh: vi khuẩn Bacillus subtilis và nấm mốc ...