Tài liệu Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn lên vật liệu sứ xốp bằng phương pháp chiếu xạ gamma co 60 ứng dụng xử lý e.coli trong môi trường nước.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỤY ÁI TRINH NGUYỄN THỤY ÁI TRINH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BẠC NANO GẮN LÊN VẬT LIỆU SỨ XỐP BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co – 60 ỨNG DỤNG XỬ LÝ E. Coli TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Tp. Hồ Chí Minh năm 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỤY ÁI TRINH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BẠC NANO GẮN LÊN VẬT LIỆU SỨ XỐP BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co – 60 ỨNG DỤNG XỬ LÝ E. Coli TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học các chất Vô cơ Mã số chuyên ngành: 62527501 Phản biện độc lập 1: TS. Nguyễn Hữu Chính Phản biện độc lập 2: TS. Nguyễn Đức chính Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Phƣơng Phong Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Đình Thành Phản biện 3: PGS.TS Hoàng Thị Kim Dung NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS NGUYỄN QUỐC HIẾN 2. PGS.TS NGÔ MẠNH THẮNG Tp. Hồ Chí Minh năm 2019 CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chữ ký Nguyễn Thụy Ái Trinh i TÓM TẮT LUẬN ÁN Luận án này nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite sứ xốp/bạc để xử lý nƣớc ô nhiễm vi sinh (E.coli), nâng cao chất lƣợng nƣớc sử dụng nhằm góp phần đảm bảo sức khỏe cho ngƣời tiêu dùng và mang lại lợi ích kinh tế. Đầu tiên, công nghệ bức xạ gamma Co-60 đƣợc sử dụng để chế tạo keo Ag nano (Ag nano) ổn định trong dung dịch polyvinyl pyrolion (PVP) và Ag nano trên nền chất mang Zeolit 4A dạng bột. Sau đó, Ag nano đƣợc gắn lên sứ xốp (SX) làm từ silica tro trấu. Cột lọc nanocomposite SX/Ag nano kháng khuẩn đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp ngâm tẩm và phƣơng pháp thiêu kết. Keo Ag nano ổn định trong dung dịch PVP (Ag nano/PVP) với kích thƣớc 10-15 nm và hàm lƣợng bạc ~500 mM đƣợc sử dụng để ngâm tẩm lên vật liệu sứ xốp. Các cột lọc sứ xốp đƣợc biến tính bề mặt bằng dung dịch aminopropyltriethoxysilane (AS) 2%, sau đó ngâm trong keo Ag nano/PVP để gắn các nguyên tử Ag nano lên sứ xốp thông qua cầu nối -NH2 của AS. Sản phẩm cột lọc SX/Ag nano/PVP chế tạo đƣợc có hàm lƣợng bạc trong khoảng ~200-250 mg/kg và hiệu suất diệt khuẩn E.coli đạt hơn 90%. Nƣớc sau khi lọc có độ nhiễm E.coli đạt tiêu chuẩn nƣớc uống đóng chai theo TCVN 6096-2010 và hàm lƣợng bạc ly giải vào nƣớc lọc đạt tiêu chuẩn cho phép của WHO (<100 µg/L). Ag nano trên nền chất mang Zeolit 4A (Ag nano/Z) với hàm lƣợng ~10.000 mg/kg đƣợc phối trộn với nguyên liệu Silica tro trấu, sau đó thiêu kết ở nhiệt độ 1000°C - 1100°C để chế tạo cột lọc SX/Ag nano/Z. Sản phẩm cột lọc chế tạo đƣợc có hàm lƣợng bạc trong khoảng ~300-350 mg/kg, hiệu suất diệt khuẩn E.coli đạt ~100%. Nƣớc sau khi lọc có độ nhiễm E.coli đạt tiêu chuẩn nƣớc uống đóng chai theo TCVN 6096-2010 và hàm lƣợng bạc ly giải đạt tiêu chuẩn cho phép của WHO (<100 µg/L). Mẻ sản phẩm 200 cột lọc nƣớc thƣơng mại SX/Ag nano/Z đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp thiêu kết tại công ty sản xuất sứ Thịnh Việt, tỉnh Hải Dƣơng, Việt Nam. Thiêu kết vật liệu là phƣơng pháp khả thi, giá thành cạnh tranh nên thuận lợi cho việc phát triển sản xuất ở quy mô công nghiệp. Với hoạt tính diệt khuẩn E.coli ~100 % và độ ly giải bạc trong nƣớc lọc thấp hơn mức tiêu chuẩn cho phép của WHO, cột lọc nƣớc SX/Ag nano ii thƣơng mại đƣợc ứng dụng để xử lý nƣớc ô nhiễm vi sinh vật nhằm mục đích hạn chế hiện tƣợng tắc nghẽn sinh học trong vật liệu lọc và nguy cơ lây nhiễm dịch bệnh phát sinh do nguồn nƣớc bị ô nhiễm. Sản phẩm này rất có tiềm năng phát triển sản xuất đáp ứng cho nhu cầu xử lý nƣớc uống trực tiếp, đặc biệt là ở các vùng nông thôn và miền núi của Việt Nam. . iii ABSTRACT This thesis researches and manufactures porous ceramic/silver nanocomposite materials to treat water contaminated with microorganisms (E. coli) for improving the quality of water, particularly drinking water for ensuring consumer-health and bringing economic benefits. Firstly, gamma Co-60 radiation technology is used to produce silver nanoparticles (AgNPs) stabilized by polyvinyl pyrrolidone (PVP) solution and AgNPs in 4A Zeolit carrier (AgNPs/Z) powder. After that, AgNPs were attached to porous ceramic candle filter (PCCF) made from rice husk ash silica. Antibacterial PCCF/AgNPs are manufactured by impregnating and sintering methods. The colloidal AgNPs/PVP solution with AgNPs size of 10-15 nm and silver content of 500 mM is used to impregnate porous ceramic material. PCCFs are previously treated with 2% aminopropyltriethoxysilane (AS) solution, then impregnated in colloidal AgNPs/PVP solution for fixing AgNPs on ceramic by bonding -NH2 groups of AS with silver atoms. The manufactured PCCFs/AgNPs/PVP product has a silver content of ~200250 mg/kg and bactericidal efficiency against E.coli reaches more than 90%. Water after the treatment meets the standard of bottled drinking water according to TCVN 6096-2010 and the silver content released in water was smaller than 100 µg/L adapting the WHO standards. The AgNPs/Z powder with AgNPs size of about 30 nm and silver content of 10,000 mg/kg is mixed with silica material, then sintered at temperatures of 1000°C - 1100°C. The manufactured PCCF/AgNPs/Z product has a silver content of ~300-350 mg/kg and bactericidal efficiency against E.coli reachs ~100 %. Water after the treatment meets the standard of bottled drinking water according to TCVN 6096-2010 and the silver content released in water was smaller than 100 µg/L adapting the WHO standards. .The pilot production batch of 200 PCCF/AgNPs/Z was carried out by sintering method at Thinh Viet company, Hai Duong province, Vietnam. Sintering for porous ceramic iv production is a favorable and low-cost method that can be suitably set up a large scale production. With the bactericidal efficiency of E.coli ~100% and the silver content released in the filtered water is lower than WHO standards, commercial FCCộng sự/AgNPs/Z products are applied to treat bacterial contaminated water. The objective of this thesis researches is to overcome the biofouling of the porous ceramic filter material and the risk of waterborne disease outbreaks. This product has a great potential to meet the needs of direct drinking water treatment, especially in the rural and mountain regions of Vietnam. v LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sĩ là thành quả của một quá trình làm việc lâu dài. Để có đƣợc thành quả đó, tôi đã nhận đƣợc sự quan tâm giúp đỡ của rất nhiều thầy cô những ngƣời mà tôi luôn muốn gửi đến lời tri ân sâu sắc. Trƣớc tiên, tôi gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến, PGS.TS Ngô Mạnh Thắng ngƣời đã luôn tin tƣởng, quan tâm và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án Tiến sĩ. Tôi trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy GS.TS Phan Đình Tuấn, thầy PGS.TS Huỳnh Kỳ Phƣơng Hạ, thầy PGS.TS Đỗ Quang Minh và toàn thể Quý thầy cô khoa Kỹ thuật Hóa học của trƣờng Đại học Bách khoa Tp HCM đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức quý giá trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi chân thành cảm ơn đến các bạn trong nhóm nghiên cứu khoa học của Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai công nghệ Bức xạ TP. Hồ Chí Minh đã luôn hỗ trợ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và làm thực nghiệm. Cám ơn TS Nguyễn Ngọc Duy, ThS Đặng Văn Phú, ThS Nguyễn Anh Quốc, ThS Nguyễn Thị Kim Lan đã giúp đỡ cho tôi có một môi trƣờng nghiên cứu khoa học thuận lợi. Cảm ơn các Quý thầy cô của Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Phú Yên, các đồng nghiệp trƣờng PTTH chuyên Lƣơng Văn Chánh tỉnh Phú Yên đã luôn ủng hộ và khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập. Sau cùng, tôi xin gửi lời biết ơn đến những ngƣời thân yêu trong gia đình và bạn bè đã luôn ở bên cạnh tiếp thêm cho tôi nguồn động lực, sức mạnh và ý chí để tôi có thể hoàn thành tốt Luận án. Nguyễn Thụy Ái Trinh. vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................vi MỤC LỤC .................................................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................xi DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................xv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... xvii PHẦN MỞ DẦU ...........................................................................................................xx CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1 1.1. Ag nanocomposit gốm sứ .........................................................................................1 1.1.1. Khái niệm về vật liệu nano và vật liệu nanocomposit ...........................................1 1.1.2. Vật liệu gốm sứ xốp và ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nƣớc ............................... 2 1.1.2.1. Ứng dụng vật liệu gốm sứ xốp xử lý nƣớc .........................................................5 1.1.2.2. Tiêu chí của công nghệ xử lý nƣớc dùng trực tiếp .............................................6 1.1.3. Vật liệu nano bạc và công nghệ biến tính ............................................................. 7 1.1.3.1. Giới thiệu về vật liệu nano bạc ...........................................................................7 1.1.3.2. Công nghệ biến tính vật liệu nanocomposite SX/Ag .........................................8 1.2. Tổng quan hoạt tính kháng khuẩn E. coli của vật liệu Ag nano.............................10 1.2.1. Hoạt tính kháng khuẩn E. coli của Ag nano ........................................................10 1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính kháng khuẩn E. coli của Ag nano ..............13 1.2.2.1. Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt .........................................................................13 1.2.2.2. Ảnh hƣởng của nồng độ và thời gian tiếp xúc .................................................14 vii 1.2.2.3. Ảnh hƣởng của môi trƣờng tiếp xúc.................................................................14 1.2.2.4. Ảnh hƣởng của các chất ổn định ......................................................................15 1.2.3. Đánh giá độc tính của bạc nano ...........................................................................16 1.3. Chế tạo vật liệu bạc nano........................................................................................17 1.3.1. Phƣơng pháp tiếp cận chủ yếu chế tạo vật liệu nano ..........................................17 1.3.1.1. Các phƣơng pháp chế tạo hạt bạc nano ............................................................ 17 1.3.1.2. Ƣu điểm của phƣơng pháp khử hóa bức xạ ion hóa để chế tạo vật liệu nano kim loại .......................................................................................................................... 19 1.3.2. Chế tạo Ag nano bằng phƣơng pháp khử hoá bức xạ .........................................19 1.3.2.1. Nguồn Cobalt 60............................................................................................... 20 1.3.2.2. Công suất xử lý của nguồn xạ ..........................................................................20 1.3.2.3. Quá trình khử hóa bức xạ chế tạo Ag nano ......................................................20 1.3.2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến động học phản ứng và kích thƣớc hạt Ag nano .....23 1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu Ag nanocomposit trong xử lý nƣớc trên thế giới và tại Việt Nam ................................................................................................23 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM .....................................................................................28 2.1. Hóa chất và thiết bị .................................................................................................28 2.1.1. Hoá chất ...............................................................................................................28 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ ..................................................................................................28 2.2. Thực nghiệm ...........................................................................................................30 2.2.1. Chế tạo Ag nano bằng phƣơng pháp chiếu xạ gamma Co-60 ............................. 30 2.2.1.1. Chế tạo dung dịch keo Ag nano dùng Polyvinylpyrrolidone làm chất ổn định .......................................................................................................................................30 viii 2.2.1.2. Chế tạo bột Ag nano trên nền Zeolit ................................................................ 31 2.2.2. Chế tạo cột lọc nanocomposit sứ xốp/bạc ........................................................... 33 2.2.2.1. Ngâm tẩm gắn Ag nano lên cột lọc sứ xốp đã biến tính Aminosilan ...............33 2.2.2.2. Chiếu xạ gamma Co-60 gắn Ag nano trực tiếp lên cột lọc sứ xốp.................334 2.2.2.3. Thiêu kết Ag nano/zeolit với SiO2 của nguyên vật liệu sứ xốp ........................35 2.2.3. Khảo sát hiệu ứng kháng khuẩn E. coli của cột lọc nanocomposit sứ xốp/bạc...37 2.2.3.1. Mô hình thiết bị của phích lọc gắn cột lọc nanocomposit sứ xốp/bạc .............37 2.2.3.2. Khảo sát hiệu ứng kháng khuẩn E. coli của bột Ag nano/zeolit. .....................38 2.2.3.3. Khảo sát hiệu ứng kháng khuẩn E. coli của cột lọc nƣớc SX/Ag nano/PVP ...39 2.2.3.4. Khảo sát hiệu ứng kháng khuẩn E. coli của cột lọc nƣớc SX/Ag nano/Z ........39 2.2.4. Khảo sát hiệu ứng bạc ly giải từ cột lọc nanocomposit sứ xốp/bạc ....................40 2.2.4.1. Xác định thể tích nƣớc lọc qua cột lọc nanocomposit sứ xốp/bạc ...................40 2.2.4.2. Phân tích lƣợng vết Ag+ bằng phƣơng pháp kích hoạt nơtron .........................40 2.2.4.3. Khảo sát hiệu ứng bạc ly giải từ cột lọc nƣớc SX/Ag nano/PVP .....................41 2.2.4.4. Khảo sát hiệu ứng bạc ly giải từ cột lọc nƣớc SX/Ag nano/Z.......................... 41 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 42 3.1. Đặc trƣng vật liệu Ag nano chế tạo bằng phƣơng pháp chiếu xạ gamma Co-60 ...42 3.1.1. Đặc trƣng tính chất dung dịch Ag nano/ PVP .....................................................42 3.1.1.1. Chế tạo dung dịch Ag nano/PVP qui mô thí nghiệm .......................................42 3.1.1.2. Chế tạo dung dịch Ag nano/PVP qui mô công nghiệp .....................................47 3.1.2. Đặc trƣng tính chất bột Ag nano/Z ......................................................................48 3.2. Đặc trƣng tính chất cột lọc nanocomposit sứ xốp/bạc ...........................................54 ix 3.2.1. Đặc trƣng cột lọc nƣớc sứ xốp/Ag nano/PVP ngâm tẩm ....................................54 3.2.1.1. Khảo sát nồng độ xử lý Aminosilan ảnh hƣởng đến hàm lƣợng Ag nano .......55 3.2.1.2. Khảo sát điều kiện ngâm Ag nano ảnh hƣởng đến hàm lƣợng Ag nano ..........57 3.2.1.3. Đặc trƣng cột lọc sứ xốp biến tính AS ngâm tẩm gắn Ag nano/PVP ..............58 3.2.2. Đặc trƣng cột lọc nƣớc sứ xốp/Ag nano/CX gamma Co-60 ............................... 65 3.2.3. Đặc trƣng cột lọc nƣớc sứ xốp/Ag nano/Z thiêu kết ...........................................68 3.3. Hiệu ứng kháng khuẩn E. coli của cột lọc nanocoposit sứ xốp/bạc .......................72 3.3.1. Hiệu ứng kháng khuẩn E. coli của bột Ag nano/Z chiếu xạ ................................ 72 3.3.2. Hiệu ứng kháng khuẩn E. coli của cột lọc sứ xốp/Ag nano/PVP ngâm tẩm .......74 3.3.3. Hiệu ứng kháng khuẩn E. coli của cột lọc sứ xốp/Ag nano/Z thiêu kết ..............76 3.4. Hiệu ứng bạc ly giải từ cột lọc nanocomposit sứ xốp/bạc .....................................77 3.4.1. Hiệu ứng bạc ly giải từ cột lọc sứ xốp/Ag nano/PVP ngâm tẩm ........................77 3.4.2. Hiệu ứng bạc ly giải từ cột lọc sứ xốp/Ag nano/Z thiêu kết ............................... 78 CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 82 4.1. Kết luận...................................................................................................................82 4.2. Kiến nghị ................................................................................................................84 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC x DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Khái niệm nanocomposit gốm kim loại dạng giữa và bên trong hạt ...............1 Hình 1.2. Giản đồ XRD của vỏ trấu khi đốt ở các nhiệt độ khác nhau ...........................3 Hình 1.3. Giản đồ XRD của silica thiêu kết ở nhiệt độ 900C và 1000C ......................3 Hình 1.4. Một số hình dạng của gốm sứ xốp lọc nƣớc (dạng tấm, ống, chậu) ...............5 Hình 1.5. Các loại biến tính trên bề mặt vật liệu ............................................................. 8 Hình 1.6. Hoạt tính kháng khuẩn của Ag nano ............................................................. 11 Hình 1.7. Ảnh SEM của tế bào E. coli (a) và tế bào E. coli xử lý với Ag nano (b) ......12 Hình 1.8. Sự tác động của ion bạc lên vi khuẩn ............................................................ 13 Hình 1.9. Hoạt tính kháng khuẩn E. coli của Ag nano theo thời gian, nồng độ............14 Hình 1.10. Ảnh hƣởng sự phát triển E. coli của Ag nano trong các chất ổn định khác nhau ............................................................................................................................... 15 Hình 1.11. Cơ chế ổn định hệ keo Ag nano với Vinyl pyrolidol ..................................22 Hình 1.12. Bộ lọc nƣớc sử dụng chậu sứ xốp gắn Ag nano ..........................................24 Hình 2.1.Mô hình máy chiếu xạ tại Trung tâm Vinagamma TP HCM .........................30 Hình 2.2. Các bƣớc chế tạo dung dịch Ag nano/PVP bằng chiếu xạ gamma. ..............31 Hình 2.3. Các bƣớc chế tạo bột Ag nano/Z bằng chiếu xạ gamma. .............................. 32 Hình 2.4. Các bƣớc ngâm tẩm chế tạo cột lọc nƣớc SX/Ag nano/PVP. .......................33 Hình 2.5. Các bƣớc chế tạo cột lọc nƣớc SX/Ag nano CX bằng chiếu xạ gamma ......35 Hình 2.6. Nguyên vật liệu SiO2 sản xuất từ tro trấu ......................................................36 Hình 2.7. Các bƣớc chế tạo cột lọc nƣớc SX/Ag nano/Z bằng thiêu kết ......................37 xi Hình 2.8. Mô hình thiết bị phích lọc nƣớc gắn cột lọc xứ sốp ......................................38 Hình 2.9. Mô hình lọc nƣớc gắn cột lọc nanocomposit sứ xốp/bạc .............................. 38 Hình 3.1. Màu sắc của các dung dịch keo Ag nano/PVP có hàm lƣợng bạc là 1, 5, 10, 20, 50 mM sau khi chiếu xạ gamma ..............................................................................42 Hình 3.2. Mật độ quang theo liều xạ chuyển hóa bão hòa của các dung dịch Ag nano/PVP ở các nồng độ khác nhau. .............................................................................43 Hình 3.3. Phổ UV-Vis tại liều xạ chuyển hóa bão hòa của các dung dịch keo Ag nano/PVP ở các nồng độ khác nhau. .............................................................................43 Hình 3.4. Ảnh TEM cho kích thƣớc và phân bố kích thƣớc của các dung dịch keo Ag nano/PVP với nồng độ khác nhau sau khi chiếu xạ gamma..........................................46 Hình 3.5. Dung dịch Ag nano/PVP sản xuất 100 lít/mẻ chiếu xạ gamma. ...................47 Hình 3.6. Sơ đồ minh họa tổng hợp Ag nano vào zeolit bằng chiếu xạ gamma ...........48 Hình 3.7. Bột zeolit và Ag nano/Z sau khi chiếu xạ gamma .........................................49 Hình 3.8. Hình ảnh chiếu xạ gamma mẫu Ag+/Z tại Viện Hạt Nhân, Đà Lạt ...............50 Hình 3.9. Phổ UV-Vis mẫu Ag+/Z chiếu xạ gamma ở các liều hấp thu khác nhau. .....51 Hình 3.10. Giản đồ phổ XRD của zeolit và Ag nano/Z ................................................51 Hình 3.11.Ảnh chụp SEM của vật liệu Ag nano/Z chiếu xạ gamma ............................ 52 Hình 3.12. Ảnh chụp TEM của vật liệu Ag nano/Z chiếu xạ gamma ........................... 52 Hình 3.13. Phổ EDX của zeolit và Ag nano/Z chiếu xạ gamma ...................................54 Hình 3.14. Cơ chế gắn Ag nano lên sứ xốp biến tính AS .............................................55 Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng bạc gắn lên SX theo nồng độ AS ...................56 Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng bạc gắn SX theo thời gian ngâm AS ..............56 Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng bạc theo nồng độ dung dịch Ag nano/PVP ....57 xii Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng bạc gắn trên cột lọc SX/Ag nano/PVP 500mg/L theo thời gian ngâm .......................................................................................................58 Hình 3.19. Cột lọc nƣớc sứ xốp biến tính với AS gắn Ag nano/PVP ........................... 59 Hình 3.20. Mô hình lọc nƣớc qui mô hộ gia đình sản xuất ở Campuchia.....................59 Hình 3.21. Phổ UV-Vis của vật liệu Ag nano và SX/Ag nano/PVP ............................. 60 Hình 3.22. Ảnh TEM của sứ xốp và sứ xốp biến tính AS gắn Ag nano/PVP ..............60 Hình 3.23. Phổ FTIR của sứ xốp xử lý H2SO4 không ngâm AS ...................................61 Hình 3.24. Phổ FTIR của sứ xốp xử lý H2SO4 đã biến tính AS ...................................62 Hình 3.25. Phổ FTIR của sứ xốp xử lý H2SO4 đã biến tính AS ngâm trong dung dịch Ag nano/PVP .................................................................................................................62 Hình 3.26. Giản đồ EDX của vật liệu cột lọc SX/Ag nano/PVP ..................................63 Hình 3.27. Đƣờng đẳng nhiệt hấp thụ khí nitơ sứ xốp thƣơng mại của cột lọc SX/Ag nano/PVP .......................................................................................................................64 Hình 3.28. Gắn trực tiếp Ag nano lên cột lọc sứ xốp bằng chiếu xạ gamma ................66 Hình 3.29. Ảnh TEM và phân bố kích thƣớc hạt Ag nano của Ag nano/SX CX .........67 Hình 3.30. Sự phân bố kích thƣớc hạt của SiO2 theo quy trình sản xuất của nhà máy gốm sứ Thịnh Việt, tỉnh Hải Dƣơng, Việt Nam. ........................................................... 68 Hình 3.31. Nguyên vật liệu Silic của sứ xốp phối trộn bột Ag nano/Z và cột lọc nanocomposit sau khi thiêu kết ở 1050°C. ....................................................................69 Hình 3.32. Giản đồ EDX của sứ xốp và SX/Ag nano/Z thiêu kết.................................70 Hình 3.33. Ảnh TEM của vật liệu SX/Ag nano/Z thiêu kết. (A) mẫu SX/Ag nano/Z trƣớc thiêu kết và (B) mẫu SX/Ag nano/Z sau khi thiêu kết .........................................71 Hình 3.34. Thử nghiệm vòng vô khuẩn của zeolit và Ag nano/Z .................................73 Hình 3.35. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của Ag nano/Z so với zeolit ............................ 74 xiii Hình 3.36. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của Ag nano/Z ở các hàm lƣợng khác nhau ...74 Hình 3.37. Sự phát triển của vi sinh vật trên bề mặt cột SX/Ag nano/PVP sau khi lọc75 Hình 3.38. Sự phát triển vi sinh vật trên bề mặt cột SX và cột lọc nƣớc SX/Ag nano/Z sau khi lọc ......................................................................................................................77 Hình 3.39. Hàm lƣợng bạc ly giải trong nƣớc sau khi lọc qua các cột lọc nƣớc XS/Ag nano/PVP ngâm tẩm và cột lọc nƣớc XS/Ag nano/Z thiêu kết. ....................................80 Hình 3.40. Các sản phẩm Ag nano chiếu xạ và cột lọc nƣớc nanocomposit SX/Ag. ...81 xiv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Độ xốp của sứ đƣợc điều chỉnh bằng cách trộn PMMA/250 và PP/250........4 Bảng 1.2. Nồng độ ức chế tối thiểu vi khuẩn của Ag nano ở kích thƣớc khác nhau ....13 Bảng 1.3. Nồng độ Ag nano ức chế 50% (IC50) đối với một số loài vi sinh vật ..........15 Bảng 3.1. Mật độ quang theo các liều xạ chuyển hóa bão hòa của dung dịch PVP/EtOH/Ag+ ở nồng độ ban đầu khác nhau. ............................................................. 44 Bảng 3.2. Kích thƣớc trung bình của hạt Ag nano/PVP ở các liều xạ chuyển hóa bão hòa qui mô thí nghệm. ..................................................................................................45 Bảng 3.3. Kích thƣớc trung bình của hạt Ag nano/PVP ở các liều xạ chuyển hóa bão hòa qui mô công nghiệp. ............................................................................................... 47 Bảng 3.4. Kích thƣớc hạt của Ag nano/Z CX khi thay đổi nồng độ Ag+ ban đầu ........51 Bảng 3.5. Hàm lƣợng bạc gắn trên mẫu sứ xốp sau xử lý theo nồng độ AS ................55 Bảng 3.6. Hàm lƣợng bạc gắn trên mẫu SX/AS 2% theo thời gian .............................. 56 Bảng 3.7. Hàm lƣợng bạc gắn trên SX/AS 2%, ~120 phút và ngâm trong dung dịch Ag nano/PVP có nồng độ khác nhau ...................................................................................57 Bảng 3.8. Hàm lƣợng bạc trên mẫu SX/AS 2%, ~120 phút và ngâm trong dung dịch Ag nano/PVP 500 mg/L theo thời gian khác nhau ........................................................57 Bảng 3.9. Hàm lƣợng bạc trên mẫu SX/Ag nano/PVP sau khi xử lý SX/AS 2% và ngâm trong dd Ag nano/PVP 500 mg/L thời gian 24 giờ, ở điều kiện thƣờng. ............59 Bảng 3.10. Đặc trƣng tính chất của cột lọc sứ xốp và cột lọc SX/Ag nano/PVP..........64 Bảng 3.11. Hàm lƣợng Ag nano có trong vật liệu SX/Ag nano CX chế tạo bằng phƣơng pháp chiếu xạ ....................................................................................................65 Bảng 3.12. Đặc trƣng hàm lƣợng bạc của cột lọc SX/Ag nano CX gamma .................67 xv Bảng 3.13. Đặc tính vật liệu lọc SX/Ag nano/Z thiêu kết ở các nhiệt độ khác nhau ....70 Bảng 3.14. Đặc trƣng tính chất cột lọc SX/Ag nano/Z thiêu kết ở nhiệt độ 1050C.....72 Bảng 3.15. Mật độ E. coli trong nƣớc lọc qua cột SX và SX/Ag nano/PVP theo thể tích .......................................................................................................................................75 Bảng 3.16. Mật độ E. coli trong nƣớc lọc qua cột SX và SX/Ag nano/Z theo thể tích 76 Bảng 3.17. Hàm lƣợng bạc ly giải trong nƣớc sau khi lọc qua cột SX/Ag nano/PVP theo thể tích ...................................................................................................................78 Bảng 3.18. Hàm lƣợng bạc ly giải trong nƣớc sau khi lọc qua cột SX/Ag nano/Z theo thể tích ........................................................................................................................... 78 Bảng 3.19. Hàm lƣợng bạc và độ dẫn điện của nƣớc máy lọc qua cột SX/Ag nano ....79 xvi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CNBX Công nghệ Bức xạ VLNN Vật liệu nano Gamma Co-60 Bức xạ gamma Cobalt-60 Gamma Ni-60 Bức xạ gamma Niken-60 Gamma Cs-60 Bức xạ gamma Xêzi-60 RCR Phƣơng pháp khử hóa KGy/h Suất liều hấp thụ Dmax, KGy Liều hấp thụ cực đại Dmin, KGy Liều hấp thụ cực tiểu IGC Ngƣng tụ khí trơ SD Sputter-lắng đọng f Hệ số hiệu dụng nm Nano mét = 10-9 mét Ao 10−10 mét Ag+ Bạc ion Bạc nano Ag nano ĐC Mẫu đối chứng SX Sứ xốp (porous ceramic) AS Aminosilan (3-aminopropyltriethoxysilan) PVP Plolyvinyl pyrrolidone xvii EtOH Etanol Ag+/PVP Hỗn hợp dung dịch Bạc ion và polyvinyl pyrodilon Ag nano/PVP Ag nano ổn định trong dung dịch polyvinul pyrodilon chế tạo bằng phƣơng pháp chiếu xạ gamma Z Zeolit Ag+/Z Zeolit ngâm trong dung dịch chứa bạc ion SX/AS Sứ xốp biến tính Aminosilan trong phƣơng pháp ngâm tẩm Ag nano/Z Ag nano gắn trên nền zeolit 4A chế tạo bằng phƣơng pháp chiếu xạ gamma SX/Ag nano/PVP Sứ xốp biến tính AS và ngâm tẩm trong dung dịch keo Ag nano ổn định trong polyvinyl pyrrolidone SX/Ag nano CX Ag nano gắn trực tiếp trên sứ xốp bằng phƣơng pháp chiếu xạ gamma SX/Ag nano /Z Ag nano gắn trong sứ xốp bằng phƣơng pháp thiêu kết E.coli Vi khuẩn Escherichia coli  (%) Hiệu suất diệt khuẩn (%) POUt Công nghệ xử lý nƣớc dùng trực tiếp WHO Tổ chức sức khỏe thế giới LB Luria Bertani XRD X-ray powder diffraction SEM Scanning electron microscope TEM Transmission electron microscopy UV-Vis Ultraviolet–visible spectroscopy xviii