Tạp chí Khoa học và Công nghệ
Tổng hợp và phân tích hạt nano bạc thu được bằng phương pháp khử ion
bạc trong dịch chiết từ lá dâu tằm
Green synthesis and characterization of silver nanoparticles using mulberry leaves extract
Nguyễn Ngọc Thắng1*, Phạm Thị Ngọc1, Vũ Tiến Hiếu2
1
2
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam
Trường Cao đẳng Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh, 20 Tăng Nhơn Phú, Phước Long
B, Quận 9, Hồ Chí Minh, Việt Nam
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, nano bạc đã được tổng hợp từ dung dịch bạc nitrat bằng quy trình đơn giản và thân
thiện với môi trường, sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm Việt Nam làm chất khử đồng thời là chất bảo vệ hạt
nano bạc trong quá trình phản ứng. Điều kiện tổng hợp thích hợp là nhiệt độ phòng, thời gian 6 giờ và
nồng độ AgNO3 là 5mM. Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại gồm UV-Vis, HR-TEM, FT-IR và
TGA để phân tích một số đặc tính của hạt nano bạc, tính toán hiệu suất của quá trình tổng hợp. Kết quả
cho thấy các hạt nano bạc tổng hợp được có sự cổng hưởng plasmon bề mặt ở bước sóng 430 nm, có
dạng hình cầu, kích thước khoảng 20 - 35 nm, và sự phân bố kích thước khá đồng đều. Hiệu suất của quá
trình tổng hợp nano bạc đạt 78,22%.
Từ khóa: Nano bạc, dịch chiết lá dâu tằm, phân tích đặc tính.
Abstract
In this paper, the silver nanoparticles were synthesized from aqueous silver nitrate through a simple and
eco-friendly way using leaves extracts of Vietnam Mulberry, which acted as a reductant and stabilizer
silmutaneously. The optimal condition is room temperature, time 6 hours, and AgNO 3 concentration 5 mM.
Using modern analytical methods including UV-Vis, HR-TEM, FT-IR and TGA to analyse characteristic of
silver nanoparticles. The results revealed the synthesized silver nanoparticles have the surface plasmon
resonance at 430 nm, spherical in shape, having the size of 20 – 35 nm, and the size distribution is quite
uniform. The Yield of the silver nanoparticles synthesis reaches 78,22%.
Keywords: Silver nanoparticles, Mulberry leaves extract, Characterization..
1. Tổng quan1
khuẩn khác. Không những thế, nano bạc có diện tích
bề mặt riêng lớn, có khả năng phân tán ổn định trong
cả dung môi phân cực và không phân cực, bền hóa
học cao, không độc, không kích ứng, không gây hại
cho con người, vật nuôi và môi trường sinh thái [1-4].
Để tổng hợp hạt nano bạc có thể sử dụng
phương pháp đi từ trên xuống (top-down) (nghiền cơ
học, phương pháp khắc, nổ điện, phun tia, ăn mòn
laze) hoặc đi từ dưới lên (bottom-up) (phương pháp
lỏng siêu tới hạn, kéo sợi, sử dụng dưỡng, phun nhiệt,
tổng hợp xanh, xử lý dung dịch keo và dạng gel, nhiệt
phân tia laze, lắng đọng hơi hóa học, ngưng tụ phân
tử, nguyên tử...) [5-8]. Hiện nay, phương pháp hóa
học vẫn đang được sử dụng nhiều vì được xem là rẻ
tiền và ít rủi ro nhất. Nhưng phương pháp này lại cần
sử dụng lượng lớn dung môi và các chất hóa học có
thể gây hại cho con người và môi trường. Việc tổng
hợp nano bạc bằng phương pháp tổng hợp xanh, tận
dụng các hoạt chất có trong thực vật (polyphenol,
alkaloid, axit béo và protein) được cho là phương
Trong những năm gần đây, công nghệ và khoa
học nano đã và đang thu hút không chỉ các nhà
nghiên cứu khoa học mà còn cả các doanh nghiệp vì
tính ứng dụng cao của nó đối với đời sống của con
người. Do có các đặc tính đặc biệt về tính chất điện,
quang, từ tính, hóa học và cơ học nên các vật liệu
nano được ứng dụng vào trong các lĩnh vực công
nghệ cao, như việc chuẩn đoán bệnh, dẫn truyền
thuốc trong lĩnh vực y học, sử dụng làm các bộ vi xử
lý trong lĩnh vực điện tử, những sản phẩm kháng
khuẩn trong dệt may và nhiều lĩnh vực khác. Một
trong những vật liệu nano được ứng dụng rộng rãi
nhất đó là nano bạc. Với đặc tính kháng khuẩn lên tới
50.000 lần so với kích thước dạng khối, có khả năng
diệt được hơn 650 loài vi khuẩn khác nhau, nano bạc
ích lợi hơn gấp nhiều lần so với các sản phẩm kháng
1*
Corresponding author: (+84) 904 309930
Email:
[email protected]
1
Tạp chí Khoa học và Công nghệ
pháp có thể sử dụng thay thế các phương pháp trên,
đơn giản, chi phí thấp, an toàn với con người và giảm
được đáng kể các chất thải độc hại ra môi trường [9].
Do vậy, việc nghiên cứu khả năng tổng hợp hạt nano
bạc sử dụng dịch chiết lá dâu tằm là cần thiết, nhằm
mục đích kháng khuẩn khử mùi cho một số vật liệu
dệt, đặc biệt là các sản phẩm lót giầy.
Phương án 2: cố định thời gian, cho 10 ml dịch
chiết (đã pha loãng) phản ứng với 5, 25, 50 và 75 μl
AgNO3 (1M), ở nhiệt độ phòng, thời gian 6 giờ.
Tất cả các mẫu sau khi phản ứng được tiến hành
ly tâm và siêu âm 2 lần. Điều kiện ly tâm: tốc độ
15.000 vòng/phút, thời gian 30 phút, nhiệt độ 5°C
trên máy ly tâm “R112805 Tomy MX-305”. Điều
kiện ly là tần số 37 kHz, nhiệt độ phòng, thời gian 30
phút trên máy ly tâm “UT-106H” của hãng Sharp.
Sơ đồ quy trình chiết tách các hoạt chất trong lá
dâu tằm và tổng hợp nano bạc được trình bày trong
Hình 1.
2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Lá dâu tằm được cung cấp bởi địa bàn tỉnh
Hưng Yên. Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu
bao gồm bạc nitrat (AgNO 3) được cung cấp bởi trung
tâm Hóa chất vật tư khoa học thiết bị y tế T & T, Hà
Nội. Các thí nghiệm và phân tích được thực hiện tại
Trung tâm thí nghiệm Vật liệu Dệt may - Da giầy,
PTN dự án JST - JICA ESCANBER, PTN Viện tiên
tiến Khoa học và Công nghệ, PTN Công nghệ lọc hóa
dầu và xúc tác, trường Đại học Bách khoa HN và
Viện Hàn lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam.
b. Phương pháp phân tích
Khảo sát và tìm điều kiện tổng hợp nano bạc
thích hợp sử dụng phương pháp đo phổ hấp thụ phân
tử UV-Vis trên thiết bị đo UV 1800 của hãng
Shimadzu.
Phân tích đặc tính kỹ thuật của hạt nano bạc
(hình dạng, kích thước, sự phân bố kích thước hạt)
bằng kính hiển vi điện tử truyền qua mức độ phân
giải cao (HR-TEM).
Sử dụng phương pháp phân tích nhiệt trọng
lượng TGA để xác định phần trăm khối lượng của
nano bạc. Từ đó tính toán hiệu suất của quá trình tổng
hợp theo công thức (1):
H = (%mTG × mAgNP) × 100/mAg, %
(1)
mAgNP = (ms – mt)
mAg = 10^3 × nAg × MAg = 10^3 × CM × V × MAg
2.2. Phương pháp nghiên cứu
a. Quy trình thực hiện
trong đó :
mAg: Lượng bạc trong dung dịch trước phản ứng,
mg ;
%mTG: % khối lượng nano bạc theo TGA, %;
mAgNP: Lượng nano bạc tổng hợp được, mg;
mt: Khối lượng ống ly tâm khô hoàn toàn, mg;
ms: Khối lượng ống, AgNP khô hoàn toàn, mg;
MAg: Khối lượng phân tử bạc (108), g/mol;
CM: Nồng độ dung dịch AgNO3, M;
nAg: Số mol bạc trong dung dịch tổng hợp, mol;
V: Thể tích dung dịch phản ứng, l;
Để xác định các nhóm chức có trong dịch chiết
lá dâu tằm sử dụng phương pháp phân tích FT-IR trên
máy FT-IR 6700 RX Raman Module ThermoNicoletThermoElectro. Từ đó, đưa ra cơ chế chung của phản
ứng tổng hợp nano bạc.
Hình 1. Sơ đồ quy chiết tách hợp chất trong lá dâu tằm
và tổng hợp nano bạc.
Nguyên liệu lá dâu tằm được sấy khô và cắt nhỏ
thành những mẫu kích thước khoảng 5×5 mm, được
chiết tách trong nước cất với dung tỷ 1:20 (g lá
khô/ml nước cất), ở nhiệt độ sôi và trong 10 phút. Sau
chiết dung dịch được để nguội ở nhiệt độ phòng, sau
đó tiến hành phân tách phần dung dịch và phần lá. Lá
sau chiết được sấy khô ở 60°C và có thể sử dụng làm
phân bón, nguyên liệu đốt…. Phần dung dịch sau
chiết được lọc 2 lần bằng giấy lọc, một phần sấy khô
và phân tích FT-IR, phần còn lại pha loãng 10 lần và
cho phản ứng với dung dịch bạc nitrat (AgNO 3) để
tổng hợp nano bạc. Điều kiện tổng hợp nano bạc
được thực hiện theo 2 phương án :
Phương án 1: cố định nồng độ AgNO 3, cho 10
ml dịch chiết (đã pha loãng) phản ứng với 50 μl
AgNO3, ở nhiệt độ phòng, thời gian lần lượt là 1, 2, 4,
6, và 24 giờ.
Hình 2. Sự biến đổi màu sắc của dung dịch trong quá
trình tổng hợp nano bạc.
3. Kết quả và thảo luận
2
Tạp chí Khoa học và Công nghệ
3.1. Sự biến đổi màu của dung dịch trong quá trình
tổng hợp nano bạc
Màu sắc của dung dịch trong quá trình tổng hợp
thay đổi rõ rệt qua mỗi công đoạn xử lý, được trình
bày trên Hình 2. Ban đầu dung dịch có màu vàng nhạt
(màu dịch chiết đã pha loãng) khi phản ứng với dung
dịch bạc nitrat không màu chuyển thành màu vàng
nâu, sau khi ly tâm và siêu âm để loại bỏ các hoạt
chất còn dư trong quá trình phản ứng thì dung dịch có
màu vàng nâu đậm. Sau quá trình ly tâm các hạt nano
bạc đều lắng đọng xuống phía dưới ống ly tâm, tuy
nhiên màu dung dịch sau hai lần ly tâm cũng khác
nhau rõ rệt. Sau lần ly tâm 1, màu dung dịch có màu
vàng nhạt của dịch chiết, nhưng sau lần 2 lại có màu
của nước cất. Chứng tỏ sau hai lần ly tâm hầu hết các
hoạt chất tham gia phản ứng đã được loại bỏ.
tuy nhiên sau 6 giờ có xu hướng tăng chậm lại. Mặt
khác, càng kéo dài thời gian phản ứng thì bước sóng
hấp thụ cực đại (λmax) lại tăng nhẹ, chứng tỏ kích
thước hạt nano bạc càng tăng lên. Điều này sẽ ảnh
hưởng không tốt tới khả năng kháng khuẩn của hạt
nano bạc. Hình 3b là phổ UV-Vis của AgNP ở các
nồng độ AgNO 3 khác nhau. Phổ hấp thụ UV-Vis cho
thấy trong khoảng nồng độ nghiên cứu, giá trị độ hấp
thụ tăng theo sự tăng của nồng độ dung dịch bạc
nitrat. Tuy nhiên, khi nồng độ AgNO 3 tăng tới 5 mM
thì giá trị độ hấp thụ cực đại gần như không đổi, phản
ứng đã đạt tới trạng thái bão hòa. Từ đó tác giả lựa
chọn điều kiện tổng hợp nano bạc tối ưu là ở nhiệt độ
phòng, thời gian 6 giờ, nồng độ dung dịch bạc nitrat 5
mM.
3.2. Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Hình 4 là kết quả phân tích HR-TEM của AgNP
tổng hợp được ở điều kiện tối ưu với mức phóng đại
lần lượt là 50K (Hình 4a) và 400K (Hình 4b). Từ hình
có thể thấy các hạt nano bạc tổng hợp được đều có
dạng hình cầu, đường kính hạt từ 20-35 nm và sự
phân bố kích thước hạt tương đối đồng đều. Điều này
phù hợp với kết quả phân tích phổ hấp thụ phân tử
UV-Vis và các tài liệu đã công bố [3, 10].
3.3. Phân tích TEM
Quá trình hình thành và sự ổn định của AgNP
theo thời gian và nồng độ dung dịch bạc nitrat được
xác định thông qua phổ UV-Vis trong khoảng bước
sóng 300-700 nm, kết quả được trình bày trên Hình 3.
Từ hình thấy rằng các hạt nano bạc tổng hợp được có
bể mặt cộng hưởng plasmon tại bước sóng khoảng
430 nm.
(a)
(a)
(b)
Hình 3. (a) Phổ UV-Vis của AgNP tại 1, 2, 4, 6 và 24
giờ; (b) Phổ UV-Vis của AgNP ở các nồng độ AgNO 3
khác nhau.
(b)
Hình 4. (a) Ảnh HR-TEM của AgNP mức độ phóng đại
50K; (b) ) Ảnh HR-TEM của AgNP mức độ phóng đại
400K.
Hình 3a là phổ UV-Vis của AgNP ở thời gian
phản ứng 1, 2, 4, 6 và 24 giờ. Từ hình ta thấy khi tăng
thời gian phản ứng thì giá trị hấp thụ cực đại tăng lên,
3
Tạp chí Khoa học và Công nghệ
3.4. Phân tích TGA và hiệu suất quá trình tổng hợp
nano bạc
bạc có trong dung dịch bạc nitrat về dạng nano bạc.
Điều này phù hợp với các tài liệu đã công bố về phổ
FT-IR của dịch chiết lá dâu tằm [3].
Hình 5 biểu diễn kết quả phân tích nhiệt vi sai.
Trên đường TG (đường a) có sự giảm khối lượng
trước 200°C là do sự hóa hơi nước. Sự giảm nhiệt độ
trước 500°C là sự hóa hơi của các chất hữu cơ, các
chất tham gia phản ứng còn xót lại, và ở 500-800°C
có thể là sự hóa hơi của nano bạc. Điều này phù hợp
với tài liệu đã công bố [11, 12], hạt nano bạc nóng
chảy ở khoảng 200°C và bắt đầu hóa hơi ở khoảng
600°C. Trên đườn DTA (đường b) thấy có sự thay đổi
lớn ở 570,7°C và 651,8°C, dạng đồ thị ở nhiệt độ này
là sự hóa hơi chất phân tích.
Từ kết quả phân tích TG/DTA tính toán hiệu
suất theo công thức 1 thu được 78,22%.
(Trong đó: %mTG = 88%, mAgNP = 4,8 mg, ms =
7,1415 g, mt = 7,1367 g, mAg = 5,4 mg, CM = 1 M, V
= 50 μl, MAg = 108 g/mol).
Hình 7. Cơ chế phản ứng chung của quá trình tổng hợp
nano bạc.
Bản chất cơ chế của quá trình tổng hợp nano bạc là
dựa trên phản ứng oxi hóa khử của các hoạt chất
trong dịch chiết lá dâu tằm (đóng vai trò chất khử) và
ion bạc trong dung dịch bạc nitrat (đóng vai trò chất
oxi hóa) (Hình 7). Ban đầu khi cho dung dịch AgNO 3
và trong dịch chiết lá dâu tằm, các ion bạc trong dung
dịch AgNO 3 sẽ tiếp xúc với các hoạt chất có tính khử
trong dịch chiết và xảy ra phản ứng oxi hóa khử, hình
thành lên bạc nguyên tử. Quá trình khử bạc diễn ra
ngày càng nhiều, các nguyên tử bạc tạo ra xếp chồng
lên nhau hình thành hạt nhân. Do sự liên kết linh
động của các chất khử và số lượng lớn các chất khử
trong hỗn hợp phản ứng có thể dẫn đến sự phát triển
và sắp xếp có giới hạn của các nguyên tử bạc, từ đó
hình thành lên các hạt nano bạc có dạng hình cầu ổn
định.
(a)
(b)
Hình 5. Kết quả phân tích nhiệt TG/DTA của AgNP;
đường a: kết quả TG; đường b: kết quả DTA.
3.5. Phổ FT-IR và cơ chế phản ứng chung
4. Kết luận
Phổ hồng ngoại FT-IR của dịch chiết lá dâu tằm
được trình bày trên Hình 6. Từ hình cho thấy có sự
xuất hiện của peak 3448,8 (cm -1) đặc trưng cho liên
kết N-H ; peak tại 2971,0 (cm -1) đặc trưng cho liên
kết C-H có trong các nhóm –CH 3, -CH2; Peak tại
1636,0 (cm-1) đặc trưng cho dao động của liên kết
C=O, liên kết C-O và O-H. Ngoài ra, phổ FT-IR của
dịch chiết lá dâu tằm còn có dao động giãn của nhóm
C-O và C-N lần lượt tại peak 1385 và 1077,9 (cm-1).
Trong bài báo này, hạt nano bạc đã được tổng
hợp từ bạc nitrat với tác nhân khử là các hợp chất có
trong dịch chiết lá dâu tằm Việt Nam. Điều kiện thích
hợp để tổng hợp nano bạc là tỷ lệ thể tích dung dịch
AgNO3 (1,0M) trên dịch chiết từ lá dâu tằm 1:200, ở
nhiệt độ phòng (25°C), thời gian 6 giờ và trong môi
trường trung tính. Từ các kết quả phân tích cho thấy,
hạt nano bạc tổng hợp được có bề mặt cộng hưởng
plasmon tại bước sóng hấp thụ cực đại là 430 nm,
dạng hình cầu, đường kính hạt khoảng 20 – 35 nm và
độ phân bố kích thước hạt trong khoảng hẹp. Hiệu
suất của quá trình tổng hợp đạt 78,22%. Theo kết quả
phân tích FT-IR các hoạt chất trong dịch chiết lá dâu
tằm gồm nhóm cacboxyl (-C=O), hydroxyl (-OH) và
amin (N-H), đóng vai trò là tác nhân khử ion bạc để
tổng hợp nên nano bạc. Cơ chế phản ứng là phản ứng
oxi hóa khử đã được đề xuất trong nghiên cứu này.
Hạt nano bạc tổng hợp được sẽ tiếp tục được đưa lên
một số vật liệu dệt và đánh giá khả năng kháng
khuẩn, khử mùi trong các nghiên cứu tiếp theo.
Hình 6. Phổ FT-IR của dịch chiết lá dâu tằm.
Từ nghiên cứu phổ FT-IR nhận thấy trong dịch
chiết lá dâu tằm có nhóm cacboxyl (C=O), hydroxyl
(-OH), và liên kết amin (N-H) có tác dụng khử ion
4
Tạp chí Khoa học và Công nghệ
Lời cảm ơn
[6] W.C.Bell and M.L.Myric, Preparation and
cheraterization of Nanosacle Silver Colloids
silver Colloids by Two Novel Synthetic Routes,
J.ColloidInterface Sci.242 (2001) 300.
[7] N. ishizuki, K.torigoe, H.nakamur and K.
Meguro K.esumi, Describle the preparation of
colloiddal silver solution in the presence of
vinyl alcohol and N-vinylpyrrolidone, J. Appl.
Polym. Sci., 44 (1992) 1003.
[8] Ole z.andersen, Ramus E.roge, Tomlarsen, Rene
Petrsen, Jacob F.Riis Nikolaj L.Kildeby, Silver
Nanoparticle, (2005) 4, 14, 15, 16.
[9] P. Velmurugan, M. Cho, S. –S. Lim, S. –K. Seo,
H. Myung, K. –S.Sivakumar, K. –M. Cho, B. –
T. Oh, Phytosynthesis of silver nanoparticles by
Prunus yedoensis leaf extract and their
antimicrobial activity, Mater. Lett. 138, (2015),
272-275.
[10] Yujie Xiong, Byungkwon Lim. and Sara E.
Skrabalak Younan Xia, Shape-controled
Synthesis of metal nanocrystals: Simple
chemistry complex physics, Metal Nanocrystals Angewandte Chemie, 48 (2009), 60-103.
[11] Ju-Young Kim, and Kyo Jin Ihn Nam Hee Kim,
Preparation of silver nanoparticles having low
melting temperature through a new synthetic
process without solvent, Journal of Nanoscience
and Nanotechnology, (2007), 3805-3809.
[12] J. Damiano, P.J.Ferreira M.A. Asoro, Size
effects on the melting temperature of Silver
nanoparticles: In-situ TEM observations,
Microscopy Society of America, (2009).
Nhóm tác giả xin cảm ơn Bộ môn Vật liệu &
CN Hóa dệt, Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang,
PTN dự án JST - JICA ESCANBER, PTN Viện tiên
tiến Khoa học và Công nghệ, PTN Công nghệ lọc hóa
dầu và xúc tác, trường Đại học Bách khoa HN và
Viện Hàn lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam đã
hỗ trợ trong việc thực hiện nghiên cứu này. …
Tài liệu tham khảo
[1] Jagpreet Singh, G. K., A review on greeen
synthesis and characterization of silver
nanoparticles and their applications: A green
nanoworld,. World Journal of Pharmacy and
Pharmaceutical Sciences, Volume 5, Issue 7
(2017), 730-762.
[2] Jeyaraj Pandiarajan, M. K., Properties,
synthesis and toxicity of silver nanoparticles,
Environ Chem Lett. (2017).
[3] Akl M. Awwad, N. M., Green synthesis of silver
nanoparticles by Mulberry leaves extract.
Nanoscience and Nanotechnology, 2(4) (2012),
125-128.
[4] Pantelis Kouvaris, A. D., Green synthesis and
characterizarion of silver nanoparticles
produced using Arbutus Unedo leaf extract,
SciVerse ScienceDirect, 76 (2012), 18-22.
[5] Siavash Iravani, Green synthesis of metal
nanoparticles using plant, Green Chem., 13
(2011), 2638.
5
.DOC 
5 
621 
63 
