NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU NANO BẠC, …gust.edu.vn/media/26/uftai-ve-tai-day26267.pdf · Biến Ďộng giá trị của các thông số thuỷ lý,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

Trần Thị Thu Hƣơng

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU NANO

BẠC, ĐỒNG, SẮT ĐỂ XỬ LÝ VI KHUẨN LAM ĐỘC

TRONG THỦY VỰC NƢỚC NGỌT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG

Hà Nội - 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------


NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU NANO

BẠC, ĐỒNG, SẮT ĐỂ XỬ LÝ VI KHUẨN LAM ĐỘC

TRONG THỦY VỰC NƢỚC NGỌT

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng

Mã số: 9 52 03 20

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS. TS. Dƣơng Thị Thủy

2. TS. Hà Phƣơng Thƣ

Hà Nội – 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam Ďoan Ďây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và không trùng

lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu

trong luận án là trung thực, Ďƣợc các Ďồng tác giả cho phép sử dụng và chƣa Ďƣợc

sử dụng Ďể bảo vệ một học vị nào, chƣa từng Ďƣợc công bố trong bất kỳ một công

trình nào khác.

Hà Nội, tháng năm 2018

Tác giả luận án


i

MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................... i

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................. iv

DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ............................................................. 5

1.1. Tổng quan về vật liệu nano ........................................................................... 5

1.1.1. Khái niệm chung về vật liệu nano .............................................................. 5

1.1.2. Một số tính chất chung của vật liệu nano .................................................. 5

1.1.3. Tổng quan về vật liệu nano kim loại bạc và đồng ...................................... 7

1.1.4. Tổng quan về vật liệu nano sắt từ ............................................................ 17

1.2. Tổng quan về vi khuẩn lam và hiện tƣợng phú dƣỡng ................................ 20

1.2.1. Vi khuẩn lam ............................................................................................. 20

1.2.2. Hiện tượng phú dưỡng ............................................................................. 22

1.3. Các biện pháp xử lý tảo gây nở hoa và tảo Ďộc trên thế giới và Việt Nam . 28

1.3.1. Các biện pháp xử lý cơ học, vật lý ........................................................... 29

1.3.2. Các biện pháp xử lý hóa học .................................................................... 30

1.3.3. Các phương pháp sinh học, sinh thái ....................................................... 34

1.3.4. Xử lý tảo bằng vật liệu nano .................................................................... 37

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 47

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................. 47

2.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng ........................................................................ 48

2.2.1. Hóa chất ................................................................................................... 48

2.2.2. Thiết bị ...................................................................................................... 49

2.3. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu ............................................................. 49

2.3.1. Tổng hợp vật liệu nano bạc bằng phương pháp khử hóa học .................. 49

2.3.2. Tổng hợp vật liệu nano đồng bằng hương pháp khử hóa học ................. 50

2.3.3. Tổng hợp vật liệu nano sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa .............. 51

2.4. Các phƣơng pháp xác Ďịnh Ďặc trƣng cấu trúc vật liệu ............................... 53

2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ...................................... 53

2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................. 53

ii

2.4.3. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại IR ................................................ 53

2.4.4. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X .............................................................. 54

2.4.5. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV-VIS) ...................... 54

2.4.6. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) ................................. 55

2.5. Các phƣơng pháp bố trí thí nghiệm ............................................................. 55

2.5.1. Thí nghiệm lựa chọn vật liệu nano ........................................................... 55

2.5.2. Thí nghiệm nghiên cứu độc tính của vật liệu nano .................................. 56

2.5.3. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng kích thước của vật liệu nano ................ 56

2.5.4. Thí nghiệm nghiên cứu đánh giá tính an toàn của vật liệu ........................ 57

2.5.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đối với mẫu nước thực

tế (mẫu nước hồ Tiền) ......................................................................................... 58

2.6. Các phƣơng pháp xác Ďịnh sinh trƣởng của tảo .......................................... 59

2.6.1. Phương pháp xác định mật độ quang OD ................................................ 59

2.6.2. Phương pháp xác định mật độ tế bào ....................................................... 59

2.6.3. Phương pháp xác định hàm lượng Chla [154] ........................................ 59

2.7. Các phƣơng pháp phân tích chất lƣợng môi trƣờng nƣớc ........................... 60

2.7.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu thủy lý, thủy hóa ............................. 60

2.7.2. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng NH4+(mg/L)....................... 60

2.7.3. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng PO43-

(mg/L) ...................... 60

2.8. Các phƣơng pháp quan sát hình thái tế bào ................................................. 61

2.8.1. Phương pháp quan sát bề mặt tế bào ....................................................... 61

2.8.2. Phương pháp quan sát cắt lát mỏng mẫu tế bào ...................................... 61

2.9. Phƣơng pháp thống kê và xử lý số liệu ....................................................... 61

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 62

3.1. Tổng hợp vật liệu nano ................................................................................ 62

3.1.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng của vật liệu nano bạc

tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học .......................................................... 62

3.1.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng của vật liệu nano đồng

bằng phương pháp khử hóa học ......................................................................... 70

3.1.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng của vật liệu nano sắt từ

tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa .......................................................... 77

iii

3.2. Đánh giá khả năng ức chế sinh trƣởng và diệt tảo của các loại vật liệu nano

Ďã tổng hợp ............................................................................................................ 81

3.2.1. Nghiên cứu thăm dò khả năng diệt VKL của ba loại vật liệu nano ......... 81

3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng và phát triển

của VKL Microcystis aeruginosa KG và tảo lục Chlorella vulgaris ................. 83

3.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến sinh trưởng và phát

triển của VKL Microcystis aeruginosa KG và tảo lục Chlorella vulgaris ......... 94

3.3. Kết quả Ďánh giá tính an toàn của vật liệu nano (ảnh hƣởng của vật liệu

nano Ďồng Ďến một số sinh vật khác)................................................................... 108

3.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến giáp xác Daphnia magna ........ 109

3.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến bèo tấm Lemna sp. .................. 112

3.4. Kết quả thực nghiệm với mẫu nƣớc hồ Tiền (mẫu nƣớc hồ thực tế bùng

phát VKL) ............................................................................................................ 115

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 125

iv

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh

VKL Vi khuẩn lam

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng

CHHBM Chất hoạt hóa bề mặt

VSV Vi sinh vật

HLKH&CN Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

ĐHKHTN Đại học Khoa học Tự nhiên

KH-CN Khoa học Công nghệ

TPHCM Thành phố Hồ Chí Minh

TVN Thực vật nổi

TVTS Thực vật thủy sinh

Chla Diệp lục Chlorophyll a

KG Kẻ Gỗ

cs. cộng sự

SEM Kính hiển vi Ďiện tử quét Scanning Electron

Microscope

TEM Kính hiển vi Ďiện tử truyền qua Transmission electron

microscopy

EDX Phổ tán sắc năng lƣợng tia X Energy-dispersive X-ray

spectroscopy

UV-VIS Quang phổ tử ngoại khả kiến Ultraviolet-Visible

XRD Nhiễu xạ tia X X-Ray Diffraction

IR Phổ hồng ngoại Infrared Spectroscopy

ROS Các oxy hoạt Ďộng Reactive Oxygen Species

Fcc Cấu trúc lập phƣơng tâm mặt Face centered cubic

PEG Polyetylen glycol

PVP Polyvinyl pyrolidon

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của hạt nano hình cầu [1].................. 6

Bảng 1.2. Những Ďiều kiện của phản ứng Ďể Ďiều chế hạt nano Ďồng [24] .............. 14

Bảng 1.3. Một số tiền chất Ďể tổng hợp hạt nano Ďồng bằng phƣơng pháp khử hóa

học [24] ..................................................................................................................... 15

Bảng 1.4. Giá trị biên Ďể phân loại dinh dƣỡng thủy vực theo OECD [53] ............. 23

Bảng 3.1. Kết quả lựa chọn nồng Ďộ vật liệu nano Ďã tổng hợp có khả năng diệt

VKL M. aeruginosa KG ........................................................................................... 82

Bảng 3.2. Độc tính của vật liệu nano bạc và Ďồng Ďến sinh trƣởng của VKL M.

aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris (EC50) ........................................................ 104

Bảng 3.3. Ƣớc tính giá trị LC50 của dung dịch Nano Ďồng tại thời Ďiểm 24 và 48h

................................................................................................................................. 111

Bảng 3.4. Biến Ďộng giá trị của các thông số thuỷ lý, thuỷ hoá trong các mẫu thí

nghiệm (bổ sung vật liệu nano Ďồng 1 ppm) và mẫu Ďối chứng (nƣớc hồ Tiền không

bổ sung dung dịch vật liệu nano Ďồng). .................................................................. 118

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Hình ảnh thể hiện kích thƣớc nano (màu Ďỏ) so với một số Ďối tƣợng vật

lý và sinh học theo thang kích thƣớc (http://nanoscience.massey.ac.nz/) .................. 5

Hình 1.2. Ảnh hƣởng của số lƣợng nguyên tử Ďến diện tích bề mặt riêng ................. 7

Hình 1.3. Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu nano bạc (nguồn:

http://congnghenano.infonano-bac-dong-diet-vi-khuan-nam) .................................... 8

Hình 1.4. Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu nano Ďồng (nguồn: http://wasi.org.vn) . 8

Hình 1.5. Sự dao Ďộng plasmon của các hạt hình cầu dƣới tác Ďộng của Ďiện trƣờng

ánh sáng [10] ............................................................................................................. 10

Hình 1.6. Cơ chế ổn Ďịnh hạt nano bạc của PVP [19] .............................................. 12

Hình 1.5. Đƣờng cong từ hoá của vật liệu từ phụ thuộc vào kích thƣớc [37] ........ 18

Hình 1.6. Hiện tƣợng phú dƣỡng trong môi trƣờng nƣớc (nguồn:

http://upload.wikimedia.org) ..................................................................................... 25

Hình 2.1. Hình ảnh Vi khuẩn lam M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris sử dụng

trong thí nghiệm ........................................................................................................ 47

Hình 2.2. Hình ảnh bèo tấm Lemna sp. và giáp xác Daphnia magna sử dụng trong

thí nghiệm .................................................................................................................. 48

Hình 2.3. Hình ảnh nƣớc hồ Tiền trong khuôn viên Đại học Bách Khoa Hà Nội .... 48

Hình 2.4. Quy trình Ďiều chế dung dịch nano Ag sử dụng NaBH4 làm chất khử ..... 50

Hình 2.5. Quy trình tổng quát tổng hợp vật liệu nano Ďồng bằng phƣơng pháp khử

hóa học ...................................................................................................................... 51

Hình 2.6. Quy trình tổng hợp hạt nano từ Fe3O4 bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa ... 52

Hình 2.7. Các tia X nhiễu xạ trên bề mặt tinh thể chất rắn (nguồn: http://ffden-

2.phys.uaf.edu ........................................................................................................... 54

Hình 2.8. Nguyên tắc tán xạ tia X dùng trong phổ EDX .......................................... 55

Hình 3.1. Phổ UV-VIS các mẫu nano Ag phụ thuộc tỷ lệ nồng Ďộ NaBH4/Ag+ ...... 63

Hình 3.2. Ảnh TEM của nano Ag phụ thuộc vào tỷ lệ nồng Ďộ BH4-/Ag

+ .............. 64

Hình 3.3. Lực Ďẩy của hạt nano Ag khi hấp phụ BH4- (M

0-các hạt nano Ag) [158] 65

Hình 3.4. Phổ UV-VIS của nano bạc phụ thuộc vào nồng Ďộ chitosan .................... 66

Hình 3.5. Ảnh TEM của nano bạc phụ thuộc vào nồng Ďộ chitosan ........................ 66

Hình 3.6. Cấu tạo phân tử của chitosan (https://vi.wikipedia.org/wiki/Chitosan) .... 67

vii

Hình 3.7. Phổ UV-VIS của nano bạc phụ thuộc vào nồng Ďộ axit citric .................. 68

Hình 3.8. Ảnh TEM của nano Ag phụ thuộc tỷ lệ nồng Ďộ [Citric]/[Ag+] ............... 69

Hình 3.9. Ảnh HR-TEM của vật liệu nano Ag khảo sát ở tỷ lệ tối ƣu ..................... 70

Hình 3.10. Phổ XRD của vật liệu nano Cu khảo sát theo tỉ lệ nồng Ďộ NaBH4/Cu2+

................................................................................................................................... 71

Hình 3.11. Ảnh SEM của các mẫu nano Ďồng theo tỷ lệ NaBH4/Cu2+

..................... 72

Hình 3.12. Ảnh TEM của các mẫu nano Ďồng theo tỷ lệ NaBH4/Cu2+

..................... 73

Hình 3.13. Phổ XRD của vật liệu nano Cu khảo sát theo nồng Ďộ Cu0 .................... 74

Hình 3.14. Ảnh SEM của vật liệu nano Cu khảo sát theo nồng Ďộ Cu0 ................... 75

Hình 3.15. Ảnh TEM của vật liệu nano Cu khảo sát theo nồng Ďộ Cu0: .................. 75

Hình 3.16. Đặc trƣng chi tiết mẫu vật liệu nano Ďồng N1 ........................................ 76

Hình 3.17. Ảnh SEM cấu trúc vật liệu nano sắt từ theo các tỷ lệ CMC/Fe3O4 ........ 78

Hình 3.18. Ảnh TEM cấu trúc vật liệu nano sắt từ theo các tỷ lệ CMC/Fe3O4 ........ 78

Hình 3.19. Phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu Fe3O4 (a), CMC (b), FC21 (c) và tổng

hợp phổ của ba mẫu (d) ............................................................................................. 79

Hình 3.20. Kết quả Ďo từ Ďộ của vật liệu FC21 ........................................................ 80

................................................................................................................................... 82

Hình 3.21. Ảnh hƣởng của các vật liệu nano Ďến sinh trƣởng của chủng VKL M.

aeruginosa KG sau 7-10 ngày. .................................................................................. 82

Hình 3.22. Ảnh hƣởng của vật liệu nano bạc Ďến sinh trƣởng của VKL M.

aeruginosa KG sau 10 ngày tính theo mật Ďộ quang (a) và hàm lƣợng chla (b)ở các

nồng Ďộ 0; 0,001; 0,005; 0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm. .................................................. 84

Hình 3.23. Ảnh hƣởng của vật liệu nano bạc tính theo mật Ďộ tế bào (a) và hiệu suất

ức chế sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa KG (b) ở các nồng Ďộ 0; 0,001; 0,005;

0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm sau 10 ngày. ...................................................................... 85

Hình 3.24. Kết quả chụp SEM hình thái tế bào VKL M. aeruginosa KG: tế bào

VKL không tiếp xúc với vật liệu nano bạc (a); tế bào tiếp xúc với nano bạc (1 ppm)

sau 48h (b). ................................................................................................................ 86

Hình 3.25. Phổ EDX và thành phần các nguyên tố xuất hiện trên bề mặt tế bào VKL

M. aeruginosa KG sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano bạc ở nồng Ďộ 1ppm ............ 87

viii

Hình 3.26. Ảnh TEM cấu trúc tế bào VKL M. aeruginosa KG: a) Mẫu Ďối chứng

không bổ sung dung dịch nano bạc (a) và mẫu thử nghiệm bổ sung dung dịch nano

bạc nồng Ďộ 1ppm sau 48h ........................................................................................ 88

Hình 3.27. Ảnh hƣởng của vật liệu nano bạc Ďến sinh trƣởng của tảo lục C. vulgaris

ở các nồng Ďộ khác nhau (0; 0,005; 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm): a) sinh trƣởng tính

theo mật Ďộ quang OD và b) tính theo mật Ďộ tế bào. .............................................. 89

Hình 3.28. Ảnh hƣởng của vật liệu nano bạc tính theo hiệu suất ức chế sinh trƣởng

(a) và hàm lƣợng chla (b) Ďến sinh trƣởng của tảo lục C. vulgaris ở các nồng Ďộ 0;

0,005; 0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm sau 10 ngày. ........................................................... 90

Hình 3.29. Kết quả chụp SEM hình thái tế bào tảo lục C. vulgaris: tế bào tảo không

tiếp xúc với vật liệu nano bạc (a); tế bào tiếp xúc với nano bạc (1 ppm) sau 48h (b).

................................................................................................................................... 91

Hình 3.30. Phổ EDX và thành phần các nguyên tố xuất hiện trên bề mặt tế bào tảo

lục C. vulgaris sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano bạc ở nồng Ďộ 1ppm .................. 92

................................................................................................................................... 92

Hình 3.31. Ảnh TEM cấu trúc tế bào tảo lục C. vulgaris: a) Mẫu Ďối chứng không

bổ sung dung dịch nano bạc (a) và mẫu thử nghiệm có tảo lục C. vulgaris tiếp xúc

với dung dịch nano bạc nồng Ďộ 1ppm sau 48h ........................................................ 92

Hình 3.32. Sinh trƣởng của chủng VKL M. aeruginosa KG ở các nồng Ďộ dung dịch

nano Ďồng khác nhau (0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm): sinh trƣởng tính theo mật Ďộ

quang (OD) (a); theo hàm lƣợng chla (b); theo mật Ďộ tế bào (c) ............................ 94

Hình 3.33. Hiệu suất ức chế sinh trƣởng VKL M. aeruginosa KG ở các nồng Ďộ

dung dịch nano Ďồng khác nhau (0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm) sau 10 ngày............. 96

Hình 3.34. Cấu trúc, hình thái tế bào VKL M. aeruginosa KG dƣới kính hiển vi Ďiện

tử quét (SEM): a) tế bào VKL ở mẫu Ďối chứng (không bổ sung vật liệu nano Ďồng)

và b) tế bào VKL ở mẫu có bổ sung 1ppm vật liệu nano sau 48h. ........................... 97


M. aeruginosa KG sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano Ďồng ở nồng Ďộ 1ppm ......... 97

Hình 3.36. Ảnh TEM chụp cấu trúc và hình thái tế bào VKL M. aeruginosa KG: tế

bào VKL ở mẫu Ďối chứng (a) và tế bào ở mẫu thí nghiệm có bổ sung 1ppm nano

Ďồng sau 48h (b) ........................................................................................................ 99

ix

Hình 3.37. Sinh trƣởng của tảo lục C. vulgaris ở các nồng Ďộ dung dịch nano Ďồng

khác nhau (0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm): sinh trƣởng tính theo mật Ďộ quang (OD)

(a); theo hàm lƣợng chla (b); theo mật Ďộ tế bào (c) .............................................. 100

................................................................................................................................. 102

Hình 3.38. Cấu trúc, hình thái tế bào tảo lục C. vulgaris dƣới kính hiển vi Ďiện tử

quét (SEM): a) tế bào tảo lục C. vulgaris ở mẫu Ďối chứng (không bổ sung vật liệu

nano Ďồng) và b) tế bào tảo lục C. vulgaris ở mẫu có bổ sung 1ppm vật liệu nano

sau 48h..................................................................................................................... 102


lục C. vulgaris sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano Ďồng ở nồng Ďộ 1ppm .............. 102

Hình 3.40. Ảnh TEM chụp cấu trúc và hình thái tế bào tảo lục C. vulgaris: tế bào C.

vulgaris ở mẫu Ďối chứng (a) và tế bào ở mẫu thí nghiệm có bổ sung 1ppm nano

Ďồng sau 48h (b) ...................................................................................................... 103

Hình 3.41. Sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa KG dƣới tác Ďộng của các nồng Ďộ

dung dịch và các kích thƣớc hạt Ďồng khác nhau a) kích thƣớc <10 nm; b) kích

thƣớc 25-40 nm và c) kích thƣớc >50 nm. .............................................................. 105

Hình 3.42. Biến Ďộng hàm lƣợng chla (A) và mật Ďộ quang (B) của VKL M.

aeruginosa KG theo thời gian dƣới tác Ďộng của các kích thƣớc hạt nano Ďồng khác

nhau. ........................................................................................................................ 106

Hình 3.43. Hiệu suất ức chế sinh trƣởng chủng VKL M.aeruginosa KG ở các nồng

Ďộ dung dịch và các kích thƣớc hạt Ďồng khác nhau. ............................................. 107

Hình 3.44. Tỷ lệ cá thể sống/chết của D. magna sau 24h và 48h phơi nhiễm với

dung dịch nano Ďồng khác nhau (0; 0,01; 0,05; 0,1;1; 3 và 5 ppm). ...................... 110

................................................................................................................................. 113

Hình 3.45. Sự khác biệt về sinh khối của bèo Lemna sp. giữa ngày thử nghiệm Ďầu

tiên (D0) và ngày cuối cùng (D7) dƣới tác Ďộng của các nồng Ďộ dung dịch nano

Ďồng khác nhau: Biểu Ďồ tăng trƣởng (a) và hình ảnh thí nghiệm thực tế (b) ........ 113

Hình 3.46. Hiệu suất ức chế sinh trƣởng của vật liệu nano Ďồng Ďến bèo Lemna sp.

sau 7 ngày. ............................................................................................................... 114

Hình 3.47. Biến Ďộng sinh khối thực vật nổi (chla) giữa mẫu Ďối chứng và mẫu có

bổ sung dung dung dịch nano Ďồng (1 ppm) sau D0, D1, D2, D3, D4 và D8 ngày

thực nghiệm. ............................................................................................................ 116

x

Hình 3.48. Biến Ďộng mật Ďộ tế bào chi VKL Microcystis (b) và tổng mật Ďộ tế bào

thực vật nổi (a) giữa mẫu Ďối chứng (không bổ sung dung dịch nano Ďồng) và mẫu

thử nghiệm (mẫu có bổ sung 1 ppm dung dịch nano Ďồng) sau 8 ngày. ................ 117

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần Ďây, việc xây dựng và phát triển bền vững các ngành

sản xuất nhất là hai lĩnh vực công nghiệp và nông nghiệp là một yêu cầu cấp thiết

nhằm hạn chế những tác Ďộng của biến Ďổi khí hậu và tạo ra nhiều nguồn năng

lƣợng mới thay thế năng lƣợng tự nhiên sắp cạn kiệt. Bên cạnh Ďó, việc lạm dụng

quá mức phân bón và thuốc bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp là một trong

những nguyên nhân dẫn Ďến tình trạng ô nhiễm nguồn nƣớc. Ô nhiễm môi trƣờng

Ďất, nƣớc và không khí Ďã trở thành vấn Ďề hết sức nan giải không chỉ ở Việt Nam

mà còn diễn ra ở nhiều nơi trên thế giới, trong Ďó ô nhiễm môi trƣờng nƣớc là trầm

trọng hơn cả. Việc gia tăng dân số, phát triển các ngành công nghiệp, nông nghiệp

Ďã và Ďang làm gia tăng nguồn dinh dƣỡng Ďáng kể (chủ yếu là dƣ thừa nitơ và

photpho) trong các thủy vực. Nguồn nƣớc tiếp nhận (chủ yếu là nƣớc mặt) giàu dinh

dƣỡng dẫn Ďến phú dƣỡng nguồn nƣớc và làm mất cân bằng sinh thái ở các thủy

vực, gây ra hiện tƣợng “tảo nở hoa”. “Tảo nở hoa” là hiện tƣợng phát triển bùng

phát của tảo, Ďặc biệt là vi khuẩn lam (VKL) tại các thủy vực nƣớc ngọt và thƣờng

gây ra những tác Ďộng xấu lên môi trƣờng nhƣ làm Ďục nƣớc, tăng pH, giảm hàm

lƣợng oxy hòa tan do quá trình hô hấp hoặc phân hủy sinh khối tảo và trong Ďó phần

lớn VKL sản sinh ra Ďộc tố VKL có Ďộc tính cao.

Hiện nay, tần xuất xuất hiện hiện tƣợng nở hoa của VKL có xu hƣớng ngày

càng gia tăng trong các thủy vực. Do vậy, ngăn ngừa và giảm thiểu phát triển mạnh

mẽ của VKL là vấn Ďề môi trƣờng quan trọng cần Ďƣợc quan tâm. Các quá trình xử

lý ô nhiễm môi trƣờng nƣớc Ďã Ďƣợc chú trọng từ nhiều thập kỷ nay tại nhiều nƣớc

trên thế giới, trong Ďó xử lý ô nhiễm do VKL và Ďộc tố của chúng tại các thuỷ vực

nƣớc ngọt làm nguồn cung cấp nƣớc sinh hoạt cho cộng Ďồng dân cƣ Ďang ngày

càng Ďƣợc quan tâm và giám sát chặt chẽ. Để giảm thiểu sự bùng phát của VKL,

những giải pháp xử lý tức thì thƣờng Ďƣợc sử dụng khi thủy vực Ďã bị ô nhiễm nặng

(xuất hiện hiện tƣợng nở hoa nƣớc). Khi Ďó ngƣời ta sử dụng những phƣơng pháp

hóa học nhƣ dùng hóa chất (CuSO4) Ďể diệt tảo kết hợp với những phƣơng pháp cơ

học (hớt váng, che mái…). Tuy nhiên, những phƣơng pháp này khá tốn kém, gây

ảnh hƣởng tới hệ sinh thái và khó tiến hành triệt Ďể, Ďặc biệt là trong những thủy

vực lớn. Chính vì vậy, việc tìm kiếm và phát triển những giải pháp mới có hiệu quả,

2

không gây ô nhiễm thứ cấp và thân thiện với môi trƣờng ngày càng Ďƣợc chú trọng

nghiên cứu. Việc nghiên cứu phát hiện ra những vật liệu mới có khả năng ngăn

ngừa hiệu quả sự phát triển của tảo Ďộc mà không ảnh hƣởng xấu Ďến môi trƣờng

nƣớc và những sinh vật sống trong Ďó là một yêu cầu cấp thiết góp phần bảo vệ sức

khoẻ con ngƣời, bảo vệ chất lƣợng nƣớc. Trong vấn Ďề này, công nghệ nano Ďƣợc

cho là khá phù hợp, không những mang lại hiệu quả xử lý cao, mà còn giảm thiểu

chi phí, liều lƣợng sử dụng cũng nhƣ các vấn Ďề về môi trƣờng.

Công nghệ nano là công nghệ liên quan Ďến việc tổng hợp và ứng dụng các

vật liệu có kích thƣớc nanomet (nm). Ở kích thƣớc nano, vật liệu có nhiều Ďặc tính

nổi trội nhƣ có kích thƣớc nhỏ hơn 100 nm, có diện tích tiếp xúc bề mặt lớn so với

khối lƣợng, tạo ra ảnh hƣởng của bề mặt Plasmon cộng hƣởng, khả năng bám dính

tốt và Ďƣợc ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau nhƣ y tế, mỹ phẩm, Ďiện

tử, xúc tác hoá học, môi trƣờng... Vì có nhiều Ďặc Ďiểm ƣu việt và khả năng ứng

dụng thực tế cao nên quá trình sản xuất vật liệu nano trên toàn cầu Ďã không ngừng

tăng từ 2000 tấn năm 2004 và dự Ďoán từ năm 2011 Ďến 2020 sẽ lên Ďến 58.000 tấn.

Với những ƣu Ďiểm này, vật liệu nano Ďã mở ra tiềm năng lớn trong việc ứng dụng

vật liệu nano trong việc kiểm soát sự bùng phát tảo trong tƣơng lai.

Từ những lý do trên Ďề tài: “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng vật liệu nano

bạc, đồng, sắt để xử lý vi khuẩn lam độc trong thuỷ vực nước ngọt” Ďã Ďƣợc lựa

chọn thực hiện.

Mục mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu, chế tạo và xác Ďịnh tính chất, Ďặc trƣng của 03 vật liệu nano

(bạc, Ďồng và sắt) và Ďánh giá khả năng diệt VKL của vật liệu nano trong thủy vực

nƣớc ngọt.

Đối tượng nghiên cứu

- Ba loại vật liệu nano bạc và Ďồng bằng phƣơng pháp khử hóa học; nano sắt

bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa;

- VKL M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris.

Nội dung nghiên cứu

- Chế tạo và xác Ďịnh Ďặc trƣng, tính chất của ba loại vật liệu nano bạc, Ďồng

và sắt.

- Đánh giá khả năng diệt và ức chế VKL của ba loại vật liệu nano.

3

- Đánh giá tính an toàn của vật liệu.

- Thực nghiệm ứng dụng của vật liệu ở quy mô phòng thí nghiệm với mẫu

nƣớc hồ.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nói chung và ô nhiễm các thủy vực có nguyên

nhân từ Ďộc tố của VKL Ďã nhận Ďƣợc nhiều sự quan tâm, nghiên cứu trong thời

gian gần Ďây. Sử dụng vật liệu nano trong xử lý vi tảo thể hiện nhiều ƣu Ďiểm trong

lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trƣờng nhất là ô nhiễm do phú dƣỡng ở các thủy vực.

Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa học và chứng minh khả năng ứng

dụng thực tế của vật liệu, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nở hoa của VKL trong

các thủy vực nƣớc ngọt.

Những đóng góp mới của luận án

- Luận án Ďã nghiên cứu chế tạo và lựa chọn Ďƣợc hai loại vật liệu nano bạc

và Ďồng có khả năng diệt VKL M. aeruginosa KG.

- Luận án Ďã khảo sát khả năng ức chế và diệt VKL của vật liệu nano bạc,

Ďồng và chứng minh cả hai loại vật liệu Ďều có khả năng ức chế sinh trƣởng của

VKL. EC50 của vật liệu nano bạc Ďối với VKL M. aeruginosa KG là 0,0075 mg/L

và của nano Ďồng là 0,7159 mg/L. Hiệu suất ức chế sinh trƣởng Ďạt > 75% ghi nhận

ở 4 nồng Ďộ nano bạc bổ sung (0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm) và Ďạt > 90% khi nồng Ďộ

nano Ďồng là 1 và 5 ppm nano Ďồng.

- Luận án Ďã bƣớc Ďầu thử nghiệm khả năng diệt VKL Ďối với môi trƣờng

nƣớc hồ thực tế (hồ Tiền Đại học Bách khoa Hà Nội) và Ďánh giá tính an toàn của

vật liệu nano Ďối với một số loài sinh vật thủy sinh nhƣ bèo tấm Lemna sp., giáp xác

D. magna.

Bố cục của luận án

Ngoài phần mở Ďầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, nội dung của

luận án Ďƣợc trình bày trong 3 chƣơng với bố cục nhƣ sau:

Chƣơng 1 Tổng quan tài liệu giới thiệu về vật liệu nano, VKL; tổng quan về

ứng dụng vật liệu nano trong xử lý ô nhiễm tảo Ďộc.

Chƣơng 2 Phƣơng pháp nghiên cứu trình bày nguyên lý, kỹ thuật và bố trí

thực nghiệm của các phƣơng pháp nghiên cứu Ďƣợc sử dụng trong luận án.

4

Chƣơng 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận trình bày kết quả tổng hợp vật

liệu nano, kết quả nghiên cứu cấu trúc vật liệu; kết quả thử nghiệm hoạt tính ức chế

và diệt VKL của vật liệu nano Ďã tổng hợp; kết quả Ďánh giá tính an toàn của vật

liệu cũng nhƣ kết quả thử nghiệm với mẫu nƣớc hồ thực tế.

5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về vật liệu nano

1.1.1. Khái niệm chung về vật liệu nano

Khoa học nano: là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và sự can

thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và Ďại phân tử. Tại các quy mô

Ďó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn.

Hình 1.1. Hình ảnh thể hiện kích thước nano (màu đỏ) so với một số đối tượng vật

lý và sinh học theo thang kích thước (http://nanoscience.massey.ac.nz/)

Công nghệ nano: là ngành công nghệ liên quan Ďến việc thiết kế, phân tích,

chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc Ďiều khiển hình

dáng, kích thƣớc trên quy mô nanomet (nm, 1 nm = 10-9

m). Ranh giới giữa công

nghệ nano và khoa học nano Ďôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng Ďều có chung

Ďối tƣợng là vật liệu nano.

Vật liệu nano: là vật liệu trong Ďó ít nhất một chiều có kích thƣớc nanomet.

Chúng có nhiều Ďặc tính nổi trội nhƣ: kích thƣớc Ďặc biệt <100 nm, tỷ lệ bề mặt/thể

tích lớn, có tiềm năng phản ứng cao, tạo ra hiệu ứng cộng hƣởng bề mặt Plasmon…

Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thƣớc nanomet của chúng Ďã Ďạt tới

kích thƣớc tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu thông thƣờng. Kích thƣớc

vật liệu nano trải dài một khoảng từ vài nm Ďến vài trăm nm phụ thuộc vào bản chất

vật liệu và tính chất cần nghiên cứu [1].

1.1.2. Một số tính chất chung của vật liệu nano

1.1.2.1. Hiệu ứng bề mặt

https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB%87

https://vi.wikipedia.org/wiki/Nanomet

https://vi.wikipedia.org/wiki/Khoa_h%E1%BB%8Dc_nano

https://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt_li%E1%BB%87u_nano

https://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt_li%E1%BB%87u

6

Khi kích thƣớc vật liệu Ďạt Ďến cỡ nanomét thì số nguyên tử trên bề

mặt là tƣơng Ďối lớn so với tổng số nguyên tử của vật liệu. Do nguyên tử trên bề

mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng

vật liệu nên khi kích thƣớc vật liệu giảm Ďi thì hiệu ứng có liên quan Ďến các

nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên. Kích thƣớc của vật liệu

giảm Ďến nanomet thì các tính chất liên quan Ďến các nguyên tử bề mặt thể hiện một

cách rõ rệt. Kích thƣớc hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngƣợc lại (Bảng 1.1).

Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu [1]

Đƣờng kính hạt

nano (nm)

Số nguyên

tử

Tỉ số nguyên

tử trên bề mặt

(%)

Năng lƣợng bề

mặt (erg/mol)

Năng lƣợng bề

mặt trên năng

lƣợng tổng (%)

10 30.000 20 4,8.1011

7,6

5 4.000 40 8,6.1011

14,3

2 250 80 2,04.1012

14,3

1 30 90 9,23.1012

82,2

1.1.2.2. Hiệu ứng kích thước

Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thƣớc của vật liệu nano Ďã làm cho

vật liệu này có nhiều Ďặc Ďiểm khác với các vật liệu truyền thống. Mỗi một vật liệu

Ďều Ďƣợc quy Ďịnh bởi một Ďộ dài Ďặc trƣng còn Ďƣợc gọi là kích thƣớc tới hạn. Khi

các Ďộ dài Ďặc trƣng thể hiện tính chất của vật liệu Ďều có kích thƣớc nanomet Ďã

tạo thành tên gọi “vật liệu nano” mà ngày nay ta thƣờng nghe. Ở dạng vật liệu khối,

kích thƣớc vật liệu lớn hơn nhiều lần so với Ďộ dài Ďặc trƣng của vật liệu nano.

Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu Ďƣợc so sánh với Ďộ dài Ďặc trƣng thì tính chất có

liên quan bị thay Ďổi Ďột ngột, khác hẳn so với tính chất Ďã biết trƣớc Ďó. Khi nói

Ďến vật liệu nano, ngƣời ta Ďã nghiên cứu Ďến tính chất Ďi kèm của vật liệu Ďó. Cùng

một vật liệu và kích thƣớc, khi xem xét tính chất này thì khác so với vật liệu khối

nhƣng với tính chất khác thì không có khác biệt. Tuy nhiên, hiệu ứng bề mặt luôn

luôn thể hiện dù ở bất cứ kích thƣớc nào.

7

Hình 1.2. Ảnh hưởng của số lượng nguyên tử đến diện tích bề mặt riêng

1.1.3. Tổng quan về vật liệu nano kim loại bạc và đồng

1.1.3.1. Tính chất đặc trưng của vật liệu nano kim loại bạc và đồng

Vật liệu nano bạc và Ďồng có nhiều tính chất khác biệt so với vật liệu khối.

Ngoài các tính chất chung của vật liệu nano kim loại nhƣ có Ďộ dẫn Ďiện cao, hoạt

tính xúc tác, hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thƣớc và có mật Ďộ Ďiện tử tự do lớn

[2], vật liệu nano kim loại bạc và Ďồng còn có một số Ďặc trƣng chính nhƣ sau:

a) Tính kháng khuẩn

Vật liệu nano bạc Ďã Ďƣợc nhiều công trình nghiên cứu và công bố là có tính

kháng khuẩn cao, cơ chế kháng khuẩn chính của vật liệu nano bạc vì chúng có khả

năng nhƣ sau (Hình 1.3) [3-5]:

- Vô hiệu hóa enzyme: Các enzyme do vi sinh vật sinh ra thƣờng chứa các

cầu nối disunfit (S-S), các cầu nối này Ďóng vai trò nhƣ một công tắc Ďóng, mở

thuận nghịch Ďể tạo ra protein khi tế bào vi khuẩn gặp các phản ứng oxy hóa. Các

hạt nano bạc liên kết các cầu nối này trong cấu trúc tế bào của vi sinh vật và giải

phóng ion bạc từ các hạt nano bằng cách tƣơng tác với các nhóm thiol của nhiều

enzyme quan trọng và vô hiệu hóa chúng nên có khả năng diệt vi khuẩn, vi nấm.

- Phá vỡ thành tế bào: Vật liệu nano bạc hỗ trợ quá trình tạo ra các oxy hoạt

tính trong không khí hoặc trong nƣớc, những oxy hoạt tính này phá vỡ màng tế bào

hoặc thành tế bào của vi khuẩn bằng cách tạo ra các phản ứng oxy hóa. Các phản

ứng này hình thành các gốc bạc tự do làm cho màng tế bào bị xốp.

- Ngăn cản sinh trƣởng của vi khuẩn: các hạt nano bạc có thể neo bám vào bề

mặt tế bào vi khuẩn rồi xuyên qua màng tế bào và Ďiều chỉnh các tín hiệu chuyển

hóa trong vi khuẩn, ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn.

Tổng số nguyên tử: 10

Số nguyên tử trên bề mặt: 10

Chiếm: 100%



Chiếm: 80%



Chiếm: 50%

8

Hình 1.3. Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu nano bạc (nguồn:

http://congnghenano.infonano-bac-dong-diet-vi-khuan-nam)

Hạt nano Ďồng có tính chất khác biệt so với dạng kim loại vì hạt nano Ďồng

không bền trong dung dịch và trong không khí. Vật liệu nano Ďồng có khả năng

kháng khuẩn là do (Hình 1.4) [6-8]:

- Chúng có khả năng xâm nhập qua thành tế bào và tƣơng tác với các cấu

trúc nội bào nhờ kích thƣớc hạt nhỏ và khả năng hoạt Ďộng bề mặt lớn, các hạt nano

Ďồng tác Ďộng trực tiếp lên màng tế bào vi khuẩn và phá vỡ cấu trúc di truyền của tế

bào, từ Ďó làm cho vi khuẩn mất sức sống và chết.

- Vô hiệu hóa các cầu nối sunfit trong các enzyme bằng các tác nhân khử

khiến enzyme bất hoạt.

.

Hình 1.4. Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu nano đồng (nguồn: http://wasi.org.vn)

Hoạt tính sinh học của các hạt kim loại nano có Ďƣợc chủ yếu từ hiệu ứng bề

mặt của chúng. Các hạt nano kích thƣớc càng nhỏ thì tỉ lệ diện tích bề mặt so với

khối lƣợng càng cao, Ďiều này làm cho chúng dễ dàng tƣơng tác một cách chặt chẽ

9

với màng tế bào vi sinh vật nhờ việc giải phóng ra các ion kim loại trong dung dịch.

Các nghiên cứu cho thấy rằng, các hạt kim loại nano thể hiện hoạt tính sinh học với

sản phẩm Ďƣợc tổng hợp bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau. Các hạt nano Ďồng

trong quá trình hoạt Ďộng sẽ giải phóng các ion Ďồng, lƣợng ion Ďồng Ďƣợc giải

phóng sẽ gia tăng khi kích thƣớc các hạt nano nhỏ và diện tích bề mặt lớn. Đồng tạo

nên các gốc hydroxyl liên kết với các phân tử ADN và làm mất trật tự cấu trúc xoắn

ốc nhờ các liên kết giữa các axit nucleic. Các hạt nano Ďồng cũng làm hỏng các

protein bề mặt tề bào không hoạt Ďộng mà các protein này cần cho việc vận chuyển

các vật chất Ďi qua màng tế bào làm cho sự bền vững của màng tế bào và lipid màng

tế bào bị ảnh hƣởng [6-8].

b)Tính chất quang học và hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt [3, 4, 8, 9]

Tính quang học của các hạt nano kim loại bạc và Ďồng bắt nguồn từ hiện

tƣợng cộng hƣởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) do Ďiện tử tự do

trong nano bạc hấp thụ ánh sáng. Khi kim loại có mật Ďộ Ďiện tử tự do lớn, các Ďiện

tử tự do này sẽ dao dộng dƣới tác dụng của Ďiện từ trƣờng bên ngoài hấp thụ ánh

sáng. Khi quãng Ďƣờng tự do trung bình của Ďiện tử nhỏ hơn kích thƣớc, các dao

dộng sẽ bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng

tinh thể trong kim loại. Nếu kích thƣớc của kim loại nhỏ hơn quãng Ďƣờng tự do

trung bình thì hiện tƣợng dập tắt không còn nữa, Ďiện tử sẽ dao dộng cộng hƣởng

với ánh sáng kích thích. Tính chất quang của hạt nano kim loại có Ďƣợc do sự dao

dộng tập thể của các Ďiện tử, dẫn Ďến quá trình tƣơng tác với bức xạ sóng Ďiện từ

(Hình 1.5). Khi dao dộng nhƣ vậy, các Ďiện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano kim

loại, làm cho hạt nanokim loại bị phân cực Ďiện, tạo thành một lƣỡng cực Ďiện. Vì

vậy xuất hiện một tần số cộng hƣởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ hình dạng,

kích thƣớc của hạt nano bạc và môi trƣờng xung quanh. Ngoài ra, nồng Ďộ hạt nano

kim loại cũng ảnh hƣởng Ďến tính chất quang. Nếu nồng Ďộ loãng thì có thể coi nhƣ

gần Ďúng hạt tự do, nếu nồng Ďộ cao thì phải tính Ďến ảnh hƣởng của quá trình

tƣơng tác giữa các hạt.

10

Hình 1.5. Sự dao động plasmon của các hạt hình cầu dưới tác động của điện

trường ánh sáng [10]

c) Tính chất điện [9, 11]

Do có mật Ďộ Ďiện tử tự do cao và Ďiện trở rất nhỏ nên bạc và Ďồng kim loại

có khả năng dẫn Ďiện tốt. Ðối với vật liệu khối, các lý luận về Ďộ dẫn dựa trên cấu

trúc vùng năng lƣợng của chất rắn. Ðiện trở của kim loại Ďến từ sự tán xạ của Ďiện

tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao Ďộng nhiệt của nút mạng

(phonon). Các Ďiện tử chuyển Ďộng trong kim loại (dòng Ďiện I) duới tác dụng của

Ďiện truờng (U) có liên hệ với nhau thông qua Ďịnh luật Ohm: U = IR, trong Ďó R là

Ďiện trở của kim loại. Ðịnh luật Ohm cho thấy quan hệ I - U là một Ďuờng tuyến

tính. Khi kích thƣớc của vật liệu giảm dần, hiệu ứng giam cầm Ďiện tử làm rời rạc

hóa cấu trúc vùng năng lƣợng. Hệ quả của quá trình lƣợng tử hóa này Ďối với hạt

nano kim loại là tƣơng quan I - U không còn tuyến tính nữa, mà xuất hiện một hiệu

ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade), làm cho Ďuờng I - U bị

nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lƣợng e/2C cho U và e/RC cho I, với

e là Ďiện tích của Ďiện tử, C và R là Ďiện dung và Ďiện trở khoảng nối hạt nano kim

loại với Ďiện cực.

1.1.3.2. Tổng hợp vật liệu nano bạc bằng phương pháp khử hóa học

Có nhiều phƣơng pháp khác nhau Ďƣợc ứng dụng Ďể Ďiều chế vật liệu nano

bạc nhƣ ăn mòn laze, khử hóa học, khử vật lý, khử sinh học, Ďiện hóa, nhiệt vi sóng

… mỗi phƣơng pháp Ďều có những ƣu Ďiểm và nhƣợc Ďiểm nhất Ďịnh. Tùy vào mục

Ďích sử dụng mà lựa chọn phƣơng pháp Ďiều chế nano bạc khác nhau. Trong luận án

11

này, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp khử hóa học với tác nhân khử là NABH4 Ďể

tổng hợp vật liệu nano bạc do phƣơng pháp khử hóa học là một trong những

phƣơng pháp dễ thực hiện, không Ďòi hỏi thiết bị phức tạp, tiết kiệm kinh tế… nên

hiện nay phƣơng pháp này thƣờng Ďƣợc sử dụng nhiều Ďể Ďiều chế nano bạc. Đối

với phƣơng pháp khử hóa học thì vật liệu nano bạc chủ yếu Ďƣợc Ďiều chế từ các

phản ứng khử ion Ag+ trong dung dịch muối bạc thành Ag

0 nhờ các tác nhân khử.

Trong phƣơng pháp khử hóa học, tỉ lệ chất khử và nồng Ďộ ion bạc, pH của

dung dịch, nồng Ďộ polyme cũng ảnh hƣởng Ďến hiệu suất và kích thƣớc hạt bạc.

Tác nhân khử và nồng Ďộ Ag+ là yếu tố có tính chất quyết Ďịnh kích thƣớc, hình

dáng hạt tạo thành [3, 5]. Theo kết quả nghiên cứu năm 2009, Tolaymat và cs. Ďƣa

ra các loại tác nhân khử Ďƣợc sử dụng là: NaBH4, citrat, các amine, axit ascorbic,

andehit, các loại Ďƣờng… và các tác nhân bền hóa thƣờng Ďƣợc dùng hiện nay nhƣ:

chitosan, citrat, PVP, PVA, CTAB, các loại Ďƣờng [12].

Nồng Ďộ AgNO3 ảnh hƣởng Ďáng kể Ďến kích thƣớc hạt. Các nghiên cứu cho

thấy, nếu tăng nồng Ďộ AgNO3 thì tốc Ďộ hình thành hạt nano bạc cũng nhanh hơn

do có một lƣợng lớn hạt nano Ďƣợc hình thành trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên,

khi nồng Ďộ AgNO3 tăng, các hạt nano bạc Ďƣợc hình thành sau Ďó sẽ va chạm với

nhau thƣờng xuyên hơn (do mật Ďộ lớn) và kết quả là chúng sẽ bị kết tụ lại với nhau

[5, 13].

Độ pH ảnh hƣởng trực tiếp tới cấu trúc và sự bền vững cũng nhƣ màu sắc của

hạt. Khi pH cao hoặc thấp chúng sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới quá trình phản ứng và ảnh

hƣởng tới lớp polyme bao phủ làm thay Ďổi tính chất chất của keo nano bạc và kích

thƣớc hạt của chúng. Khi pH quá lớn sẽ xảy ra quá trình tạo thành Ag2O nên khó

khống chế phản ứng, Ďặc biệt khi pH cao, ion OH- làm mỏng lớp Ďiện kép bao ngoài

hạt nano làm các hạt nano dễ tập hợp lại tạo thành các hạt có kích thƣớc lớn [5, 13].

Nồng Ďộ chất bao bọc bề mặt polyme cũng ảnh hƣởng trực tiếp tới kích

thƣớc và tính chất keo nano bạc. Nếu nồng Ďộ polyme quá lớn, các hạt nano bạc sẽ

phân tán không Ďều, bị kết Ďám và kết tủa. Nếu nồng Ďộ polyme thấp, chúng sẽ

không bao phủ Ďƣợc hết lƣợng nano bạc vì vậy các hạt nano bạc sẽ kết tụ lại. Cơ

chế làm bền của một số chất ổn Ďịnh nhƣ sau [14-17]:

Đối với sodium citrate (C6H5O7Na3), trong quá trình khử, bề mặt của hạt nano

bạc hấp thụ các ion Ag+ tạo ra lớp ion dƣơng trên bề mặt. Tiếp Ďó các ion âm citrate

12

có nhiệm vụ bám xung quanh các hạt nano bằng lực hút tĩnh Ďiện ngăn không cho

chúng kết hợp lại với nhau. Nhờ vậy mà bề mặt của hạt nano bạc có một lớp keo

citrate giúp chúng lơ lửng và phân tán Ďều trong dung dịch. Citrate trong quá trình

này vừa Ďóng vai trò làm tác nhân khử ion Ag+ Ďể tạo thành hạt nano bạc, vừa Ďóng

vai trò làm chất ổn Ďịnh cho hạt nano bạc.

Đối với chất ổn Ďịnh là chitosan: chitosan có công thức tổng quát là

C12H24N2O9, là một polysacarit mạch thẳng Ďƣợc cấu tạo từ các D-glucosamine (Ďã

deaxetyl hóa) liên kết tại vị trí β-(1-4). Phân tử chitosan và axit citric có các nhóm

phân cực –OH và –NH2 có ái lực mạnh với ion Ag+

và các phân tử Ag kim loại.

Trong quá trình phản ứng, do các chất ổn Ďịnh Ďã liên kết với bề mặt hạt nano nên

các hạt nano không thể lớn lên một cách tự do. Hơn nữa, các hạt nano khi vừa hình

thành Ďã Ďƣợc ngăn cách với nhau bởi lớp vỏ polyme lớn và không thể tích tụ, kết

hợp Ďƣợc với nhau. Điều này Ďã khống chế cả quá trình lớn lên và tập hợp của các

hạt, do Ďó có thể tạo ra các hạt nano có kích thƣớc hạt nhỏ và Ďồng Ďều.

Kết quả nghiên cứu của Badr và cs. (2009) chỉ ra rằng, các hạt bạc hấp thụ

mạnh lên bề mặt của PVP, chuỗi polyvinyl pyrolidon tạo ra hiệu ứng không gian,

ngăn cản sự kết hợp giữa các hạt [18]. Cơ chế ổn Ďịnh hạt bạc của PVP gồm các giai

Ďoạn (Hình 1.6):

+ Đầu tiên, PVP chuyển một cặp electron từ nguyên tử oxi và nitơ trên mạch

sang các orbital s và p, các ion bạc tạo nên liên kết phối trí với ion bạc.

+ PVP thúc Ďẩy sự hình thành nhân của kim loại bạc do phức ion Ag+

- PVP

dễ bị khử hơn so với ion Ag+ tự do trong dung dịch vì ion Ag

+ nhận Ďiện tử từ PVP.

+ Chuỗi PVP ngăn cản sự kết tụ của các hạt bạc do hiệu ứng không gian.

Hình 1.6. Cơ chế ổn định hạt nano bạc của PVP [19]

13

PEG có công thức phân tử là (C4H10O3)m, là một polyme trơ, hòa tan trong

nƣớc, không gây Ďộc, Ďƣợc tạo ra bằng cách kết nối nhiều tiểu Ďơn vị ethylene oxide.

PEG hòa tan trong nƣớc, methanol, benzen, diclorometan và không hòa tan trong ete

diethyl và hexane. PEG Ďƣợc sử dụng nhƣ một chất khử cho việc chuẩn bị các hạt

kim loại ở nhiệt Ďộ cao (>170oC) và không hoạt Ďộng Ďể giảm lƣợng Ag

+ ở 80

0C.

Nghiên cứu sâu hơn Ďã chứng minh rằng tỷ lệ giảm của Ag+ Ďể tạo thành hạt nano

bạc Ďƣợc tăng cƣờng Ďáng kể với sự gia tăng chiều dài chuỗi polymer của PEG. Kích

cỡ hạt nano phụ thuộc vào nhiệt Ďộ phản ứng, nồng Ďộ của tiền chất và sự gia tăng

nhiệt Ďộ ảnh hƣởng Ďến sự thay Ďổi của phạm vi kích thƣớc hạt từ 10-80 nm.

Ngoài ra, các hạt nano bạc còn Ďƣợc làm bền theo cơ chế làm bền của các

hạt keo. Khi ion Ag+ chƣa bị khử hoàn toàn, chúng Ďƣợc hấp phụ trên bề mặt hạt và

tạo thành các mixen gồm nhân bạc, một lớp chất bảo vệ và lớp Ďiện kép của Ag+ và

NO3-. Nhờ lớp Ďiện kép này mà các hạt bạc nano mang Ďiện tích cùng dấu Ďẩy nhau,

tránh hiện tƣợng keo tụ [14-17].

Ở Việt Nam, vật liệu nano bạc Ďã Ďƣợc nghiên cứu và Ďƣợc ứng dụng trong

một số lĩnh vực nhƣ: y tế, may mặc, Ďồ gia dụng… Nhi và cs. (2006) Ďã chế tạo

nano bạc bằng phƣơng pháp dung dịch nƣớc sử dụng NaBH4 làm chất khử và -

chitozan làm chất ổn Ďịnh; các hạt nano bạc thu Ďƣợc có kích thƣớc trung bình 20 -

50nm ứng dụng Ďể khử khuẩn [20]. Thanh và cs. (2008) Ďã cấy nano bạc lên vải

cotton bằng quá trình polyol kết hợp sóng siêu âm với mật Ďộ cấy Ďạt 760mg Ag

trên 1kg cotton và khảo sát sự phụ thuộc hoạt tính khử trùng của vải vào nồng Ďộ

bạc và thời gian tiếp xúc [21].

Do có nhiều Ďặc tính ƣu việt nên vật liệu nano bạc là một trong những vật

liệu Ďƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất hiện nay. Tổng hợp vật liệu nano bạc

bằng phƣơng pháp khử hóa học là phƣơng pháp phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, khi

ứng dụng vật liệu nano bạc trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trƣờng và các vấn Ďề

liên quan vẫn cần tiếp tục Ďƣợc nghiên cứu và triển khai.

1.1.3.3. Tổng hợp vật liệu nano đồng bằng phương pháp khử hóa học

Do vật liệu nano Ďồng không bền trong dung dịch và trong không khí nên khi

hạt nano Ďồng tiếp xúc với không khí, ngay lập tức hình thành một màng oxit bảo

vệ, Ďể tránh hiện tƣợng này môi trƣờng khí trơ nhƣ nitơ hay argon Ďã Ďƣợc sử dụng

trong tổng hợp vật liệu nano Ďồng. Một số trƣờng hợp còn sử dụng dung môi hữu cơ

14

Ďể tránh quá trình oxy hóa. Sự có mặt của lớp màng polymer bảo vệ hay sự có mặt

của một số chất hoạt Ďộng bề mặt là cần thiết cho quá trình tổng hợp hạt nano Ďồng.

Trong quá trình tổng hợp hạt nano Ďồng, sự phát triển và hình thái của hạt nano có

thể Ďƣợc Ďiều khiển bằng cách tối ƣu hóa Ďiều kiện phản ứng nhƣ nhiệt Ďộ của chất

phản ứng, nồng Ďộ tiền chất, chất khử, chất ổn Ďịnh và loại dung môi.

Cho Ďến nay, nano Ďồng Ďã Ďƣợc tổng hợp bằng nhiều phƣơng pháp khác

nhau nhƣ: vi nhũ tƣơng, siêu âm hóa học, Ďiện hóa hay polyol kết hợp vi sóng…

Nhìn chung, các phƣơng pháp tổng hợp Ďồng nano thƣờng Ďƣợc phân thành hai

phƣơng pháp chính là phƣơng pháp vật lý và hóa học. Tƣơng tự nhƣ vật liệu nano

bạc, trong luận án này chúng tôi sử dụng phƣơng pháp khử hóa học Ďể tổng hợp vật

liệu nano Ďồng vì Ďây là phƣơng pháp phổ biến nhất hiện nay, dễ thực hiện, không

tốn kém về mặt kinh tế và thƣờng Ďƣợc dùng Ďể chế tạo vật liệu nano Ďồng. Vào năm

1857, Faraday lần Ďầu tiên công bố nghiên cứu tổng hợp và màu sắc của keo nano

vàng sử dụng phƣơng pháp khử hóa học [22]. Sự khử hóa học của muối Ďồng là dễ

nhất, Ďơn giản và thông dụng nhất Ďể Ďiều chế hạt nano Ďồng.

Phƣơng pháp khử hóa học Ďƣợc thực hiện dựa vào cơ chế của phản ứng khử

ion Cu2+

thành Cu0 trong môi trƣờng thích hợp. Các tác nhân khử Ďƣợc sử dụng

nhƣ: formaldehyde, hydrazine hydrat, potassium borohydride, sodium borohydride,

sodium formaldehyde sulfoxylate, axit ascorbic,... Phƣơng pháp này có ƣu Ďiểm là

dễ kiểm soát hình dạng và kích thƣớc hạt bằng cách thay Ďổi các thông số kỹ thuật

trong quá trình tổng hợp, các thiết bị sử dụng Ďơn giản và có thể tổng hợp vật liệu

với số lƣợng lớn [23, 24]. Những Ďiều kiện chuẩn của phản ứng Ďƣợc trình bày trong

Bảng 1.2 và một số phƣơng pháp Ďể tổng hợp hạt nano Ďồng bằng phƣơng pháp khử

hóa học trong dung dịch nƣớc Ďƣợc trình bày trong Bảng 1.3.

Bảng 1.2. Những điều kiện của phản ứng để điều chế hạt nano đồng [24]

Chất khử Chất ổn định Điều kiện phản ứng

NaBH4 PVP/PEG Khí quyển

Polyol PVP/PEG >1200C

Isopropyl alcohol PVP/PEG 70 -100 0C

Sugar PVP/PEG 70 -100 0C

Hydrazine PVP/PEG <700C

Ascorbic acid Ascorbic acid 800C

15

Bảng 1.3. Một số tiền chất để tổng hợp hạt nano đồng bằng phương pháp khử hóa

học [24]

TT Dung môi Tiền chất Cu2+

Chất khử Chất ổn định Kích thước

hạt

1 Nƣớc CuSO4.5H2O NaBH4 SDS 2 – 10 nm

2 Nƣớc CuCl2.2H2O Hydrazine CATB 5 nm

3 EG CuSO4.5H2O Axit

ascorbic PVP 40 100 nm

4 Nƣớc Cu(NO3)2 Axit

ascorbic PVP 58 3 nm

5 EG CuSO4.5H2O NaH2PO4 PVP 40 45 nm

6 EG CuSO4.5H2O Axit

ascorbic

Hypophosphate

/axit Oleic/NH3

70 nm

7 Toluen +

Nƣớc CuCl2.2H2O NaBH4

Axit Lauric +

TOAB 3 nm

8 EG CuCl2.2H2O SFS PVP 50 nm

9 Nƣớc Cu(NO3)2 Hydrazine PAA, Na 20 – 100 nm

10 Nƣớc CuSO4.5H2O Axit

ascorbic PEG >10 nm

11 Nƣớc CuSO4.5H2O NaBH4 PVP 30 nm

12 Nƣớc CuCl2.2H2O Axit

ascorbic Axit ascorbic 2 nm

Ghi chú: SFS = sodium formaldehyde sulfoxylate; HDEHP = bis(ethylhexyl) hydrogen phosphate;

SDS = sodium dodecyl sulfate; Na(AOT) = sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate; CTAB =

cetyltrimethylammonium bromide; PVP = polyvinyl pyrrolidone; TOAB = tetraoctyl ammonium

bromide; HMP = hexameta phosphate; Qr = Quercetin; PEG = polyethylene glycol.

Khác với các kim loại khác nhƣ Ag, TiO2, việc tổng hợp các hạt nano Ďồng

thƣờng khó thực hiện bằng phản ứng khử trực tiếp các muối Ďồng nhƣ Ďồng clorua

hay Ďồng sulfat trong dung dịch vì trong quá trình tổng hợp các hạt nano Ďồng dễ bị

chuyển thành oxit Ďồng do có nhiều oxi trong nƣớc [25-29]. Việc tổng hợp nano

Ďồng khi Ďó chỉ thực hiện Ďƣợc với sự có mặt các chất chứa nhóm chức có khả năng

tạo phức với ion Ďồng hay dung dịch các chất hoạt Ďộng bề mặt với vai trò nhƣ chất

bao bọc, bảo vệ bề mặt các hạt nano Ďồng hình thành. Năm 2016, Moghadaseh và

16

cs. (2016) Ďã tiến hành tổng hợp hạt nano Ďồng bằng phƣơng pháp khử hóa học với

chất khử là NaH2PO4. Kết quả nghiên cứu cho rằng, các chất hoạt Ďộng bề mặt ảnh

hƣởng Ďến kích thƣớc hạt, phân bố kích thƣớc, hình thái học và sự Ďồng nhất của

các hạt trong dung dịch do hàm lƣợng chất hoạt Ďộng anion và không ion Ďƣợc hấp

thụ trên các hạt [27]. Điều này ngăn ngừa và làm giảm xu hƣớng kết tụ thô của các

hạt, do Ďó tính Ďồng nhất về mặt kích thƣớc tăng lên và hạt nano Ďồng thu Ďƣợc có

dạng hình cầu có kích thƣớc từ 7-58 nm.

Tuy nhiên, các chất chất bảo vệ và chất ổn Ďịnh có thể làm giảm Ďáng kể quá

trình oxy hóa nhƣng không thể ngăn ngừa nó hoàn toàn do chuyển Ďộng phân tử.

Ghi nhận của Khan và cs. (2016) cho thấy khi sử dụng tinh bột làm chất bảo vệ, các

hạt nano Ďồng Ďƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp khử hóa học ở nhiệt Ďộ thấp có

kích thƣớc trung bình là 25,19 nm và 28,73 nm và chỉ ra rằng tinh bột là một chất

bao bọc có hiệu quả trong quá trình tổng hợp các hạt nano có kích thƣớc nhỏ. Các

hạt nano Ďã ổn Ďịnh cũng có thể co cụm lại thay vì phân bố gần nhau. Tuy nhiên,

các hạt nano riêng lẻ sẽ Ďƣợc bao bọc bởi các chất ổn Ďịnh và có thể Ďƣợc phân tán

lại. Vì vậy, các chất ổn Ďịnh Ďóng một vai trò quan trọng trong việc xác Ďịnh sự

phân bố của kích thƣớc hạt và hạn chế sự phân cụm và kết tụ [30].

Khả năng hình thành các hạt nano Ďồng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm

nồng Ďộ các ion kim loại, loại chất khử, pH và nhiệt Ďộ [30]. Thời gian cũng là một

yếu tố chính trong tổng hợp các hạt nano. Sự xuất hiện cùng một thời Ďiểm một

lƣợng hạt nhân lớn sẽ làm giảm kích thƣớc hạt nano do chúng cũng Ďồng thời phát

triển và sử dụng các ion kim loại [26].

Khan và cs. (2016) cũng cho thấy, khi tổng hợp nano Ďồng bằng phƣơng

pháp khử hóa học thì các hạt kim loại Ďƣợc tạo ra trong pha nƣớc, chúng không tự

nhiên ổn Ďịnh mà các nguyên tử kim loại có khuynh hƣớng kết tụ lại Ďể giảm tổng

năng lƣợng bề mặt. Sự kết tụ này, có thể là do lực hấp dẫn Van der Waals giữa các

tinh thể nên chúng Ďƣợc khống chế Ďể giới hạn kích thƣớc hạt cuối cùng ở quy mô

nanomet [26].

Ở Việt Nam hiện nay các công trình nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano Ďồng

trong xử lý nƣớc chƣa có nhiều công bố. Năm 2011, Phòng thí nghiệm công nghệ

nano, Đại học quốc gia Tp HCM Ďã sử dụng phƣơng pháp khử hóa học Ďể tổng hợp

vật liệu nano Ďồng với tiền chất là Ďồng sulfat, chất khử NaBH4. Kết quả nghiên cứu

17

Ďã thu Ďƣợc các hạt nano Ďồng có kích thƣớc trung bình khoảng 10 nm. Các tác giả

tiếp tục công trình nghiên cứu Ďến năm 2013 Ďã thử nghiệm thành công kết hợp hai

loại vật liệu nano bạc và Ďồng Ďể việc khử khuẩn trong công nghệ in phun mực in

với kích thƣớc hạt nano thu Ďƣợc trung bình lần lƣợt là 10 nm và 45 nm [31].

Nguyễn và cs. (2011) Ďã tổng hợp vật liệu nano Cu bằng phƣơng pháp khử Ďối với

Cu oxalate, CuCl2, CuSO4, sử dụng chất khử là ethylene glycole, diethylene

glycole, glycerin kết hợp hỗ trợ của vi sóng Ďể làm nguyên liệu chế tạo thuốc bảo vệ

thực vật [32]. Bui và cs. (2017) Ďã tổng hợp vật liệu nano Ďồng oxit trong zeolit A

với chất khử là hydrazine hydrat trong môi trƣờng bazơ. Kết quả thu Ďƣợc hạt nano

Ďồng oxit có kích thƣớc là 40 nm và có hoạt tính kháng khuẩn chống lại Escherichia

coli, kết quả nghiên cứu có thể Ďƣợc sản xuất với quy mô lớn Ďể xử lý nƣớc và ứng

dụng nông nghiệp [33]. Cho Ďến nay, CuSO4 chủ yếu Ďƣợc sử dụng nhằm khử

khuẩn trong hồ bơi song việc sử dụng vật liệu nano Ďồng trong xử lý vi tảo vẫn

chƣa có công bố cụ thể nào.

Cùng với việc gia tăng không ngừng các vấn Ďề ô nhiễm môi trƣờng Ďang Ďe

dọa cuộc sống của con ngƣời và các sinh vật khác thì việc nghiên cứu chế tạo sản

phẩm mới có thể kháng khuẩn nhƣ nano bạc, Ďồng Ďể dần thay thế cho các phƣơng

pháp xử lý có hiệu quả không mong muốn Ďang là một hƣớng Ďi mới và cấp thiết.

1.1.4. Tổng quan về vật liệu nano sắt từ

1.1.4.1. Các tính chất đặc trưng của vật liệu nano sắt từ

Hạt nano sắt từ thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học bởi tính phổ biến

trong thiên nhiên và tầm quan trọng trong cơ thể sống, là vật liệu chứa Fe có tính

chất từ bao gồm oxit sắt từ và các hợp chất sắt tồn tại ở các dạng perovkit, spinen.

Vật liệu nano oxit sắt từ tính thƣờng Ďƣợc ứng dụng trong y sinh học có thể

có sẵn trong tự nhiên nhƣng cũng có thể Ďƣợc tổng hợp trong phòng thí nghiệm

[34]. Oxit sắt hình thành do sự kết hợp các nguyên tử Fe với O, trong Ďó Fe có thể

tồn tại ở trạng thái oxi hóa +2 hoặc +3 [35]. Hầu hết các oxit sắt Ďều có cấu trúc,

trật tự và kích thƣớc tinh thể xác Ďịnh, tuy nhiên trong một số trƣờng hợp nó phụ

thuộc vào quá trình hình thành tinh thể. Các oxit sắt quan trọng bao gồm: hematit α-

Fe2O3, maghemit γ-Fe2O3 và magnetit Fe3O4.

Oxit sắt Fe3O4 có cấu trúc lập phƣơng tâm mặt và có tính chất siêu thuận từ,

Ďộ Ďộc thấp nên Ďƣợc dùng phổ biến trong các ứng dụng sinh y học. Đối với hạt sắt

18

từ Fe3O4, hình dạng của vòng từ trễ Ďƣợc xác Ďịnh một phần bởi kích thƣớc hạt

(Hình 1.5). Kích thƣớc hạt cũng ảnh hƣởng Ďến cấu trúc Ďômen của vật liệu và

từ Ďó ảnh hƣởng Ďến Ďƣờng cong từ hoá của vật liệu Ďó [36, 37]. Khi hạt có kích

thƣớc lớn nó có cấu trúc Ďa Ďômen. Nếu kích thƣớc hạt từ giảm Ďến một giới hạn

nhất Ďịnh thì sự hình thành các Ďômen không còn mạnh và không còn Ďƣợc ƣu

tiên nữa. Hạt từ sẽ tồn tại nhƣ những Ďơn Ďômen (single domain) và ở giới hạn

này giá trị của Hc (lực kháng từ) Ďạt cực Ďại, Ďƣờng cong từ hoá phình ra (Hình

1.5). Khi hạt từ Ďạt Ďến kích thƣớc rất nhỏ nó trở thành trạng thái siêu thuận

từ. Khi ấy, Ďƣờng cong từ hoá của hạt siêu thuận từ là một Ďƣờng thuận nghịch, có

từ dƣ Mr bằng không và giá trị của lực kháng từ Hc bằng không. Các hạt từ tính

trở thành siêu thuận từ và ở kích thƣớc nano tính chất từ rất khác biệt [37].

Hình 1.5. Đường cong từ hoá của vật liệu từ phụ thuộc vào kích thước [37]

1.1.4.2. Tổng hợp nano sắt bằng phương pháp đồng kết tủa [34]

Do tính dẫn nhiệt và dẫn Ďiện tốt hơn nên vật liệu Fe3O4 có ƣu thế hơn hẳn so

với các cấu hình khác của sắt trong các ứng dụng sinh học. Hơn nữa, phƣơng pháp

tổng hợp và quá trình tạo hạt nano Fe3O4 cũng dễ dàng Ďiều khiển hơn [38]. Có

nhiều phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano sắt từ Ďƣợc sử dụng trong các phòng thí

nghiệm trong nƣớc cũng nhƣ trên thế giới nhƣ: phƣơng pháp Ďồng kết tủa, phƣơng

pháp vi nhũ tƣơng, phƣơng pháp nhiệt phân, phƣơng pháp hóa siêu âm…. Trong Ďó,

Ďồng kết tủa là một phƣơng pháp Ďơn giản nhất do chi phí thấp và không Ďòi hỏi

nhiều thiết bị phức tạp. Khi Ďƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp này, bề mặt hạt nano

Fe3O4 Ďƣợc bao phủ một lớp –OH, Ďây là một nhóm chức quan trọng trong việc tạo

liên kết với các chất hoạt hóa bề mặt cần thiết Ďể tổng hợp chất lỏng từ cho các ứng

dụng sinh học. Vì vậy trong luận án này, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp Ďồng kết

tủa Ďể tổng hợp vật liệu nano sắt từ Fe3O4.

19

Trong phƣơng pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng Ďộ của chất Ďạt Ďến một

trạng thái bão hòa tới hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện Ďột ngột những mầm kết tụ.

Các mầm kết tụ Ďó sẽ phát triển thông qua quá trình khuyếch tán của vật chất từ

dung dịch lên bề mặt của các mầm cho Ďến khi mầm trở thành hạt nano. Để thu

Ďƣợc hạt có Ďộ Ďồng nhất cao, ngƣời ta cần phân tách hai giai Ďoạn hình thành mầm

và phát triển mầm. Trong quá trình phát triển mầm, cần hạn chế sự hình thành của

những mầm mới. Có nhiều phƣơng pháp kết tủa từ dung dịch nhƣ: Ďồng kết tủa,

nhũ tƣơng, polyol, phân ly nhiệt... Phƣơng pháp Ďồng kết tủa là một trong những

phƣơng pháp thƣờng Ďƣợc dùng Ďể tạo các hạt oxit sắt. Có hai cách Ďể tạo oxit sắt

bằng phƣơng pháp này Ďó là hydroxide sắt bị oxy hóa một phần bằng một chất oxy

hóa nào Ďó và già hóa hỗn hợp dung dịch có tỉ phần hợp thức Fe+2

và Fe+3

trong

dung môi nƣớc. Phƣơng pháp thứ nhất có thể thu Ďƣợc hạt nano có kích thƣớc từ 30

nm - 100 nm. Phƣơng pháp thứ hai có thể tạo hạt nano có kích thƣớc từ 2 nm - 15

nm. Bằng cách thay Ďổi pH và nồng Ďộ ion trong dung dịch mà ngƣời ta có thể có

Ďƣợc kích thƣớc hạt nhƣ mong muốn Ďồng thời làm thay Ďổi Ďiện tích bề mặt của

các hạt Ďã Ďƣợc hình thành.

Kết quả nghiên cứu của Massart và cs. (1981) cho thấy, khi tổng hợp hạt

nano Fe3O4 từ bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa dung dịch muối FeCl2 và FeCl3

trong môi trƣờng kiềm thu Ďƣợc các hạt nano có kích thƣớc 8 nm [39]. Đây cũng là

lần Ďầu tiên hạt nano sắt từ Ďƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa. Tùy vào

từng Ďiều kiện phản ứng, kích thƣớc các hạt nano từ thu Ďƣợc có thể thay Ďổi từ 4,2

nm Ďến 16,6 nm. Bên cạnh Ďó, kích thƣớc hạt nano từ cũng bị ảnh hƣởng bởi lƣợng

chất hữu cơ (ion citrate). Khi tăng lƣợng ion citrate, các hạt nano bọc citrate giảm

từ 8 nm xuống 3 nm [39]. Một nghiên cứu khác của nhóm tác giả này cũng chỉ ra

rằng các yếu tố khác nhƣ: Ďộ pH, tỷ lệ Fe2+

/Fe3+

, môi trƣờng kiềm, tốc Ďộ khuấy

trộn của dung dịch hay tốc Ďộ nhỏ giọt… có ảnh hƣởng Ďến kích thƣớc và Ďộ phân

tán của hạt [40].

Tỷ lệ Fe2+

/Fe3+

là yếu tố ảnh hƣởng lớn Ďến quá trình tổng hợp hạt nano sắt

từ. Khi tỷ lệ Fe2+

/Fe3+

nhỏ sản phẩm tạo ra có dạng oxit sắt ngậm nƣớc, tỷ lệ

Fe2+

/Fe3+

là 0,3 thì ngoài pha Fe3O4 còn tồn tại pha hydroxit của sắt, nếu tỷ lệ này là

0,5 thì vật liệu tạo thành tƣơng Ďối Ďồng nhất và chủ yếu tạo ra pha Ďơn Fe3O4 [41].

20

Nồng Ďộ ion hay lực ion của môi trƣờng kết tủa cũng là yếu tố quan

trọng ảnh hƣởng nhiều Ďến quá trình tổng hợp hạt nano từ. Ghi nhận của Qiu và cs.

(2000) khi khảo sát ảnh hƣởng của lực ion lên sự hình thành pha Fe3O4 cho thấy,

khi bổ sung vào môi trƣờng kết tủa 1M muối NaCl kích thƣớc hạt nano từ thu Ďƣợc

là 1,5 nm và nhỏ hơn khi trong môi trƣờng không có muối. Điều này cho thấy khi

lực ion lớn cùng với pH của dung dịch kết tủa cao, mẫu hạt thu Ďƣợc có kích thƣớc

nhỏ nhƣng lại có phân bố rộng hơn [42].

Ở Việt Nam phƣơng pháp Ďồng kết tủa cũng Ďƣợc nhiều phòng thí nghiệm

tiến hành nghiên cứu, do phƣơng pháp này Ďơn giản và chi phí thấp. Năm 2008,

nhóm tác giả tại Trung tâm Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu Ďã sử dụng

phƣơng pháp Ďồng kết tủa Ďể chế tạo hệ hạt nano Fe3O4 có kích thƣớc dƣới 15 nm

và khảo sát Ďặc tính siêu thuận từ của mẫu hạt nano nhằm cải thiện chất lƣợng âm

thanh của loa Ďiện Ďộng công suất lớn. Nghiên cứu trên hạt nano Fe3O4 từ tính của

nhóm tác giả tại Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam Ďã

tổng hợp Ďƣợc hạt nano Fe3O4 siêu thuận từ có dạng hình cầu Ďơn có Ďƣờng kính

hạt từ 10-15 nm, dùng Ďể Ďiều trị tăng thân nhiệt cho các bệnh nhân ung thƣ [44].

Hiện nay, phƣơng pháp Ďồng kết tủa vẫn tiếp tục là một trong những phƣơng

pháp Ďƣợc sử dụng nhiều nhất trong các nghiên cứu chế tạo hạt nano Fe3O4. Tuy

nhiên, việc nghiên cứu chi tiết các Ďiều kiện công nghệ ảnh hƣởng tới kích thƣớc

hạt cũng nhƣ việc tìm ra một quy trình công nghệ chế tạo các hạt nano Fe3O4 có

chất lƣợng tốt và kích thƣớc mong muốn vẫn cần Ďƣợc thực hiện và nghiên cứu.

1.2. Tổng quan về vi khuẩn lam và hiện tƣợng phú dƣỡng

1.2.1. Vi khuẩn lam

1.2.1.1. Khái niệm chung

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay “tảo lam” (Cyanophyceae) là một trong

những sinh vật xuất hiện Ďầu tiên trên trái Ďất cách Ďây khoảng 3,5 tỷ năm và tồn tại

cho Ďến ngày nay [45]. Vi khuẩn lam (VKL) là những cơ thể tiền nhân Ďa bào hay

Ďơn bào, tế bào của chúng chƣa có nhân Ďiển hình, không có màng nhân, các vật

liệu di truyền Ďƣợc tập trung trong chất nhân (nucleotide), chứa sắc tố diệp lục a

(chla) và tiến hành quá trình quang hợp liên quan Ďến hệ quang hóa I và II [46].

1.2.1.2. Hình dạng và kích thước

21

Hình dạng và kích thƣớc của VKL rất khác nhau, chúng tồn tại dƣới dạng

Ďơn bào, Ďa bào dạng sợi hoặc dính với nhau thành tập Ďoàn [45]:

- Dạng Ďơn bào: các tế bào thƣờng có dạng hình cầu hoặc elip, sống riêng rẽ.

- Dạng tập Ďoàn: Các tập Ďoàn có hình dạng khác nhau, thƣờng Ďƣợc bao bọc

bởi một lớp nhầy và thẩm thấu qua các lỗ trên màng ngăn giữa các tế bào.

- Dạng sợi Ďa bào: có cấu trúc sợi Ďơn Ďộc hoặc dính lại thành màng hay

váng nhờ chất nhầy hoặc tập hợp lại thành khối hình cầu hay bán cầu.

VKL là những sinh vật nhân sơ (prokaryotic), gram âm, thành tế bào mỏng,

Ďƣợc cấu tạo chủ yếu từ peptidoglycan, glycopeptides và mucopeptide. Vách tế bào

VKL khá dầy, gồm 4 lớp, bên ngoài thƣờng hóa nhầy, có khi tạo thành bao chuyên

hóa, bao xung quanh tế bào hoặc nhóm tế bào hay toàn bộ sợi và chủ yếu chứa hợp

chất murein - là một glucosaminoprotein.

1.2.1.3. Dinh dưỡng và sinh sản

VKL là nhóm sinh vật quang tự dƣỡng có khả năng quang hợp và Ďồng hóa

N2. Chúng sinh sản vô tính bằng cách phân Ďôi hoặc cắt khúc sợi tảo Ďể tạo ra một

cá thể mới. VKL giữ vai trò chính trong môi trƣờng tự nhiên nhƣ là sinh vật sản

xuất sơ cấp thực hiện sự quang hợp, tạo ra chuỗi thức ăn dƣới nƣớc và trong chu

trình vật chất. Cố Ďịnh khí nitơ (N2) là một quá trình Ďồng hóa cơ bản của VKL, làm

cho chúng có nhu cầu dinh dƣỡng Ďơn giản nhất so với tất cả các cơ thể sống. Bằng

cách sử dụng enzyme nitrogenase, chúng chuyển Ďổi N2 trực tiếp thành ammonium

(NH4). Nếu thiếu nitrogen nhƣng lại Ďầy Ďủ các chất dinh dƣỡng cần thiết khác,

VKL cố Ďịnh N2 vẫn có thể sinh trƣởng bình thƣờng. Nhiều loài VKL có không bào

khí, Ďó là các thể nội bào dạng túi chứa khí giúp Ďiều khiển sự nổi của cơ thể.

Không bào khí giúp cho các loài thực vật nổi có thể Ďiều chỉnh và tối ƣu hóa vị trí

của chúng trong cột nƣớc [45].

1.2.1.4. Phân bố

VKL có phân bố rộng, chúng có trong nƣớc, Ďất, ở các nơi khô hạn, trên vỏ

cây, trên tảng Ďá, băng tuyết... Ďều thấy xuất hiện VKL. Sự phân bố của VKL còn

phụ thuộc vào các yếu tố thủy văn và khí hậu từng vùng nhƣ lƣu lƣợng dòng chảy,

tốc Ďộ di chuyển, Ďặc trƣng nền Ďáy, vị trí Ďịa lý và khí hậu, dinh dƣỡng, pH.... pH

cao là một trong những yếu tố môi trƣờng quan trọng thúc Ďẩy sự phát triển mạnh

mẽ của VKL trong Ďất [45]. Do tế bào chứa không bào khí và có khả năng chuyển

22

hóa nitơ trong không khí thành amonium nên VKL có nhiều Ďặc Ďiểm thích ứng cao

với nhiều Ďiều kiện sống so với các loài tảo khác khi sống trong môi trƣờng nƣớc.

Khi gặp Ďiều kiện sống thuận lợi (dƣ thừa các chất dinh dƣỡng mà chủ yếu là N và

P) sẽ dẫn Ďến bùng phát VKL, gây ra hiện tƣợng nở hoa nƣớc. Đa số sự nở hoa của

VKL Ďi kèm với sự sản sinh, tiết ra Ďộc tố vào môi trƣờng nƣớc [47-52], gây nên

những tác Ďộng xấu lên môi trƣờng, tài nguyên thủy sản và nguy hiểm Ďối với Ďộng

vật sống gần các thủy vực, Ďặc biệt là con ngƣời.

1.2.2. Hiện tượng phú dưỡng

1.2.2.1. Hiện tượng phú dưỡng

Phú dƣỡng hóa (Eutrophication) là một thuật ngữ sinh thái Ďƣợc sử dụng Ďể

mô tả các quá trình làm giàu quá mức chất dinh dƣỡng vô cơ cùng với dinh dƣỡng

có nguồn gốc thực vật trong môi trƣờng nƣớc, thông thƣờng là muối nitrat và

photphat, gây ra sự phát triển bùng nổ các loài tảo Ďƣợc gọi là hiện tƣợng nở hoa

trong nƣớc [45]. Muối của nitơ và photpho là các chất dinh dƣỡng Ďối với thực vật,

ở nồng Ďộ thích hợp chúng tạo Ďiều kiện cho thực vật thủy sinh, rong và tảo phát

triển. Amoni, photphat là các chất dinh dƣỡng thƣờng có mặt trong các nguồn nƣớc

tự nhiên, mặc dù không Ďộc hại Ďối với ngƣời, song khi có mặt trong nƣớc ở nồng

Ďộ tƣơng Ďối lớn, cùng với nitơ, photphat sẽ gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng. Theo

một số tác giả, khi hàm lƣợng photphat trong nƣớc Ďạt Ďến mức 0,01 mg/L (tính

theo P) và tỷ lệ P:N:C vƣợt quá 1:16:100, thì sẽ gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng nguồn

nƣớc [47-52].

Hiện tƣợng phú dƣỡng thƣờng xảy ra với các hồ hoặc các vùng nƣớc ít lƣu

thông trao Ďổi. Nguyên nhân xuất hiện phú dƣỡng tại các thuỷ vực nội Ďịa có thể do

tác Ďộng của các yếu tố tự nhiên (hiện tƣợng xói mòn, rửa trôi...) hoặc do các hoạt

Ďộng của con ngƣời (sự phát triển công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản, quá trình Ďô

thị hoá) và Ďang là mối quan tâm bức thiết trong công tác quản lý môi trƣờng nƣớc

tại nhiều nƣớc trên thế giới, Ďặc biệt là tại các nƣớc Ďang phát triển. Để mô tả trạng

thái phú dƣỡng hoặc phì dƣỡng của một thủy vực các nhà khoa học sử dụng thêm

nhiều thông số lý - hóa (chất rắn lơ lửng, nồng Ďộ N và tỉ lệ N/P [53], Ďộ dẫn Ďiện,

DO ở lớp nƣớc sát Ďáy và lớp nƣớc mặt…), thông số sinh học (sinh khối tảo và

VKL, Ďộng vật phù du, cá, Ďa dạng khu hệ Ďộng vật Ďáy…). Dƣới Ďây là các thông

số chính phản ánh mức dinh dƣỡng của một thủy vực theo OECD (Bảng 1.4).

https://vi.wikipedia.org/wiki/Dinh_d%C6%B0%E1%BB%A1ng

https://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%B1c_v%E1%BA%ADt

https://vi.wikipedia.org/wiki/N%E1%BB%93ng_%C4%91%E1%BB%99

23

Bảng 1.4. Giá trị biên để phân loại dinh dưỡng thủy vực theo OECD [53]

STT

Mức dinh dƣỡng

Tổng P

(μg/L)

Chla trung

bình (μg/L)

Độ trong của

nƣớc (m) theo

Ďĩa Secchi

1 Rất nghèo dinh

dƣỡng <4,0 <1,0 >12,0

2 Nghèo dinh dƣỡng <10,0 <2,5 >6,0

3 Trung dƣỡng 10-35 2,5-8 6-3

4 Phú dƣỡng 35-100 8-25 3-1,5

5 Phì dƣỡng >100 >25 <1,5

1.2.2.2. Phân loại hiện tượng phú dưỡng

Tùy thuộc vào nguyên nhân gây nên hiện tƣợng phú dƣỡng, ngƣời ta chia

thành hai loại: (i) Phú dưỡng tự nhiên là quá trình phú dƣỡng diễn ra dƣới tác Ďộng

của các yếu tố tự nhiên, phụ thuộc vào Ďịa chất (hiện tƣợng xói mòn, rửa trôi,…) và

các Ďặc tính tự nhiên của lƣu vực (chế Ďộ khí hậu - thủy văn, lƣu lƣợng nƣớc,…).

Quá trình phú dƣỡng tự nhiên thƣờng phát triển với tốc Ďộ chậm; (ii) Phú dưỡng

nhân tạo là quá trình phú dƣỡng diễn ra dƣới tác Ďộng của con ngƣời (nƣớc, rác thải

của quá trình phát triển, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản, gia tăng dân số

và Ďô thị hoá...). Phú dƣỡng nhân tạo thƣờng diễn ra với tốc Ďộ rất nhanh. Hiện tƣợng

phú dƣỡng tại các thuỷ vực nội Ďịa dƣới tác Ďộng của các yếu tố tự nhiên hoặc do các

hoạt Ďộng của con ngƣời Ďang là mối quan tâm hàng Ďầu trong công tác quản lý môi

trƣờng nƣớc trên thế giới, Ďặc biệt là tại các nƣớc Ďang phát triển.

1.2.2.3. Nguyên nhân và nguồn gốc phú dưỡng

Hai nguyên tố nitơ và photpho, Ďặc biệt là các muối Ďa lƣợng của nitơ và

photpho, thƣờng là nguyên nhân chính gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng tại các thủy vực

nƣớc ngọt, dẫn Ďến tăng trƣởng quá mức của thủy sinh vật mà trong Ďó chủ yếu là

các loài VKL có khả năng gây Ďộc hại [46, 54]. Các nguyên tố này có mặt trong môi

trƣờng nƣớc hoặc là do nguồn ngoại lai, bao gồm nƣớc thải sinh hoạt Ďô thị, nƣớc

thải công nghiệp, nƣớc rửa trôi Ďất canh tác, khai thác khoáng sản trong lƣu vực và

nƣớc thoát sau mƣa… hoặc là do nguồn nội tại có sẵn trong thủy vực. Nguồn ô

nhiễm từ bên ngoài thƣờng cung cấp một lƣợng lớn N và P vào môi trƣờng nƣớc.

24

Sự gia tăng công nghiệp hoá - Ďô thị hoá nhanh chóng Ďã làm tăng Ďáng kể

nguồn nƣớc thải từ các khu Ďô thị, nguồn nƣớc thải này góp phần Ďáng kể lƣợng các

chất dinh dƣỡng (chủ yếu là N và P) vào hệ thống nguồn tiếp nhận. Quá trình này

Ďóng góp không nhỏ trong việc nâng cao chất lƣợng Ďời sống nhân dân nhƣng cũng

làm cho vấn Ďề ô nhiễm môi trƣờng trở lên nan giải hơn. Các khu - cụm công

nghiệp ra Ďời và hoạt Ďộng với công suất lớn nhƣng hầu hết Ďều không có hệ thống

xử lý nƣớc thải hoặc có thì vận hành không thƣờng xuyên, dẫn Ďến nƣớc thải không

qua xử lý thải thẳng ra sông hồ làm cho môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm nghiêm trọng.

Các nƣớc thải khác nhau gây ra mức Ďộ ô nhiễm khác nhau. Ví dụ nƣớc thải chăn

nuôi, nƣớc thải của các ngành sản xuất tinh bột, dong riềng; nƣớc thải trong ngành

sản xuất chất tẩy rửa… chứa nhiều chất dinh dƣỡng, Ďƣờng, N, P là những nguồn

cung cấp dinh dƣỡng dồi dào cho các thủy vực. Các nguồn thải nêu trên, góp phần

Ďáng kể làm tăng nguồn dinh dƣỡng hữu cơ trong nƣớc, thúc Ďẩy cho sự bùng phát

của hiện tƣợng phú dƣỡng [55].

Trong nông nghiệp, việc cơ giới hóa nhằm tăng năng suất, việc mở rộng

những vùng chuyên canh, những trang trại chăn nuôi quy mô lớn, gia tăng những

cánh Ďồng 50 triệu hay cánh Ďồng 50 ha cũng góp phần làm gia tăng một lƣợng lớn

các chất dinh dƣỡng và hóa chất bị rửa trôi vào môi trƣờng nƣớc do lƣợng phân bón

hóa học, thức ăn chăn nuôi và chất thải gia tăng. Trên thế giới, gia tăng hàm lƣợng

các chất dinh dƣỡng N và P trong môi trƣờng nƣớc mặt do mở rộng canh tác nông

nghiệp Ďã Ďƣợc nghiên cứu từ những năm 1970. Ở Mỹ, vào những năm Ďầu thập

niên 1980, Ďất trồng trọt, Ďồng cỏ và Ďất Ďồi Ďã góp phần chuyển tải 68% tổng P từ

nguồn thải phân tán tới môi trƣờng nƣớc mặt. Ở Châu Âu, khoảng 37-82% tổng nitơ

và 27-38% tổng photpho Ďƣợc chuyển tải vào môi trƣờng nƣớc mặt từ các hoạt

Ďộng nông nghiệp. Trong 270 dòng sông Ďƣợc quan trắc ở Đan Mạch, 94% tổng

nitơ và 52% tổng photpho có nguồn gốc từ nguồn thải phân tán mà chủ yếu từ các

hoạt Ďộng nông nghiệp [55]. Nhƣ vậy, có thể thấy rằng các hoạt Ďộng của con ngƣời

có ảnh hƣởng lớn tới quá trình chuyển tải các chất dinh dƣỡng từ Ďất vào môi

trƣờng nƣớc mặt.

25

Hình 1.6. Hiện tượng phú dưỡng trong môi trường nước (nguồn:

http://upload.wikimedia.org)

Ngoài việc gia tăng hàm lƣợng các chất ding dinh dƣỡng có nguồn gốc nhân

tạo, N và P còn Ďƣợc bổ sung vào môi trƣờng từ tự nhiên nhất là N. Thông qua các

quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có chứa N (NO, N2O, N2O5,… viết tắt là

NOx) nhƣ mƣa, lắng Ďọng và cố Ďịnh Ďạm. Trong khí quyển, các oxit nitơ sẽ chuyển

hóa thành nitrat rồi theo nƣớc mƣa xuống Ďất. Nitrat nằm trên mặt Ďất theo nƣớc

mƣa chảy tràn hoặc Ďƣợc Ďổ vào cống thoát nƣớc, rồi xâm nhập vào nƣớc mặt và

nƣớc ngầm. Theo một số nghiên cứu Ďã công bố [49, 50, 57, 58], lƣợng lớn các chất

dinh dƣỡng Ďổ vào các hồ và hồ chứa là nguyên nhân quan trọng nhất gây nên hiện

tƣợng phú dƣỡng hồ. Ví dụ, ô nhiễm dinh dƣỡng nghiêm trọng cùng với sự phát

triển tảo Ďộc, cá chết… Ďã diễn ra trong hồ Ardleigh, Anh [59]. Trong hồ Ardleigh,

nitơ có nguồn gốc chủ yếu từ nguồn thải phân tán và photpho chủ yếu từ nguồn thải

Ďiểm. Kết quả khảo sát 19 con sông ở Indonesia chỉ ra nguyên nhân phú dƣỡng là

do hàm lƣợng chất dinh dƣỡng Ďã tăng gấp Ďôi so với quá khứ khi dân số ngày càng

gia tăng Ďã làm tăng lƣợng dinh dƣỡng (chủ yếu là nitơ và photpho) và nƣớc thải

vào các hệ thống sông, suối [60]. Hiện tƣợng phú dƣỡng Ďã trở thành vấn Ďề chất

lƣợng nƣớc phổ biến nhất ở Trung Quốc [61] do các hồ và hồ chứa Ďã và Ďang tiếp

nhận một lƣợng lớn các chất dinh dƣỡng từ nguồn cung cấp ngoại lai, trong Ďó hàm

lƣợng photpho là một yếu tố quan trọng [62, 63].

1.2.3. Nở hoa của VKL

Ngày nay, với tốc Ďộ công nghiệp hoá - Ďô thị hoá nhanh chóng kết hợp với

sự gia tăng dân số Ďã gây áp lực ngày càng nặng nề Ďến tài nguyên nƣớc và ô nhiễm

26

môi trƣờng nƣớc, trong Ďó ô nhiễm dinh dƣỡng hữu cơ (chủ yếu là N và P) vào các

thủy vực ngày càng trầm trọng. Ô nhiễm dinh dƣỡng diễn ra chủ yếu tại các thuỷ vực

nhƣ sông, hồ, Ďầm nuôi trồng thuỷ sản… luôn Ďi kèm với hiện tƣợng nở hoa nƣớc

mà thực chất là sự phát triển mạnh mẽ của quần xã thực vật nổi trong Ďó chủ yếu là

các loài VKL gây ra [47]. Nở hoa của tảo là sự phát triển nhanh chóng của một số

loài tảo so với nhóm loài khác trong hệ sinh thái thủy vực và Ďây chính là nguyên

nhân làm giảm Ďa dạng sinh học, ảnh hƣởng xấu Ďến chất lƣợng nguồn nƣớc. Các

chất Ďộc do VKL tiết ra trở thành mối Ďe doạ cho các ngành công nghiệp nuôi trồng

- khai thác thuỷ hải sản, các hoạt Ďộng giải trí dƣới nƣớc, sức khoẻ con ngƣời và là

nguyên nhân gây chết Ďộng vật nuôi cũng nhƣ Ďộng vật hoang dã ở nhiều nơi trên

thế giới. Nguyên nhân ban Ďầu Ďƣợc xác Ďịnh là do mất cân bằng nguồn dinh dƣỡng

Ďầu vào của hệ sinh thái, từ Ďó Ďã tạo ra ƣu thế cạnh tranh của một loài so với các

loài sinh vật khác trong hệ sinh thái. Trong những năm gần Ďây, nở hoa của tảo gây

hại xảy ra ở cả môi trƣờng nƣớc mặn (còn gọi là thủy triều Ďỏ - red tide) và nƣớc

ngọt (nở hoa của VKL - water blooming) ngày càng gia tăng trên toàn cầu cả về tần

suất xuất hiện lẫn cƣờng Ďộ và thời gian [47-52].

Cho Ďến nay ngƣời ta Ďã phát hiện Ďƣợc khoảng 100 loài VKL Ďộc nƣớc ngọt

thuộc 40 chi trong Ďó các chi Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria,

Nostoc, Cylindrospermopsis là những chi gặp thƣờng xuyên trong thành phần nƣớc

nở hoa [64]. Trong số VKL gây Ďộc cho con ngƣời, Ďộng vật và các thuỷ sinh vật

khác thì chi VKL Microcystis Ďƣợc xem là thƣờng gặp nhất. Đây là một trong

những chi VKL Ďáng kể hình thành hiện tƣợng nở hoa của nƣớc. Chi Microcystis có

dạng tập Ďoàn bao gồm hàng nghìn tế bào riêng lẻ cỡ từ 2- 6 µm và mỗi tế bào Ďều

chứa một không bào khí. Chính sự tập hợp của hàng nghìn không bào khí Ďịnh vị

trong các tế bào này giúp chúng nổi trên mặt nƣớc và thu nhận Ďƣợc nguồn ánh

sáng mặt trời, thông qua quá trình quang hợp tổng hợp sắc tố diệp lục tạo nên váng

xanh trên mặt nƣớc [64].

Trong các thủy vực nƣớc ngọt, VKL là nhóm thƣờng sản sinh ra Ďộc tố.

Chúng không chỉ gây Ďộc cho các sinh vật sống trong nƣớc nhƣ cá, giáp xác, Ďộng

vật thân mềm, Ďộng vật có vú ở biển (nhƣ cá voi, sƣ tử biển)… mà còn gây Ďộc cho

một số loài chim và con ngƣời khi tiếp xúc, khi ăn phải thủy sản hoặc uống phải

nguồn nƣớc bị nhiễm Ďộc [51, 52]. Ngoài việc tạo ra các Ďộc tố, chúng còn làm ảnh

27

hƣởng Ďến chất lƣợng nguồn nƣớc, làm cho nƣớc chuyển màu, có mùi tanh khó chịu,

giảm hàm lƣợng oxy Ďột ngột do phân hủy một lƣợng sinh khối lớn. Nếu tảo không

Ďộc khi nở hoa cũng làm ảnh hƣởng Ďến chất lƣợng nƣớc khi lƣợng sinh khối lớn của

chúng bị chết và phân hủy. Nhìn chung, hiện tƣợng nở hoa của tảo, Ďặc biệt là tảo Ďộc

gây hại tới hệ sinh thái biển, ảnh hƣởng Ďến Ďa dạng sinh học, gây thiệt hại cho ngành

khai thác, nuôi trồng thủy sản, ảnh hƣởng trực tiếp và gián tiếp Ďối với con ngƣời.

Độc tố VKL là nhóm Ďộc tố tự nhiên, rất Ďa dạng về cấu trúc hóa học và Ďộc

tính. Cho Ďến nay, Ďộc tố VKL Ďƣợc xếp thành nhiều nhóm khác nhau tùy theo

quan Ďiểm và lĩnh vực nghiên cứu. Dựa trên cơ chế gây Ďộc, các Ďộc tố VKL Ďƣợc

chia thành 5 nhóm chính: Ďộc tố về thần kinh (anatoxin-a, anatoxin-a(s),

homoanatoxin-a, PSP), Ďộc tố về gan (microcystins, nodularin), Ďộc tố tế bào

(cylindrospermopsin), Ďộc tố gây dị ứng (lyngbyatoxin-a, aplysiatoxins) và nội Ďộc

tố. Dựa trên cấu trúc hoá học Ďộc tố VKL có thể Ďƣợc chia thành 3 nhóm chính: các

peptides mạch vòng, các alkaloids và lipopolysaccharides [64, 65].

Tại Việt Nam, ô nhiễm môi trƣờng nƣớc dẫn Ďến nở hoa của VKL ngày càng

gia tăng xuất phát từ nhiều nguyên nhân nhƣng chủ yếu do các nguồn thải chƣa qua

xử lý thải thẳng ra môi trƣờng (bao gồm cả nƣớc thải sinh hoạt, công nghiệp, nông

nghiệp, nuôi trồng thủy hải sản...). Nguồn nƣớc tiếp nhận (chủ yếu là nƣớc mặt)

giàu dinh dƣỡng, dƣ thừa photpho và nitơ thƣờng dẫn Ďến hiện tƣợng phú dƣỡng và

làm mất cân bằng sinh thái ở các thủy vực. Nguồn thải từ các Ďô thị (công nghiệp,

sinh hoạt) Ďã góp một lƣợng Ďáng kể các chất dinh dƣỡng Ďổ vào hệ thống các sông

hồ. Nƣớc thải công nghiệp ở các ngành sản xuất khác nhau với thể tích nƣớc thải và

mức Ďộ xử lý nƣớc thải khác nhau là nguồn gia tăng dinh dƣỡng cho các thủy vực.

Tại các Ďô thị, bột giặt chứa photpho từ nƣớc thải sinh hoạt là một trong số những

nguồn photpho rất quan trọng Ďổ vào các thủy vực. Theo Zaimes và Schultz (2002),

lƣợng các chất dinh dƣỡng Ďổ vào các các thủy vực nƣớc mặt có nguồn gốc từ nông

nghiệp thƣờng lớn hơn [58].

Việc khảo sát chất lƣợng môi trƣờng nƣớc và Ďiều tra, nghiên cứu nguyên

nhân xuất hiện “nở hoa nƣớc” của VKL trong các thủy vực nội Ďịa Việt Nam Ďã

Ďƣợc tiến hành trong những năm gần Ďây. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiện tƣợng

nở hoa của VKL xảy ra tại hầu hết các thủy vực nƣớc ngọt với cƣờng Ďộ phụ thuộc

vào mức dinh dƣỡng của các thủy vực Ďó. Tại các hồ nhƣ hồ Ba Bể, hồ Tây, hồ

28

Hoàn Kiếm, hồ Thác Mơ, hồ chứa Dầu Tiếng, hồ chứa Cấm Sơn, hồ chứa Núi

Cốc… [66-70] Ďều quan sát thấy sự hiện diện của VKL, chủ yếu là các loài thuộc

chi Microcystis. Các Ďiều kiện môi trƣờng nhƣ: chất dinh dƣỡng, ánh sáng và nhiệt

Ďộ thích hợp Ďã tạo Ďiều kiện Ďể thực vật phù du, trong Ďó có VKL phát triển mạnh

ở những thủy vực này. Kết quả phân tích lƣợng COD và BOD trong các thủy vực

này là khá cao. Lƣợng tổng nitơ (T-N) trong các hồ và hồ chứa lớn dao Ďộng từ

0,994 mg/L (hồ Ba Bể) Ďến 16,47 mg/L (hồ Tây). Hàm lƣợng tổng photpho (T-P)

dao Ďộng từ 0,038 mg.L-1

(hồ chứa Dầu Tiếng) Ďến 2,19 mg/L (hồ chứa Cấm Sơn).

Thậm chí hồ Ba Bể - hồ tự nhiên Ďƣợc coi là "sạch" nhất ở miền Bắc Việt Nam

cũng Ďang ở trong tình trạng phú dƣỡng với lƣợng T-P và T-N là 0,072 mg/L và

0,194 mg/L, tƣơng ứng [71]. Điều này cho thấy hầu hết các thủy vực trên Ďều ở tình

trạng phú dƣỡng.

Nhìn chung, hiện tƣợng nở hoa của tảo, Ďặc biệt là tảo Ďộc gây hại Ďã Ďƣợc

con ngƣời nhận biết từ khoảng thế kỷ thứ 12 [47]. Theo kết quả nghiên cứu của

ILEC/Viện nghiên cứu hồ Biwa cho thấy tại khu vực châu Á - Thái Bình Dƣơng có

tới 54% hồ hoặc hồ chứa bị phú dƣỡng. Tỷ lệ này tại châu Âu, châu Phi, Bắc và

Nam Mỹ là 53, 28, 48 và 41 %, tƣơng ứng [72]. VKL và Ďộc tố của chúng là những

thành phần tất yếu trong tự nhiên. Tuy nhiên, con ngƣời Ďã và Ďang có những tác

Ďộng xấu vào môi trƣờng tự nhiên nói chung và thủy vực nói riêng, làm cho sự

bùng phát hay nở hoa của VKL ngày càng thƣờng xuyên hơn với mức Ďộ nghiêm

trọng hơn. Điều Ďáng lo ngại là Ďộc tố VKL có rất nhiều tác Ďộng tiêu cực Ďến hệ

sinh thái, sinh vật, kể cả con ngƣời. Cho Ďến nay, Ďã có rất nhiều sự cố xấu gây ra

do nở hoa và Ďộc tố vi khuẩn lam trên thế giới. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) Ďã Ďƣa

ra chỉ tiêu Ďộc tố VKL vào trong quy Ďịnh của nƣớc uống với hàm lƣợng

microcystin, một loại Ďộc tố VKL phổ biến nhất, với quy Ďịnh rất nghiêm ngặt.

Theo Ďó, hàm lƣợng Ďộc tố microcystin trong nƣớc uống phải dƣới 1 µg/L ngang

bằng với quy Ďịnh về hàm lƣợng thủy ngân trong nƣớc uống [73]. Các khảo sát tiến

hành tại các thủy vực nƣớc ngọt ở nhiều quốc gia trên thế giới cho thấy tỷ lệ các mẫu

VKL có Ďộc tính gây nở hoa nƣớc khá cao và dao Ďộng trong khoảng 50-90% [74].

1.3. Các biện pháp xử lý tảo gây nở hoa và tảo độc trên thế giới và Việt Nam

Nở hoa của VKL gây hại và Ďộc tính của nó là một trong những mối quan

ngại liên quan Ďến chất lƣợng môi trƣờng và cân bằng sinh thái, thƣờng gây nên

29

những tác Ďộng xấu cho môi trƣờng, thủy sinh vật và con ngƣời. Vì vậy, việc quản

lý, ngăn ngừa và chống nở hoa của VKL Ďƣợc coi là nhiệm vụ quan trọng, thƣờng

xuyên và Ďồng bộ [75].

Việc giám sát nở hoa của VKL và Ďộc tố của chúng tại các thuỷ vực nƣớc

ngọt dùng làm nguồn cung cấp nƣớc sinh hoạt cho cộng Ďồng dân cƣ Ďã Ďƣợc thực

hiện chặt chẽ từ nhiều thập kỷ nay tại các nƣớc phát triển. Để giảm thiểu tác Ďộng

gây hại của nở hoa VKL và Ďộc tố của chúng, những giải pháp xử lý tức thì thƣờng

Ďƣợc sử dụng khi thủy vực Ďã bị ô nhiễm nặng (xuất hiện hiện tƣợng nở hoa nƣớc).

Khi Ďó, các chất diệt tảo thƣờng Ďƣợc sử dụng nhƣ hóa chất (CuSO4) Ďể diệt tảo kết

hợp với những phƣơng pháp cơ học (hớt váng, che mái…). Tuy nhiên, những

phƣơng pháp này khá tốn kém, thiếu ổn Ďịnh, liều lƣợng sử dụng khá cao và hầu hết

ít có khả năng phân hủy sinh học có thể dẫn Ďến các ảnh hƣởng tới môi trƣờng hệ

sinh thái, khó tiến hành triệt Ďể, Ďặc biệt là trong những thủy vực lớn. Do VKL là

nhóm gây nở hoa chủ yếu ở các thủy vực nƣớc ngọt và Microcystis là chi chiếm ƣu

thế trong quần xã VKL nên vấn Ďề kiểm soát sự phát triển bùng phát của VKL nói

chung và chi Microcystis nói riêng tại những thủy vực nƣớc ngọt là hết sức cần

thiết. Do Ďó, một phƣơng pháp có hiệu quả lâu dài và không gây ô nhiễm môi

trƣờng vẫn là ƣu tiên hàng Ďầu trong các nghiên cứu của các nhà khoa học. Các

phƣơng pháp phổ biến hay sử dụng Ďƣợc trình bày dƣới Ďây:

1.3.1. Các biện pháp xử lý cơ học, vật lý

Biện pháp này Ďƣợc sử dụng trong Ďiều kiện nở hoa của VKL tạo thành váng

dày trên bề mặt nƣớc, sinh khối của VKL có thể Ďƣợc vớt bằng thuyền và váng tập

trung trên bề mặt Ďƣợc bơm vào thuyền. Phƣơng pháp keo tụ và kết tủa sinh khối

VKL ở Ďáy hồ thƣờng là lựa chọn tốt hơn so với loại bỏ sinh khối bằng phƣơng

pháp cơ học. Thông thƣờng, keo tụ và kết tủa sinh khối là các phƣơng pháp hiệu

quả nhằm loại bỏ các tế bào VKL [76, 77]. Một lợi thế nhỏ của việc loại bỏ sinh

khối bằng biện pháp cơ học là có thể loại bỏ một phần dinh dƣỡng có trong sinh

khối [78-80].

Ngoài ra, phƣơng pháp lọc nƣớc sử dụng các loại màng lọc khác nhau (Lọc

thẩm thấu (RO), siêu lọc (UF)… cũng Ďƣợc sử dụng [77]. Tuy nhiên, chỉ một phần

nhỏ quần thể VKL Ďƣợc loại bỏ bằng cơ học vì sự hiện diện của VKL có trong toàn

bộ cột nƣớc và bùn. Hơn nữa, phƣơng pháp màng lọc khá tốn kém vì sau khi một

30

thời gian ngắn sử dụng, các màng lọc phải thay thế do sinh khối của tảo bám trên bề

mặt màng lọc gây khó khăn cho quá trình lọc tiếp theo. Sử dụng siêu âm Ďể diệt tảo

cũng là một biện pháp hiệu quả Ďƣợc áp dụng ở một số nƣớc [75, 81, 82]. Các loài

VKL gây nở hoa chủ yếu là các loài chứa không bào khí nhƣ Microcystis,

Anabaena, Planktothrix, Aphanizomenon và Woronichinia. Nhờ có không bào khí

mà chúng Ďiều chỉnh vị trí trong cột nƣớc và thuận lợi hơn trong cạnh tranh so với

các nhóm thực vật nổi khác. Nhiều nghiên cứu cho rằng sử dụng siêu âm làm ức chế

sinh trƣởng của VKL do các không bào khí bị vỡ do hiệu ứng của siêu âm gây phá

hủy thành tế bào, ức chế sự phân chia tế bào, gián Ďoạn hoạt Ďộng quang hợp [83].

Mức Ďộ ức chế sinh trƣởng tảo tùy thuộc vào tần số, thời gian sử dụng sóng siêu

âm. Theo Lee và cs. (2001), sử dụng sóng siêu âm (3 giây, 120W, 28 kHz) làm phá

vỡ các không bào khí và dẫn Ďến các tế bào chìm xuống Ďáy hồ [84]. Ngoài ra, so

với sử dụng các hóa chất diệt tảo, sử dụng siêu âm có lợi thế không làm giải phóng

Ďộc tố microcystin ra khỏi tế bào. Siêu âm là phƣơng pháp tiềm năng trong kiểm

soát hiệu quả sự nở hoa của VKL, tuy nhiên các thông tin về ảnh hƣởng của siêu âm

lên hệ sinh thái thủy sinh còn hạn chế.

1.3.2. Các biện pháp xử lý hóa học

Biện pháp hóa học là những biện pháp xử lý tức thì, Ďƣợc sử dụng khi thủy

vực Ďã bị ô nhiễm nặng (tức là khi Ďã xuất hiện hiện tƣợng nở hoa nƣớc) do những

biện pháp này có hiệu quả cao và có thể nhanh chóng loại bỏ tảo gây nở hoa. Tuy

nhiên, một số hóa chất diệt tảo nhƣ CuSO4 và thuốc diệt cỏ có thể gây ô nhiễm thứ

cấp môi trƣờng nƣớc, tạo ra các lớp trầm tích Ďáy chứa chất Ďộc [85]. Hơn nữa, các

hóa chất diệt tảo hầu hết không có khả năng tiêu diệt Ďặc hiệu, chúng còn có khả

năng gây Ďộc hoặc thậm chí gây chết Ďến các loài có lợi khác [86, 87].

a) Các hóa chất vô cơ và hữu cơ

Khi sử dụng các phƣơng pháp hóa học ngƣời ta thƣờng dùng các chất diệt tảo

nhƣ Ďồng sunphat (CuSO4), hydrogen peroxit (H2O2), các chất kết bông sét và kết

hợp với những phƣơng pháp cơ học nhƣ hớt váng, che mái… Ďể diệt tảo [78, 83].

Việc sử dụng hoá chất (ví dụ CuSO4) có hiệu quả trong việc kiểm soát nở

hoa trong thời gian ngắn, loại bỏ nhanh chóng sinh khối tảo. Tuy nhiên, các hóa

chất này có thể gây hại Ďến những sinh vật khác trong thuỷ vực, nhất là khu vực

nuôi trồng thuỷ sản. Chẳng hạn, sử dụng Ďồng sunphate diệt tảo có hƣởng Ďến hầu

31

hết các loài thực vật phù du trong toàn thuỷ vực. Các loài tảo hữu ích chẳng hạn nhƣ

Chlorella, một loài tảo lục Ďơn bào chứa 45% protein, 20% chất béo và 20% cacbon

hydrate, có thể cung cấp dinh dƣỡng cho các loài Ďộng vật trong thuỷ vực sẽ bị tiêu

diệt khi sử dụng các biện pháp không có tính chọn lọc trên.

Tuy nhiên, ngoài tác dụng diệt tảo hóa chất chứa Ďồng còn gây những tác

Ďộng Ďáng kể Ďến khu hệ sinh vật trong hệ sinh thái thủy vực. Đồng gây kìm hãm

quá trình quang hợp, trao Ďổi photpho và cố Ďịnh nitơ ở tảo và VKL [88]. Mặc dù

VKL có thể bị kiểm soát ở nồng Ďộ thấp hơn 5-10 µg Cu/L, song khi áp dụng trong

thủy vực nồng Ďộ sử dụng thƣờng cao hơn (1mg/L). Trong trƣờng hợp sinh khối

VKL lớn, có pH cao thì sử dụng tới 30-300 mg Cu/L cũng không Ďạt hiệu quả mong

muốn trong việc diệt tảo [89]. Ngoài ra, Ďồng cũng tƣơng tác mạnh mẽ với các

thành phần khác trong nƣớc và tạo ra những hợp chất chứa Ďồng có tác Ďộng Ďộc

hại cho cá và các sinh vật khác.

Ngoài ra, thực nghiệm thực tế còn sử dụng một số hợp chất vô cơ khác trong

kiểm soát tảo và VKL nhƣ AgNO3 (nồng Ďộ 0,04mg/L); permanganate kali

(KMnO4, nồng Ďộ 1-3 mg/L) và hypochlorit natri ( NaOCl, nồng Ďộ 0,5-1,5 mg/L)

có tác Ďộng diệt tảo [77, 89, 90]. Tuy nhiên, cũng tƣơng tự nhƣ CuSO4, các hợp chất

này có nhƣợc Ďiểm là không Ďặc hiệu, chúng không chỉ tác Ďộng lên tảo mà còn tác

Ďộng lên cả các sinh vật thủy sinh khác. Theo Schrader và cs. (1998), H2O2 là hợp

chất có triển vọng Ďể diệt tảo trong thủy vực với nồng Ďộ 0,3-5 mg/L do có khả

năng tác Ďộng chọn lọc lên VKL mà không ảnh hƣởng tới cá, TVTS hay tảo lục

hoặc các sinh vật thủy sinh khác và giá thành tƣơng Ďối rẻ [91]. Hạn chế của hợp

chất này là thời gian tác Ďộng ngắn [78, 91]. Diệt tảo bằng hóa chất có thể dẫn Ďến

việc những loài tảo có lợi cũng bị tiêu diệt. Sử dụng chất diệt tảo hoặc khử trùng

bằng clo có thể làm vỡ các tế bào tảo, khi Ďó Ďộc tố sẽ Ďƣợc phát tán vào trong

nƣớc. Bên cạnh Ďó, photpho Ďƣợc lƣu trữ trong các tế bào tảo cũng sẽ bị phát tán

vào trong nƣớc khi tảo bị phân hủy. Đây lại là nguồn dinh dƣỡng cho sự phát triển

mạnh mẽ của tảo.

Chất keo tụ nhƣ muối nhôm, calcicite hay vôi tôi cũng Ďƣợc sử dụng Ďể loại

bỏ VKL. Những hợp chất này thƣờng Ďƣợc sử dụng trong các nhà máy xử lý nƣớc

thải và cũng sử dụng trực tiếp trong hồ làm keo tụ P. Tế bào VKL bị gắn trong keo

tụ xốp, bị loại bỏ từ cột nƣớc và lắng xuống Ďáy. Ƣu Ďiểm của sử dụng chất keo-

32

Ďông tụ so với sử dụng các loại chất diệt tảo là tế bào VKL không bị vỡ do vậy Ďộc

tố của VKL không bị giải phóng vào môi trƣờng nƣớc. Ngoài những thông số hóa

học nhƣ (pH, Ďộ cứng của nƣớc…), hiệu quả sự kết bông VKL phụ thuộc vào mật Ďộ

tảo và VKL trong nƣớc, hay kích cỡ tập Ďoàn VKL. Ví dụ khi kích thƣớc tập Ďoàn

Microcystis lớn cho thấy hiệu quả kết tủa kém... Hiệu quả của phƣơng pháp có thể

làm sạch nƣớc trong nhiều tuần cho Ďến khi VKL phát triển trở lại mức ban Ďầu [78].

Các hợp chất hữu cơ cũng Ďƣợc sử dụng nhằm kiểm soát tảo và VKL trong

thủy vực. Cho Ďến nay, một số chất nhƣ nitrobenzen [90], atrazine [92], glyphosate

[93] Ďã Ďƣợc sử dụng nhằm hạn chế sự phát triển bùng phát của tảo với hiệu quả cao

cho dù hàm lƣợng sử dụng của các hợp chất nói trên ở nồng Ďộ thấp. Nhiều chất diệt

cỏ hữu cơ có hoạt tính Ďộc cao Ďối với VKL nhƣ Reglone A, nồng Ďộ 2-4 mg/L;

simazin 0,5 mg/L [94]; Diuron nồng Ďộ 0,5 mg/L hay paraquat nồng Ďộ 0,026

mg/L… Những chất hữu cơ này có ƣu thế là có khả năng bị phân hủy bằng sinh học

do vi khuẩn (biodegradability). Tuy nhiên việc sử dụng những chất này không an toàn

cho môi trƣờng, có thể gây ra những nguy cơ tiềm ẩn Ďối với chất lƣợng nguồn nƣớc

và về mặt Ďộc tố học, hơn nữa chúng cũng tác Ďộng không chọn lọc và có giá thành

cao [78].

b) Các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên

Thực tế cho thấy, các biện pháp cơ học nhằm lọc, vớt bỏ tảo tiêu tốn nhiều

thời gian, công sức lại không cho hiệu quả cao hoặc các biện pháp lý học, hóa học

(dùng CuSO4, vôi, Al2(SO4)3, ferric chlorit…) thƣờng không khả thi khi áp dụng

Ďối với các thủy vực sử dụng cho mục Ďích sinh hoạt do một lƣợng hóa chất tồn dƣ.

Hiện nay, việc sử dụng các nguyên liệu và các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên Ďã và

Ďang bắt Ďầu Ďƣợc thử nghiệm và triển khai ở nhiều quốc gia.

Có nhiều hợp chất và nguyên liệu tự nhiên có hoạt tính diệt tảo hoặc ức chế

sinh trƣởng của tảo. Một số thực vật thủy sinh nhƣ tảo Ochromonas [95],

Vallisneria natans [96], cây mần tƣới [97], các cây thuộc họ Á phiện -

Papaveraceae [98]… tiết ra các chất có hoạt tính cảm nhiễm qua lại và ức chế sinh

trƣởng của VKL.

Tuy nhiên, lƣợng các chất này có Ďủ Ďể ức chế sinh trƣởng của tảo trong toàn

hồ hay không lại là vấn Ďề cần Ďƣợc thảo luận thêm. Thực tế cơ chế ức chế sinh

trƣởng lên tảo của các vật liệu hữu cơ phân hủy có thể dựa vào một số khả năng nhƣ:

33

- Dinh dƣỡng (N, P) Ďƣợc tiêu thụ do VSV phân hủy chất hữu cơ, nguồn

carbon từ vật liệu hữu cơ rất lớn Ďủ Ďể cho VSV phân hủy. Trong quá trình phân

hủy, VSV sinh trƣởng nhanh nên cần Ďến nguồn dinh dƣỡng N, P và chúng cạnh

tranh nguồn dinh dƣỡng với tảo.

- Chất hữu cơ trong nƣớc thúc Ďẩy Ďộng vật phù du phát triển, chúng tiêu thụ

tảo.

- VSV phân hủy chất hữu cơ tiết ra một số chất kháng sinh; các chất này có

khả năng tiêu diệt tảo.

- Một số thành phần trong chất hữu cơ tan vào nƣớc có tác dụng diệt tảo.

Mặc dù những nguyên nhân trên Ďều có thể tác dụng ở một mức Ďộ nhất Ďịnh

song nguyên nhân quan trọng nhất là sự có mặt của chất hữu cơ polyphenol - dẫn

xuất của lignin, tanin sinh ra trong quá trình phân hủy các vật liệu hữu cơ, các chất

này có khả năng ức chế tảo phát triển. Từ những năm 1960, tiềm năng của việc sử

dụng rơm lúa mạch nhằm ức chế sinh trƣởng của các thực vật cũng nhƣ VSV và

Ďộng vật Ďã Ďƣợc biết Ďến. Park và cs. (2006) chỉ ra rằng, sinh trƣởng của VKL M.

aeruginosa bị ức chế bởi dịch chiết rơm dao Ďộng trong khoảng nồng Ďộ từ 0,01 tới

10 mg/L [99]. Theo Emilie và cs. (2014), sản phẩm phân hủy từ rơm rạ có khả năng

ức chế sự nở hoa của VKL, cải thiện chất lƣợng nƣớc. Thực nghiệm cho thấy, khi

Ďƣa các chất chiết từ rơm rạ và một số lá cây vào nƣớc sẽ hạn chế khả năng sinh

trƣởng của tảo, Ďộng vật phù du trong nƣớc, thay Ďổi lƣợng oxy hòa tan [100].

David và cs. (2016) Ďã tiến hành thực nghiệm pilot Ďể xác Ďịnh sự thay Ďổi hàm

lƣợng diệp lục của VKL dƣới tác Ďộng của rơm lúa mạch, chất chiết của cây bách

xù và L-lysine trong nƣớc tại hồ chứa Hancock, Florida, Mỹ [101]. Kết quả cho

thấy, chất lƣợng sinh học của môi trƣờng nƣớc không suy giảm, song việc bổ sung

L-lysin lại làm giảm nhanh chóng lƣợng chla so với mẫu Ďối chứng. Tuy nhiên, hiệu

quả ức chế VKL của L-lysine Ďã giảm sau tuần Ďầu tiên, trong khi rơm lúa mạch và

chất chiết từ cây bách xù lại tăng theo thời gian. Vào cuối chu kỳ thí nghiệm, hiệu

suất ức chế làm suy giảm hàm lƣợng chla Ďạt 87% so với Ďối chứng.

Để xác Ďịnh hiệu quả tƣơng tự với rơm lúa mạch lên sinh trƣởng của tảo,

nhiều nguyên liệu thực vật khác cũng Ďƣợc tiến hành nghiên cứu. Dịch chiết lá của

một số loài thực vật trong Ďó có 3 loài Aescullus hippocastanum, Acer campestre và

Quercus robur gây ức chế 85% sinh trƣởng của tảo. Trong một nghiên cứu khác, 17

https://www.researchgate.net/profile/David_Tomasko2

34

dịch chiết khác nhau từ thân và lá của 9 loài sồi Ďƣợc kiểm tra có tới 5 dịch chiết

gây ức chế sinh trƣởng 50% Ďối với M. aeruginosa ở nồng Ďộ 20 mg/L và trên 90%

ở nồng Ďộ 50 mg/L [99]. Dịch chiết lá keo Acacia mearnsii cũng Ďã Ďƣợc nghiên cứu

Ďể xử lý nở hoa nƣớc và phục hồi sinh thái. Zhou và cs. (2012) Ďã tiến hành thử

nghiệm trong 1 năm với Ďiều kiện thực Ďịa tại hồ chứa Gorges, kết quả nghiên cứu

cho thấy chất chiết từ Acacia mearnsii bổ sung vào hồ với nồng Ďộ 3-4mg/L Ďã làm

giảm sinh khối VKL trong 1 tuần, sự Ďa dạng của thực vật phù du tăng lên với các

loài ƣu thế chuyển từ nhóm VKL sang nhóm tảo silic và các tảo khác. Sự có mặt của

các chất chiết từ thực vật cũng cải thiện chất lƣợng nƣớc do số lƣợng loài Ďộng vật

phù du nhỏ giảm và các loài lớn hơn tăng lên. Do Ďó, nghiên cứu này cho rằng nhân

tố thực vật tự nhiên không chỉ có tác dụng tốt trong việc kiểm soát nở hoa nƣớc mà

còn có khả năng phục hồi hệ sinh thái thủy sinh [102].

Các chất tách chiết khác: hàng trăm hợp chất tách chiết từ thực vật bậc cao,

tảo, VKL hay vi khuẩn có hoạt tính diệt hoặc ức chế sinh trƣởng của tảo. Những

hợp chất này thƣờng là các alcaloids, phenols, polyphenols, quinones, terpens, các

axit hữu cơ, các axit amin…[78, 103]. Jancˇula và cs. (2016) cho rằng các hợp chất

cyanocid có khả năng loại bỏ nhanh chóng sự nở hoa của VKL hoặc phá hủy một

khối lƣợng lớn tế bào VKL và cải thiện chất lƣợng nƣớc [103]. Gần Ďây, Miquel và

cs. (2014) Ďã mô tả khả năng ức chế sinh trƣởng của VKL bởi L-lysine (một dạng

axit amin Ďƣợc chiết từ Fructus mume, Salvia miltiorrhiza và Moringa oleifera), L-

lysine chiết ở hai loài Salvia miltiorrhiza và Moringa oleifera có khả năng làm suy

giảm sinh khối của VKL ở nồng Ďộ tƣơng Ďối thấp từ 5-50 mg/L, ngƣợc lại L-lysine

từ loài Fructus mume chỉ có hiệu quả khi nồng Ďộ ≥ 240 mg/L [104]. Ƣu thế của

những chất này là chúng có nguồn gốc và khả năng phân hủy tự nhiên. Nhiều hợp

chất có tác dụng Ďộc Ďối với tảo ở nồng Ďộ rất thấp, bởi vậy cũng ít Ďộc Ďối với các

cơ thể khác. Tuy nhiên những hợp chất này vẫn chỉ Ďang Ďƣợc nghiên cứu trong

phòng thí nghiệm mà chƣa Ďƣợc Ďƣa vào ứng dụng trong thực tiễn, vì vậy chúng là

những hợp chất có khả năng ứng dụng trong tƣơng lai và cần có nhiều nghiên cứu

Ďể làm sáng tỏ khả năng sử dụng chúng trong thực tế.

1.3.3. Các phương pháp sinh học, sinh thái

Một phƣơng pháp khác ứng dụng trong xử lý ô nhiễm tảo gây hại là sử dụng

các nhân tố sinh học. Shapiro và cs. (1975) Ďã Ďƣa thuật ngữ thao tác sinh học Ďối

35

với các phƣơng pháp quản lý chất lƣợng nƣớc hồ dựa trên quản lý mạng lƣới thức

ăn và các hoạt Ďộng sinh học [105]. Theo Shapiro, sinh khối tảo bị kiểm soát từ trên

xuống do nhóm cá ăn phù du Piscivores và bị kiểm soát từ dƣới lên vì chu trình

dinh dƣỡng Ďƣợc bổ sung do hoạt Ďộng của các loài cá sống ở tầng Ďáy. Theo Lu và

cs. (2002), các loài cá ăn thực vật nổi Ďóng vai trò quan trọng trong việc quyết Ďịnh

kích cỡ quần xã tảo và Ďộng vật nổi tại hồ [106].

Ở Việt Nam, việc ngăn ngừa và giảm thiểu tác Ďộng của các tác nhân môi

trƣờng, Ďặc biệt là các yếu tố dinh dƣỡng lên sự phát sinh, phát triển của tảo gây hại

hay nghiên cứu xử lý nƣớc ô nhiễm bằng công nghệ sinh thái Ďã Ďƣợc quan tâm

trong những năm gần Ďây. Bằng thực nghiệm, một số tác giả Ďã chứng minh Ďƣợc

vai trò quan trọng của một số thực vật thủy sinh nhƣ Bèo Tây, Rau Muống, Bèo

Tấm, Ngổ, Sậy, Cỏ Vetiver… có khả năng loại bỏ Nitơ, Photpho, COD cũng nhƣ

các kim loại nặng (Mn, Pb, Ni, Cr) từ nƣớc thải công nghiệp, nƣớc thải sinh hoạt và

nƣớc phú dƣỡng [107, 108]. Kết quả cho thấy các loài thực vật này có Ďộ tăng

trƣởng cao, khả năng chống chịu tƣơng Ďối tốt và tham gia tích cực vào việc giảm

thiểu ô nhiễm môi trƣờng. Mô hình công nghệ qui mô pilot sử dụng cây Sậy, cỏ

Vetiver, rau muống, ngổ dại và bèo cái trong xử lý nƣớc thải chăn nuôi, nƣớc thải

chứa nitơ, photpho và nƣớc nhiễm kim loại nặng Ďã Ďƣợc xây dựng và vận hành có

hiệu quả tại Viện Công nghệ Môi trƣờng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

Việt Nam. Nƣớc sau xử lý Ďạt tiêu chuẩn thải loại B trở lên theo QCVN

40:2011/BTNMT và QCVN 08:2015/BTNMT: quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về

nƣớc thải công nghiệp và chất lƣợng nƣớc mặt nguồn tiếp nhận.

Một hƣớng nghiên cứu khác sử dụng VSV phân giải Ďộc tố microcystin Ďã

Ďƣợc tác giả Nguyễn Thị Hoài Hà và cs. (2010) thực hiện trong một vài nghiên cứu

gần Ďây [109]. Theo các tác giả, các chủng vi khuẩn Sphingomonas Ďƣợc phân lập

từ hồ Hoàn Kiếm có khả phân giải microcystin khá nhanh. Với nồng Ďộ microcystin

3 µg/L thời gian bán phân giải là 1,34 giờ và với nồng Ďộ 20µg/L thời gian là 3,43

giờ. Nguyễn T Đạt và cs. (2014) Ďã công bố một số dịch chiết từ thực vật có khả

năng ức chế sinh trƣởng VKL [110]. Trong Ďó, dịch chiết từ cây mần tƣới có tác

dụng chọn lọc gây ức chế trƣởng Ďối với VKL M. aeruginosa nhƣng ảnh hƣởng

không Ďáng kể tới sự phát triển của tảo C. vulgaris.

36

Nhiều nhóm sinh vật khác nhƣ virut, vi khuẩn, một số Ďối tƣợng tảo khác

cũng Ďƣợc nghiên cứu về khả năng sử dụng nhằm kiểm soát các hiện tƣợng nở hoa.

Việc sử dụng các nhóm sinh vật này dựa trên nguyên tắc sinh học: vật ăn thịt, sinh

vật kí sinh hoặc sinh vật sản sinh các hợp chất thứ cấp có khả năng ức chế sinh

trƣởng VKL. Trong số nhóm sinh vật kể trên, vi rút và vi khuẩn Ďƣợc quan tâm

nhiều hơn cả do tính Ďặc hiệu của chúng với VKL và không gây hại cho các sinh

vật khác. Virus kí sinh cùng VKL thƣờng hiện diện trong các thủy vực nƣớc ngọt

và nƣớc mặn [111, 112]. Sử dụng vi rút nhằm kiểm soát sự nở hoa của VKL do

Kang và cs. thực hiện năm 2015 cho thấy, khi kết hợp các hạt chứa virus với các

chất hóa học tổng hợp ký sinh vào tế bào vật chủ sẽ gây hại cho VKL [111].

Lehahn và cs. (2014) chỉ ra rằng sự nhiễm trùng virut Ďặc hiệu bên trong tế bào tảo

chính là tác nhân gây tử vong và làm suy giảm sinh khối của VKL [112]. Tuy

nhiên cho Ďến nay các kết quả chỉ dừng ở mức nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

chƣa có ứng dụng ở quy mô ngoài thực Ďịa và nhiều vấn Ďề liên quan Ďến sử dụng

vi rút nhằm kiểm soát tảo không khả thi do quá trình phân lập và nuôi cấy các

chủng vi rút gặp nhiều khó khăn.

Trong Ďiều kiện tự nhiên của thủy vực, các VSV, Ďặc biệt là vi khuẩn và tảo

Ďã cùng tồn tại từ giai Ďoạn Ďầu của quá trình tiến hóa, cùng ảnh hƣởng Ďến các hệ

sinh thái khác nhau và có ảnh hƣởng Ďến sinh lý và sự trao Ďổi chất của nhau nên cơ

chế tƣơng tác giữa tảo và vi khuẩn trong hệ sinh thái cũng khác biệt [113, 114]. Do

có khả năng sản sinh enzym ngoại bào nên vi khuẩn Ďƣợc sử dụng Ďể phân giải

VKL. Những ảnh hƣởng phân giải có tính chọn lọc Ďối với nở hoa của VKL Ďƣợc

báo cáo ở vi khuẩn Alcaligenes denitrificans [115], Bacillus sp. [116],

Pseudomonas sp. hay Spinggomonas sp. Xạ khuẩn Streptomyces exfoliates có thể

gây chết 50% các loài nhƣ Anabaena, Microcystis, Oscillatoria [117]. Một số quá

trình chuyển hóa ngoại bào của vi khuẩn cũng gây ức chế tăng trƣởng của VKL.

Chất chuyển hóa của Flexibacterium tƣơng tự lysozymes gây ức chế quang hợp và

hoạt tính enzyme của VKL Oscillatoria williamsi [118]. Theo Ahn và cs. (2003),

Bacillus subtilis sản sinh ra surfactin gây ức chế sinh trƣởng của các loài VKL

Microcystis aeruginosa và Anabaena affinis [119]. Trong hệ sinh thái thủy vực tự

nhiên microcystin có thể bị phân giải bởi các VSV, nhất là các thủy vực có sự nở

hoa bởi VKL sự phân giải này còn xảy ra nhanh hơn.

37

Động vật nguyên sinh Ďóng vai trò quan trọng trong việc làm giảm các quần

thể thực vật phù du của các hệ sinh thái thủy sinh do chúng có khả năng thực bào và

sử dụng thực vật phù du nhƣ một nguồn thức ăn [120]. Các loài ăn VKL bao gồm

Furgasonia, Nassula, Pseudomicrothorax, amip Amoeba và Monas guttula. Tuy

nhiên, hầu hết các loài VKL gây nở hoa thƣờng hiện diện ở dạng tập Ďoàn lớn.

Chính kích thƣớc lớn của chúng Ďã làm hạn chế sự tiêu thụ của Ďộng vật nguyên

sinh. Do vậy, sử dụng Ďộng vật nguyên sinh nhƣ là tác nhân sinh học kiểm soát tảo

còn hạn chế.

1.3.4. Xử lý tảo bằng vật liệu nano

Hƣớng nghiên cứu nhằm giảm lƣợng hóa chất diệt tảo là sử dụng các vật liệu

kích thƣớc nano thay cho các hóa chất truyền thống Ďã Ďƣợc thực hiện ở một số

quốc gia trên thế giới trong những năm gần Ďây. Hiện nay, công nghệ nano Ďƣợc

ứng dụng nhiều trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm trong môi trƣờng nƣớc. Vật liệu

nano tồn tại ở các dạng vật liệu hoạt hóa nhƣ carbon, cellulose, nhôm, với các chất

mang nhƣ zeolite, bentonite và các hợp chất chứa Fe có thể Ďƣợc sử dụng trong nuôi

trồng thủy sản Ďể loại bỏ ammoniac, nitrit và nitrat [78, 85]. Vật liệu nano cellulose

trong tự nhiên có các Ďặc tính cấu trúc và cơ chế xúc tác Ďộc Ďáo, Ďƣợc ứng dụng

trong nhiều ngành nhƣ công nghiệp giấy, bao bì, xây dựng, dệt may và có tiềm năng

lớn trong công nghệ xử lý nƣớc, trong xử lý môi trƣờng và ứng dụng làm màng Ďể

lọc nƣớc do có Ďộ bền cao [121]. Tƣơng tự nhƣ vậy, bột nano siêu mịn sắt từ có thể

Ďƣợc sử dụng hiệu quả Ďể loại các chất ô nhiễm khác nhau trong môi trƣờng nƣớc.

Do vật liệu nano có nhiều Ďặc tính ƣu việt vƣợt trội và khả năng ứng dụng thực tế

cao so với các vật liệu truyền thống khác nên sản lƣợng vật liệu sản xuất ra Ďã

không ngừng tăng, trong Ďó ứng dụng vật liệu nano Ďể xử lý ô nhiễm môi trƣờng

nƣớc nhất là xử lý ô nhiễm tảo Ďộc ở trong và ngoài nƣớc Ďã nhận Ďƣợc nhiều sự

quan tâm và thu Ďƣợc những kết quả nhất Ďịnh.

a) Xử lý tảo bằng vật liệu nano bạc

Vật liệu nano bạc với tính chất kháng khuẩn Ďộc Ďáo Ďã và Ďang Ďƣợc ứng

dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ chẩn Ďoán phân tử, trong các liệu pháp y tế, xúc tác,

Ďiện tử... và gần Ďây là ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trƣờng [122]. Mặc dù có

nhiều tài liệu nghiên cứu tác Ďộng của hạt nano bạc lên các Ďối tƣợng vi khuẩn, nấm

và tế bào của Ďộng vật có vú, song tác Ďộng của nano bạc lên sự phát triển của tảo

38

chƣa Ďƣợc nghiên cứu nhiều. Trong nghiên cứu của Park và cs. (2010) Ďã chỉ ra

rằng, vật liệu nano bạc tổng hợp bằng phƣơng pháp khử hóa học có tiềm năng ức

chế sinh trƣởng chọn lọc Ďối với VKL M. aeruginosa, ở nồng Ďộ 1 ppm vật liệu

nano bạc có thể diệt tới 87% VKL mà ít gây ảnh hƣởng Ďến các nhóm tảo khác

[123]. Tƣơng tự nhƣ vậy, theo Qian và cs. (2016) thì khả năng ức chế sinh trƣởng

VKL của vật liệu nano bạc phụ thuộc nhiều vào Ďộc tính và cách giải Ďộc của hạt

nano bạc trong tế bào sinh vật phù du. Thực nghiệm cho thấy khi tiếp xúc với vật

liệu nano bạc, các quá trình sinh trƣởng phát triển, quang hợp, hệ thống chống oxy

hóa và quá trình trao Ďổi cacbonhydrate ở cả hai loại tảo là VKL M. aeruginosa và

tảo lục C. vulgaris Ďều bị ảnh hƣởng, nhƣng M. aeruginosa bị ức chế nhiều hơn C.

vulgaris [124].

Bên cạnh các phƣơng pháp chính thƣờng sử dụng Ďể tổng hợp vật liệu nano

bạc nhƣ phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp sinh học nhằm

tổng hợp vật liệu từ các vật chủ nhƣ vi khuẩn, nấm hoặc chất chiết thực vật cũng

Ďƣợc chú trọng. Phƣơng pháp này Ďƣợc coi là hiệu quả về mặt kinh tế, an toàn Ďối

với sức khỏe và môi trƣờng sinh thái. Theo Mostafa và cs. (2014), sinh tổng hợp vật

liệu nano bạc in vivo từ ba loại tảo khác nhau là Spirulina platensis, Chlorella

vulgaris và Scenedesmus obliquus với 1 mM tiền chất AgNO3 tạo ra hạt nano bạc

có kích thƣớc nhỏ hơn 100nm và hiệu ứng cộng hƣởng Plasmon bề mặt là xấp xỉ

400 nm. Vật liệu nano bạc tổng hợp theo phƣơng pháp này có khả năng giải phóng

các ion Ag+ từ bề mặt hạt nano và các hợp chất hoạt Ďộng sinh học nên chúng có thể

kháng lại hợp chất gây ung thƣ do VKL M. aeruginosa tiết ra, từ Ďó làm suy giảm

số lƣợng tế bào và giảm hàm lƣợng chla của VKL [125]. Cũng bằng phƣơng pháp

này, chế tạo vật liệu nano bạc từ chiết xuất lá của loài Butea monosperma Ďã Ďƣợc

thực hiện. Kích thƣớc hạt nano bạc Ďƣợc tổng hợp từ nồng Ďộ dung dịch chiết xuất

lá 1% dao Ďộng trong khoảng từ 5 Ďến 30 nm và có hoạt tính kháng VKL mạnh. Với

nồng Ďộ vật liệu nano bạc bổ sung là 400, 600 và 800 µg/L sau 4 ngày thử nghiệm

cả hai loài VKL Anabaena spp. và Cylindrospermum spp. Ďều bị ức chế sinh trƣởng

mạnh ở nồng Ďộ 800 µg/L và hiệu suất ức chế Ďến chủng VKL Anabaena spp. của

vật liệu nano bạc mạnh hơn so với chủng Cylindrospermum spp. [126].

Khả năng ức chế sinh trƣởng VKL của vật liệu nano còn phụ thuộc vào kích

thƣớc và nồng Ďộ của vật liệu khảo sát. Khả năng ức chế và nồng Ďộ ảnh hƣởng của

39

vật liệu nano bạc Ďến các loài tảo là khác nhau. Theo Taylor và cs. (2016), Ďộ lớn và

Ďộc tính của ion Ag+ và nano bạc ảnh hƣởng Ďến các lớp polyme bên ngoài tế bào

chất và khả năng chống oxy hóa của tảo. Sau 72h phơi nhiễm với hai dạng vật liệu

nano bạc, khả năng sống sót của tảo lục Chlamydomonas reinhardtii giảm mạnh,

nhƣng VKL Synechococcus leopoliensis chỉ bị ảnh hƣởng bởi dạng vật liệu ion bạc.

Sự khác biệt trong trong khả năng ức chế sinh trƣởng của tảo liên quan chặt chẽ Ďến

sự khác biệt về Ďặc tính sinh học nhƣ kích thƣớc và thành phần tế bào của hai loại

tảo [127]. Nghiên cứu của Oukarroum và cs. (2012) cũng cho kết quả tƣơng tự, hai

chủng tảo là Chlorella vulgaris và Dunaliella tertiolecta Ďã có những ảnh hƣởng

tiêu cực khi phơi nhiễm với các hạt nano bạc có kích thƣớc 50 nm. Sau thời gian

tiếp xúc là 24 giờ ở nồng Ďộ nano bạc trong khoảng từ 0 Ďến 10 mg/L, số lƣợng tế

bào sống sót và hàm lƣợng chla Ďã giảm Ďáng kể, sự hình thành các nhóm oxy hóa

và lipid hóa tăng lên [128]. Từ Ďó có thể thấy rằng, các hạt nano bạc có khả năng

ảnh hƣởng và ức chế sinh trƣởng của tảo, làm thay Ďổi cấu trúc và chức năng của

các cộng Ďồng thực vật thủy sinh.

Ở Việt Nam, việc ứng dụng vật liệu nano bạc cũng là một hƣớng công nghệ

Ďƣợc tập trung nghiên cứu trong một số lĩnh vực nhƣ y tế, dƣợc phẩm, Ďồ dùng gia

Ďình, môi trƣờng... và bƣớc Ďầu Ďã thu Ďƣợc những kết quả nhất Ďịnh. Ví dụ trong

lĩnh vực thủy sản, môi trƣờng ô nhiễm vì tồn dƣ lƣợng hóa chất, thuốc bảo vệ thực

vật, nƣớc thải chứa mầm bệnh chƣa Ďƣợc xử lý và các Ďộc tố khác có nguồn gốc từ

tảo, nấm... là lĩnh vực Ďƣợc quan tâm nhất. Vì thế, sử dụng dung dịch nano bạc sẽ

giúp cải thiện môi trƣờng nƣớc thủy sản bị ô nhiễm và tiêu diệt các mầm bệnh, tạo

Ďiều kiện thuận lợi cho thủy sản sinh trƣởng phát triển tốt. Kết quả ứng dụng vật

liệu nano bạc ở quy mô pilot của nhóm nghiên cứu của phòng thí nghiệm công nghệ

nano - Đại học Quốc gia TpHCM (LNT) Ďã công bố kết quả thử nghiệm thành công

vật liệu nano bạc trong phòng ngừa bệnh tôm. Nano bạc khi phân tán trong môi

trƣờng ao nuôi sẽ phòng và diệt nguồn bệnh trong ao nuôi, ổn Ďịnh màu nƣớc, khử

mùi hôi tanh của nƣớc, Ďặc biệt Ďối với những ao có chất thải hữu cơ từ phân gia

súc và gia cầm, hạn chế cá ăn nổi và các bệnh nhƣ Ďốm Ďỏ, Ďốm trắng, bệnh nấm

thủy my, nấm mang, nấm bào tử [128]. Kết quả kiểm nghiệm của Viện Pasteur

TpHCM cũng cho thấy, sản phẩm nano bạc của Phòng Thí nghiệm Công nghệ Nano

LNT có khả năng diệt các loài vi khuẩn có trên hoa quả và vi khuẩn gây bệnh tôm.

40

Kết quả kiểm nghiệm sản phẩm nano bạc cũng khẳng Ďịnh sản phẩm nano bạc có

khả năng diệt VKL và các loại vi khuẩn Escherichia coli, Vibrio anguillarum,

Vibrio harveyi, V. fluvialis, V. parahaemolyticus. Kết quả nuôi tôm thẻ chân trắng

tại trại nuôi tôm của Trƣờng Đại học Nông Lâm TpHCM sau 53 ngày cho thấy, tôm

trong bể nuôi có sử dụng nano bạc còn sống trên 85%, trong khi tôm nuôi trong bể

không sử dụng nano bạc có tỷ lệ chết lên tới gần 100%. Hiện tại, công nghệ nano

bạc Ďang Ďƣợc ứng dụng trên gần 6.000m² ao nuôi tôm tại Trang trại nuôi tôm công

nghệ sạch Thái Tuấn (huyện Cần Giờ, TpHCM) và Trại tôm Hoàng Vũ (huyện Bình

Đại - Bến Tre). Bƣớc Ďầu, kết quả Ďánh giá nƣớc trong ao qua xử lý nano bạc trong

hơn, tôm khỏe hơn tôm trong ao Ďối chứng. Dự kiến, LNT sẽ phối hợp với Sở KH-

CN TpHCM triển khai công nghệ mới tại huyện Cần Giờ Ďể Ďánh giá mức Ďộ hiệu

quả trong môi trƣờng nuôi công nghiệp [129]. Hƣớng ứng dụng trong y tế và nghiên

cứu cơ bản Ďã thu Ďƣợc những kết quả nhất Ďịnh, N.N.Lâm và cs. (2009) Ďã chứng

minh khả năng kháng khuẩn phổ rộng của vật liệu nano bạc trong quá trình Ďiều trị

vết thƣơng trong y tế, sau 2 giờ tiếp xúc nồng Ďộ diệt khuẩn tối thiểu của vật liệu

nano bạc Ďối với sinh trƣởng của P. aeruginosa, S. aureus, E. coli lần lƣợt là 100

mg/L, 12,5 mg/L, 3,125 mg/L [130], với vi khuẩn tả Vibrio cholerae thì khả năng

tiêu diệt lên Ďến 99,9% sau thời gian tiếp xúc là 60 phút với nồng Ďộ nano bạc bổ

sung là 0,25 mg/L [131].

Với phổ kháng khuẩn rộng và ít bị Ďề kháng, có khả năng ức chế sinh trƣởng

tảo, vật liệu nano bạc Ďã chứng tỏ có tiềm năng và mở ra triển vọng lớn trong việc

phát triển các sản phẩm trong ngành dƣợc, mỹ phẩm, trang thiết bị y tế và xử lý ô

nhiễm môi trƣờng. Tuy nhiên, các tác Ďộng tiêu cực khi sử dụng vật liệu vẫn cần

Ďƣợc nghiên cứu Ďầy Ďủ nhằm gia tăng tính an toàn cho các sản phẩm chứa nano Ďối

với ngƣời sử dụng.

b) Xử lý tảo bằng vật liệu nano đồng

Từ lâu, các hạt nano có chứa Ďồng Ďã Ďƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh

vực nhƣ nông nghiệp làm thuốc diệt nấm hoặc thuốc trừ sâu [132] và trong công

nghiệp làm chất xúc tác, các chất phụ gia bôi trơn, dẫn xuất polyme, trong xử lý

nƣớc thải [133, 134]. Do các ứng dụng rộng rãi của vật liệu nano Ďồng nên ngày

càng có nhiều nghiên cứu Ďƣợc tiến hành nhằm Ďánh giá khả năng của vật liệu Ďối

với hệ sinh thái và sức khỏe con ngƣời. Theo Sankar và cs. (2014), vật liệu nano

41

Ďồng Ďƣợc Ďánh giá là có khả năng ức chế sinh trƣởng chọn lọc Ďối với VKL M.

aeruginosa mà không ảnh hƣởng Ďến sinh trƣởng của các sinh vật phù du khác

trong môi trƣờng nƣớc. Kết quả của nhóm nghiên cứu cho thấy, vật liệu nano Ďồng

sinh tổng hợp từ dịch chiết của lá cây O. vulgare ức chế sinh trƣởng Ďến VKL M.

aeruginosa lên Ďến 89,7% so với mẫu Ďối chứng không bổ sung vật liệu. Kết quả

nghiên cứu Ďã chứng minh rằng, vật liệu nano Ďồng ức chế sinh trƣởng của VKL là

nhờ tác Ďộng vào khả năng vận chuyển Ďiện tử của hệ thống quang hóa PSII, làm

tổn thƣơng ty thể dẫn Ďến sự không toàn vẹn của màng tế bào [135]. Zeng và cs.

(2010) cũng chỉ ra rằng, vật liệu nano Ďồng có khả năng ức chế sinh trƣởng VKL

M. aeruginosa lớn hơn so với các loài thực vật phù du nƣớc ngọt khác do phụ

thuộc vào nồng Ďộ Ďồng có trong tế bào VKL. Với nồng Ďộ Ďồng dao Ďộng trong

khoảng 3,3 Ďến 13,1.10-18

mol Cu/tế bào, nồng Ďộ các chất hữu cơ hòa tan giảm

nhƣng pH của môi trƣờng lại tăng từ 6,7 lên 8,5 dẫn Ďến sự gia tăng Ďộc tính của

vật liệu. Sự ức chế tăng trƣởng Ďến tảo phụ thuộc vào nồng Ďộ Cu nội bào và nồng

Ďộ Cu Ďƣợc hòa tan [136].

Kích thƣớc và các dạng thù hình của vật liệu nano Ďồng cũng là một trong

những yếu tố ảnh hƣởng Ďến khả năng sinh trƣởng và phát triển của tảo. Vật liệu

nano Ďồng có khả năng ức chế VKL mạnh hơn nhiều so với dạng vật liệu Ďƣợc bọc

TiO2. Theo quan sát của Chen và cs. (2015), hàm lƣợng chla trong mẫu nano Ďƣợc

bọc bởi TiO2 tăng 37%, các chỉ số oxy hóa phục hồi từ 23 lên 35% sau 72 giờ so

với mẫu chỉ có ion Cu2+

[137]. Để tránh việc sử dụng trực tiếp các hóa chất diệt tảo

có thể gây ra những rủi ro Ďối với môi trƣờng sinh thái, bốn loại tảo là Ascophyllum

nodosum, Fucus vesicolosus, Spirulina platensis và Nannochloropsis Ďã Ďƣợc sử

dụng Ďể tổng hợp ba loại vật liệu nano với hàm lƣợng kim loại bổ sung ban Ďầu cho

quá trình tổng hợp dao Ďộng từ 0,8 Ďến 5,4 mg/g. Trong ba loại vật liệu nano Ďƣợc

sử dụng bao gồm bạc (Ag), Ďồng (Cu) và kẽm (Zn) thì chỉ có vật liệu nano bạc Ďạt

Ďƣợc hiệu quả diệt khuẩn mạnh ngay cả khi chỉ có một lƣợng nhỏ các ion bạc Ďƣợc

giải phóng, hai loại vật liệu còn lại là Ďồng và kẽm có hiệu quả thấp hơn [138]. Một

thí nghiệm tƣơng tự Ďƣợc tiến hành Ďể kiểm tra Ďộc tính của các hạt nano ZnO,

TiO2 và CuO Ďối với tảo Pseudokirchneriella subcapitata. Kết quả thử nghiệm cho

thấy, các hạt nano ZnO có khả năng gây Ďộc lớn nhất, tiếp theo là vật liệu nano CuO

và nano TiO2. Sau 72 giờ tiếp xúc, giá trị EC50 của nano CuO và CuO lần lƣợt là

42

25% và 0,18%, giá trị này của nano CuO gấp 139 lần so với vật liệu CuO Ďơn

thuần. Kết quả này cũng chỉ ra Ďộc tính của nano CuO với tảo là do hoạt tính sinh

học của các ion Ďồng [139].

Ở Việt Nam, nghiên cứu và ứng dụng vật liệu nano Ďồng nhằm xử lý tảo là

hƣớng nghiên cứu còn khá mới mẻ. Hiện nay, một vài nghiên cứu về vật liệu nano

Ďồng chủ yếu tập trung trong các nghiên cứu cơ bản, thủy sản và nông nghiệp. Theo

kết quả công bố của Nguyễn và cs. (2011) thì nhóm Ďã chế tạo thành công các hạt

nano sắt, Ďồng, coban bằng phƣơng pháp hóa học dung dịch nƣớc và sử dụng dung

dịch Cu nano làm nguyên liệu chế tạo thuốc bảo vệ thực vật kháng và diệt bệnh nấm

hồng Corticium salmonicolor, bệnh phấn trắng Oidium Heveae trên cây cao su Ďã

cho kết quả tốt [32]. Theo Bui và cs. (2017), với kích thƣớc các hạt nano chế tạo

bằng phƣơng pháp khử thu Ďƣợc là 40 nm, cả hai loại vật liệu nano Cu2+

/zeolit và

Cu2O nano/zeolit Ďều có hiệu quả diệt khuẩn cao. Các sản phẩm thu Ďƣợc có thể

Ďƣợc sử dụng nhƣ là chất kháng khuẩn Ďặc biệt cho xử lý nƣớc và ứng dụng nông

nghiệp [33]. Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu nano Ďồng trong các lĩnh

vực khác nhau và trong xử lý ô nhiễm môi trƣờng cần Ďƣợc chú trọng và toàn diện

hơn do hoạt tính và tính chất của vật liệu nano trong thực tế bị ảnh hƣởng bởi rất

nhiều yếu tố khác nhƣ khả năng giải phóng và hòa tan ion kim loại, khả năng hòa

tan các hợp chất hữu cơ và pH của môi trƣờng…[140].

c) Xử lý tảo bằng vật liệu nano sắt

Ứng dụng vật liệu nano Fe0 trong xử lý ô nhiễm môi trƣờng cũng là một

hƣớng quan tâm mới của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Quá trình nghiên cứu

của các nhà khoa học ở Viện Thực vật học, Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Séc

cho thấy rằng xử lý VKL bằng các hạt nano Fe0 là một phƣơng pháp hiệu quả và

lành tính với môi trƣờng và ngăn ngừa sự hình thành bùng phát VKL. Các hạt nano

Fe0 có thể loại bỏ photpho sinh học, phá hủy các tế bào VKL và cố Ďịnh

microcystins, ngăn ngừa sự nở hoa của tảo trong các thủy vực nƣớc. Thí nghiệm về

khả năng xử lý cho thấy nano Fe0 là một nhân tố có tính chọn lọc cao, có hiệu ứng

chống lại vi khuẩn lam với EC50 là 50 mg/L; hiệu quả này giảm hơn 20-100 lần so

với khi xử lý tảo, Daphnia và các loài cá khác. Vật liệu nano Fe0 có tính tổ hợp cao

với Fe(OH)3, Ďiều này thúc Ďẩy khả năng kết tủa và làm lắng Ďọng dần dần các sinh

khối VKL bị phân hủy [85]. Khả năng diệt VKL của vật liệu nano Fe0 còn phụ

43

thuộc vào sự ổn Ďịnh, thời gian và trạng thái tồn tại của vật liệu trong tầng trên và

tầng dƣới của các lớp nƣớc. Khi bổ sung nồng Ďộ 1000 mg/L vật liệu nano Fe0 vào

mô hình thử nghiệm thu nhỏ, Kumar và cs. (2017) chỉ ra khả năng diệt VKL của

nano Fe0 tăng dần khi nồng Ďộ ion sắt Ďƣợc hòa tan trong các lớp nƣớc tăng lên,

trong 2 Ďến 24 giờ Ďầu của quá trình thử nghiệm cả năm thông số hóa lý nhƣ pH,

nhiệt Ďộ, Ďộ dẫn, Ďộ mặn và tổng chất rắn hòa tan Ďều giảm, thông số sinh học bao

gồm mật Ďộ tế bào và hàm lƣợng chla cũng giảm tƣơng ứng. Tuy nhiên, trong

khoảng thời tiếp theo từ 24 giờ Ďến 180 ngày (4416 giờ) Ďộc tính của vật liệu Fe0

giảm Ďáng kể và gần nhƣ không còn ảnh hƣởng nhiều Ďến VKL [141].

Ở Việt Nam, ứng dụng vật liệu nano Fe0 Ďã Ďƣợc nghiên cứu, ứng dụng và

bƣớc Ďầu Ďã ghi nhận một số kết quả nhất Ďịnh. Nghiên cứu của nhóm tác giả

Trƣờng ĐHKHTN, Đại học Quốc gia Hà Nội Ďã ứng dụng vật liệu Fe0 nano Ďể xử

lý nitrat trong nƣớc. Nano Fe0 Ďƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp khử pha lỏng với

NaBH4 thông qua sự khử muối FeSO4.7H2O bằng natri borohydrat (NaBH4)

khi có mặt của chất phân tán Polyacrylamid (PAA). Đặc tính vật liệu Ďƣợc xác

Ďịnh bằng phƣơng pháp phổ nhiễu xạ tia X, kính hiển vi Ďiện tử truyền qua TEM và

phƣơng pháp Brunauer Emmett Teller (BET). Nồng Ďộ nitrat còn lại sau khi xử lý

Ďƣợc phân tích bằng phƣơng pháp so màu tại bƣớc sóng = 430nm. Kết quả phân

tích nhiễu xạ tia X cho thấy, vật liệu nano Fe0 Ďƣợc chế tạo khá Ďồng nhất, chỉ có

duy nhất một Ďỉnh của nano Fe0 (2 = 44,7). Vật liệu có diện tích bề mặt riêng là 60

m2/g, kích thƣớc hạt từ 10-18,6 nm. Với nồng Ďộ nitrate ban Ďầu là 30 mg N-NO3

-

/L, trong 40 phút tại pH = 2 và nồng Ďộ nano Fe0 bổ sung là 1g/L, hiệu quả xử lý

nƣớc ô nhiễm nitrate Ďạt 98,9% [142]. Bên cạnh ứng dụng xử lý nitrate trong nƣớc,

vật liệu nano Fe0 còn có ứng dụng nhƣ một chất mang có khả năng hấp phụ kim loại

nặng và phẩm màu Ďộc hại trong nƣớc thải công nghiệp [143]. Vật liệu nano Fe0

cũng Ďƣợc nghiên cứu tổng hợp Ďể xử lý hạt giống ngô và Ďậu tƣơng trƣớc khi gieo.

Với kích thƣớc hạt tổng hợp Ďƣợc trong khoảng 20-60 nm, liều lƣợng bổ sung rất

thấp (< 300 mg/ha), Ngo và cs. (2014) Ďã cho thấy khả năng kháng khuẩn và nảy

mầm của hạt tăng lên từ 10-25%, hàm lƣợng chla tăng 7-15%, năng suất hạt tăng tối

Ďa 16% so với mẫu Ďối chứng và không gây ra ảnh hƣởng bất lợi nào cho môi

trƣờng Ďất [144].

44

Tuy vật liệu nano Fe0 là vật liệu có tiềm năng trong xử lý ô nhiễm môi

trƣờng và xử lý VKL, song ứng dụng vật liệu nano sắt từ vẫn còn là hƣớng nghiên

cứu mới mẻ trong xử lý tảo. Với những yêu cầu thực tế về tiết kiệm năng lƣợng,

nguyên vật liệu và nhu cầu về bảo vệ môi trƣờng, vật liệu nano từ tính có nhu cầu

phát triển to lớn Ďể có thể triển khai ứng dụng cơ bản trong nông nghiệp, thủy sản, y

sinh và Ďời sống xã hội.

d) Xử lý tảo bằng các vật liệu nano khác

Ngoài ba vật liệu nano nói trên, các vật liệu nano kim loại khác cũng Ďƣợc

chú trọng nghiên cứu, ứng dụng triển khai trong nhiều lĩnh vực và Ďã thu Ďƣợc

những kết quả nhất Ďịnh. Theo Chang và cs. (2014), sử dụng vật liệu nano silicate

từ nguồn khoáng tự nhiên có khả năng ức chế sinh trƣởng của VKL Microcystis

aeruginosa và có hiệu quả cao trong việc loại bỏ Ďộc tố microcystin-LR (MC-LR)

[145]. Vật liệu nano silicate gây ức chế sinh trƣởng Ďối với M. aeruginosa ở nồng

Ďộ gây chết 50% là 0,28 ppm sau 12h tiếp xúc. Khi thử nghiệm một dạng vật liệu

nano silicate mới (nano hybrid) có lõi làm từ khoáng sét và montmorillonite, bề mặt

Ďƣợc từ hóa bởi các hạt nano từ (magnetic nanosilicate platelet - MNSP), Chang và

cs. (2017) cũng chỉ ra rằng dạng vật liệu này có khả năng ức chế một cách chọn lọc

Ďến sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa ở nồng Ďộ MNSP tối thiểu là 500 ppm, Ďộ

Ďục của nƣớc giảm tới 67%. Bên cạnh Ďó Ďộc tố microcystin-LR (MC-LR) cũng

giảm 99,39% ở nồng Ďộ 100 ppm so với 36,84% ở mẫu Ďối chứng chỉ bổ sung vật

liệu nano silicate không Ďƣợc từ hóa [146].

Các vật liệu nhƣ TiO2, ZnO và CuO thƣờng Ďƣợc sử dụng trong các nghiên

cứu Ďánh giá Ďộc tính của vật liệu nano lên các sinh vật. Ức chế sinh trƣởng của vật

liệu nano Titanium dioxide (TiO2) Ďối với các loài tảo Pseudokirchneriella

subcapitata, Desmodesmus subspicatus và Chlamydomonas reinhardtii Ďƣợc quan

sát thấy sau 72h hoặc 96h [139, 147]. Giá trị 72h EC50 Ďối với loài tảo D.

subspicatus là 32 mg/L (kích thƣớc hạt nano TiO2 sử dụng 25nm, chủ yếu dạng

anatase), nhƣng khi TiO2 Ďƣợc sử dụng ở dạng khác (kích thƣớc 100 nm, 100%

anatase) thì không quan sát thấy tác Ďộng Ďộc tính của nano TiO2 Ďối với tảo ở hàm

lƣợng nhỏ hơn 50 mg/L [139]. Một dạng vật liệu nano khác là ZnO cũng Ďƣợc sử

dụng Ďể kiểm tra Ďộc tính tác Ďộng Ďến sinh trƣởng của hai loại tảo là Chlorella

vulgaris và Scenedesmus dimorphus trong 24, 48 và 72 giờ. Kết quả thử nghiệm cho

45

thấy Chlorella vulgaris nhạy cảm với vật liệu nano ZnO hơn Scenedesmus

dimorphus, giá trị EC50 sau 72 giờ Ďối với Chlorella vulgaris và Scenedesmus

dimorphus tƣơng ứng là 0,01 và 0,09 mg/L. Sự giảm mật Ďộ tế bào tảo và sự ức chế

tăng trƣởng của tảo trong mẫu thử nghiệm Ďƣợc ghi nhận có ý nghĩa khác biệt Ďáng

kể (p <0,05) so với mẫu Ďối chứng có sự tăng trƣởng gấp Ďôi [147].

Kiểm soát sự nở hoa của tảo bằng hạt nano kim loại là một trong những

phƣơng pháp hữu hiệu Ďể Ďảm bảo an toàn cho môi trƣờng nƣớc. Vật liệu nano

coban (CoNPs) Ďã Ďƣợc tổng hợp và thử nghiệm khả năng ức chế sinh trƣởng của

hai chủng tảo Microcystis sp. và Oscillatoria sp. phân lập từ nƣớc ngọt thông qua

việc Ďánh giá sự thay Ďổi của các thông số nhƣ tốc Ďộ tăng trƣởng sinh khối, hàm

lƣợng chla và hoạt Ďộng của enzyme chống oxy hóa. Khi bổ sung vật liệu nano

CoNPs với nồng Ďộ là 1, 2, 3, 4 và 5 mg/L thì các thông số khảo sát trên Ďều suy

giảm và hiệu suất ức chế sinh trƣởng cao nhất ghi nhận ở nồng Ďộ 5 mg/L vào ngày

thứ năm của chu kỳ thử nghiệm, hiệu suất ức chế giảm tƣơng ứng 78% và 88% Ďối

với Microcystis sp. và Oscillatoria sp. Khi nồng Ďộ vật liệu nano coban bổ sung

tăng lên thì giá trị của các thông số khảo sát Ďều giảm, cụ thể nhƣ hàm lƣợng chla

giảm từ 1,53 xuống 0,24 mg/L Ďối với Microcystis sp. và từ 1,63 xuống 0,29 mg/L

Ďối với Oscillatoria sp. Tƣơng tự, hàm lƣợng carotenoid cũng giảm 69,3% và

73,2%. Kết quả này minh chứng hiệu quả của CoNPs Ďối với việc kích hoạt enzyme

chống oxy hóa bảo vệ các tế bào, từ Ďó ức chế sinh trƣởng của VKL và làm suy

giảm hiện tƣợng phú dƣỡng [148].

Độc tính của vật liệu nano oxit Ďối với sinh trƣởng của tảo cũng là một trong

những hƣớng nghiên cứu Ďang Ďƣợc quan tâm. Ảnh hƣởng Ďộc tính của vật liệu liên

quan chặt chẽ Ďến khả năng hòa tan và giải phóng ion kim loại của vật liệu nano

trong môi trƣờng nghiên cứu. Theo kết quả nghiên cứu của Oukarroum và cs.

(2017), các hạt nano oxide nickel (NiO-NPs) Ďã Ďƣợc tổng hợp và thử nghiệm Ďánh

giá Ďộc tính lên tảo C. vulgaris. Oukarroum chỉ ra rằng, các hạt nano NiO-NPs có

khả năng hòa tan thấp, ở nồng Ďộ cao nhất (100mg/L) chỉ có 6,42% ion Ni2+

Ďƣợc

giải phóng vào trong môi trƣờng. Tuy nhiên, khi bổ sung vào môi trƣờng từ 0 Ďến

100 mg/L vật liệu nano NiO-NPs thì sau thời gian phơi nhiễm là 96h, các thông số

nhƣ sự ức chế sự phân chia tế bào, quá trình quang hợp (tổng hợp chất diệp lục và

các phản ứng quang hợp của quang hợp) và ROS Ďều thay Ďổi và suy giảm, Ďiều

46

này chứng tỏ tế bào tảo rất nhạy cảm với nhiễm Ďộc NiO-NPs. Giá trị EC50 ghi

nhận Ďƣợc là 13,7 mg/L. Kết quả phân tích TEM và X-ray xác nhận rằng các hạt

NiO-NPs có khả năng xuyên qua màng sinh học và tích tụ bên trong tế bào tảo gây

ức chế sinh trƣởng của tảo. Do Ďó, Ďặc tính hóa lý và Ďộc tính của vật liệu cũng là

một trong những yếu tố cần xem xét khi thử nghiệm vật liệu Ďối với các loài Ďộng,

thực vật vật phù du Ďƣợc sử dụng nhƣ là Ďối tƣợng chỉ thị sinh học trong môi trƣờng

nƣớc [149].

Cho Ďến nay, cơ chế tác Ďộng của vật liệu nano lên một số sinh vật chƣa

Ďƣợc nghiên cứu nhiều. Tuy nhiên trong một số nghiên cứu một vài giả thuyết Ďƣợc

nêu ra nhƣ khả năng siêu phân tán, hiệu ứng bề mặt, tính khả dụng sinh học, tính

bền ở môi trƣờng của các vật liệu nano. Sự gia tăng việc sử dụng vật liệu nano trong

nhiều lĩnh vực cũng làm dấy lên nhiều lo ngại về nguy cơ tiềm ẩn của vật liệu Ďối

với sức khỏe và môi trƣờng sống, nhất là môi trƣờng nƣớc và các sinh vật thuỷ sinh.

Hƣớng nghiên cứu sử dụng vật liệu nano trong quá trình diệt và ức chế sinh trƣởng

của tảo là hƣớng nghiên cứu hoàn toàn mới và chƣa Ďƣợc quan tâm nhiều. Vì vậy,

việc ứng dụng thực nghiệm vật liệu nano cần phải Ďƣợc cân nhắc cẩn thận và

nghiên cứu sâu hơn nữa Ďể tránh gây ra ô nhiễm thứ cấp cho môi trƣờng.

47

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

- VKL Microcystis aeruginosa KG chiếm ƣu thế trong quần xã VKL gây nở

hoa tại hồ Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh) và tảo lục Chlorella vulgaris Ďƣợc phân lập, nuôi cấy

và lƣu giữ tại Phòng Thủy sinh học môi trƣờng, Viện công nghệ môi trƣờng (hình

2.1). Chủng VKL M. aeruginosa KG tập hợp thành tập Ďoàn dạng nhầy và có hình

cầu hoặc hình cầu hơi thon dài, chất nhầy trong suốt không màu. Kích thƣớc tập

Ďoàn rất Ďa dạng Ďôi khi lên tới vài mm. Tế bào hình cầu hoặc Ďôi khi hơi kéo dài

màu lam nhạt, chứa nhiều không bào khí, kích thƣớc 3 - 5 µm. Chủng tảo lục

Chlorella vulgaris gồm các tế bào Ďơn bào có dạng hình cầu, kích thƣớc Ďƣờng kính

tế bào từ 3-8 µm.

VKL Microcystis

aeruginosa KG

Tảo lục Chlorella vulgaris

Hình 2.1. Hình ảnh Vi khuẩn lam M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris sử dụng

trong thí nghiệm

- Loài giáp xác Daphnia magna có nguồn gốc từ công ty Microbiotests Inc

(Bỉ), Ďƣợc cung cấp bởi TS. Đào Thanh Sơn, Đại học Bách Khoa TPHCM (Hình 2.2).

- Bèo tấm Lemna sp. thu từ một số thuỷ vực tại Hà Nội Ďƣợc phân lập và

nuôi cấy tại phòng Phòng Thủy sinh học môi trƣờng, Viện công nghệ môi trƣờng

(Hình 2.2).

48

Bèo tấm Lemna sp. thu nhận từ một số

thủy vực Hà Nội

Daphnia magna có nguồn gốc từ công ty

Microbiotests Inc (Bỉ).

Hình 2.2. Hình ảnh bèo tấm Lemna sp. và giáp xác Daphnia magna sử dụng trong

thí nghiệm

- Mẫu nƣớc hồ thực tế có hiện tƣợng nở hoa chủ yếu bởi quần xã VKL (hồ

Tiền, Đại học Bách khoa Hà Nội).

Hình 2.3. Hình ảnh nước hồ Tiền trong khuôn viên Đại học Bách Khoa Hà Nội

- Ba loại vật liệu nano: vật liệu nano bạc và Ďồng tổng hợp bằng phƣơng

pháp khử hóa học; vật liệu nano sắt tổng hợp bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa.

2.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng

2.2.1. Hóa chất

Hóa chất dùng trong nghiên cứu chế tạo vật liệu gồm: AgNO3; CuSO4;

NaBH4; FeCl3.6H2O; FeCl2.4H2O; NaOH; Axit Citric… là các hóa chất có Ďộ tinh

khiết > 99%, nguồn gốc từ hãng Merck (Đức) và Chitosan (75-85% Ďộ deaxetyl hóa)

của hãng Sigma-Aldrich (Mỹ).

Môi trƣờng CB Ďƣợc dùng Ďể nuôi cấy các các chủng tảo (VKL M.

aeruginosa và tảo lục C. vulgaris), môi trƣờng dinh dƣỡng (ISO 20079, 2005) Ďƣợc

49

dùng Ďể nuôi cấy bèo tấm và môi trƣờng COMBO Ďƣợc dùng Ďể nuôi giáp xác D.

magna [150].

2.2.2. Thiết bị

Các thiết bị Ďƣợc sử dụng trong quá trình chế tạo vật liệu bao gồm:

- Máy khuấy IKA RW 20 digital (IKA - Đức);

- Máy ly tâm Universal 32R D- 78523 (Germany);

- Máy UV-VIS 2450 (Shimadzu, Nhật);

- Tủ sấy chân không Vacucell MMM Madcenter Einrich (Germany);

- Cân phân tích Precisa 4 số lẻ, khối lƣợng cân tối Ďa: 210 gam;

Một số dụng cụ thủy tinh nhƣ: cốc thủy tinh chịu nhiệt có dung tích khác

nhau, bình tam giác các loại, pipet và micropipet.

2.3. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu

2.3.1. Tổng hợp vật liệu nano bạc bằng phương pháp khử hóa học

Vật liệu nano bạc sử dụng trong nghiên cứu này Ďƣợc tổng hợp bằng phƣơng

pháp khử hóa học khử ion Ag+ trong dung dịch muối bạc thành Ag

0 nhờ tác nhân

khử NaBH4 (quy trình tổng hợp vật liệu nano bạc thể hiện trong hình 2.4) [3, 4].

Tiền chất Ďƣợc sử dụng là AgNO3 (>99%), chất ổn Ďịnh chitosan và chất khử

NaBH4 (>99%). Phƣơng trình phản ứng diễn ra nhƣ sau:

2AgNO3 +2NaBH4 → 2Ag0 + H2+ B2H6 + 2NaNO3

Chuẩn bị các dung dịch gốc AgNO3, axit citric 1000 ppm và NaBH4 0,05M

bằng nƣớc deion; Dung dịch chitosan 1000 ppm Ďƣợc pha bằng cách hòa tan trong

dung dịch 10% axit acetic. Để thu hồi dung dịch nano bạc 100ppm, cho 200 mL

nƣớc khử ion vào cốc thủy tinh (500 mL) có chứa AgNO3 và chất ổn Ďịnh chitosan.

Hỗn hợp này Ďƣợc khuấy Ďều bằng máy khuấy IKA RW 20 digital, tốc Ďộ khuấy

1000 vòng/phút trong thời gian 15 phút. Tiếp theo, dung dịch axit citric Ďƣợc thêm

từ từ vào hỗn hợp theo các tỷ lệ khảo sát. Sau Ďó, nhỏ từ từ dung dịch NaBH4 0,05 M

vào hỗn hợp và tiếp tục khuấy cho Ďến khi dung dịch chuyển dần từ trong suốt sang

màu vàng nhạt rồi Ďậm dần. Các Ďiều kiện Ďiều chế nano bạc Ďƣợc khảo sát Ďể thu

Ďƣợc dung dịch nano bạc tối ƣu bao gồm: ảnh hƣởng của tỷ lệ nồng Ďộ NaBH4/Ag+,

ảnh hƣởng của nồng Ďộ chitosan và tỷ lệ nồng Ďộ citric/Ag+. Kết thúc quá trình thu

Ďƣợc dung dịch nano bạc có nồng Ďộ 300 ppm.

50

Quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano Ďƣợc tiến hành nhƣ sau:

Hình 2.4. Quy trình điều chế dung dịch nano Ag sử dụng NaBH4 làm chất khử

2.3.2. Tổng hợp vật liệu nano đồng bằng hương pháp khử hóa học

Vật liệu nano Ďồng sử dụng trong nghiên cứu này Ďƣợc tổng hợp bằng phƣơng

pháp khử hóa học khử ion Cu2+

từ muối Ďồng nhờ tác nhân khử NaBH4 (quy trình tổng

hợp vật liệu nano Ďồng Ďƣợc trình bày trong hình 2.5) [23, 24]. Tiền chất Ďƣợc sử

dụng là CuSO4 (>99%), chất khử là NaBH4 (>98%). Phƣơng trình phản ứng diễn ra

nhƣ sau:

CuSO4 + 2NaBH4 + 6H2O = Cu0 + 2H3BO3 + 7H2 + Na2SO4

Để thu hồi nano Ďồng kim loại, cho 200 mL nƣớc khử ion vào cốc thủy tinh

(500 mL) có chứa 1 g bột CuSO4, hỗn hợp này Ďƣợc khuấy Ďều bằng máy khuấy IKA

RW 20, tốc Ďộ khuấy 1500 vòng/phút trong thời gian 15 phút Ďể hòa tan hoàn toàn

Nƣớc khử ion Chitosan 10 g/L

Khuấy từ 2000 v/p

Axit citric 10%

Nano bạc

NaBH4 0,05 M

AgNO3

Khuấy từ, 1000v/p

trong 15 phút

Hỗn hợp phản ứng

Hỗn hợp phản ứng

Khuấy từ 2000 v/p

Ďến khi chuyển màu

51

muối Ďồng. Tiếp theo, thêm 0,48g NaBH4 khảo sát vào hỗn hợp, tiếp tục khuấy Ďều

trong khoảng 10 phút Ďến khi dung dịch chuyển sang màu Ďen thì ngừng phản ứng.

Tách kết tủa bằng máy ly tâm Universal (Đức) với tốc Ďộ quay 9000 vòng/phút. Hạt

nano Ďồng thu Ďƣợc bằng cách ly tâm dung dịch và rửa 5 lần bằng cồn 960

Ďể loại bỏ

các ion dƣ. Sau Ďó, sấy khô trong tủ sấy chân không 700C trong 24 giờ, kết thúc quá

trình thu Ďƣợc 0,4g bột nano Ďồng và bảo quản trong bình kín chứa khí Argon.

Hình 2.5. Quy trình tổng quát tổng hợp vật liệu nano đồng bằng phương pháp khử

hóa học

2.3.3. Tổng hợp vật liệu nano sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa

Vật liệu nano sắt từ Fe3O4 sử dụng trong luận án Ďƣợc tổng hợp bằng phƣơng

pháp Ďồng kết tủa của muối Fe2+

và Fe3+

bởi NH4OH theo phƣơng trình phản ứng (quy

trình tổng hợp các hạt nano từ tính Fe3O4 Ďƣợc trình bày trong hình 2.6) [38, 167]:

2Fe3+

+ Fe2+

+ 8OH- = Fe3O4 + 4H2O

Cân chính xác lƣợng muối Fe2+

và Fe3+

theo tỷ lệ số mol là 0,65g FeCl3 :

0,398g FeCl2, hòa tan hai muối vào 40 mL axit HCl 2M nhằm hạn chế sự thủy phân

Bột nano Ďồng

Sấy khô chân không

(700C; 10 h)

H2O + Khuấy từ 1500

v/p trong 10 phút

1g CuSO4

0,48g NaBH4

Khuấy tiếp trong 10 phút

Ďến khi chuyển kết tủa màu

Ďen thì ngừng phản ứng

Rửa 5 lần bằng

ethanol 960

Tách kết tủa bằng ly

tâm 9000 v/p

52

của muối sắt, sau Ďó rót vào bình cầu (có viên từ bên trong Ďể trộn Ďều dung dịch)

và Ďun trên bếp có nhiệt Ďộ khoảng 800C.

Pha 80 mL dung dịch NH3 2M nhỏ tiếp từ từ vào bình cầu với tốc Ďộ 2

giọt/giây, kết hợp sục Ďồng thời khí N2 Ďể loại bỏ không khí. Đun Ďến khi nhỏ hết

dịch và Ďể thêm trên bếp 30 phút. Quan sát quá trình phản ứng qua sự thay Ďổi của

màu sắc từ vàng nâu sang Ďen. Đổ sản phẩm sau phản ứng ra cốc có mỏ, dùng nam

châm thu viên từ và rửa với nƣớc khử ion, axetone ba lần Ďến khi pH = 7 nhằm loại

hết sản phẩm phụ và các chất dƣ chƣa phản ứng. Kết tủa thu Ďƣợc phân tán trong

100mL nƣớc khử ion bằng siêu âm trong 30 phút.

Pha dung dịch chất bọc chống oxy hóa CMC (carboxyl methyl cellulose) có

nồng Ďộ 2mg/L và thêm vào cốc thủy tinh chứa sản phẩm phản ứng theo tỷ lệ

1CMC:2 Fe3O4, tiếp tục rung siêu âm trong 30 phút. Kết thúc quá trình thu Ďƣợc

dung dịch chứa nano sắt từ có nồng Ďộ 3000ppm bền trong Ďiều kiện thƣờng.

Hình 2.6. Quy trình tổng hợp hạt nano từ Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa

40 mL dung dịch FeCl2 + FeCl3 + HCl 2M

- Sục khí N2;

- Nhiệt Ďộ

khoảng 800C

- Khuấy từ

Nhỏ từ từ dung dịch

NH3 2M

Kết tủa Ďen Fe3O4

pha nƣớc có pH = 9-10

- Lắng Fe3O4 bằng nam

châm và rửa bằng nƣớc

khử ion 5-7 lần, rửa

bằng axeton 3 lần.

- Bọc bằng CMC/ Fe3O4

theo tỷ lệ 1:2, rung siêu

âm 30 phút

Hạt nano từ tính Fe3O4 (3000 ppm)

53

2.4. Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng cấu trúc vật liệu

Hình thái học của ba loại vật liệu nano Ďƣợc xác Ďịnh bằng một số phƣơng

pháp và thiết bị nhƣ sau:

2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Phƣơng pháp kính hiển vi Ďiện tử truyền qua (TEM: transmission electron

microscopy) có Ďộ phân giải cao dùng Ďể nghiên cứu hình thái, cấu trúc vật liệu

nano và khả năng tác Ďộng của vật liệu Ďến Ďối tƣợng thử nghiệm.

Kính hoạt Ďộng trên nguyên lý nguồn phát xạ trên Ďỉnh sẽ phát ra chùm tia

Ďiện tử, sau khi Ďi qua tụ kính chùm Ďiện tử sẽ tác Ďộng lên mẫu mỏng. Tùy thuộc

vào từng loại mẫu và vị trí chụp mà chùm Ďiện tử bị tán xạ nhiều hay ít. Mật Ďộ Ďiện

tử truyền qua ngay dƣới mặt mẫu phản ánh tình trạng của mẫu, hình ảnh này sẽ

Ďƣợc phóng Ďại qua một loạt các thấu kính trung gian và thể hiện trền màn huỳnh

quang [9, 29]. Các phân tích TEM về cấu trúc của ba vật liệu nano trong luận án

này Ďƣợc thực hiện trên thiết bị JEM1010 (JEOL – Nhật Bản) có hệ số phóng Ďại M

= 50 - 600.000, Ďộ phân giải δ = 3 Å, Ďiện áp gia tốc U = 40-100kV, tại Viện vệ

sinh dịch tễ Trung ƣơng.

2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Phƣơng pháp kính hiển vi Ďiện tử quét SEM (Scanning Electron Microscope)

Ďƣợc sử dụng Ďể xác Ďịnh hình thái bề mặt và kích thƣớc hạt của các vật liệu Ďã chế

tạo. Kính hiển vi Ďiện tử quét SEM quét bề mặt mẫu bằng một chùm tia Ďiện tử hội

tụ cao trong chân không, thu thập thông tin (tín hiệu) từ mẫu phát ra, tái tạo thành

một hình ảnh lớn hơn cấu trúc bề mặt của mẫu thông qua việc ghi nhận và phân tích

các bức xạ phát ra từ tƣơng tác của chùm Ďiện tử với bề mặt mẫu [9, 29].

Các phân tích SEM, FESEM cấu trúc ba vật liệu nano của luận án này Ďƣợc

thực hiện trên thiết bị S4800 của hãng Hitachi (Nhật Bản) tại Viện Khoa học vật

liệu - Viện HL&KHCN Việt Nam; thiết bị Hitachi S-480 tại Viện Vệ sinh dịch tễ

Trung ƣơng.

2.4.3. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại IR

Phổ hồng ngoại (IR: Infrared Spectroscopy) là phép phân tích phổ biến Ďƣợc

sử dụng Ďể xác Ďịnh cấu trúc và nhận dạng các hợp chất hóa học. Phƣơng pháp này

hoạt Ďộng dựa trên sự tƣơng tác của các bức xạ Ďiện từ trong miền hồng ngoại (400

- 4000 cm-1

) khi chiếu một chùm tia hồng ngoại vào các mẫu hoặc phân tử nghiên

54

cứu. Mỗi nhóm chức sẽ hấp phụ tần số hồng ngoại Ďặc trƣng. Dựa vào tần số Ďặc

trƣng, cƣờng Ďộ Ďỉnh trong phổ hồng ngoại, ngƣời ta có thể phán Ďoán trực tiếp về

sự có mặt của các nhóm chức, các liên kết xác Ďịnh trong phân tử nghiên cứu, từ Ďó

xác Ďịnh Ďƣợc cấu trúc của chất nghiên cứu [9, 29].

Các kết quả Ďo phổ IR của vật liệu nano sắt trong luận án này Ďƣợc Ďo trên

máy IMPACT 410-Nicolet (Mỹ), tại Viện Hóa học, Viện HL&KHCN Việt Nam.

2.4.4. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X

Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD: X-Ray Diffraction) là phƣơng pháp chiếu

một chùm tia X Ďơn sắc có bƣớc sóng λ tới bề mặt tinh thể chất rắn cách nhau một

khoảng Ďều Ďặn d và Ďi sâu vào bên trong mạng lƣới tinh thể tạo ra hiện tƣợng

nhiễu xạ của các tia X (Hình 2.7). Phƣơng pháp này Ďƣợc sử dụng Ďể nghiên cứu

cấu trúc tinh thể của vật chất, kiểm tra sự Ďơn pha (Ďộ tinh khiết) của vật liệu, xác

Ďịnh Ďƣợc kích thƣớc tinh thể…[9, 29].

Hình 2.7. Các tia X nhiễu xạ trên bề mặt tinh thể chất rắn (nguồn: http://ffden-

2.phys.uaf.edu

Giản Ďồ XRD của các mẫu vật liệu nano Ďồng trong luận án này Ďƣợc Ďo trên

máy nhiễu xạ tia X D8- Advance 5000 tại phòng X-Ray, Viện Khoa Học Vật liệu,

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Điều kiện ghi: Bức xạ K của

anot Cu, nhiệt Ďộ ghi phổ ở 25oC, góc 2: 10

o - 70

o, với tốc Ďộ quét 0,030

0/s.

2.4.5. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV-VIS)

Phổ hấp phụ tử ngoại và khả kiến UV-VIS (Ultraviolet-Visible) là loại phổ

electron, ứng với mỗi electron chuyển mức năng lƣợng ta thu Ďƣợc một vân phổ

rộng. Đây là phƣơng pháp phân tích Ďịnh lƣợng dựa vào hiệu ứng hấp thụ ánh sáng

của dung dịch xảy ra khi phân tử vật chất tƣơng tác với bức xạ Ďiện từ và Ďƣợc sử

55

dụng nhiều trong kiểm tra sản xuất hoá học, luyện kim, nghiên cứu hoá sinh, môi

trƣờng và nhiều lĩnh vực khác [9, 29].

Trong nghiên cứu này, phổ UV-VIS mẫu vật liệu nano bạc Ďƣợc ghi trên

thiết bị Jasco UV-VIS V-630 (Jasco, Nhật) tại Viện Hóa học và các hợp chất thiên

nhiên và máy UV-VIS 2450 (Shimadzu, Nhật) tại Viện Công nghệ Môi trƣờng.

2.4.6. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)

Phƣơng pháp phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX - Energy-dispersive X-ray

spectroscopy) dùng Ďể xác Ďịnh thành phần hóa học của chất rắn, Ďây là kỹ thuật

dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ chất rắn khi có sự tƣơng tác với các bức xạ

(Hình 2.8) là chùm tia Ďiện tử có năng lƣợng [9, 29].

Thành phần nguyên tố của mẫu nano bạc và Ďồng khi tác Ďộng lên tế bào tảo

trong nghiên cứu này Ďƣợc xác Ďịnh trên Thiết bị kính hiển vi Ďiện tử quét SEM-

EDX JSM 6490-JED 2300, JEOL tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ƣơng.

Hình 2.8. Nguyên tắc tán xạ tia X dùng trong phổ EDX

2.5. Các phƣơng pháp bố trí thí nghiệm

2.5.1. Thí nghiệm lựa chọn vật liệu nano

Để nghiên cứu ảnh hƣởng của các vật liệu nano lên sinh trƣởng của VKL M.

aeruginosa KG chúng tôi bố trí các công thức thí nghiệm nhƣ sau: Các vật liệu nano

(vật liệu nano bạc, Ďồng và vật liệu nano sắt từ Fe3O4 Ďã tổng hợp) Ďƣợc bổ sung

56

vào các bình tam giác có chứa các tế bào VKL M. aeruginosa KG. Dải nồng Ďộ thử

nghiệm Ďối với các vật liệu nano bạc và Ďồng là 0, 3, 5 và 10 ppm; nano sắt từ là 0,

5, 10, 30, 50, 70 và 100 ppm. Mẫu Ďối chứng gồm VKL nuôi trong môi trƣờng CB

không bổ sung vật liệu nano. Thí nghiệm Ďƣợc lặp lại ba lần. Sinh trƣởng của VKL

M. aeruginosa KG Ďƣợc theo dõi trong 10 ngày và lấy mẫu theo chu kỳ sau: D0,

D3, và D10 ngày Ďối với hai vật liệu nano bạc và Ďồng; D0, D1, D3, D6 và D10 Ďối

với vật liệu nano sắt từ. Để sàng lọc nhanh hoạt tính diệt VKL của các vật liệu nano

nói trên, sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa KG Ďƣợc xác Ďịnh bằng phƣơng pháp

Ďo mật Ďộ quang OD. Kết quả thí nghiệm sàng lọc nồng Ďộ, vật liệu nano sắt từ

không có khả năng diệt tảo nên không Ďƣợc lựa chọn cho các thí nghiệm kiểm tra

Ďộc tính tiếp theo.

2.5.2. Thí nghiệm nghiên cứu độc tính của vật liệu nano

- Để Ďánh giá Ďộc tính của vật liệu nano bạc và Ďồng Ďến sinh trƣởng của

VKL M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris, 5 mL môi trƣờng nuôi cấy có chứa

hai loại tảo này Ďƣợc bổ sung vào bình tam giác chứa 145 mL môi trƣờng CB. Dung

dịch nano bạc Ďƣợc bổ sung vào các bình tam giác theo tỷ lệ nồng Ďộ là [0; 0,001;

0,005, 0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm]. Tƣơng tự, dung dịch nano Ďồng Ďƣợc bổ sung vào

các bình tam giác với các nồng Ďộ là [0; 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm].

- Sau khi bổ sung vật liệu nano bạc và Ďồng, Ďộng thái sinh trƣởng của VKL

M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris Ďƣợc theo dõi ở các ngày D0, D2, D6 và

D10 của thí nghiệm. Sinh trƣởng của hai loại tảo Ďƣợc Ďánh giá qua ba tiêu chí: mật

Ďộ quang học OD; mật Ďộ tế bào và hàm lƣợng chla. Các công thức thí nghiệm Ďƣợc

lặp lại 3 lần. Hiệu suất ức chế sinh trƣởng của vật liệu nano Ďối với VKL M.

aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris Ďƣợc tính bằng công thức sau [123]:

Hiệu suất ức chế sinh trƣởng của tảo (%) = [(sinh khối mẫu Ďối chứng - sinh

khối mẫu thí nghiệm)/sinh khối mẫu Ďối chứng] x 100

2.5.3. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng kích thước của vật liệu nano

- Sau thí nghiệm Ďánh giá ảnh hƣởng của vật liệu nano Ďến sinh trƣởng của

tảo, vật liệu nano Ďồng Ďƣợc lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo. Để Ďánh giá ảnh

hƣởng về mặt kích thƣớc hạt nano Ďến sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa KG và

tảo lục C. vulgaris, ba dạng vật liệu nano Ďồng với các kích thƣớc hạt khác nhau là

<10nm; 30 - 40nm và >50nm Ďã Ďƣợc sử dụng. Ba dạng vật liệu nano Ďồng với các

57

nồng Ďộ [0; 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm] sẽ Ďƣợc bổ sung vào các bình tam giác có

chứa 5 mL sinh khối của hai chủng tảo và 145 mL môi trƣờng CB. Ngoài ra, Ďể so

sánh khả năng diệt tảo của vật liệu nano Ďồng, chúng tôi sử dụng CuSO4 là chất diệt

tảo thƣờng Ďƣợc sử dụng phổ biến hiện nay làm mẫu Ďối chứng. Động thái sinh

trƣởng của hai loại tảo Ďƣợc Ďƣợc Ďánh giá qua hàm lƣợng chla và mật Ďộ quang học

OD ở các ngày D0, D1, D3, D6 và D10 của chu kỳ thí nghiệm. Các công thức thí

nghiệm Ďƣợc lặp lại 3 lần. Hiệu suất ức chế sinh trƣởng của vật liệu nano Ďồng Ďối

với VKL M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris cũng Ďƣợc xác Ďịnh.

2.5.4. Thí nghiệm nghiên cứu đánh giá tính an toàn của vật liệu

- Để Ďánh giá tính an toàn của vật liệu nano Ďồng lên một số sinh vật phù du

khác nhƣ bèo tấm (Lemna sp.) và giáp xác (Daphnia magna), chúng tôi tiến hành

các thí nghiệm nhƣ sau:

1. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến bèo tấm Lemna sp.

Bèo tấm Ďƣợc thu nhận từ một số thuỷ vực tại Hà Nội Ďƣa về phòng thí

nghiệm Ďể lựa chọn các cá thể bèo có kích thƣớc và số lá Ďồng Ďều nhau. Để thích

nghi với môi trƣờng dinh dƣỡng và Ďiều kiện nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, bèo

tấm Lemma sp. sau khi thu nhận từ tự nhiên sẽ Ďƣợc lựa chọn và nuôi trong môi

trƣờng dinh dƣỡng (ISO 20079, 2005) với các thành phần Ďƣợc chuẩn bị theo bảng

2 (Ďƣợc trích dẫn trong phần phụ lục), Ďiều kiện nuôi nhƣ sau: nhiệt Ďộ khoảng 250C

± 20C, chu kỳ sáng:tối là 14:8 giờ, cƣờng Ďộ chiếu sáng 1000 lux, thời gian nuôi

thích nghi từ 4 - 8 tuần. Sau thời gian nuôi thích nghi, 6 cá thể bèo tấm có 4 cánh

(trƣởng thành) Ďƣợc lựa chọn và bổ sung vào bình tam giác chứa 100 mL môi

trƣờng nuôi bèo (Ďã bổ sung 0; 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm dung dịch nano Ďồng)

nhằm Ďánh giá Ďộc tính của vật liệu nano Ďồng Ďến sinh trƣởng của bèo Lemma sp.

Kích thƣớc hạt vật liệu nano Ďồng sử dụng trong nghiên cứu trong khoảng 25-40 nm.

Độc tính của nano Ďồng Ďến sinh trƣởng của bèo Ďƣợc theo dõi trong 7 ngày. Sinh

trƣởng của bèo Ďƣợc Ďánh giá thông qua sự thay Ďổi về khối lƣợng bèo giữa ngày thí

nghiệm cuối cùng so với ngày Ďầu tiên của thí nghiệm. Khả năng ức chế sinh trƣởng

Ďƣợc tính bằng công thức sau [151]:

Hiệu suất ức chế tăng trƣởng của vật liệu Ďến bèo Lemna sp. (%) = [(sinh

khối mẫu Ďối chứng - sinh khối mẫu thí nghiệm)/sinh khối mẫu Ďối chứng] x 100.

58

2. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến giáp xác Daphnia

magna.

D. magna Ďƣợc cung cấp bởi công ty Microbiotests Inc (Bỉ) và nuôi trong môi

trƣờng COMBO (APHA, 2012) ở Ďiều kiện nhiệt Ďộ khoảng 210C ± 1

0C, chu kỳ

sáng:tối là 16:8 giờ với cƣờng Ďộ chiếu sáng từ 500 - 800 lux [150]. Thức ăn cho D.

magna sử dụng trong nghiên cứu này là tảo lục Chlorella vulgaris. Môi trƣờng và

thức ăn Ďƣợc thay mới sau mỗi 2 ngày nuôi cấy cho Ďến khi Ďủ số lƣợng D. magna

cho thí nghiệm kiểm tra Ďộc tính. 10 cá thể D. magna con (1 ngày tuổi) Ďƣợc lựa

chọn ngẫu nhiên cho mỗi thí nghiệm kiểm tra Ďộc tính và nuôi riêng lẻ trong các

bình thủy tinh 100 mL. D. magna Ďƣợc phơi nhiễm với vật liệu nano Ďồng ở 6 nồng

Ďộ khác nhau [0,01; 0,05; 0,1; 1; 3 và 5 ppm] và môi trƣờng Ďối chứng (môi trƣờng

không chứa vật liệu nano Ďồng). Kích thƣớc hạt vật liệu nano Ďồng sử dụng trong

nghiên cứu trong khoảng 25-40 nm. Các nồng Ďộ thí nghiệm Ďƣợc lặp lại bốn lần.

Độc tính của vật liệu nano Ďồng Ďến D. magna Ďƣợc tính bằng tỷ lệ % số lƣợng con

sống/chết sau 24h và 48h. Ƣớc tính giá trị LC50 tại thời Ďiểm 24 và 48 giờ của nano

Ďồng bằng phƣơng pháp Probit sử dụng phần mềm SPSS 23 [152].

2.5.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đối với mẫu nước thực tế

(mẫu nước hồ Tiền)

Để nghiên cứu ảnh hƣởng ức chế của vật liệu nano Ďồng lên quần xã thực vật

tự nhiên trong hệ sinh thái nƣớc ngọt, mô hình mô phỏng thu nhỏ Ďã Ďƣợc thực hiện

với thể tích 10L. Nƣớc hồ Tiền (Đại Học Bách Khoa Hà Nội) Ďƣợc sử dụng cho thí

nghiệm này vì Ďây là hồ nƣớc bị ô nhiễm phú dƣỡng Ďiển hình và có sự hiện diện

ƣu thế của nhóm VKL Microcystis trong thành phần quần xã thực vật phù du,

thƣờng xuyên gây ra hiện tƣợng “nở hoa” nƣớc trong hồ. Mẫu nƣớc sau khi lấy tại

hồ Tiền Ďƣợc chuyển ngay về phòng thí nghiệm và tiến hành lọc với lƣới lọc bằng

vải có kích thƣớc lỗ lớn Ďể loại bỏ các tạp chất thô nhƣ: lá cây và các loại rác vô cơ,

hữu cơ khác. Dung dịch nano Ďồng có nồng Ďộ 1 ppm Ďƣợc sử dụng nhằm Ďánh giá

khả năng ức chế sinh trƣởng của thực vật phù du và VKL Microcystis có mặt trong

thành phần nƣớc hồ Tiền. Hai công thức thí nghiệm Ďã Ďƣợc bố trí, bao gồm: mẫu

Ďối chứng (control, nƣớc hồ Tiền), nano Ďồng (nƣớc hồ Tiền bổ sung dung dịch nano

Ďồng 1ppm). Các công thức thí nghiệm Ďƣợc lặp lại hai lần và Ďặt ở nhiệt Ďộ phòng

dao Ďộng trong khoảng 25-280C và Ďƣợc khuấy trộn 4-5 lần/ngày. Các thông số thuỷ

59

lý (nhiệt Ďộ, pH, oxi hoà tan), thuỷ hoá (NH4+-N và PO4

3--P) và sinh học Ďƣợc thu và

phân tích ở các ngày D0, D1, D2, D3, D4 và D8.

2.6. Các phƣơng pháp xác định sinh trƣởng của tảo

2.6.1. Phương pháp xác định mật độ quang OD

Hai chủng tảo Ďƣợc nuôi cấy và lấy mẫu theo chu kỳ Ďể xác Ďịnh Ďộng thái

sinh trƣởng bằng cách thu sinh khối và Ďo mật Ďộ quang ở bƣớc sóng OD 680 nm.

Để thực hiện phƣơng pháp, 4 mL mẫu sinh khối tảo Ďƣợc thu ở các thời Ďiểm khảo

sát. Sau Ďó mẫu Ďƣợc Ďo mật Ďộ quang bằng máy Ďo quang phổ UV-VIS (Simadzu,

Nhật Bản) ở bƣớc sóng 680 nm tại Viện Công nghệ Môi trƣờng, Viện Hàn lâm

Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

2.6.2. Phương pháp xác định mật độ tế bào

Để Ďánh giá ảnh hƣởng của vật liệu nano Ďến sinh trƣởng của hai loại tảo, mật

Ďộ tế bào thực vật nổi trong 1mL mẫu Ďƣợc Ďếm trên buồng Ďếm Sedgwick - Raffter

(20mm x 50mm x 1mm) [153].

Số lƣợng tế bào Ďƣợc tính theo công thức nhƣ sau:

N0 /mL = C x 1000 mm

3

LxDxWxS (1.3)

Trong Ďó: C: Số lƣợng tế bào Ďếm Ďƣợc

L: Chiều dài của mỗi thƣớc

D: Chiều sâu của thƣớc

W: Chiều rộng của thƣớc

S: Số ô Ďếm

2.6.3. Phương pháp xác định hàm lượng Chla [154]

Để Ďánh giá biến Ďộng mật Ďộ tảo và ảnh hƣởng của vật liệu nano Ďến sinh

trƣởng của hai loại tảo, hàm lƣợng chla là một thông số Ďƣợc xác Ďịnh ở các thời

Ďiểm khảo sát. Lấy một lƣợng thể tích nhất Ďịnh các dịch nuôi cấy VKL M.

aeruginosa KG, tảo lục C. vulgaris và nƣớc hồ Tiền (Bách Khoa) lọc qua giấy lọc

GF/C với kích thƣớc lỗ 45 µm (Whatman GF/C, Anh). Mẫu Ďƣợc chiết bằng acetone

(90%). Hàm lƣợng chla Ďƣợc tính theo công thức của Lorezen (1967) nhƣ sau:

Trƣớc axit:

(

) ( ) (1.4)

60

Sau axit:

(

) ( ) (1.5)

(

⁄ ) (

)

(1.6)

Trong Ďó:

Ana: hấp thụ tại bƣớc sóng khi không có axit;

Aa: hấp thụ tại bƣớc sóng Ďã có axit;

v: là thể tích axeton ngâm mẫu (10mL);

V: là thể tích lọc mẫu (l);

l: khoảng cách quang học của cuvet (1cm).

2.7. Các phƣơng pháp phân tích chất lƣợng môi trƣờng nƣớc

Bên cạnh các chỉ tiêu sinh học, các thông số thủy lý và thủy hóa cũng Ďƣợc

xác Ďịnh nhằm Ďánh giá chất lƣợng môi trƣờng trƣớc và sau xử lý với vật liệu nano.

2.7.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu thủy lý, thủy hóa

Các chỉ tiêu thủy lý bao gồm: nhiệt Ďộ, Ďộ oxy hòa tan (DO), Ďộ dẫn Ďiện

tổng chất rắn hòa tan (TDS), pH Ďƣợc Ďo hàng ngày. Các chỉ tiêu này Ďƣợc Ďo bằng

thiết bị Ďo nhanh WQC-DDK 24A (TOA, Nhật Bản).

Các chỉ tiêu thủy hóa nhƣ: NH4+

(mgN/l), PO43-

(mgP/l), Ďƣợc thu mẫu sau 0,

1, 2, 3, 4 và 8 ngày Ďặt thí nghiệm và Ďƣợc xác Ďịnh bằng phƣơng pháp so màu trên

máy Ďo quang UV-VIS 2450, Shimadzu-Nhật. Xác Ďịnh hàm lƣợng các chỉ tiêu nói

trên dựa theo các phƣơng pháp tiêu chuẩn của Mỹ [APHA, 1995].

2.7.2. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng NH4+(mg/L)

Trong môi trƣờng kiềm, với sự có mặt của citrate trinatri và natri hypoclorit,

ion amôni phản ứng với phenol tạo ra phức màu xanh, Ďồng thời sử dụng cyanua natri

làm chất xúc tác của phản ứng. Phép so màu Ďƣợc thực hiện ở bƣớc sóng 630 nm.

2.7.3. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng PO43-

(mg/L)

Trong môi trƣờng axit, các ion photphat PO43-

phản ứng với amoni molybdat

tạo thành phức chất photphomolybdic. Phức chất này phản ứng với axit ascobic cho

dung dịch màu xanh. Phức chất kali antimoin tartrat Ďƣợc cho thêm vào Ďể thúc Ďẩy

phản ứng và nhằm hạn chế ảnh hƣởng của quá trình thuỷ phân một số chất hữu cơ

trong quá trình phản ứng. Phép so màu Ďƣợc thực hiện ở bƣớc sóng 885 nm.

61

2.8. Các phƣơng pháp quan sát hình thái tế bào

2.8.1. Phương pháp quan sát bề mặt tế bào

Dịch nuôi cấy của VKL M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris Ďƣợc ly

tâm (5000v/p) trong 10 phút Ďể thu sinh khối tế tào. Sau Ďó mẫu tế bào Ďƣợc xử lý

trong dung dịch 2,5% glutaraldehyte/cacodylate 0,1M, pH = 7,2- 7,4. Sau khi rửa

bằng dung dịch cacodylate 0,1M, mẫu tế bào Ďƣợc cố Ďịnh lại bằng dung dịch OsO4

1% trong cacodylate 0,1M. Sau khi Ďể khô, mẫu Ďƣợc Ďƣa lên Ďế, phủ màng dẫn

Ďiện Pt- Pd. Mẫu tế bào Ďƣợc quan sát dƣới kính SEM HITACHI S4800 tại Phòng

kính hiển vi Ďiện tử, Viện vệ sinh Dịch Tễ trung ƣơng.

2.8.2. Phương pháp quan sát cắt lát mỏng mẫu tế bào

Dịch nuôi cấy của VKL M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris Ďƣợc ly

tâm (5000v/p) trong 10 phút Ďể thu sinh khối tế tào. Mẫu các tế bào sau Ďó Ďƣợc xử

lý trong dung dịch 2,5% glutaraldehyte/cacodylate 0,1M, pH= 7,2 - 7,4. Sau khi rửa

bằng dung dịch cacodylate 0,1M, mẫu tế bào Ďƣợc cố Ďịnh lại bằng dung dịch OsO4

1% trong cacodylate 0,1M. Sau Ďó mẫu sẽ Ďƣợc xử lý bằng cách kết tinh trong

époxyrein; cắt lát siêu mỏng ở mức 50-100nm và nhuộm bằng Uranyl Acetate sẽ

Ďƣợc quan sát lát cắt bằng kính hiển vi Ďiện tử truyền qua (TEM) ở các Ďộ phóng

Ďại khác nhau Ďể quan sát sự khác biệt vi cấu trúc giữa tế bào Ďối chứng (không có

sự tác Ďộng của vật liệu nano) và tế bào thí nghiệm (có sự tác Ďộng của vật liệu

nano). Trong luận án này, mẫu tế bào Ďƣợc quan sát dƣới kính (TEM) JEOL 1010

tại Phòng kính hiển vi Ďiện tử, Viện vệ sinh Dịch Tễ trung ƣơng.

2.9. Phƣơng pháp thống kê và xử lý số liệu

Trong luận án này, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp thống kê Ďể xử lý số liệu

thực nghiệm và Ďánh giá Ďộ tin cậy của phƣơng pháp phân tích bằng các phần mềm

nhƣ GraphPad 6; excel 2010; OriginPro 8 và SPSS 23.0 với ý nghĩa xác suất thống

kê ρ < 0,05. Tất cả các thí nghiệm Ďều Ďƣợc lặp lại ba lần.

62

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tổng hợp vật liệu nano

Với mục tiêu nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano Ďể xử lý VKL trong các

thủy vực nƣớc ngọt nên việc khảo sát một số Ďặc trƣng của vật liệu Ďã Ďƣợc tiến

hành. Nhƣ Ďã Ďề cấp trong chƣơng 2 của Luận án, các hạt nano kim loại bạc và

Ďồng Ďƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp khử hóa học, vật liệu nano sắt từ Ďƣợc tổng

hợp bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa. Đây Ďều là hai phƣơng pháp phổ biến Ďể chế

tạo vật liệu nao kim loại và nano từ tính [3, 4, 23, 24, 38]. Tuy nhiên, tính chất và

Ďặc trƣng của hạt nano Ďƣợc tổng hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: pH, nhiệt

Ďộ, nồng Ďộ và tỷ lệ các chất tham gia phản ứng, tỷ lệ chất ổn Ďịnh… Nếu các Ďiều

kiện thực nghiệm không Ďƣợc kiểm soát tốt thì các hạt nano thu Ďƣợc thƣờng không

Ďồng Ďều, phân bố với kích thƣớc rộng Ďồng thời Ďộ tinh thể kém Ďối với hạt nano

kim loại và với hạt nano từ tính thì ngoài pha Fe3O4 có thể tồn tại các pha khác nhƣ

α-Fe2O3 hay các hydroxit vô Ďịnh hình.

Trong nhiều năm qua, các nghiên cứu thƣờng tập trung tổng hợp và khảo sát

các tính chất của các mẫu hạt nano kim loại có kích thƣớc nanomet và các mẫu hạt

nano Fe3O4 có kích thƣớc trong vùng siêu thuận từ [3, 4, 28, 155]. Các kết quả công

bố chỉ ra rằng Ďặc trƣng của các hạt nano phụ thuộc nhiều vào kích thƣớc hạt, hình

dạng và phƣơng pháp tổng hợp. Do Ďó, mỗi loại vật liệu khác nhau cần có các

nghiên cứu cụ thể khác nhau. Vì vậy, trong phạm vi của luận án và trong nội dung

của phần này chúng tôi sẽ tập trung tổng hợp và khảo sát một số Ďặc trƣng Ďiển hình

của hạt nano kim loại có kích thƣớc nanomet và vật liệu hạt nano Fe3O4 có kích

thƣớc trong vùng siêu thuận từ nhằm thu nhận vật liệu có Ďặc Ďiểm tối ƣu Ďể ứng

dụng thực nghiệm xử lý VKL.

3.1.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng của vật liệu nano bạc tổng

hợp bằng phương pháp khử hóa học

3.1.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ NaBH4/Ag+

Để khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ nồng Ďộ NaBH4/Ag+ trong phản ứng khử lên

sự hình thành kích thƣớc, hình dạng và hiệu ứng cộng hƣởng Plasmon bề mặt của

vật liệu nano bạc, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các mẫu vật liệu Ďƣợc tổng hợp ở

các tỷ lệ NaBH4/Ag+ khác nhau. Các mẫu Ďƣợc ký hiệu là M1, M2, M3, M4 và M5

tƣơng ứng với tỷ lệ NaBH4/Ag+ lần lƣợt là 1/1; 1/2; 1/3; 1/4; 1/5. Kết quả nghiên

63

cứu Ďƣợc thực hiện bằng các phép Ďo quang phổ UV-VIS và kính hiển vi Ďiện tử

truyền qua (TEM).

Trong phƣơng pháp khử hóa học, vật liệu bạc nano chủ yếu Ďƣợc Ďiều chế từ

các phản ứng khử ion Ag+ trong dung dịch muối bạc thành Ag

0 nhờ các tác nhân

khử. Sự hình thành các hạt nano bạc có thể Ďƣợc giải thích theo phản ứng nhƣ sau:

2AgNO3 + 2NaBH4 = 2Ag0 + B2H6 + H2 + 2NaNO3

Tác nhân khử và nồng Ďộ Ag+ là yếu tố có tính chất quyết Ďịnh kích thƣớc,

hình dáng hạt tạo thành [14]. Các tác nhân khử thƣờng Ďƣợc sử dụng nhƣ: NaBH4,

các amine, aldehydes... [15]. Trong luận án này chúng tôi sử dụng NaBH4 vì Ďây là

chất khử mạnh có xu hƣớng tạo ra các hạt nano bạc kích thƣớc nhỏ và Ďồng Ďều. Do

Ďó, nồng Ďộ NaBH4 là một trong những yếu tố quyết Ďịnh và ảnh hƣởng trực tiếp

Ďến quá trình hình thành sản phẩm nano bạc. Nồng Ďộ NaBH4 không Ďƣợc quá lớn

Ďể tránh quá trình phản ứng xảy ra quá nhanh, các hạt bạc nano tạo thành dễ có khả

năng keo tụ.

Hình 3.1. Phổ UV-VIS các mẫu nano Ag phụ thuộc tỷ lệ nồng độ NaBH4/Ag+

Hình 3.1 trình bày kết quả Ďo phổ UV-VIS của các mẫu vật liệu nano bạc

tổng hợp bằng phƣơng pháp khử hóa học ở các tỷ lệ NaBH4/Ag+ khác nhau. Kết quả

cho thấy phổ UV-VIS của các mẫu Ďều hấp thụ bƣớc sóng dao Ďộng trong khoảng

từ 390 - 430 nm. Đây cũng là khoảng dao Ďộng phổ UV-VIS Ďặc trƣng của dung

dịch keo nano bạc, cƣờng Ďộ của Ďỉnh cao tƣơng ứng với nồng Ďộ của các hạt nano

trong nƣớc của dung dịch Ďo [156]. Phổ hấp thụ quang học của các hạt nano kim

loại bị chi phối bởi bề mặt cộng hƣởng Plasmon. Vị trí và hình dạng phổ hấp thụ

của các hạt nano phụ thuộc mạnh vào kích thƣớc hạt, hằng số Ďiện môi và bề mặt

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

300 400 500 600 700

Độ h

ấp

ph

ụ (

a.u

.)

Bƣớc sóng (nm)

M1

M2

M3

M4

M5

64

vật liệu hấp thụ [13]. Kết quả này chứng minh các hạt vật liệu bạc thu Ďƣợc có kích

thƣớc nano. Khi tăng lƣợng chất khử NaBH4 vào dung dịch phản ứng thì hiệu suất

hình thành các hạt nano bạc sẽ tăng và Ďạt cực Ďại ở tỷ lệ 1:2, kết quả này thể hiện

khá rõ trên hình 3.1. Nếu tiếp tục tăng hàm lƣợng chất khử NaBH4 dƣ cũng không

làm tăng thêm hiệu suất tạo vật liệu nano, nên trong thực tế không cần thiết sử dụng

NaBH4 dƣ.

Hình 3.2. Ảnh TEM của nano Ag phụ thuộc vào tỷ lệ nồng độ BH4-/Ag

+

Để xác Ďịnh kích thƣớc và hình thái học của hạt nano bạc, dựa vào kết quả Ďo

TEM của các mẫu nano bạc Ďiều chế theo tỷ lệ nồng Ďộ BH4-/Ag

+ trên hình 3.2 ta

thấy: tất cả các mẫu nano bạc Ďiều chế Ďƣợc Ďều có kích thƣớc nano và nhỏ hơn 20

nm. Kết hợp với kết quả Ďo UV-VIS của dung dịch nano bạc có thể thấy rằng tỷ lệ

nồng Ďộ NaBH4/Ag+

là 1:4 có chất lƣợng tốt nhất và ổn Ďịnh nhất. Tỷ lệ này cũng

phù hợp với một số kết quả nghiên cứu trƣớc Ďây [3, 157]. Khi tiến hành tổng hợp

hạt nano bạc bằng phƣơng pháp khử hóa học với tỷ lệ NaBH4/Ag+

là 1:4, Mansour

và cs. (2013) Ďã thu Ďƣợc các hạt nano bạc có kích thƣớc trong khoảng 10-17 nm và

bƣớc sóng hấp thụ của phổ UV-VIS là 430 nm [3]. Bằng phƣơng pháp tƣơng tự, kết

quả nghiên cứu của Basavaraj và cs. (2012) cũng chỉ ra rằng các hạt nano bạc thu

Ďƣợc có Ďỉnh hấp thụ UV-VIS nằm trong khoảng 400 - 500nm và Ďƣờng kính các

hạt nano trung bình 44 - 56,55 nm [157].

M3 M4 M5

M

1

M2

65

Hình 3.3. Lực đẩy của hạt nano Ag khi hấp phụ BH4- (M

0-các hạt nano Ag) [158]

Hơn nữa, trong quá trình tổng hợp cần lƣợng dƣ chất khử mới tránh Ďƣợc

hiện tƣợng oxi hoá. Do vậy, khi ion Ag+ chƣa bị khử hoàn toàn, chúng Ďƣợc hấp

phụ trên bề mặt hạt và tạo thành các mixen gồm nhân bạc, một lớp chất bảo vệ và

lớp Ďiện kép của Ag+ và BH4

-. Nhờ lớp Ďiện kép này mà các hạt Ag nano mang Ďiện

tích cùng dấu và chúng Ďẩy nhau, tránh Ďƣợc hiện tƣợng keo tụ (Hình 3.3) [158]. Từ

những kết quả khảo sát thu Ďƣợc ở trên, tỷ lệ nồng Ďộ NaBH4/Ag+

Ďƣợc chọn là 1/4.

3.1.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ổn định chitosan

Để AgNPs phân tán tốt trong dung môi, tránh kết tụ, AgNPs Ďƣợc làm bền

hóa trong các chất hữu cơ, các polyme. Các tác nhân bền hóa thƣờng Ďƣợc dùng

hiện nay nhƣ: chitosan, citrat, PVP, PVA, CTAB, các loại Ďƣờng… Một số polyme

phổ biến Ďƣợc sử dụng là: polyetylen glycol (PEG) [3], polyvinyl pyrolidon (PVP)

[159], polyvinyl alcol (PVA) [160]… Ngoài tác dụng làm pha phân tán, ổn

Ďịnh AgNPs, các polyme còn làm tăng Ďộ tƣơng thích sinh học của nano bạc trong

các ứng dụng diệt tảo, xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Trong luận án này chúng tôi sử

dụng chất ổn Ďịnh là chitosan. Để tăng Ďộ Ďồng Ďều và tính ổn Ďịnh của các hạt

nano, chống lại quá trình co cụm, kết tụ các hạt nano bạc với nhau thì cần phải khảo

sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất phân tán chitosan ở các nồng Ďộ khác nhau. Vật

liệu nano bạc Ďƣợc Ďiều chế với nồng Ďộ 500 mg/L, tỷ lệ mol [Citric]/[Ag+]: 3, các

mẫu Ďƣợc ký hiệu là M6, M7, M8, M9 và M10 tƣơng ứng với nồng Ďộ chitosan lần

lƣợt là 100, 200, 300, 400 và 500 mg/L. Kết quả nghiên cứu Ďƣợc thực hiện bằng

các phép Ďo quang phổ UV-VIS và kính hiển vi Ďiện tử truyền qua (TEM).

Kết quả Ďo UV-VIS trên hình 3.4 chỉ ra rằng các mẫu vật liệu Ďiều chế Ďƣợc

hấp thụ ở bƣớc sóng Ďặc trƣng của nano bạc là 400-430 nm. Bƣớc sóng hấp thụ cực

Ďại có xu hƣớng tăng khi nồng Ďộ chitosan trong dung dịch tăng. Tuy nhiên, Ďể

66

Ďánh giá mức Ďộ Ďồng Ďều về kích thƣớc hạt giữa các mẫu cần xem xét Ďến các ảnh

TEM của vật liệu nano bạc thu Ďƣợc.

Hình 3.4. Phổ UV-VIS của nano bạc phụ thuộc vào nồng độ chitosan

Ảnh TEM của các mẫu nano bạc phụ thuộc vào nồng Ďộ chitosan Ďƣợc thể

hiện trên hình 3.5. Hình 3.5 cho thấy khi nồng Ďộ chitosan trong dung dịch nhỏ

(100 mg/L) và khá lớn (500 mg/L) thì các hạt nano bạc thu Ďƣợc không Ďồng Ďều

và kích thƣớc hạt lớn, sự tập hợp giữa các hạt nano bạc dễ dàng xảy ra. Độ Ďồng

Ďều của kích thƣớc các hạt bạc nano tăng dần khi hàm lƣợng chitosan tăng từ 200 -

400 nm. Tại nồng Ďộ chitosan là 300 mg/L thì các hạt nano bạc thu Ďƣợc có kích

thƣớc Ďồng Ďều nhất và Ďều nhỏ hơn 20 nm.

Hình 3.5. Ảnh TEM của nano bạc phụ thuộc vào nồng độ chitosan

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

350 400 450 500 550 600

Độ h

ấp

ph

ụ (

a.u

)

Bƣớc sóng (nm)

M6M7M8M9M10

M6 M7

M8 M9 M10

67

Chitosan là một polysacarit mạch thẳng Ďƣợc cấu tạo từ các D-glucosamine

(Ďã deaxetyl hóa) liên kết tại vị trí β-(1-4) (Hình 3.6). Phân tử chitosan có các nhóm

phân cực -OH và -NH2 có ái lực mạnh với ion Ag+

và các phân tử Ag kim loại.

Hình 3.6. Cấu tạo phân tử của chitosan (https://vi.wikipedia.org/wiki/Chitosan)

Theo một số kết quả nghiên cứu Ďã công bố, các hạt nano bạc sau khi hình

thành sẽ Ďƣợc làm bền theo cơ chế sau [161, 162]:

- Bƣớc 1: các ion Ag+ Ďƣợc hấp phụ vào Chitosan

R-NH2 + H+ R-NH3

+

R-NH2 + Ag+ → R-NH2Ag

+

R-NH3+ + Ag

+ → R-NH2Ag

+ + H

+

R-NH2Ag+ + H2O → AgOH + R-NH3

+

- Bƣớc 2: phản ứng tạo thành phức chitosan/nano bạc (Cs/AgNPs)

2AgOH 2Ag+ + 2OH

- Ag2O + H2O

Ag2O + R’CH2OH → R’CHO + 2Ag + 2H2O

Ag2O + R’CHO → R’COO- + 2Ag + 2H2O

Theo cơ chế này, Ďầu tiên ion Ag+ sẽ tạo liên kết với nhóm -NH2 của

chitosan, vì nó nhận Ďƣợc cặp electron tự do của nguyên tử N và do sự cạnh tranh

hấp phụ của ion Ag+, ion H

+ Ďối với nguyên tử N. Thêm vào Ďó, phức R-NH2Ag

+ bị

thủy phân với H2O tạo thành AgOH. Tiếp theo Ďến bƣớc 2 là quá trình tạo phức

chitosan/nano bạc, do sản phẩm AgOH không bền nên tiếp tục bị thủy phân thành

Ag2O, Ag2O tiếp tục bị khử bởi nhóm CH2-OH của chitosan tạo thành Ag0 và nhóm

CH2–OH bị oxy hóa thành nhóm aldehyde (-CHO). Nhóm -CHO tiếp tục khử Ag2O

tạo thành Ag0 và gốc axit (-COO). Kết thúc phản ứng ion bạc Ag

+ bị khử thành Ag

0

nhờ chitosan và phân tán Ďều trong mạng lƣới của chất làm bền này, tránh Ďƣợc

hiện tƣợng keo tụ. Vì vậy, trong quá trình phản ứng này, chitosan Ďóng hai vai trò

vừa là tác nhân khử ion ion bạc Ag+ thành Ag

0, vừa là chất giúp các ion Ag

+ phân

tán Ďều trên bề mặt vật liệu.

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Polysacarit&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=D-glucosamine&action=edit&redlink=1

68

Có thể thấy rằng, khi nồng Ďộ chitosan càng cao sẽ tạo thành lớp phủ dày hơn

trên bề mặt các hạt nano bạc dẫn Ďến sự hấp phụ chọn lọc yếu hơn, tạo ra lớp chất

nền bao bọc hạt bạc nano bên trong. Tuy nhiên, khi nồng Ďộ chitosan cao thì Ďộ nhớt

trong dung dịch tăng cũng ảnh hƣởng Ďến quá trình phản ứng, làm phản ứng xảy ra

chậm và các hạt nano tạo thành có Ďiều kiện Ďể co cụm với nhau dẫn Ďến kích thƣớc

các hạt tăng. Vì vậy, nồng Ďộ chitosan tối ƣu cho quá trình Ďiều chế dung dịch keo

nano bạc Ďƣợc chọn là 300 mg/L.

3.1.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ axit citric

Axit citric Ďƣợc sử dụng nhƣ môi trƣờng Ďệm Ďể duy trì sự ổn Ďịnh pH của

dung dịch. Để khảo sát ảnh hƣởng của nồng Ďộ axit citric Ďến quá trình hình thành

dung dịch nano bạc, nồng Ďộ nano bạc Ďƣợc giữ cố Ďịnh là 500 mg/L, tỷ lệ

NaBH4/Ag+ là 1/4, nồng Ďộ chitosan là 300 mg/L và tỷ lệ mol citric/Ag

+ khảo sát

trong khoảng 1,2; 3; 6; 12; 24; 48 tƣơng ứng với các mẫu M11, M12, M13, M14,

M15 và M16. Kết quả nghiên cứu Ďƣợc thực hiện bằng các phép Ďo quang phổ UV-

VIS và kính hiển vi Ďiện tử truyền qua (TEM).

Hình 3.7. Phổ UV-VIS của nano bạc phụ thuộc vào nồng độ axit citric

Từ kết quả Ďo UV-VIS (Hình 3.7) có thể nhận thấy dung dịch nano bạc Ďƣợc

Ďiều chế hấp thụ bƣớc sóng trong khoảng 400-412 nm. Bƣớc sóng hấp thụ cực Ďại

của nano bạc có xu hƣớng giảm dần khi tăng nồng Ďộ axit citric trong hỗn hợp phản

ứng, kết quả này thể hiện kích thƣớc hạt nano bạc cũng giảm Ďi. Đồng thời, cƣờng

Ďộ Ďỉnh cũng giảm dần khi hàm lƣợng axit này trong hỗn hợp phản ứng tăng. Kết

quả Ďo TEM các mẫu nano bạc phụ thuộc vào nồng Ďộ axit citric trong dung dịch

0

0.1

0.2

0.3

0.4

350 400 450 500 550 600 650 700

Độ h

ấp

ph

ụ (

a.u

.)

Bƣớc sóng (nm)

M11

M12

M13

M14

M15

M16

69

Ďƣợc thể hiện trên hình 3.8. Kết quả của mẫu M15 cho thấy trong hệ có thể có 2 loại

hạt nano, có thể cả hạt nano chitosan hình thành khi có mặt axit citric. Kết quả này

cho thấy kích thƣớc hạt nano bạc khi thay Ďổi nồng Ďộ axit citric là rất khác nhau.

Vì phân tử axit citric có nhóm phân cực –COO có xu hƣớng ái lực với ion Ag+ [161,

163]. Trên nguyên tử O của nhóm cacboxyl chứa 2 opitan lai hóa sp2 chứa hai cặp

Ďiện tử chƣa tham gia liên kết. Trƣớc khi tham gia phản ứng khử, ion Ag+ tham gia

liên kết bền vững với những Ďiện tử này, dẫn Ďến sự phân bố của ion bạc Ďƣợc tốt

hơn trên nền polyme chitosan và chúng không thể lớn lên một cách tự do trong quá

trình khử [161]. Mặt khác axit citric là môi trƣờng Ďệm tốt Ďể duy trì sự ổn Ďịnh pH

cho phản ứng [164]. Với tỷ lệ [Citric]/[Ag+] = 3,0 các hạt nano bạc thu Ďƣợc có kích

thƣớc nhỏ, Ďồng Ďều nhất và Ďều nhỏ hơn 20 nm.

Hình 3.8. Ảnh TEM của nano Ag phụ thuộc tỷ lệ nồng độ [Citric]/[Ag+]

Sau khi chọn Ďƣợc một số Ďiều kiện tối ƣu nhƣ tỷ lệ nồng Ďộ chất khử

NaBH4 và Ag+ là 1/4

, tỷ lệ [Citric]/[Ag

+] trong dung dịch bằng 3,0 và nồng Ďộ chất

ổn Ďịnh chitosan là 300 mg/L. Chúng tôi tiến hành khảo sát cấu trúc tinh thể hạt

nano bạc bằng kỹ thuật kính hiển vi Ďiện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM).

Kết quả nghiên cứu Ďƣợc thể hiện trên hình 3.9.

M11 M12 M13

M14 M15 M16

70

Hình 3.9. Ảnh HR-TEM của vật liệu nano Ag khảo sát ở tỷ lệ tối ưu

Cấu trúc hạt nano bạc ở tỷ lệ lựa chọn cho thấy chúng có cấu trúc tinh thể lục

giác Ďiển hình của hạt nano kim loại. Phổ hấp thụ UV-VIS của các thông số Ďã khảo

sát Ďều nằm trong khoảng từ 390-430 nm, kết quả này ghi nhận sự hiển diện của các

hạt nano bạc. Kết quả chụp HR-TEM cho thấy các tinh thể Ďƣợc Ďịnh hƣớng dọc

theo Ďỉnh của cấu trúc tinh thể kiểu mạng lập phƣơng tâm mặt Fcc và phù hợp với

kết quả của nghiên cứu Ďã công bố trƣớc Ďây [160]. Khi tổng hợp nano bạc phƣơng

pháp tƣơng tự, T. Abdul và cs. (2011) Ďã thu Ďƣợc vật liệu nano có Ďỉnh phổ UV-

VIS cao nhất là 425 nm, các tinh thể Ďƣợc Ďịnh hƣớng dọc theo các Ďỉnh tƣơng ứng

có tọa Ďộ (100) và (101) trong cấu trúc lục giác của hạt nano bạc.

Dựa trên các kết quả Ďã khảo sát, chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu nano

bạc ở Ďiều kiện tỷ lệ nồng Ďộ chất khử NaBH4/Ag+ là 1/4

, tỷ lệ [Citric]/[Ag

+] bằng

3,0 và nồng Ďộ chất ổn Ďịnh chitosan là 300 mg/L Ďể thử nghiệm ảnh hƣởng của vật

liệu Ďến sinh trƣởng của các Ďối tƣợng nghiên cứu trong luận án.

3.1.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng của vật liệu nano đồng

bằng phương pháp khử hóa học

3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nồng độ NaBH4/Cu2+

Tƣơng tự nhƣ vật liệu nano bạc, Ďể khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ nồng Ďộ

NaBH4/Cu2+

trong phản ứng khử lên Ďặc trƣng vật liệu và cấu trúc tinh thể của hạt

nano Ďồng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các mẫu vật liệu Ďƣợc tổng hợp ở các tỷ

lệ NaBH4/Cu2+

khác nhau. Các mẫu Ďƣợc ký hiệu là M1, M2, M3, M4 và M5 tƣơng

ứng với tỷ lệ NaBH4/Cu2+

lần lƣợt là 1/1; 1,5/1; 2/1; 3/1; 4/1. Kết quả nghiên cứu

Ďƣợc thực hiện bằng các phép Ďo nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi Ďiện tử quét

71

(SEM) và kính hiển vi Ďiện tử truyền qua (TEM). Giản Ďồ nhiễu xạ tia X của các

mẫu này Ďƣợc trình bày trên hình 3.10.

Hình 3.10. Phổ XRD của vật liệu nano Cu khảo sát theo tỉ lệ nồng độ NaBH4/Cu2+

Cấu trúc tinh thể và Ďộ tinh khiết của mẫu nano Ďồng tổng hợp Ďƣợc kiểm

chứng bằng giản Ďồ nhiễu xạ tia X (XRD). Kết quả trên hình 3.10 cho

thấy, trong giản Ďồ XRD xuất hiện cả ba Ďỉnh có cƣờng Ďộ hoàn toàn trùng khớp với

phổ chuẩn của kim loại Ďồng với các mặt (111), (200), (220) tƣơng ứng với góc 2θ

= 43,3; 50,4 và 74,00 với cƣờng Ďộ lớn thuộc mạng Bravais trong cấu trúc lập

phƣơng tâm mặt Fcc của kim loại Ďồng [2]. Các pic Ďặc trƣng trên giản Ďồ có cƣờng

Ďộ mạnh, sắc nét và Ďộ bán rộng của Ďỉnh hẹp, chứng tỏ mức Ďộ tinh thể hóa của vật

liệu. Ngoài ra, trên giản Ďồ XRD của vật liệu còn thấy xuất hiện các pic Ďặc trƣng

của tinh thể CuO, Cu2O ở các Ďỉnh nhiểu xạ tƣơng ứng là (111) và (220). Sự hiện

diện của Cu2O chỉ ra sự oxy hóa từng phần của các hạt nano Ďồng với oxy hòa tan

trong dung dịch [2, 25]. Đối với các hạt nano Ďồng, oxy có trong môi trƣờng xung

quanh bầu khí quyển nhanh chóng hình thành một lớp oxit trên hạt bề mặt khi

chúng tiếp xúc với không khí. Theo kết quả Ďã công bố của Khalid (2015) và Liu

(2012) Ďiều này có nghĩa là hạt nano Ďồng có thể Ďƣợc tổng hợp ở Ďiều kiện thƣờng

với áp suất khí quyển và nhiệt Ďộ phòng bằng cách sử dụng nƣớc khử ion nhƣ một

dung môi và không nhất thiết phải thực hiện phản ứng hóa học trong môi trƣờng khí

trơ nhằm giảm thiểu chi phí của cả quá trình [2, 25].

Theo lý thuyết thì các pic Ďặc trƣng cho tinh thể CuO, Cu2O trên giản Ďồ có

cƣờng Ďộ giảm dần khi tỉ lệ nồng Ďộ NaBH4/Cu2+

tăng dần [24, 133, 165]. Độ rộng

pic phụ thuộc vào tốc Ďộ lớn của hạt và số lƣợng tâm hình thành cùng một lúc. Khi

72

lƣợng BH4- tăng dần sẽ tạo ra nhiều tâm hơn và kích thƣớc hạt nhỏ hơn, các Ďỉnh

pic có xu hƣớng giãn rộng ra, do quá trình tạo mầm diễn ra nhanh hơn so với tốc Ďộ

quá trình phát triển tinh thể và dẫn Ďến xu hƣớng vô Ďịnh hình tăng lên. Tuy nhiên,

pic thực tế Ďặc trƣng cho tinh thể CuO, Cu2O không giảm khi tỉ lệ nồng Ďộ

NaBH4/Cu2+

tăng. Điều này có thể giải thích do trong quá trình chế tạo và bảo quản

thì một lƣợng Cu Ďã bị oxy hóa. Trong quá trình khử tỉ lệ nồng Ďộ NaBH4/Cu2+

tăng

dần dẫn Ďến sự dƣ thừa NaBO2 trong sản phẩm hạt nano Ďồng thu Ďƣợc. Mặt khác

khi hàm lƣợng NaBH4 cao thì trong quá trình phản ứng không kiểm soát Ďƣợc tốc

Ďộ hình thành mầm tinh thể và lƣợng hạt nhân sinh ra nhiều trong thời gian ngắn

làm quá trình phát triển hạt dễ dàng có sự kết tụ Ďể hình thành các hạt có kích thƣớc

lớn hơn. Do vậy, nhóm nghiên cứu tiến hành Ďo SEM của vật liệu Ďể xác Ďịnh mức

Ďộ phân bố của hạt Cu. Kết quả thể hiện trên hình 3.11.

Hình 3.11. Ảnh SEM của các mẫu nano đồng theo tỷ lệ NaBH4/Cu2+

Kết quả Ďo SEM cho thấy, các hạt nano Cu phân bố với kích thƣớc không

Ďồng Ďều khi tăng tỉ lệ nồng Ďộ giữa chất khử và tiền chất. Điều này có thể giải

thích do trong quá trình phản ứng, khi lƣợng NaBH4 vừa Ďủ Ďể khử Cu2+

(NaBH4/Cu2+

= 1 và 1,5) thì các mầm tinh thể Ďƣợc hình thành từ từ, quá trình tập

hợp và lớn lên xảy ra chậm nên các hạt Cu Ďƣợc tạo ra có dạng hình cầu, phân bố

với kích thƣớc trong khoảng 50 - 80 nm. Với tỉ lệ NaBH4/Cu2+

= 2 : 1 thì hạt Cu

Ďƣợc tạo ra với kích thƣớc 20 - 50 nm. Khi tỉ lệ NaBH4/Cu2+

= 3 và 4 hay lƣợng

chất khử dƣ so với tiền chất thì tốc Ďộ phản ứng xảy ra nhanh, quá trình hình thành

các tâm phản ứng nhanh hơn, tuy nhiên trong Ďiều kiện phản ứng không có chất bảo

M1 M2

M3 M4 M5

73

vệ thì các tâm phản ứng này rất dễ tập hợp lại tạo lên các hạt có kích thƣớc lớn hơn.

Do vậy các hạt nano Cu Ďƣợc hình thành với kích thƣớc không Ďồng Ďều.

Trong dung dịch nƣớc, phản ứng khử xảy ra theo cơ chế sau [25]:

4Cu2+

+ BH4- + 8OH

- 4Cu + B(OH)4

- + 4H2O

Về lý thuyết, tỉ số stoxiometric của ion Cu2+

/NaBH4 là 4:1. Vì vậy, khi cố

Ďịnh nồng Ďộ Cu2+

thì nồng Ďộ NaBH4 nên lý tƣởng là gấp 4 lần nồng Ďộ Cu2+

[25].

Theo Liu và cs. (2012) thì kích thƣớc trung bình của Cu hạt nano giảm khi nồng Ďộ

NaBH4 tăng. Kết quả của nghiên cứu này cũng cho thấy, ở những mẫu có nồng Ďộ

NaBH4 cao hơn, không thấy sự xuất hiện của Cu(OH)2 nhƣng Ďỉnh nhiễu xạ của

Cu2O chỉ biến mất khi nồng Ďộ NaBH4 cao hơn gấp nhiều lần so với nồng Ďộ Cu2+

.

Phân tích XRD cho thấy, Cu(OH)2 và Cu2O là các sản phẩm trung gian của quá

trình khử hóa học. Trong quá trình phản ứng, Cu2+

Ďƣợc biến Ďổi thành Cu(OH)2

trƣớc khi kết hợp với dung môi và sau Ďó bị khử bởi NaBH4 Ďƣợc thêm vào dung

dịch [25]. Vì vậy, nhóm nghiên cứu tiếp tục tiến hành Ďo TEM Ďể xác Ďịnh kích

thƣớc hạt nano Cu. Kết quả Ďƣợc thể hiện trên hình 3.12.

Hình 3.12. Ảnh TEM của các mẫu nano đồng theo tỷ lệ NaBH4/Cu2+

Kết quả Ďo TEM vật liệu cho thấy, khi tỉ lệ nồng Ďộ NaBH4/Cu2+

= 1 : 1 và

1,5: 1 thì các hạt nano Cu tạo ra có kích thƣớc > 50 nm. Các hạt phân bố khá Ďồng

Ďều với kích thƣớc khoảng 20 - 50 nm khi tỉ lệ NaBH4/Cu2+

= 2 : 1. Các hạt nano có

hiện tƣợng co cụm lại thành từng Ďám, phân bố không Ďồng Ďều, kích thƣớc > 50 nm

khi tỉ lệ NaBH4/Cu2+

= 3:1 và 4:1, phù hợp với kết quả Ďo SEM. Để Ďáp ứng mục tiêu

của luận án mẫu M3 (tỉ lệ NaBH4/Cu2+

= 2:1) Ďã Ďƣợc chọn làm mẫu Ďại diện.

M1 M2

M3 M4 M5

74

3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu0

Nồng Ďộ của Cu0 chế tạo Ďƣợc là một trong những yếu tố ảnh hƣởng tới Ďặc

trƣng vật lý của các hạt nano Ďồng. Nhóm nghiên cứu Ďã tiến hành khảo sát ảnh

hƣởng của nồng Ďộ Cu0 tạo thành tới Ďặc trƣng vật lý của hạt nano Ďồng và Ďo phổ

XRD vật liệu Ďể xác Ďịnh sự có mặt của nguyên tố Cu trong vật liệu. Các mẫu Ďƣợc

ký hiệu là N1, N2, N3, N4 và N5 tƣơng ứng với tỷ lệ Cu0 lần lƣợt là 2g/L; 3g/L;

5g/L; 6g/L và 7g/L. Tƣơng tự, kết quả cũng Ďƣợc Ďo bằng phƣơng pháp nhiễu xạ

tia X (XRD), kính hiển vi Ďiện tử quét (SEM) và kính hiển vi Ďiện tử truyền qua

(TEM). Kết quả Ďo giản Ďồ nhiễu xạ tia X này Ďƣợc trình bày trên hình 3.13.

Hình 3.13. Phổ XRD của vật liệu nano Cu khảo sát theo nồng độ Cu0

Kết quả thu Ďƣợc cho thấy giản Ďồ XRD của các mẫu nano Cu Ďều xuất hiện

các pic Ďặc trƣng của vật liệu Cu. Các pic Ďặc trƣng trên giản Ďồ có cƣờng Ďộ rõ nét

và Ďộ bán rộng của Ďỉnh hẹp. Ngoài ra, trên giản Ďồ XRD của vật liệu còn thấy xuất

hiện các pic Ďặc trƣng của tinh thể CuO, Cu2O. Điều này có thể giải thích là do

trong quá trình Ďiều chế các hạt Ďồng Ďã bị oxy hóa. Trong quá trình chế tạo nồng Ďộ

Cu0 tăng dần dẫn Ďến phản ứng không kiểm soát Ďƣợc soát tốc Ďộ hình thành, phát triển

của mầm tinh thể và ảnh hƣởng trực tiếp tới kích thƣớc hạt Ďồng tạo thành. Do vậy,

nhóm nghiên cứu tiến hành Ďo SEM của vật liệu Ďể xác Ďịnh mức Ďộ phân bố của hạt

Cu. Kết quả Ďƣợc thể hiện trên hình 3.14. Kết quả Ďo SEM vật liệu cho thấy, các hạt

nano Cu tạo thành phân bố với kích thƣớc không Ďồng Ďều khi nồng Ďộ của Cu0

tăng. Khi nồng Ďộ của Cu0 là 2g/L và 3g/L thì các hạt nano Ďồng tạo thành có kích

thƣớc trong khoảng 20 - 40 nm. Các hạt nano Ďồng có hiện tƣợng co cụm thành

75

từng mảng khi tăng nồng Ďộ Cu0 tăng lên 5g/L; 6g/L và 7g/L. Điều này có thể giải

thích do trong quá trình khử khi mà nồng Ďộ dung dịch cao thì các mầm tinh thể

Ďƣợc hình thành rất nhiều, trong Ďiều kiện thể tích dung môi cố Ďịnh và không có

chất bảo vệ thì các mầm tinh thể này rất dễ tiếp xúc với nhau và tập hợp lại thành

những hạt có kích thƣớc lớn hơn.

Hình 3.14. Ảnh SEM của vật liệu nano Cu khảo sát theo nồng độ Cu0

Nhóm nghiên cứu tiếp tục tiến hành Ďo TEM Ďể xác Ďịnh kích thƣớc hạt nano

Cu. Kết quả Ďƣợc thể hiện trên hình 3.15.

Hình 3.15. Ảnh TEM của vật liệu nano Cu khảo sát theo nồng độ Cu0:

Kết quả Ďo TEM mẫu nano Cu khảo sát theo nồng Ďộ Cu0

tạo thành cho thấy,

các hạt nano Ďồng phân bố khá Ďồng Ďều với kích thƣớc trong khoảng 20-40 nm khi

nồng Ďộ Cu0 = 2g/L. Khi tăng nồng Ďộ Cu

0 = 3; 4g/L thì các hạt Ďồng tạo ra bắt Ďầu

có hiện tƣợng co cụm lại và tạo ra các hạt có kích thƣớc > 50 nm, phân bố không

Ďồng Ďều khi nồng Ďộ Cu0 = 6; 7g/L, phù hợp với kết quả Ďo SEM. Để Ďáp ứng mục

tiêu của luận án, chúng tôi lựa chọn mẫu N1 (có nồng Ďộ Cu0 = 2g/L).

N1 N2

N3 N4 N5

N1 N2

N3 N4 N5

76

Giản Ďồ nhiễu xạ tia X (Hình 3.16c) cho thấy các hạt nano Cu hình thành có

cấu trúc lập phƣơng tâm mặt Fcc với các Ďỉnh nhiễu xạ của các mặt phẳng mạng

(111), (200) và (220) tƣơng ứng với góc 2θ = 43,3; 50,4 và 74,00 với cƣờng Ďộ lớn.

Ngoài ra, trong khoảng 2θ từ 0 Ďến 800 không xuất hiện các Ďỉnh nhiễu xạ khác.

Điều này cho thấy vật liệu chế tạo Ďƣợc có Ďộ kết tinh và tinh khiết cao. Ảnh SEM

của mẫu vật liệu (Hình 3.16a) cho thấy các hạt nano Cu có bề mặt khá Ďồng nhất.

Kích thƣớc hạt và sự phân bố hạt nano Cu Ďƣợc Ďặc trƣng bằng hình ảnh TEM. Kết

quả nghiên cứu ảnh TEM (Hình 3.16b) cho thấy các hạt nano Cu chế tạo Ďƣợc có

kích thƣớc và phân bố khá Ďồng Ďều, kích thƣớc hạt chủ yếu khoảng 30 - 40 nm.

Mẫu vật liệu này phù hợp với mục tiêu của luận án và Ďƣợc lựa chọn cho các thử

nghiệm tiếp theo.

a) b)

c)

Hình 3.16. Đặc trưng chi tiết mẫu vật liệu nano đồng N1

(a) Ảnh SEM, (b) Ảnh TEM, (c) Giản đồ XRD

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Cu-51

01-085-1326 (C) - Copper - Cu - Y: 16.13 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.61500 - b 3.61500 - c 3.61500 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 4 - 47.2416 - I/Ic PDF 8.9 - F4

1)

File: ThuyVCNMT Cu-51.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 79.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA - Creation: 06/10/2016 3:54:39 P

Left Angle: 42.490 ° - Right Angle: 44.350 ° - Obs. Max: 43.281 ° - d (Obs. Max): 2.089 - Max Int.: 1890 Cps - Net Height: 1668 Cps - FWHM: 0.231 ° - Raw Area: 852.6 Cps x deg. - Net Area: 440.4 Cps x deg.

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

2-Theta - Scale

1 10 20 30 40 50 60 70 80

d=

2.0

89

d=

1.8

08

d=

1.2

78

77

3.1.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng của vật liệu nano sắt từ

tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa

Các hạt nano Fe3O4 trạng thái từ phụ thuộc nhiều vào kích thƣớc hạt, hình

dạng và phƣơng pháp chế tạo [166]. Vì vậy, tùy thuộc vào mục tiêu nghiên cứu mà

mỗi hệ mẫu khác nhau cần có những thực nghiệm cụ thể. Trong luận án này, chúng

tôi tập trung nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của các hạt nano Fe3O4 có

kích thƣớc trong vùng siêu thuận từ bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa và một số yếu

tố ảnh hƣởng Ďến cấu trúc, tính chất của vật liệu nhƣ thời gian khuấy, tốc Ďộ nhỏ

giọt NH3, nồng Ďộ tiền chất muối Fe2+

và Fe3+

Ďã Ďƣợc khảo sát theo công trình Ďã

Ďƣợc tác giả Nguyễn Xuân Phúc công bố năm 2012 [167].

3.1.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ổn định CMC

Trong luận án này, Ďể khảo sát ảnh hƣởng của nồng Ďộ chất ổn Ďịnh CMC

Ďến Ďặc trƣng cấu trúc vật liệu nano sắt từ, chúng tôi tiến hành tổng hợp các mẫu vật

liệu nano sắt từ Fe3O4 Ďƣợc ký hiệu là M1, M2, M3, M4 và M5 tƣơng ứng với tỷ lệ

giữa chất bọc (CMC) và (Fe3O4) lần lƣợt là 1/1; 2/1; 3/1; 4/1 và 1/2. Kết quả khảo

sát hình thái, kích thƣớc và sự phân tán vật liệu bằng phƣơng pháp kính hiển vi Ďiện

tử quét SEM (Hình 3.17) và kính hiển vi Ďiện tử truyền qua TEM (Hình 3.18).

Hình 3.17 cho thấy khi nồng Ďộ CMC trong dung dịch lớn thì các hạt nano

sắt thu Ďƣợc không Ďồng Ďều và kích thƣớc hạt lớn, sự tập hợp giữa các hạt nano dễ

dàng xảy ra. Tại nồng Ďộ CMC/Fe3O4 là 2/1 thì các hạt nano sắt thu Ďƣợc có kích

thƣớc Ďồng Ďều nhất và Ďều nhỏ hơn 20 nm. Có thể thấy rằng, khi nồng Ďộ CMC

càng cao thì xuất hiện sự hình thành một dạng màng polyme rõ ràng, màng polyme

Ďƣợc coi nhƣ chất nền bao bọc hạt nano sắt ở bên trong. Tuy nhiên, kích thƣớc của

các hạt sẽ lớn khi nồng Ďộ CMC cao và Ďộ nhớt trong dung dịch tăng cũng ảnh

hƣởng Ďến quá trình phản ứng, làm phản ứng xảy ra chậm và các hạt nano tạo thành

có Ďiều kiện Ďể co cụm với nhau dẫn Ďến kích thƣớc các hạt tăng. Vì vậy nồng Ďộ

CMC/Fe3O4 tối ƣu cho quá trình Ďiều chế dung dịch nano sắt từ Ďƣợc chọn là 2/1.

Tuy nhiên, qua ảnh SEM khó phân biệt Ďƣợc kích thƣớc của mẫu vật liệu nano vì

vậy cần quan sát trên ảnh TEM với Ďộ phân giải cao hơn (hình 3.18).

78

Hình 3.17. Ảnh SEM cấu trúc vật liệu nano sắt từ theo các tỷ lệ CMC/Fe3O4

Hình 3.18. Ảnh TEM cấu trúc vật liệu nano sắt từ theo các tỷ lệ CMC/Fe3O4

Kết quả ảnh TEM của các mẫu nano sắt từ phụ thuộc nồng Ďộ chất bọc CMC

trong dung dịch thể hiện trên hình 3.18. Kết quả cho thấy kích thƣớc hạt nano thay

Ďổi rất khác nhau khi thay Ďổi nồng Ďộ CMC. Với tỷ lệ Fe3O4/CMC = 2:1 các hạt

nano sắt thu Ďƣợc có kích thƣớc nhỏ, Ďồng Ďều nhất và nhỏ hơn 20nm, nằm trong giới

hạn kích thƣớc siêu thuận từ. Các hạt hình cầu phân tán tƣơng Ďối Ďồng nhất và ở

dạng Ďơn phân tán. Dạng hình cầu có năng lƣợng bề mặt cao hơn và khả năng liên kết

bề mặt lớn hơn so với dạng hình Ďa diện. Vì vậy mẫu vật liệu có tỷ lệ Fe3O4/CMC =

2:1 (ký hiệu mẫu FC21) Ďƣợc lựa chọn Ďể khảo sát các yếu tố tiếp theo.

79

3.1.3.2. Kết quả đo hồng ngoại của mẫu vật liệu FC21

Sự biến Ďổi cấu trúc của mẫu FC21 trƣớc và sau khi bọc với CMC Ďƣợc

nghiên cứu bằng phƣơng pháp phổ hồng ngoại. Kết quả Ďƣợc trình bày trên hình

3.19. Bằng cách so sánh phổ hồng ngoại của các hạt Fe3O4 với phổ của chất bọc

CMC ta sẽ có cơ sở Ďể xác Ďịnh xem các hạt Fe3O4 Ďã Ďƣợc bọc tốt hay chƣa.

Hình 3.19. Phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu Fe3O4 (a), CMC (b), FC21 (c) và tổng

hợp phổ của ba mẫu (d)

Kết quả Ďo phổ IR của hạt nano Fe3O4 cho thấy phổ thu Ďƣợc gồm hai phần:

- Phần thứ nhất: ở vùng gần 3000 cm-1

Ďến 3500 cm-1

là ứng với dao Ďộng

hóa trị của liên kết O-H, chứng tỏ sự có mặt một phần nhỏ Fe(OH)3 trong Fe3O4.

- Phần thứ hai: ở vùng hấp thụ trong khoảng từ 438 cm-1

Ďến 665cm-1

có

chứa các Ďỉnh Ďặc trƣng cho Fe3O4 và các dao Ďộng của Fe2+

- O2-

và Fe3+

- O2-

chứng tỏ sự có mặt của Fe3O4 [168].

Quan sát hình 3.19 ta thấy trên phổ IR của nano sắt từ về cơ bản có các Ďỉnh

giống các Ďỉnh của CMC và Fe3O4, Ďiều này chứng tỏ Ďiều kiện tổng hợp vật liệu

không phá vỡ cấu trúc của CMC. Do Ďó, phƣơng pháp Ďồng kết tủa Ďể tổng hợp vật

liệu phù hợp về Ďộ tinh sạch cũng nhƣ hiệu suất của quá trình.

80

3.1.3.3. Kết quả đo từ độ của mẫu vật liệu FC21

Từ Ďộ của vật liệu FC21 sử dụng trong nghiên cứu Ďƣợc trình bày trên hình

3.20.

Hình 3.20. Kết quả đo từ độ của vật liệu FC21

Từ kết quả Ďo từ Ďộ bão hòa thể hiện trên hình 3.20 cho thấy các hạt nano

sắt Ďều ở dạng siêu thuận từ. Từ Ďộ bão hòa của Fe3O4 và mẫu FC21 lần lƣợt là 68

emu/g và 49 emu/g tƣơng ứng với hàm lƣợng pha từ trong vật liệu. Kết quả chứng

tỏ sự có mặt của nền polyme CMC làm giảm từ Ďộ bão hòa, phù hợp với kết quả

phân tích TEM. Sự suy giảm của từ Ďộ bão hòa là do sự tồn tại của lớp vỏ phi từ

trên bề mặt hạt vật liệu nano. Kết quả nghiên cứu lý thuyết của Krishnan và cs.

(2006) cho rằng, ở Ďiều kiện nhiệt Ďộ phòng giới hạn kích thƣớc siêu thuận từ của

hạt nano Fe3O4 là 26 nm [169]. Khi kích thƣớc hạt nhỏ hơn 26nm thì các hạt nano

Fe3O4 có tính siêu thuận từ và lớn kích thƣớc này chúng thể hiện tính ferrite từ

[170]. Khi kích thƣớc vật liệu từ tính giảm xuống cỡ nanomet thì cấu trúc Ďa

Ďômen ở thể khối Ďƣợc thay thế bởi cấu trúc Ďơn Ďômen trong mỗi hạt và tỷ lệ các

nguyên tử bề mặt có thể so sánh Ďƣợc với nguyên tử khối [170]. Lúc này các tính

chất từ khác biệt xuất hiện nhƣ có Ďặc trƣng siêu thuận từ, dị hƣớng bề mặt… và

phụ thuộc nhiều vào hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thƣớc.

Từ các kết quả Ďã khảo sát, chúng tôi sử dụng mẫu vật liệu nano sắt từ

FC21 có kích thƣớc hạt nhỏ hơn 20nm và có từ tính cao, lực kháng từ nhỏ cho các

thử nghiệm tiếp theo trong luận án.

81

Tóm tắt kết quả đạt được của phần 3.1:

- Vật liệu nano bạc Ďã Ďƣợc tổng hợp thành công bằng phƣơng pháp khử hóa

học ở Ďiều kiện: tỷ lệ nồng Ďộ NaBH4/Ag+ là 1/4, nồng Ďộ chitosan bằng 300 ppm,

tỷ lệ mol [Citric]/[Ag+] là 3,0. Vật liệu nano bạc thu Ďƣợc có kích thƣớc hạt tƣơng

Ďối Ďồng Ďều, nhỏ nhất và nhỏ hơn 15 nm.

- Vật liệu nano Ďồng Ďã Ďƣợc tổng hợp thành công bằng phƣơng pháp khử

hóa học ở Ďiều kiện: tỷ lệ nồng Ďộ NaBH4/Cu2+

= 2: 1 nồng Ďộ Cu0 = 2g/l, vật liệu

nano Ďồng thu Ďƣợc phân bố Ďồng Ďều với kích thƣớc trong khoảng 20- 40 nm.

- Vật liệu nano sắt từ Ďã Ďƣợc tổng hợp thành công bằng phƣơng pháp Ďồng

kết tủa ở tỷ lệ tối ƣu giữa (Fe3O4) và chất ổn Ďịnh (CMC) là 2:1. Kết quả nghiên cứu

thu Ďƣợc vật liệu nano sắt có kích thƣớc hạt nano Fe3O4 từ nằm trong khoảng 15-20

nm, nồng Ďộ vật liệu là 3000 ppm, vật liệu có tính chất siêu thuận từ.

3.2. Đánh giá khả năng ức chế sinh trƣởng và diệt tảo của các loại vật liệu nano

đã tổng hợp

Trong luận án này, ngoài Ďối tƣợng nghiên cứu chính là VKL M. aeruginosa

KG chúng tôi lựa chọn thêm tảo lục C. vulgaris làm Ďối tƣợng nghiên cứu Ďối

chứng, so sánh. Tảo lục C. vulgaris không Ďộc, có kích thƣớc và hình dáng tƣơng tự

với Microcystis. Mặt khác, hai loại tảo này thuộc hai nhóm khác nhau tiền nhân

(Microcystis) và nhân thật (Chlorella) có cấu tạo tế bào khác nhau, nên việc so sánh

các Ďáp ứng với tác Ďộng của vật liệu nano sẽ Ďảm bảo giá trị khoa học lẫn thực tiễn

của các số liệu thực nghiệm.

3.2.1. Nghiên cứu thăm dò khả năng diệt VKL của ba loại vật liệu nano

Trong luận án này, các thí nghiệm sàng lọc, thăm dò khả năng diệt VKL M.

aeruginosa KG của ba loại vật liệu nano Ďƣợc tiến hành trong thời gian 7 ngày. Kết

quả thu Ďƣợc thể hiện tại bảng 3.1 và hình 3.21 cho thấy hai vật liệu nano bạc và

Ďồng ức chế sinh trƣởng và phát triển của chủng VKL M. aeruginosa KG sau 6

ngày thử nghiệm (Bảng 3.1 và hình 3.21a và b), trong khi Ďó vật liệu nano sắt từ

không có tác dụng diệt M. aeruginosa KG (Bảng 3.1 và hình 3.21c).

Vật liệu nano Fe3O4 có tính chất hoàn toàn khác biệt so với vật liệu nano sắt

kim loại. Chúng là vật liệu siêu thuận từ, có từ tính cao, lực kháng từ nhỏ, qua thực

nghiệm cho thấy khả năng tủa sau khi bổ sung vào môi trƣờng nuôi cấy tảo lớn. Tuy

nhiên, nghiên cứu ảnh hƣởng của vật liệu là nano sắt từ Ďến sinh trƣởng và phát triển

của VKL chƣa Ďƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều và các công bố kết quả vẫn còn hạn

chế. Từ các kết quả này, chúng tôi lựa chọn vật liệu nano Ďồng và bạc cho các thí

nghiệm tiếp theo nhằm Ďánh giá sâu hơn tác dụng diệt VKL M. aeruginosa KG.

82

Bảng 3.1. Kết quả lựa chọn nồng độ vật liệu nano đã tổng hợp có khả năng diệt

VKL M. aeruginosa KG

TT Mẫu Nồng độ thử nghiệm

(mg/L)

Tác dụng diệt

VKL

1 Vật liệu nano Ag 3, 5 và 10 +++

3 Vật liệu nano Cu 3, 5 và 10 +++

5 Vật liệu nano Fe3O4 5, 10, 100, 150 và 200 -

6 Đối chứng 0 -

Ghi chú: +++: tác dụng ức chế rất mạnh, ++: tác dụng ức chế mạnh, +: tác dụng ức chế trung

bình, -: không có tác dụng.

Hình 3.21. Ảnh hưởng của các vật liệu nano đến sinh trưởng của chủng VKL M.

aeruginosa KG sau 7-10 ngày.

83

3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng và phát triển

của VKL Microcystis aeruginosa KG và tảo lục Chlorella vulgaris

3.2.2.1. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng và phát triển của VKL M.

aeruginosa KG

Trong thí nghiệm tiếp theo, nồng Ďộ nano bạc Ďƣợc lựa chọn thấp hơn so với

các thí nghiệm thăm dò nồng Ďộ. Để Ďánh giá khả năng ức chế sinh trƣởng của vật

liệu nano bạc Ďối với VKL M. aeruginosa KG, các nồng Ďộ cuối cùng Ďƣợc lựa

chọn tăng dần từ 0; 0,001; 0,005; 0,01; 0,05; 0,1; 1 ppm trong 10 ngày. Sau khi tiếp

xúc với vật liệu nano bạc, các thông số Ďánh giá Ďộng thái tăng trƣởng sinh khối của

chủng VKL bao gồm: Ďo mật Ďộ quang học (OD) ở bƣớc sóng 680 nm, Ďo hàm

lƣợng chla và xác Ďịnh mật Ďộ tế bào. Các thông số Ďƣợc phân tích vào các ngày 0,

2, 6 và 10.

Sinh trƣởng (tính theo mật Ďộ quang học) của VKL M. aeruginosa KG sau

khi tiếp xúc với vật liệu nano bạc thể hiện trong hình 3.22. Kết quả cho thấy vật liệu

nano bạc Ďã gây ức chế sinh trƣởng Ďối với chủng VKL thử nghiệm. Khi tăng nồng

Ďộ nano bạc trong môi trƣờng nuôi cấy, mật Ďộ quang Ďo Ďƣợc của VKL giảm

tƣơng ứng với ở các nồng Ďộ 0,01; 0,05; 0,1 và 1 mg/L. Từ nồng Ďộ 0,1 Ďến 1 mg/L

khả năng ức chế quan sát Ďƣợc là rõ ràng nhất. Ngƣợc lại, ở mẫu Ďối chứng sinh

khối tế bào VKL M. aeruginosa KG tăng dần theo thời gian (OD tại T0: 0,013 ±

0,001) và Ďạt giá trị cao nhất tại T10: 0,412 ± 0,086) (thời Ďiểm kết thúc chu kỳ thí

nghiệm). Độc tính của vật liệu nano bạc Ďến sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa

KG tính theo nồng Ďộ vật liệu bổ sung vào môi trƣờng nuôi cấy gây ảnh hƣởng Ďến

50% số lƣợng cá thể (EC50) Ďạt 0,0075mg/L và thấp hơn so với một số nghiên cứu

Ďã công bố [123,126]. Khả năng ức chế và nồng Ďộ ảnh hƣởng của vật liệu phụ

thuộc vào cách thức tồn tại của vật liệu dƣới dạng nano hay hóa chất vô cơ và ảnh

hƣởng Ďến sinh trƣởng của các loài tảo là khác nhau. Qian và cs. (2016) chỉ ra rằng,

sau 96h phơi nhiễm với hai dạng vật liệu là nano bạc (AgNPs) và AgNO3, VKL Ďều

bị ức chế sinh trƣởng và Ďạt hiệu suất cao nhất tới 91% khi bổ sung 930 nM nano

bạc. Nồng Ďộ gây ảnh hƣởng 50% (EC50) của vật liệu nano bạc và AgNO3 sau 96h

Ďối với AgNPs và AgNO3 lần lƣợt là 351,45 nM và 44,66 nM. Nguyên nhân của sự

khác biệt này là do mối quan hệ giữa Ďặc trƣng kích thƣớc và hiệu ứng sinh học của

vật liệu nano [171], cấu trúc tế bào của Ďối tƣợng thử nghiệm, dạng tồn tại và cách

giải phóng, hòa tan vật liệu nano trong môi trƣờng… [128, 172, 173]. Ivask (2014)

cho rằng các hạt nano có kích thƣớc nhỏ có khả năng tƣơng tác cao hơn và hiệu ứng

84

sinh học lớn hơn nhờ khả năng hòa tan ion Ag+ trong vùng lân cận bề mặt bên trong

hoặc bên ngoài tế bào. Tuy nhiên, tính khả dụng sinh học của kim loại giải phóng từ

các hạt nano và từ các mẫu trầm tích không phải lúc nào cũng tƣơng Ďƣơng với sự

hòa tan kim loại nguyên tố. Vì thực tế, các tế bào có thể giải phóng và thu nhận một

lƣợng kim loại cao hơn so với kim loại Ďƣợc hòa tan ở bên ngoài cơ thể sống [171].

Phân tích cho thấy, Ďộc tính của các hạt vật liệu nano có kích thƣớc 20-80 nm thấp

hơn nhiều so với kích thƣớc 10 nm. Các tác giả nhận Ďịnh ở kích thƣớc nhỏ hơn (10

nm) vật liệu AgNPs tƣơng tác với tế bào hiệu quả hơn dẫn Ďến khả năng sinh khả

dụng trong tế bào cao hơn so với trƣờng hợp hạt nano có kích thƣớc lớn hơn. Mặc

dù kết luận cuối cùng vẫn phải dựa trên cấu trúc cơ thể của sinh vật thử nghiệm,

song nó là cơ sở Ďể giải thích cho mối quan hệ "phụ thuộc kích cỡ" với hiệu ứng

sinh học của các hạt nano bạc [171].

Hình 3.22. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng của VKL M.

aeruginosa KG sau 10 ngày tính theo mật độ quang (a) và hàm lượng chla (b)ở các

nồng độ 0; 0,001; 0,005; 0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm.

85

Ngoài việc Ďánh giá ảnh hƣởng của vật liệu nano bạc Ďến sinh trƣởng của

VKL M. aeruginosa KG theo mật Ďộ quang học (OD), chúng tôi còn xác Ďịnh số

lƣợng tế bào tảo thông qua phƣơng pháp Ďếm tế bào trực tiếp bằng cách sử dụng

buồng Ďếm Sedgewick-Rafter và xác Ďịnh hàm lƣợng chla. Kết quả ở hình 3.22a và

3.22b cho thấy mật Ďộ tế bào và hàm lƣợng chla của VKL M. aeruginosa KG sau

10 ngày tiếp xúc với 7 dải nồng Ďộ nano bạc. Tƣơng tự nhƣ kết quả Ďo OD, sau khi

tiếp xúc với vật liệu nano bạc, sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa KG trong hai

phép Ďo Ďều có sự khác biệt rõ rệt giữa mẫu thí nghiệm có bổ sung vật liệu nano và

mẫu Ďối chứng không bổ sung vật liệu.

Hình 3.23. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc tính theo mật độ tế bào (a) và hiệu suất

ức chế sinh trưởng của VKL M. aeruginosa KG (b) ở các nồng độ 0; 0,001; 0,005;

0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm sau 10 ngày.

Mật Ďộ tế bào và hàm lƣợng chla trong mẫu Ďối chứng tăng tƣơng ứng từ

ngày D0 (110.741 ± 6.317 tế bào/mL và 1,98 ± 0,06 µg/L, tƣơng ứng) Ďến ngày kết

thúc thúc thí nghiệm D10 (5.475.556 ± 541.274 tế bào/mL và 23,4 ±2,96 µg/L,

tƣơng ứng) (hình 3.23 a). Trong khi Ďó, tại mẫu thí nghiệm có bổ sung nồng Ďộ vật

liệu nano bạc từ 0,01 ppm Ďến 1 ppm, sinh khối chủng VKL M. aeruginosa KG (mật

Ďộ tế bào, hàm lƣợng chla) Ďều thấp hơn so với mẫu Ďối chứng ở các thời Ďiểm khảo

sát D2, D6 và D10 (p < 0,05). Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu nano bạc gây ức

chế sinh trƣởng Ďến VKL M. aeruginosa KG, kết quả này tƣơng tự với các nghiên

cứu của Park và cs. (2010); Oukarroum và cs. (2012) và Qian và cs. (2016). Các tác

giả cho rằng, vật liệu nano bạc có thể ức chế sinh trƣởng của một số loài VKL khác

nhƣ Synechococcus sp., M. aeruginosa hoặc tảo lục C. reinhardtii, C. vulgaris [123,

124, 128]. Theo kết quả nghiên cứu của Qian (2016), sau 96h tiếp xúc với AgNPs ở

86

nồng Ďộ 93 và 460 nM, hàm lƣợng chla của VKL giảm lần lƣợt là 16,8% và 63,4% so

với mẫu Ďối chứng. Trong khi Ďó, hàm lƣợng chla ở tảo lục C. vulgaris chỉ giảm rõ

ràng khi tiếp xúc với nano bạc ở nồng Ďộ cao nhất (930 nM) [124]. Khả năng hòa tan

cao và giải phóng ion bạc vào môi trƣờng nƣớc là nguyên nhân chính gây Ďộc Ďối với

sinh trƣởng của cả tảo nƣớc ngọt và nƣớc mặn [128, 174]. Vật liệu nano bạc có thể

Ďƣợc giải phóng vào môi trƣờng nƣớc dƣới dạng ion Ag+, tích lũy trong các tế bào

tảo và gây chết tế bào [173-175]. Cả năm dải nồng Ďộ thử nghiệm Ďều gây Ďộc tính

cho tế bào VKL M. aeruginosa KG. Hiệu suất ức chế sinh trƣởng của các nồng Ďộ

dung dịch nano bạc Ďƣợc thể hiện trong hình 3.23b. Hiệu suất > 75% chỉ xuất hiện ở

4 nồng Ďộ thử nghiệm từ 0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm. Park và cs. (2010) cũng chỉ ra kết

quả tƣơng tự khi thử nghiệm bổ sung vật liệu nano bạc với nồng Ďộ 1ppm vào môi

trƣờng nuôi cấy VKL M. aeruginosa, hiệu suất ức chế sinh trƣởng tƣơng ứng thu

Ďƣợc là 87% [123].

Kỹ thuật kính hiển vi Ďiện tử quét (SEM) và kính hiển vi Ďiện tử truyền qua

(TEM) Ďƣợc sử dụng Ďể xác Ďịnh sự thay Ďổi về hình thái và siêu cấu trúc tế bào của

các tế bào VKL M. aeruginosa KG sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano bạc ở nồng Ďộ

1 ppm. Kết quả chụp SEM cấu trúc bề mặt tế bào thể hiện trong hình 3.24a (mẫu

Ďối chứng) và 3.24b (mẫu có bổ sung nano bạc với nồng Ďộ 1ppm). Kết quả cho

thấy vật liệu nano bạc Ďã làm thay Ďổi Ďáng kể hình thái của tế bào. Ở mẫu Ďối

chứng, tế bào VKL M. aeruginosa KG có hình tròn hoặc hình cầu với bề mặt ngoài

tế bào trơn nhẵn, mịn màng (hình 3.24a). Tế bào trở lên méo mó, co cụm lại sau khi

tiếp xúc với vật liệu nano bạc (hình 3.24b).

Hình 3.24. Kết quả chụp SEM hình thái tế bào VKL M. aeruginosa KG: tế bào VKL

không tiếp xúc với vật liệu nano bạc (a); tế bào tiếp xúc với nano bạc (1 ppm) sau

48h (b).

a) b)

87

Để xác Ďịnh chính xác các hạt bám trên tế bào tảo có phải là nano bạc hay

không, phƣơng pháp kính hiển vi Ďiện tử quét kết hợp EDX (SEM-EDX) Ďã Ďƣợc

sử dụng Ďể phân tích thành phần, trọng lƣợng và vị trí nano bạc trên tế bào VLK M.

aeruginosa KG. Mẫu tế bào VKL M. aeruginosa KG sau khi xử lý theo phƣơng

pháp Ďã trình bày ở mục 2.8.1 Ďƣợc Ďƣa lên Ďế làm bằng Ďồng và phủ màng dẫn

Ďiện Al-Pt. Kết quả ở hình 3.25 khẳng Ďịnh rằng nano bạc xuất hiện và bám trên bề

mặt tảo với tỷ lệ 0,37% về trọng lƣợng.

Nguyên

tố

% trọng

lƣợng

% nguyên

tử

C K 38,69 55,90

O K 30,59 33,18

Na K 1,95 1,47

Al K 6,02 3,87

Cu L 11,82 3,23

Ag L 0,37 0,06

Totals 100,00


M. aeruginosa KG sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano bạc ở nồng độ 1ppm

Ảnh TEM siêu cấu trúc tế bào VKL M. aeruginosa KG trƣớc và sau khi tiếp

xúc với vật liệu nano bạc thể hiện trong hình 3.26. Ở mẫu Ďối chứng (hình 3.26a)

cho thấy, khi không bổ sung vật liệu nano bạc và nuôi cấy trong Ďiều kiện bình

thƣờng, siêu cấu trúc tế bào M. aeruginosa KG có thành tế bào rõ ràng, các bào

quan nằm gọn gàng trong tế bào. Sau khi tiếp xúc với vật liệu nano bạc với nồng Ďộ

1ppm và thời gian tiếp xúc là 48h, tế bào VKL Ďã bị phá huỷ (hình 3.26b). Điều này

chứng tỏ vật liệu nano bạc Ďã gây ảnh hƣởng Ďến cấu trúc tế bào VKL M.

aeruginosa KG. Kết quả này phù hợp với số liệu nghiên cứu của một số công trình

Ďã công bố nhƣ Gong và cs. (2011); Chen và cs. (2012) và Shirazi và cs. (2015)

[176-178]. Theo các tác giả này, hình thái và kích thƣớc của tảo Dunaliella salina

sau khi tiếp xúc với vật liệu nano bạc Ďã thay Ďổi, tế bào tảo có biểu hiện sƣng

phồng và trƣơng nở [176]; tế bào tảo Chlamydomonas reinhardtii Ďƣợc ghi nhận bị

phá hủy, số lƣợng lục lạp giảm, các cơ quan khác bị phân hủy, hiệu ứng plasmon bị

ảnh hƣởng, kết quả chụp SEM và TEM phát hiện các hạt nano nằm bên trong màng

và thành tế bào tảo [177]; với tế bào tảo lục C. vulgaris thì các thành phần tế bào

không thay Ďổi, nhƣng màng tế bào Ďã bị tách ra, một số cytosol và màng huyết

88

tƣơng bị thoái hóa hoàn toàn, các phiến (grand) trong Thylakoids bị rối loạn dẫn

Ďến quang hợp bị ảnh hƣởng [178]. Các kết quả này chỉ ra rằng dƣới tác Ďộng của

vật liệu nano cấu trúc siêu hiển vi của tế bào Ďã bị thay Ďổi, các bào quan bị phá vỡ,

nguyên sinh chất bị co cụm, màng tế bào hoặc thành tế bào bị phá huỷ.

Hình 3.26. Ảnh TEM cấu trúc tế bào VKL M. aeruginosa KG: a) Mẫu đối chứng

không bổ sung dung dịch nano bạc (a) và mẫu thử nghiệm bổ sung dung dịch nano

bạc nồng độ 1ppm sau 48h CW (cell wall) - Thành tế bào; Thy - Thylakoids, L (Lipid droplets) - Giọt lipid, Pb

(Polyhedral bodies) - Các thể polyhedral, V - vacuoles, Pp (Polyphosphate bodies) - Các

thể Polyphotphate.

3.2.2.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng và phát triển của tảo lục

Chlorella vulgaris

Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng Ďộ dung dịch nano bạc chế tạo bằng

phƣơng pháp khử hóa học (0,005; 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm) Ďến sinh trƣởng của

tảo lục C. vulgaris tại các thời Ďiểm D0, D2, D6 và D10 thể hiện ở hình 3.27a. Các

nồng Ďộ dung dịch nano bạc khác nhau ảnh hƣởng Ďến sinh trƣởng tảo lục C.

vulgaris là khác nhau. Khi bổ sung nồng Ďộ dung dịch nano bạc thấp (0,005 và 0,01

ppm) thì vật liệu nano hầu nhƣ không ảnh hƣởng Ďến sinh trƣởng của tảo lục. Các tế

bào tảo lục vẫn phát triển và Ďạt sinh khối cao nhất tạo thời Ďiểm T10.

Kết quả Ďo mật Ďộ quang của dịch tảo C. vulgaris ở nồng Ďộ 0,005 và 0,01

ppm cho thấy giá trị OD tăng tuyến tính so với mẫu Ďối chứng, giá trị OD ở mẫu Ďối

chứng và ở nồng Ďộ 0,005; 0,01 tƣơng ứng ở thời Ďiểm ban Ďầu là 0,032; 0,032

0,001 và 0,03 (D0). Đến ngày cuối của chu kỳ thử nghiệm mật Ďộ quang sinh khối

của dịch tảo chứa C. vulgaris Ďã tăng gấp 10 lần, giá trị cụ thể lần lƣợt là 0,35

0,01; 0,44 0,04 và 0,43 0,007. Ngƣợc lại, ở nồng Ďộ 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm cho

a) b)

89

thấy sự ức chế của vật liệu nano Ďối với sinh trƣởng của tảo lục C. vulgaris. Mật Ďộ

quang sinh khối tế bào ở thời Ďiểm ban Ďầu (D0) và khi kết thúc thí nghiệm (D10)

khác biệt rõ rệt, ngay sau khi tiếp xúc với dung dịch nano bạc, các tế bào tảo lục C.

vulgaris bị ức chế, sinh khối tế bào không tăng hoặc giảm so với thời Ďiểm ban Ďầu

(D0) và so với mẫu Ďối chứng. OD trung bình dải nồng Ďộ này (0,05; 0,1; 1 và 5

ppm) vào ngày Ďầu tiên (D0) là 0,0304 ± 0,0022, Ďến ngày D10 chỉ còn 0,0149 ±

0,0026.

Hình 3.27. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng của tảo lục C. vulgaris

ở các nồng độ khác nhau (0; 0,005; 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm): a) sinh trưởng

tính theo mật độ quang OD và b) tính theo mật độ tế bào.

Tƣơng tự VKL M. aeruginosa KG, mật Ďộ tế bào và hàm lƣợng chla của tảo

lục C. vulgaris cũng Ďƣợc xác Ďịnh. Ảnh hƣởng của vật liệu nano AgNPs Ďến sinh

trƣởng của tảo lục C. vulgaris ở các nồng Ďộ khác nhau là khác nhau. Ở nồng Ďộ

0,05; 0,1; 1 và 5 ppm, số lƣợng tế bào tảo lục C. vulgaris giảm rõ rệt sau 2, 6 và 10

ngày thí nghiệm so với mẫu Ďối chứng (Hình 3.27b). Sự giảm mật Ďộ tế bào này cho

90

thấy Ďộc tính của AgNPs Ďến sự sinh trƣởng và phát triển của tảo lục C. vulgaris.

Sự giảm mật Ďộ tế bào bào xuất hiện sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano bạc, ở thời

Ďiểm ban Ďầu mật Ďộ tế bào là 195.925 ± 18.770 (D0) và sau 10 ngày thí nghiệm Ďã

giảm xuống còn 82.778 ± 41.384 (D10) tế bào/mL. Đối với nồng Ďộ 0,005 và 0,01

ppm, AgNPs không ảnh hƣởng Ďến sự phát triển của C. vulgaris, mật Ďộ tế bào sau

2, 6 và 10 ngày tăng tuyến tính với mẫu Ďối chứng. Mật Ďộ tế bào ở thời Ďiểm D0 là

206.481 ± 7097 Ďã tăng lên 3.327.778 ± 792.603 tế bào/mL vào ngày cuối của chu

kỳ thử nghiệm. Hình 3.27b cho thấy sự ức chế của vật liệu nano bạc Ďến sinh trƣởng

của các tế bào tảo lục C. vulgaris. Sau 48h tiếp xúc với vật liệu số tế bào giảm khi

nồng Ďộ tăng lên, sự giảm mật Ďộ này rõ ràng nhất ở hai nồng Ďộ 1 và 5 ppm.

Hình 3.28. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc tính theo hiệu suất ức chế sinh trưởng

(a) và hàm lượng chla (b) đến sinh trưởng của tảo lục C. vulgaris ở các nồng độ 0;

0,005; 0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm sau 10 ngày.

Nồng Ďộ gây ảnh hƣởng 50% quần thể tảo lục C. vulgaris (EC50) của vật liệu

nano tính theo phép Ďo sinh trƣởng mật Ďộ quang OD là 0,017mg/L. Đồ thị hình

3.28b cho biết kết quả phân tích hàm lƣợng chla của các tế bào tảo lục C. vulgaris ở

các nồng Ďộ dung dịch bạc từ 0,005; 0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm. Kết quả phân tích hàm

91

lƣợng chla cho kết quả tƣơng tự với kết quả Ďo OD và Ďếm mật Ďộ tế bào. Ở các mẫu

Ďối chứng và mẫu có bổ sung 0,005 và 0,01 ppm vật liệu nano bạc, hàm lƣợng chla

tăng dần từ 2,0604 ± 0,3505 µg/L (D0) và Ďạt giá trị cao nhất ở ngày kết thúc thí

nghiệm 27,285 ± 4,6893 µg/L (D10). Hiệu suất ức chế sinh trƣởng của các nồng Ďộ

vật liệu nano bạc (từ 0,005; 0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm) Ďến tảo lục C. vulgaris sau 10

ngày Ďƣợc trình bày ở hình 3.28a. Ở các nồng Ďộ thử nghiệm từ 0,05 Ďến 1 ppm hiệu

suất ức chế Ďạt > 90 %.

Tƣơng tự, kỹ thuật kính hiển vi Ďiện tử quét (SEM) và kính hiển vi Ďiện tử

truyền qua (TEM) Ďƣợc sử dụng Ďể xác Ďịnh sự thay Ďổi về hình thái và siêu cấu

trúc tế bào của các tế bào tảo lục C. vulgaris sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano bạc

ở nồng Ďộ 1 ppm. Kết quả chụp SEM cấu trúc bề mặt tế bào thể hiện trong hình

3.29a (mẫu Ďối chứng) và 3.29b (mẫu có bổ sung nano bạc với nồng Ďộ 1ppm). Ở

mẫu Ďối chứng, tế bào tảo lục có hình cầu hoặc elip, các tế bào nhẵn và bào quan

trong tế bào nhìn rõ (hình 3.29a). Tế bào trở lên méo mó, bề ngoài tế bào sần sùi và

co cụm sau khi tiếp xúc với vật liệu nano bạc nồng Ďộ 1 ppm (Hình 3.29b). Điều

này chứng tỏ vật liệu nano bạc Ďã làm thay Ďổi Ďáng kể hình thái của tế bào.

Hình 3.29. Kết quả chụp SEM hình thái tế bào tảo lục C. vulgaris: tế bào tảo không

tiếp xúc với vật liệu nano bạc (a); tế bào tiếp xúc với nano bạc (1 ppm) sau 48h (b).

Phân tích SEM-EDX Ďƣợc sử dụng Ďể xác Ďịnh các nguyên tố có trên bề mặt

các tế bào C. vulgaris. Kết quả ở hình 3.30 khẳng Ďịnh nano bạc Ďã xuất hiện và

bám trên bề mặt tảo lục với tỷ lệ 5,76% về trọng lƣợng. Ảnh TEM siêu cấu trúc tế

bào tảo lục C. vulgaris trƣớc và sau khi tiếp xúc với vật liệu nano bạc thể hiện trong

hình 3.31. Ở mẫu Ďối chứng (Hình 3.31a) cho thấy, khi không bổ sung vật liệu nano

bạc và nuôi cấy trong Ďiều kiện bình thƣờng, siêu cấu trúc tế bào tảo lục C. vulgaris

a) b)

92

có tế bào hình cầu hoặc elip, các tế bào nhẵn và bào quan trong tế bào nhìn rõ. Sau

khi tiếp xúc với vật liệu nano bạc với nồng Ďộ 1ppm và thời gian tiếp xúc là 48h,

các tế bào tảo lục C. vulgaris hơi méo, bề ngoài tế bào sần sùi và co cụm (Hình

3.31b). Điều này chứng tỏ vật liệu nano bạc Ďã gây ảnh hƣởng Ďến cấu trúc tế bào

tảo lục C. vulgaris.

Nguyên

tố

% trọng

lƣợng

% nguyên

tử

C K 41,56 50,84

O K 52,68 48,38

Ag L 5,76 0,78

Totals 100,00


lục C. vulgaris sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano bạc ở nồng độ 1ppm

Hình 3.31. Ảnh TEM cấu trúc tế bào tảo lục C. vulgaris: a) Mẫu đối chứng không

bổ sung dung dịch nano bạc (a) và mẫu thử nghiệm có tảo lục C. vulgaris tiếp xúc

với dung dịch nano bạc nồng độ 1ppm sau 48h

Sg - hạt tinh bột; Th - thylakoid; Cw - Thành tế bào; plm - Màng plasma

Khi phân tích siêu cấu trúc tế bào C.vugaris dƣới tác Ďộng của vật liệu nano

bạc ở nồng Ďộ dƣới ngƣỡng ức chế sinh trƣởng 50% (< IC50), Kalman và cs. (2016)

không phát hiện hat nano bạc bên trong tế bào [179]. Tuy nhiên, khi tăng nồng Ďộ

nano bạc lên cao 200- 285 lần, hấp thu kim loại vào nội bào sau 4h Ďã Ďƣợc ghi

nhận. Tiếp xúc với nồng Ďộ kim loại cao làm tăng tính thấm của màng tế bào dẫn

Ďến xâm nhập các hạt nano vào bên trong tế bào. Theo các tác giả, các hạt nano bạc

Ďƣợc phát hiện nằm bên trong các hạt tinh bột trong ty thể và Ďây là nơi thu hút các

hạt nano. Zhou và cs. (2012) cũng cho rằng hạt tinh bột Ďƣợc cho là một cơ chế bảo

a) b)

93

vệ chống lại các ion kim loại và có khả năng sử dụng Ďể cô lập các chất Ďộc hại

[180]. Theo một số tác giả khác, cơ chế gây gây Ďộc của nano bạc Ďối với sinh vật

Ďƣợc tóm tắt nhƣ sau: phá vỡ thành tế bào tảo, hạt nano hấp thu ở màng tế bào và

sau Ďó tƣơng tác trực tiếp với các tế bào. Protein chứa nhóm thiol ở trên màng tế bào

tƣơng tác với các hạt nano và tác Ďộng Ďến chức năng của các protein và enzyme

tƣơng ứng [181]. Cấu trúc lipit của màng tế bào cũng là mục tiêu của nano bạc. Thay

Ďổi trong thành phần axit béo gây ra bởi các hạt nano bạc có thể làm tăng tính thấm

và phá huỷ toàn bộ màng tế bào [182]. Chính vì vậy, hạt nano có thể xâm nhập vào

bên trong tế bào, phá huỷ các chức năng của tế bào.

Hơn nữa, sự khác biệt trong cấu trúc của tế bào VKL M. aeruginosa so với

tảo lục C. vulgaris cũng là một trong những nguyên nhân khiến cho tế bào VKL

nhạy cảm với vật liệu nano hơn so với các loài tảo khác. VKL là tế bào gram âm,

thành tế bào mỏng vì Ďƣợc cấu tạo chủ yếu từ peptidoglycan, glycopeptides và

mucopeptide nên vật liệu nano dễ xâm nhập hơn, do Ďó phá hủy tế bào nhanh hơn

[123, 127].

Tóm tắt kết quả đạt được của phần 3.2.2: Kết quả nghiên cứu trình bày ở

trên cho thấy, các hạt vật liệu nano AgNPs có khả năng gây ức chế sinh trƣởng của

cả VKL M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris. Cho Ďến nay, cơ chế tác Ďộng của

vật liệu nano Ďối với các tế bào prokaryotic vẫn Ďang tồn tại nhiều tranh luận. Song

có thể tóm tắt một số cơ chế và giả thuyết nhƣ:

- Do Ďặc tính kháng khuẩn của vật liệu nano bạc [3-5].

- Do tính chất của vật liệu nano có kích thƣớc nhỏ và hình dạng khác nhau

nên chúng có thể làm tăng tính thấm của màng tế bào dẫn Ďến thẩm thấu của tế bào

bị ảnh hƣởng và làm cho sinh trƣởng của tế bào bị ức chế [123].

- Một số nano kim loại có khả năng ức chế sinh trƣởng của tảo bằng cách

ngăn chặn quá trình truyền quang Ďiện tử của hệ PSII và gây ra stress oxi hóa [135,

175]. Quá trình này làm tăng quá mức sự hình thành ROS gây ra thiệt hại về oxy

hóa, dẫn Ďến sự peroxid hóa lipid, làm suy giảm nghiêm trọng hiệu suất quang hợp,

dẫn Ďến phá vỡ và làm chết tế bào [175].

- Các hạt AgNPs hoặc ion Ag+ có khả năng xâm nhập của vào thành tế bào

có thể làm hỏng màng tế bào và làm mất tính toàn vẹn của tế bào. Do phản ứng quá

Ďộ của hạt nano khi tiếp xúc với oxy hoà tan có thể dẫn Ďến sự hình thành các gốc

tự do oxy ở bề mặt, gây ức chế sinh trƣởng của tế bào [127].

94

3.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến sinh trưởng và phát triển

của VKL Microcystis aeruginosa KG và tảo lục Chlorella vulgaris

3.2.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến sinh trưởng và phát triển của VKL

M. aeruginosa KG

Tƣơng tự nhƣ vật liệu nano bạc, vật liệu nano Ďồng chế tạo bằng phƣơng

pháp khử hóa học tiếp tục Ďƣợc thử nghiệm Ďể khảo sát ảnh hƣởng của vật liệu Ďến

sinh trƣởng và phát triển của VKL M. aeruginosa KG. Sau khi tiếp xúc với vật liệu

nano Ďồng ở các nồng Ďộ khác nhau, mẫu Ďƣợc thu vào các ngày 0, 2, 6 và 10. Ba

thông số: mật Ďộ quang học (OD) ở bƣớc sóng 680 nm, hàm lƣợng chla và mật Ďộ

tế bào Ďã Ďƣợc phân tích. Kết quả thể hiện trong hình 3.32.

Hình 3.32. Sinh trưởng của chủng VKL M. aeruginosa KG ở các nồng độ dung dịch

nano đồng khác nhau (0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm): sinh trưởng tính theo mật độ

quang (OD) (a); theo hàm lượng chla (b); theo mật độ tế bào (c)

95

Trong hai ngày Ďầu thử nghiệm (D2), kết quả cho thấy không có sự khác biệt

về ý nghĩa sinh trƣởng giữa mẫu Ďối chứng và các mẫu có bổ sung vật liệu nano

Ďồng (nồng Ďộ bổ sung lần lƣợt là 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm) (p < 0,05)). Sau 6

ngày tiếp xúc với vật liệu, sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa KG vẫn phát triển

bình thƣờng. Tuy nhiên, Ďến ngày D10 (ngày cuối của chu kỳ thử nghiệm), ở các

mẫu thực nghiệm có bổ sung vật liệu nano Ďồng là 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm kết

quả ghi nhận Ďƣợc sinh khối của VKL M. aeruginosa KG lớn hơn so với mẫu Ďối

chứng (hình 3.32a).

Tại thời Ďiểm (D0), kết quả mật Ďộ quang và mật Ďộ tế bào của VKL M.

aeruginosa KG tại mẫu Ďối chứng và mẫu thực nghiệm có bổ sung dung dịch nano

Ďồng với nồng Ďộ là 1 và 5 ppm tƣơng ứng nhƣ sau: mẫu Ďối chứng có giá trị (OD)

0,015 0,001 và mật Ďộ tế bào: 124.074 33.485 tế bào/mL. Mẫu thí nghiệm bổ

sung 1 ppm vật liệu nano Ďồng có giá trị (OD): 0,015 ± 0,0005 và mật Ďộ tế bào

121.481 11.559 tế bào/mL. Mẫu bổ sung 5 ppm nồng Ďộ vật liệu có giá trị OD là

0,021 ± 0,0017 và mật Ďộ tế bào là 144.074 28.463 tế bào/mL. Đến ngày thứ 10

(D10, ngày cuối của chu kỳ thử nghiệm), các thông số Ďo Ďã thay Ďổi, mẫu Ďối

chứng tăng lên và mẫu thử nghiệm giảm Ďi. Các giá trị Ďo nhƣ sau: mẫu Ďối chứng

có giá trị (OD) 0,111 0,012 và mật Ďộ tế bào: 1.447.407 74.576 tế bào/mL. Mẫu

thí nghiệm bổ sung 1ppm vật liệu nano Ďồng có giá trị (OD): 0,017 ± 0,0016 và mật

Ďộ tế bào 12.222 3.954 tế bào/mL. Mẫu bổ sung 5ppm nồng Ďộ vật liệu có OD là

0,013 ± 0,0018 và mật Ďộ tế bào 13.333 1.571 tế bào/mL. Phân tích hàm lƣợng

chla của các mẫu còn lại cũng cho kết quả tƣơng tự, hàm lƣợng chla của mẫu thử

nghiệm giảm dần theo thời gian, ngày Ďầu tiên (D0) giá trị Ďo chla ở mẫu thí

nghiệm có bổ sung 1 và 5 ppm vật liệu nano Ďồng Ďạt 1,845 ± 0,1569 µg/L và 2,295

± 0,1155 µg/L. Đến ngày cuối (D10) chỉ còn 1,068 ± 1,001 µg/L và 0,1168 ±

0,0501 µg/L tƣơng ứng. Ngƣợc lại, hàm lƣợng chla trong mẫu Ďối chứng tăng từ

2,485 ± 0,135 µg/L (D0) lên 7,1501 ± 0,9766 µg/L (D10).

Kết quả này cho thấy vật liệu nano Ďồng không gây ảnh hƣởng Ďến sinh

trƣởng của VKL M. aeruginosa KG ở nồng Ďộ từ 0,01 Ďến 0,1 ppm. Khi bổ sung

dung dịch nano Ďồng với nồng Ďộ 1 và 5 ppm, sinh khối của tế bào VKL M.

aeruginosa KG Ďƣợc quan sát là không thay Ďổi nhiều từ ngày Ďầu (D0) Ďến ngày

cuối của chu kỳ thử nghiệm (D10). Điều này Ďƣợc minh chứng rõ hơn khi tính toán

96

hiệu suất ức chế sinh trƣởng của vật liệu lên sinh trƣởng và phát triển của VKL M.

aeruginosa KG sau 10 ngày (Hình 3.33).

Hình 3.33. Hiệu suất ức chế sinh trưởng VKL M. aeruginosa KG ở các nồng độ

dung dịch nano đồng khác nhau (0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm) sau 10 ngày

Hiệu suất ức chế của vật liệu nano Ďồng Ďối với sinh trƣởng của VKL M.

aeruginosa KG sau 10 ngày ở nồng Ďộ 1 ppm là 90,1% và ở nồng Ďộ 5 ppm là 93,7%

so với mẫu Ďối chứng (mẫu không bổ sung vật liệu). Kết quả tính toán tăng trƣởng

theo thông số mật Ďộ quang OD Ďã ghi nhận nồng Ďộ gây ảnh hƣởng 50% (EC50) của

vật liệu nano Ďồng tới sinh trƣởng của VKL M. aeruginosa KG là 0,7159 mg/L.

Nghiên cứu của Sankar và cs. (2014), Zeng và cs. (2010) cũng cho kết quả tƣơng tự.

Theo Sankar, ở các nồng Ďộ 12,5; 25 và 50 mg/L hiệu suất ức chế sinh trƣởng của vật

liệu oxít nano Ďồng sinh tổng hợp từ dịch chiết thực vật Ďến VKL M. aeruginosa lần

lƣợt là 38,1; 62,1 và 89,7 % so với mẫu Ďối chứng không bổ sung vật liệu Ďồng [135].

Zeng và cs. (2010) lại cho rằng, VKL M. aeruginosa nhạy cảm với nano Ďồng hơn so

với các loài thực vật phù du khác vì tế bào VKL Ďóng vai trò nhƣ những phối tử sinh

học chịu sự tác Ďộng của các Ďiều kiện hóa chất và nồng Ďộ Cu nội bào khác nhau,

những yếu tố này gây Ďộc cho tế bào VKL khiến tế bào bị phá hủy [136].

Độc tính kim loại còn liên quan Ďến ái lực cation với lƣu huỳnh, Ďồng có ái lực

cao hơn Ďối với các hợp chất thiol so với các kim loại khác (ví dụ, các hằng số liên

kết là khoảng 1039

và 1013

Ďối với Cu+ và Zn

2+-glutathionat phức hợp). Do Ďó khi

tham gia phản ứng không có Cu tự do tồn tại trong tế bào vi khuẩn, Cu sẽ gây ra tác

Ďộng nghiêm trọng khi hàm lƣợng Cu nội bào tăng cao vì nó cạnh tranh không Ďặc

thù Ďối với các vị trí phối hợp quan trọng cùng với các kim loại thiết yếu khác. Zeng

cho rằng có hai cơ chế có thể giải thích cho tính nhạy cảm cao của M. aeruginosa với

-150

-130

-110

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0,01 ppm 0,05 ppm 0,1 ppm 1 ppm 5 ppm

Hiệ

u s

uất

ức

chế

(%)

Nồng độ (ppm)

97

Ďộc tính của vật liệu nano Ďồng Cu. Trƣớc hết do lịch sử tiến hóa lâu dài của tảo,

VKL M. aeruginosa cần sử dụng Cu nhƣ một nguyên tố dinh dƣỡng vi lƣợng thiết

yếu. Thứ hai là cơ chế ngăn giải Ďộc bằng cách tự hấp phụ Cu vào một khoang nội

bào bên trong tế bào vi khuẩn. Cơ chế thứ hai này cho phép tế bào vi khuẩn tích lũy

thêm Cu trong tế bào. Vì vậy, khi bổ sung thêm nano Cu vào trong môi trƣờng thử

nghiệm, nồng Ďộ Cu sẽ tăng cao, dẫn Ďến khả năng giải phóng Ďộc tố sunfua từ CuS

nội bào, làm ảnh hƣởng Ďến sinh trƣởng của VKL [136].

Tƣơng tự nhƣ thí nghiệm với vật liệu nano bạc, cấu trúc tế bào siêu vi dƣới

tác Ďộng của vật liệu nano Ďồng Ďã Ďƣợc thực hiện bằng kỹ thuật TEM, SEM và

SEM-EDX. Hình 3.34 cho thấy khi tiếp xúc với dung dịch nano Ďồng 1 ppm sau 48

giờ, các tế bào VKL M. aeruginosa KG hơi bị méo và co cụm. Kết quả Ďo SEM-

EDX xác Ďịnh các nguyên tố có trên bề mặt các tế bào VKL M. aeruginosa KG

minh chứng nano Ďồng Ďã bám trên bề mặt tế bào tảo với 11,63% trọng lƣợng Ďồng

(Hình 3.35).

=

Hình 3.34. Cấu trúc, hình thái tế bào VKL M. aeruginosa KG dưới kính hiển vi điện

tử quét (SEM): a) tế bào VKL ở mẫu đối chứng (không bổ sung vật liệu nano đồng)

và b) tế bào VKL ở mẫu có bổ sung 1ppm vật liệu nano sau 48h.

Nguyên

tố

% trọng

lƣợng

% nguyên

tử

C K 57,97 69,85

O K 30,40 27,50

Cu L 11,63 2,65

Totals 100.00


M. aeruginosa KG sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano đồng ở nồng độ 1ppm

a) b)

98

Kết quả chụp tế bào dƣới kính hiển vi Ďiện tử truyền qua (TEM) (Hình 3.36)

cho thấy thành tế bào M. aeruginosa KG tiếp xúc với vật liệu nano Ďồng bị phá vỡ,

các bào quan trong tế bào bị phá huỷ so với tế bào ở mẫu Ďối chứng, màng và thành

tế bào không còn nguyên vẹn. Kết quả này phù hợp với nhiều công trình nghiên cứu

Ďã công bố trƣớc Ďây [135, 137, 141, 183-185]. Chen và cs. (2015) Ďã công bố kết

quả nghiên cứu ảnh hƣởng của các vật liệu khối khác nhau của nano Cu Ďến sinh

trƣởng của VKL. Kết quả chụp TEM cấu trúc tế bào tảo sau 72h tiếp xúc với hai

loại vật liệu là CuNPs và nano Cu Ďƣợc bọc TiO2 cho thấy, một nửa số tế bào bị

phân bào, hầu hết tế bào phơi nhiễm với nano Ďồng bị hƣ hỏng nghiêm trọng, các tế

bào phồng to, màng tế bào bị tách ra khỏi thành tế bào, tế bào bị biến dạng và mất

Ďối xứng so với mẫu Ďối chứng. Mẫu thử nghiệm với Cu bọc TiO2 bị ảnh hƣởng ít

hơn do hạt nano TiO2 không xâm nhập Ďƣợc vào bên trong tế bào VKL [137]. Do

có kích thƣớc nhỏ nên các hạt nano có thể thâm nhập vào các mô tế bào và can

thiệp vào hệ thống trao Ďổi chất của các sinh vật sống và các chu trình sinh học của

tế bào vi khuẩn. Bên cạnh Ďó, các hạt nano có thể kết tụ, liên kết với các ion khác

nhƣ clorua, sunfat, photphat… hoặc các hợp chất hữu cơ. Cơ chế hoạt Ďộng của hạt

nano còn phụ thuộc vào Ďiều kiện thực nghiệm nhƣ pH, cƣờng Ďộ ion, nhiệt Ďộ và

sự có mặt của các hợp chất hóa học khác. Vì là một trong các nguyên tố vi lƣợng cần

thiết cho quá trình sinh trƣởng nên khi nồng Ďộ Ďồng trong môi trƣờng dƣ thừa sẽ làm

thay Ďổi hàm lƣợng sắc tố quang hợp của tảo [183]. Hơn nữa, quá trình vận chuyển

Ďiện tử quang hợp và gây áp lực oxi hoá trong tế bào tảo bị ngăn chặn khi tiếp xúc

với vật liệu nano oxit Ďồng, dẫn Ďến ức chế quá trình sinh trƣởng của tảo. Verhoeven

và Eloff (1979) cũng cho rằng các sợi ADN trong tế bào VKL M. aeruginosa bị tích

tụ hoặc co cụm lại sau khi tiếp xúc với nano Ďồng [184]. Saison và cs. (2010), Sankar

và cs. (2014) chứng minh các tế bào tảo bị vật liệu nano oxit Ďồng gây ức chế sinh

trƣởng thông qua khả năng vận chuyển Ďiện tử ở hệ thống quang hoá PSII [135, 185].

Aruoja và cs. (2008) cũng báo cáo rằng sự sinh trƣởng của tảo Ďộc bị các hạt nano

kim loại (ZnO, CuO và TiO2) ức chế vì làm giảm lipid trong quá trình quang hợp và

trong quá trình peroxidation hóa [139].

99

Hình 3.36. Ảnh TEM chụp cấu trúc và hình thái tế bào VKL M. aeruginosa KG: tế

bào VKL ở mẫu đối chứng (a) và tế bào ở mẫu thí nghiệm có bổ sung 1ppm nano

đồng sau 48h (b)

CW (cell wall) - Thành tế bào; Thy - Thylakoids, L (Lipid droplets) - Giọt lipid, Pb

(Polyhedral bodies) - Các thể polyhedral, V - vacuoles, Pp (Polyphosphate bodies) - Các

thể Polyphotphate.

Điểm Ďẳng Ďiện của các hạt nano Ďồng (CuNPs) nằm trong Ďộ pH từ 7,5 Ďến

8,5. Khi sự tích tụ CuNPs tăng lên thì mức Ďộ pH cũng tăng lên. Ở nhiệt Ďộ cao, sự

tập hợp các hạt nano Cu Ďƣợc hình thành ở mức Ďộ thấp hơn do chuyển Ďộng hỗn

loạn của các phân tử. Sự hiển diện của các chất hữu cơ trong môi trƣờng dẫn Ďến

quá trình ức chế khả năng chuyển Ďộng của các hạt nano và ngăn ngừa sự hình

thành liên kết giữa CuNPs và các hợp chất kim loại do xuất hiện lực Ďẩy. Một hỗn

hợp axit humic phản ứng với CuNPs mang lại sự ổn Ďịnh tĩnh Ďiện cho CuNPs

[186]. Khi tính di Ďộng của nano Ďồng bị hạn chế kết hợp với kích thƣớc nhỏ sẵn có,

các hạt nano Ďồng có thể thực hiện việc tách hay phá hủy tế bào ngay sau khi nhập

vào cơ thể sinh vật sống bằng cách ức chế các chức năng hoạt Ďộng của enzyme,

gây stress oxy hóa và ngăn chặn quá trình hô hấp của tế bào khiến cho tế bào chết

[187]. Vì vậy, một trong những cơ chế quan trọng của Ďộc tính nano là khả năng

thúc Ďẩy ROS - yếu tố quyết Ďịnh gây stress cho mô tế bào của cơ thể sinh vật, ảnh

hƣởng Ďến khả năng sống sót của tế bào [188].

3.2.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến sinh trưởng và phát triển của tảo lục

C. vulgaris

a) b)

100

Tƣơng tự nhƣ vật liệu nano bạc, vật liệu nano Ďồng chế tạo bằng phƣơng

pháp khử hóa học tiếp tục Ďƣợc thử nghiệm Ďể khảo sát ảnh hƣởng của vật liệu Ďến

sinh trƣởng và phát triển của tảo lục C. vulgaris. Sau khi tiếp xúc với vật liệu nano

Ďồng ở các nồng Ďộ khác nhau, mẫu Ďƣợc thu vào các ngày 0, 2, 6 và 10. Ba thông

số: mật Ďộ quang học (OD) ở bƣớc sóng 680 nm, hàm lƣợng chla và mật Ďộ tế bào

Ďã Ďƣợc phân tích. Kết quả thể hiện trong hình 3.37.

Hình 3.37. Sinh trưởng của tảo lục C. vulgaris ở các nồng độ dung dịch nano đồng

khác nhau (0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm): sinh trưởng tính theo mật độ quang (OD)

(a); theo hàm lượng chla (b); theo mật độ tế bào (c)

101

Kết quả ở hình 3.37 cho thấy ba thông số khảo sát có kết quả tƣơng tự nhau.

Ở tất cả nồng Ďộ thử nghiệm, sinh khối tế bào tăng trƣởng tuyến tính theo thời gian

tiếp xúc với dung dịch vật liệu nano Ďồng và Ďạt giá trị lớn nhất tại thời Ďiểm kết

thúc thí nghiệm (D10). Giá trị mật Ďộ quang OD trung bình Ďạt 0,012 ± 0,002 vào

ngày Ďầu thử nghiệm (D0) và có giá trị 0,514 ± 0,117 vào ngày cuối cùng của chu

kỳ thử nghiệm (D10) (Hình 3.37a). Không có sự khác biệt có ý nghĩa giữa sinh khối

tế bào C. vulgaris ở các mẫu thí nghiệm và ở mẫu Ďối chứng. Hàm lƣợng chla tăng

dần ở tất cả các mẫu thử nghiệm, mật Ďộ sinh khối Ďo Ďƣợc sau 10 ngày Ďã tăng từ

0,0121 ± 0,0019 µg/L (ngày Ďầu tiên, D0) lên 0,5137 ± 0,1171 µg/L vào ngày thứ

10 (D10) (hình 3.37b). Ở các mẫu thử nghiệm với nồng Ďộ dung dịch nano Ďồng cao

từ 1 và 5 ppm, mật Ďộ sinh khối tế bào C. vulgaris thấp hơn so với mẫu Ďối chứng.

Giá trị Ďếm mật Ďộ tế bào cũng cho kết quả tƣơng tự (hình 3.37c), mật Ďộ tế

bào C. vulgaris ở mẫu Ďối chứng tại thời Ďiểm D0 là 133.333 3.333 tế bào/mL.

Mật Ďộ tế bào C. vulgaris ở các mẫu có bổ sung dung dịch nano Ďồng với nồng Ďộ

0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 mg/L tƣơng ứng là: 132.592 8.981; 127.037 6.788;

124.074 22.324; 124.444 31.798 và 117.778 10.183 tế bào/mL. Mật Ďộ tế bào

C. vulgaris sau 10 ngày thí nghiệm ở các mẫu thử nghiệm có bổ sung vật liệu nano

Ďồng với nồng Ďộ tƣơng ứng là: 8.088.889 1.443.761; 11.296.297 455.601;

13.800.000 667.775; 75.777.778 377.123 và 8.122.222 141.421 tế bào/mL so

với mẫu Ďối chứng có mật Ďộ là 9.788.888 78.567 tế bào/mL. Ở các mẫu thử

nghiệm với nồng Ďộ dung dịch nano Ďồng cao từ 1 và 5 ppm, mật Ďộ tế bào C.

vulgaris thấp hơn so với mẫu Ďối chứng.

Cấu trúc tế bào siêu vi của tảo lục C. vulgaris dƣới tác Ďộng của vật liệu nano

Ďồng Ďã Ďƣợc thực hiện bằng kỹ thuật TEM, SEM và SEM-EDX. Hình 3.38a cho

thấy khi không bổ sung vật liệu nano Ďồng, các tế có thành tế bào rõ ràng, các bào

quan nằm gọn gàng trong tế bào. Sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano Ďồng ở nồng Ďộ

1ppm, thành tế bào tảo lục C. vulgaris Ďã bị co lại, tuy nhiên tế bào không bị phá vỡ

(hình 3.38b). Kết quả Ďo SEM-EDX xác Ďịnh các nguyên tố có trên bề mặt các tế

bào tảo lục C. vulgaris minh chứng nano Ďồng Ďã không bám trên bề mặt tế bào tảo

với 0 % trọng lƣợng Ďồng (Hình 3.39).

102

Hình 3.38. Cấu trúc, hình thái tế bào tảo lục C. vulgaris dưới kính hiển vi điện tử

quét (SEM): a) tế bào tảo lục C. vulgaris ở mẫu đối chứng (không bổ sung vật liệu

nano đồng) và b) tế bào tảo lục C. vulgaris ở mẫu có bổ sung 1ppm vật liệu nano

sau 48h.

Nguyên

tố

% trọng

lƣợng

% nguyên

tử

C K 51.48 58.56

O K 48.52 41.44

Cu L 0.00 0.00

Totals 100.00


lục C. vulgaris sau 48h tiếp xúc với vật liệu nano đồng ở nồng độ 1ppm

Kết quả chụp tế bào dƣới kính hiển vi Ďiện tử truyền qua (TEM) (Hình 3.40)

cho kết quả tƣơng tự khi chụp SEM. Kết quả cho thấy, so với mẫu Ďối chứng tế bào

có dạng hình cầu hoặc elip, các tế bào nhẵn và các bào quan nhƣ lục lạp, thylakoid,

các loại hạt và thành tế bào có thể nhìn thấy rõ bằng TEM (Hình 3.40a) thì thành tế

bào tảo lục C. vulgaris khi tiếp xúc với vật liệu nano Ďồng chỉ bị méo, bề ngoài tế bào

sần sùi và tế bào vẫn còn nguyên, không bị vỡ (Hình 3.40b) .

a) b)

103

Hình 3.40. Ảnh TEM chụp cấu trúc và hình thái tế bào tảo lục C. vulgaris: tế bào C.

vulgaris ở mẫu đối chứng (a) và tế bào ở mẫu thí nghiệm có bổ sung 1ppm nano

đồng sau 48h (b)

Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy, sinh trƣởng của tảo lục C. vulgaris

không bị ảnh hƣởng bởi vật liệu nano Ďồng. Do cấu trúc khác biệt của tế bào tảo lục

chủ yếu chứa xellulose và polysaccharide dày (20-40 nm) khiến cho các hạt nano

khó thâm nhập hơn [123, 124, 127], nên không chỉ với vật liệu nano Ďồng mà với

một số vật liệu nano khác cũng khó ức chế sinh trƣởng của tảo lục C. vulgaris [189-

191]. Michele và cs. (2014) chứng minh rằng, khả năng sống sót của C. vulgaris sau

khi tiếp xúc với các hạt nano phụ thuộc nhiều vào hoạt Ďộng của enzyme chống oxy

hóa superoxide dismutase (SOD). SOD là một trong những enzyme chống oxy hoá

quan trọng nhất của tảo, chúng có khả năng xúc tác quá trình superoxide (O2-

) vào

oxy và hydrogen peroxide, giúp bảo vệ tế bào chống lại ROS bằng cách hạ thấp

trạng thái ổn Ďịnh của anion superoxide. Việc tăng hoạt tính của SOD trong tế bào

sau khi tiếp xúc với vật liệu nano cho thấy một cơ chế sống còn cho C. vulgaris,

nhằm giảm tác dụng gây Ďộc và làm chết tế bào [189]. Bui và cs. (2016) cho rằng hệ

enzym cảm ứng có trong tế bào của C. vulgaris có khả năng Ďóng vai trò quan trong

trong khử Ďộc tính của vật liệu nano Ďồng trong trƣờng hợp này [190]. Hơn nữa,

tính co cụm của vật liệu nano khi tồn tại ở kích thƣớc nhỏ làm tăng tỉ lệ giữa thể

tích và diện tích bề mặt dẫn tới hạn chế khả năng giải phóng ion Cu2+

, do Ďó hạn

chế Ďộc tính của vật liệu. Ngoài ra, lớp phủ chitosan cũng có thể là nguyên nhân cản

trở sự giải phóng ion Cu2+

, làm hạn chế Ďộc tính của vật liệu [191].

a) b)

104

Tóm tắt kết quả đạt được của phần 3.2.3: Kết quả nghiên cứu trình bày ở

trên cho thấy, các hạt vật liệu nano CuNPs có khả năng gây ức chế sinh trƣởng của

VKL M. aeruginosa KG nhƣng không gây ức chế sinh trƣởng của tảo lục C.

vulgaris. Ngoài một số cơ chế ảnh hƣởng tƣơng tự nhƣ vật liệu nano kim loại bạc,

sự khác biệt về khả năng ức chế sinh trƣởng của vật liệu nano Ďồng là do:

- Do Ďặc tính kháng khuẩn của vật liệu nano Ďồng [6-8].

- Do sự khác biệt về cấu tạo thành tế bào của VKL M. aeruginosa KG và

tảo lục C. vulgaris [123, 127].

Độc tính của hai loại vật liệu nano kim loại Ďến sinh trƣởng của VKL M.

aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris Ďƣợc tóm tắt trong Bảng 3.2 nhƣ sau:

Bảng 3.2. Độc tính của vật liệu nano bạc và đồng đến sinh trưởng của VKL M.

aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris (EC50)

Nano Ag (mg/L) Nano Cu (mg/L)

C. vulgaris (EC50) 0,017 -

M. aeruginosa KG (EC50) 0,0075 0,7159

Từ kết quả khảo sát và tính toán EC50 của hai loại vật liệu cho thấy, cả hai

dạng vật liệu nano bạc và nano Ďồng Ďều có tác Ďộng ức chế sinh trƣởng Ďối với tảo.

Tuy nhiên vật liệu nano Ďồng có khả năng diệt tảo có chọn lọc hơn so với vật liệu

nano bạc, vật liệu này có Ďộc tính với VKL M. aeruginosa KG nhƣng lại có ảnh

hƣởng không Ďáng kể tới sự phát triển của tảo lục có ích C. vulgaris (Bảng 3.2.).

Kết quả nghiên cứu cũng phù hợp với kết quả của Park và cs. (2010) [123]. Do Ďó,

vật liệu nano Ďồng Ďƣợc lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.2.3.3. Ảnh hưởng của kích thước nano đồng đến sinh trưởng của VKL M.

aeruginosa KG

Một trong những Ďặc Ďiểm ƣu việt của vật liệu nano so với các vật liệu khác

chính là kích thƣớc nhỏ. Tuy nhiên, khi Ďánh giá Ďộc tính của vật liệu nano Ďến các

sinh vật thử nghiệm thì ngoài kích thƣớc hạt, Ďộc tính của vật liệu còn phụ thuộc vào

các Ďặc Ďiểm vật lý, hoá học hoặc diện tích bề mặt, những Ďặc Ďiểm này Ďóng vai trò

quan trọng trong việc hoà tan và kết dính của vật liệu nano [16]. Kích thƣớc là một

trong những yếu tố quan trọng quyết Ďịnh khả năng xâm nhập qua màng tế bào của

vật liệu nano cũng nhƣ tạo ra các Ďặc tính khác biệt so với vật liệu dạng khối [171,

193]. Trong nghiên cứu này, bằng cách thay Ďổi Ďiều kiện thực nghiệm nhƣ tốc Ďộ

105

khuấy, tỷ lệ nano Cu và nồng Ďộ chất khử chúng tôi Ďã tổng hợp Ďƣợc ba loại kích

thƣớc nano Ďồng khác nhau. Kết quả thử nghiệm ảnh hƣởng sinh trƣởng của chủng

VKL M. aeruginosa KG dƣới tác Ďộng của các nồng Ďộ dung dịch vật liệu nano

Ďồng (0; 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm) với 3 dạng kích thƣớc hạt khác nhau (<10 nm;

25-40 nm và >50 nm) ở các ngày D0, D1, D3, D6 và D10 Ďƣợc trình bày ở hình

3.41.

Hình 3.41. Sinh trưởng của VKL M. aeruginosa KG dưới tác động của các nồng độ

dung dịch và các kích thước hạt đồng khác nhau a) kích thước <10 nm; b) kích

thước 25-40 nm và c) kích thước >50 nm.

106

Ở cả ba loại kích thƣớc hạt khả năng ức chế mạnh nhất Ďƣợc ghi nhận ở các

nồng Ďộ 1 ppm và 5 ppm, sinh trƣởng của VKL giảm dần theo thời gian và theo

nồng Ďộ nano bổ sung vào môi trƣờng, mật Ďộ quang (OD) tăng không Ďáng kể và

Ďạt 13÷18% (ở nồng Ďộ 1ppm) hoặc giảm hơn nhiều lần so với ban Ďầu -42% ÷ -

66% (ở nồng Ďộ 5 ppm). Với kích thƣớc hạt nano Ďồng từ 25-40 và > 50 nm, khi bổ

sung nano Ďồng với nồng Ďộ 0,01; 0,05 và 0,1 các tế bào VKL M. aeruginosa KG

tăng trƣởng dần theo thời gian từ ngày D0, tuyến tính với mẫu Ďối chứng và Ďạt giá

trị cao nhất tại ngày D10. Ngoài ra, không có sự khác biệt về sinh trƣởng và sinh

khối VKL ở mẫu thí nghiệm có bổ sung các hạt nano có kích thƣớc 25-40 và kích

thƣớc >50 nm. Bên cạnh Ďó, chúng tôi cũng kiểm tra khả năng ức chế sinh trƣởng

VKL của vật liệu CuSO4. Ở các mẫu có bổ sung CuSO4, kết quả cho thấy tế bào

VKL bị chết ngay sau khi tiếp xúc với dung dịch Ďồng, sinh khối tế bào giảm dần

theo thời gian so với ngày Ďầu tiên D0 (0,63 0,21g/L) và Ďạt giá trị thấp nhất ở

ngày D10 (0,48 0,075 g/L).

Trong các thí nghiệm sử dụng vật liệu nano Cu kích thƣớc lớn (30 nm ÷ 40

nm và ≥ 50 nm), mật Ďộ quang và hàm lƣợng chla Ďo Ďƣợc tăng dần theo thời gian

với các giá trị Ďo Ďƣợc khi kết thúc thí nghiệm tƣơng ứng tăng khoảng 5÷6 lần so với

ban Ďầu và cao hơn 20% ÷ 30% lần so với Ďối chứng. Trong khi Ďó, ở kích thƣớc hạt

≤ 10 nm mặc dù có cùng xu hƣớng với hai kích thƣớc trên song khả năng ức chế

VKL M. aeruginosa KG Ďƣợc thể hiện rõ hơn khi các giá trị OD và chla thấp hơn và

chỉ Ďạt khoảng 15% tại cùng thời Ďiểm (Hình 3.42). Hàm lƣợng chla ở ca ba loại vật

liệu bổ sung 1 và 5 ppm nano Ďồng Ďều giảm và ghi nhận giá trị thấp nhất là ở nồng

Ďộ 5 ppm. Ngƣợc lại, ở các nồng Ďộ nano Ďồng 0,01; 0,05 và 0,1 ppm sinh trƣởng

của các tế bào VKL M. aeruginosa KG tăng dần và Ďạt giá sinh khối cao nhất ngày

D10 (trung bình (8-10 g/L).

Hình 3.42. Biến động hàm lượng chla (A) và mật độ quang (B) của VKL M.

aeruginosa KG theo thời gian dưới tác động của các kích thước hạt nano đồng

khác nhau.

107

Tuy nhiên giá trị này vẫn thấp hơn so với sinh khối của tế bào VKL ngày

D10 ở các công thức hạt kích thƣớc 25÷40 và >50nm. Điều này cho thấy, ngay cả ở

nồng Ďộ dung dịch nano thấp, sinh trƣởng của VKL cũng bị ức chế, kết quả thể hiện

rõ khi xem xét hiệu suất ức chế sinh trƣởng Ďến VKL M. aeruginosa KG của các

kích thƣớc hạt Ďồng ở các nồng Ďộ khác nhau (hình 3.43). Với kích thƣớc hạt Ďồng

<10 nm, tác Ďộng của hạt nano Ďồng lên sinh trƣởng của các tế bào VKL M.

aeruginosa KG có sự khác biệt so với hai dạng hạt kích thƣớc 25-40 nm và >50 nm.

Hình 3.43. Hiệu suất ức chế sinh trưởng chủng VKL M.aeruginosa KG ở các nồng

độ dung dịch và các kích thước hạt đồng khác nhau.

Kết quả trên hình 3.43 cho thấy, với các kích thƣớc hạt nano Ďồng 25÷40 và

>50nm, hiệu suất ức chế sinh trƣởng chỉ Ďƣợc ghi nhận ở nồng Ďộ dung dịch Ďồng

thử nghiệm là 1 và 5 ppm (>85%). Trong khi Ďó hiệu suất ức chế sinh trƣởng của

hạt nano Ďồng kích thƣớc <10 nm Ďƣợc ghi nhận ngay cả ở nồng Ďộ dung dịch nano

Ďồng từ 0,01 ÷ 0,1 ppm (với hiệu suất ức chế sinh trƣởng dao Ďộng từ 22,1% Ďến

55%). Kết quả này chứng tỏ, kích thƣớc hạt nano Ďồng nhỏ có khả năng ức chế sinh

trƣởng VKL cao hơn so với kích thƣớc hạt lớn. Theo Ivask và cs. (2014) kích thƣớc

hạt nano nhỏ dƣờng nhƣ dễ dàng xâm nhập, tƣơng tác với các tế bào, có hoạt tính

sinh học và có Ďộc tính cao hơn so với các kích thƣớc hạt lớn hơn [171]. Thông

thƣờng, các hạt nano có kích thƣớc nhỏ dẫn Ďến việc giải phóng các ion kim loại dễ

dàng hơn và tính Ďộc cũng lớn hơn [194]. Các nghiên cứu trên tế bào Ďộng vật cũng

cho thấy Ďộc tính của nano Ďồng phụ thuộc và kích thƣớc hạt, kích thƣớc hạt nano

giảm thì Ďộc tính của Ďồng càng tăng [195].

Qua kết quả nghiên cứu có thể thấy, so với một số loài tảo có lợi, Ďộc tính của

nano Ďồng Ďối với M. aeruginosa là khá cao nhƣng hầu nhƣ không có sự ức chế Ďến

108

tảo lục C. vulgaris. Nồng Ďộ gây ức chế 50% mật Ďộ tảo Chlorella pyrenoidosa sau

72h của dung dịch nano CuO là 45,7 mg/L [196]. Ngoài Ďặc tính cũng nhƣ cơ chế

ảnh hƣởng của hạt nano thì cấu trúc tế bào của hai loại tảo cũng là một trong những

nguyên nhân dẫn Ďến sự khác biệt này [123]. Bên cạnh Ďó, kết quả thí nghiệm với

kích thƣớc hạt cũng chỉ ra dung dịch CuSO4 ức chế M. aeruginosa hiệu quả hơn các

thí nghiệm sử dụng vật liệu nano với giá trị EC50 = 0,65 mg/L sau 3 ngày và 0,25

mg/L sau 10 ngày. Zeng và cs. (2010) cho rằng trong nhóm thực vật phù du, M.

aeruginosa là loài có tính nhạy cảm cao với CuSO4 [136]. Thực tế cho thấy, Ďộc tính

của dung dịch CuSO4 không chỉ thể hiện qua việc giải phóng ion Cu2+

gây ra hiện

tƣợng stress oxy hóa. Sự hiện diện của CuSO4 trong môi trƣờng có khả năng ảnh

hƣởng tới quá trình trao Ďổi chất [196], khả năng tổng hợp chất béo [197], chức năng

miễn dịch và ức chế hoạt Ďộng của các emzym Ďặc biệt là emzym Na+/K

+-ATPase

của tế bào [198]. Tuy nhiên, hiệu quả ức chế M. aeruginosa có xu hƣớng phụ thuộc

chủ yếu vào nồng Ďộ nano Ďồng trong dung dịch cũng nhƣ Ďộc tính của vật liệu nano

Ďồng thấp hơn nhiều lần so với CuSO4, Ďiều này cho thấy cần tiếp tục các nghiên

cứu tiếp theo nhằm phát triển và tổng hợp Ďƣợc vật liệu nano có khả năng ức chế cao

Ďối với sự bùng phát tảo nói chung và chi VKL M. aeruginosa nói riêng, Ďồng thời ít

gây ảnh hƣởng tới hệ sinh thái hơn các phƣơng pháp truyền thống.

3.3. Kết quả đánh giá tính an toàn của vật liệu nano (ảnh hƣởng của vật liệu

nano đồng đến một số sinh vật khác)

Hiện nay, quá trình sản xuất và ứng dụng vật liệu nano ngày càng tăng Ďã

làm dấy lên nhiều nguy cơ tiềm ẩn ô nhiễm thứ cấp Ďối với sức khỏe con ngƣời

cũng nhƣ môi trƣờng sống, nhất là môi trƣờng nƣớc và các sinh vật thuỷ sinh. Mặc

dù quá trình ứng dụng vật liệu nano nói chung và nano Ďồng nói riêng Ďều Ďƣợc thử

nghiệm và kiểm soát chặt chẽ, song việc phát thải vật liệu ra ngoài môi trƣờng là

không thể tránh khỏi [199]. Để Ďánh giá Ďộc tính sinh thái, nhiều sinh vật phù du Ďã

Ďƣợc sử dụng làm sinh vật mô hình cho quá trình thử nghiệm nhƣ tảo, bèo tấm, giáp

xác,… Nhiều nghiên cứu Ďã chỉ ra ảnh hƣởng của vật liệu nano trong môi trƣờng

nƣớc Ďến sự phát triển của các loài Ďộng, thực vật thủy sinh. Sự tích tụ của vật liệu

nano trong môi trƣờng có thể là một nguồn gây Ďộc tiềm tàng cho khả năng sinh

trƣởng và tồn tại của các Ďộng, thực vật thuỷ sinh. Hơn nữa trong môi trƣờng nƣớc,

nano Ďồng Ďƣợc cho là tồn tại khá bền, vật liệu nano Cu tích tụ trong các tế bào

109

mang của cá hồi (Oncorhynchus mykiss) và cá ngựa vằn (Danio rerio) gây ra các

hiện tƣợng kích ứng phù nề [200, 201]. Đối với các loài giáp xác, Ďộng vật nguyên

sinh, nấm men và tảo, các dạng vật liệu nano Ďồng cũng Ďƣợc Ďánh giá là có Ďộc

tính cao gấp nhiều lần so với dạng vật liệu Ďồng ở dạng khối [202-204]. Một số

Ďánh giá Ďộc tính tế bào và di truyền trên ngƣời cũng ghi nhận khả năng gây ảnh

hƣởng của nano Ďồng tới chuỗi thông tin di truyền ADN do trực tiếp sản sinh ra các

gốc ROSs hoặc Ďóng vai trò trung gian vận chuyển các vật chất lạ từ bên ngoài vào

sợi ADN và gây ra các hiện tƣợng biến dị [205, 206].

Trong phạm vi nghiên cứu của luận án này, giáp xác Daphnia magna và bèo

tấm Lemna sp. Ďã Ďƣợc sử dụng nhƣ những sinh vật mô hình chuẩn Ďể Ďánh giá Ďộc

tính sinh thái của vật liệu Ďến môi trƣờng sau khi sử dụng và Ďến sinh trƣởng và

phát triển của sinh vật.

3.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến giáp xác Daphnia magna

Daphnia magna (D. magna, hay còn gọi là rận nƣớc, bọ nƣớc) là loài giáp xác

nƣớc ngọt thuộc họ Cladocera. Nó phân bố ở khắp các nơi với nhiều loài khác nhau

nhƣ: Daphnia lumholtzi, Daphnia cornuta… Chúng có cấu tạo cơ thể hình bầu dục,

có vỏ giáp bọc ngoài, phân Ďốt cơ thể không rõ ràng. D. magna có thể ăn nhiều loại

thức ăn khác nhau nhƣng chủ yếu là các loại tảo Ďơn bào tƣơi, vi khuẩn, nấm

men…[207]. D. magna sinh sản theo kiểu trinh sản (con mẹ chỉ Ďẻ ra con cái), sống

trong môi trƣờng nƣớc ngọt, thời gian phát triển tƣơng Ďối nhanh chỉ từ 7 Ďến 8 ngày

và phát triển tốt nhất ở 21 ± 10C. Do Ďặc Ďiểm sinh sản vô tính nên khi gặp Ďiều kiện

bất lợi sẽ xuất hiện trứng Ďen trong túi ấp và nở ra con Ďực. Cơ thể D. magna cũng

có những thay Ďổi rõ rệt Ďể phản ứng lại Ďộc tố của môi trƣờng, dễ dàng nhận biết và

dễ kiểm soát nên nó Ďƣợc sử dụng trong nhiều nghiên cứu khoa học nhƣ một sinh vật

mô hình chuẩn Ďể thử nghiệm Ďộc tính của môi trƣờng nƣớc [207].

Để Ďánh giá ảnh hƣởng của vật liệu nano Ďồng Ďến sinh trƣởng và phát triển

của Ďộng vật phù du, D. magna một ngày tuổi Ďƣợc phơi nhiễm với vật liệu nano

Ďồng ở các nồng Ďộ từ 0 Ďến 5 ppm. Kết quả thử nghiệm cho thấy, Ďộc tính của vật

liệu nano Ďồng Ďối với sinh trƣởng của D. magna ở các nồng Ďộ và thời gian phơi

nhiễm khác nhau là khác nhau, khả năng ảnh hƣởng này thể hiện qua tỷ lệ sống sót

của giáp xác D. magna.

110

Kết quả ở hình 3.44 cho thấy, tỷ lệ phần trăm cá thể chết sau 24 giờ phơi

nhiễm ở mẫu Ďối chứng (mẫu không bổ sung vật liệu nano Ďồng) là 2,5% và ở mẫu

có bổ sung nano Ďồng với nồng Ďộ 5ppm là 100%. Tuy nhiên, tại thời Ďiểm 48h

phơi nhiễm với vật liệu, 100% các cá thể D. magna thí nghiệm Ďều chết ở các nồng

Ďộ từ 1 ppm Ďến 5 ppm so với tỷ lệ chết chỉ có 10% ở mẫu Ďối chứng tại cùng thời

Ďiểm. Cụ thể sau 24h và 48h thử nghiệm, ở các nồng Ďộ vật liệu nano Ďồng (Cu) bổ

sung là 1; 3 và 5 ppm, hầu hết số cá thể D. magna Ďều có tỉ lệ sống thấp. Ở mẫu có

bổ sung vật liệu nano Ďồng với nồng Ďộ 5ppm thể hiện Ďộc tính mạnh nhất, sau 24h

phơi nhiễm tỉ lệ chết Ďạt 100%. Trong khi Ďó, ở hai mẫu có nồng Ďộ 1 và 3ppm, số

lƣợng cá thể chết chiếm từ 87 Ďến 92% tổng số cá thể nghiên cứu sau 24h phơi

nhiễm và tăng lên 100% sau 48h. Đối với các nồng Ďộ còn lại (0,01; 0,05 và 0,1

ppm) tỉ lệ sống sót khá cao, ở hai nồng Ďộ 0,05 và 0,1ppm sau 24h tỉ lệ này dao

Ďộng từ 75 Ďến 97% và sau 48 h là 50 Ďến 90%. Riêng nồng Ďộ 0,01ppm không ghi

nhận có hiện tƣợng cá thể D. magna bị chết ở hai thời Ďiểm phơi nhiễm trên, tỷ lệ

sống sót của loài giáp xác thử nghiệm Ďạt 97,5 và 90% tƣơng ứng với hai thời Ďiểm

phơi nhiễm là 24h và 48h so với mẫu Ďối chứng. Kết quả này chứng tỏ các nồng Ďộ

nano Ďồng khác nhau ảnh hƣởng khác nhau Ďến D. magna, vật liệu nano Ďồng Ďã tác

Ďộng Ďến tỷ lệ sống sót của D. magna và Ďộc tính của vật liệu nano Ďồng tăng khi

tăng nồng Ďộ vật liệu trong môi trƣờng.

Hình 3.44. Tỷ lệ cá thể sống/chết của D. magna sau 24h và 48h phơi nhiễm với

dung dịch nano đồng khác nhau (0; 0,01; 0,05; 0,1;1; 3 và 5 ppm).

111

Kết quả xác Ďịnh nồng Ďộ gây chết 50% (LC50) của vật liệu nano Ďồng Ďối

với quần thể D. magna ghi nhận tại hai thời Ďiểm phơi nhiễm 24 và 48h tƣơng ứng

là 0,298 và 0,1ppm (Bảng 3.3). Kết quả thử nghiệm này (giá trị LC50) phù hợp với

một số ghi nhận của một số công bố gần Ďây [57, 208]. Khi sử dụng vật liệu nano

Ďồng có cùng kích thƣớc từ 25 Ďến 40nm, Xiao và cs. (2015) [207] và Song (2016)

[82] Ďã ghi nhận các giá trị LC50 trong nghiên cứu tƣơng ứng lần lƣợt là 0,093

ppm và 0,103 ppm. Khi so sánh khả năng gây Ďộc dựa vào giá trị LC50 của nano

Ďồng Ďối với D. magna và một số loài thuộc nhóm giáp xác ngành râu chẻ nhƣ

Cladoceran (Daphnia pulex, Daphnia galeata, Chydorus sphaericus, Ceriodaphnia

dubia) cho thấy, D. magna có khả năng chống chịu cao hơn so với nhóm giáp xác

kể trên. Nghiên cứu của Song và cs. (2016) khi so sánh với các Ďối tƣợng sinh vật

khác nhƣ cá Ngựa vằn Danio rerio [201]; cá Sóc Oryzias latipes [208] và cá Hồi

vân Oncorhynchus mykiss [209] ghi nhận giá trị này thấp hơn.

Bảng 3.3. Ước tính giá trị LC50 của dung dịch Nano đồng tại thời điểm 24 và 48h

Tỉ lệ chết Nồng độ Nano đồng (ppm)

24 giờ 48 giờ

LC1 0,015 0,030

LC10 0,057 0,059

LC20 0,100 0,079

LC30 0,151 0,098

LC40 0,215 0,117

LC50 0,298 0,100

LC60 0,413 0,112

LC70 0,587 0,127

LC80 0,884 0,148

LC90 1,562 0,181

LC99 6,034 0,294

Peters (1986) cho rằng Ďộc tính của các Ďộc tố môi trƣờng nói chung và nano

Ďồng nói riêng nhìn chung có xu hƣớng phụ thuộc vào trọng lƣợng và kích thƣớc

của các cá thể nghiên cứu [210]. Do những cá thể nhỏ hơn có khả năng bị phơi

nhiễm với các hạt vật liệu nhiều hơn vì tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích cơ thể

cao hơn. Liu và cs. (2014) cho rằng kích thƣớc hạt càng nhỏ thì càng dễ Ďi vào hệ

112

thống bạch huyết, xâm nhập vào Ďƣờng ruột và do Ďó làm tăng khả năng viêm

nhiễm, dẫn Ďến làm chết tế bào [211]. Sislvia và cs. (2014) cũng chỉ ra rằng, tốc Ďộ

ăn và tiêu hóa của D. magna trong hệ sinh thái Ďã bị ảnh hƣởng bởi kích thƣớc và

khả năng liên kết của các hạt nano trong cơ thể. Với các kích thƣớc hạt ZnO 30, 80-

100 và 200nm và sau 48h thử nghiệm cho thấy sự suy giảm chức năng của D.

magna, mặt khác các hạt nano có thể làm tăng nguồn ion kẽm trong môi trƣờng, gây

thay Ďổi tỷ lệ sinh sản dẫn Ďến biến Ďộng số lƣợng cá thể của loài [172]. Các dạng

tồn tại khác nhau của vật liệu nano cũng thể hiện sự ảnh hƣởng khác nhau Ďến D.

magna. Heinlaan (2011) Ďã chứng minh rằng, CuO và các dạng tồn tại của vật liệu

biểu hiện Ďộc tính khác nhau Ďến D. magna. Ở các nồng Ďộ 0,01; 0,05 và 0,07 thì

sau 48h phơi nhiễm CuO gây Ďộc tính cao gấp 50 lần so với các dạng tồn tại khác

của Cu, làm biến Ďổi cấu trúc ruột của D. magna và do Ďó ảnh hƣởng Ďến khả năng

tiêu hóa thức ăn của chúng [202]. Nhƣ vậy, có thể thấy có một sự liên quan tuyến

tính giữa khả năng sinh trƣởng của Ďối tƣợng thử nghiệm với kích thƣớc và nồng Ďộ

của vật liệu nano bổ sung vào môi trƣờng. Kết quả này cho thấy Ďộc tính của nano

Ďồng Ďối với các loài khác nhau là khác nhau.

3.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến bèo tấm Lemna sp.

Kết quả khảo sát khả năng sinh trƣởng của bèo Lemna sp. dƣới tác Ďộng của

các nồng Ďộ nano Ďồng khác nhau giữa ngày Ďầu tiên (D0) và ngày thứ bảy (D7) thử

nghiệm thể hiện trong hình 3.45. Khối lƣợng bèo sau 7 ngày thử nghiệm cho thấy

có sự khác biệt giữa các nồng Ďộ vật liệu nano bổ sung và sự khác biệt về khối

lƣợng giữa ngày Ďầu tiên (D0) và ngày cuối cùng (D7). Ở thời Ďiểm ban Ďầu (D0)

khối lƣợng của bèo ở mẫu Ďối chứng (không bổ sung dung dịch nano Ďồng) là 0,028

± 0,0006 g. Tại các mẫu có bổ sung dung dịch vật liệu nano Ďồng với các nồng Ďộ

là: 0,01; 0,05; 0,1; 1 và 5 ppm sinh khối bèo Lemna sp. Ďƣợc ghi nhận lần lƣợt là:

0,0363 ± 0,0163 g; 0,0286 ± 0,0013 g; 0,0306 ± 0,004; 0,0272 ± 0,0035 g và 0,0288

± 0,0023 g tƣơng ứng. Khối lƣợng bèo sau 7 ngày thí nghiệm tại mẫu Ďối chứng và

mẫu có bổ sung dung dịch vật liệu nano Ďồng với các nồng Ďộ 0,01; 0,05; 0,1; 1 và

5 ppm thay Ďổi tƣơng ứng nhƣ sau: 0,0363 ± 0,004 g; 0,0343 ± 0,004 g; 0,0393 ±

0,0069 g; 0,0366 ± 0,0027 g; 0,0226 ± 0,0006 g và 0,0208 ± 0,0021 g.

113

Hình 3.45. Sự khác biệt về sinh khối của bèo Lemna sp. giữa ngày thử nghiệm đầu

tiên (D0) và ngày cuối cùng (D7) dưới tác động của các nồng độ dung dịch nano

đồng khác nhau: Biểu đồ tăng trưởng (a) và hình ảnh thí nghiệm thực tế (b)

Kết quả ở hình 3.45 cho thấy ở các mẫu có bổ sung nồng Ďộ dung dịch nano

Ďồng là 1 và 5 ppm sinh trƣởng của bèo tấm bị tác Ďộng và ở hai nồng Ďộ này sinh

khối của bèo tấm Lemna sp. bị giảm ở ngày D7 so với thời Ďiểm ban Ďầu (D0). Tuy

nhiên, khi quan sát cánh bèo ở các nồng các Ďộ này, từ 6 cá thể bèo (24 lá, Ďộ dài rễ:

2cm rễ) ban Ďầu Ďến ngày kết thúc thí nghiệm (D7) chúng tôi quan sát số lá bèo Ďã

tăng lên là 35 lá với Ďộ dài rễ chỉ còn 0,1 cm. Nhƣ vậy, có thể thấy rễ bèo chịu tác

Ďộng sau khi tiếp xúc với vật liệu nano Ďồng. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với

nghiên cứu của Song và cs. (2015) [213]. Theo Song và cs. (2015), rễ bèo có khả

năng Ďóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hƣởng Ďến Ďộ nhạy cảm của các loài

bèo thuộc họ Lemnaceae với dung dịch nano hoặc ion kim loại, nên chúng bị Ďứt rời

khỏi các cá thể bèo sau khi tiếp xúc với nồng Ďộ nano Ďồng trên 0,6 mg/L [213].

Chính vì vậy, sau khi tiếp xúc với dung dịch vật liệu nano rễ bèo bị Ďứt dƣờng nhƣ

b)

114

Ďã hạn chế quá trình vận chuyển các hạt nano qua rễ và lá bèo vẫn có thể sinh

trƣởng, phân chia.

Hiệu suất ức chế sinh trƣởng của vật liệu nano Ďồng Ďến bèo Lemna sp. sau 7

ngày Ďƣợc thể hiện trong hình 3.46 dƣới Ďây:

Hình 3.46. Hiệu suất ức chế sinh trưởng của vật liệu nano đồng đến bèo Lemna sp.

sau 7 ngày.

Kết quả nghiên cứu ở hình 3.46 cho thấy ở hai mẫu có bổ sung dung dịch vật

liệu nano Ďồng là 1 và 5 ppm, hiệu suất ức chế thấp chỉ Ďạt >40 %. Điều này thể

hiện vật liệu nano Ďồng có khả năng ức chế sinh trƣởng Ďến bèo Lemna sp. ở những

nồng Ďộ nhất Ďịnh. Kết quả nghiên cứu của Song và cs. (2015) cũng chỉ ra rằng, khi

bèo tấm tiếp xúc với các nồng Ďộ dung dịch nano oxit Ďồng từ 0 Ďến 2,5 ppm thì cả

các hạt nano và ion Ďồng Ďều có khả năng ức chế sinh trƣởng của bèo tấm, khả năng

ảnh hƣởng có thể quan sát rõ nhất ở ngày cuối của chu kỳ thí nghiệm [212]. Theo

nghiên cứu của Kunmiao và cs. (2013), các nồng Ďộ dung dịch nano oxit Ďồng từ 0,

10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400 và 500 mg/L ảnh hƣởng khác nhau Ďến

sinh trƣởng của bèo tấm L. minor ở các nồng Ďộ khác nhau vào những thời Ďiểm

khác nhau. Kể từ ngày thứ ba, khi nồng Ďộ vật liệu tăng tác Ďộng ức chế giữa các

nồng Ďộ khác nhau trở nên rõ ràng hơn. Tỷ lệ ức chế sinh trƣởng Ďạt 100% khi nồng

Ďộ vật liệu nano CuO bổ sung trên 300 mg/L [213].

Các vật liệu nano khác nhau ảnh hƣởng khác nhau Ďến sinh trƣởng của thực

vật thủy sinh, song nhìn chung ở các nồng Ďộ cao vật liệu nano có khả năng gây Ďộc

và ức chế quá trình phát triển của nhóm thực vật này. Theo Oukarroum và cs.

(2013), khi nồng Ďộ vật liệu nano (nano bạc) trong môi trƣờng tăng thì khả năng

115

tích tụ các hạt nano trong tế bào thực vật thuỷ sinh (bèo tấm L. gibba) cũng tăng

lên, quá trình tích tụ liên quan chặt chẽ tới khả năng sinh oxy nội bào, dẫn Ďến sự

phá huỷ tế bào thực vật. Nghiên cứu cũng chứng minh rằng sự tích tụ của vật liệu

nano trong môi trƣờng có thể là một nguồn gây Ďộc tiềm tàng cho khả năng sinh

trƣởng và tồn tại của các thực vật thuỷ sinh [214]. Gubbins và cs. (2011) cũng chỉ ra

rằng có sự liên quan tuyến tính giữa khả năng sinh trƣởng của thực vật thuỷ sinh

(bèo tấm L. minor L) với kích thƣớc và nồng Ďộ của vật liệu nano bổ sung vào môi

trƣờng thử nghiệm (nano bạc). Khi vật liệu nano có kích thƣớc lớn (100 nm) thì khả

năng ức chế cũng tăng dần từ thấp Ďến cao [215].

Tóm tắt kết quả đạt được của phần 3.3: vật liệu nano Ďồng có tác Ďộng Ďến

tỷ lệ sống của giáp xác và sinh trƣởng của bèo tấm Lemna sp. ở nồng Ďộ từ 1-5 ppm.

Mặc dù vật liệu nano kim loại Ďã và Ďang Ďƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh

vực có nhiều kết quả nổi bật Ďã Ďƣợc ghi nhận, song việc ứng dụng vật liệu nano bao

gồm cả nano Ďồng trong kiểm soát bùng phát tảo trong thuỷ vực cũng nhƣ việc ứng

dụng rộng rãi của vật liệu nano trong nhiều lĩnh vực khác cần xem xét Ďến tính an

toàn của chúng Ďối với các sinh vật và môi trƣờng sống một cách cẩn thận nhằm

Ďánh giá Ďƣợc khả năng sử dụng vật liệu nano của các ứng dụng trong tƣơng lai.

3.4. Kết quả thực nghiệm với mẫu nƣớc hồ Tiền (mẫu nƣớc hồ thực tế bùng

phát VKL)

Dựa vào các kết quả Ďã trình bày ở trên, chúng ta có thể thấy vật liệu nano

Ďồng có khả năng gây ức chế sinh trƣởng Ďối với VKL M. aeruginosa KG nhƣng

không ảnh hƣởng Ďến tảo lục có ích C. vugaris. Chính vì vậy, chúng tôi sử dụng vật

liệu nano Ďồng Ďể tiến hành thử nghiệm với môi trƣờng nƣớc hồ thực tế, cụ thể là

nƣớc hồ Tiền trong khuôn viên Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Trong thực tế quần xã thực vật phù du trong các hệ sinh thái thủy vực rất

phong phú và Ďa dạng với nhiều loài khác nhau và có các hình dạng khác nhau.

Trong phạm vi nghiên cứu của luận án này, chúng tôi Ďã lựa chọn nƣớc hồ Tiền Ďể

tiến hành nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm nhằm Ďánh giá khả năng diệt tảo

của vật liệu nano Ďồng lên quần xã thực vật nổi (TVN) và VKL M. aeruginosa có

mặt trong thành phần thực vật nổi của nƣớc hồ Tiền. Đây là hồ nƣớc bị ô nhiễm phú

dƣỡng Ďiển hình do hồ là nơi tiếp nhận các nguồn nƣớc thải sinh hoạt từ khu vực

nhà ăn và một số tòa nhà công vụ xung quanh hồ. Phân tích Ďịnh tính thành phần

116

TVN cho thấy quần xã thực vật phù du nƣớc hồ Tiền có tới 90% tổng số thực vật

phù du là nhóm VKL. Chi Microcystis và mẫu nƣớc “nở hoa” thu từ hồ Tiền có Ďại

diện chủ yếu bởi một số loài nhƣ M. aeruginosa, M. wesenbergii và M.

ichthyoblabe. Một số chi VKL khác cũng Ďƣợc bắt gặp trong mẫu nƣớc hồ Tiền nhƣ

Lyngbya, Aphanocapsa, Pseudanabaena, Anabaena. Ngoài ra, một số loài thuộc

ngành tảo lục, tảo silic và tảo giáp cũng Ďƣợc ghi nhận nhƣ S. gracile, S.

paradoxum, A. granulata, N. placentula, N. gracillis, Ceratium sp.

Biến Ďộng sinh khối quần xã TVN nƣớc hồ Tiền dƣới tác Ďộng của dung dịch

nano Ďồng Ďƣợc trình bày tại hình 3.47. Trong nghiên cứu này, hàm lƣợng chla và

mật Ďộ tế bào Ďƣợc xác Ďịnh Ďể Ďánh giá khả năng tăng trƣởng của quần xã thực vật

nổi trong hồ. Hình 3.47 chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa về quá trình tăng trƣởng của

quần xã TVN trong hồ Tiền giữa mẫu Ďối chứng (không bổ sung vật liệu nano

Ďồng) và các mẫu có bổ sung vật liệu nano Ďồng (1 ppm). Sinh khối ban Ďầu ở mẫu

Ďối chứng là 11,42 ± 0,17 g/L (D0) và Ďã tăng nhẹ cho Ďến khi kết thúc thí nghiệm

(D8) giá trị này Ďạt 12,6 ± 1,18 g/L. Ngƣợc lại, ở mẫu thí nghiệm có bổ sung

dung dịch nano Ďồng 1 ppm sinh khối tảo ở thời Ďiểm ban Ďầu (D0) là 12,03 ± 0,21

g/ L sau Ďó giảm dần Ďến ngày cuối (D8) chỉ còn 6,46 ± 0,89 g/ L.

Hình 3.47. Biến động sinh khối thực vật nổi (chla) giữa mẫu đối chứng và mẫu có

bổ sung dung dung dịch nano đồng (1 ppm) sau D0, D1, D2, D3, D4 và D8 ngày

thực nghiệm.

Từ kết quả mật Ďộ tế bào, chúng tôi Ďã xác Ďịnh Ďƣợc ảnh hƣởng của dung

dịch nano Ďồng Ďến sinh trƣởng của cả quần xã TVN và nhóm VKL Microcystis

trong hồ Tiền. Hình 3.48a, b trình bày biến Ďộng mật Ďộ tế bào TVN và tế bào chi

VKL Microcystis trong mẫu Ďối chứng (không bổ sung vật liệu nano Ďồng) và mẫu

117

thí nghiệm (bổ sung vật liệu nano Ďồng 1 ppm). Ở mẫu Ďối chứng, mật Ďộ tế bào

TVN và tế bào chi VKL Microcystis không có sự khác biệt Ďáng kể giữa ngày Ďầu

tiên (D0) và ngày cuối cùng (D8). Ngƣợc lại, ở mẫu thí nghiệm sau khi tiếp xúc với

dung dịch nano Ďồng tổng mật Ďộ tế bào giảm dần so với mẫu Ďối chứng, giữa ngày

Ďầu tiên (D0) và ngày cuối cùng (D8) có sự khác biệt rõ rệt, giá trị thấp nhất Ďƣợc

khi nhận ở thời Ďiểm kết thúc thí nghiệm (D8).

Hình 3.48. Biến động mật độ tế bào chi VKL Microcystis (b) và tổng mật độ tế bào

thực vật nổi (a) giữa mẫu đối chứng (không bổ sung dung dịch nano đồng) và mẫu

thử nghiệm (mẫu có bổ sung 1 ppm dung dịch nano đồng) sau 8 ngày.

Các thông số Ďánh giá sinh trƣởng (bao gồm xác Ďịnh hàm lƣợng chla và

Ďếm mật Ďộ tế bào) Ďã Ďƣợc sử dụng Ďể Ďánh giá hiệu suất ức chế sinh trƣởng của

dung dịch nano Ďồng Ďến sinh trƣởng của quần xã thực vật nổi và nhóm

Microcystis. Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu quả ức chế của dung dịch nano Ďồng

tính theo hàm lƣợng chla là 48%; tính theo mật Ďộ tế bào TVN và tế bào chi VKL

Microcystis là 44,7 % và 52% tƣơng ứng. Kết quả nghiên cứu này có thể khẳng

118

Ďịnh rằng dung dịch nano Ďồng có khả năng ứng dụng trong kiểm soát sinh trƣởng

của VKL Microcystis.

Để Ďánh giá toàn diện khả năng ảnh hƣởng của vật liệu nano trong môi

trƣờng khi ứng dụng thực tế thì bên cạnh các chỉ tiêu sinh học, các thông số thủy lý

thủy hóa nhƣ pH, nhiệt Ďộ, lƣợng oxy hòa tan, Ďộ Ďục... cũng Ďƣợc xác Ďịnh nhằm

Ďánh giá chất lƣợng môi trƣờng trƣớc và sau xử lý với vật liệu nano. Bảng 3.3 trình

bày sự biến Ďổi các thông số thủy lý. Kết quả phân tích nhƣ sau:

Nhiệt Ďộ nƣớc trong mẫu thí nghiệm dao Ďộng trong khoảng 18 - 230C, Ďây

là khoảng nhiệt Ďộ phù hợp với tốc Ďộ tăng trƣởng của thực vật phù du và VKL.

Các thông số nhƣ Ďộ dẫn Ďiện, tổng chất rắn hòa tan, hàm lƣợng muối cũng Ďƣợc Ďo

nhanh bằng thiết bị Ďo Ďa chỉ tiêu trong suốt chu kỳ thí nghiệm. Giá trị Ďo của các

thông số này khá ổn Ďịnh trong suốt quá trình và dao Ďộng trong khoảng tƣơng ứng

là 19,4 - 19,6 và 0,11. Giá trị của hai thông số pH và hàm lƣợng oxy hòa tan (DO)

dao Ďộng trong khoảng 8,1 - 8,8 và 1,56 - 1,61 mg/L. Giá trị Ďo của các thông số

này không có sự khác biệt lớn giữa mẫu Ďối chứng và mẫu thí nghiệm có bổ sung

vật liệu nano Ďồng. Bộ TNMT Ďã ban hành QCVN 08-MT:2015/BTNMT: quy

chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt, trong Ďó có các quy Ďịnh về giá trị

giới hạn của một số chỉ tiêu trong nguồn nƣớc của các thủy vực tiếp nhận, nhất là

các thủy vực dùng cho thủy nông, sinh hoạt nhằm bảo tồn Ďộng, thực vật thủy sinh.

Theo quy chuẩn này giá trị giới hạn cho phép của pH và DO trong nƣớc hồ tƣơng

ứng là 6; 8,5 và ≥ 5 mg/L. Bảng 3.4 cũng trình bày giá trị biến Ďộng hàm lƣợng các

muối dinh dƣỡng chứa nitơ và photpho. Kết quả trong bảng 3.4 cho thấy hàm

lƣợng amoni dao Ďộng trong khoảng từ 0,309 - 0,909 mg N/L và hàm lƣợng

photpho là 0,01 mg P/L. Trong mẫu có bổ sung vật liệu nano Ďồng, hàm lƣợng muối

nitơ cao hơn so với mẫu Ďối chứng, tuy nhiên cả giá trị hàm lƣợng các muối nitơ và

photpho trong các mẫu thí nghiệm Ďều nằm trong khoảng giới hạn cho phép của

QCVN 08-MT:2015/BTNMT Ďối với chất lƣợng nƣớc mặt nguồn tiếp nhận.

Bảng 3.4. Biến động giá trị của các thông số thuỷ lý, thuỷ hoá trong các mẫu thí

nghiệm (bổ sung vật liệu nano đồng 1 ppm) và mẫu đối chứng (nước hồ Tiền không

bổ sung dung dịch vật liệu nano đồng).

Thông số Đối chứng Mẫu thử nghiệm (Bổ

sung nano Cu (1mg/L))

pH 8,8 (8,4 - 9) 8,1 (7,1 - 9)

Nhiệt Ďộ nƣớc (0C) 21,4 (18,8 - 23) 21,3 (18 - 23,2)

119

Thông số Đối chứng Mẫu thử nghiệm (Bổ

sung nano Cu (1mg/L))

Độ dẫn (µS/cm) 19,4 (18,6 - 19,1) 19,6 (18,1 - 20)

Oxy hoà tan (mg/L) 1,61 (1,4 - 1,7) 1,56 (1,4 - 1,7)

TDS (mg/L) 0,11 0,11

NH4+-N (mg/L) 0,309 (0,17 - 0,57) 0,909 (0,37 - 1,409)

PO43-

-P (mg/L) 0,01 (0,0025 - 0,03) 0,014 (0,002 - 0,056)

Cu (mg/L) 0 0,6

Do có nhiều Ďặc tính ƣu việt nên vật liệu nano nhận Ďƣợc nhiều sự quan tâm

nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, quy mô ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực

ngày càng trở nên phổ biến. Trong Ďó, nghiên cứu trong lĩnh vực sinh thái môi

trƣờng nhất là sử dụng vật liệu nano nhằm kiểm soát bùng phát nở hoa của VKL Ďã

Ďƣợc ứng dụng và ghi nhận một số kết quả nhất Ďịnh. Công trình nghiên cứu của

các nhà khoa học Hàn quốc, Park và cs. (2010) chỉ ra rằng, nghiên cứu ở quy mô

phòng thí nghiệm và pilot Ďã chứng minh vật liệu nano bạc là chất diệt nở hoa VKL

Microcystis hiệu quả nhƣng không ảnh hƣởng Ďến các loài tảo khác [123]. Theo

Marsalek và cs. (2012) - Viện Hàn lâm Khoa học Séc thì hạt nano sắt vừa có khả

năng loại bỏ photpho, phá vỡ các tế bào VKL, cố Ďịnh Ďộc tố microcystin không

cho phát tán ra môi trƣờng nƣớc [85]. Hơn nữa, nghiên cứu Ďộc tố học cho thấy,

Ďộc tính của hạt nano sắt Ďối với VKL M. aeruginosa cao hơn rất nhiều so với các

nhóm sinh vật thử nhiệm khác nhƣ bèo tấm (Lemna minor), giáp xác (Daphnia

magna), thực vật và cá. Trong một nghiên cứu khác của Sankar và cs. (2014) chứng

minh rằng oxit Ďồng Ďƣợc tổng hợp từ dịch chiết thực vật là hoạt chất diệt khuẩn

hiệu quả, trong Ďó dịch chiết nano Ďồng Ďƣợc tổng hợp có khả năng kiểm soát nở

hoa của VKL M.aeruginosa ở Ďiều kiện phòng thí nghiệm [135].

Bên cạnh Ďó, hoạt tính và tính chất vật lý hóa học của vật liệu nano còn bị

ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố khác trong môi trƣờng mà chúng tồn tại nhƣ: khả năng

giải phóng và hòa tan hạt ion trong môi trƣờng, pH, các chất hữu cơ (axit humic),

cƣờng Ďộ ion…[140, 216]. Các yếu tố này có thể ảnh hƣởng Ďến Ďộc tính kháng

khuẩn của vật liệu nano trong môi trƣờng nƣớc. Hơn nữa, việc giải phóng ion kim

loại từ các hạt nano cũng bị tác Ďộng bởi Ďiều kiện môi trƣờng nƣớc xung quanh

[140]. Chẳng hạn, tốc Ďộ ion kim loại từ các hạt vật liệu giải phóng ra khỏi môi

120

trƣờng bên ngoài sẽ hạn chế các hạt nano bị các hạt phân tử hữu cơ bao phủ và làm

cho pH của nƣớc tăng [217, 218]. Huang và cs. (2016) chỉ ra rằng, axit humic làm

giảm Ďộc tính của hạt nano kim loại Ďối với loài VKL M. aeruginosa [216]. Trong

khi Ďó, sự có mặt của ion Canxi và Magnesium làm tăng Ďộc tính của hạt nano kim

loại Ďối với loài VKL nói trên.

Tóm tắt kết quả đạt được của phần 3.4: khi thực hiện thử nghiệm ứng dụng

vật liệu nano Ďồng diệt tảo (trong Ďó chi VKL Microcystis chiếm ƣu thế) trong môi

trƣờng nƣớc hồ thực tế Ďã cho thấy hiệu quả diệt VKL Ďáng kể, hiệu quả ức chế của

dung dịch nano Ďồng tính theo hàm lƣợng chla Ďạt 48%; tính theo mật Ďộ tế bào

TVN là 44,7 % và Ďạt 52% khi tính theo mật Ďộ tế bào chi VKL Microcystis.

121

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Trên cơ sở kết quả tổng hợp vật liệu nano và thực nghiệm Ďánh giá tác dụng

dụng diệt và ức chế vi khuẩn lam có thể rút ra một số kết luận chính nhƣ sau:

1. Đã tổng hợp và xác Ďịnh Ďƣợc Ďặc trƣng của ba loại vật liệu nano bạc,

Ďồng và sắt. Nano bạc và Ďồng tổng hợp bằng phƣơng pháp khử hóa học, nano sắt

tổng hợp bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa. Kết quả chụp SEM, TEM chứng minh

các hạt nano phân bố Ďồng Ďều, kích thƣớc trung bình của hạt nano bạc là 15nm,

nano Ďồng là 30 nm và nano sắt từ là 15-20nm và có tính chất siêu thuận từ. Hai

loại vật liệu nano (nano bạc và Ďồng) có tác dụng ức chế sinh trƣởng Ďối với chủng

VKL M. aeruginosa KG.

2. Đã Ďánh giá Ďƣợc Ďộc tính của vật liệu nano bạc Ďối với VKL M.

aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris cao hơn so với vật liệu nano Ďồng, EC50 (Ag)

có giá trị 0,0075 mg/L với VKL M. aeruginosa KG và 0,07 mg/L với tảo lục C.

vulgaris; EC50 (Cu) là 0,7159 mg/L với M. aeruginosa KG. Hiệu suất ức chế sinh

trƣởng Ďạt > 75% ghi nhận ở 4 nồng Ďộ nano bạc bổ sung (0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm)

và Ďạt > 90% khi nồng Ďộ nano Ďồng là 1 và 5 ppm nano Ďồng. Vật liệu nano Ďồng

không ức chế sinh trƣởng của chủng tảo lục C. vulgaris và Ďƣợc lựa chọn cho các

thí nghiệm tiếp theo.

3. Đã khảo sát tính an toàn của vật liệu nano Ďồng Ďối với hai nhóm sinh vật

mô hình chuẩn là bèo tấm Lemna minor và giáp xác Daphnia magna. Vật liệu nano

Ďồng có khả năng ảnh hƣởng Ďến sinh trƣởng của cả hai nhóm sinh vật song hiệu

suất ức chế sinh trƣởng thấp và chỉ ghi nhận ở nồng Ďộ cao từ 1 - 5 ppm.

4. Đã thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của vật liệu nano Ďồng Ďối với mẫu

nƣớc hồ thực tế. Ở nồng Ďộ vật liệu nano Ďồng bổ sung là 1ppm, hiệu suất ức chế

Ďối với sinh trƣởng tính theo thông số mật Ďộ tế bào của chi Microcystis trong quần

xã thực vật nổi thu từ hồ Tiền là 52%. Các thông số thủy lý, thủy hóa nƣớc hồ Tiền

trong quá trình ứng dụng xử lý tảo bằng vật liệu nano Ďồng này ổn Ďịnh trong suốt

quá trình thí nghiệm và Ďều nằm trong khoảng giới hạn cho phép của QCVN 08-

MT: 2015/BTNMT Ďối với chất lƣợng nƣớc mặt.

122

Kiến nghị

Do khuôn khổ nghiên cứu của luận án Tiến sĩ có hạn, các nghiên cứu của luận

án có tính chất là các nghiên cứu cơ bản. Để có thể áp dụng rộng rãi các kết quả

nghiên cứu của luận án vào thực tế, cần thiết phải có nghiên cứu toàn diện hơn về vật

liệu nano cũng nhƣ khả năng kết hợp với các loại vật liệu khác nhằm mục Ďích nâng

cao hiệu suất sử dụng. Một số nội dung nghiên cứu cần Ďƣợc thực hiện tiếp nhằm

mục Ďích nâng cao hiệu suất diệt tảo và hoàn thiện quy trình tổng hợp vật liệu nano

nhằm diệt tảo tốt nhất, có tính kinh tế nhất ở quy mô lớn hơn bao gồm:

1. Nghiên cứu chế tạo các vật liệu khác nhƣ vật liệu kim loại, vật liệu xanh, vật

liệu lai vừa có khả năng loại bỏ dinh dƣỡng vừa có khả năng diệt tảo.

2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của vật liệu Ďến một số sinh vật chỉ thị khác nhƣ thực

vật bậc cao, cá….

3. Đánh giá ảnh hƣởng của các tác nhân môi trƣờng khác lên hoạt tính ức chế

VKL và tảo Ďộc của các vật liệu chế tạo.

4. Ứng dụng các chế phẩm tiềm năng ở quy mô rộng hơn.

123

MỘT SỐ ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Luận án Ďã lựa chọn Ďƣợc hai loại vật liệu nano bạc và Ďồng có khả năng

diệt VKL M. aeruginosa KG.

- Luận án Ďã khảo sát khả năng ức chế và diệt VKL của vật liệu nano bạc,

Ďồng và chỉ ra rằng cả hai loại vật liệu Ďều có khả năng ức chế sinh trƣởng của

VKL. EC50 của vật liệu nano bạc Ďối với VKL M. aeruginosa KG là 0,0075 mg/L

và của nano Ďồng là 0,7159 mg/L. Hiệu suất ức chế sinh trƣởng Ďạt > 75% ghi nhận

ở 4 nồng Ďộ nano bạc bổ sung (0,01; 0,05; 0,1 và 1 ppm) và Ďạt > 90% khi nồng Ďộ

nano Ďồng là 1 và 5 ppm nano Ďồng.

- Luận án Ďã Ďánh giá khả năng diệt vi khuẩn lam của vật liệu nano Ďồng Ďối

với mẫu thực vật nổi thu tại hồ Tiền ở quy mô pilot (10L). Vật liệu nano Ďồng gây ức

chế sinh trƣởng Ďối với nhóm vi khuẩn lam Microcystis khoảng 52%. Độc tính của

vật liệu nano Ďồng Ďối với bèo tấm Lemna sp, giáp xác D. magna Ďƣợc xác Ďịnh ở

nồng Ďộ từ 1 - 5 ppm.

124

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Duong TT., Le TS., Tran TTH., Nguyen TK., Ho TC., Dao TH., Le TPQ.,

Nguyen HC., Dang DK., Le TTH., Ha PT. 2016. Inhibition effect of engineered

silver nanoparticles to bloom forming cyanobacteria. Adv. Nat. Sci.: Nanosci.

Nanotechnol. 7 (3). doi:10.1088/2043-6262/7/3/035018.

2. Tran TTH, Nguyen TK, Nguyen TTT, Ha PT, Le TPQ, Do VB, Dinh THV, Trinh

QH, Duong TT; Nanoparticles as a control for cyanobacterial bloom. J. Viet. Env.

8(3), 2016: 161-166.

3. Tran THH., Duong TT., Ha PT., Nguyen TK., Dang DK., Dao TH (2016). The

initial results for investigating effects of nanomaterials on growth and development

of cyanobacterial population on Microcystis aeruginosa. ISBN 978-604-913-088-5,

(65-79), 2015.

4. Trần Thi Thu Hƣơng, Dƣơng Thị Thủy, Đặng Đình Kim, Hà Phƣơng Thƣ và

nnk. Ảnh hƣởng của một số vật liệu nano kim loại Ďến sinh trƣởng của chủng VKL

Microcystis aeruginosa KG. Journal of Science and Technology 53 (3A) (2015).

5. Trần Thị Thu Hƣơng, Nguyễn Trung Kiên, Dƣơng Thị Thủy và nnk. Ảnh hƣởng

của các vật liệu nano bạc lên sinh trƣởng của bèo Lemma sp. Tạp chí Công nghệ

Sinh học 14(2): 1-8, 2016.

6. Nguyễn Trung Kiên, Trần Thị Thu Hƣơng, Dƣơng Thị Thủy. Ảnh hƣởng Ďộc

tính của vật liệu nano Ďồng Ďến sự sinh trƣởng của Daphnia magna. Tạp chí Sinh

học, tập 39 số 2 năm 2017.

7. Lê Văn Bắc, Trần Thị Thu Hƣơng, Dƣơng Thị Thủy. Ảnh hƣởng của vật liệu

nano Ďồng Ďến sinh trƣởng của bèo tấm Lemna sp. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN:

Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 33, Số 1S (2017) 22-27.

8. Trần Thị Thu Hƣơng, Dƣơng Thị Thủy. Sinh trƣởng của chủng tảo lục Chlorella

vulgaris dƣới tác Ďộng của vật liệu nano bạc. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa

học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 33, Số 1S (2017) 1-3.

9. Nguyễn Trung Kiên, Trần Thị Thu Hƣơng, Nguyễn Hoài Châu, Dƣơng Thị Thủy.

Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt nano Ďồng Ďến sự sinh trƣởng của vi khuẩn lam

Microcystis aeruginosa. Tạp chí Công nghệ Sinh học, tập 16, số 1, 2018. Giấy chấp

nhận Ďăng ngày 25 tháng 12 năm 2017.

125

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. R Nagarajan. Nanoparticles: Building Blocks for Nanotechnology. ACS

Symposium Series, 2008, 996: 2-14.

2. H Khalid, S Shamaila, N Zafar. Synthesis of copper nanoparticles by chemical

reduction method. Sci.Int.(Lahore), 2015, 27(4), 3085-3088.

3. MG Moghaddam, H Eslahi. Synthesis, characterization and antibacterial

properties of a novel nanocomposite based on polyaniline/polyvinylalcohol/Ag.

Arabian Journal of Chemistry, 2014, 7 (5), 846-855.

4. S Prabhu, EK Poulose. Silver nanoparticles: mechanism of antimicrobial action,

synthesis, medical applications and toxicity effects. Int. Nano Lett, 2012, 2, 1-10.

5. HD Beyene, AA Werkneh, HK Bezabh, TG Ambaye. Synthesis paradigm and

applications of silver nanoparticles (AgNPs), a review. Sustainable Materials

and Technologies, 2017, 13, 18-23.

6. AK Chatterjee, R Chakraborty, T Basu. Mechanism of antibacterial activity of

copper nanoparticles. Nanotechnology, 2014, 25.

7. SM Ouda. Antifungal activity of silver and copper nanoparticles on two plant

pathogens-Alternaria alternate and Botrytis cinerea. Research Journal of

Microbiology, 2014, 9 (1), 34-42.

8. A Manikandan, M Sathiyabama. Green Synthesis of Copper -Chitosan

Nanoparticles and Study of its Antibacterial Activity. J Nanotechnol, 2015, 6 (1).

9. Nguyễn Thị Ngoan. Luận án tiến sĩ hóa học. Nghiên cứu, tổng hợp, đặc trưng

vật liệu lai vô cơ (Ag, Fe3O4) - hữu cơ (chitosan) cấu trúc nano định hướng ứng

dụng trong y sinh, 2016.

10. YP Zong, XH Liu, XW Du, YR Lu, MY Wang, GY Wang. Decolorization of

methylene blue in aqueous suspensions of gold nanoparticles using parallel

nanosecond pulsed laser. Journal of Environmental Science and Health, 2013,

Part A, 48, 1583-1591.

11. SS Iravani, H Korbekandi, SV Mirmohammadi, B Zolfaghari. Synthesis of silver

nanoparticles: chemical, physical and biological methods. Research in

Pharmaceutical Sciences, 2014, 9, 385-406.

http://www.ingentaconnect.com/search;jsessionid=2ctq67yyfxi51.x-ic-live-01?option2=author&value2=Mansour+Ghaffari-Moghaddam

http://www.ingentaconnect.com/search;jsessionid=2ctq67yyfxi51.x-ic-live-01?option2=author&value2=Hassan+Eslahi

https://www.sciencedirect.com/science/journal/18785352

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214993717300106#!






https://www.sciencedirect.com/science/journal/22149937/13/supp/C

126

12. M Thabet, Tolaymat, AM El-Badawy, A Genaidy, KG Schekel, TP Luxton, M

Suidan. An evidence-based environmental perspective of manufactured silver

nanoparticle in syntheses and applications: Asystematic review and critical

appraisal of peer-reviewed scientific paper. Science of the total environment,

2010, 408, 999-1006.

13. MM Kholoud, A Eftaiha, A Al-Warthan, RA Ammar. Synthesis and

applications of silver nanoparticles. Arabian Journal of Chemistry, 2010, 3,

135-140.

14. JW Jin, HJ Jeon, JH Kim, JH Youka. 2007. A study on the preparation of poly-

{vinyl alcohol} nanofibers containing silver nanoparticles. Synthetic Metals,

2007, 157, 454-459.

15. PK Khanna, N Singh, S Charan, VS Subbarao, R Gokhale, UP Mulik. Synthesis

and characterization of Ag/PVA nanocomposite by chemical reduction method.

Materals Chemistry and Physics, 2005, 93, 117-121.

16. MS Paula, CV Franco, MC Baldin, L Rodriguesa, T Barichello, GD Savi, LF

Bellato, MA Fiori, L Silva. Synthesis, characterization and antibacterial activity

studies of poly-{styrene-acrylic acid} with silver nanoparticles. Materials

Science and Engineering, 2009, 29, 647-650.

17. N Singh, PK Khanna. Insitute synthesis of silver nano-particles in

polymethylmethacrylate. Materials Chemistry and Physics, 2007, 104, 367-372.

18. Y Badr, MA Mahmoud. Enhancement of the optical propertied of poly vinyl

alcohol by doping with silver nanoparticles. J. Appl. Polym. Sci, 2009, 99,

3068-3614.

19. H Yu, X Xu, X Chen, T Lu, P Zhang, X Jing. Preparation and antibacterial

effects of PVA_PVP hydrogels containing silver nanoparticles. J. Appl. Polym.

Sci, 2007, 103,125-133.

20. Tran TYN, Duong TT, Nguyen VT. Synthesis of nano silver--chitozan toward

finding microbial active materials. Proc. of Intern, 2006, 1st WOFMs and 3rd

WONPNT, Dec. 6-9, 2006, 32-35.

21. Ngo Vo Ke Thanh, Nguyen Thi Phuong Phong. Ivestigation of bactericidal

activity of cotton fabric incorporating nanosilver colloid. Journal of Physics:

Conference Series, 187 (1).










https://onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Yu%2C+Haijun

https://onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Xu%2C+Xiaoyi

https://onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Chen%2C+Xuesi

https://onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Lu%2C+Tiancheng

https://onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Zhang%2C+Peibiao

https://onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Jing%2C+Xiabin

http://iopscience.iop.org/journal/1742-6596

http://iopscience.iop.org/journal/1742-6596

http://iopscience.iop.org/volume/1742-6596/187

http://iopscience.iop.org/issue/1742-6596/187/1

127

22. M Faraday. Philos. Trans. Royal Soc. London, 1857, 147, 145.

23. S De, S Mandal. Surfactant-assisted shape control of copper

nanostructures, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2013,

421, 72- 83.

24. A Umer, S Naveed, N Ramzan=. Selection of a suitable method for the synthesis

of copper nanoparticals. Brief Reports and Reviews, 2012, 7 (5)

25. Q Liu, D Zhou, Y Yuya, I Ryoichi, O Masazumi. Preparation of Cu

nanoparticles with NaBH4 by aqueous reduction method. Trans. Nonferrous

Met. Soc. China, 2012, 22, 117-123

26. A Khan, A Rashid, R Younas, R Chong. A chemical reduction approach to the

synthesis of copper nanoparticles. Int Nano Lett, 2016, 6: 21-26.

27. M Fallahzadeh, M Reisie, H Eisazadeh. Preparation of Cu Nanoparticles with a

chemical reduction method. International Academic Journal, 2016, Vol. 3, No.

2, pp. Science and Engineering 1-10.

28. S Chandra, A Kumar, PK Tomar. Synthesis and characterization of copper

nanoparticles by reducing agent. Journal of Saudi Chemical Society, 2014, 18,

149-153.

29. Cao Văn Dƣ. Luận án tiến sĩ hóa học. Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát các tính

chất của vật liệu nano kim loại đồng. 2016.

30. KN Han, NS Kim. Challenges and opportunities in direct write technology

using nano-metal particles. KONA Powder Part J, 2009, 27, 73.

31. Dang Mau Chien, Dang Thi My Dung, Fribourg-Blanc E. Inkjet printing

technology and conductive inks synthesis for microfabrication techniques, Adv.

Nat. Sci Nanosci Nanotechnol, 2013, 4.

32. Nguyễn Thị Phƣợng Phong. Nghiên cứu chế tạo dung dịch Cu nano làm nguyên

liệu chế tạo thuốc bảo vệ thực vật kháng và diệt bệnh nấm hồng Corticium

salmonicolor, bệnh phấn trắng Oidium Heveae trên cao su. Báo cáo Ďề tài tỉnh

Đồng Nai, 2011.

33. Bui Duy Du, Dang Van Phu, Le Anh Quoc, Nguyen Quoc Hien. Synthesis and

Investigation of Antimicrobial Activity of Cu2O Nanoparticles/Zeolite. Journal of

Nanoparticles, 2017.

34. Nguyễn Hoàng Hải. Các hạt nano kim loại. Tạp chí Vật lý Việt Nam, 2007.

https://www.hindawi.com/50283681/




http://vatlyvietnam.org/

128

35. RM Cornell, U Schwertmann. The ion oxide: structure, properties,

reaction, occurences, and uses. WILEHeY - vhc, Germany, 2003.

36. BD Cullity. Introduction to Magnetic Material. Addison-Wesley Puslishign

Company, 1972, pp.181.

37. HT Jeng, GY Guo. First-principles investigations oF the electronic structure

and magnetocrystalline anistotropy in strained magnetite Fe3O4. Phys. Rev,

2002, B, 65, 094429.

38. SS Nan, W Chao, ZZ Zan, HY Long, SS Venkatraman, XZ Chuan. Magnetic

iron oxide nanoparticles: Synthesis and surface coating techniques for

biomedical applications. Chinese Phys. B, 2014, 23: 037503.

39. R Massart. Preparation of aqueous magnetic liquid in alkaline and acidic

media. IEEE Trans. Magn.Mag, 1981, 17(2), 1247-1248.

40. R Massart, V Cabuil. Effect of some parameters on the formation of coilloidal

magnetite in ankaline medium - Yield and particles - size control. J. Chim. Phys,

1987, 84, 7.

41. JP Jolivet, P Belleville, E Tronc, J Livage. Influence of Fe(II) on the Formation of

the Spinel Iron Oxide in Alkaline Medium. Clays ClayMiner, 1992, 40, 531-539.

42. XP Qui. Synthesis and characterization of magnetic nanoparticles. Chin. J.

Chem, 2000, 18, 834.

43. Dao Thi Thuy Nguyet, Nguyen Thi Lan, Nguyen Phuc Dƣơng, Than Đuc Hien.

Synthesis and magnetic properties of iron oxides prepared by co-precipitaion

with different molar Fe2+

/Fe3+

. The first International Symposium on

Micro/Nano Systems Technology, Ha Noi, Viet Nam, 2008, 164-168.

44. Mai Thi Thu Trang, Ha Phuong Thu, Pham Hong Nam, Le Thi Thu Huong, Pham

Hoai Linh, Phan Thi Bich Hoa, Tran Dai Lam, Nguyen Xuan Phuc. Chitosan and

O-carboxymethyl chitosan modified Fe3O4 for hyperthermic treatment. Adv. Nat.

Sci.: Nanosci. Nanotechnol, 2012, 3,15006.

45. LE Graham, LW Wilcox. Algae. Prentice-Hall, US, 2000, pp 97.

46. V Smith. Low nitrogen to phosphorus ratios favour dominance by blue green

algae in lake phytoplankton. Science, 1983, 221: 699-671.

47. GA Codd. Cyanobacterial blooms and toxins in fresh, brackish and marine

waters, Harmful Algae. Reguera B., Blanco J., Fernandez M.L. and Wyatt T.

129

Xuanta de galicia and Intergovemental Oceanographic Commission of

UNESCO, 1997.

48. LJ Beversdorf, SD Chaston, TR Miller, KD McMahon. Microcystin mcyA and

mcyE gene abundances are not appropriate indicators of microcystin

concentrations in lakes. PLoS One, 2015, 10 (5), 0125353.

49. HW Paerl. Mitigating harmful cyanobacterial blooms in a human-and

climatically-impacted world. Life, 2014, 4 (4), 988-1012.

50. H Wang, M Dai, J Liu, SJ Kao, C Zhang, WJ Cai, G Wang, W Qian, M Zhao, Z

Sun. Eutrophication-driven hypoxia in the East China Sea off the Changjiang

Estuary. Environ. Sci. Technol, 2016, 50 (5), 2255-2263.

51. T Boopathi, JS Ki. Impact of environmental factors on the regulation of

cyanotoxin production. Toxins, 2014, 6 (7), 1951-1978.

52. D Drobac, N Tokodi, J Simeunović, V Baltić, D Stanić, Z Svirčev. Human

exposure to cyanotoxins and their effects on health. Arh. Hig. Rada Toksikol,

2013, 64 (2), 305-315.

53. SO Ryding, W Rast. The control of eutrophication of lakes and reservoirs. New

Jersey: The Partheon Publishing Group, 1989.

54. L Kinidi, S Salleh. Phytoremediation of Nitrogen as Green Chemistry for

Wastewater Treatment System. International Journal of Chemical Engineering,

2017, 5.

55. S Alrumman, A El-kott, S Keshk. Water Pollution: Source & Treatment.

American Journal of Environmental Engineering, 2016, 6(3): 88-98.

56. S Blomqvist, U Larsson. Detrial bedrock elements as tracers of settling

resuspended particulate matter in a coastal area of the Baltic sea. Limnol.

Oceanogr, 1994, 39: 880-896.

57. MY Cheung, S Liang, J Lee. Toxin-producing Cyanobacteria in Freshwater: A

Review of the Problems, Impact on Drinking Water Safety and Efforts for

Protecting Public Health. Journal of Microbiology, 2013, 51(1): 1-10.

58. GN Zaimes, RC Schultz. Phosphorus in Agricultural watersheds: A literature

Review. Iowa State University, Iowa, 2002, 106 pp.

59. CJ Redshaw, CF Mason, CR Hayes, RD Roberts. Nutrient budget for a

hypertrophic reservoir. Water Research, 1988, 22, 413-419.

https://pubs.acs.org/author/Wang%2C+Hongjie

https://pubs.acs.org/author/Dai%2C+Minhan

https://pubs.acs.org/author/Liu%2C+Jinwen

https://pubs.acs.org/author/Kao%2C+Shuh-Ji

https://pubs.acs.org/author/Zhang%2C+Chao

https://pubs.acs.org/author/Cai%2C+Wei-Jun

https://pubs.acs.org/author/Wang%2C+Guizhi

https://pubs.acs.org/author/Qian%2C+Wei

https://pubs.acs.org/author/Zhao%2C+Meixun

https://pubs.acs.org/author/Sun%2C+Zhenyu



130

60. D Suwarno, A Löhr, C Kroeze, B Widianarko. Past and future trends in

nutrient export by 19 rivers to the coastal waters of Indonesia. Journal of

Integrative Environmental Sciences, 2013, Vol. 10, No. 1, 55-71.

61. M Strokal, L Ma, Z Bai, S Luan, C Kroeze, O Oenema, G Velthof, F Zhang.

Alarming nutrient pollution of Chinese rivers as a result of agricultural

transitions. Environ. Res. Lett, 2016, 11, 024014.

62. ZH Bai, L Ma,W Qin, Q Chen, O Oenema, FS Zhang. Changes in pig

production in China and their effects on nitrogen and phosphorus use and

losses. Environ. Sci. Technol, 2014, 48,12742-9.

63. XW Ding, ZY Shen, RM Liu, L Chen, M Lin. Effects of ecological factors and

human activities on nonpoint source pollution in the upper reach of the Yangtze

River and its management strategies Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 2014,

11, 691-721.

64. Đặng Đình Kim, Dƣơng Thị Thủy, Nguyễn Thị Thu Liên, Đào Thanh Sơn, Lê

Thị Phƣơng Quỳnh, Đỗ Hồng Lan Chi. Vi khuẩn lam độc nước ngọt. Nhà xuất

bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 2014.

65. S Merel, D Walker, R Chicana, S Snyder, E Baures, O Thomas. State of

knowledge and concerns on cyanobacterial blooms and cyanotoxins. Environ.

Int, 2013, 59, 303-327.

66. Le Thi Phuong Quynh, Ho Tu Cuong, Duong Thi Thuy, Dang Dinh Kim.

Nutrient budgets (N and P) for the Nui Coc reservoir basin (North Vietnam).

Agricultural Water Management, 2014, 142, 152-161.

67. Nghiêm Xuân Anh, Lê Thị Phƣơng Quỳnh, Vũ Hữu Hiếu, Dƣơng Thị Thuỷ,

Đặng Đình Kim. Ô nhiễm hữu cơ môi trường nước hệ thống sông Đáy -Nhuệ:

hiện trạng và nguyên nhân. Tạp chí KH và CN, 2010, 48(4A): 376 - 382.

68. Đào Thanh Sơn, Trần Phƣớc Thảo, Nguyễn Thị Thu Liên, Nguyễn Thanh Sơn,

Bùi Bá Trung. Ghi nhận đầu tiên về độc tính của loài vi khuẩn lam Planktohrix

rubescens phân lập từ ao nuôi cá tỉnh Sóc Trăng. Tạp chí sinh học, 2016, 38(1):

115-123.

69. Đào Thanh Sơn, Bùi Bá Trung, Võ Thị Mỹ Chi, Bùi Thị Nhƣ Phƣợng, Đỗ

Hồng Lan Chi, Nguyễn Thanh Sơn, Bùi Lê Thanh Khiết. Suy giảm chất lượng

131

nước và độc tính sinh thái vi khuẩn lam từ Hồ Xuân Hương, Đà Lạt. Tạp chí

Khoa học và Công nghệ, 2014, 52 (1), 91-99.

70. Nguyễn Thị Bích Ngọc, Vũ Duy An, Lê Thị Phƣơng Quỳnh, Nguyễn Bích

Thủy, Lê Đức Nghĩa, Dƣơng Thị Thủy, Hồ Tú Cƣ. Đánh giá mức độ phì dưỡng

của một số hồ nội thành Hà Nội. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 2017, 55 (1),

84-92.

71. Đặng Hoàng Phƣớc Hiền, Đặng Đình Kim, Nguyễn Sỹ Nguyên, Dƣơng Thị

Thuỷ, Đặng Thị Thơm, Đặng Thanh Xuyên, Jens Dahlmann. Nguy cơ ô nhiễm tảo

độc và độc tố của chúng tại các thuỷ vực nước ngọt phía Bắc Việt Nam. Báo cáo

tại Hội thảo quốc gia về Tảo Ďộc hại và các vấn Ďề có liên quan, 2005, Nha Trang.

72. PJ Oberholster, AM Botha, TE Cloete. An overview of toxic cyanobacteria in

South Africa with special reference to risk, impact and detection by molecular

marker tools. Biokemistri, 2005, 17(2), 57-71.

73. World Health Organization (WHO). Guidelines for drinking water quality.

1996, Volume 2, Geneva.

74. I Chorus. Cyanotoxins: occurrence, causes, consequences. Springer, Berlin,

2001, 357 pp.

75. R Xiao, Z Wei, D Chen, LK Weavers. Kinetics and mechanism of sono

chemical degradation of pharmaceuticals in municipal wastewater. Environ.

Sci. Technol, 2014, 48(16), 9675-9683.

76. HW Walker. Harmful Algae Blooms in Drinking Water: Removal of

Cyanobacterial Cells and Toxins. Taylor and Francis, 2015, Boca Raton, Florida.

77. X He, YL Liu, A Conklin, J Westrick, LK Weavers, DD Dionysiou, JJ Lenhart,

PJ Mouser, D Szlag, HW Walker. Toxic cyanobacteria and drinking water:

Impacts, detection, and treatment. Harmful Algae, 2016, 54, 174-193.

78. M Drabkova. Methods for control of the cyanobacterial blooms development in

lakes. PhD thesis, Brno, 2007, 91pp.

79. R Richardson. Common and Troublesome Weeds of Golf Course Ponds. Green

Section Record, 2016, 54 (11).

80. N Abdel-Raouf, AA Al-Homaidan,IB Ibraheem. Microalgae and wastewater

treatment. Saudi J Biol Sci, 2012, 19(3), 257-275.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Abdel-Raouf%20N%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24936135

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Al-Homaidan%20A%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24936135

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Ibraheem%20I%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24936135

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4052567/

132

81. F Passos, S Astals, I Ferrer. Anaerobic digestion of microalgal biomass after

ultrasound pretreatment. Waste Management, 2014, 34(11).

82. L Song, MG Vijver, GR Snoo, WJ Peijnenburg. Assessing toxicity of copper

nanoparticles across five cladoceran species. Environ Toxicol Chem, 2016,

34(8), 1863-1869.

83. D Purcell. Control of Algal Growth in Reservoirs with Ultrasound. PhD-thesis,

2009, Cranfield University.

84. TJ Lee, K Nakano,M Matsumara. Ultrasonic irradiation for blue-green algae

bloom control. Environ. Technol, 2001, 22, 383-390.

85. B Marsalek, D Jancula, E Marsalkova, M Mashlan, K Safarova, J Tucek, R

Zboril. Multimodal Action and Selective Toxicity of Zerovalent Iron

Nanoparticles against Cyanobacteria. Environ. Sci. Technol, 2012, 46 (4),

2316-2323.

86. KJ Appenroth, DJ Crawford, DH Les. After the genome sequencing of duckweed

- how to proceed with research on the fastest growing angiosperm. Plant Biol,

2015, 17, 1-4.

87. R Bacchetta, N Santo, M Marelli, G Nosengo, P Tremolada. Chronic toxicity

effects of ZnSO4 and ZnO nanoparticles in Daphnia magna. Environ Res, 2017,

152,128-140.

88. KE Havens. Structural and functional responses of a fresh water plankton

community to acute copper stress. Environ. Pollution, 1994, 86, 259-266.

89. M Ńtěpánek, R Červenka. Problémy eutrofizace v praxi. Avicenum. Praha, 1974,

232.

90. Z Liu, F Cui, H Ma, Z Fan, Z Zhao, Z Hou, D Liu, X Jia. The interaction

between nitrobenzene and Microcystis aeruginosa and its potential to impact

water quality. Chemosphere, 2013, 92(9), 1201-6.

91. KK Schrade, MQ Regt, PR Tidwell, CS Tucker, SO Duke. Selective growth

inhibition of the musty-odor producing cyanobacterium Oscillatoria cf. chalybea

by natural compounds. Bulletin of Environmental Contamination and

Toxicology, 1998a, b, 60, 651-658.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013935116307824





https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27771567

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Liu%20Z%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23694734

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Cui%20F%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23694734

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Ma%20H%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23694734

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Fan%20Z%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23694734

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhao%20Z%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23694734

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Hou%20Z%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23694734

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Liu%20D%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23694734

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Jia%20X%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23694734


133

92. MH Hussein, AM Abdullah, EG, NIB El-Din. Phycoremediation of Some

Pesticides by Microchlorophyte Alga, Chlorella sp. Journal of Fertilizers &

Pesticides, 2016, 7:2.

93. Q Zhang, H Zhou, Z Li, J Zhu, C Zhou, M Zhao. Effects of glyphosate at

environmentally relevant concentrations on the growth of and microcystin

production by Microcystis aeruginosa. Environ Monit Assess, 2016, 188(11), 632.

94. AK Lam, EE Prepas, D Spink, SE Hrudey. Chemical Control of Hepatotoxic

Phytoplankton Blooms - Implications for Human Health. Water Research, 1995,

29, 1845-1854.

95. M Lu¨rling,G Waajen, LN Domis. Evaluation of several end-of-pipe measures

proposed to control cyanobacteria. Aquat Ecol, 2016, 50, 499-519.

96. X Mei, X Zhang. Periphyton responses to nitrogen and phosphorus enrichment

of shallow lake systems dominated by submerged plants: A mesocosm study.

Aquatic Ecosystem Health & Management, 2015, 18(1), 114-120.

97. Dƣơng Thị Thuỷ, Hồ Tú Cƣờng, Lê Thị Phƣơng Quỳnh, Nguyễn Tiến Đạt,

Phạm Thanh Nga, Vũ Thị Nguyệt, Đặng Đình Kim. Đánh giá hiệu quả ức chế

sinh trưởng của dịch chiết cây mần tưới Eupatorium fortune Turcz lên quần xã

thực vật phù du hồ Hoàn Kiếm. Tạp chí Sinh học, 2015, 37 (2), 164-169.

98. D Jancula, J Suchomelová, J Gregor, M, B Marńálek, E Táborská. Effects of

aqueous extracts from five species of the family Papaveraceae on selected

aquatic organisms. Environ. Toxicol, 2007, 22, 480-486.

99. MH Park, MS Han, CY Ahn, HS Kim, BD YooN, HM Oh. Growth inhibition of

bloom-forming cyanobacterium Microcystis aeruginosa by rice straw extract.

Lett Appl Microbiol, 2006, 43(3), 307-312.

100. E Prygiel, A Charriau, R Descamps, J Prygiel, B Ouddane, G Billon.

Efficiency evaluation of an algistatic treatment based on barley straw in a

hypertrophic pond. Journal of environmental engineering and landscape

management, 2014, 22(1), 1-13.

101. DA Tomasko, M Britt, MJ Carnevale. The ability of barley straw, cypress

leaves and L-lysine to inhibit cyanobacteria in Lake Hancock, a hypereutrophic

lake in Florida. Florida Scientist, 2016, 79, 2-3.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhang%20Q%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27771872

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhou%20H%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27771872

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Li%20Z%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27771872

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhu%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27771872

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhou%20C%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27771872

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhao%20M%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27771872


http://www.tandfonline.com/author/Mei%2C+Xueying

http://www.tandfonline.com/author/Zhang%2C+Xiufeng

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Park%20MH%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=16910937

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Han%20MS%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=16910937

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Ahn%20CY%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=16910937

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Kim%20HS%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=16910937

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Yoon%20BD%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=16910937

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Oh%20HM%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=16910937


https://www.tandfonline.com/author/Prygiel%2C+Emilie

https://www.tandfonline.com/author/Charriau%2C+Adeline

https://www.tandfonline.com/author/Descamps%2C+Romain

https://www.tandfonline.com/author/Prygiel%2C+Jean

https://www.tandfonline.com/author/Ouddane%2C+Baghdad

https://www.tandfonline.com/author/Billon%2C+Gabriel

134

102. L Zhou, Y Bi, L Jiang, Z Wang, W Chen. Effect of Black Wattle (Acacia

mearnsii) Extract on Blue-Green Algal Bloom Control and Plankton Structure

Optimization: A Field Mesocosm Experiment. Water Environ. Res, 2012, 84, 2133.

103. D Jancula, HCP Matthijs, PM Visser, B Marsˇa´lek. Existing and emerging

cyanocidal compounds: new perspectives for cyanobacterial bloom mitigation.

Aquat Ecol, 2016, 50, 443-460.

104. M Lürling, FV Oosterhout. Effect of Selected Plant Extracts and D- and L-

Lysine on the Cyanobacterium Microcystis aeruginosa. Water, 2014, 6, 1807-1825.

105. J Shapiro,V Lammara, M Lynch. Biomanipulation: an ecosystem approach

to lake restoration. In: Brezonik P.L., Fox J.F. (Eds), Proceedings of a

symposium on water quality management through biological control. Univ of

California, Gainesville, 1975, 85-96.

106. KH Lu, WJ Yan, SA Su. Environmental and ecological engineering on

control and remediation of eutrophic water bodies by using ameliorated alum

plasma and fishes to control blue-green blooms of Qiaodun Reservoir. Acta

Scientiae Circumstantiae, 2002, 22, 732-737.

107. Vu Thi Nguyet, Tran Van Tua, Nguyen Trung Kien, Đang Đinh Kim. The

use of Eichhornia crassipes in a surface flow wetland system for removing

nitrogen and phosphorus of pig wastewater after anaerobic treatment (biogas)

process. Tạp chí Sinh học, 2015, 37 (1).

108. Vũ Thị Phƣơng Thảo, Đinh Thái Hƣng, Đỗ Cao Cƣờng. Khả năng tích tụ

kim loại chì của cây rau muống và ngổ dại thu được trên sông Nhuệ đoạn từ

Cầu Tó tới Cống Thần. Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trƣờng, 2015, 7.

109. Nguyễn Thị Hoài Hà, Trần Thị Điệp, Phạm Thị Bích Đào, Phạm Thị Mai,

Trần Đăng Khoa. Thăm dò khả năng phân giải độc tố của một số chủng

Microcystis bằng vi khuẩn Sphingomonas phân lập ở hồ Hoàn Kiếm, Hà Nội.

Tạp chí Công nghệ sinh học, 2010, 8 (3A), 885-890.

110. Nguyễn Tiến Đạt, Dƣơng Thị Thủy, Lê Thị Phƣơng Quỳnh, Hồ Tú Cƣờng,

Vũ Thị Nguyệt, Phạm Thanh Nga, Đặng Đình Kim. Nghiên cứu tác dụng diệt Vi

khuẩn lam độc của một số dịch chiết thực vật. Tạp chí Hóa học, 2013, 51(2C)

737-739.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhou%20L%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23342945

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Bi%20Y%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23342945

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Jiang%20L%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23342945

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Wang%20Z%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23342945

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Chen%20W%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23342945

https://vcgate.vnu.edu.vn/journals/tap-chi-sinh-hoc/articles

https://vcgate.vnu.edu.vn/journals/tap-chi-sinh-hoc/articles?year=2015&number=1&volume=37

http://repository.vnu.edu.vn/browse?type=author&value=Nguy%E1%BB%85n+Th%E1%BB%8B+Ho%C3%A0i+H%C3%A0

http://repository.vnu.edu.vn/browse?type=author&value=Tr%E1%BA%A7n+Th%E1%BB%8B+%C4%90i%E1%BB%87p

http://repository.vnu.edu.vn/browse?type=author&value=Ph%E1%BA%A1m+Th%E1%BB%8B+B%C3%ADch+%C4%90%C3%A0o

http://repository.vnu.edu.vn/browse?type=author&value=Ph%E1%BA%A1m+Th%E1%BB%8B+Mai

http://repository.vnu.edu.vn/browse?type=author&value=Tr%E1%BA%A7n+%C4%90%C4%83ng+Khoa

135

111. BS Kang, CY Eom, WD Kim, PI Kim, SY Ju, J Ryu, GH Han, JI Oh, H Cho,

SH Baek, G Kim, M Kim, JK Hyun, ES Jin, SW Kim. Construction of target-

specific virus-like particles for the delivery of algicidal compounds to harmful

algae. Environmental Microbiology, 2015, 17(4), 1463-1474.

112. Y Lehahn, I Koren, D Schatz, M Frada, U Sheyn, E Boss, S Efrati, Y

Rudich, M Trainic, S Sharoni,C Laber, GR DiTullio, MJL Coolen, AM Martins,

BAS Van Mooy, KD Bidle, A Vardi. Decoupling Physical from Biological

Processes to Assess the Impact of Viruses on a Mesoscale Algal Bloom. Current

Biology, 2014, 24, 1-6.

113. R Ramanan, BH Kim, DH Cho, HM Oh, HS Kim. Algae-bacteria

interactions: Evolution, ecology and emerging applications. Biotechnology

Advances, 2016, 34 (1), 14-29.

114. JL Fuentes JL, I Garbayo, M Cuaresma, Z Montero, MG Valle, C Vílchez.

Impact of Microalgae-Bacteria Interactions on the Production of Algal Biomass

and Associated Compounds. Mar Drugs, 2016, 14(5), 100.

115. PM Manage, Z Kawabata, S Nakano. Algicidal effect of the bacterium

Alcaligenes denitrificans on Microcystis spp. Aquatic Microbial Ecology, 2000,

22, 111-117.

116. RL Reim, MS Shane, RE Cannon. The characterization of a Bacillus capable

of blue-green bactericidal activity. Can. J. Microbiol, 1974, 20, 981-986.

117. DC Sigee, R Glenn, MJ Andrews, EG, RD Butler, HAS Epton, RD Hendry.

Biological control of cyanobacteria: principles and possibilities. Hydrobiologia,

1999, 396, 161-172.

118. AKJ Sallal. Lysis of cyanobacteria with Flexibacter spp: Isolated from

domestic sewage. Microbios, 1994, 77, 57-67.

119. CY Ahn, SH Joung, JW Jeon, HS Kim, BD Yoon, HM Oh. Selective control

of cyanobacteria by surfactin-containing culture broth of Bacillus subtilis C1.

Biotechnology Letters, 2003b, 25, 1137-1142.

120. HM Canter, SI Heaney, JWG Lund. The Ecological Significance of Grazing

on Planctonic Populations of Cyanobacteria by the Ciliate nassula. New Phytol,

1990, 114, 247-263.






http://www.sciencedirect.com/science/journal/07349750

http://www.sciencedirect.com/science/journal/07349750

http://www.sciencedirect.com/science/journal/07349750/34/1

http://sci-hub.tw/search?authors=Juan%20Luis%20Fuentes&orcid=

http://sci-hub.tw/search?authors=In%C3%A9s%20Garbayo&orcid=

http://sci-hub.tw/search?authors=Mar%C3%ADa%20Cuaresma&orcid=

http://sci-hub.tw/search?authors=Zaida%20Montero&orcid=

http://sci-hub.tw/search?authors=Manuel%20Gonz%C3%A1lez-del-Valle&orcid=0000-0002-6874-2305

http://sci-hub.tw/search?authors=Carlos%20V%C3%ADlchez&orcid=0000-0002-8164-1672


136

121. AW Carpenter, CF Lannoy, MR Wiesner. Cellulose Nanomaterials in Water

Treatment Technologies. Environ Sci Technol, 2015, 49(9), 5277-5287.

122. S Prabhu, EK Poulose. Silver nanoparticles: mechanism of antimicrobial

action, synthesis, medical applications and toxicity effects. International Nano

Letters, 2012, 2:32.

123. MH Park, KH Kim, HH Lee, JS Kim, SJ Hwang. Selective inhibitory

potential of silver nanoparticles on the harmful cyanobacterium Microcystis

aeruginosa. Biotechnol Lett, 2010, 32(3), 423-428.

124. H Qian, K Zhu, H Lu, M Lavoie, S Chen, Z Zhou, Z Deng, J Chen J, Z Fu.

Contrasting silver nanoparticle toxicity and detoxification strategies in

Microcystis aeruginosa and Chlorella vulgaris: New insights from proteomic and

physiological analyses. Science of the Total Environment, 2016, 572, 1213-1221.

125. MM El-Sheekh, HY El-Kassas. Application of biosynthesized silver

nanoparticles against a cancer promoter cyanobacterium Microcystis

aeruginosa. Asian Pac J Cancer Prev, 2014, 15(16), 6773-9.

126. Chaturvedi V, Verma P. Fabrication of silver nanoparticles from leaf extract of

Butea monosperma (Flame of Forest) and their inhibitory effect on bloom-forming

cyanobacteria. Bioresources and Bioprocessing, 2015, 2:18.

127. C Taylor, M Matzke, A Kroll, DS Read, C Svendsen, A Crossley. Toxic

interactions of different silver forms with freshwater green algae and

cyanobacteria and their effects on mechanistic endpoints and the production of

extracellular polymeric substances. Environ. Sci. Nano, 2016, 3(2), 396-408.

128. A Oukarroum, S Bras, F Perreault, R Popovic. Inhibitory effects of silver

nanoparticles in two green algae, Chlorella vulgaris and Dunaliella tertiolecta.

Ecotoxicol Environ Saf, 2012, 78, 80-5.

129. Ứng dụng Nano Bạc trong xử lý ao nuôi tôm.

http://nanobacdietkhuan.com/2015/04/ung-dung-nano-bac-trong-xu-ly-ao-nuoi-

tom.htmL.

130. Nguyễn Nhƣ Lâm. Nghiên cứu nồng độ diệt khuẩn tối thiểu và độc tính cấp

của dung dịch nano bạc. Tạp Chí Học Thảm Học Và Bỏng, 2009.

131. Trần Thị Ngọc Dung, Ngô Quốc Bƣu, Nguyễn Hoài Châu, Nguyễn Vũ

Trung. Nghiên cứu hiệu lực khử khuẩn của dung dịch nano bạc đối với phẩy

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Carpenter%20AW%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=25837659

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=de%20Lannoy%20CF%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=25837659

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Wiesner%20MR%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=25837659

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/eutils/elink.fcgi?dbfrom=pubmed&retmode=ref&cmd=prlinks&id=25837659


http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3ACameron%20Taylor

http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3AMarianne%20Matzke

http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3AAlexandra%20Kroll

http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3ADaniel%20S.%20Read

http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3AClaus%20Svendsen

http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3AAlison%20Crossley

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Oukarroum%20A%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22138148

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Bras%20S%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22138148

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Perreault%20F%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22138148

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Popovic%20R%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22138148


http://nanobacdietkhuan.com/2015/04/ung-dung-nano-bac-trong-xu-ly-ao-nuoi-tom.html

http://nanobacdietkhuan.com/2015/04/ung-dung-nano-bac-trong-xu-ly-ao-nuoi-tom.html

137

khuẩn Vibrio cholerae gây bệnh tả. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 2009, 49

(3), 87-92.

132. C Parisi, M Vigani, E Rodríguez-Cerezo. Agricultural Nanotechnologies:

What are the currentpossibilities? Nano Today, 2015, 10 (2), 124-127.

133. MB Gawande, A Goswami, FX Felpin, T Asefa, X Huang,R Silva, X Zou , R

Zboril, RS Varma. Cu and Cu-Based Nanoparticles: Synthesis and Applications

in Catalysis. Chem Rev, 2016, 116 (6), 3722-3811.

134. A Ingle, N Duran, M Rai. Bioactivity, mechanism of action and cytotoxicity

of copper-based nanoparticles: A review. Appl Microbiol Biotechnol, 2013,

98(3), 1001-1009.

135. R Sankar, B Prasath, R Nandakumar, P Santhanam, S Shivashangari, V

Ravikumar. Growth inhibition of bloom forming cyanobacterium Microcystis

aeruginosa by green route fabricated copper oxide nanoparticles. Environ Sci

Pollut Res, 2014, 21, 14232-14240.

136. J Zeng, L Yang, WX Wang. High sensitivity of cyanobacterium Microcystis

aeruginosa to copper and the prediction of copper toxicity. Environmental

Toxicology and Chemistry, 2010, 29 (10), 2260-2268.

137. J Chen, Y Qian, H Li, Y Cheng, M Zhao. The reduced bioavailability of

copper by nano-TiO2 attenuates the toxicity to Microcystis aeruginosa. Environ

Sci Pollut Res, 2015.

138. B Mahltig, U Soltmann, H Haase. Modification of algae with zinc, copper

and silver ions for usage as natural composite for antibacterial applications.

Materials Science and Engineering C, 2013, 33, 979-983.

139. V Aruoja, HC Dubourguier, K Kasemets. Toxicity of nanoparticles of CuO,

ZnO and TiO2 to microalgae Pseudokirchneriella subcapitata. Sci. Total

Environ, 2008, 407, 1461-1468.

140. Z Wang, J Li, J Zhao, B Xing. Toxicity and Internalization of CuO

Nanoparticles to Prokaryotic Alga Microcystis aeruginosa as Affected by

Dissolved Organic Matter. Environ Sci Technol, 2011, 45, 6032-6040.

141. D Kumar, A Parashar, N Chandrasekaran, A Mukherjee. The stability and

fate of synthesized zero-valent iron nanoparticles in freshwater microcosm

system. Biotech, 2017, 7(3), 227.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Gawande%20MB%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Goswami%20A%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Felpin%20FX%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Asefa%20T%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Huang%20X%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Silva%20R%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zou%20X%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zboril%20R%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Varma%20RS%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=26935812

138

142. Nguyễn Xuân Huân, Nguyễn Nhƣ Quỳnh. Nghiên cứu Ứng dụng vật liệu Fe0

nano để xử lý nitrat trong nước. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự

nhiên và Công nghệ, 2013, 29 (4), 16-23.

143. Lê Đức, Nguyễn Xuân Huân, Lê Thị Thùy An, Phạm Thị Thùy Dƣơng, Trần

Thị Thúy. Nghiên cứu chế tạo vật liệu Fe0 nano bằng phương pháp dùng

bohiđrua (NaBH4) khử muối sắt II (FeSO4 .7H2O).Tạp chí Khoa học ĐHQGHN,

Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 2011, 27 (5S), 23-29.

144. Ngo Quoc Buu, Dao Trong Hien, Nguyen Hoai Chau, Tran Xuan

Tin, Nguyen Tuong Van, Khuu Thuy Duong, Huynh Thi Ha. Effects of

nanocrystalline powders (Fe, Co and Cu) on the germination, growth, crop yield

and product quality of soybean (Vietnamese species DT-51). Adv. Nat. Sci.:

Nanosci. Nanotechnol, 2014, 5, 015-022.

145. SC Chang, CH Li, JJ Lin, YH Li, MR Lee. Effective removal of Microcystis

aeruginosa and microcystin-LR using nanosilicate platelets. Chemosphere,

2014, 99, 49-55.

146. SC Chang, CH Li, JJ Lin, YH Li, MR Lee. A Method to Prepare Magnetic

Nanosilicate Platelets for Effective Removal of Microcystis aeruginosa and

Microcystin-LR. Methods Mol Biol, 2017, 1600,85-94

147. H Pendashte, F Shariati, A Keshavarz, Z Ramzanpour. Toxicity of Zinc Oxide

Nanoparticles to Chlorella vulgaris and Scenedesmus dimorphus Algae Species.

World Journal of Fish and Marine Sciences, 2013, 5 (5), 563-570.

148. L Anusha, CS Devi, G Sibi. Inhibition Effects of Cobalt Nano Particles

Against Fresh Water Algal Blooms Caused by Microcystis and Oscillatoria.

Journal of Chemical, Environmental and Biological Engineering, 2017, 2 (2),

27-33.

149. A Oukarroum, W Zaidi, M Samadani, D Dewez. Toxicity of Nickel Oxide

Nanoparticles on a Freshwater Green Algal Strain of Chlorella vulgaris.

BioMed Research International, 2017, ID 9528180, 8 pages.

150. SS Kilham, DA Kreeger, SG Lynn, CE Goulden, L Herrera. COMBO: a

defined freshwater culture medium for algae and zooplankton. Hydrobiologia,

1998, 377, 147-159.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Chang%20SC%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Li%20CH%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Lin%20JJ%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Li%20YH%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Lee%20MR%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Chang%20SC%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Li%20CH%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Lin%20JJ%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Li%20YH%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Lee%20MR%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24268348


https://sci-hub.cc/73463941/




139

151. M Selvarani, P Prema. Evaluation of antibacterial efficacy of chemically

synthesized copper and zerovalent iron nanoparticles. Asian J Pharm Clin Res,

2013, 6 (3), 223-22.

152. LD Scanlan, RB Reed, AVP Loguinov, A Tagmount, S Aloni, DT

Nowinski, P Luong, C Tran, N Karunaratne, D Pham, XX Lin, F Falciani, CP

Higgins, JF Ranville, CD Vulpe, B Gilbert. Silver Nanowire Exposure Results in

Internalization and Toxicity to Daphnia magna. ACS nano, 2013, 7, 10681-

10694.

153. B Karlson, C Cusack, E Bresnan. Microscopic and molecular methods for

quantitative phytoplankton. Intergovernmental Oceanographic Commission of

UNESCO, 2010, p109.

154. Lorezen. Vertical distribution of chland phaeopigments: Baja California.

Deep-Sea Res, 1967, 14, 735-745.

155. VA Silva, PL Andrade, MP Silva, DA Bustamante, LS Valladares, JA Aguiar.

Synthesis and characterization of Fe3O4 nanoparticles coated with fucan

polysaccharides. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2013, 343, 138-143.

156. M Sikder, JR Lead, TG Chandler, M Baalousha. A rapid approach for

measuring silver nanoparticle concentration and dissolution in seawater by UV-

VIS. Sci Total Environ. 2017, S0048-9697(17)30891-4.

157. B Udapudi, P Naik, ST Savadatti, R Shamar, S Balgi. Synthesis and

characterization of silver nanoparticles. IJPBS, 2012, 2 (3), 10-14.

158. DA Ondigo, B Mudabuka, B Pule, ZR Tshentu, N Torto. A colorimetric

probe for the detection of Ni2+

in water based on Ag-Cu alloy nanoparticles

hosted in electrospun nanofibres. Water SA, 2016, 42.

159. YJ Song, M Wang, XY Zhang, JY Wu, T Zhang. Investigation on the role of

the molecular weight of polyvinyl pyrrolidone in the shape control of high-yield

silver nanospheres and nanowires. Nanoscale Res. Lett, 2014, 9, 1-8.

160. T Abdul-kareem, A Anu-kaliani. Synthesis and thermal study of octahedral

silver nano-plates in polyvinyl alcohol (PVA). Arabian Journal of Chemistry,

2012, 325-331.

161. MNV Ravi-Kumar. A review of chitin and chitosan aplications. Reactive and

Functional Polymers, 2000, 46, 1, 1-27.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Scanlan%20LD%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Reed%20RB%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Loguinov%20AV%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Tagmount%20A%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Aloni%20S%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Nowinski%20DT%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Luong%20P%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Tran%20C%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Karunaratne%20N%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Pham%20D%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Lin%20XX%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Falciani%20F%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Higgins%20CP%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Ranville%20JF%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Vulpe%20CD%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Gilbert%20B%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24099093








https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Song%20YJ%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24418460

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Wang%20M%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24418460

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhang%20XY%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24418460

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Wu%20JY%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24418460

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhang%20T%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24418460

140

162. Nguyen Vinh Quang, M Ishihara, Y Mori, S Nakamura, S Kishimoto, M

Fujita, H Hattori, Y Kanatani, T Ono, Y Miyahira, T Matsui. Preparation of

size-controlled silver nanoparticles and chitosan-based composites and their

anti-microbial activities. Bio-Medical Materials and Engineering, 2013, 23, 473-

483.

163. K Mavani, M Shah. Synthesis of Silver Nanoparticles by using Sodium

Borohydride as a Reducing Agent. International Journal of Engineering

Research & Technology (IJERT), 2013, 2 (3).

164. R Janardhanan, M Karuppaiah, N Hebalkar, TN Rao. Syntheisis and surface

chemistry of nano silver particles. Polyhedron, 2009, 28, 2522-2530.

165. M Rafique, AJ Shaikh, R Rasheed, MB Tahir, H FaiqBakhat, MS Rafique, F

Rabbani. A Review on Synthesis, Characterization and Applications of Copper

Nanoparticles Using Green Method. NANO: Brief Reports and Reviews, 2017,

12 (4).

166. A Paolo, P Tiberto. Dynamic effects of dipolar interactions on the magnetic

behavior of magnetite nanoparticles. J.Nanopart. Res, 2011, 13, 7277-7293.

167. Nguyen Xuan Phuc, Tran Dai Lam, Ha Phuong Thu, Pham Hong Nam, Mai

Thu Trang, Pham Hoai Linh, Le Van Hong, Do Hung Manh, Phan Thi Bich

Hoa, Pham Thi Ha Giang, Nguyen Dac Tu, Hoang Thi My Nhung,

Lam Khanh, Nguyen Thi Quy. Review: Iron oxide-based conjugates for cancer

theragnostics. Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol, 2012, 3.

168. S Ahmad, U Riaz, A Kaushik, J Alam. Soft Template Synthesis of Super

Paramagnetic Fe3O4. J Inorg Organomet Polym, 2009, 356-360.

169. KM Krishnan, AB Pakhomov, Y Bao, P Blomqvist, Y Chun, M Gonzales, K

Griffin, X Ji, BK Roberts. Nanomagnetism and spin electronics: materials,

microstructure and novel properties. J. Mater. Sci, 2006, 41, 793.

170. BD Cullity, CD Graham. Introduction to magnetic materials. John Wiley &

Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009, 386-399.

171. A Ivask, I Kurvet, K Kasemets, I Blinova, V Aruoja, S Suppi, H Vija, A

Käkinen, T Titma, M Heinlaan, M Visnapuu, D Koller, V Kisand, A Kahr. Size-

Dependent Toxicity of Silver Nanoparticles to Bacteria, Yeast, Algae,

Crustaceans and Mammalian Cells In Vitro. PLoS One, 2014, 9(7), 102-108.


141

172. S Lopes, F Ribeiro, J Wojnarowicz, W Łojkowski, K Jurkschat, A Crossley,

AM Soares, S Loureiro. Zinc oxide nanoparticles toxicity to size-dependent

effects and dissolution. Environmental Toxicology and Chemistry, 2014, 33 (1),

190-198.

173. YJ Lee, JW Kim, JH Oh, SJ Bae, SK Lee, IS Hong, SH Kim. Ion-release

kinetics and ecotoxicity effects of silver nanoparticles. Environmental toxicology

and chemistry, 2012, 31(1), 155-159.

174. AD Burchardt, RN Carvalho, A Valente, P Nativo, D Gilliland, CP Garcìa, R

Passarella, V Pedroni, F Rossi, Lettieri. Effects of Silver Nanoparticles in

Diatom Thalassiosira pseudonana and Cyanobacterium Synechococcus sp.

Environ. Sci. Technol, 2012, 46(20), 11336-11344.

175. IR Palomares, S Gonzalo, JS Morales, F Leganés, EG Calvo, R Rosal, FF

Piñas. An insight into the mechanisms of nanoceria toxicity in aquatic

photosynthetic organisms. Aquatic Toxicology, 2012, 133-143.

176. N Gong, KS Shao, W Feng, ZZ Lin, CH Liang, YQ Sun. Biotoxicity of nickel

oxide nanoparticles and bio-remediation by microalgae Chlorella vulgaris.

Chemosphere, 2011, 83(4),510-516.

177. L Chen L, L Zhou, Y Liu, S Deng, H Wu, G Wang. Toxicological effects of

nanometer titanium dioxide (nano-TiO2) on Chlamydomonas reinhardtii.

Ecotoxicol Environ Saf, 2012, 84, 155-62.

178. MA Shirazi, F Shariati, AK Keshavarz, Z Ramezanpour. Toxic Effect of

Aluminum Oxide Nanoparticles on Green Micro-Algae Dunaliella salina. Int. J.

Environ. Res, 2015, 9(2), 585-594.

179. J Kalman, KB Paul, FR Khan, V Stone, TF Fernandes. Characterisation of

bioaccumulation dynamics of three differently coated silver nanoparticles and

aqueous silver in a simple freshwater food chain. Environmental Chemistry,

2015, 12(6), 662-672.

180. GJ Zhou, FQ Peng, LJ Zhang, GG Ying. Biosorption of zinc and copper from

aqueous solutions by two freshwater green microalgae Chlorella pyrenoidosa and

Scenedesmus obliquus. Environ. Sci. Pollut. Res, 2012, 19(7), 2918-2929.

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Lopes%2C+S%C3%ADlvia

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Ribeiro%2C+Fabianne

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Wojnarowicz%2C+Jacek

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=%C5%81ojkowski%2C+Witold

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Jurkschat%2C+Kerstin

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Crossley%2C+Alison

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Soares%2C+Amadeu+M+V+M

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Loureiro%2C+Susana

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Lee%2C+Yong-Ju

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Kim%2C+Jiwon

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Oh%2C+Jeehyun

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Bae%2C+Sujin

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Lee%2C+Sungkyu

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Hong%2C+in+Seok

https://setac.onlinelibrary.wiley.com/action/doSearch?ContribAuthorStored=Kim%2C+Sang-Ho

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Burchardt%20AD%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Carvalho%20RN%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Valente%20A%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Nativo%20P%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Gilliland%20D%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Garc%C3%ACa%20CP%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Passarella%20R%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Pedroni%20V%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Rossi%20F%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Lettieri%20T%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22958173

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Rodea-Palomares%20I%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22797055

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Gonzalo%20S%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22797055

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Santiago-Morales%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22797055

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Legan%C3%A9s%20F%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22797055

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Garc%C3%ADa-Calvo%20E%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22797055

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Rosal%20R%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22797055

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Fern%C3%A1ndez-Pi%C3%B1as%20F%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22797055


https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Chen%20L%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22883605

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Zhou%20L%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22883605

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Liu%20Y%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22883605

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Deng%20S%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22883605

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Wu%20H%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22883605

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Wang%20G%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22883605


142

181. S Pal, YK Tak, JM Song. Does the antibacterial activity of silver nanoparticles

depend on the shape of the nanoparticle? A study of the gram-negative bacterium

Escherichia coli. Appl. Environ. Microb, 2007, 73, 1712-1720.

182. JR Morones, JL Elechiguerra, A Camacho, K Holt, JB Kouri, JT Ramírez

JT, MJ Yacaman. The bactericidal effect of silver nanoparticles.

Nanotechnology, 2005, 16, 2346-2353.

183. P Zhang, B Liu, S Yin, Y Wang, V Petrykin, M Kakihana, T Sato. Rapid

synthesis of nitrogen doped titania with mixed crystal lattice via microwave-

assisted hydrothermal method. Materials Chemistry and Physics, 2009, 116 (1),

269-272.

184. RL Verhoeven, JN Eloff. Effect of lethal concentrations of copper on the

ultrastructure and growth of Microcystis. Proc Electron Microsc Soc South Afr,

1979, 9, 161-162.

185. C Saison, F Perreault, JC Daigle, C Fortin, J Claverie, M Morin, R Popovic.

Effect of core-shell copper oxide nanoparticles on cell culture morphology and

photosynthesis (photosystem II energy distribution) in the green alga

Chlamydomonas reinhardtii. Aquat Toxicol, 2010, 96(2), 109-114.

186. EH Jones, C Su. Fate and transport of elemental copper (Cu0) nanoparticles

through saturated porous media in the presence of organic materials. Water

Research, 2012, 46, 2445-2456.

187. I Krzyżewska, JK Komosińska, CR Dulewska, J Czupioł, PA Szpicka.

Inorganic nanomaterials in the aquatic environment: behavior, toxicity, and

interaction with environmental elements. Archives of Environmental Protection,

2016, 42 (1), 87-101.

188. X Zhu, E Hondroulis, W Liu, CZ Li. Biosensing approaches for rapid

genotoxicity and cytotoxicity assays upon nanomaterial exposure. Small, 2013,

9, 1821-1830.

189. MM Pereira, L Mouton, C Yéprémian, A Couté, J Lo, JM Marconcini, LO

Ladeira, NR Raposo, HM Brandão, R Brayner. Ecotoxicological effects of

carbon nanotubes and cellulose nanofibers in Chlorella vulgaris. Journal of

Nanobiotechnology, 2014, 12:15.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Morones%20JR%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20818017

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Elechiguerra%20JL%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20818017

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Camacho%20A%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20818017

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Holt%20K%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20818017

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Kouri%20JB%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20818017

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Ram%C3%ADrez%20JT%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20818017

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Ram%C3%ADrez%20JT%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20818017

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Yacaman%20MJ%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20818017

http://db.vista.gov.vn:2054/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TX4-4W5M04V-3&_user=1478924&_coverDate=07%2F15%2F2009&_alid=1359409760&_rdoc=9&_fmt=high&_orig=search&_cdi=5580&_sort=r&_docanchor=&view=c&_ct=2468&_acct=C000053028&_version=1&_urlVersion=0&_userid=1478924&md5=5ae19ceb4d7f6c10c313b9575189246a



https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Li%20CZ%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23417999

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Pereira%20MM%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Mouton%20L%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Y%C3%A9pr%C3%A9mian%20C%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Cout%C3%A9%20A%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Lo%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Marconcini%20JM%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Ladeira%20LO%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Raposo%20NR%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Brand%C3%A3o%20HM%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Brayner%20R%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24750641

143

190. Bui Lê Thanh Khiết, Đỗ Hồng Lan Chi, Đào Thanh Sơn, Hoàng Công

Thậm. Copper toxicity and the influence of water quality of Dongnai River and

Mekong River waters on copper bioavailability and toxicity to three tropical

species. Chemosphere, 2016, 144, 872-878.

191. M Matzke, K Jurkschat, T Backhaus. Toxicity of differently sized

and coated silver nanoparticles to the bacteriumPseudomonas putida: risks for

the aquatic environment? Ecotoxicology, 2014, 23(5), 818-829.

192. SJ Klaine, PJ Alvarez, GE Batley, TF Fernandes, RD Handy, DY Lyon, JR

Lead. Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability and

effects. Environ Toxicol and Chem, 2008, 27(9), 1825-1851.

193. OJ Osborne, S Lin, CH Chang, Z Ji, X Yu, X Wang, Lin, T Xia, AE Nel.

Organ-specific and size-dependent Ag nanoparticle toxicity in gills and

intestines of adult zebrafish. ACS Nano, 2015, 9 (10), 9573-9584.

194. L Dai, K Syberg, GT Banta, H Selck, VE Forbes. Effects, uptake, and

depuration kinetics of silver oxide and copper oxide nanoparticles in a marine

deposit feeder Macoma balthica. ACS Sustain Chem Eng, 2013, 1(7),760-767.

195. BM Prabhu, SF Ali, RC Murdock, SM Hussain, M Srivatsan. Copper

nanoparticles exert size and concentration dependent toxicity on

somatosensory neurons of rat. Nanotoxicology, 2010, 4(2),150-160.

196. S Saranya, K Vijayaranai, S Pavithra, N Raihana, K Kumanan. In vitro

cytotoxicity of zinc oxide, iron oxide and copper nanopowders prepared by

green synthesis. Toxicol Rep, 2017, 4, 427-430.

197. NN Fokina, TR Ruokolainen, NN Nemova, IN Bakhmet. Changes of blue

mussels Mytilus edulis L. lipid composition under cadmiumand copper toxic

effect. Biological Trace Element Research, 2013, 154(2), 217-225.

198. BJ Shaw, RD Handy. Physiological effects of nanoparticles on fish: a

comparison of nanometals versus metal ions. Environment International, 2011,

37(6), 1083-1097.

199. CJ Smith, BJ Shaw, RD Handy. Toxicity of single walled carbon nanotubes

to rainbow trout, (Oncorhynchus mykiss): respiratory toxicity, organ

pathologies, and other physiological effects. Aquat Toxicol, 2007, 82, 94-109.


144

200. I Blinova, A Ivask, M Heinlaan, M Mortimer, A Kahru. Ecotoxicity of

Nanoparticles of CuO and ZnO in Natural Water. Environmental Pollution,

2010, 158, 41-47.

201. RJ Griffitt, R Weil, KA Hyndman, ND Denslow, K Powers, D Taylor, DS

Barber. Exposure to copper nanoparticles causes gill injury and acute lethality

in zebrafish (Danio rerio). Environ. Sci. Technol, 2007, 41 (23), 8178-8186.

202. M Heinlaan, A Ivask, I Blinova, HC Dubourguier,

A Kahru. Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibrio

fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus.

Chemosphere, 2008, 71, 1308-1316.

203. M Heinlaan, A Kahru, K Kasemets, B Arbeille, G Prensier. Changes in the

Daphnia magna midgut upon ingestion of copper oxide nanoparticles: a

transmission electron microscopy study. Water Res, 2011, 45, 179-190.

204. AM Studer, LK Limbach, Le Van Duc, F Krumeich, EK Athanassiou, LC

Gerber, H Moch, WJ Stark. Nanoparticle cytotoxicity depends on intracellular

solubility: Comparison of stabilized copper metal and degradable copper

oxide nanoparticles. Toxicol. Lett, 2010, 197, 169-174.

205. ER Carmona, C Inostroza-Blancheteau, V Obando, L Rubio, R Marcos.

Genotoxicity of copper oxide nanoparticles in Drosophila melanogaster.

Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen, 2015, 791, 1-11.

206. Ngô Thị Thanh Huyền, Đào Thanh Sơn. Ảnh hưởng của nước thải sinh

hoạt lên vi giáp xác. Tạp chí STINFO, 2014, 1&2.

207. Y Xiao, MG Vijver, G Chen, WJ Peijnenburg. Toxicity and accumulation

of Cu and ZnO nanoparticles in Daphnia magna. Environ Sci Technol, 2015,

49(7), 4657-4664.

208. I Barjhoux, M Baudrimont, B Morin, L Landi, P Gonzalez, J Cachot.

Effects of copper and cadmium spiked sediments on embryonic development of

Japanese medaka (Oryzias latipes). Ecotoxicology and Environmental safety,

2012, 79, 272-282.

209. BJ Shaw, G AlBairuty, RD Handy. Effects of Waterborne Copper

Nanoparticles and Copper Sulphate on Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss):

Physiology and Accumulation. Aquatic Toxicology, 2012, 116-117.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Griffitt%20RJ%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18186356

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Weil%20R%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18186356

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Hyndman%20KA%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18186356

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Denslow%20ND%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18186356

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Powers%20K%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18186356

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Taylor%20D%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18186356

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Barber%20DS%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18186356

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Studer%20AM%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20621582

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Limbach%20LK%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20621582

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Van%20Duc%20L%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20621582

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Krumeich%20F%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20621582

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Athanassiou%20EK%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20621582

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Gerber%20LC%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20621582

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Moch%20H%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20621582

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Stark%20WJ%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=20621582

http://www.cesti.gov.vn/stinfo-thang-1-2/content/view/7532/566/253/1

145

210. RH Peters. The ecological implications of body size. Cambridge University

Press, The United Kingdom, 1986, 344.

211. J Liu, D Fan, L Wang, L Shi, J Ding, Y Chen, S Shen. Effects of ZnO, CuO,

Au and TiO2 nanoparticles on Daphnia magna and early life stages of zebrafish

Danio rerio. Environment Protection Engineering, 2014, 40, 139-149.

212. L Song, MG Vijver, WGM Peijnenburg. Comparative toxicity of copper

nanoparticles across three Lemnaceae species. Science of the Total

Environment, 2015, 518-519, 217-224.

213. L Kunmiao, M Shaokun, W Zhenyu. Growth inhibition of copper oxide

engineered nanoparticles to Lemna minor. Applied Mechanics and Materials,

2013, 328, 700.

214. A Oukarroum, L Barhoumi, L Pirastru, D Dewez. Silver nanoparticle

toxicity effect on growth and cellular viability of the aquatic plant Lemna gibba.

Environmental Toxicology and Chemistry, 2013, 32 (4), 902-907.

215. E Gubbins, C Lesley, R Jamie. Phytotoxicity of silver nanoparticles to

Lemna minor L. Environ Pollut, 2011, 159, 1551-1559.

216. T Huang, M Sui, X Yan, X Zhang, Z Yuan. Anti-algae efficacy of silver

nanoparticles to Microcystis aeruginosa: Influence of NOM, divalent cations, and

pH. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2016, 509, 492-503.

217. S Sharma, K Choudhary, I Sighal, R Saini. Synthesis of Silver Nanoparticles

by ‘Electrochemical Route’ through pure metallic Silver electrodes, and

evaluation of their Antimicrobial Activities. Int. J. Pharm. Sci. Rev. Res, 2014,

28(2), 49, 272-277.

218. JY Liu, RH Hurt. Ion release kinetics and particle persistence in aqueous

nano-silver colloids. Environ. Sci. Technol, 2010, 44, 2169-2175.

http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-journal-0324-8828-environment_protection_engineering

http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-23873dbd-6731-4924-a706-b6c1a8df34a2

Documents

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU NANO BẠC, …gust.edu.vn/media/26/uftai-ve-tai-day26267.pdf · Biến Ďộng giá trị của các thông số thuỷ lý,