(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổng hợp hệ vật liệu nano ceo2 nano sio2 ứng dụng làm chế phẩm sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN NGỌC HÓA NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ VẬT LIỆU NANO CeO2/SiO2 ỨNG DỤNG LÀM CHẾ PHẨM SINH HỌC CHO CÂY TRỒNG h Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 8440119 Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Cao Văn Hồng LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình kết nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình nghiên cứu Tác giả Nguyễn Ngọc Hóa h LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Cao Văn Hồng – ngƣời tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, bảo động viên em hoàn thành tốt Luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Văn Lƣợng có đóng góp định hƣớng nhƣ tạo điều kiện thời gian giúp em hồn thiện Luận văn Trong q trình thực Luận văn, em nhận đƣợc nhiều quan tâm tạo điều kiện Thầy, Cô khoa Khoa học tự nhiên Trung tâm thí nghiệm thực hành A6 – Trƣờng Đại học Quy Nhơn Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới quý Thầy, Cơ Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp Cao học Hóa h lý thuyết Hóa lý K22 (năm 2019 – 2021) ln động viên, khích lệ tinh thần suốt q trình học tập nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng thời gian thực luận văn, nhƣng cịn hạn chế kiến thức nhƣ thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc thơng cảm ý kiến đóng góp q báu từ q Thầy, Cơ để Luận văn đƣợc hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1.GIỚI THIỆU VỀ CeO2 VÀ HỢP CHẤT CỦA CERI 1.1.1 Giới thiệu CeO2 1.1.2 Xeri(III) hidroxit Ce(OH)3 1.1.3 Xeri(III) nitrat Ce(NO3)3 h 1.1.4 Xeri (IV) hidroxit-trinitrat Ce(NO3)3OH 1.1.5 Xeri(III) clorua CeCl3 1.1.6 Ứng dụng xeri hợp chất xeri 1.2 TỔNG QUAN VỀ SILICA 11 1.2.1 Các dạng thù hình silica 11 1.2.2 Tính chất silica 14 1.2.3 Nanosilica 15 1.2.4 Một số nghiên cứu vật liệu nanosilica 17 1.3 ỨNG DỤNG CỦA SILICA VÀ CERIA 25 1.3.1 Một số dứng dụng chung vật liệu silica ceria 25 1.3.2 Ứng dụng silica ceria nông nghiệp 29 1.4 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU NANO CeO2/ SiO2 TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 37 CHƢƠNG 2: THỰC NGHỆM 38 2.1.THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 38 2.1.1 Nguyên liệu 38 2.1.2 Hóa chất 38 2.1.3 Dụng cụ 38 2.2 TỔNG HỢP VẬT LIỆU 39 2.3 TỐI ƢU HÓA VẬT LIỆU 41 2.3.1 Khảo sát điều kiện ảnh hƣởng trình tạo gel silica 41 2.3.2 Khảo sát điều kiện ảnh hƣởng đến trình tạo Ce(OH)4 42 2.3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng trình tổng hợp vật liệu nano CeO2/SiO2 43 2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU 43 2.4.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 43 h 2.4.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 45 2.4.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 46 2.4.4 Phƣơng pháp phân tích nhiệt (TGA - DSC ) 47 2.4.5 Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) 48 2.4.6 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại FT-IR 49 2.5 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THỤ CHẾ PHẨM Ở CÂY TRỒNG 50 2.5.1 Đối tƣợng 50 2.5.2 Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng chế phẩm đến ngô cà gai leo 50 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 KẾT QUẢ TỔNG HỢP VẬT LIỆU SILICA 53 3.1.1 Ảnh hƣởng kích thƣớc hạt quặng cát 53 3.1.2 Ảnh hƣởng thời gian thực trình nghiền quặng 54 3.1.3 Ảnh hƣởng nồng độ KOH đến trình phân hủy quặng 55 3.1.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến q trình hịa tan quặng KOH 56 3.1.5 Ảnh hƣởng nồng độ axit HNO3 đến q trình trung hịa sản phẩm sau thủy nhiệt ngƣng tụ silicagel 58 3.2 KẾT QUẢ TÁCH Ce(OH)4 TỪ QUẶNG BASTNAESITE 59 3.2.1 Nồng độ HCl tối ƣu hòa tách tổng oxit đất từ quặng Bastnaesite 59 3.2.2 Nồng độ NaOH tối ƣu 60 3.2.3 Nồng độ HNO3 tối ƣu 61 3.3 KẾT QUẢ TỔNG HỢP HỆ VẬT LIỆU NANO CeO2/SiO2 62 3.3.1 Tỉ lệ khối lƣợng Ce(OH)4 Si(OH)4 phối trộn tối ƣu 62 3.3.2 Thời gian khuấy tối ƣu 63 3.3.3 Nhiệt độ nung tối ƣu để hình thành vật liệu nano CeO2/SiO2 64 3.4 KẾT QUẢ CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU NANO CeO2/SiO2 65 h 3.4.1 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 65 3.4.2 Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) 68 3.4.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 71 3.4.4 Phƣơng pháp phân tích nhiệt (TGA-DSC) 72 3.4.5 Phổ hồng ngoại 73 3.5 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CUNG CẤP DINH DƢỠNG CHO CÂY NGÔ VÀ CÂY CÀ GAI LEO 74 3.5.1 Đối với ngô 74 3.5.2 Đối với gai leo 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Corn Cob Ash (Tro từ lõi ngô) CTAB Cetyltrimethylammonium Bromide EDX Energy-Dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xạ lƣợng tia X) EVA Etylen-vinyl Axetat FT – IR Fourier-tranform Infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại) nm nanomet (đơn vị đo độ dài) ORC Oxygen Released Capacity (Khả giải phóng oxi) OSC Oxygen Storage Capacity (Khả lƣu trữ oxi) PNC Polyacrylic Coating Nanoceria (Vật liệu nanocria phủ axit poly acrylic) ROS Reactive Oxygen Species (Oxy nguyên tử phản ứng) RHA Rice Husk Ash (tro trấu) SEM Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét) TEM Transmission Electron Microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua) h CCA TGA –DSC Thermogravimetric Analysis - Differential Scanning Calorimetry (Phân tích nhiệt đồng thời) TEOS Tetraethyl orthorsilicate XRD X – Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Một số tính chất CeO2 Bảng 2: Một số ứng dụng xeri hợp chất Bảng 1: Khảo sát kích thƣớc hạt quặng silica 53 Bảng 2: Ảnh hƣởng thời gian thực trình nghiền quặng 54 Bảng 3: Ảnh hƣởng nồng độ KOH đến trình phân hủy quặng 56 Bảng 4: Ảnh hƣởng nhiệt độ phân hủy quặng đến hiệu suất trình hịa tan 57 Bảng 5: Ảnh hƣởng nồng độ axit HNO3 đến q trình trung hịa tạo silica gel 58 Bảng 6: Kết nồng độ HCl tối ƣu hòa tách tổng đất từ quặng Bastnaesite 59 Bảng 7: Kết nghiên cứu nồng độ NaOH tối ƣu 60 Bảng 8: Nghiên cứu nồng độ HNO3 tối ƣu 61 Bảng 9: Kết nghiên cứu tỉ lệ phối trộn Ce(OH)4 Si(OH)4 62 h Bảng 10: Khảo sát vật liệu tỉ lệ phối trộn Ce(OH)4 Si(OH)4 khác 64 Bảng 11: Ảnh SEM mẫu bột hệ vật liệu nano CeO2/SiO2 66 Bảng 12: Kết thực nghiệm chế phẩm ngô 76 Bảng 13: Kết thực nghiệm chế phẩm cà gai leo 77 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Cấu trúc tinh thể oxit CeO2 Hình 2: Cấu trúc tứ diện silica 12 Hình 3: Thạch anh alpha 12 Hình 4: Tridimit 12 Hình 5: Cristobalit 13 Hình 6: Các dạng biến đổi thù hình silica [26] 13 Hình 7: Cấu trúc nanosilica 15 Hình 8: Sơ đồ mơ tả hấp phụ anion (phosphate silicate) lực hút tĩnh điện với nhóm OH2+ 33 Hình 1: Quy trình tổng hợp vật liệu nano CeO2/SiO2 39 Hình 2: Sự phản xạ bề mặt tinh thể 44 Hình 1: Khảo sát kích thƣớc hạt quặng silica 53 Hình 2: Ảnh hƣởng thời gian thực trình nghiền quặng 55 h Hình 3: Ảnh hƣởng nồng độ KOH đến trình phân hủy quặng 56 Hình 4: Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ phân hủy quặng đến hiệu suất q trình hịa tan 57 Hình 5: Ảnh hƣởng nồng độ HNO3 đến q trình trung hịa kali silicat ngƣng tụ silica gel 58 Hình 6: Ảnh hƣởng nồng độ HCl tới khối lƣợng oxit đất đƣợc tách 59 Hình 7: Ảnh hƣởng nồng độ NaOH đến trình kết tủa dung dụng muối clorua đất 60 Hình 8: Ảnh hƣởng nồng độ HNO3 đến trình thu hồi Ce(OH)4 61 Hình 9: Khảo sát thời gian khấy phối trộn Ce(OH)4 Si(OH)4 63 Hình 10: Hình ảnh hệ vật liệu sau nung tỉ lệ Ce(OH)4/Si(OH)4 lần lƣợt 1/1, 2/1 3/1 điểm nhiệt độ 400oC, 500oC 600oC thời gian 65 Hình 11: Kết phân tích TEM nhiệt độ 500oC 600oC mẫu có tỉ lệ 2/1 67 Hình 12: Phân bố phổ EDS mapping vật liệu tỉ lệ 2/1, nung 600oC 69 10 Hình 13: Phổ EDX vật liệu tỉ lệ 2/1 đƣợc nung 600oC 70 Hình 14: Giản đồ XRD mẫu nano CeO2/SiO2 nhiệt độ nung khác 71 Hình 15: Kết phân tích nhiệt vi sai TGA-DSC vật liệu tỉ lệ 2/1, nung 600oC 72 Hình 16: Phổ FT-IR vật liệu tỉ lệ 2/1, nung 600oC 73 Hình 17: Quá trình sinh trƣởng, phát triển ngơ q trình khảo nghiệm Cây ngơ có bổ sung chế phẩm đƣợc trình bày bên trái 75 Hình 18: Kết trình sinh trƣởng cà gai leo đƣợc khảo nghiệm Cây cà có bổ sung chế phẩm đƣợc trình bày bên phải 77 h