(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano silica (sio2) với nguồn silic từ quặng cát bình định nhằm ứng dụng trong nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HÀ CẨM PHI NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO SILICA (SiO2) VỚI NGUỒN SILIC TỪ QUẶNG CÁT BÌNH ĐỊNH NHẰM ỨNG DỤNG TRONG NƠNG NGHIỆP h Chun ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 8440119 Ngƣời hƣớng n:1- PGS.TS Cao Văn Hoàng 2- TS Mai Hùng Thanh Tùng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình nghiên cứu h LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Cao Văn Hoàng TS Mai Huỳnh Thanh Tùng – 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 giúp em hồn thiện luận văn Trong 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, Cô Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp Cao học Hóa K21 ln động viên, khích lệ tinh thần suốt trình học tập h 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 khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc thông cảm ý kiến đóng góp q báu từ q Thầy, Cơ để luận văn đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 VẬT LIỆU NANO 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại vật liệu nano 1.1.3 Phƣơng pháp để tổng hợp vật liệu nano h 1.1.4 Một số ứng dụng vật liệu nano 1.2 GIỚI THIỆU VỀ SILICA – NANO SILICA 10 1.2.1 Khái niệm 10 1.2.2 Các dạng thù hình silica 10 1.2.3 Tính chất silica 13 1.2.4 Nanosilica 13 1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU NANOSILICA 16 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc 16 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 19 1.4 ỨNG DỤNG CỦA SILICA 24 1.4.1 Ứng dụng silica lĩnh vực 24 1.4.2 Ứng dụng silica nông nghiệp 26 CHƢƠNG 2: THỰC NGHỆM 45 2.1 THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 45 2.1.1 Nguyên liệu 45 2.1.2 Hóa chất 45 2.1.3 Dụng cụ 45 2.2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ NANOSILICA 45 2.2.1 Phƣơng pháp phun khói muội silica 45 2.2.2 Phƣơng pháp kết tủa (silica kết tủa silica gel) 46 2.2.3 Phƣơng pháp sol-gel 47 2.3 TỔNG HỢP VẬT LIỆU 49 2.4 NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƢU VẬT LIỆU 52 2.4.1 Khảo sát kích cỡ hạt quặng silica 52 2.4.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian thực trình nghiền quặng 52 2.4.3 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ NaOH đến trình phân hủy h quặng 52 2.4.4 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ trình phân hủy quặng 52 2.4.5 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ axit HCl đến q trình trung hịa sản phẩm sau thủy phân 52 2.4.6 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ nung trình 52 2.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU 52 2.5.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 53 2.4.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 54 2.4.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 55 2.5.4 Phƣơng pháp phân tích nhiệt (TGA - DSC ) 56 2.5.5 Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) 56 2.4.6 Phƣơng pháp huỳnh quang tia X (XRF) 57 2.4.7 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại FT-IR 58 2.6 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THỤ SILICA Ở CÂY TRỒNG 63 2.6.1 Đối tƣợng 63 2.6.2 Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng phân bón chứa nanosilica SiO2 đến suất lúa 63 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 65 3.1 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN TỐI ƢU VẬT LIỆU 65 3.1.1 Khảo sát kích thƣớc hạt quặng silica 65 3.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian thực trình nghiền quặng 66 3.1.3 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ NaOH đến trình phân hủy quặng 68 3.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ đến trình hịa tan quặng NaOH 69 3.1.5 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ axit HCl đến q trình trung hịa sản phẩm sau thủy phân 70 h 3.2 ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU NANOSILICA 72 3.2.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 72 3.2.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 73 3.2.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 74 3.2.4 Phƣơng pháp phân tích nhiệt (TGA -DSC) 75 3.2.5 Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X ( EDX) 76 3.2.6 Phƣơng pháp huỳnh quang tia X (XRF) 78 3.2.7 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 79 3.2.8 Phƣơng pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (BET) 81 3.3 THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM NANO SILICA ĐỐI VỚI CÂY LÚA 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (bản sao) DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT nm nanomet (đơn vị đo độ dài) TOES Tetraethyl orthorsilicate TGA –DSC Phân tích nhiệt đồng thời EDX Energy-Dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xạ lƣợng tia X) XRD X – Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) XRF X-Ray fluorescence (Huỳnh quang tia X) SEM Scanning Electron Microscope (Hiển vi điện tử quét) TEM Transmission Electron Microscope (Hiển vi điện tử truyền qua) FT – IR Fourier-tranformation Infrared spectroscopy h (Phổ hồng ngoại) BET Brunauer-Emmett-Teller ( Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2) BJH Barrett – Joyner – Halenda (Phân tích mao quản hấp phụ) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 :Lƣợng Si thực tế hút lƣợng Si vào rễ theo dòng chảy khối lƣợng lúa, lúa mì đậu tƣơng trồng dung dịch dinh dƣỡng với mức nồng độ Si (Van der Vorm, 1980) 29 Bảng 1.2 : Khoảng thích hợp ngƣỡng thiếu hụt Si sinh trƣởng lúa (Van der Vorm, 1980) 42 Bảng 3.1: Khảo sát kích thƣớc hạt quặng silica 65 Bảng 3.2: Ảnh hƣởng thời gian thực trình nghiền quặng 67 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng nồng độ NaOH đến trình phân hủy quặng 68 Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ phân hủy quặng đến hiệu suất q trình hịa tan 70 Bảng 3.5 : Ảnh hƣởng nồng độ axit HCl đến trình trung hòa tạo silica gel 71 h Bảng 3.6 : Kích thƣớc hạt (TEM) nano silica nhiệt độ nung khác 74 Bảng 3.7 : Kết phân tích XRF mẫu quặng silica 78 Bảng 3.8: Thông số đặc trƣng cho tính chất xốp nano silica nhiệt độ nung khác 84 Bảng 3.9 : Kết thực nghiệm nano silica lúa 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phƣơng pháp tổng hợp nano .7 Hình 1.2: Cấu trúc tứ diện silica 11 Hình 1.3: Thạch anh alpha 11 Hình 1.4: Tridimit .11 Hình 1.5: Cristobalit 11 Hình 1.6: Các dạng biến đổi thù hình silica .12 Hình 1.7: Cấu trúc nanosilica 14 Hình 1.8: Sơ đồ mơ tả hấp phụ anion (phosphate silicate) lực hút tĩnh điện với nhóm OH2+ .40 Hình 2.1: Phƣơng pháp phun khói muội silica .46 Hình 2.2: Quá trình tổng hợp bột silica từ TEOS .47 h Hình 2.3: Quy trình tổng hợp nanosilica từ quặng cát Phù Cát – Bình Định 50 Hình 2.4 : Sự phản xạ bề mặt tinh thể 53 Hình 2.5: Các dạng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ theo phân loại IUPAC 59 Hình 2.6 : Các loại vòng trễ .60 Hình 3.1: Khảo sát kích thƣớc hạt quặng silica 65 Hình 3.2: Ảnh hƣởng thời gian thực trình nghiền quặng 67 Hình 3.3: Ảnh hƣởng nồng độ NaOH đến trình phân hủy quặng 68 Hình 3.4: Ảnh hƣởng nhiệt độ phân hủy quặng đến hiệu suất q trình hịa tan 70 Hình 3.5 : Ảnh hƣởng nồng độ HCl đến q trình trung hịa natri silicat ngƣng tụ silica gel 71 Hình 3.6 : Giản đồ XRD mẫu nanosilica nhiệt độ nung khác 72 Hình 3.7 : Ảnh SEM nanosilica nhiệt độ nung khác .73 Hình 3.8: Ảnh TEM nanosilica nhiệt độ nung khác 74 Hình 3.9 : Giản đồ phân tích nhiệt đồng thời TGA – DSC 75 Hình 3.10 : Phổ EDX nanosilica nhiệt độ nung khác .77 Hình 3.11 : Giản đồ XRF nano silica 78 Hình 3.12 : Phổ FT – IR nano silica nhiệt độ nung khác 79 Hình 3.13 : Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 nanosilica nhiệt độ nung khác 81 Hình 3.14 : Đƣờng phân bố mao quản nano silica nhiệt độ nung khác 83 Hình 3.15: Lúa thời kỳ chín đạt 90% 86 h