Nghiên cứu tổng hợp hạt nano cu, fe, co ứng dụng trong thâm canh cây ngô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THÀNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO Cu, Fe, Co ỨNG DỤNG TRONG THÂM CANH CÂY NGÔ Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hóa Học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Trần Thị Thúy PGS.TS Hoàng Anh Sơn Hà Nội – Năm BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THÀNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO Cu, Fe, Co ỨNG DỤNG TRONG THÂM CANH CÂY NGÔ Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hóa Học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Trần Thị Thúy PGS.TS Hoàng Anh Sơn Hà Nội – Năm Tóm Tắt Luận văn thạc sỹ Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano Cu, Fe, Co, ứng dụng thâm canh ngô Tác giả luận văn: Lê Thành Khố: 2016B Người hướng dẫn chính: PGS TS Trần Thị Thuý Người hướng dẫn phụ: PGS.TS Hoàng Anh Sơn Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Cơng nghệ nano có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất Tiềm lớn nhiên việc lựa chọn hướng nghiên cứu hợp lý có tính ứng dụng cao cần thất bối cảnh nước ta điều kiện kinh tế, sở vật chất cịn hạn chế Với đặc thù nước nơng nghiệp với 70% dân số nước ta sống nghề nông nhiên nông nghiệp nước ta manh mún, lạc hậu, chất lượng sản phẩm chưa cao, sản lượng thấp chịu ảnh hưởng nhiều điều kiện tự nhiên Nhận thấy giới có số nghiên cứu việc ứng dụng hạt nano kim loại vào nông nghiệp cho thành khả quan Vì định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano Cu, Fe, Co, ứng dụng thâm canh ngơ” để đưa chế phẩm nâng cao sản lượng chất lượng nơng sản việt b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Việc lựa chọn ba loại hạt nano kim loại Fe, Cu, Co theo số kết nghiên cứu nhà khoa học Nga hướng Có nhiều kết cho thấy sử xử lý ba loại hạt nano kim loại Fe, Cu, Co suất hiệu suất ngơ tăng rõ rệt Trong việc chế tạo sản xuất hạt nano có nhiều phương pháp phương pháp có ưu nhược điểm khác Phương pháp hoàn nguyên phương pháp lại có ưu điểm cho sản phẩm nano với độ tinh khiết cao phương pháp chế tạo trực tiếp nano kim loại dung dịch Do đề tài tập trung nghiên cứu tìm điều kiệm tối ưu để chế tạo hạt nano kim loại phương pháp hoàn nguyên, đồng thời đánh giá hiệu ứng dụng sản phẩm sau chế tạo vào q trình thâm canh ngơ c) Tóm tắt nội dung đóng góp tác giả Luận văn tóm tắt cho người đọc khái niệm cơng nghệ nano nói chung hạt nano kim loại nói riêng, tính chất ứng dụng đời sống Bên cạch luận văn trình bày cách chi tiết phương pháp chế tạo ba hạt nano kim loại Fe, Cu, Co phương pháp hoàn nguyên đồng thời đưa kết phân tích để chứng minh cho thành cơng q trình chế tạo đưa kết trình ứng dụng hạt nano thâm canh ngô d) phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp thực nghiệm khoa học để nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại Fe, Cu, Co ứng dụng chúng tron nông nghiệp e) Kết Luận Sau thời gia nghiên cứu, thử nghiệm chế tạo thành công ba hạt nano Fe, Cu, Co phương pháp hoàn nguyên Các ruộng thí nghiệm có ứng dụng hạt hạt nano kim loại cho suất sản lượng vượt trội so với mẫu đối chứng Khơng có tồn dư kim loại đất nông phẩm Tuy nhiên thời gian nhiên cứu có hạn đề án chưa thể chứng minh cách rõ ràng chế tác động hạt nano kim loại đến phát triển nẩy mầm phát triển hạt giống Quá trình tích luỹ kim loại mơi trường q trình tồn lưu cần thực đánh giá thời gian dài Đề tài đưa kết đánh giá mùa vụ nên chưa thực thể đưa khẳng định cách xác Mở Đầu Trong năm gần công nghệ nano nhận nhiều quan tâm nhà khoa học ngồi nước tính chất đặc biệt chúng Rất nhiều ứng dụng công nghệ nano hữu tất mặt đời sống người từ lĩnh vực dược phẩm, sinh học, y tế, xây dựng… lĩnh vực khoa học kỹ thuật công nghệ cao ngành vật liệu, hàng không vũ trụ….Tuy ứng dụng vào nhiều lĩnh vực nhiều sản phẩm khác theo nhận định nhiều nhà khoa học giới tiềm công nghệ nano lớn hàng năm có nhiều cơng trình nghiên cứu, hướng ứng dụng hạt nano Một hướng việc ứng dụng hạt nano vào nông nghiệp cụ thể việc ứng dụng hạt nano để xử lý hạt giống trước gieo trồng Với đặc điểm nước phát triển với gần 70% dân số làm nông nghiệp nông nghiệp nước ta manh mún lạc hậu, sản lượng chất lượng chưa cao nên cần thiết phải tìm giãi pháp công nghệ giúp khắc phục điều Vì lý tơi định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano Cu, Fe, Co ứng dụng thâm canh ngô’’ làm đề tài nghiên cứu Để chế tạo hạt nano có nhiều phương pháp chế tạo khác nhau, mỗ phương pháp có ưu nhược điểm riêng, luận văn tập trung nghiên cứu tìm cách chế tạo hạt nano kim loại Fe, Cu, Co phương pháp hoàn nguyên đánh giá kết ứng dụng sản phẩm sau chế tạo vào q trình thâm canh ngơ Hiện Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu việc ứng dụng hạt nano vào nông nghiệp với mục đích nâng cao suất chất lượng cho nơng phẩm Những nghiên cứu ứng dụng trươc chủ yếu trình diệt loại nấm mốc có hại cho trồng Vì thành cơng đề tài đóng góp phần đáng kể vào hướng có tiềm Mặc dù giới có nhiều nghiên cứu việc ứng dụng nano kim loại nông nghiệp nhiên trồng, loại đất khác tác động hạt kim loại khác Do việc làm chủ công nghê chế tạo đồng thời thử nghiệm điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng Việt Nam cần thiết Mục Lục Mở Đầu Mục Lục Ký Hiệu Viết Tắt Danh Mục Bảng Danh Mục Hình Vẽ Chương I: Tổng quan Về Công nghệ Nano I.1 Giới thiệu khoa học công nghệ nano 1.1.1 Lịch sử phát triển khoa học công nghệ nano 1.1.2 Nano 10 1.1.3 Phân loại vật liệu nano 11 1.1.4 Tính chất đặc biệt vật liệu nano 12 1.1.5 Tính chất hạt nano kim loại 16 1.2 Tổng quan nghiên cứu chế tạo ứng dụng hạt nano kim loại hóa trị khơng 17 1.2.1 Tổng quan phương pháp chế tạo 17 1.2.2 Ứng dụng hạt nano kim loại 21 1.3 Ứng dụng hạt nano kim loại nông nghiệp 24 1.3.1 Tình hình ứng dụng cơng nghệ nano nơng nghiệp giới 24 1.3.2 Tình hình ứng dụng công nghệ nano vào nông nghiệp Việt Nam 34 1.4 Kết luận chương tổng quan 37 Chương II Phương pháp Nghiên cứu 39 II.1 Phương pháp chế tạo 39 II.1.1 Chế tạo nano đồng 39 II.1.2 Chế tạo nano sắt 42 II.1.3 Chế tạo nano coban 44 II.2 Phương pháp phân tích cơng cụ 46 II.2.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua SEM 46 II.2.2 Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) 47 II.2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 48 II.2.4 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử 48 Chương III: Kết Và Thảo luận 51 III.1 Kết chế tạo hạt nano kim loại 51 III.1.1 Kết chế tạo nano Fe 51 III.1.2 Kết chế tạo nano Cu 56 III.1.3 Kết chế tạo nano Co 61 III.2 Kết ứng dụng hạt nano vào thâm canh nông nghiệp 65 III.2.1 Đánh giá ảnh hưởng hạt nano đến phát triển ngô 65 Chương Kết luận 76 Tài Liệu Tham Khảo 77 Ký Hiệu Viết Tắt Ký hiệu viết tắt ICP-OES Tên Tiếng anh Coupled plasma Tên tiếng Việt optical Phổ phát xạ nguyên tử emission spectrometry LC-MS Liquid chromatography-mass Sắc ký lỏng ghép đầu dò spectrometry GC-MS cảm ứng cao tần plasma Gas khối phổ chromatography-mass Sắc ký khí ghép đầu dị spectrometry khối phổ SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X XRF X-Ray fluorescence Huỳnh quang tia X Danh Mục Bảng Bảng 1.1: Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano hình cầu 13 Bảng 1.2 Độ dài tới hạn số tính chất vật liệu 14 Bảng 1.3 Hàm lượng nguyên tố dinh dưỡng dưa chuột sau xử lý nano vi lượng 27 Bảng 1.4 Tác dụng hạt nano cobalt nano đồng lên sản lượng ngô bắp hạt hướng dương Hạt giống xử lý với hạt nano (kích thước hạt từ - 40 nm) trước gieo 28 Bảng 1.5 Thành phần sinh hóa hạt ngơ hướng dương, hạt giống xử lý với hạt nano (kích thước hạt từ - 40 nm) trước gieo .28 Bảng 1.6 Sản lượng lúa mỳ, khoai tây củ cải đừờng mà trứớc đó, hạt giống xử lý với hạt nano (kích thước hạt từ - 40 nm) trước gieo .29 Bảng 3.1 Thống kê số ngày nảy mầm mẫu thí nghiệm 65 Bảng 3.2 Ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến sinh trưởng giống ngô NK7328 .66 Bảng 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến khả chống chịu hạn giống ngô NK7328 .67 Bảng 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến khả chống chịu giống ngô NK7328 68 Bảng 3.5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến sản lượng giống ngô NK7328 .69 Bảng 3.6 Kết phân tích hàm lượng chất dinh dưỡng ngơ 70 Bảng 3.7 Hàm lượng kim loại nông phẩm .71 Bảng 3.8 Kết phân tích đất trước sau thu hoạch vụ năm 2016 72 Bảng 3.9 Kết phân tích đất trước sau thu hoạch vụ năm 2017 73 Bảng 3.10 Tiêu chuẩn hàm lượng kim loại có đất 74 Bảng 3.11 Kết phân tích nước trước sau vụ mùa năm 2016 74 Bảng 3.12 Kết phân tích nước trước sau vụ mùa năm 2017 75 (b) (a) (d) (c) Hình 3.19 (a), xử lý hạt giống dung dịch nano Cu (b), xử lý hạt giống dung dịch nano Co (c), xử lý hạt giống dung dịch nano Fe (d) b Đánh giá phát triển ngô giai đoạn sinh trưởng phát triển Bảng 3.2 Ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến sinh trưởng giống ngô NK7328 Thời gian từ gieo đến (ngày) TT Công thức Chiều cao (cm) Tung phấn Phun râu Chín SL Cây Đóng bắp CT1 (nano Fe nano 80) 72 74 121 215,8 112,6 CT2 (nano Co 100) 72 74 121 215,1 112,8 CT3 (nano Cu 80) 72 74 121 217,7 112,9 10 CT4 Đối chứng (Không xử lý) 74 76 123 217,4 113,5 66 Kết thí nghiệm (bảng 3.2) cho thấy chênh lệch rõ rệt thời gian tung phấn phun râu công thức có xử lý nano kim loại cơng thức khơng xử lý không rõ rệt tương tự tiêu chiều cao chiều cao đóng bắp công thức xử lý hạt giống hạt nano kim loại thu cho thấy khác biệt, điều cho thấy sử dụng hạt nano kim loại Fe0, Co0 Cu0 nồng độ khác không làm ảnh hưởng đến giai đoạn STPT đặc điểm nông sinh học giống ngô NK7328 c.Đánh giá khả chịu hạn Bảng 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến khả chống chịu hạn giống ngô NK7328 TT Mức độ chịu hạn Công thưc (điểm) CT1 (nano Fe nano 80) CT2 (nano Co 100) CT3 (nano Cu 80) CT4 (Đối chứng (Không xử lý) Kết đánh giá mức độ chịu hạn cơng thức thí nghiệm cho thấy: Các công thức xử lý hạt nano kim loại Co0 Cu0 có khả giúp cho chịu hạn tốt điều thể qua điểm đánh giá mức độ héo hai loại hạt thấp so với đối chứng, nguyên nhân tăng nồng độ xử lý tác dụng kích thích cho rễ phát triển qúa trình hút nước tăng cường, gặp điều kiện hạn lượng nước bổ xung tốt làm tăng tính chịu hạn Trong loại hạt nano nano Fe0 khơng có tác dụng tới chịu hạn thể điểm đánh giá tương đương đối chứng d nghiên cứu ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến khả chống chịu gãy, đổ, sâu bệnh ngô 67 Bảng 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến khả chống chịu giống ngô NK7328 Đổ ( Điểm) TT Tên giống Đổ Gãy rễ thân Bệnh hại ( Điểm) Sâu đục thân (Điểm) Khô Đốm Thối vằn thân Gỉ sắt CT1 (nano Fe nano 80) 1,0 1,0 1,5 2,0 2,0 2,0 2,0 CT2 (nano Co 100) 1,0 1,0 1,5 2,0 2,0 2,0 1,0 CT3 (nano Cu 80) 1,0 1,0 1,5 2,0 1,0 1,0 1,0 CT4 Đối chứng (Không xử lý) 1,0 1,0 1,5 2,0 2,0 2,0 2,0 Số liệu bảng 3.4 cho thấy công thức khơng có khác biệt rõ rệt khả chống đổ với điểm đánh giá Bệnh Khơ vằn: Hầu hết cơng thức thí nghiệm nhiễm bệnh khơ vằn mức trung bình (điểm 2), mức độ nhiễm không ảnh hưởng tới suất ngô cần phải tiếp tục theo dõi Bệnh đốm lá: Các công thức thí nghiệm bị nhiễm mức độ nhẹ với điểm trung bình 1-2 cơng thức xử lý nano Cu0 bị nhiễm nhẹ Bệnh gỉ sắt: Mức độ nhiễm công thức từ 1-3 điểm điều kiện thời tiết vụ Xuân thuận lợi cho cho phát triển bệnh, cơng thức có xử lý nano Co0 100 nano Cu0 80 nhiễm bệnh thấp hơn, công thức xử lý nano Fe0 không xử lý nhiễm nặng Như vậy: Số liệu theo dõi cho thấy rõ cơng thức có xử lý nano Cu0 có khả chống chịu với loại bênh gây hại tốt hơn, nguyên nhân cơng thức Cu0 có tác dụng diệt trừ loại nấm gây hại hạn chế phát sinh phát triển loại nấm gây bệnh hại cho cây, điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu trước khả khảng khuẩn nano Cu e Ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến yếu tố cấu thành suất sản lượng ngô 68 Bảng 3.5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng việc xử lý hạt nano kim loại Fe0, Cu0, Co0 đến sản lượng giống ngô NK7328 TT Cơng thức Chiều Đường dài kính bắp bắp (cm) (cm) Số hàng Số P 1000 hạt/bắp hat/hàng hạt (hàng) (hạt) (gram) NSTT (tạ/ha) CT1 (nano Fe 80) 17,5 5,0 14,1 36,9 340,9 87,19 CT2 (nano Co 100) 18,3 5,0 14,1 35,1 344,7 86,44 CT3 (nano Cu 80) 18,4 5,2 14,3 37,3 347,6 92,29 17,6 5,1 14,1 37,0 332,5 82,84 CT4 Đối (Không xử lý) chứng CV (%) 4,7 LSD0,05 8,1 Chiều dài bắp: Các công thức có chiều dài bắp dao động từ 17,5- 18,4 cm cơng thức CT3 (nano Cu 80) có dài bắp lớn (18,4 cm ) CT1 (nano Fe 80) có chiều dài ngắn ( 17,5 cm) Đường kính bắp cơng thức dao động từ 5,0 – 5,2 cm Cơng thức CT3 (nano Cu 80) có đường kính bắp lớn (5,2 cm) Hình 3.20 Bắp ngô thu hoạch điều kiện xử lý hạt giống dung dịch nano Cu (a), điều kiện thường(b) 69 Số hàng hạt/bắp cơng thức biến động có giá trị trung bình từ 14,1- 14,1 hàng cao tương đương đối chứng Số hạt/hàng công thức dao động từ 35,1 -37,3 hạt đối chứng 37,0hạt, nhìn chung sử lý nano kim loại số hat/hàng giống cơng thức biến động Khối lượng 1000 hạt: Các cơng thức xử lý nano Cu0 có khối lượng 1000 hạt cao đạt từ 347,6gram, cao đối chứng từ 15,1 gram Năng suất thực thu cơng thức thí nghiệm dao động từ 86,44 - 92,29 tạ/ha công thức đối chứng cho suất 82,84 tạ/ha Công thức CT3 (nano Cu 80) cho suất cao (92,29 tạ/ha) vượt công thức đối chứng 11,41 % Kết phân tích thống kê cho thấy công thức CT3 (nano Cu 80) cho suất cao có ý nghĩa thống kê so với đối chứng mức xác suất 95% f Đánh giá hàm lượng chất dinh dưỡng ngô Bảng 3.6 Kết phân tích hàm lượng chất dinh dưỡng ngô Mẫu Chỉ tiêu Đơn vị Kết CT1 (nano Fe 80) CT2 (nano Co 100) CT3 (nano Cu 80) CT4 (không xử lý) Tinh bột Hàm lượng đường Cellulo Tinh bột Hàm lượng đường Cellulo Tinh bột Hàm lượng đường Cellulo Tinh bột Hàm lượng đường Cellulo g/100g 32,42 8,97 7,15 33,37 8,71 7,25 26,92 9,27 7,3 27,20 8,52 7,6 g/100g g/100g g/100g Từ kết phân tích hàm lượng chất dinh dưỡng quan trọng nông phẩm ta thấy hàm lượng tinh bột cấc mẫu xử lý trước hạt nano Fe Co gia tăng rõ rệt 32,42g/100g 33,37g/100g tăng khoảng 20% so với sản phẩm không xử lý 27,20g/100g Trong khí hàm lượng tinh bột mẫu xử lý nano Cu khơng có khác biệt so với mẫu đối chứng Hàm lượng đường cellulo có tăng khơng rõ rệt Kết thống kê cho thấy nano Fe Co có ý việc gia tăng hàm lượng chất dinh dưỡng nông phẩm 70 III.2.2 Đánh giá ảnh hưởng việc xử lý hạt giống hạt nano kim loại đến môi trường a Đánh giá ảnh hưởng công nghệ đến hàm lượng kim loại nông phẩm Sản phẩm sau thu hoạch tách lấy hạt, gửi phân tích hàm lượng kim loại nơng phẩm phương pháp ICP-OES cho kết bảng 3.6 Bảng 3.7 Hàm lượng kim loại nông phẩm Hàm lượng tiêu phân tích (ppm) STT Số hiệu mẫu Co Cu Tổng Fe C1 C1 C2 C2 C3 C3 C4 Giới hạn cho phép