Chế tạo hạt nano vi lượng ứng dụng trong nông nghiệp thủy canh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chế tạo hạt nano vi lượng ứng dụng nông nghiệp thủy canh DƯƠNG THỊ THANH TRÀ TRA.DTTCA180171@sis.hust.edu.vn Ngành Vật lý kỹ thuật Giảng viên hướng dẫn: Viện: TS Đặng Văn Sơn TS Nguyễn Đức Dũng Tiên tiến Khoa học Công nghệ HÀ NỘI, 05/2020 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Dương Thị Thanh Trà Đề tài luận văn: Chế tạo hạt nano vi lượng ứng dụng nông nghiệp thủy canh Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số SV: CA180171 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 11 tháng 05 năm 2020 với nội dung sau: - Hình thức: sửa chữa lỗi tả, in ấn, số câu văn chưa rõ nghĩa - Thuật ngữ: sửa cụm từ “nông nghiệp thủy canh” thành “công nghệ thủy canh”; phần b, mục 2.1.1 thống sử dụng danh từ chất điện li - Bố cục: + Tác giả bổ sung bảng thích ký hiệu chữ viết tắt; + Tách phần mục tiêu đề tài thành mục riêng (mục 1.3) chương 1; + Chuyển phần giới thiệu nội dung nguyên lý phép phân tích cấu trúc, hình thái, thành phần tính chất vật liệu nano sắt oxit thành mục 1.2.3, mục 2.1.2 mô tả thiết bị, vật tư sử dụng cụ thể cách tiến hành thực nghiệm: tác giả không thay đổi nội dung thay đổi làm cân bố cục luận văn; tác giả bổ sung tài liệu tham khảo cho nội dung - Tổng quan tài liệu nghiên cứu: mục 1.2.5 bổ sung thêm kết nghiên cứu cụ thể cơng bố khác nhằm tăng tính thuyết phục vai trò nano oxit sắt sinh trưởng phát triển - Phương pháp nghiên cứu: + Mục 2.2.2 bổ sung tên địa chỉ, nhiệt độ, độ ẩm, phịng thí nghiệm trồng thủy canh; + Đã rõ loại hình trồng thủy canh sử dụng thực nghiệm phương pháp trồng thủy canh tĩnh; + Đã trình bày cụ thể số trồng thí nghiệm, số lần lặp lại thí nghiệm, cách xác định số: chiều dài rễ, chiều cao thân, khối lượng tươi, khối lượng khô cải ngọt; + Nguyên nhân chọn nồng độ Fe-EDDHA 15 mg/L trình bày luận văn; + Trong phép phân tích UV-Vis, giá trị tính tốn ước lượng mức lượng ~2.6 eV có ý nghĩa vật liệu chế tạo giải thích mục 3.1.3, chương + Sự thay đổi cường độ dịch chuyển đỉnh hấp thụ phép đo FT-IR giải thích rõ mục 3.1.3, chương - Kết thảo luận: bổ sung kết chế tạo vật liệu nano Fe2O3@TC mục 3.1.1 - Tài liệu tham khảo: rà soát lại tài liệu tham khảo đồng với tài liệu trích dẫn luận văn Ngày 28 tháng 05 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn GVHD GVHD TS Đặng Văn Sơn TS Nguyễn Đức Dũng Tác giả luận văn Dương Thị Thanh Trà CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Chế tạo hạt nano vi lượng ứng dụng nông nghiệp thủy canh Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Ký ghi rõ họ tên TS Đặng Văn Sơn TS Nguyễn Đức Dũng Lời cảm ơn Em xin dành lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Đặng Văn Sơn TS Nguyễn Đức Dũng tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô Viện AIST – Trường ĐHBK HN, người cho em kiến thức quý báu tạo điều kiện cho em suốt thời gian em học tập trường để em có kết ngày hôm Tôi xin cảm ơn PTN Hiển vi điện tử vi phân tích, Viện AIST – ĐHBK HN, Trung tâm Nano Năng lượng, trường ĐH KHTN – ĐHQG HN Tổng Công ty Cổ phần Công nghệ cao Hachi Việt Nam giúp đỡ tơi q trình thử nghiệm, đo đạc nghiên cứu để tơi hồn thành tốt luận văn Cảm ơn gia đình, bạn bè, người ln bên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tóm tắt nội dung luận văn Công nghệ nano lựa chọn để nâng cao giá trị dinh dưỡng trồng số hạt nano sử dụng làm phân bón cung cấp dinh dưỡng cho Trong đó, vi lượng Sắt (Fe) sử dụng dạng hạt nano sắt oxit Các hạt nano Fe2O3 tổng hợp phương pháp điện hóa siêu âm sử dụng chiết xuất bàng (Terminalia catappa) làm chất ổn định, hình thành nên hệ vật liệu nano Fe2O3@TC Cấu trúc, hình thái thành phần vật liệu nghiên cứu thông qua phép đo nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ Raman, kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) Tính chất quang vật liệu xác định quang phổ UV-Vis Liên kết hóa học vật liệu xác định phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) Kết cho thấy, mẫu tạo phần lớn hạt nano maghemite-Fe2O3 có dạng hình cầu với kích thước trung bình – 10 nm bao bọc có liên kết với hợp chất hữu từ chiết xuất bàng Luận văn khảo sát hiệu vật liệu nano Fe2O3@TC với hàm lượng 5, 10, 15 mg/L tới tăng trưởng hấp thụ Fe cải (Brassica integrifolia) công nghệ trồng thủy canh tĩnh Sự ảnh hưởng vật liệu nano Fe2O3@TC đến tốc độ tăng trưởng suất cải so sánh với mẫu đối chứng (không chứa Fe) mẫu sử dụng phân bón thương mại FeEDDHA (15 mg/L) Các nghiên cứu thực nghiệm phát triển (chiều dài thân, rễ khối lượng … cây) cho thấy vi chất dinh dưỡng nano Fe2O3@TC ảnh hưởng quan trọng tới sinh trưởng Hơn nữa, phân tích ICP chứng minh gia tăng hàm lượng sắt cải tăng theo nồng độ nano Fe2O3@TC dung dịch dinh dưỡng Kết thử nghiệm cho thấy, nồng độ tối ưu vật liệu nano Fe2O3@TC để cải sinh trưởng tốt 10 mg/L HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 1.2 1.3 Tổng quan công nghệ thủy canh 1.1.1 Công nghệ thủy canh 1.1.2 Dinh dưỡng thủy canh 1.1.3 Vai trò sắt (Fe) cho phát triển thực vật Tổng quan hạt nano sắt oxit 1.2.1 Một số đặc trưng cấu trúc sắt oxit 1.2.2 Các phương pháp chế tạo 12 1.2.3 Tác nhân ổn định hạt nano sắt oxit 15 1.2.4 Một số ứng dụng tiềm hạt nano sắt oxit 16 1.2.5 Ứng dụng vật liệu nano sắt oxit nông nghiệp thủy canh 18 Mục tiêu nghiên cứu luận văn 19 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 20 2.1 Phương pháp chế tạo nghiên cứu vật liệu nano Fe2O3@TC 20 2.1.1 Tổng hợp vật liệu nano Fe2O3@TC 20 2.1.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc, thành phần, hình thái tính chất vật liệu nano Fe2O3@TC 23 2.2 Phương pháp thử nghiệm vật liệu nano Fe2O3@TC trồng thủy canh …………………………………………………………………………… 31 2.2.1 Hóa chất dụng cụ 31 2.2.2 Thử nghiệm vật liệu nano Fe2O3@TC cải phương pháp trồng thủy canh 32 2.2.3 Phương pháp khối phổ Plasma cảm ứng (ICP-MS) [42] 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ 37 3.1 3.2 Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu nano Fe2O3@TC 37 3.1.1 Cấu trúc vật liệu nano Fe2O3@TC 37 3.1.2 Hình thái thành phần vật liệu nano Fe2O3@TC 39 3.1.3 Liên kết hóa học vật liệu nano Fe2O3@TC 42 3.1.4 Nồng độ vật liệu 44 Kết thử nghiệm vật liệu nano Fe2O3@TC cải 44 3.2.1 Ảnh hưởng vật liệu nano Fe2O3@TC đến sinh trưởng cải 44 3.2.2 Ảnh hưởng vật liệu nano Fe2O3@TC tới khối lượng cải …………………………………………………………………….50 3.2.3 Đánh giá hàm lượng Fe cải 51 CHƯƠNG KẾT LUẬN 53 4.1 Kết luận 53 4.2 Hướng phát triển luận văn tương lai 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thống trồng thủy canh không hồi lưu Hình 1.2 Hệ thống trồng thủy canh hồi lưu Hình 1.3 Mơ hình hệ thống trồng khí canh Hình 1.4 Ảnh hưởng hạt nano Fe ớt (C annuum) với nồng độ khác [7] Hình 1.5 Khả hoạt động Chelate Sắt theo độ pH khác (https://www.smart-fertilizer.com/articles/iron/) Hình 1.6 Mạng tinh thể ba loại sắt oxit phổ biến: (a) Hematite (α-Fe2O3), (b) Magnetite (Fe3O4), (c) Maghemite (γ-Fe2O3) [10] 10 Hình 1.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X α-Fe2O3 (thẻ chuẩn 33–0664), Fe3O4 (thẻ chuẩn 19–0629) γ- Fe2O3 (thẻ chuẩn 39–1346) [10] 10 Hình 1.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nano γ- Fe2O3 [11] 11 Hình 1.9 Phổ Raman vật liệu nano đa tinh thể γ-Fe2O3 chế tạo phương pháp điện hóa siêu âm dịng điện phân (a) 1.5 mA.cm-2 (b) 25 mA.cm-2 [12] 11 Hình 1.10 Hai phương pháp chế tạo từ lên [13] 12 Hình 1.11 Sơ đồ họa chế tạo hạt nano phương pháp bốc bay laser 13 Hình 1.12 Ba khả phát triển mầm thành hạt nano: mầm phát triển nhờ khuếch tán phân tử lên mầm (đường cong I); kết tụ phân tử với mầm (đường cong II) kết tụ nhiều mầm với (đường cong III) [14] 14 Hình 1.13 Các thành phần hóa học chiết xuất từ thực vật có tác dụng q trình khử ion kim loại ổn định hạt nano 16 Hình 1.14 Hình ảnh bina (cây đối chứng bên trái thử nghiệm với 100 mg/L nano Fe2O3 bên phải) trồng thủy canh sau 45 ngày [25] 18 Hình 2.1 Sơ đồ khối quy trình tổng hợp vật liệu nano Fe2O3@TC 20 Hình 2.2 (a) Mơ hình hệ điện hóa siêu âm (b) hệ điện hóa siêu âm thực q trình tổng hợp vật liệu nano Fe2O3@TC 21 Hình 2.3 (a) Dung dịch chiết xuất bàng (b) dung dịch chứa vật liệu nano Fe2O3@TC ổn định chiết xuất bàng sau trình điện hóa siêu âm 23 Hình 2.4 Mình họa định luật Wulff - Bragg 24 Hình 2.5 (a) Kính hiển vi điện tử quét (b) Chùm điện tử tới chùm điện tử thứ cấp tạo sau tương tác 25 Hình 2.6 Ngun lý hoạt động kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 26 Hình 2.7 Nguyên lý phép phân tích EDX 28 Hình 2.8 Cấu hình máy quang phổ FT-IR [39] 30 Hình 2.9 Máy đo quang phổ hấp thụ AAS 31 Hình 2.10 Hình ảnh mơ hình cải trồng thủy canh tĩnh sau 25 ngày 33 Hình 2.11 Máy Khối phổ Plasma cảm ứng (ICP-MS) 36 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nano Fe2O3@TC mẫu M2 (điện phân với cường độ dòng điện 20 mA 60 phút) 38 Hình 3.2 Phổ Raman vật liệu nano Fe2O3@TC mẫu M2 (điện phân với cường độ dòng điện 20 mA 60 phút) 39 Hình 3.3 Ảnh SEM vật liệu nano Fe2O3@TC tổng hợp với cường độ dòng điện (a) 10 mA, (b) 20 mA, (c) 30 mA (d) 40 mA sau 60 phút điện phân 40 Hình 3.4 Ảnh TEM vật liệu nano Fe2O3@TC mẫu M2 41 Hình 3.5 Phổ EDX vật liệu nano Fe2O3@TC tổng hợp mẫu M2 41 Hình 3.6 (a) Phổ hấp thụ UV-Vis chiết xuất chiết xuất TC (đường màu đen) dung dịch vật liệu nano Fe2O3@TC (đường màu đỏ), (b) cách xác định lượng hấp thụ vật liệu nano Fe2O3@TC cách ngoại suy từ phương trình Tauc [44] 42 Hình 3.7 (a) Phổ FT-IR bàng (TC) (b) Vật liệu nano Fe2O3@TC 43 Hình 3.8 (a) Hình ảnh cải đối chứng (b) cải thử nghiệm với 10 mg/L vật liệu nano Fe2O3@TC sau 25 ngày trồng thủy canh 45 Hình 3.9 Hình ảnh cải sau 25 ngày trồng thủy canh với trồng đối chứng (0 mg/L), thử nghiệm với phân bón Fe-EDDHA (15 mg/L) thử nghiệm với vật liệu nano Fe2O3@TC (5, 10, 15 mg/L) 48 Hình 3.10 (a) Phân tích chiều dài rễ (b) chiều cao cải trồng thủy canh sau 25 ngày 49 Hình 3.11 (a) Sự phụ thuộc khối lượng tươi (b) khối lượng khô cải thử nghiệm với nồng độ nano nano Fe2O3@TC khác phân bón Fe-EDDHA sau 25 ngày trồng thủy canh 50 Hình 3.12 Sự phụ thuộc hàm lượng Fe tất mẫu cải vào nồng độ dung dịch vi lượng chứa Fe-EDDHA (tám giác mầu đỏ) nồng độ vật liệu nano Fe2O3@TC (hình vng đen) trồng thủy canh sau 25 ngày 52 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Vai trò nguyên tố sinh trưởng trồng [4] Bảng 2.1 Bảng mẫu tổng hợp 21 Bảng 2.2 Danh mục hóa chất sử dụng trình thử nghiệm 32 Bảng 2.3 Các dinh dưỡng nồng độ thử nghiệm cải [41] 33 Bảng 2.4 Bảng thí nghiệm thử nghiệm với cây cải 34 Bảng 3.1 Nồng độ vật liệu nano Fe2O3@TC sau tổng hợp với giá trị cường độ dòng điện khác 44 Bảng 3.2 Hình ảnh cải trồng thử nghiệm với phân bón Fe-EDDHA, khơng có sắt (đối chứng) có vật liệu Fe2O3@TC (5, 10, 15 mg) chụp sau 7, 14 25 ngày trồng thủy canh 46 Bảng 3.3 Bảng kết ảnh hưởng tới sinh trưởng phát triển cải trồng thử nghiệm với phân bón Fe-EDDHA, khơng có sắt (đối chứng) có vật liệu Fe2O3@TC (5, 10, 15 mg) sau 25 ngày trồng thủy canh 47 Từ kết nói trên, kết luận dung dịch chứa vật liệu nano Fe2O3@TC có pha kết tinh với cấu trúc vùng lượng khe lượng Pha kết tinh nói pha kết tinh hợp chất sắt oxit b) Kết phân tích FT-IR Để nghiên cứu tương tác hạt nano Fe2O3 với hợp chất hữu từ chiết xuất bàng, luận văn tiến hành phân tích quang phổ FT-IR So sánh phổ FT-IR chiết xuất bàng vật liệu nano Fe2O3@TC (Hình 3.7) cung cấp thơng tin nhóm chức phân tử sinh học có tác dụng ổn định hạt nano Fe2O3 Hình 3.7 (a) Phổ FT-IR bàng (TC) (b) Vật liệu nano Fe2O3@TC Trên Hình 3.6(a) đường màu đen thể phổ FT-IR chiết xuất bàng có độ hấp thụ cực đại vị trí 1035 cm-1 đỉnh đặc trưng liên kết C-O kéo dài [45], dao động thuộc nhóm axit cacbonyl từ axit cacboxylic phenol (C=O) biểu thị đỉnh hấp thụ vị trí 1708 1610 cm-1 (1610 – 1780 cm–1) [45] Trong phạm vi từ 2920 cm-1 đến 2850 cm-1 liên quan đến nhóm C-H kéo dài [46], [47] Sự hấp thụ dải từ 3600 cm-1 đến 3100 cm-1 đỉnh hấp thụ nhóm O-H tự nhóm NH phát sinh từ nhóm polyphenol hydroxyl số hợp chất hữu dị vòng thơm [45], [48] Cường độ truyền qua có thay đổi tương tác ion kim loại với hợp chất sinh học chiết xuất bàng (TC) Sự thay đổi tần số kéo dài liên kết C-O (1170 1035 cm-1) sang số sóng 1166 cm-1 liên kết chúng với bề mặt hạt nano Fe2O3 Sự thay đổi tần số kéo dài nhóm cacbonyl (1708 1610 cm-1) sang số sóng 1568 cm-1 sau dịch chuyển số sóng 1708 1610 cm-1, dịch chuyển số sóng vị trí 2920 2850 cm-1 sang số sóng cao (2983 cm-1) cho thấy liên kết nhóm C-H với bề mặt hạt nano Fe2O3 43 Ngoài chứng hỗ trợ trên, xuất hấp thụ khoảng 3315 cm-1 từ nhóm polyphenol hydroxyl số hợp chất hữu dị vòng thơm với bề mặt hạt nano Fe2O3 Kết phân tích chứng tỏ rằng, hạt nano Fe2O3 nằm khối chất hữu từ chiết xuất bàng, có liên kết hóa học (như liên kết Van der Waals, liên kết cộng hóa trị…) có tác dụng bảo vệ hạt nano Fe2O3 không cho kết tụ Kết cho thấy số nhóm chức như: phenol, polyphenol, axit cacboxylic tham gia vào trình khử ion Fe ổn định hạt nano Fe2O3 Vì hạt nano Fe2O3 liên kết với hợp chất hữu từ bàng nên sản phẩm có tính tương thích nơng nghiệp cao 3.1.4 Nồng độ vật liệu Để xác định nồng độ vật liệu nano Fe2O3@TC sau tổng hợp cách xác, luận văn sử dụng máy đo quang phổ hấp thụ AAS, kết trình bày Bảng 3.1 Nồng độ Fe bàng thấp cỡ 1.7 mg/L [21] nên giá trị đo Bảng 3.1 Fe coi chủ yếu tới từ trình chế tạo điện phân Fe từ điện cực Bảng 3.1 Nồng độ vật liệu nano Fe2O3@TC sau tổng hợp với giá trị cường độ dòng điện khác I (mA) 10 20 30 40 Nồng độ Fe2O3 (mg/L) 37.25 63.48 89.21 120.87 Dung dịch vật liệu nano Fe2O3@TC sau xác định nồng độ pha loãng thành nồng độ khác với mục đích khảo sát đánh giá ảnh hưởng nồng độ vật liệu nano Fe2O3@TC sinh trưởng phát triển cải nông nghiệp thủy canh 3.2 Kết thử nghiệm vật liệu nano Fe2O3@TC cải 3.2.1 Ảnh hưởng vật liệu nano Fe2O3@TC đến sinh trưởng cải Các nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu nano Fe2O3@TC phát triển cải thực thông qua phương pháp trồng thủy canh tĩnh cách đưa vật liệu nano Fe2O3@TC (ở nồng độ khác nhau) vào dung dịch Hoagland tăng trưởng đánh giá thời gian 25 ngày Bảng 3.2 hình ảnh cải trồng thủy canh môi trường khác bao gồm: khơng có Fe, mơi trường dinh dưỡng có muối FeEDDHA với diện vật liệu nano Fe2O3@TC nồng độ khác (5, 10 15 mg/L) theo dõi sau 7, 14 25 ngày Những thí nghiệm cho thấy tăng trưởng cải ngọt, nhiên, với nồng độ khác kết thu khác Các thông số khảo sát cụ thể chiều dài rễ, thân, khối lượng thể Bảng 3.3 hình ảnh 44 Hình 3.8 (a) Hình ảnh cải đối chứng (b) cải thử nghiệm với 10 mg/L vật liệu nano Fe2O3@TC sau 25 ngày trồng thủy canh Hình 3.8 cho thấy cải đối chứng (khơng có vi lượng Fe) so với thử nghiệm thêm dinh dưỡng nano Fe2O3@TC với nồng độ 10 mg/L Sau 25 ngày trồng thủy canh, đối chứng có tượng vàng tượng chứng tỏ bị thiếu sắt mô tả nghiên cứu vai trò chế hấp thụ sắt thực vật Cây thiếu sắt ảnh hưởng lớn đến trình tổng hợp diệp lục hệ thống enzyme phản ứng oxy hóa khử chuỗi vận chuyển điện tử, nguyên nhân sắt nguyên tố đóng vai trị q trình nên nano sắt có ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển Do đó, nồng độ sắt môi trường dinh dưỡng phải đủ lớn đáp ứng nhu cầu 45 Bảng 3.2 Hình ảnh cải trồng thử nghiệm với phân bón Fe-EDDHA, khơng có sắt (đối chứng) có vật liệu Fe2O3@TC (5, 10, 15 mg) chụp sau 7, 14 25 ngày trồng thủy canh Thời gian Đối chứng (0 mg/L) Fe-EDDHA 15 mg/L mg/L Vật liệu nano Fe2O3@TC 10 mg/L 15 mg/L Sau ngày Sau 14 ngày Sau 25 ngày 46 Bảng 3.3 Bảng kết ảnh hưởng tới sinh trưởng phát triển cải trồng thử nghiệm với phân bón Fe-EDDHA, khơng có sắt (đối chứng) có vật liệu Fe2O3@TC (5, 10, 15 mg) sau 25 ngày trồng thủy canh Mẫu Nồng độ Fe (mg/L) Tổng khối lượng (gam/cây) Tươi Khô Chiều dài rễ (cm/cây) Chiều dài thân Màu sắc (cm/cây) Fe-EDDHA 15 10.9  1.0 0.73  0.15 13.0  1.0 21  Xanh Đối chứng 1.7  1.0 0.27  0.15 7.5  1.0 11  Vàng đậm, cháy 7.0  1.0 0.58  0.15 12.5  1.0 18  Ngả vàng 10 11.7  1.0 0.87  0.15 18.0  1.0 23  Xanh thẫm 15 8.8  1.0 1.22  0.15 11.0  1.0 13  Xanh thẫm Vật liệu nano Fe2O3@TC 47 Hình 3.9 Hình ảnh cải sau 25 ngày trồng thủy canh với trồng đối chứng (0 mg/L), thử nghiệm với phân bón Fe-EDDHA (15 mg/L) thử nghiệm với vật liệu nano Fe2O3@TC (5, 10, 15 mg/L) 48 Chiều dài rễ thân đối chứng thử nghiệm vật liệu nano Fe2O3@TC trình bày Hình 3.8 Hình ảnh so sánh trực tiếp Hình 3.9 cho thấy rõ phát triển khác mẫu Với nồng độ vi lượng nano Fe2O3@TC khác nhau, phát triển khác Bảng 3.3 minh họa rõ khác biệt cải với nồng độ vi lượng sắt khác yếu tố khảo sát bao gồm: tổng khối lượng (tươi khơ), chiều dài rễ, thân Qua Hình 3.9, dễ dàng thấy với nồng độ vật liệu nano Fe2O3@TC hàm lượng 10 mg/L có khác biệt rõ ràng có phát triển mẫu đối chứng mẫu thử nghiệm với nồng độ mg/L, phát triển tương đương so sánh với phân vi lượng Fe-EDDHA nồng độ 15 mg/L bán thị trường Sự phụ chiều dài rễ thân vào nồng độ vi lượng nano Fe2O3@TC biểu diễn Hình 3.10 Đồ thị cho thấy chiều dài thân rễ sau 25 ngày phát triển phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ vi lượng nano Fe2O3@TC từ đến 10 mg/L, nhiên, độ dài thân rễ giảm hàm lượng vi lượng nano Fe2O3@TC tăng 10 mg/L Quan sát Hình 3.10(a) ta thấy chiều dài rễ cải thử nghiệm với vi lượng nano Fe2O3@TC nồng độ 5, 10 15 mg/L cho thấy chiều dài rễ dài gần 1.7, 2.4 1.5 lần so với cải trồng đối chứng Hơn nữa, nồng độ vi lượng nano nano Fe2O3@TC 10 mg/L rễ dài 1.4 lần so với cải thử nghiệm với phân bón Fe-EDDHA nồng độ tối ưu theo khuyến cáo nhà sản suất với cải 15 mg/L Điều cho thấy, phân bón vi lượng từ nano nano Fe2O3@TC giúp phát triển gần 1.40 lần so với sản phẩm thị trường có Hình 3.10 (a) Phân tích chiều dài rễ (b) chiều cao cải trồng thủy canh sau 25 ngày Một khảo sát tương tự thực thay đổi chiều cao thân Chiều cao thân cải thử nghiệm với nồng độ vi lượng nano Fe2O3@TC khác 5, 10, 15 mg/L cao khoảng 1.6, 2.1, 1.2 lần so với cải đối chứng nồng độ nano nano Fe2O3@TC 10 mg/L thân cao 49 khoảng 1.8 lần so với cải thử nghiệm với phân bón Fe-EDDHA khoảng thời gian 25 ngày (Hình 3.10(b)) Kết cho thấy rễ thân đề có tăng trưởng thử nghiệm với vật liệu nano Fe2O3@TC so với không rhử nghiệm Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng chiều cao thân dài rễ ngồi cung cấp chất dinh dưỡng từ rễ cịn có chức quang hợp 3.2.2 Ảnh hưởng vật liệu nano Fe2O3@TC tới khối lượng cải Luận văn tiến hành phân tích thay đổi khối lượng cải để nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu nano Fe2O3@TC tới sinh trưởng phát triển Kết phụ thuộc nồng độ thử nghiệm vật liệu nano Fe2O3@TC khối lượng cải thể Hình 3.11 Hình 3.11(a) cho thấy phụ thuộc khối lượng tươi cải với nồng độ nano nano Fe2O3@TC khác nhau, trồng đối chứng, phân bón FeEDDHA Sau 25 ngày trồng thủy canh, thử nghiệm với nồng độ nano Fe2O3@TC (5, 10, 15 mg/L) cho thấy tăng trưởng gần 4.5, 6.8 5.2 lần so với cải trồng đối chứng đồng thời mẫu thử nghiệm với vi lượng nano Fe2O3@TC nồng độ 10 mg/L tăng gần 1.2 lần so với thử nghiệm với phân bón chứa Fe-EDDHA nồng độ 15 mg/L Hình 3.11 (a) Sự phụ thuộc khối lượng tươi (b) khối lượng khô cải thử nghiệm với nồng độ nano nano Fe2O3@TC khác phân bón Fe-EDDHA sau 25 ngày trồng thủy canh Hình 3.11(b) đồ thị thể phụ thuộc khối khối lượng khô phụ thuộc vào nồng độ thử nghiệm với vật liệu nano Fe2O3@TC Khối lượng khô gần tăng tuyến tính so với nồng độ nano Fe2O3@TC đồng thời cao khoảng 1.2 lần so với khối lượng khơ thử nghiệm với phân bón chứa sắt FeEDDHA 15 mg/L thị trường So sánh đồ thị 3.11(a) 3.11(b) có điểm đặc biệt với nồng độ vi lượng nano Fe2O3@TC tăng từ - 10 mg/L khối lượng tươi khô tăng, nhiên 50 nồng độ 15 mg/L khối lượng tươi giảm cịn khối lượng khơ tăng (so với điểm có nồng độ 10 mg/L) Điều gợi ý rằng, nồng độ vi lượng nano Fe2O3@TC 10 mg/L điểm giới hạn làm thay đổi số chế sinh trưởng Khi nồng độ tăng làm cho “khung xương” (khối lượng khô) tăng, nhiên nồng độ lớn 10 mg/L thành phần vi chất dinh dưỡng dễ bay giảm nhiều so với nồng độ 10 mg/L Nguyên nhân bổ bổ xung nhiều sắt ảnh hưởng tới q trình trao đổi nước khống chất, từ liên quan tới q trình tổng hợp chất hữu Đây vấn đề thú vị cần nghiên cứu sâu sắc lĩnh vực chuyên môn lĩnh vực nông nghiệp liên quan đến chế sinh trưởng phát triển Những nghiên cứu nhấn mạnh tốc độ tăng trưởng suất cải hấp thụ hạt vật liệu nano Fe2O3@TC Điều phù hợp với công bố trước cho thấy trọng lượng khô bina (rau chân vịt) [25], vỏ đậu nành tăng lên hấp thụ hạt nano Fe2O3 [49] Như vậy, tác dụng vật liệu nano Fe2O3@TC, cải chứng tỏ khả hấp thụ phát triển tốt với vật liệu mà luận văn chế tạo Đồng thời, nồng độ tốt cho phát triển cải sử dụng vật liệu nano Fe2O3@TC làm phân vi lượng cung cấp Fe cho khoảng 10 mg/L Kết cho thấy sử dụng vật liệu nano Fe2O3@TC tiết kiệm hoàn tồn thay sản phẩm có thị trường mà cho phát triển tốt thể rõ phát triển thân, rễ, khối lượng 3.2.3 Đánh giá hàm lượng Fe cải Để xác định hàm lượng Fe cải sau 25 ngày trồng thủy canh thử nghiệm với vi lượng nano Fe2O3@TC mẫu trồng đối chứng, luận văn kiểm tra cách sử dụng phân tích ICP-MS Hình 3.12 thể kết phân tích ICP-MS mẫu cải sau 25 ngày trồng thủy canh, cho thấy: hàm lượng Fe khối lượng cải khô đối chứng khoảng 0.132 ppm hàm lượng Fe tăng lên phụ thuộc vào nồng độ vật liệu nano Fe2O3@TC thử nghiệm cho cải Hàm lượng Fe mà thực hấp thụ tăng mạnh từ 0.132 ppm với đối chứng lên 0.32 ppm so với thử nghiệm với vật liệu nano Fe2O3@TC nồng độ mg/L, sau đó, tốc độ hàm lượng Fe tiếp tục tăng nhẹ Tuy nhiên, khơng có thay đổi đáng kể hàm lượng Fe quan sát thấy trường hợp cải xử lý phân bón Chelate Fe-EDDHA (15 mg/L) so với vật liệu nano Fe2O3@TC thử nghiệm nồng độ 5, 10 15 mg/L 51 Hình 3.12 Sự phụ thuộc hàm lượng Fe tất mẫu cải vào nồng độ dung dịch vi lượng chứa Fe-EDDHA (tám giác mầu đỏ) nồng độ vật liệu nano Fe2O3@TC (hình vng đen) trồng thủy canh sau 25 ngày Nghiên cứu chứng minh tăng suất cải hấp thụ hàm lượng sắt xảy thông qua rễ sau vận chuyển tới phận khác 52 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Trong nghiên cứu này, luận văn thu số kết sau: - Đã nghiên cứu tổng hợp thành công vật liệu nano Fe2O3@TC đưa quy trình phương pháp điện hóa siêu âm (sử dụng điện cực Fe Pt) nhiệt độ phòng sử dụng chiết xuất bàng làm chất ổn định mà không sử dụng hợp chất hóa học khác Quy trình chế tạo đơn giản, tiết kiệm chi phí, chế tạo số lượng lớn thân thiện với môi trường - Vật liệu tổng hợp hệ vật liệu gồm hạt nano Fe2O3 có kích thước trung bình  10 nm ổn định hữu từ chiết xuất bàng có liên kết hóa học với - Sự ảnh hưởng vi lượng Fe đến sinh trưởng phát triển cải nghiên cứu khảo sát:  Khi sử dụng vật liệu nano Fe2O3@TC làm phân vi lượng cung cấp Fe cho thấy sinh trưởng phát triển tốt nồng độ 10 mg/L Với nồng độ mg/L nano Fe2O3@TC cho thấy có biểu thiếu Fe đẫn đến vàng lá, giảm khối lượng Với nồng độ 15 mg/L nano Fe2O3@TC có biểu ngộ độc bị dư thừa Fe  Nồng độ tối ưu vật liệu nano Fe2O3@TC thử nghiệm trồng thủy canh cải 10 mg/L, chiều dài thân rễ tăng từ 1.5 – 2.4 lần so với đối chứng (0 mg/L) tăng khoảng 1.2 lần so với sản phẩm thương mại (Fe-EDDHA), khối lượng tươi khô tăng khoảng – lần so với đối chứng (0 mg/L) 1.2 lần so với sản phẩm thương mại ((Fe-EDDHA)  Sản phẩm có tính tương thích nơng nghiệp tốt 4.2 Hướng phát triển luận văn tương lai - Thử nghiệm vật liệu nano Fe2O3@TC với nhiều loại trồng thủy canh khác, như: xà lách, mồng tơi, dưa leo, cải xoăn, rau dền, cải thìa, … - Mở rộng nghiên cứu cách toàn diện: nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano Fe2O3@TC với số lượng lớn tìm chất ổn định hữu từ nhiều loại thực vật khác nhằm phát triển hướng mới, tổng hợp vật liệu nano đa ứng dụng đời sống phương pháp điện hóa siêu âm lành tính, không gây độc hại người môi trường - Nghiên cứu tổng hợp thêm nhiều vi lượng khác dạng hợp chất vật liệu nano có liên kết với gốc hữu cơ, như: Cu, Zn, Ca, Mn, Mg, … 53 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Thị Thúy, “Pha chế dung dịch dinh dưỡng để trồng rau phương pháp trồng thủy canh tĩnh,” Khóa luận tốt nghiệp, 2013 J He, “Mineral Nutrition of Aeroponically Grown Subtropical and Temperate Crops in the Tropics with Manipulation of Root-Zone Temperature at Different Growth Irradiances,” 2010 M Weih, F Pourazari, and G Vico, “Nutrient stoichiometry in winter wheat: Element concentration pattern reflects developmental stage and weather,” Sci Rep., vol 6, no October, pp 1–9, 2016 G Dalcorso, A Manara, S Piasentin, and A Furini, “Nutrient metal elements in plants,” Metallomics, vol 6, no 10, pp 1770–1788, 2014 M Zia-ur-Rehman, A Naeem, H Khalid, M Rizwan, S Ali, and M Azhar, Responses of Plants to Iron Oxide Nanoparticles, vol Elsevier Inc., 2018 B Barhoumi et al., “Levels and risk assessment of hydrocarbons and organochlorines in aerosols from a North African coastal city (Bizerte, Tunisia),” Environ Pollut., vol 240, pp 422–431, 2018 J Yuan et al., “New insights into the cellular responses to iron nanoparticles in Capsicum annuum,” Sci Rep., vol 8, no 1, pp 1–9, 2018 C Channarayappa and D P Biradar, Soil Basics, Management, and Rhizosphere Engineering for Sustainable Agriculture 2018 M Faraji, Y Yamini, and M Rezaee, “Iranian chemical society magnetic nanoparticles : synthesis , stabilization , functionalization , characterization , and applications,” J Iran Chem Soc., vol 7, no 1, pp 1–37, 2010 W Wu, Z Wu, T Yu, C Jiang, and W S Kim, “Recent progress on magnetic iron oxide nanoparticles: Synthesis, surface functional strategies and biomedical applications,” Sci Technol Adv Mater., vol 16, no 2, 2015 A M Prodan et al., “Magnetic properties and biological activity evaluation of iron oxide nanoparticles,” J Nanomater., vol 2013, no September, 2013 C Pascal, J L Pascal, and F Favier, “Electrochemical Synthesis for the Control of -Fe2O3,” no 17, pp 141–147, 1999 V Pareek, A Bhargava, R Gupta, N Jain, and J Panwar, “Synthesis and Applications of Noble Metal Nanoparticles: A Review,” Adv Sci Eng Med., vol 9, no 7, pp 527–544, 2017 P Tartaj, P Morales, S Veintemillas-verdaguer, and T Gonz, “The preparation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine,” vol 182, 2003 S Iravani, H Korbekandi, S V Mirmohammadi, and B Zolfaghari, “Synthesis of silver nanoparticles: Chemical, physical and biological methods,” Res Pharm Sci., vol 9, no 6, pp 385–406, 2014 † Ting-Fu Ko, † and Yih-Ming Weng, and ‡ Robin Y.-Y Chiou*, “Squalene Content and Antioxidant Activity of Terminalia catappa Leaves and Seeds,” J Agric Food Chem., vol 50, no 19, pp 5343–5348, 2002 J L Mau, P T Ko, and C C Chyau, “Aroma characterization and antioxidant activity of supercritical carbon dioxide extracts from Terminalia catappa leaves,” Food Res Int., vol 36, no 1, pp 97–104, 2003 54 [18] O V dos Santos, N D Lorenzo, and S C da S Lannes, “Chemical, morphological, and thermogravimetric of Terminalia catappa Linn,” Food Sci Technol., vol 36, no 1, pp 151–158, 2016 [19] B Ankamwar, “Biosynthesis of gold nanoparticles (Green-Gold) using leaf extract of Terminalia Catappa,” E-Journal Chem., vol 7, no 4, pp 1334– 1339, 2010 [20] A Devadiga, K Vidya Shetty, and M B Saidutta, “Highly stable silver nanoparticles synthesized using Terminalia catappa leaves as antibacterial agent and colorimetric mercury sensor,” Mater Lett., vol 207, pp 66–71, 2017 [21] Huỳnh Thị Mỹ Linh, “Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat tác nhânn khử dịch chiết nước bàng.” Luận văn thạc sĩ, 2013 [22] I Ali et al., “Phytogenic magnetic nanoparticles for wastewater treatment: A review,” RSC Adv., vol 7, no 64, pp 40158–40178, 2017 [23] S Mesci-Haftaci, H Ankarali, M Caglar, and A Yavuzcan, “Reliability of colposcopy in Turkey: Correlation with pap smear and 1-year follow up,” Asian Pacific J Cancer Prev., vol 15, no 17, pp 7317–7320, 2014 [24] A Kumar and B Nagesh, “Foliar application of nanofertilizers in agricultural crops -A review,” no October, 2019 [25] K Jeyasubramanian, U U Gopalakrishnan Thoppey, G S Hikku, N Selvakumar, A Subramania, and K Krishnamoorthy, “Enhancement in growth rate and productivity of spinach grown in hydroponics with iron oxide nanoparticles,” RSC Adv., vol 6, no 19, pp 15451–15459, 2016 [26] L V Antisari, S Carbone, A Gatti, G Vianello, and P Nannipieri, “Uptake and translocation of metals and nutrients in tomato grown in soil polluted with metal oxide (CeO2, Fe3O4, SnO2, TiO2) or metallic (Ag, Co, Ni) engineered nanoparticles,” 2014 [27] H X Ren et al., “Physiological investigation of magnetic iron oxide nanoparticles towards Chinese Mung bean,” J Biomed Nanotechnol., vol 7, no 5, pp 677–684, 2011 [28] D Lin and B Xing, “Phytotoxicity of nanoparticles: Inhibition of seed germination and root growth,” Environ Pollut., vol 150, no 2, pp 243– 250, 2007 [29] N Noor Mohammadi, E Pajootan, H Bahrami, and M Arami, Magnetization of TiO2 nanofibrous spheres by one-step ultrasonic-assisted electrochemical technique, vol 265 Elsevier B.V, 2018 [30] D Ramimoghadam, S Bagheri, and S B A Hamid, “Progress in electrochemical synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles,” J Magn Magn Mater., vol 368, pp 207–229, 2014 [31] F Fajaroh, H Setyawan, W Widiyastuti, and S Winardi, “Synthesis of magnetite nanoparticles by surfactant-free electrochemical method in an aqueous system,” Adv Powder Technol., vol 23, no 3, pp 328–333, 2012 [32] A A Bunaciu, E gabriela Udriştioiu, and H Y Aboul-Enein, “X-Ray Diffraction: Instrumentation and Applications,” Crit Rev Anal Chem., vol 45, no 4, pp 289–299, 2015 55 [33] A S Vorokh, “Scherrer formula : estimation of error in determining small nanoparticle size,” vol 9, no 3, pp 364–369, 2018 [34] D W Shipp, F Sinjab, and I Notingher, “Raman spectroscopy: techniques and applications in the life sciences,” Adv Opt Photonics, vol 9, no 2, p 315, 2017 [35] S K Sharma, D S Verma, L U Khan, S Kumar, and S B Khan, Handbook of Materials Characterization 2018 [36] M Abd Mutalib, M A Rahman, M H D Othman, A F Ismail, and J Jaafar, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-Ray (EDX) Spectroscopy Elsevier B.V., 2017 [37] P M HEIMANN, “Moseley’s Interpretation of X‐Ray Spectra,” Centaurus, vol 12, no 4, pp 261–274, 1968 [38] C De Caro, “UV/VIS Spectrophotometry,” Mettler-Toledo Int., no September 2015, pp 4–14, 2015 [39] M Omidi et al., Characterization of biomaterials, no August Elsevier Ltd, 2017 [40] A Zettner, “Principles and Applications of Atomic Absorption Spectroscopy,” Adv Clin Chem., vol 7, no C, pp 1–62, 1964 [41] D R Hoagland and D I Arnon, “The water-culture method for growing plants without soil / THE WATER-CULTURE METHOD FOR GROWING PLANTS WITHOUT SOIL Professor of Plant Nutrition and Chemist in the Experiment Station Instructor in Truck Crops and Junior Plant Physiologist in the Experi,” no 347, pp 1884–1949, 1938 [42] C Rodrigues, C Alves, A J Santos-neto, C Fernandes, and F M Lan, “Analysis of tricyclic antidepressant drugs in plasma by means of solidphase microextraction-liquid chromatography-mass spectrometry,” J mass Spectrom., pp 1342–1347, 2007 [43] D L A De Faria, S Venâncio Silva, and M T De Oliveira, “Raman microspectroscopy of some iron oxides and oxyhydroxides,” J Raman Spectrosc., vol 28, no 11, pp 873–878, 1997 [44] D Navaratna, S Z Guo, K Hayakawa, X Wang, C Gerhardinger, and E H Lo, “Decreased cerebrovascular brain-derived neurotrophic factormediated neuroprotection in the diabetic brain,” Diabetes, vol 60, no 6, pp 1789–1796, 2011 [45] G Sathishkumar et al., “Green synthesis of magnetic Fe3O4 nanoparticles using Couroupita guianensis Aubl fruit extract for their antibacterial and cytotoxicity activities,” Artif Cells, Nanomedicine Biotechnol., vol 46, no 3, pp 589–598, 2018 [46] M Farahmandjou and F Soflaee, “Low Temperature Synthesis of α-Fe2O3 Nano-rods Using Simple Chemical Route,” J Nanostructures, vol 1706108, no April, pp 413–418, 2014 [47] R Suresh, R Prabu, A Vijayaraj, K Giribabu, A Stephen, and V Narayanan, “Fabrication of α-Fe2O3 nanoparticles for the electrochemical detection of uric acid,” Synth React Inorganic, Met Nano-Metal Chem., vol 42, no 3, pp 303–307, 2012 56 [48] Y Cai, Y Shen, A Xie, S Li, and X Wang, “Green synthesis of soya bean sprouts-mediated superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles,” J Magn Magn Mater., vol 322, no 19, pp 2938–2943, 2010 [49] R SHEYKHBAGLOU, M SEDGHI, M T SHISHEVAN, and R S SHARIFI, “Effects of Nano-Iron Oxide Particles on Agronomic Traits of Soybean,” Not Sci Biol., vol 2, no 2, pp 112–113, 2010 57 ... Dương Thị Thanh Trà CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Chế tạo hạt nano vi lượng ứng dụng nông nghiệp thủy canh Giáo vi? ?n hướng dẫn Giáo vi? ?n hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Ký ghi rõ họ tên TS Đặng... tinh Hạt nano chế tạo theo nhiều phương pháp, phương pháp có thuận lợi khó khăn định Tùy vào mục đích sử dụng hạt nano cho ứng dụng mà phương pháp khác dùng nhằm đáp ứng yêu cầu ứng dụng Ứng dụng. .. 12 1.2.3 Tác nhân ổn định hạt nano sắt oxit 15 1.2.4 Một số ứng dụng tiềm hạt nano sắt oxit 16 1.2.5 Ứng dụng vật liệu nano sắt oxit nông nghiệp thủy canh 18 Mục tiêu nghiên cứu luận