Qua phổ IR, có thể nhận thấy sự xuất hiện các peaks tại số sóng 3425cm-1, 1633cm-1, 1125cm-1, 800cm-1, 470cm-1.
Hai peak ở 3425 cm-1 và 1633 cm-1 đặc trƣng cho dao động hoá trị và dao động biến dạng của nhóm OH của phân tử nƣớc tự do và liên kết nhóm silanol. Mẫu 650 0C so với 400 0C thì liên kết Si-OH mở rộng có thể xảy ra do các phân tử nƣớc đƣợc hấp thụ về mặt vật lý và hóa học trên bề mặt SiO2, chứng tỏ diện tích bề mặt của hạt tăng tạo liên kết với nƣớc, phần nào thể hiện kích thƣớc hạt nhỏ hơn so với mẫu 400 0
C.
Peak ở 2367 cm-1 với cƣờng độ yếu là các dao động của C – H , điều đó có nghĩa là cịn hợp chất hữu cơ chƣa cháy hết.
Ba peak ở 1125 cm-1, 800 cm-1, 470 cm-1 tƣơng ứng với dao động hóa trị bất đối xứng, dao động hóa trị đối xứng và dao động biến dạng đặc trƣng của SiO2 với liên kết Si – O – Si . Thông thƣờng nếu mẫu phân tích có liên kết Si – O sẽ xuất hiện các peak khoảng 793 – 1050 cm-1, riêng trƣờng hợp hạt silica có kích thƣớc nano thì peak thƣờng xuất hiện ở 1125cm-1. Peak tại 800 cm-1 xuất hiên peak đặc trƣng dao động hóa trị đối xứng liên kết Si – O. Và peak ở 470 cm-1 là dao động biến dạng bất đối xứng của liên kết Si – O.
Từ kết quả giải phổ FT – IR chứng tỏ rằng silica tổng hợp đƣợc có hàm lƣợng khá tinh khiết và ở dạng nano vơ định hình
3.2.8 Phƣơng pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (BET)
3.2.8.1 Xác định đặc trưng mao quản của vật liệu Nanosilica
Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ BET của nanosilica (SiO2) đƣợc thể hiện dƣới đây:
Hình 3.13 : Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 của nanosilica ở các nhiệt
650 0C 600 0C 550 0C 500 0C 450 0C 400 0C
Từ kết quả trên cho thấy đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 của các mẫu nanosilica (SiO2) đều có dạng IV, đặc trƣng cho vật liệu có mao quản trung bình. Các mẫu đều có hình dáng tƣơng tự nhau cho thấy mẫu có kích thƣớc tƣơng đồng nhau. Sự xuất hiện đƣờng trễ chứng tỏ có sự ngƣng tụ mao quản và phản ánh về hình dáng mao quản. Đƣờng trể của vật liệu có dạng H3 đặc trƣng cho vật liệu có cấu trúc chứa nhiều vi mao quản.
3.2.8.1.1 Xác định kích thước mao quản BJH (Barrett-Joyner-Halenda)
Kết quả phân bố kích thƣớc mao quản BJH dƣới đây để xác định diện tích bề mặt, thể tích mao quản trung bình, đƣờng kính mao quản:
Hình 3.14 : Đƣờng phân bố mao quản của nano silica ở các nhiệt độ nung khác nhau
6500C 6000C 5500C 5000C 4500C 4000C
Bảng 3.8: Thơng số đặc trƣng cho tính chất xốp của nanosilica ở các nhiệt độ nung khác nhau M u Diện tích bề mặt riêng SBET (m2/g) Diện tích mao quản SBJH (m2/g) Thể tích mao quản VBJH (cm3/g) Đƣờng kính mao quản dBJH (nm) 400 0C 288,3074 140,3868 0,562905 16,0387 450 0C 225,5685 134,1089 0,575125 17,1540 500 0C 232,9554 135,7947 0,563037 16,5850 550 0C 162,4189 122,5030 0,559252 18,2609 600 0C 122,4359 104,7067 0,513427 19,6139 650 0C 43,0301 30,2804 0,276343 36,5044
Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ BET của nanosilica (SiO2) đặc trƣng cho vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình có độ ổn định thấp. Từ kết quả BJH cho thấy diện tích bề mặt giảm, đƣờng kính mao quản tăng khi tăng nhiệt độ. Điều này đƣợc giải thích là do nhiệt độ càng cao sự bay hơi nƣớc ( do hấp phụ vật lý trên bề mặt) càng nhanh, đồng thời xảy ra sự phân hủy nhóm chức silanol (do hấp phụ hóa học). Do đó áp lực vƣợt quá lực Vanderwaals liên kết giữa các lớp khiến chúng bị đứt gãy và tách ra xa.Thế nên mẫu ở nhiệt độ 650 0C lại có đƣờng kính mao quản cao bất thƣờng lý do cũng tƣơng tự nhƣ ở nhiệt độ cao nhƣ thế cịn có sự phân hủy NaCl hợp chất trung gian trong quá trình tổng hợp nanosilica. So với các mẫu SiO2 ở các nhiệt độ khác thì ở 400 0C có diện tích bề mặt riêng và thể tích xốp lớn hơn. Tuy nhiên đƣờng kính mao quản của SiO2 ở 400 0C lại nhỏ hơn so với các mẫu khác . Đối với mẫu hệ mao quản chủ yếu là mao quản trung bình. Đƣờng kình mao quản của cả hai vật liệu nằm trong khoảng 16-36nm.
3.3. THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM NANO SILICA ĐỐI VỚI CÂY LÚA
Địa điểm thực nghiệm tại Nhơn Hòa – An Nhơn
* Phun chế phẩm - nano silica: ngày 22/3/2020
Bảng 3.9 : Kết quả thực nghiệm nano silica trên cây lúa
TT Chỉ tiêu ĐVT Đối chứng Thực nghiệm So sánh 1 Ngày gieo mạ 15/2/2020 15/2/2020 2 Ngày trỗ (5-10%) 28/4/2020 27/4/2020 3 Trỗ (>90%) 1/5/2020 29/4/2020
4 Ngày chín – thu hoạch 5/6/2020 5/6/2020
5 Thời gian sinh trƣởng ngày 110 110 0
6 Chiều cao cây cm 95 100 +5
7 Chiều dài lá đòng cm 24 24,6 +0,6
8 Chiều dài bông cm 20 20 0
9 Số bông/m2 bông 305 305 0
10 Tổng số hạt /bông Hạt 170 172 0
11 Số hạt chắc / bông Hạt 152 157 +5
12 Số hạt lép Hạt 41 37 -4
13 Trọng lƣợng 1000 hạt g 23 23,5 +0,5
15 Năng suất lý thuyết Tấn/ha 8,35 9,10 +0,75
16 Năng suất thực thu Tấn/ha 5,5 6,1 +0,6
Qua bảng trên cho thấy việc sử dụng chế phẩm nano silica trên cây lúa qua theo dõi các chỉ tiêu ở ruộng đối chứng và ruộng thí nghiệm thí nghiệm đã có tác dụng rõ rệt. Đối với ruộng thực nghiệm làm cho chiều dài lá địng tăng (+2cm), chiều cao cây tăng bình qn (4 cm) so với đối chứng; Giúp cây lúa trỗ nhanh, và trỗ đồng loạt, rút ngắn đƣợc (2 ngày) so với đối chứng; Số hạt /bông và tỷ lệ hạt chắc trên bông tăng (+5), tỷ lệ hạt lép giảm. Đặc biệt trọng lƣợng 1000 hạt ở ruộng thực nghiệm tăng hơn so với đối chứng (1gr), nhờ đó mà năng suất ở ruộng thực nghiệm phun chế phẩm nano silica trên tăng cao hơn so với ruộng thí nghiệm. Riêng đối với chế phẩm ĐH 93 các chỉ
tiêu theo dõi ở ruộng thí nghiệm tăng cao hơn so với đối chứng nhƣ số hạt chắc..., năng suất. Hơn thế nữa khi sử dụng chế phẩm nano silica thì cây lúa có độ cứng và dẽo dai hơn so với không sử dụng chế phẩm nano silica. Hiện tƣợng chống đỗ ngã đối với cây lúa khi sử dụng chế phẩm nano silica thấy rõ rệt qua hình.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
1. Tổng hợp thành công vật liệu nano silica từ quặng cát có nguồn gốc từ mỏ cát ở Phù Cát- Bình Định bằng phƣơng pháp kết tủa.
2. Tìm ra điều kiện tối ƣu để tổng hợp vật liệu phù hợp với vai trò cung cấp silic cho cây trồng:
- Để hịa tan hồn tồn silica thì cần điều kiện tối ƣu về kích thƣớc hạt silica là 45μm với thời gian nghiền quặng hợp lí là 60 phút
- Nồng độ NaOH tối ƣu cho quá trình phân hủy quặng là 6N với nhiệt độ 180 0
C trong thời gian 8h.
- Nồng độ HCl thích hợp để trung hịa, đồng thời tạo silica gel là 6N - Nhiệt độ nung tối ƣu là 650 0C cho kích thƣớc hạt nano silica là nhỏ
nhất
3. Vật liệu điều chế đƣợc đặc trƣng bằng các phƣơng pháp phân tích nhiệt (TGA-DSC), EDX, XRD, XRF, SEM-TEM, FT-IR, BET-BJH cho thấy nanosilica tổng hợp có kích thƣớc 16-30nm
4. Đánh giá khả năng ứng dụng silica ở cây lúa đối với ruộng thực nghiệm làm cho chiều dài lá đòng tăng , chiều cao cây tăng đồng thời giúp cây lúa trỗ nhanh, và trỗ đồng loạt, rút ngắn đƣợc thời gian hơn. Số hạt /bông và tỷ lệ hạt chắc trên bông tăng, tỷ lệ hạt lép giảm. Đặc biệt trọng lƣợng 1000 hạt ở ruộng thực nghiệm tăng hơn so với đối chứng nhờ đó mà năng suất ở ruộng thực nghiệm phun chế phẩmnano silica trên tăng cao hơn so với ruộng thí nghiệm. Hơn thế nữa khi sử dụng chế phẩm nano silica thì cây lúa có độ cứng và dẻo dai hơn so với không sử dụng chế phẩm nano silica. Hiện tƣợng chống đỗ ngã đối với cây lúa khi sử
5. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ có đóng góp quan trọng trong việc tổng hợp vật liệu nano silica ứng dụng trong nông nghiệp. Và mang lại nhiều ứng dụng trong việc giúp cây trồng khỏe mạnh hơn bằng cách tối ƣu hóa độ phì nhiêu của đất bằng nano silica và các chất dinh dƣỡng khác, đồng thời giảm thiểu nhu cầu dùng thuốc trừ sâu và tình hình kháng thuốc của sâu bệnh hại
KIẾN NGHỊ
Đề tài có thể hồn thiện,tiếp tục phát triển theo các hƣớng sau:
1. Trong quá trình tổng hợp nano silica từ quặng cát nên khảo sát thêm một số yếu tố: khảo sát các loại bazơ khác có thể phân hủy quặng mà ít gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng hơn, khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ nạp liệu đến tính chất silica, q trình trung hịa nên khảo sát với nhiều axit khác nhau ở những pH khác nhau để đánh giá khả năng tạo gel ở giai đoạn này, và sự ảnh hƣởng của các chất hoạt động bề mặt để đánh giá khả năng phân tán và sự hịa tan nano silica trong các chất đó.
2. Nên tiếp tục nghiên cứu thêm sự ứng dụng của nano silica đối với các cây trồng khác trên nhiều loại đất canh tác khác nhau, ở những vùng khí hậu khác nhau.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Cơng Dỗn Sắt, Nguyễn Đăng Nghĩa, Mai Thành Phụng. 1990. Kết quả nghiên cứu phân bón cho lúa trên đất phèn Đồng Tháp Mười : Tạp chí
Nơng nghiệp và CNTP, số tháng 9/1990.
[2]. Đặng Thị Thanh Lê, Vƣơng Đặng Lê Mai, Vũ Việt Cƣờng, Hoàng Anh Tuấn. 2017. Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu đến khả năng chống thấm ion clo của bê tông xi măng nhiều tro bay:
Tạp chí Hóa học 55, 298-302.
[3]. Đậu Trần Ánh Nguyệt, Lê Văn Hiếu, Trần Thị Thanh Vân. 2018. Chế
tạo và khảo sát tính năng hấp phụ của hạt nano silica mao quản trung bình MCM-41 hướng đến ứng dụng trong hệ dẫn truyền và phân phối thuốc trúng đích : tạp chí phát triển khoa học công nghệ, chuyên san khoa học tự nhiên, tập 2, số 4. 95-102.
[4]. Đỗ Quang, Thẩm. 2014. Chế tạo, nghiên cứu tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit trên cơ sở copolyme etylen-vinyl axetat (EVA) : Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Hà Nội.
[5]. Hồng Nhâm. 2000. Hóa học vơ cơ tập 2: Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội.
[6]. Lê Văn Căn . 1978. Giáo trình nơng hóa: Giáo trình nơng hóa.
[7]. Le Van Hai, Thuc Chi Nhan, Thuc Huy Ha. 2013. Synthesis of silica nanoparticles from Vietnamese rice husk by sol--gel method : Nanoscale
Research Letters 8, 58.
[8]. Lƣơng Đức Loan, Lê Hồng Lịch. 1996. Hiệu lực của phân lân nung chảy đối với cà phê và một số cây trồng cạn trên đất đỏ bazan – Tây Nguyên: Hội thảo khoa học Phân lân nung chảy, Hà Nội – tháng 5/1996,
[9]. Mai Thành Phụng. 1996. Hiệu lực của phân lân nung chảy đối với lúa
ở đồng bằng sông Cửu Long : Hội thảo Khoa học Phân lân nung chảy, Hà
Nội – tháng 5/1996, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam, 92 -111.
[10]. Ngô Nhật Tiến. 1996. Lân, vai trò quan trọng trong sinh trưởng và sự
phát triển của cây thân gỗ: Hội thảo Khoa học Phân lân nung chảy, Hà
Nội – tháng 5/1996, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam, 53-55.
[11]. Nguyễn Đăng Nghĩa. 1994. Cơ sở khoa học của việc nâng cao hiệu lực
phân lân cho lúa trên đất phèn Đồng Tháp Mười,. Hà Nội : Luận án Phó
Tiến Sĩ Nơng nghiệp, Viện Khoa học Kỹ Thuật Nông nghiệp Việt Nam. [12]. Nguyễn Huy Phiêu . 1996. Tổng quan về tình hình và triển vọng sản
xuất phân lân nung chảy : Hội thảo Khoa học Phân lân nung chảy, Hà Nội
– tháng 5/1996, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam, 1-4. [13]. Nguyễn Minh Hạnh. 1991. Độ đọc sắt, nhôm đối với lúa trên đất phèn
và biện pháp khắc phục : tạp chí Nơng nghiệp và CNTP, 254-258.
[14]. Nguyễn Tử Siêm, Trần Khải. 1986. Hóa học lân trong đất Việt Nam và
vấn đề phân lân: Hội thảo Khoa học Phân lân nung chảy, Hà Nội – tháng
5/1996, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam, 20-27.
[15]. Nguyễn Văn Hƣng, Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Hữu Nghị, Trần Hữu Bằng, Đặng Thị Thanh Lê. 2015. Điều chế vật liệu nano SiO2 cấu trúc xốp từ tro trấu để hấp phụ xanh metylen trong nước : tạp chí hóa học 53(4), 491-496 .
[16]. Nguyễn Vy, Trần Khải. 1976. Nghiên cứu hóa học đất vùng Bắc Việt Nam: Nhà xuất bản Nông nghiệp.
[17]. Nguyễn Đăng Nghĩa. 1994. Cơ sở khoa học của việc nâng cao hiệu lực
Tiến Sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học Kỹ Thuật Nông nghiệp Việt Nam. [18]. Nguyễn Huy Phiêu . 1996. Tổng quan về tình hình và triển vọng sản
xuất phân lân nung chảy: Hội thảo Khoa học Phân lân nung chảy, Hà Nội
– tháng 5/1996, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam, 1-4. [19]. Phạm Phƣớc Nhẫn, Diệp Ngọc Liên. 2013. Ảnh hưởng của natrisilicate
và calcisilicate lên tính chống chịu mặn trên lúa OM4900 trồng trong chậu. Cần Thơ : Tạp chí khoa học Số 29, 78-85.
[20]. Q.M.Do. 2012. Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ. TP. Hồ Chí Minh : NXB Đại học Quốc gia.
[21]. Suichi Yosida, . 1985. Những kiến thức cơ bản của Khoa học trồng lúa: Nhà xuất bản Nơng nghiệp.
[22]. ThS. Hồng Thị Phƣơng, GS.TS. Đinh Thị Ngọ, TS. Nguyễn Đăng Toàn, ThS. Trịnh Thanh Sơn, KS. Nguyễn Thị Ngọc Bích, KS. Ngơ Hồng Anh, ThS. Nguyễn Lan Anh, KS. Phạm Hồng Trang. 2016. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanosilica phục vụ quá trình thu hồi dầu trong khai thác và vận chuyển thu gôm dầu thơ tại Việt Nam: Dầu khí 9, 24 -32.
[23]. Trần Công tấu và cộng sự. 1986. Thổ nhưỡng học. Hà Nội : Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp.
[24]. Trần Thị Tƣờng Linh, Võ Đình Quang. Vai trò của silic đối với cây trồng.
[25]. Trần Thị Tƣờng Linh, Võ Đình Quang, Lê Thị Hằng, Phan Liêu. 2005. Ảnh
hưởng của anion silicate (SiO32-
) và anion silicofluoride (SiF62-) đến khả năng hấp phụ và giải phóng lân của đất phèn.: tạp chí Nơng nghiệp và PTNT, Nhà
xuất bản Lao động Xã hội, Hà Nội, 64-67.
[26]. Trần Văn Niềm. 1995. Tổng hợp và cơ chế hình thành chất hấp thụ SiO2 ở dạng kết tủa mịn từ dung dịch: Tạp chí hóa học, 67-69.
Effects of Silicon-Based Fertilizer on Growth, Yield and Nutrient Uptake of Rice in Tropical Zone of Vietnam: Rice Science 24, 283-290.
[28]. Võ Minh Kha, Bùi Đình Dinh. 1996. Phân lân nung chả - Hiện trạng và triển vọng, Hội: Hội Thảo Khoa học Phân lân nung chảy, Hà Nội, 32-
44.
[29]. Vo Thị Truong, Truong Thi Nga, Vo Tong Xuan, Karl H. D. 1998.
Effect of Calcium silicate and Nitrogen Fertilizer on Rice yield in Alluvial soils and Sandy soil in the Mekong Delta: Vietnam Soil Science, Special
publication, 46-51.
[30]. Vũ Thị Hải Vân. 2018. Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng vật liệu Nanocompozit Silica/Polypyrol định hướng ứng dụng trong lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mịn. : Luận án tiến sĩ hóa học.
[31]. Mai Thành Phụng. 1994. Một số biện pháp sử dụng đất phèn nặng để
trồng lúa ở vùng Đồng Tháp Mười. Hà Nội : Luận án phó Tiến Sĩ Khoa học Nông nghiệp, Viện Khoa học Kỹ Thuật Nơng nghiệp Việt Nam.
[32]. Líška, D.; Soukup, M.; Lukačová, Z.; Bokor, B.; V. 2017. Mechanisms
of silicon-mediated alleviation of abiotic stress in plants: Recent advances and future perspective. Boca Raton, FL, USA : In Silicon in Plants: Advances and Future Prospects, 1-28.
[33]. Ma JF. 2004. Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses : Soil Sci Plant Nutr 50, 11-18.