Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hóa học điều chế và khảo sát khả năng kháng nấm của nano đồng trên nấm fusarium oxysporum và phytophthora capsici

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật hóa học điều chế và khảo sát khả năng kháng nấm của nano đồng trên nấm fusarium oxysporum, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Dương Minh Mẫn
• Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Viễn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Kháng Nấm Của Nano Đồng Đối Với Fusarium Oxysporum Và Phytophthora Capsici
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính chất hóa lý đặc trưng của hạt nano kim loại. Hiệu ứng bề mặt và khả năng xúc tác. Quang học và quang tử. Chấm lượng tử. Giới hạn quang phổ tuyến. Tổng hợp nano kim loại
• 1.2. Từ trên xuống (top down). Từ dưới lên (bottom up). Tổng hợp hệ keo nano kim loại. Sự ổn định của hệ keo nano kim loại. Sự ổn định tĩnh điện. Sự ổn định không gian. Tổng quan về tổng hợp nano đồng. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước. Phương pháp tổng hợp. Tổng hợp dưới sự hỗ trợ sóng siêu âm. Tổng hợp dưới sự hỗ trợ vi sóng. Phương pháp điện hóa. Phương pháp khử hóa học. Hoạt tính sinh học của nano đồng. Đặc điểm sinh học nấm Fusarium oxysporum. Đặc điểm sinh học nấm Phytophthora capsici. Mục tiêu nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Tổng hợp hệ keo nano đồng. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Quy trình tổng hợp hệ keo nano đồng. Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến kích thước hạt nano đồng. Khảo sát ảnh hưởng của pH. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử. Khảo sát ảnh hưởng của chất bảo vệ PVP. Khảo sát hoạt tính sinh học của hệ keo nano đồng
• 2.3. Vật liệu – hóa chất – thiết bị. Chuẩn bị môi trường PDA. Dịch khoai tây. Môi trường PDA. Chuẩn bị môi trường và cấy nấm. Các phương pháp phân tích vật liệu nano đồng. Quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis). Nhiễu xạ tia X (XRD). Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Tổng hợp hệ keo nano đồng và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước
• 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của chất khử
• 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của chất bảo vệ
• 3.6. Thử nghiệm kháng nấm
• 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu quả kháng nấm. Ảnh hưởng của kích thước hạt nano đồng đến hiệu quả kháng nấm Fusarium oxysporum. Ảnh hưởng của kích thước hạt nano đồng đến hiệu quả kháng nấm Phytophthora capsici
• 3.8. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nano đồng đến hiệu quả kháng nấm. Ảnh hưởng của nồng độ nano đồng đến hiệu quả kháng nấm Fusarium oxysporum. Ảnh hưởng của nồng độ nano đồng đến hiệu quả kháng nấm Phytophthora capsici
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng kháng nấm của nano đồng

Nghiên cứu khả năng kháng nấm của nano đồng đối với Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực nông nghiệp và sinh học. Nano đồng được biết đến với khả năng kháng vi sinh vật mạnh mẽ, nhờ vào tính chất vật lý và hóa học độc đáo của nó. Việc tìm hiểu về khả năng kháng nấm của nano đồng không chỉ giúp bảo vệ cây trồng mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các loại thuốc trừ nấm sinh học. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng nấm của nano đồng và ứng dụng thực tiễn của nó trong nông nghiệp.

1.1. Đặc điểm sinh học của Fusarium oxysporum

Fusarium oxysporum là một trong những loại nấm gây bệnh phổ biến trên cây trồng, gây ra các bệnh héo do tắc bó mạch. Nấm này có khả năng tồn tại lâu dài trong đất và có thể gây hại cho nhiều loại cây trồng khác nhau. Việc hiểu rõ về đặc điểm sinh học của Fusarium oxysporum sẽ giúp xác định phương pháp phòng ngừa và điều trị hiệu quả.

1.2. Đặc điểm sinh học của Phytophthora capsici

Phytophthora capsici là tác nhân gây ra nhiều bệnh nghiêm trọng trên cây ăn quả và rau màu. Nấm này có thể gây thối rễ, thối thân và quả, dẫn đến thiệt hại lớn cho nông dân. Nghiên cứu về đặc điểm sinh học của Phytophthora capsici sẽ cung cấp thông tin cần thiết để phát triển các biện pháp kiểm soát hiệu quả.

II. Thách thức trong việc sử dụng nano đồng kháng nấm

Mặc dù nano đồng có nhiều ưu điểm trong việc kháng nấm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc ứng dụng nó vào thực tiễn. Các vấn đề như độ ổn định của nano đồng, khả năng phân tán trong môi trường và tác động đến hệ sinh thái cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tổng hợp nano đồng hiệu quả và an toàn là rất cần thiết để tối ưu hóa khả năng kháng nấm của nó.

2.1. Độ ổn định của nano đồng trong môi trường

Độ ổn định của nano đồng trong môi trường là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả kháng nấm. Nano đồng dễ bị oxy hóa và kết tụ, làm giảm khả năng hoạt động của nó. Nghiên cứu về các phương pháp bảo vệ và ổn định nano đồng sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng của nó.

2.2. Tác động của nano đồng đến hệ sinh thái

Việc sử dụng nano đồng trong nông nghiệp cần được cân nhắc kỹ lưỡng về tác động đến môi trường. Các nghiên cứu cần đánh giá ảnh hưởng của nano đồng đến các sinh vật không mong muốn và hệ sinh thái tổng thể để đảm bảo tính bền vững trong nông nghiệp.

III. Phương pháp tổng hợp nano đồng hiệu quả

Phương pháp tổng hợp nano đồng có thể chia thành hai loại chính: phương pháp hóa học và phương pháp vật lý. Trong đó, phương pháp khử hóa học được ưa chuộng nhờ vào tính đơn giản và hiệu quả. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước và tính chất của nano đồng được tổng hợp, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3.1. Phương pháp khử hóa học trong tổng hợp nano đồng

Phương pháp khử hóa học sử dụng các chất khử như acid ascorbic để tạo ra nano đồng. Phương pháp này cho phép điều chỉnh kích thước hạt và tính chất của nano đồng thông qua các yếu tố như pH, nồng độ chất khử và thời gian phản ứng.

3.2. Ảnh hưởng của pH đến kích thước hạt nano đồng

pH của môi trường phản ứng có ảnh hưởng lớn đến kích thước và hình dạng của nano đồng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh pH có thể giúp kiểm soát kích thước hạt, từ đó nâng cao khả năng kháng nấm của nano đồng.

IV. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng nấm của nano đồng

Kết quả nghiên cứu cho thấy nano đồng có khả năng kháng nấm mạnh mẽ đối với cả Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici. Ở nồng độ 25 ppm, nano đồng có thể tiêu diệt hoàn toàn Fusarium oxysporum, trong khi nồng độ 7.5 ppm đủ để tiêu diệt Phytophthora capsici. Những kết quả này mở ra triển vọng cho việc phát triển các sản phẩm kháng nấm sinh học từ nano đồng.

4.1. Hiệu quả kháng nấm của nano đồng đối với Fusarium oxysporum

Nghiên cứu cho thấy rằng nano đồng có khả năng tiêu diệt Fusarium oxysporum ở nồng độ 25 ppm. Điều này chứng tỏ rằng nano đồng có thể được sử dụng như một biện pháp hiệu quả để kiểm soát bệnh héo do nấm gây ra.

4.2. Hiệu quả kháng nấm của nano đồng đối với Phytophthora capsici

Tương tự, nano đồng cũng cho thấy hiệu quả kháng nấm đối với Phytophthora capsici ở nồng độ 7.5 ppm. Kết quả này cho thấy tiềm năng của nano đồng trong việc phát triển các sản phẩm sinh học an toàn cho cây trồng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về khả năng kháng nấm của nano đồng đối với Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici đã chỉ ra rằng nano đồng có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm kháng nấm sinh học. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình tổng hợp và đánh giá tác động của nano đồng đến môi trường. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp mới cho nông nghiệp bền vững.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong ứng dụng nano đồng

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các sản phẩm kháng nấm từ nano đồng và đánh giá hiệu quả của chúng trong điều kiện thực tế. Việc này sẽ giúp xác định tính khả thi của nano đồng trong nông nghiệp.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu nano đồng trong nông nghiệp

Nghiên cứu về nano đồng không chỉ giúp bảo vệ cây trồng mà còn góp phần vào việc phát triển các giải pháp sinh học an toàn và hiệu quả. Điều này sẽ thúc đẩy sự phát triển bền vững trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ nano phát triển mạnh mẽ, việc ứng dụng các hạt nano kim loại trong nhiều lĩnh vực như y học, sinh học, xúc tác và nông nghiệp ngày càng được quan tâm. Đặc biệt, nano đồng nổi bật với ưu điểm chi phí thấp, dễ tổng hợp và sở hữu nhiều tính chất vật lý, hóa học đặc trưng như tính dẫn điện, quang học và khả năng kháng sinh vật. Tuy nhiên, việc tổng hợp nano đồng gặp nhiều thách thức do tính nhạy cảm với môi trường và dễ bị oxy hóa bề mặt. Luận văn tập trung vào điều chế nano đồng bằng phương pháp khử hóa học sử dụng acid ascorbic làm chất khử và chống oxy hóa, cùng với PVP làm chất bảo vệ, nhằm kiểm soát kích thước hạt và khảo sát khả năng kháng nấm của nano đồng đối với hai chủng nấm gây hại phổ biến là Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm: (1) điều chế dung dịch keo nano đồng với kích thước hạt tối ưu; (2) khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như pH môi trường, thời gian phản ứng, nồng độ chất khử và tỉ lệ chất bảo vệ đến kích thước hạt nano đồng; (3) đánh giá khả năng kháng nấm của dung dịch nano đồng đối với Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici trong phạm vi phòng thí nghiệm. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2015, với ý nghĩa mở ra hướng đi mới trong sản xuất thuốc trừ nấm sinh học thân thiện môi trường, góp phần giảm thiểu việc sử dụng thuốc hóa học truyền thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hiệu ứng kích thước và hiệu ứng bề mặt của hạt nano kim loại: Kích thước hạt nano ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vật lý và hóa học, đặc biệt là hiệu ứng giam cầm lượng tử và tỉ lệ nguyên tử trên bề mặt cao, làm tăng hoạt tính xúc tác và sinh học.

• Phương pháp tổng hợp nano kim loại theo nguyên lý "từ dưới lên" (bottom-up): Sử dụng phương pháp khử hóa học để tạo hạt nano từ các ion kim loại trong dung dịch, với sự kiểm soát kích thước và hình dạng thông qua các thông số phản ứng.

• Sự ổn định của hệ keo nano kim loại: Ổn định tĩnh điện và ổn định không gian được đảm bảo bằng việc sử dụng chất bảo vệ PVP và acid ascorbic nhằm ngăn ngừa kết tụ và oxy hóa hạt nano.

• Hoạt tính sinh học của nano đồng: Nano đồng có khả năng kháng khuẩn và kháng nấm nhờ kích thước nhỏ và tính chất bề mặt đặc biệt, có thể tiêu diệt các chủng vi sinh vật gây bệnh trên cây trồng.

Các khái niệm chính bao gồm: kích thước hạt nano, hiệu ứng giam cầm lượng tử, ổn định tĩnh điện và không gian, hoạt tính kháng nấm, và các yếu tố ảnh hưởng đến tổng hợp nano đồng như pH, thời gian phản ứng, nồng độ chất khử và tỉ lệ chất bảo vệ.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng các hóa chất chuẩn gồm đồng clorua (CuCl2.2H2O), acid ascorbic (chất khử và chống oxy hóa), polyvinylpyrrolidone (PVP) làm chất bảo vệ, cùng các dung môi và hóa chất chuẩn khác. Hai chủng nấm Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici được cung cấp bởi Trung tâm kiểm dịch thực vật sau nhập khẩu 2.

• Phương pháp tổng hợp: Nano đồng được điều chế bằng phương pháp khử hóa học trong dung môi nước, với acid ascorbic vừa làm chất khử vừa chống oxy hóa, PVP làm chất bảo vệ. Các thông số phản ứng như pH (3, 5, 7, 9, 11), thời gian phản ứng (1-4 giờ), nồng độ acid ascorbic (tỉ lệ mol so với Cu2+ từ 5 đến 40), và tỉ lệ khối lượng Cu2+/PVP (1%-7%) được khảo sát để tối ưu kích thước hạt.

• Phân tích vật liệu: Kích thước và cấu trúc hạt nano được xác định bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ tử ngoại khả kiến (UV-vis).

• Đánh giá hoạt tính kháng nấm: Khả năng kháng nấm của dung dịch keo nano đồng được thử nghiệm trên hai chủng Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici bằng phương pháp ức chế sinh trưởng trên môi trường PDA, với các nồng độ nano đồng khác nhau (5, 10, 20, 25 ppm).

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2015, bao gồm tổng hợp, phân tích vật liệu và thử nghiệm sinh học.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của pH đến kích thước hạt nano đồng: Kích thước hạt nano đồng nhỏ nhất đạt được ở pH 7 với giá trị trung bình khoảng 53 ± 19 nm. Ở pH thấp hoặc cao hơn, kích thước hạt tăng lên do sự thay đổi cân bằng điện tích và tốc độ phản ứng.

2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: Thời gian phản ứng tối ưu là 2 giờ, khi đó kích thước hạt nano đồng ổn định và phân bố đồng đều. Thời gian ngắn hơn hoặc dài hơn làm tăng kích thước hạt do sự kết tụ hoặc phát triển hạt không kiểm soát.

3. Ảnh hưởng của nồng độ acid ascorbic (chất khử): Tỉ lệ mol acid ascorbic/Cu2+ là 20 cho kết quả kích thước hạt nano đồng nhỏ và phân bố hạt đồng đều nhất. Nồng độ thấp hơn làm giảm hiệu quả khử, trong khi nồng độ quá cao gây kết tụ hạt.

4. Ảnh hưởng của tỉ lệ Cu2+/PVP: Tỉ lệ 7% khối lượng PVP so với Cu2+ cho hệ keo nano đồng ổn định nhất, ngăn ngừa kết tụ và duy trì kích thước hạt nhỏ.

5. Hoạt tính kháng nấm: Nano đồng thể hiện khả năng ức chế sinh trưởng nấm Fusarium oxysporum hoàn toàn ở nồng độ 25 ppm, trong khi với Phytophthora capsici, nồng độ chỉ cần 7.5 ppm để diệt hoàn toàn. Tỉ lệ ức chế sinh trưởng tăng theo nồng độ và thời gian tiếp xúc, với mức ức chế trên 90% sau 3-7 ngày đối với Fusarium oxysporum và 1-2 ngày đối với Phytophthora capsici.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy pH trung tính (pH 7) tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng khử và ổn định hạt nano đồng, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tổng hợp nano kim loại. Thời gian phản ứng 2 giờ đủ để hoàn thành quá trình khử và hình thành hạt nano ổn định, tránh hiện tượng kết tụ do phản ứng kéo dài. Nồng độ acid ascorbic vừa đủ giúp kiểm soát tốc độ khử ion Cu2+, đồng thời vai trò chống oxy hóa ngăn ngừa oxy hóa bề mặt hạt nano đồng.

Việc sử dụng PVP với tỉ lệ phù hợp tạo lớp bảo vệ không gian, giúp hạt nano không kết tụ và duy trì kích thước nhỏ, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với nấm. Hoạt tính kháng nấm của nano đồng vượt trội so với các dạng đồng truyền thống nhờ kích thước nhỏ và khả năng tương tác mạnh với tế bào nấm, gây tổn thương màng tế bào và ức chế phát triển.

So sánh với các nghiên cứu khác, nano đồng trong nghiên cứu này có kích thước và hiệu quả kháng nấm tương đương hoặc tốt hơn, đặc biệt với Phytophthora capsici, nồng độ nano đồng cần thiết thấp hơn nhiều, cho thấy tiềm năng ứng dụng cao trong nông nghiệp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phần trăm ức chế sinh trưởng theo nồng độ và thời gian, cũng như hình ảnh TEM minh họa kích thước và phân bố hạt nano.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng nano đồng làm thuốc trừ nấm sinh học: Khuyến nghị phát triển sản phẩm thuốc trừ nấm dựa trên dung dịch keo nano đồng với nồng độ từ 7.5 đến 25 ppm, ưu tiên cho các loại cây trồng bị ảnh hưởng bởi Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici. Thời gian áp dụng nên theo dõi sát sao để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

2. Tối ưu quy trình tổng hợp nano đồng: Đề xuất duy trì pH phản ứng ở mức 7, thời gian phản ứng 2 giờ, tỉ lệ mol acid ascorbic/Cu2+ là 20 và tỉ lệ khối lượng Cu2+/PVP là 7% để đảm bảo kích thước hạt nano đồng nhỏ và ổn định, phù hợp cho sản xuất quy mô công nghiệp.

3. Nghiên cứu mở rộng về tính an toàn và môi trường: Khuyến nghị thực hiện các nghiên cứu đánh giá tác động lâu dài của nano đồng lên môi trường đất và sinh vật xung quanh, cũng như mức độ an toàn khi sử dụng trên cây trồng và trong chuỗi thực phẩm.

4. Phát triển công nghệ phun và phân phối nano đồng trên đồng ruộng: Đề xuất nghiên cứu các phương pháp phun nano đồng hiệu quả, tiết kiệm và đồng đều trên diện rộng, nhằm tăng cường khả năng tiếp xúc với nấm gây bệnh và giảm thiểu lượng sử dụng.

5. Hợp tác đa ngành: Khuyến nghị phối hợp giữa các nhà khoa học vật liệu, nông học và công nghệ sinh học để phát triển các sản phẩm nano đồng đa chức năng, vừa kháng nấm vừa bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng, nâng cao hiệu quả canh tác bền vững.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Hóa học và Công nghệ Nano: Luận văn cung cấp kiến thức chi tiết về phương pháp tổng hợp nano đồng, các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt và ứng dụng sinh học, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

2. Chuyên gia và kỹ sư trong lĩnh vực Nông nghiệp và Bảo vệ Thực vật: Thông tin về khả năng kháng nấm của nano đồng giúp phát triển các giải pháp sinh học thay thế thuốc hóa học truyền thống, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng năng suất cây trồng.

3. Doanh nghiệp sản xuất thuốc trừ nấm và vật liệu nano: Cung cấp cơ sở khoa học và quy trình tổng hợp nano đồng hiệu quả, giúp tối ưu hóa sản xuất và ứng dụng trong công nghiệp, mở rộng thị trường sản phẩm sinh học.

4. Cơ quan quản lý và chính sách về môi trường và nông nghiệp: Tham khảo để xây dựng các chính sách khuyến khích ứng dụng công nghệ nano thân thiện môi trường, đồng thời quản lý an toàn và kiểm soát chất lượng sản phẩm nano trong nông nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Nano đồng được tổng hợp bằng phương pháp nào trong nghiên cứu này?
   Nano đồng được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học sử dụng acid ascorbic làm chất khử và chống oxy hóa, cùng với PVP làm chất bảo vệ trong dung môi nước, đảm bảo kích thước hạt nhỏ và ổn định.

2. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến kích thước hạt nano đồng?
   Các yếu tố chính bao gồm pH môi trường, thời gian phản ứng, nồng độ acid ascorbic (chất khử) và tỉ lệ khối lượng Cu2+/PVP. Trong đó, pH 7 và thời gian 2 giờ cho kích thước hạt nhỏ nhất khoảng 53 ± 19 nm.

3. Nano đồng có khả năng kháng nấm nào và ở nồng độ bao nhiêu?
   Nano đồng thể hiện khả năng kháng nấm Fusarium oxysporum hoàn toàn ở nồng độ 25 ppm và Phytophthora capsici ở nồng độ 7.5 ppm, với hiệu quả ức chế sinh trưởng trên 90% trong thời gian thử nghiệm.

4. Tại sao acid ascorbic được chọn làm chất khử trong tổng hợp nano đồng?
   Acid ascorbic vừa là chất khử hiệu quả, vừa có khả năng chống oxy hóa, giúp ngăn ngừa oxy hóa bề mặt hạt nano đồng. Ngoài ra, acid ascorbic thân thiện với môi trường và có lợi cho cây trồng, giúp sản phẩm sau tổng hợp có thể sử dụng trực tiếp.

5. Ứng dụng thực tiễn của nano đồng trong nông nghiệp là gì?
   Nano đồng có thể được phát triển thành thuốc trừ nấm sinh học, giúp kiểm soát các bệnh do Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici gây ra trên nhiều loại cây trồng, giảm thiểu việc sử dụng thuốc hóa học độc hại và bảo vệ môi trường.

Kết luận

• Đã điều chế thành công dung dịch keo nano đồng kích thước trung bình 53 ± 19 nm bằng phương pháp khử hóa học sử dụng acid ascorbic và PVP.
• Các yếu tố pH, thời gian phản ứng, nồng độ chất khử và tỉ lệ chất bảo vệ ảnh hưởng rõ rệt đến kích thước và phân bố hạt nano đồng.
• Nano đồng thể hiện khả năng kháng nấm hiệu quả với Fusarium oxysporum và Phytophthora capsici, tiêu diệt hoàn toàn ở nồng độ 25 ppm và 7.5 ppm tương ứng.
• Nghiên cứu mở ra tiềm năng ứng dụng nano đồng trong sản xuất thuốc trừ nấm sinh học thân thiện môi trường.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng về an toàn môi trường, phát triển công nghệ ứng dụng và hợp tác đa ngành để đưa sản phẩm vào thực tiễn.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm quy mô lớn ngoài đồng ruộng và đánh giá tác động môi trường nhằm hoàn thiện sản phẩm nano đồng ứng dụng trong nông nghiệp bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN 1. Hat nano kim loai 1. Tính chat hoa ly đặc trưng cua hạt nano kim loại Ngoài việc sở hữu những tính chất của các hạt nano thông thường như: hiệu ứng kích thước, hiệu ứng bé mặt. hạt nano kim loại con sở hữu các tính chat đặc trưng.

Những tính chất đó đến từ hiệu ứng giam cầm lượng tử (quantum confinement) và sự cân xứng cao của bê mặt các nguyên tử [67]. Kích thước hạt nano kim loại ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của hạt. Không như vật liệu dạng khối có tính chất vật lý không thay đối theo kích thước, các tính chất như điện, từ và quang học của hat nano kim loại thay đổi mạnh mẽ theo kích thước. Điều này được giải thích bởi vì các mức năng lượng trong hạt không liên tục giống như vật liệu khối, nhưng lại gián đoạn bởi hiệu ứng giam cam điện tử (hình 1.

Kích thước micro Kích thước nano Kích thước phân tử/nguyên tử A. "(Si RE Er ö =0 ===:ð <kT ð >kT ð >>kT cami anes lửng Cem kim loại CNPVS BẾP cáhđiện nguootgy@sgHttb 1Y#É P Hình 1. Sự thay đối độ rộng vùng cắm khi thay đôi kích thước vật liệu Mức năng lượng Fermi (Er) là mức năng lượng bị chiếm cao nhất của hệ trong trạng thái đáy. Độ rộng vùng cam (Eg) của hệ là khe năng lượng giữa trạng thái năng lượng bị chiếm cao nhất và không bị chiếm thấp nhất.

Trong hệ, từ những nguyên tử rời rac cho đến vật liệu khối, những vùng năng lượng được xác định bởi mức độ chồng lên nhau của đám mây electron của vật liệu. Giá trị của Eg ty lệ với Er chia cho số electron tự do trong cầu trúc dãy mở rộng. Với vật liệu khối, số electron tự do trong cầu trúc dãy bằng số nguyên tử trong vật liệu khối. Điều nay dẫn đến E, rất nhỏ, chỉ có thé nhận thấy tại nhiệt độ thấp.

Ở nhiệt độ thường, các electron tự do của kim loại có thể dễ đàng nhảy lên một trạng thái năng lượng cao hơn và có thé tự do di chuyền trong cau trúc. Điều nay cho phép vật liệu có tính dẫn điện. Trong vật liệu bán dẫn truyền thống, số electron tự do it hon đáng kể so với số nguyên tử. Điều này dẫn tới Eg cao hơn tại nhiệt độ thường.

Điều này có nghĩa là trong bán dẫn các electron sẽ không di chuyền tự do và dẫn điện, nếu không có nguồn năng lượng kích thích.Mức năng lượng của bước nhảy trung bình ở các mức lượng tử liên tiếp (khe Kubo) được tính như sau: ổ == (1.1) Trong do: 6: khe Kubo (meV) Er: mức năng lượng Fermi của vật liệu khối n: tong số electron hóa tri trong hạt nano 1. Hiệu ứng bé mặt và kha năng xúc tác Khi các hạt có dạng hình cầu thi ti lệ giữa diện tích bề mặt so với thé tích được tính như sau: (1.2) Công thức trên cho thấy ti lệ dựa diện tích bề mặt (S) va thé tích (V) tỉ lệ nghịch với ban kính cua hạt (r). Bên cạnh đó, hạt nano có một tỉ lệ lớn nguyên tử năm trên bê mặt hoạt tinh (active surface) so với các vật liệu khói (hình 1. Các hạt nano cảng có kích thước gan với kích thước nguyên tử thì phần nguyên tử nằm trên bề mặt càng lớn.

Phan nguyên tử nam trên bể mặt so với tổng số nguyên tử trong hạt được tính bởi công thức sau: Ps=4N'!3x 100 (4) (1.3) Trong đó: P; là phần trăm số nguyên tử năm trên bề mặt hạt và N là tổng số nguyên tử trong hạt (N>100). 100 90 - | 80 - \ bS(tnmgrêố%uặửy) 70 - 60 - \ 50 - \ 40 +1 Ì 30 + `` 20 + TM 10 - FFFHH— | || —- 0 F——— 1.E+08 Tổng số nguyên tử Hình 1. Sự phân bố số nguyên tử trên bể mặt so với tông số nguyên tử có trong hạt Hạt nano bạc có kích thước 3 nm chứa khoảng 1000 nguyên tử. Dựa vào công thức trên chúng ta có thê tính được có khoảng 40% nguyên tử năm trên bề mặt.

Đối với hạt nano bac có kích thước 150 nm chứa khoảng 10’ nguyên tử thi chỉ có khoảng 1% nguyên tử năm trên bê mặt. Xúc tác di thé chi diễn ra ở bê mặt của kim loại được su dụng, do đó sử dụng hạt ở kích thước nano là một phương án để tối ưu khi sử dụng xúc tác là kim loại hiểm đất tiên. Bên cạnh hiệu ứng bề mặt, còn có sự thay đổi trong phan ứng cua hạt nano mà được gây ra bởi hiệu ứng giam cầm lượng tử. Sự thay đổi về chat trong trong cấu trúc electron có thé tạo nên một số tính chất xúc tác đặc biệt ma không xuất hiện ở vật liệu khối.

Khảo sát quang phô phát xạ cho thấy cấu trúc electron của cụm kim loại nhỏ hơn khoảng 5 nm so với kim loại khối [68]. Một lượng nhỏ các nguyên tử đó tham gia vào sự hình thành các dai electron dẫn đến sự mở rộng phạm vi cua electron hóa trị và giảm độ rộng của dai hóa trị. Độ cong bề mặt của hat nano kim loại làm thay đổi cấu trúc và lực của electron về hướng trung tâm, nó gây nên sự co mạng lưới tinh thé đáng ké so với vật liệu khối [69]. Kết qua là hằng số mang tinh thé nhỏ hon là nguyên nhân gây ra sự dịch chuyên trung tâm của dãi d đến năng lượng cao hơn, mà thường giúp tăng khả năng phan ứng của bé mặt với chất bị hấp phụ [68].

Ngoài ra con có sự gia tăng dang kê sô lượng vi trí góc và cạnh trong mạng lưới tinh thê kim loại, điều này dân dén một so tính chat xúc tac hoàn khác so với bề mặt kim loại phăng. Việc tăng cường các phan ứng của sô phôi trí thâp ở các vi trí khuyết tật có thể lớn đến mức quyết định hoạt tính của xúc tác [68]. Do do, vật liệu nano được su dụng như chat xúc tác sé cho hiệu qua cao hơn các chất ran thông thường. đặc biệt là đối với các hạt nano kim loại.

Quang học và quang tứ Vậy liệu nano tương tác với ánh sáng khác so với vật liệu khối. Những vật liệu có kích thước micro/nano có kích thước tương đương hoặc nhỏ hơn bước song ảnh sáng. Nếu một vật liệu có kích thước gan với bước sóng và được bao quanh bởi chất nền khác chỉ số khúc xa, thì ánh sáng có bước sóng thích hợp sẽ bị tán xạ. Bước sóng ánh sáng đặc trưng bị tan xạ phụ thuộc vao độ day của pha tán xạ.

Nó la hiện tượng khi dầu căng ra thành lớp mỏng trên mặt nước tạo thành bảy sắc cầu vòng. Hiệu ứng này được biết 7 đến trong vật liệu quang học như tinh thé quang tử (photonic crystals), mà được thiết kế với các pha có chi số khúc xạ khác nhau, kích thước va cau trúc đặc trưng nhăm tạo ra sự tương tác với anh sáng theo mong muôn. Trong trường hợp các vật liệu có sự tách pha nhỏ hon đáng kể so với bước sóng, hiệu ứng này không xảy ra. Thay đó hai pha hoạt động như một vật liệu riêng rẻ đối với ánh sáng truyền qua.

Do đó, các vật liệu trong suốt khi được gắn các hạt nano vẫn có thể cho anh sáng di qua ké cả các hạt nano đó được tao ra từ vật liệu khối chắn sáng hoặc phản xạ. Vật liệu composite, trong suốt và các hạt vô cơ thường có tính chan sáng ở kích thước micro. Tan xạ ánh sáng được cho 1a nguyên nhân triệt tiêu sự chan sáng cua vật liệu băng cách sử dụng vật liệu có chỉ số khúc xạ phù hợp hoặc giảm kích thước của chất đệm đến kích thước nhỏ hơn 50 nm. Do do, vật liệu nano composite với các hạt nano được gắn vào có thé hoạt động như một vật liệu đồng thé với các tinh chất được biến đối.

Thay vì tan xạ anh sáng, một sự kết hợp giữa chi số khúc xạ của các hạt nano va vật liệu chủ xảy ra. Các hạt nano có chỉ số khúc xạ cao có thể phân tán trong kính hoặc polymer dé tăng chỉ số khúc xạ cho môi trường. Phương pháp này hữu dụng trong san xuất ống dẫn sóng quang học do chỉ số khúc xạ cảng cao thì dẫn đến khả năng giữ chùm tia càng tốt [70]. Các hạt nano của vật liệu dẫn điện va bán dẫn tương tác trực tiếp với ánh sáng thông qua các cơ thế khác nhau.

Bởi vì những tính chất này mà hạt nano thường được thêm vao chất nền quang học nhăm thực hiện các chức năng mong muốn. Các hạt nano kim loại dẫn điện tương tác với ánh sáng thông qua một hiệu ứng được gọi là cộng hưởng plasmon (plasmon resonance), phát sinh từ các sự dịch chuyên đám mây electron liên kết với hạt. Các hạt nano ban dẫn, thường được gọi là “cham lượng tử”, tương tac với anh sang theo cơ chê exciton được biên đôi bơi hiệu ứng giam câm lượng tử. Châm lượng tử Hiệu ứng electron quan trọng nhất của các hạt nano bán dẫn là sự mở rộng khoảng cách giữa trạng thái chiếm nhiều electron nhất (ở trên cùng vùng hóa trị ban đâu) và trạng thái không bị chiếm thấp nhất (đáy của vùng dẫn ban dau).

Điều này xảy ra thông qua sự giam cam lượng tử vì kích thước nhỏ của hạt, trực tiếp ảnh hưởng đến các tinh chất quang học của hạt nano bán dẫn so với vật liệu khối. Năng lượng tối thiểu cần thiết để tạo ra một cặp electron- lỗ trống trong một hat nano bán dẫn được định nghĩa là “độ rộng vùng cam” (Eg). Các hạt nano không thé hap thụ ánh sáng với năng lượng thấp hơn Ez. Khởi phát của sự hap thụ phụ thuộc vao kích thước.

Khi kích thước hạt giảm, quang phố hap thụ cho các hạt nano nhỏ hon dịch chuyên sang bước sóng ngắn hơn. Exciton trong bán dẫn có tuôi thọ hữu han bởi vì sự tái hợp cua electron — lỗ trống dưới sự kích thích của ánh sáng. Trong hạt nano bán dẫn, năng lượng được giải phóng bởi sự tái tô hợp nay là quá lớn dé có thé làm biến mat bởi chế độ dao động. Thay vào đó, nó được phát ra dưới dạng một photon có năng lượng phù hợp.

Năng lượng dùng cho quá trình phát huỳnh quang nảy được tập trung ở một giá trị nhỏ hơn năng lượng cần thiết dé tạo ra exciton. Plasmon Hat nano kim loại có thé có phố hấp thu với một peak hap thụ tương tự với hạt nano bán dẫn.