Đặt vấn đề Các phân tử SiO2 không tồn tại ở dạng đơn lẻ mà chúng liên kết lại với nhau thành các phân tử rất lớn ở dạng tinh thể. Silica là một khoáng vật phổ biến trong vỏ Trái Đất, kết hợp với các oxit của Magie, Nhôm, Canxi và Sắt, chúng tạo thành các khoáng chất silicat trong đất, đá. Thạch anh, Tridimit và Cristobalite là ba dạng thù hình chính của Silic oxit. Silic oxit dồi dào trong tro trấu, sau khi đốt trấu phần tro có chứa đến hơn 80% là Silic oxit.[7] Công nghệ nano đã và đang thu hút các nhà nghiên cứu khoa học bởi vì tính ứng dụng rộng rãi của nó trong công nghiệp cũng như đời sống trong nhiều năm qua.
Đặc biệt Silic oxit với kích thước nano, được tổng hợp từ tro trấu thì các tính chất ưu việt hơn. Tùy vào điều kiện phản ứng, phương pháp tổng hợp mà kích thước thước hạt nano silica sẽ khác nhau. Vì vậy, mà quá trình hình thành SiO2 có dãy phân bố kích thước từ 𝜇𝑚 tới nm. Khi silica ở kích thước nano, chúng có nhiều ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý nước, mỹ phẩm, dệt may, vật liệu xây dựng, chất mang thuốc,… Việc tân dụng trấu để sản xuất nano silica tại Việt Nam, không chỉ tạo ra một sản phẩm có giá trị cao giúp ích cho con người nói chung và người trồng lúa nói riêng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Tình hình thực tế 1. Tình hình quốc tế Đề tài nghiên cứu” Extraction, Synthesis and Characterization of Nanosilica from Rice Husk Ash”, của tác giả K. Sivakumar đã tổng hợp nano silica đường kính hạt là 80nm [8]. Đề tài nghiên cứu “ Optimization of Mesoporous Silica Nanoparticles through Statistical Design of Experiment and the Application for the Anticancer Drug” của các tác giả Hong-Ki Lee, Cheong-Weon Cho đã tổng hợp nano silica trung tính (MSN) và hiệu quả trong hệ thống phân phối thuốc được đánh giá bằng cách tải doxorubicin(DOX) [9].
Đề tài nghiên cứu” Mesoporous silica nanoparticles in target drug delivery system: A review” của tác giả Charu Bharti đã tổng hợp Nano Silica trung tính (MNS) và cho thấy tiềm năng để các hạt nano silica cho việc xác định các mục tiêu chính xác trong hệ thống phân phối thuốc chữa trị ung thư [10]. Đề tài nghiên cứu ”Nanoparticles as drug delivery systems” của tác giả Agnieszka Z. Wilczewska1 cho thấy những ưu điểm của vật liệu nano silica trong hệ thống phân phối thuốc [11]. Tình hình trong nước Hiện nay, một số tác giả trong nước đã thực hiện đề tài tổng hợp vật liệu nano silica từ vỏ trấu và một số ứng dụng của nó như: Đề tài nghiên cứu “Tổng hợp hạt nano SiO2 từ tro vỏ trấu bằng phương pháp kết tủa” của tác giả Nguyễn Trí Tuấn đã tổng hợp thành công hạt nano SiO2 từ tro vỏ trấu bằng phương pháp kết tủa có kích thước hạt có đường kính trung bình khoảng 15nm [12].
Đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu khả năng tải adenosine của nano xốp để ứng dụng trong phân phối thuốc” của tác giả Mai Ngọc Xuân Đạt và cộng sự. Nghiên cứu cho thấy các hạt nano silica lưới (MSN) được sử dụng làm nguyên liệu phân phối thuốc vì có các đặc điểm nổi bật như diện tích bề mặt lớn, dễ tổng hợp và tính tương hợp sinh học cao. Vật liệu MCM-41, được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt sol-gel sử dụng tiền chất tetraethyl orthosilicat (TEOS). Khả năng tải adenosine trên MCM-41 là cao đáng kể, khoảng 1699 mg/g [13].
Đề tài nghiên cứu” Tổng hợp và khảo sát hiệu quả nạp thuốc của nano silica xốp biến tính bằng gelatin” của tác giả Võ Uyên Vy và cộng sự đã tổng hợp nano silica biến tính bằng gelatin ứng dụng trong việc phân phối thuốc trong điều trị ung thư. Điều chỉnh silica nano xốp (PNS) bằng gelatin được tổng hợp có dạng hình cầu và đường kính khoảng 70 nm được xác định bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cải thiện sự ổn định để phân phối thuốc trong điều trị ung thư, có thể tránh sự phát hiện của hệ thống miễn dịch của con người[4]. Mục tiêu Tổng hợp hạt nano silica từ vỏ trấu. Khảo sát ảnh hưởng của HCl, NaOH, PVA đến kích thước hạt nano silica làm từ vỏ trấu.
Nhiệm vụ Than hóa trấu tươi. Nung trấu đã than hóa trong lò nung ở nhiệt độ 700oC trong 10 giờ thu được tro trấu có màu trắng xám. Thực hiện khảo sát sự ảnh hưởng của HCl, NaOH, PVA ảnh hưởng đến kích thước hạt nano silica bằng phương pháp kết tủa. Nhận xét kết quả khảo sát bằng phương pháp đo XRD, SEM, FT-IR.
Tổng quan về cây lúa và tro trấu 1. Giới thiệu về cây lúa Hai loài lúa trồng Châu Á (Oryza sativa) và lúa trồng Châu Phi (Oryza glaberrima) được xác định có từ thời cổ đại cho đến nay. Lúa, bắp, lúa mì, là một trong ba loại cây lương thực chính của thế giới [14]. 11 Cây Cây lúa lúa Cây lúa thuộc họ thân thảo, rễ chùm, sống ở khu vực có nhiều nước nếu không có nước cây sẽ không thể sinh trưởng tốt.
Chiều cao của lúa thường cao từ 60 – 80 cm, lá lúa có hình dạng giống như lưỡi mác, dài từ 20 – 40 cm, các gân lá song song, rộng khoảng 1 cm. Lúa mọc thẳng và bộ rễ chùm chắc chắn nối các cây lúa lại với nhau. Hoa có màu trắng như sữa, là loại cây tự thụ phấn, trước khi chín hạt lúa có màu xanh bên trong chứa đầy các chất dinh dưỡng chưa đặc lại, khi đã chín hạt từ màu xanh chyển sang màu vàng đậm và hạt trở nên cứng cáp hơn [14]. Thời kỳ sinh trưởng của cây lúa có 3 giai đoạn sinh trưởng chính: • Giai đoạn 1: tính từ thời kỳ khi hạt thóc nảy mầm đến khi bắt đầu phân hóa hoa lúa (còn gọi là thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng).
• Giai đoạn 2: tính từ lúa bắt đầu phân hoá hoa lúa đến khi lúa trỗ bông và thụ tinh (còn gọi là thời kỳ sinh trưởng sinh thực). • Giai đoạn 3: tính từ lúc bông lúa bước vào kỳ chín và chín hoàn toàn trở thành hạt gạo (còn gọi là thời kỳ chín). Giá trị sử dụng của cây lúa rất đa dạng, ngoài để làm lương thực như cơm, lúa còn làm ra các sản phẩm khác như bún, hủ tiếu, bột bánh, rượu bia, mỹ phẩm, xà phòng, vitamin B1, … 5 Phần thân cây lúa sau thu hoạch người ta gọi là rơm rạ, được dùng để làm chất đốt, trồng nấm, phân bón độn chuồng gia súc - gia cầm, làm thức ăn cho trâu bò, phủ lên mặt đất trồng rau,… 1. Phân bố, xếp hạng và sản lượng lúa gạo của Việt Nam Hình 1.
2 Bảng xếp hạng xuất khẩu gạo của Việt Nam so với thế giới 6 Năm 2021, Việt Nam đứng thứ 2 về xuất khẩu gạo theo báo cáo của USDA ( Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ). Lúa-gạo chính là mặt hàng nông sản chủ lực của Việt Nam, vì thế nước ta cũng là một trong những nước thuộc khu vực Đông Nam Á về sản xuất và xuất khẩu gạo lớn hàng đầu thế giới [5]. 3 Sản lượng gạo của Việt Nam theo từng vùng Đồng bằng sông Hồng, ven biển miền trung và đồng bằng sông Cửu Long là 3 vùng sản xuất lúa lớn nhất cả nước. Trong đó, đồng bằng sông Cửu Long là vùng có sản lượng lúa cao nhất nước, vì đây là một vùng đồng bằng có lượng phù sa rộng lớn được bồi đắp bởi nước lũ của con sông MeKong (con sông dài thứ 12 thế giới, con sông này cũng đứng trong top 10 sông về tổng lượng nước và lượng phù sa).
Đồng bằng sông Cửu Long là một thiên đường trồng lúa, với lượng mưa dồi dào (1800mm hoặc 72 inch mỗi năm), nhiệt độ nhiệt đới và đất đai màu mỡ. Thêm vào đó là cơ sở hạ tầng đê điều và thủy lợi rộng lớn do người Việt Nam xây dựng, và có một môi trường nông nghiệp gần như hoàn hảo để trồng lúa liên tục quanh năm [6]. Theo tổng cục thống kê năm 2021: Tổng diện tích gieo trồng lúa cả năm 2021 đạt 7,24 triệu ha; sản lượng lúa đạt 43,88 triệu tấn, tăng 1,1 triệu tấn. Vụ đông xuân là vụ lúa cho tỷ trọng sản lượng lớn nhất trong năm, chiếm gần 47% sản lượng lúa sản xuất cả năm.
Diện tích gieo trồng lúa đông xuân 2021 cả nước đạt 3.006,8 nghìn ha, bằng 99,4% vụ đông xuân năm trước do xu hướng đô thị hóa, chuyển dịch lao động và chuyển đổi cơ cấu sản xuất cây trồng. Năng 7 suất đạt 68,6 tạ/ha (tăng 2,9 tạ/ha), sản lượng đạt 20. 4 Sản lượng lúa của Việt Nam năm 2021 1. Tro Trấu Phần vỏ bao bên ngoài của hạt gạo gọi là vỏ trấu, có tác dụng để bảo vệ hạt gạo sinh trưởng và phát triển.
Khi thu hoạch lúa, người ta sẽ bỏ phần rơm lấy phần hạt mang về phơi khô và đi xay xát để lấy phần hạt trắng còn phần vỏ vàng bên ngoài chính là vỏ trấu. Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ trong tro trấu chủ yếu là cellulose, lignin và hemi – cellulose chiếm 90%, ngoài ra có các thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ như như K2O, Al2O3, CaO, MgO, Na2O, Fe2O3 [16]. 5 Thành phần hóa học và tính chất kỹ thuật của tro trấu Trấu thường được sử dụng để trộn trực tiếp vào đất để trồng cây hoặc phủ lên bề mặt cây trồng để giữ ẩm và cung cấp khoáng cho cây rất hiệu quả.
Đặc biệt, trộn trấu vào đất còn giúp đất tơi xốp, giúp cây phát triển mạnh hơn. Là nguyên liệu có thể đốt dùng cho việc nấu thức ăn trong chăn nuôi, nấu rượu và được dùng nung gạch trong nghề sản xuất gạch, lò gốm sản xuất 8 vật dụng làm từ đất sét. Silic oxit có trong vỏ trấu là thành phần có thể được sử dụng trong rất nhiều các lĩnh vực như xây dựng như chế tạo gạch bê tông siêu nhẹ không nung. Gạch bê tông siêu nhẹ không nung có các tính năng ưu việt như nhẹ, cách nhiệt, cách âm tốt, tính chịu nhiệt, khả năng chịu chấn động tốt, dễ chế tạo, thân thiện với môi trường.
Trấu còn ứng dụng như tổng hợp than hoạt tính để lọc nước bẩn. Tro trấu còn có những đặc tính quan trọng như lỗ xốp nhẹ, nhiều, diện tích bề mặt riêng lớn nên được ứng dụng trong việc tổng hợp các hạt nano silica từ tro vỏ trấu[1]. Công nghệ nano 1. Giới thiệu về công nghệ nano là gì? [17] Công nghệ nano là khoa học, kỹ thuật và công nghệ được tiến hành ở kích thước nano, khoảng 1 đến 100 nanomet.