Luận văn thạc sĩ: Tổng hợp vật liệu nano silica SiO2 từ quặng cát Bình Định và ứng dụng trong nông nghiệp

• Tác giả: Nguyễn Hà Cẩm Phi
• Người hướng dẫn: PGS. Cao Văn Hoàng
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Nano Silica (SiO2) Từ Quặng Cát Bình Định Ứng Dụng Trong Nông Nghiệp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Bình Định

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. VẬT LIỆU NANO
• 1.2. GIỚI THIỆU VỀ SILICA – NANO SILICA
• 1.3. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU NANOSILICA
• 1.4. ỨNG DỤNG CỦA SILICA
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ
• 2.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ NANOSILICA
• 2.2.1. Phương pháp phun khói và muội silica
• 2.2.2. Phương pháp kết tủa (silica kết tủa và silica gel)
• 2.2.3. Phương pháp sol-gel
• 2.3. TỔNG HỢP VẬT LIỆU
• 2.4. NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU VẬT LIỆU
• 2.4.1. Khảo sát kích cỡ hạt quặng silica
• 2.4.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian thực hiện quá trình nghiền quặng
• 2.4.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến quá trình phân hủy quặng
• 2.4.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình phân hủy quặng
• 2.4.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến quá trình trung hòa sản phẩm sau khi thủy phân
• 2.4.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ nung trong quá trình
• 2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
• 2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.5.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.5.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.5.4. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA - DSC)
• 2.5.5. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 2.5.6. Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF)
• 2.5.7. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR
• 2.6. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THỤ SILICA Ở CÂY TRỒNG
• 2.6.1. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của phân bón chứa nanosilica SiO2 đến năng suất cây lúa
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU VẬT LIỆU
• 3.1.1. Khảo sát kích thước hạt quặng silica
• 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thực hiện quá trình nghiền quặng
• 3.1.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến quá trình phân hủy quặng
• 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hòa tan quặng trong NaOH
• 3.1.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến quá trình trung hòa sản phẩm sau khi thủy phân
• 3.2. ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU NANOSILICA
• 3.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.2.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.2.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 3.2.4. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA - DSC)
• 3.2.5. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 3.2.6. Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF)
• 3.2.7. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 3.2.8. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (BET)
• 3.3. THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM NANO SILICA ĐỐI VỚI CÂY LÚA
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu nano và nano silica

Vật liệu nano là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong khoa học và công nghệ hiện đại. Với kích thước từ 1 đến 100 nm, vật liệu nano thể hiện các tính chất độc đáo so với vật liệu thông thường. Nano silica (SiO2) là một trong những vật liệu nano được quan tâm nhiều do tính chất ưu việt như diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp thụ cao và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Quặng cát Bình Định là nguồn nguyên liệu giàu silica, được sử dụng để tổng hợp nano silica nhằm ứng dụng trong nông nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và khảo sát các tính chất của nano silica để ứng dụng hiệu quả trong nông nghiệp bền vững.

1.1. Phân loại và phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Vật liệu nano được phân loại dựa trên số chiều tự do của điện tử, bao gồm vật liệu nano không chiều (hạt nano), một chiều (dây nano) và hai chiều (màng mỏng). Phương pháp tổng hợp nano silica từ quặng cát Bình Định bao gồm hai hướng chính: từ trên xuống (top-down) và từ dưới lên (bottom-up). Phương pháp từ trên xuống sử dụng kỹ thuật nghiền và biến dạng để thu nhỏ kích thước hạt, trong khi phương pháp từ dưới lên hình thành hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion. Các phương pháp hóa học như sol-gel và kết tủa được ưu tiên do tính hiệu quả và khả năng kiểm soát kích thước hạt.

1.2. Tính chất và ứng dụng của nano silica

Nano silica có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao và khả năng hấp thụ mạnh, làm tăng hiệu quả sử dụng trong nông nghiệp. Silica trong nông nghiệp giúp cải thiện sức đề kháng của cây trồng, tăng khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất lợi như hạn hán. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng nano silica làm phân bón, giúp tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

II. Quy trình tổng hợp nano silica từ quặng cát Bình Định

Quy trình tổng hợp nano silica từ quặng cát Bình Định bao gồm các bước chính: nghiền quặng, phân hủy quặng bằng NaOH, trung hòa bằng HCl và nung để thu được silica tinh khiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện như kích thước hạt quặng, nồng độ NaOH, nhiệt độ và thời gian phản ứng để đạt hiệu suất cao nhất. Quá trình tổng hợp SiO2 được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng và kích thước hạt nano silica phù hợp với ứng dụng trong nông nghiệp.

2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

Các yếu tố như kích thước hạt quặng, nồng độ NaOH, nhiệt độ và thời gian phản ứng được khảo sát để tối ưu hóa quy trình tổng hợp. Kết quả cho thấy, kích thước hạt quặng nhỏ hơn 100 µm và nồng độ NaOH 2M là điều kiện lý tưởng để đạt hiệu suất cao. Nhiệt độ phản ứng từ 80-100°C và thời gian phản ứng 2-3 giờ cũng được xác định là tối ưu.

2.2. Đặc trưng vật liệu nano silica

Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, TEM và TGA-DSC được sử dụng để đặc trưng vật liệu nano silica. Kết quả cho thấy, nano silica có kích thước hạt từ 20-50 nm, diện tích bề mặt lớn và độ xốp cao. Các tính chất này làm tăng khả năng hấp thụ và hiệu quả sử dụng trong nông nghiệp.

III. Ứng dụng nano silica trong nông nghiệp

Nano silica được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp nhờ khả năng cải thiện sức khỏe cây trồng và tăng năng suất. Phân bón silica giúp cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng hiệu quả hơn, tăng khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất lợi như hạn hán. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của nano silica đến năng suất cây lúa, kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về năng suất và chất lượng hạt.

3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nano silica đến cây lúa

Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của phân bón silica đến năng suất cây lúa cho thấy, việc bổ sung nano silica giúp tăng năng suất lên đến 20%. Cây lúa được bón silica có khả năng chống chịu sâu bệnh tốt hơn, lá đứng thẳng và quang hợp hiệu quả hơn. Kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng của nano silica trong nông nghiệp bền vững.

3.2. Tác dụng của silica trong nông nghiệp

Silica có vai trò quan trọng trong việc tăng cường sức đề kháng của cây trồng, giúp cây chống chịu tốt hơn với các điều kiện bất lợi như hạn hán, nhiệt độ cao và sâu bệnh. Ngoài ra, silica còn giúp cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Nghiên cứu này góp phần làm rõ vai trò và tiềm năng ứng dụng của silica trong nông nghiệp hiện đại.