Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano silica xốp làm từ vỏ trấu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN KÍCH THƯỚC HẠT NANO SILICA XỐP
LÀM TỪ VỎ TRẤU

Giảng viên hướng dẫn: ThS. VÕ UYÊN VY
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ YẾN NHI
MSSV: 18058921
Lớp: DHHC14A
Khố: 2018 – 2022

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN KÍCH THƯỚC HẠT NANO SILICA XỐP
LÀM TỪ VỎ TRẤU

Giảng viên hướng dẫn: ThS. VÕ UYÊN VY
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ YẾN NHI
MSSV: 18058921
Lớp: DHHC14A

Khố: 2018 – 2022

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022


i
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
----- // -----

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
----- // -----

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Yến Nhi
MSSV: 18058921
Chun ngành: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học
Lớp: DHHC14A
1. Tên đề tài khóa luận/đồ án: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt
nano silica xốp làm từ vỏ trấu.
2. Nhiệm vụ:
- Tổng hợp hạt nano silica từ tro trấu bằng phương pháp kết tủa.
- Khảo sát thay đổi kích thước hạt khi thay đổi nồng độ NaOH, HCl, có hoặc
khơng có PVA.
- Xác định kích thước và hình thái học bằng phương pháp đo SEM, XRD, FT-IR.
3. Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: 22/10/2021
4. Ngày hồn thành khóa luận tốt nghiệp: 07/07/2022
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS. Võ Uyên Vy

Tp. Hồ Chí Minh, ngày
Chủ nhiệm bộ môn
chuyên ngành

tháng

năm 2022

Giảng viên hướng dẫn

ThS.Võ Uyên Vy


ii

LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian học tập, và rèn luyện tại trường Đại học Công Nghiệp Tp. HCM em đã học
được nhiều kiến thức bổ ích khơng chỉ là những buổi học lý thuyết, những buổi thực hành mang
tính chất thực tế mà cịn có sự giảng dạy nhiệt tình gắn với những buổi chia sẻ trải nghiệm về
cuộc sống, về ngành học và những đóng góp ý kiến chân thành dành cho chúng em giúp chúng
em tự tin vững bước hơn sau khi hoàn thành 4 năm Đại học tại trường Đại học Cơng Nghiệp
thành phố Hồ Chí Minh.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn đến cơ ThS. Võ Un Vy đã dành nhiều thời gian, cơng sức
tận tình truyền đạt những kiến thức khoa học, kỹ năng thực hành cũng như cung cấp tài liệu,
thông tin quý báu của cô trong lĩnh vực nghiên cứu, tổng hợp nano để em hồn tốt khóa luận tốt
nghiệp này.
Em xin cảm ơn ban lãnh đạo, ban giám hiệu cùng toàn thể các thầy cơ khoa Cơng nghệ
hóa học trường Đại học Cơng Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về phịng thí
nghiệm, thiết bị để em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Trong q trình làm báo cáo khóa luận, do kỹ năng cịn hạn chế khó tránh khỏi sai sót, em

rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy, cơ để em có thêm nhiều kinh nghiệm thực tiễn sau
này.
Lời cuối cùng em kính chúc các thầy cô trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM lời chúc
sức khỏe và lời cám ơn chân thành nhất.
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Yến Nhi


iii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Phần đánh giá: (thang điểm 10)
• Thái độ thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Kỹ năng trình bày:
• Tổng hợp kết quả:

Điểm bằng số: …… …. Điểm bằng chữ: .....................................................................

Trưởng bộ môn
Chuyên ngành

TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ….. năm 2022
Giảng viên hướng dẫn
(Ký ghi họ và tên)

ThS. Võ Uyên Vy


iv

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022
Giảng viên phản biện
(Ký ghi họ và tên)

v

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 2
1.1.

Đặt vấn đề ...................................................................................................... 2

1.2.

Tình hình thực tế............................................................................................ 2

1.2.1. Tình hình quốc tế ...................................................................................... 2
1.2.2. Tình hình trong nước ................................................................................ 3
1.3.

Mục tiêu ......................................................................................................... 3

1.4.

Nhiệm vụ ....................................................................................................... 3

1.5.

Tổng quan về cây lúa và tro trấu ................................................................... 4

1.5.1. Giới thiệu về cây lúa ................................................................................ 4

1.5.2. Phân bố, xếp hạng và sản lượng lúa gạo của Việt Nam ........................... 5
1.5.3. Tro Trấu .................................................................................................... 7
1.6.

Công nghệ nano ............................................................................................. 8

1.6.1. Giới thiệu về công nghệ nano là gì? [17].................................................. 8
1.6.2. Phân loại vật liệu nano .............................................................................. 8
1.6.3. Ứng dụng công nghệ nano [17] .............................................................. 10
1.7.

Silica ............................................................................................................ 11

1.7.1. Cấu trúc của silica ................................................................................... 11
1.7.2. Phân loại hạt silica .................................................................................. 14
1.7.3. Ứng dụng của vật liệu nano silica........................................................... 16
1.8.

Ứng dụng của nano silica điều trị ung thư................................................... 17

1.8.1. Ung thư là gì? ......................................................................................... 17
1.8.2. Các đặc tính nổi bật của silica trong điều trị ung thư ............................. 17
1.8.3. Cơ chế vận chuyển thuốc trong hệ thống phân phối thuốc chống ung thư
18
1.9.

Polyvinyl alcohol (PVA) ............................................................................. 19

1.10. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano .................................................... 20
1.10.1. Giới thiệu tổng hợp vật liệu nano ......................................................... 20

1.10.2. Phương pháp sol – gel .......................................................................... 21


vi
1.10.3. Phương pháp kết tủa ............................................................................. 22
1.10.4. Phương pháp thủy nhiệt ........................................................................ 24
1.10.5. Phương pháp pha khí ............................................................................ 24
1.11. Một số phương pháp phân tích .................................................................... 25
1.11.1. Phân tích kính hiển vi điện tử (SEM) ................................................... 25
1.11.2. Phân tích quang phổ hồng ngoại chuyển đổi (FT-IR) .......................... 26
1.11.3. Phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD) .......................................... 26
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................ 28
2.1.

Lựa chọn phương pháp ................................................................................ 28

2.1.1. Phương pháp kết tủa (tổng hợp nano silica) ........................................... 28
2.2.

Chuẩn bị nguyên liệu, hóa chất, và thiết bị - dụng cụ ................................. 28

2.2.1. Nguyên liệu ............................................................................................. 28
2.2.2. Hoá chất sử dụng .................................................................................... 28
2.2.3. Thiết bị và dụng cụ ................................................................................. 28
2.3.

Quy trình tổng hợp ...................................................................................... 29

2.3.1. Chuẩn tro trấu ......................................................................................... 29
2.3.2. Hoà tan tro .............................................................................................. 30

2.3.3. Trung hoà dung dịch sodium silicate ...................................................... 31
2.3.4. Lọc rửa thu bột nano silica ..................................................................... 32
2.4.

Lựa chọn phương pháp phân tích ................................................................ 34

2.4.1. Phương pháp quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD)...................................... 34
2.4.2. Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử (SEM) ............................... 34
2.4.3. Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại chuyển đổi (FT-IR) ...... 34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................. 35
3.1.

Kết quả XRD mẫu nano silica NaOH 2N-HCl 1,5N ................................... 35

3.2.

Kết quả chụp SEM....................................................................................... 36

3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của HCl .................................................................. 36
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của NaOH .............................................................. 38
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của PVA đến mẫu NaOH 3N-PVA 1%-HCl 1,5N 39
3.3.

Kết quả đo FT-IR......................................................................................... 40


vii
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của HCl .................................................................. 40
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của NaOH .............................................................. 44
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của PVA đến mẫu NaOH 3N-PVA-HCl 1,5N ...... 46

3.4.

Thảo luận kết quả thực nghiệm ................................................................... 47

3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của HCl .................................................................. 47
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của NaOH .............................................................. 48
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của PVA................................................................. 48
KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 51
KIẾN NGHỊ .................................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 53


viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Bảng hóa chất thí nghiệm ............................................................................... 28
Bảng 2. 2 Bảng thiết bị thí nghiệm ................................................................................. 28
Bảng 2. 3 Bảng dụng cụ thí nghiệm ................................................................................ 29
Bảng 2. 4 Các mẫu khảo sát sự thay đổi nồng độ của NaOH, HCl, PVA ...................... 34
Bảng 3. 1 Bảng khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano silica……….. 50


ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Cây lúa ............................................................................................................. ix
Hình 1. 2 Bảng xếp hạng xuất khẩu gạo của Việt Nam so với thế giới ............................ 5
Hình 1. 3 Sản lượng gạo của Việt Nam theo từng vùng ................................................... 6
Hình 1. 4 Sản lượng lúa của Việt Nam năm 2021 ............................................................ 7
Hình 1. 5 Thành phần hóa học và tính chất kỹ thuật của tro trấu ..................................... 7

Hình 1. 6 Hạt nano ............................................................................................................ 9
Hình 1. 7 Mơ hình 3D của ba loại ống nano carbon ......................................................... 9
Hình 1. 8 Màng mỏng ..................................................................................................... 10
Hình 1. 9 Nanocomposite ............................................................................................... 10
Hình 1. 10 Cấu trúc của SiO2.......................................................................................... 12
Hình 1. 11 Các dạng biến đổi thù hình của SiO2 ............................................................ 13
Hình 1. 12 Các dạng tồn tại của Silica............................................................................ 14
Hình 1. 13 Cơ chế vận chuyển thuốc đúng mục tiêu của nano silica ............................. 18
Hình 1. 14 Phương pháp tổng hợp nano bằng phương pháp top-down và bottom-up ... 20
Hình 1. 15 Các quá trình xảy trong trong Sol-gel........................................................... 21
Hình 1. 16 Khả năng quan sát mẫu vật của kính hiển vi điện tử (SEM) so với mắt thường
và kính hiển vi quang học (OM) .............................................................................................. 25
Hình 1. 17 Hình máy phân tích quang phổ FT-IR .......................................................... 26
Hình 1. 18 Hình máy XRD loại Theta – 2 Theta ............................................................ 27
Hình 2. 1 Chuẩn bị nguyên liệu vỏ trấu .......................................................................... 29
Hình 2. 2 Sơ đồ qui trình chuẩn bị tro trấu ..................................................................... 30
Hình 2. 3 Hòa tan tro trấu thu được dung dịch sodium silicate có màu vàng trong ....... 30
Hình 2. 4 Qui trình hòa tan tro trấu thu dung dịch sodium silicat .................................. 31
Hình 2. 5 Trung hịa dung dịch sodium silicate .............................................................. 31
Hình 2. 6 Quá trình ly tâm thu chất rắn, đông sâu, đông khô để thu bột nano silica a)Ly
tâm mẫu 4000 vòng/phút để thu phần rắn b) Phần rắn sau khi rửa c) Mẫu đem đông sâu d) Mẫu
đem đơng khơ e) Bột nano silica .............................................................................................. 32
Hình 2. 7 Qui trình trung hịa và ly tâm-rửa-đơng sâu-đơng khơ thu bột nanosilica...... 33
Hình 3. 1 Kết quả XRD của mẫu NaOH 2N – HCl 1,5N ............................................... 35


x
Hình 3. 2 Ảnh SEM của vật liệu nano silica NaOH 2N - HCl 0,5N (a) ......................... 36
và đồ thị phân bố kích thước hạt (b) ................................................................................ 36
Hình 3. 3 Ảnh SEM của vật liệu nano silica NaOH 2N-HCl 1N (a) .............................. 36

và đồ thị phân bố kích thước hạt (b) ................................................................................ 36
Hình 3. 4 Ảnh SEM của vật liệu nano silica NaOH 2N - HCl 1,5N (a) ......................... 37
và đồ thị phân bố kích thước hạt (b) ................................................................................ 37
Hình 3. 5 Ảnh SEM của vật liệu nano silica NaOH 2N - HCl 2N (a) ............................ 37
và đồ thị phân bố kích thước hạt (b) ................................................................................ 37
Hình 3. 6 Ảnh SEM của vật liệu nano silica NaOH 1N-HCl 1.5N (a) ........................... 38
và đồ thị phân bố kích thước hạt (b) ................................................................................ 38
Hình 3. 7 Ảnh của vật liệu nano silica NaOH 3N-HCl 1,5N (a) .................................... 38
và đồ thị phân bố kích thước hạt (b) ................................................................................ 38
Hình 3. 8 Ảnh NaOH 3N-PVA 1%-HCl 1,5N (a) .......................................................... 39
và đồ thị phân bố kích thước hạt (b) ................................................................................ 39
Hình 3. 10 Phổ FT-IR của Nano silica NaOH 2N-HCl 1N ............................................ 41
Hình 3. 11 Phổ FT-IR của Nano silica NaOH 2N-HCl 1,5N ......................................... 42
Hình 3. 12 Phổ FT-IR của Nano silica NaOH 2N-HCl 2N ............................................ 43
Hình 3. 14 Phổ FT-IR của Nano silica NaOH 3N-HCl 1.5N ......................................... 45
Hình 3. 15 Phổ FT-IR của Nano silica NaOH 3N - PVA 1% - HCl 1.5N...................... 46
Hình 3. 16 Ảnh hưởng của HCl đến khích thước hạt ..................................................... 47
Hình 3. 17 Ảnh hưởng của NaOH đến kích thước hạt ................................................... 48
Hình 3. 18 Ảnh hưởng của PVA đến kích thước hạt ...................................................... 48
Hình 3. 19 Phổ FT-IR của mẫu có PVA và mẫu khơng có PVA ................................... 49


xi

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
USDA

The United States Department of Agriculture

DOX

Doxorubicin

PVA

Polyvinyl alcohol

MNS

Mesoporous nanosilica

PNS

Porous nanosilica

TEOs

Tetraethyl orthosilicate

HFAC

High-volume fly ash concrete

PCC

Portland cement concrete

XRD

X-Ray diffraction

SEM

Scanning Electron Microscope

FT-IR

Fourier-transform infrared spectroscopy


1

LỜI NÓI ĐẦU
Sản xuất lúa gạo của Việt Nam năm 2021 đạt 43,88 triệu tấn đứng thứ 2 thế giới về xuất
khẩu lúa gạo. Lúa gạo là một phần lương thực chính của thế giới chỉ sau lúa mỳ và khoai tây.
Việc sản xuất lúa gạo cũng để lại phế phẩm như trấu, vỏ trấu chiếm 20-25% trọng lượng của
cây lúa, năm 2021 sản suất lúa đạt 43,88 triệu tấn thì phế phẩm từ vỏ trấu để lại khoảng 8,77610,97 triệu tấn. Phế phẩm vỏ trấu này là một nguồn sinh khối rất lớn, nó rất cứng và nặng. Tại
Việt Nam, phế phẩm vỏ trấu thường đốt bỏ rất lãng phí năng lượng hoặc để nấu ăn thải ra mơi
trường lượng khí CO2, khói bụi gây ơ nhiễm khơng khí. Việc sử dụng tro trấu để đốt không thể
bền vững trong tương lai. Người ta sử dụng vỏ trấu để làm phân bón trong nơng nghiệp nhưng
số người sử dụng phân bón cịn rất ít và tính hiệu quả chưa cao. Vì vậy, phế phẩm vỏ trấu này
cũng ít người có thể tái sử dụng, tận dụng triệt để vỏ trấu phục vụ cuộc sống và việc sử dụng
trấu cho mục đích thương mại chưa được phổ biến. Chính vì vậy, việc nghiên cứu tạo tận dụng
phế phẩm từ vỏ trấu một nguồn sinh khối dồi dào này có tính ứng dụng cao đã và đang phát
triển rộng rãi. Công nghệ nano hay vật liệu nano làm từ vỏ trấu là một nghiên cứu được nhiều
nhà khoa học đang hướng tới vì có nhiều tính năng nổi trội từ vật liệu nano đem lại để thúc đẩy
hiệu quả việc tiêu thụ năng lượng, hỗ trợ làm sạch môi trường và giải quyết các vấn đề sức khỏe.
Từ phế phẩm vỏ trấu nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tận dụng được như: sử dụng tiền
chất nanosilica trong chuẩn bị các vật liệu tiên tiến như vật liệu tổng hợp cacbon / silica [1],
chất xúc tác quang [2], chất hấp phụ để loại bỏ các ion kim loại [3], làm vật liệu xây dựng từ tro

trấu [4],… Nền sản xuất lúa gạo của Việt Nam luôn đứng đầu sản lượng trong các bảng xếp
hạng uy tín trên thế giới như USDA và có một nguồn nguyên liệu vỏ trấu dồi dào để sản xuất
nano silica cần được quan tâm nhiều hơn.[5, 6]
Với nguồn nguyên liệu dồi dào và các đặc tính nổi bật của silica phù hợp trong y học đặc
biệt là trong điều trị ung thư đang nhận được nhiều sự quan tâm lớn trên thế giới. Tổng hợp hạt
nano silica có nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp sol-gel, phương pháp kết tủa,
đồng kết tủa,… Mỗi phương pháp thực hiện sẽ tạo ra hạt nano silica có những đặc điểm khác
nhau về điều kiện phản ứng, kích thước hạt, cấu trúc hạt,… để tạo ra hạt đạt u cầu hạt có kích
thước nano, dạng hình cầu, kích thước các hạt đều nhau,… có vai trị quan trọng trong chữa trị
ung thư.
Từ những lý do nêu trên, em đã thực hiện đề tài nghiên cứu” Nghiên cứu các yếu tố ảnh
hưởng đến kích thước hạt nano silica xốp làm từ vỏ trấu”. Trong đề tài này, em sử dụng phương
pháp kết tủa để tổng hợp hạt nano silica từ vỏ trấu và khảo sát về nồng độ của HCl, NaOH, PVA
ảnh hưởng đến kích thước hạt nano silica xốp làm từ vỏ trấu.


2

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN

1.1. 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 cơng 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, khơng chỉ tạo ra
một sản phẩm có giá trị cao giúp ích cho con người nói chung và người trồng lúa nói riêng mà
cịn góp phần bảo vệ mơi trường.
1.2. Tình hình thực tế
1.2.1. Tình hình quốc tế
Đề tài nghiên cứu” Extraction, Synthesis and Characterization of Nanosilica from Rice
Husk Ash”, của tác giả K. Amutha, R. Ravibaskar và G. 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].


3
1.2.2. 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 cơng 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].
1.3. 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.
1.4. Nhiệm vụ
Than hóa trấu tươi.
Nung trấu đã than hóa trong lị 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.


4
1.5. Tổng quan về cây lúa và tro trấu
1.5.1. 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].

Hình
Hình 1.
1. 11 Cây
Cây lúa
lúa
Cây lúa thuộc họ thân thảo, rễ chùm, sống ở khu vực có nhiều nước nếu khơng có nước
cây sẽ khơng 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 hố hoa lúa đến khi lúa trỗ bơng và thụ tinh
(cịn gọi là thời kỳ sinh trưởng sinh thực).
Giai đoạn 3: tính từ lúc bơng lúa bước vào kỳ chín và chín hồn tồn trở thành hạt
gạo (cịn 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,…
1.5.2. 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 nơng 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].

Hình 1. 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 sơng 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 mơi trường nơng 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 đơng xn 2021 cả nước đạt 3.006,8 nghìn ha, bằng 99,4% vụ đơng xn năm trước
do xu hướng đơ 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 20.629,5 nghìn tấn (tăng 755,1 nghìn tấn) so
với vụ đơng xuân năm trước [15].

Hình 1. 4 Sản lượng lúa của Việt Nam năm 2021
1.5.3. 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 cịn phần vỏ vàng bên ngồi 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%, ngồi ra có các thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ như như K2O, Al2O3,
CaO, MgO, Na2O, Fe2O3 [16].

Hình 1. 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 tơng
siêu nhẹ khơng 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 mơi trường. Trấu cịn ứng dụng như
tổng hợp than hoạt tính để lọc nước bẩn. Tro trấu cịn 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].

1.6. Công nghệ nano
1.6.1. Giới thiệu về công nghệ nano là gì? [17]
Cơng nghệ nano là khoa học, kỹ thuật và cơng nghệ được tiến hành ở kích thước nano,
khoảng 1 đến 100 nanomet.
Khoa học nano - công nghệ nano là nghiên cứu và ứng dụng của những thứ cực kỳ nhỏ và
có thể được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực khoa học khác như: hóa học, sinh học, vật lý, khoa
học vật liệu và kỹ thuật.
Ngày 29 tháng 12 năm 1959, những ý tưởng và khái niệm về khoa học nano và công nghệ
nano lần đầu được thảo luận “There's Plenty of Room at the Bottom” của nhà vật lý Richard
Feynman tại cuộc họp của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ tại Viện Công nghệ California (CalTech).
Feynman đã mơ tả một q trình trong đó các nhà khoa học có thể thao tác và kiểm sốt các
ngun tử và phân tử riêng lẻ.
Năm 1974, từ "Công nghệ nano" được giáo sư Norio Taniguchi được sử dụng lần đầu tiên,
nhưng người ta vẫn chưa biết rộng rãi. Năm 1986, giáo sư K. Eric Drexler đã sử dụng "Công
nghệ nano" trong cuốn sách “The Coming Era of Nanotechnology” giúp nâng cao nhận thức và
hiểu biết của cộng đồng về các khái niệm và ý nghĩa công nghệ nano.
Năm 1981, Gerd Binnig và Heinrich Rohrer tạo ra kính hiển vi quét đường hầm, cung
cấp hình ảnh về các nguyên tử và liên kết riêng lẻ. Năm 1986, Gerd Binnig, Calvin Quate và
Christoph Gerber tạo ra kính hiển vi lực nguyên tử. Với hai phát minh năm 1981 và 1986 là hai
bước đột phá lớn đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ nano trong kỷ nguyên hiện đại.
1.6.2. Phân loại vật liệu nano
Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái rắn- lỏng-khí [18].
Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành 3 loại sau:


9
•

Vật liệu nano khơng chiều là cả ba chiều đều có kích thước nano, khơng cịn chiều tự do
nào cho điện tử (các hạt nano).

Hình 1. 6 Hạt nano

Hình 1. 7 Mơ hình 3D của ba loại ống nano carbon
•

Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano điện tử được
tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù) (dây nano, ống nano).


10
•

Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano và hai chiều tự
do (màng mỏng).

Hình 1. 8 Màng mỏng
•

Ngồi ra cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó cấu trúc của nó
có nano khơng chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau và chỉ có một phần của vật
liệu có kích thước nm.

Hình 1. 9 Nanocomposite

1.6.3. Ứng dụng cơng nghệ nano [17]
Vì các hạt nano có kích thước nhỏ, đặc tính sinh học phù hợp để có thể dùng để hỗ trợ
chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, phá hủy các tế bào ung thư…
Pin năng lượng mặt trời được chế tạo từ cơng nghệ nano để tăng tính hiệu quả và dự trữ
của pin, các siêu tụ điện và tạo ra chất siêu dẫn làm dây dẫn điện để vận chuyển điện đường

dài…


11
Chế tạo ra các linh kiện điện tử làm từ vật liệu nano đạt tốc độ xử lý nhanh. Sử dụng vật
liệu nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ. Tạo ra các vật liệu nano siêu nhẹ – siêu bền
trong các thiết bị như: xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…
Các hạt nano bạc phủ trên áo quần có khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây mùi hơi khó chịu
trong quần áo, giày dép, quần áo thể thao, đồ lót khử mùi,…
Trong lĩnh vực thực phẩm, tạo ra những vật liệu đựng thực phẩm có khả năng diệt khuẩn
giúp lưu trữ thực phẩm được lâu hơn.
Các màng lọc nano, lọc được các phân tử gây ô nhiễm, vi khuẩn, bụi bẩn, dùng trong lọc
nước, khơng khí để bảo vệ môi trường.
1.7. Silica
1.7.1. Cấu trúc của silica
Dioxide silic ( hay silica hay silex) là một oxide của silic có cơng thức hóa học là SiO2 và
nó có độ cứng cao được biết đến từ thời cổ đại. Silica đã đóng một vai trị quan trọng kể từ thời
kỳ đầu của nền văn minh, đầu tiên là đá lửa cho các cơng cụ và vũ khí và bằng đất sét và cát để
làm đồ gốm. Xi măng La Mã cách đây 2000 năm là bây giờ được biết đến là do việc sử dụng
tro núi lửa đặc biệt là một dạng gần như tinh khiết của silica keo vơ định hình. Ngày nay, silica
là chất cho chất xúc tác của các nhà máy lọc, làm khuôn đúc các siêu hợp kim trong động cơ
phản lực của chúng tôi, cho thủy tinh và gốm sứ hiện đại, vi mạch điện tử, tinh thể thạch anh và
sợi quang học [7].
Silica đôi khi được viết là [SiO4]4-, tất cả những dạng tinh thể này bao gồm các nhóm tứ
diện SiO4 nối với nhau qua các nguyên tử Oxi chung. Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si nằm ở
tâm của tứ diện, liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử Oxi nằm ở bốn đỉnh của tứ diện. Mỗi
nguyên tử Oxi lại liên kết với hai nguyên tử Si nằm ở hai tứ diện khác nhau. Liên kết Si-O có
liên kết bền nhất trong tất cả các liên kết nguyên tố Si-X. Độ dài liên kết Si-O là khoảng 0,162
nm, nhỏ hơn đáng kể so với tổng bán kính cộng hóa trị của nguyên tử silic và oxi (0,191 nm) .
Độ dài liên kết ngắn chiếm phần lớn đặc tính ion của liên kết đơn và chịu trách nhiệm về tính

ổn định tương đối cao của liên kết siloxan. Ngoài kiểu sắp xếp tứ diện [SiO4]4- cịn có kiểu sắp
xếp bát diện [SiO6]8- [7, 19].


12

Hình 1. 10 Cấu trúc của SiO2
Thạch anh là dạng ổn định của silica tinh thể dưới 870°C, tridymite dưới 1470°C và
cristobalit dưới 1710°C, nhưng một trong hai dạng nhiệt độ cao có thể tồn tại trong thời gian dài
ở nhiệt độ phịng và áp suất khí quyển mà khơng bị biến đổi sang thạch anh (2). Thạch anh có
cấu trúc dày đặc nhất, và tridymite và cristobalite có cấu trúc mở hơn nhiều. Cả 3 dạng tồn tại
ở dạng α và β ương ứng với các biến đổi nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. Các biến đổi α và β chỉ
khác nhau một chút về vị trí sắp xếp tứ diện. Sự tương đồng này được thể hiện rõ ràng từ thực
tế rằng chuyển đổi α⟷β là một chuyển đổi dịch chuyển nhanh chóng xảy ra ở nhiệt độ tương
đối thấp. Thạch anh là dạng ổn định nhất ở nhiệt độ phòng; tất cả các dạng khác được coi là có
thể di căn ở nhiệt độ này [7].
Các dạng biến đổi thù hình của silica được thể hiện ở hình bên dưới: