Nghiên cứu điều chế và khảo sát ứng dụng vật liệu nano sio2 trong nông nghiệp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.31 MB, 90 trang )
GIÁP THỊ HẢI LINH
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Giáp Thị Hải Linh
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG
CỦA VẬT LIỆU NANO SiO2 TRONG NÔNG NGHIỆP
KỸ THUẬT HÓA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành kỹ thuật hóa học
KHOÁ 2014B
Hà Nội - 09/2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Giáp Thị Hải Linh
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG
CỦA VẬT LIỆU NANO SiO2 TRONG NÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. La Thế Vinh
2. TS. La Thế Vinh
Hà Nội – 09/2016
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi. Các số liệu trong luận văn là
trung thực, các kết quả nghiên cứu chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ tài liệu
nào.
Hà Nội, ngày 5 tháng 9 năm 2016
Học viên
GIÁP THỊ HẢI LINH
1
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận văn xin trân trọng cảm ơn trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện
Hóa Học Công Nghiệp Việt Nam và tập thể hƣớng dẫn đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận
lợi cho tác giả trong thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 5 tháng 9 năm 2016
Học viên
GIÁP THỊ HẢI LINH
2
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................ 3
Danh mục các chữ cái viết tắt ........................................................................................ 6
Danh mục các bảng ........................................................................................................ 6
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................................ 7
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 9
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN ............................................................................................... 11
1.1. VAI TR CỦA SILIC TRONG TH M CANH N NG NGHI P ......................... 11
1.1.1. Vai trò của silic đối với cây trồng...................................................................... 11
1.1.2. Vai trò của silica đối với đất trồng .................................................................... 15
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ................................... 17
1.2.1. Phân bón chứa silic ............................................................................................ 17
1.2.2. Vật liệu nano-SiO2 ............................................................................................. 22
1.2.2.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ................................................. 25
1.2.2.2. Chất thải H2SiF6 trong chế biến quặng apatit làm phân bón ....................... 33
CHƢƠNG II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHI M ........................... 36
2.1. NGUYÊN VẬT LI U, HÓA CHẤT ....................................................................... 36
2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ ............................................................................................. 36
2.3. THỰC NGHI M ...................................................................................................... 36
2.3.1. Tổng hợp nano silica .......................................................................................... 36
2.3.1.1. Quy trình tổng hợp nano silica .................................................................... 36
2.3.1.2. Khảo sát tối ƣu hóa quá trình tổng hợp nano SiO2 ...................................... 37
2.3.3. Xác định đặc trƣng hóa lý của sản phẩm ........................................................... 38
2.3.3.1. Phƣơng pháp phân t ch nhiệt TG DSC ........................................................ 38
2.3.3.2. Phƣơng pháp nhi u xạ tia X XRD ............................................................ 39
3
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
2.3.3.3. Phƣơng pháp k nh hiển vi điện tử qu t SEM ........................................... 42
2.3.3.4. Phƣơng pháp k nh hiển vi điện tử truyền qua TEM ................................. 43
2.3.3.5. Xác định diện t ch bề mặt riêng bằng phƣơng pháp BET ........................... 44
2.3.3.6. Phƣơng pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi FTIR ......................................... 46
2.3.3.7. Xác định t nh chất hấp phụ của nano SiO2 đối với các yếu tố sắt, nhôm di
động .......................................................................................................................... 47
2.3.4. Khảo sát ứng dụng của nano silica trong nông nghiệp ..................................... 47
2.3.4.1. Sản xuất phân bón NPK chứa nano silica .................................................. 47
2.3.4.2. Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng của phân bón chứa nano SiO2 đến năng
suất cây lúa ............................................................................................................... 47
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................... 51
3.1. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO SiO2 TỪ AXIT H2SiF6 VÀ THỦY TINH
LỎNG .............................................................................................................................. 51
3.1.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng đến t nh chất của sản phẩm ........................ 51
3. 1.2. Ảnh hƣởng của nồng độ axit H2SiF6 đến t nh chất của sản phẩm .................... 53
3.1.3. Ảnh hƣởng của tốc độ nạp liệu thủy tinh lỏng đến t nh chất của sản phẩm ...... 55
3.1.4. Ảnh hƣởng của thời gian già hóa đến t nh chất của sản phẩm .......................... 58
3.1.5. Ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt đến t nh chất của sản phẩm .................. 59
3.1.6. Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy và nung đến t nh chất của sản phẩm .................... 62
3.1.7. Đặc trƣng hóa lý và t nh chất của sản phẩm nano silica .................................. 64
3.2. NGHIÊN CỨU TÍNH HẤP PHỤ CỦA NANO SILICA ĐỐI VỚI SẮT, NH M DI
ĐỘNG ĐỂ HẠN CHẾ HI N TƢỢNG CỐ ĐỊNH L N TRONG ĐẤT ....................... 66
3.2.1. Nghiên cứu t nh hấp phụ của nano silica đối với ion Al3+ ............................... 67
3.2.1.1. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ ................................................... 67
3.2.1.2. Xác định dung lƣợng hấp phụ ..................................................................... 68
3.2.2. Nghiên cứu t nh hấp phụ của nano silica đối với ion Fe3+ ............................... 69
3.2.2.1. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ .................................................... 69
4
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
3.2.2.2. Xác định dung lƣợng hấp phụ ..................................................................... 70
3.3. NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SỬ DỤNG NANO-SiO2 TRONG PHÂN BÓN ..... 72
3.4. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA PH N BÓN CHỨA NANO
SILICA ĐẾN NĂNG SUẤT C Y LÚA ........................................................................ 73
3.4.1. Tình hình thời tiết, kh hậu nơi khảo sát ............................................................ 73
3.4.2. Kết quả phân t ch t nh chất đất khảo sát ............................................................ 73
3.4.3.Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của phân bón NPK-SiO2 đối với cây lúa .............. 75
3.4.3.1. Th nghiệm diện hẹp .................................................................................... 75
3.4.3.2. Th nghiệm diện rộng .................................................................................. 79
KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 82
TÀI LI U THAM KHẢO .................................................................................................. 84
5
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
Danh mục các chữ cái viết tắt
TEOS: Tetraethyl orthosilicate Si(OC2H5)4
TMOS: Tetramethyl orthosilicate Si(OCH3)4
DNA: Deoxyribonucleic acid
RNA: Ribonucleic acid
KH&CN: Khoa học và công nghệ
ĐHQG: Đại học Quốc gia
ĐC: Đối chứng
CHĐBM: Chất hoạt động bề mặt
HTXNN: Hợp tác xã nông nghiệp
CN: Công nghiệp
PA: Purity Analysis
Danh mục các bảng
Bảng 1.1. Năng suất của cây trồng trên khi được bón phân bón silic[2]
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của dung dịch axit H2SiF6 - Nhà máy DAP Đình Vũ (Hải
Phòng)
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của dung dịch axit H2SiF6 tại Nhà máy Supephốt phát và
hóa chất Lâm Thao
Bảng 2.1. Các phương pháp phân tích đất, phân bón và cây trồng
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến tính chất sản phẩm
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SiF6 đến tính chất của sản phẩm
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tốc độ nạp liệu đến thời gian tạo gel và tính chất sản phẩm
Bảng 3.4. Nồng độ Al3+ trong dung dịch theo thời gian hấp phụ
Bảng 3.5. Dung lượng hấp phụ của nano-SiO2 đối với các dung dịch Al3+ có nồng độ
khác nhau sau thời gian 90 phút
Bảng 3.6. Nồng độ Fe3+ trong dung dịch theo thời gian hấp phụ
6
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
Bảng 3.7. Dung lượng hấp phụ của nano-SiO2 đối với các dung dịch Fe3+ có nồng độ
khác nhau sau thời gian 90 phút
Bảng 3.8. Tình hình thời tiết khí hậu nơi khảo nghiệm 2015 - Hà Nội
Bảng 3.9. Tính chất lý và hóa học cơ bản của các loại đất khảo nghiệm (0-20cm) do
Trung tâm Nghiên cứu Phân bón và dinh dưỡng cây trồng thực hiện
Bảng 3.10. Cấu thành năng suất lúa vụ xuân trên đất phù sa
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất lúa vụ xuân trên đất phù sa
Bảng 3.12. Cấu thành năng suất lúa mùa trên đất phù sa
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất lúa vụ mùa trên đất phù sa
Bảng 3.14. Cấu thành năng suất lúa vụ xuân trên đất bạc màu
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất lúa vụ xuân trên đất bạc màu
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất lúa mùa, mô hình diện rộng trên đất
bạc màu
Bảng 3.17. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng phân bón NPK- SiO2 cho lúa mùa trên đất
bạc màu
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
H n 1.1. Silic trong tro của cây trồng
Hình 1.2. Sơ đồ tế bào biểu bì lá lúa
Hình 1.3. Mô hình cấu trúc tứ diện của Silica (SiO4)
Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể của Silica
Hình 2.1. Quy trình tổng hợp nano SiO2 từ axit H2SiF6 và thủy tinh lỏng
Hình 2.2. Thiết bị phân tích nhiệt PYRIS Diamond
Hình 2.3. Máy nhiễu xạ tia X
Hình 2.4. Kính hiển vi điện tử quét
Hình 2.5. Kính hiển vi điện tử truyền qua JEOL
Hình 2.6. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo phân loại của IUPAC
7
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hình 2.7. Máy quang phổ hồng ngoại FT-IR
Hình 3.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N2 của các mẫu SiO2 thu được khi
điều chế ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.2. Ảnh TEM của sản phẩm Silica điều chế ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N2 của các mẫu SiO2 thu được từ
các dung dịch H2SiF6 có nồng độ khác nhau
Hình 3.4. Ảnh TEM của các mẫu SiO2 thu được ở các tốc độ nạp liệu khác nhau
Hình 3.5. Ảnh SEM của sản phẩm silica điều chế ở nhiệt độ phòng, tốc độ nạp liệu:
a) 5 ml/phút; b) 20 ml/phút; c) 50 ml/phút; d) 70 ml/phút
Hình 3.6. Ảnh TEM của mẫu nano SiO2 ứng với các mẫu làm già ở các thời gian khác
nhau a) 3h;
b) 7h;
c)12h;
d)24h;
e)48h.
Hình 3.7. Ảnh TEM của nano SiO2 khi sử dụng các chất hoạt động bề mặt khác nhau: a)
CTAB b) Las c) TEA
Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt TG/DSC của mẫu kết tủa Si(OH)4 sau khi lọc rửa
Hình 3.9. Phổ FTIR của các mẫu SiO2 được sấy ở các nhiệt độ khác nhau: a) 180oC; b)
300oC ; c) 800oC
Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ XRD của sản phẩm silica
Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N2 của sản phẩm silica
Hình 3.12. Ảnh TEM của sản phẩm nano silica
Hình 3.13. Ảnh SEM của sản phẩm nano silica
Hình 3.14. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Lanngmuir của nano SiO2 đối với Al 3+
Hình 3.15. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Lanngmuir của nano-SiO2 đối với Fe3+
Hình 3.16. Ảnh khảo nghiệm phân bón NPK-SiO2 ở mô hình diện hẹp đối với cây lúa trên
đất phù sa thuộc xã Sài Sơn, Quốc Oai, Hà Nội
Hình 3.17. Ảnh khảo nghiệm phân bón NPK-SiO2 ở mô hình diện hẹp và diện rộng đối
với cây lúa trên đất bạc màu thuộc xã Tiền Phong, Mê Linh, Hà Nội
8
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
MỞ ĐẦU
Phân bón có vai trò rất quan trọng trong nông nghiệp, làm tăng năng suất của cây
trồng, giúp cây trồng sinh trƣởng và phát triển. Hiệu suất sử dụng phân bón hiện nay đang
ở mức thấp; trên 50% lƣợng phân bón đƣa vào đất bị thất thoát do các hiện tƣợng bay hơi,
rửa trôi, do phản ứng hóa học và các quá trình sinh hóa. Vì vậy, việc nâng cao hiệu quả sử
dụng phân bón trong nông nghiệp là vấn đề cần thiết, không chỉ góp phần hạ giá thành và
nâng cao chất lƣợng nông phẩm mà còn giảm thiểu tác động xấu đến môi trƣờng, thiết
thực hƣởng ứng chƣơng trình phát triển nông nghiệp sạch và bền vững.
Đã có nhiều giải pháp kỹ thuật đƣợc nghiên cứu và ứng dụng để tạo ra các loại
phân bón có khả năng điều tiết và hạn chế sự thất thoát dinh dƣỡng, nâng cao hiệu suất sử
dụng phân bón. Giải pháp bổ sung vào phân bón một lƣợng các chất vô cơ, hữu cơ nhƣ
than bùn hoạt hóa, bentonit, diatomit hoặc zeolit có cấu trúc mao quản và bề mặt riêng
lớn, có khả năng hấp phụ và điều tiết dinh dƣỡng cho cây trồng phù hợp với nhu cầu phát
triển từng thời kỳ đã đƣợc áp dụng rộng rãi. Các chất bổ sung này còn có tác dụng cải tạo
đất, làm cho đất tơi xốp. Tuy nhiên, hạn chế trong việc sử dụng các vật liệu này là phải sử
dụng một lƣợng vật liệu khá lớn khi phối trộn với phân bón nên sẽ làm giảm hàm lƣợng
dinh dƣỡng trong phân bón thành phẩm, tăng khối lƣợng phân bón phải vận chuyển ra
đồng ruộng. Việc ứng dụng vật liệu silica, đặc biệt là vật liệu nano silica có k ch thƣớc hạt
cỡ nano m t, làm chất bổ sung thay thế cho các loại vật liệu trên có thể khắc phục đƣợc
các vấn đề này. Với bề mặt riêng lớn tới vài trăm m t vuông cho mỗi gam và độ phân tán
trong nƣớc khá cao, nano-silica còn có thể hấp thụ các ion sắt, nhôm di động, hạn chế đƣợc
hiện tƣợng cố định lân trong đất do các ion này tạo phức khó tan với P2O5. Ngoài ra, silica
vô định hình có k ch thƣớc nhỏ cỡ nanomet cũng có thể trở thành nguồn cung cấp silic một nguyên tố trung lƣợng có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, hình thành và
9
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
t ch lũy chất khô trong cây trồng; giúp cây trồng sinh trƣởng khoẻ mạnh, cứng cáp, hạn chế
sâu bệnh hại.
Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp điều chế vật liệu nano silica khác nhau mà chủ
yếu sử dụng thủy tinh lỏng là tiền chất chứa Si. Đề tài luận văn "Ng iên cứu điều c ế và
k ảo sát ứng dụng vật liệu nano SiO2 trong nông ng iệp" đƣợc tác giả lựa chọn nghiên
cứu, sử dụng phƣơng pháp điều chế nano silica từ thủy tinh lỏng công nghiệp và axit
hexaflosilicic H2SiF6 vốn là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phân bón từ quặng
floapatit. Điều này cho ph p tăng khả năng thu hồi lƣợng silica do cả hai tiền chất tham
gia phản ứng đều chứa Si. Ngoài việc sử dụng nguồn thủy tinh công nghiệp rẻ tiền,
phƣơng pháp này còn góp phần giảm thiểu những tác động xấu về môi trƣờng do t nh độc
hai và t nh ăn mòn cao của axit hexa flosilicic gây ra.
Luận văn đƣợc nghiên cứu với mục tiêu tạo ra vật liệu nano silica từ dung dịch
thủy tinh lỏng và axit H2SiF6; nghiên cứu ứng dụng sản phẩm nano silica trong quá trình
sản xuất phân bón NPK sử dụng trong trồng cây lúa ở các tỉnh miền Bắc.
Các nội dung nghiên cứu ch nh của luận văn:
- Tổng quan về vai trò của silic và phân bón chứa silic trong nông nghiệp.
- Nghiên cứu tổng hợp nano silica từ dung dịch và dung dịch axit H2SiF6.
- Nghiên cứu t nh hấp phụ của nano silica đối với các yếu tố sắt, nhôm di động.
- Nghiên cứu quy trình sử dụng nano silica trong phân bón.
- Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng của phân bón chứa nano silica đối với cây lúa.
10
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. VAI TRÕ CỦA SILIC TRONG TH M CANH NÔNG NGHIỆP
1.1.1. Vai trò của silic đối với cây trồng
Theo phân loại của Allen V. Barker, David J. Pilbeam [2 thì các nguyên tố dinh
dƣỡng đối với cây trồng đƣợc phân chia thành ba loại: đầu tiên là các nguyên tố dinh
dƣỡng cần thiết – đa lƣợng nhƣ: nitơ, photpho, kali, canxi, magie, lƣu huỳnh; thứ hai là
các nguyên tố dinh dƣỡng cần thiết – vi lƣợng nhƣ: bo, đồng, sắt, man gan, molipden,
nikel, kẽm; thứ ba là các nguyên tố dinh dƣỡng có lợi, mặc dù không phải là nguyên tố
dinh dƣỡng cần thiết nhƣ: nhôm, coban, selen, silic, natri, vanadi, nhƣng mang lại giá trị
kinh tế cao.
Theo cách phân loại khác và tƣơng đối phổ biến hiện nay thì các nguyên tố dinh
dƣỡng đƣợc chia làm ba loại: đa lƣợng, trung lƣợng và vi lƣợng. Silic (Si) là nguyên tố
dinh dƣỡng đƣợc xếp vào hàng trung lƣợng mà cây trồng có nhu cầu hấp thụ cao. Si
dƣờng nhƣ không phải là chất dinh dƣỡng thiết yếu cho sự sinh trƣởng thực vật của phần
lớn cây trồng nhƣng Si rất cần thiết đối với sự phát triển khỏe mạnh của nhiều loại, đặc
biệt là đối với các loại cây có hàm lƣợng Si trong cây cao nhƣ: lúa, ngô và m a. Tro của
rơm rạ có chứa đến 80% SiO2 và tro của rơm lúa mì chứa 70% [25]. Để có một tấn lúa,
cây lúa hấp thụ khoảng 20 kg nitơ, nhƣng cần hấp thụ đến hơn 80 kg silic. Silic giúp lá,
thân và r lúa cứng cáp. Khi lúa có đủ silic, lá đứng thẳng nên hấp thu đƣợc nhiều ánh
sáng, làm tăng khả năng quang hợp của cây, thân lúa cứng t bị đổ ngã, giảm đƣợc tỷ lệ
hạt l p và lửng. Tuy nhiên, nhu cầu thực sự của silic nhƣ là một dƣỡng chất là cực thấp
ở giai đoạn sinh dƣỡng, nhƣng lại rất cao ở giai đoạn sinh sản.
Kết quả phân t ch mô của nhiều loại cây cho thấy vào từng loại cây trồng, hàm
lƣợng silic chiếm khoảng 1–100 g 1 kg khối lƣợng chất khô, tƣơng đối cao so với các
hàm lƣợng của các nguyên tố khác nhƣ phốt pho, nitơ, can xi... hình 1.1 [2].
11
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
Cây hấp thụ silic từ dung dịch trong đất dƣới dạng axit monosilicic, còn đƣợc gọi là
axit orthosilicic [H4SiO4] với nhu cầu trung bình 50 - 200 kg ha; một số loại cây có nhu
cầu hấp thụ silic nhƣ cao nhƣ m a 300 - 700 kg ha , lúa gạo 150-300 kg ha , lúa mì 50150 kg ha . Tuy nhiên, do đất trồng chỉ chứa 0,1 – 1,6 kg silic ở dạng axit monosilicic,
không đáp ứng đầy đủ nhu cầu hấp thụ của cây trồng nên sự thiếu hụt silic đối với cây
trồng càng ngày càng trầm trọng. Nhiều nghiên cứu cho thấy, cây lúa có khả năng hấp thụ
nguồn silic từ bên ngoài thông qua bón bổ sung [2].
H n 1.1. Silic trong tro của cây trồng
Về cơ bản, silic đƣợc hấp thụ bởi cây trồng dƣới dạng axit monosilicic hoặc dạng
anion của nó. Trong cây trồng, silic đƣợc hấp thụ qua r , sau đó đƣợc vận chuyển đến
ngọn dƣới dạng xylem. Axit monosilicic tự do có thể di chuyển đến các nhánh một cách
thụ động [2,14 . Tuy nhiên cho đến nay sự vận chuyển axit silicic hoạt động vẫn còn t
đƣợc nghiên cứu đến.
Axit monosilicic tồn tại ở dạng polime với hàm lƣợng silic cao trong nhựa cây. Hóa
chất tự nhiên của polime silic ở các dạng nhƣ silicon gel hoặc biogenic opal, silica vô
định hình d bị hydrat hóa khi gặp nƣớc. Khi bị dehydrat hoá, polyme axit monosilicic có
thể bị đông đặc [2,14].
12
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
n(Si(OH)4 → nSiO2 + 2nH2O
(1.1)
Anion monosilicic [Si(OH)3]- có thể thay thế anion phosphat [HPO4]2- từ các cation
nhƣ: canxi, magie, nhôm, và sắt phosphat. Ch nh vì thế silic có thể thay thế phosphor từ
các phân tử DNA và RNA. Điều này dẫn đến kết quả là silic đóng vai trò dinh dƣỡng, góp
phần làm tăng sự ổn định của các phân tử DNA và RNA.
Nguyên tố silic có mặt trong hầu hết các bộ phận của thực vật [14 . Ngƣời ta đã
chứng minh rằng nồng độ silic trên một đơn vị diện t ch mô lá rất cao. Điều này có ngh a
là cây có thể chịu đựng đƣợc mọi cƣờng độ ánh sáng bằng cách điều tiết để hấp thụ hợp l
một lƣợng quang năng cần thiết từ nguồn ánh sáng mặt trời. Khi cần thiết, silic còn có thể
đƣợc bổ sung thêm cho cây trồng có tác dụng làm tăng lƣợng enzim ribulo bisphosphat
cacboxylat trong mô lá. Enzim này điều chỉnh sự trao đổi chất của cây trồng v dụ nhƣ sự
hấp thụ CO2 trong quá trình quang hợp, thúc đẩy hiệu quả hơn việc sử dụng CO 2 của cây
trồng [2].
Trong ngành nông nghiệp m a đƣờng, việc bón phân có bổ sung silic làm gia tăng
hàm lƣợng đƣờng trong củ cải đƣờng hoặc cây m a đƣờng. Ngƣời ta đã đánh giá đƣợc sự
thay đổi t ch cực trong năng suất và chất lƣợng cây m a đƣờng do tác dụng sinh hóa của
silic. Tƣơng tự đối với cây cam, sự tối ƣu hóa dinh dƣỡng silic cho kết quả làm tăng đáng
kể lƣợng đƣờng trong trái cam.
Một số tài liệu còn chứng minh đƣợc rằng, silic có tác dụng ngăn chặn nhiều bệnh
thực vật và sự tấn công của côn trùng. Tác dụng kháng sâu bệnh của silic trên cây trồng
đƣợc cho là do sự t ch lũy silic trên mô biểu bì, làm gia tăng phản ứng tạo ra các chất
kháng thể. Các axit monosilicic t ch lũy đƣợc polyme hóa tạo thành axit polysilicic và sau
đó chuyển đổi thành silica vô định hình. Silica vô định hình tạo thành màng silic-xenlulo
dày và có khả năng liên kết với pectin và ion canxi. Từ đó, hình thành nên một lớp biểu bì
k p có tác dụng bảo vệ, giúp thân cây cứng cáp. Silic cũng có thể tạo thành các phức chất
với các hợp chất hữu cơ trong thành tế bào của tế bào biểu bì, chống lại sự thoái hóa di n
13
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
ra bởi enzim tiết ra từ các nấm đạo ôn. V dụ ở cây lúa, silic liên kết trực tiếp với phức
hợp lignin cacbohydrat trong các tế bào biểu bì của hạt gạo [2,14].
Silic t ch lũy trong thành tế bào của mao mạch gỗ, giúp tăng cƣờng cơ t nh của mao
mạch trƣớc hiện tƣợng bị n n p trong trƣờng hợp sự thoát nƣớc ở cây di n ra mạnh mẽ
do nhiệt độ môi trƣờng tăng cao hoặc thời tiết khô hạn. Màng silic-xenlulo hình thành
trên thành biểu bì còn có tác dụng bảo vệ thực vật chống lại sự mất nƣớc do bốc hơi. Hoạt
động này cũng xảy ra trong nội tại tế bào lá, làm giảm đƣờng k nh của lỗ kh thở trên bề
mặt lá, giúp làm giảm sự mất nƣớc qua lá.
Hình 1.2. Sơ đồ tế bào biểu bì lá lúa
Ở những vùng đất nhi m phèn, silic trong cây lúa còn giúp ngăn ngừa ngộ độc
mangan và sắt bằng cách nở rộng đƣờng vận chuyển ôxy từ lá xuống r , tăng cƣờng cung
cấp ôxy để ôxy hóa sắt và mangan hòa tan trong dung dịch đất hấp thụ qua r . Hạn chế
hiện tƣợng bó r và ngộ độc của lúa, giúp tăng hoạt động của cây.
Silic cũng có thể làm giảm lƣợng muối trong thực vật bậc cao, giúp thực vật chịu
đựng tốt hơn trong môi trƣờng có hàm lƣợng muối cao nhƣ ở vùng cửa biển và các vùng
ngập mặn. Đã có một vài giả thuyết giải th ch cho cơ chế này nhƣ: silic có trong thực vật
làm cải thiện khả năng quang hóa, nâng cao tỉ lệ kali natri, làm tăng các enzim hoạt động,
14
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
hoặc làm tăng nồng độ chất tan trong các mao mạch gỗ, kết quả làm giới hạn sự hấp thụ
natri của thực vật [2, 14, 24, 26].
Dinh dƣỡng silic th ch hợp sẽ làm tăng khả năng chống chịu lạnh của cây trồng. Tuy
nhiên cơ chế này cho đến nay vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu r ràng. Sự tối ƣu hóa của dinh
dƣỡng silic làm cho khối lƣợng và thể t ch r tăng, dẫn đến tổng diện t ch bề mặt hấp thụ
dinh dƣỡng của r tăng. Một kết quả của việc ứng dụng bón bổ sung silic cho cây trồng là
làm khối lƣợng khô của cây trồng tăng lên từ 21 đến 54% trong thời gian 20 đến 30 ngày
sinh trƣởng so với cây không đƣợc cung cấp silic. Điều đó chứng tỏ silic làm tăng sự hô
hấp của bộ r . Kinh nghiệm chăm bón đối với cây cam quýt đã chứng minh rằng với nồng
độ axit silicic tăng trong nƣớc tƣới, khối lƣợng của bộ r tăng nhiều hơn so với phần
ngọn. Kết quả tƣơng tự cũng cho thấy đối với cây cỏ bahia [2].
Silic đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành vỏ trấu của hạt gạo và do đó,
cũng ảnh hƣởng đến chất lƣợng gạo. Vỏ trấu chất lƣợng thấp thƣờng có màu trắng sữa do
có hàm lƣợng silic thấp. Hạt giống lúa mạch thu hoạch đƣợc từ cây lúa mạch đƣợc bón
silic có khả năng nảy mầm tốt hơn so với hạt giống lúa mạch đƣợc trồng trong đất nghèo
silic. Hay một v dụ khác, trong đó silic làm tăng tốc độ sinh trƣởng của cam, quýt từ 30
đến 80 %, đẩy mạnh sự tạo thành quả từ 2 đến 4 lần và làm tăng chất lƣợng quả. Silic làm
tăng khả năng sinh trƣởng của cây ngô đồng. Nguồn dinh dƣỡng nghèo silic có tác động
tiêu cực lên cà chua và hoa [2]. Những nghiên cứu đó cho thấy một điều rằng, yếu tố dinh
dƣỡng silic là vô cùng quan trọng. Ch nh vì tác dụng tốt của silic đối với sự phát triển của
bộ r và sự tạo thành quả cùng với nhiều kinh nghiệm đồng ruộng đối với các loại đất
khác nhau và các điều kiện kh hậu khác nhau với các loại cây đa dạng khác nhau đã
chứng minh hiệu quả to lớn của việc bổ sung silic nhƣng một thành phần dinh dƣỡng.
1.1.2. Vai trò của silica đối với đất trồng
Nhìn chung, các hợp chất của silic tồn tại trong đất chủ yếu ở dạng quazt cùng với
các tinh thể của aluminosilicat plagioclase, orthoclase và tràng thạch , đất s t, các
15
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
khoáng giàu silic cao lanh, verrniculite, và smectite và silica vô định hình. Trong đó
thành phần ch nh vẫn là ox t SiO2 vô định hình và các dạng aluminosilicat. Thành phần
silica có trong đất thƣờng chiếm từ 50–400g SiO2 1kg đất. Những dạng silic này có độ
hoà tan rất nhỏ và thƣờng trơ về mặt sinh hóa. Monosilicic và polysilicic là hai dạng d
tan nhất của hợp chất silic trong đất và có ảnh hƣởng rất nhiều tới t nh chất hóa lý của đất.
Hợp chất của silic đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều tiết hệ thống sinh học
của đất. Do có thể tác dụng với một số ion kim loại có hại cho đất và cây trồng nhƣ nhôm
và sắt, là những độc tố làm cho đất bị phèn hoá, silica đã cải thiện đáng kể chất lƣợng của
đất, hạn chế độ phèn trong đất. Cơ chế của tƣơng tác silic với các độc t nh nhôm, sắt đƣợc
cho là do sự tạo thành các phức chất silicat không tan, không độc hại, ngăn cản các độc
t nh này tiếp xúc với r cây trồng [2]. Ví dụ: axit monosilicic có hoạt t nh hóa học cao, nó
có thể phản ứng với các ion nhôm, sắt, mangan, canxi tạo thành các hợp chất silicat t tan:
2Al3+ + 2H4SiO4 Al2Si2O5 + 2H+ + 3H2O
(1.2)
2Al3+ + 2H4SiO4 + H2O Al2Si2O5(OH)4 + 6H+
(1.3)
2Al(H2PO4)3 + 2Si(OH)4 + 5H+ Al2Si2O5 + 5H3PO4 + 5H2O
(1.4)
2Fe2+ + 2H4SiO4 Fe2SiO4 + 4H+
(1.5)
2FePO4 + Si(OH)4 + 2H+ Fe2SiO4 + 2H3PO4
(1.6)
Mn2+ + 2H4SiO4 MnSiO3 + 2H+ + H2O
(1.7)
2Mn2+ + H4SiO4 Mn2SiO4 + 4H+
(1.8)
CaHPO4 + Si(OH)4 CaSiO3 + H2O + H3PO4
(1.9)
Axit monosilicic còn có thể kết hợp với các ion kim loại nặng Cd, Pb, Zn, Hg,
,
tạo thành các hợp chất phức. Với nồng độ axit monosilicic thấp, các phức chất đƣợc tạo
thành là các phức chất d hòa tan, và ngƣợc lại khi phản ứng có nồng độ axit monosilicic
cao sẽ tạo ra phức chất dạng silicat t tan của các kim loại nặng.
2Zn2+ + H4SiO4 Zn2SiO4 + 4H+
(1.10)
2Pb2+ + H4SiO4 Pb2SiO4 + 4H+
(1.11)
16
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
Tuy nhiên, đất hấp thụ monosilicic rất yếu. Vì thế monosilicic di chuyển khó khăn
xuống khu vực sâu hơn trong dung dịch đất, dẫn đến khả năng cố định silic vào đất rất
thấp. Bên cạnh đó, sự tƣơng đồng hóa học giữa anion silicat và anion phosphat dẫn đến
phản ứng cạnh tranh giữa các ion phosphat và monosilicic trong đất. Hiện tƣợng tăng đột
biến nồng độ monosilicic trong dung dịch đất ch nh là dấu hiệu cho thấy một phần phốt
phát trơ đã chuyển hoá sang dạng phốt phát hữu hiệu.
Axit polysilicic, một cấu tử không thể tách rời trong dung dịch đất, có ảnh hƣởng
chủ yếu đến t nh chất vật lý của đất. Tuy nhiên, cơ chế hình thành của axit polysilicic vẫn
chƣa đƣợc giải th ch r ràng. Không giống nhƣ axit monosilicic, axit polysilicic trơ về
mặt hóa học và hoạt động nhƣ một chất hấp phụ, tạo thành dạng hạt keo. Axit polysilicic
d dàng hấp thụ các khoáng chất và tạo thành các cầu nối siloxan. Axit polysilicic có độ
bão hòa nƣớc cao, chúng có thể ảnh hƣởng tới khả năng giữ nƣớc của đất. Axit polysilicic
đƣợc cho là yếu tố quan trọng hình thành tới cấu trúc đất.
Ở trong đất trồng, silic ở dạng hữu hiệu mà cây trồng có thể hấp thu đƣợc thƣờng có
hàm lƣợng rất thấp, trung bình khoảng từ 3 - 37 ppm, trong khi đó hàm lƣợng silic hòa
tan trong đất th ch hợp và cần thiết cho nhu cầu của lúa vào khoảng 80 - 120 ppm. Do vậy
để cây trồng sinh trƣởng và phát triển tốt cần thiết phải bón bổ sung silic cho cây.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC
1.2.1. Phân bón chứa silic
Bắt đầu từ năm 1840, nhiều phòng th nghiệm và trang trại nhà k nh trên thế giới đã
trình bày về kinh nghiệm nông nghiệp đề cập đến lợi ch của việc ứng dụng phân bón
chứa silic trong lúa, ngô, lúa mì, lúa mạch và cây m a. Phân bón silic có tác dụng k p trên
cả cây trồng và hệ sinh thái đất. Đối với cây trồng, phân bón silic cải thiện yếu tố dinh
dƣỡng silic trong cây, củng cố các đặc t nh bảo vệ cho cây nhƣ kháng bệnh, kháng côn
trùng tấn công và chống chịu với các điều kiện kh hậu không thuận lợi. Đối với đất, phân
bón silic có khả năng xử l , điều hoà và cân bằng hệ sinh thái đất. Hợp chất silic hoạt
17
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
động sinh hóa làm tối ƣu hóa phân bón trong đất, cải thiện nƣớc và các đặc t nh vật l , hóa
học của đất, giúp duy trì dinh dƣỡng trong đất [2].
Mặc dù nguyên tố silic tồn tại rất phong phú trong các dạng hợp chất khác nhau,
nhƣng để trở thành vật liệu sử dụng trong phân bón, loại hợp chất này phải có hàm lƣợng
silic tƣơng đối cao, khả năng giải phóng silic trong nƣớc để đáp ứng nhu cầu hấp thụ của
thực vật, có chi ph hợp lý và nhất là không chứa các chất gây ô nhi m cho đất. Cho đến
nay, có rất nhiều nguồn nguyên liệu, các hợp chất của silic, có tiềm năng đáp ứng đƣợc
yêu cầu về hàm lƣợng silic. Nhƣng để đáp ứng tất cả các yêu cầu trên thì vẫn cần phải
nghiên cứu và thử nghiệm để tìm ra loại vật liệu phù hợp nhất.
Phụ phẩm nông nghiệp, đặc biệt là các thực vật t ch lũy nhiều silic nhƣ lúa gạo, có
thể đƣợc sử dụng nhƣ một nguồn cung cấp silic. Tuy nhiên, nhu cầu mùa vụ cho cây trồng
đối với các dạng phân bón silic thƣờng vƣợt quá mức đƣợc cung cấp bởi dƣ lƣợng cây
trồng. Các loại vật liệu vô cơ nhƣ thạch anh, đất s t, mica và fenspat tràng thạch , mặc
dù giàu silic, nhƣng nếu sử dụng làm nguồn cung cấp silic trong phân bón sẽ tạo ra một
loại phân bón nghèo silic vì khả năng giải phóng silic của các vật liệu này là rất thấp.
Canxi silicat, thƣờng thu đƣợc nhƣ một sản phẩm phụ của các quá trình công nghiệp
nhƣ công nghiệp th p và sản xuất phospho , cũng là một trong các loại vật liệu cung cấp
silic trong phân bón silic, đƣợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay [25, 26]. Vật liệu kali
silicat có khả năng giải phóng silic cao, bên cạnh đó còn cung cấp thêm kali, là một
nguyên tố đa lƣợng trong nhu cầu dinh dƣỡng cây trồng, nên cũng đƣợc sử dụng tƣơng
đối rộng rãi mặc dù có giá thành cao.
Các nguồn nguyên liệu khác cũng đã đƣợc sử dụng thƣơng mại là canxi silicat
hydrat, silica gel, và phosphate nhiệt phân lân nung chảy . Ngoài ra, còn một số loại
nguyên liệu hiện đã và đang đƣợc nghiên cứu sử dụng với mục đ ch trở thành nguồn cung
cấp silic ổn định cho cây trồng nhƣ natri silicat, silica vô định hình, zeolit, xỉ silic- Mn,
tro trấu
[2, 6, 7, 11, 19, 25-27].
18
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
Bảng 1.1. Năng suất của một số loại cây trồng khi được bón phân chứa silic[2]
S
Phân bón
chứa Si
Loại đất
1
Natri
silicat
Clay with
flints chalk
2
Silica vô
định hình
T
T
3
4
5
6
Silica vô
định hình
Soddy
podzolic
Soil
Zeolit
Silica vô
định hình
Silica vô
định hình
Chestnut
Soil
Muck acid
Soil
Năng suất
hạt,
tấn.ha-1
Năng suất
rơm,
tấn.ha-1
6,32
5,04
6,52
5,04
2,47
3,47
2,88
3,57
0
7,68
4,2
11,44
100
6,3
13,68
0
2,36
10000
2,66
0
3,48
5,56
3,85
6,16
Liều
lƣợng
(kg.ha-1)
Chế độ
bón
0
N, K
448
N, K
0
N, K
870
N, K
Cây trồng
Lúa mạch
Lúa mạch
0
30
Ngô
Lúa mạch
3000
0
N, P, K
3,66
5,85
3000
N, P, K
4,08
6,52
0
3,7
Lúa mạch
8000
0
7
8
Tro trấu
Xỉ Si-Mn
Sandy loam
Soil
Acid
podzolic
Soil
5,2
3,9
1000
0
K
1000
K
Lúa gạo
4,6
4,3
5,0
0
0,93
Yến mạch
2000
19
1,48
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
Rất nhiều các thử nghiệm đồng ruộng trên nhiều loại đất và kh hậu khác nhau với
nhiều loại cây trồng cho thấy năng suất r rệt của phân bón chứa silic đối với năng suất
thu hoạch và tổng sản lƣợng hạt bảng 1.1 .
Tại Việt Nam, nhìn chung, việc sử dụng phân bón chứa silic hiện nay chƣa thực sự
đƣợc bà con nông dân coi trọng. Việc cung cấp silic cho cây mới chỉ dừng lại ở mức độ
sử dụng phân lân nung chảy, tro thực vật hay tro trấu có chứa một hàm lƣợng silic nhất
định. Cho đến nay vẫn chƣa có nghiên cứu sâu sắc nào nhằm mục đ ch sản xuất các loại
phân bón chứa silic nhằm mục đ ch cung cấp silic cho cây trồng. Việc đánh giá lợi ch các
loại phân bón silic đối với từng loại cây trồng cũng rất hạn chế.
Hiện nay, một số cơ sở sản xuất phân bón nhƣ Công ty Cổ phần Phân bón Bình
Điền, Công ty Phân bón Tiến Nông,
đã bắt đầu đi vào sản xuất các loại phân bón silic
nhằm bổ sung silic cho cây trồng. Các cơ sở trên cũng đã bắt đầu áp dụng các kết quả
nghiên cứu mới cùng với việc sử dụng các tiến bộ khoa học công nghệ hiện nay, nhằm tạo
ra những sản phẩm thƣơng mại có chất lƣợng, đem lại hiệu quả r rệt. Tuy nhiên, việc
ứng dụng sản xuất phân bón silic mới chỉ dựa vào nguồn nguyên liệu nhập khẩu từ nƣớc
ngoài, có giá nhập khẩu cao.
Một số cơ sở khác còn nhập khẩu trực tiếp phân bón silic thành phẩm để thử nghiệm
và sử dụng trên đồng ruộng Việt Nam, trong số đó có loại phân trung lƣợng do Công ty
POS Ceramics Co., Ltd Hàn Quốc sản xuất và Công ty Cổ phần Mosan nhập khẩu và
độc quyền phân phối tại Việt Nam. Thành phần dinh dƣỡng ch nh của phân bón silic là
25% SiO2, 40% CaO và 2% MgO.
Một số loại phân bón chứa silic trên thị trƣờng hiện nay đã đƣợc Viện Thổ nhƣỡng Nông hoá tiến hành khảo nghiệm, đánh giá và kết luận là có hiệu quả tốt đối với cây lúa
trong việc làm tăng năng suất và khả năng chống chịu với một số loại sâu, bệnh và điều
kiện thời tiết, đặc biệt có hiệu quả cao trên các loại đất chua phèn và bạc màu nghèo dinh
20
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
dƣỡng [43 . Kết quả khảo nghiệm việc sử dụng phân bón chứa silic đối với cây lúa đã
đem lại một số ƣu điểm nhƣ sau:
- Đối với sinh trưởng và phát triển của lúa. Bón phân silic lúa sinh trƣởng tốt, cây
xanh và cứng cáp, lá vƣơn thẳng, cây cao hơn, bông dài hơn, trọng lƣợng t nh trên 1.000
hạt cao hơn. Khi ch n, hạt màu vàng sáng đẹp hơn so với các mẫu đối chứng. Bón phân
silic làm giảm tỷ lệ lúa bị đổ: trên nền không có phân chuồng giảm tỷ lệ lúa đổ từ 15,6 –
46,7%; trên nền có phân chuồng giảm từ 16,7 – 52,2%. Bón phân silic làm giảm tỷ lệ
bông bạc: trên nền không bón phân chuồng giảm tỷ lệ bông bạc 36,1 – 62,5%; trên nền có
phân chuồng giảm từ 38,7 – 62,5%. Bón phân silic lúa t bị nhi m bệnh khô đầu lá hơn
[43].
- Đối với năng suất lúa
+ Trên đất phèn: Trên nền không bón phân chuồng, bón phân silic năng suất lúa
tăng 6,9 – 7,9 tạ ha, tƣơng ứng 17,1 – 22,8%; Trên nền có phân chuồng, bón phân silic
năng suất lúa tăng 7,2 – 9,8 tạ ha, tƣơng ứng 15,9 – 22,9%.
+ Trên đất phù sa: Trên nền không bón phân chuồng, bón phân silic năng suất lúa
tăng 7,4 – 7,6 tạ ha, tƣơng ứng 14,0 – 15,6%; Trên nền có phân chuồng, bón phân silic
năng suất lúa tăng 7,0 – 8,1 tạ ha, tƣơng ứng 12,0 – 15,2%.
+ Trên đất bạc màu: Trên nền không bón phân chuồng, bón phân silic năng suất
lúa tăng 7,5 – 9,0 tạ ha, tƣơng ứng 19,9 – 22,1%; Trên nền có phân chuồng, bón phân silic
năng suất lúa tăng 7,4 – 7,8 tạ ha, tƣơng ứng 16,8 – 18,3% [43].
- Về hiệu quả kinh tế
+ Trên đất phèn, bón 1 tấn phân silic thƣơng phẩm làm tăng 345 – 490 kg thóc,
tƣơng đƣơng 1.185.000 – 1.470.000đ.
+ Trên đất bạc màu, bón 1 tấn phân silic thƣơng phẩm làm tăng 370 – 450 kg thóc,
tƣơng đƣơng 1.110.000 – 1.350.000đ.
21
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
+ Trên đất phù sa, bón 1 tấn phân silic thƣơng phẩm làm tăng 350 – 405 kg thóc,
tƣơng đƣơng 1.050.000 – 1.215.000đ.
Sử dụng phân bón silic có hiệu quả nhất trên đất phèn, sau đó là trên đất bạc màu và
cuối cùng là trên đất phù sa [43].
- Đối với chất lượng gạo. Tuỳ theo từng loại đất và kết hợp có bón phân chuồng hay
không bón phân chuồng, sử dụng phân bón silic bón lót có thể cải thiện tốt một số chỉ tiêu
chất lƣợng gạo nhƣ: Tăng tỷ lệ gạo nguyên, giảm tỷ lệ amylose, ổn định nhiệt độ hoá hồ
[43].
Tác giả Đỗ Hải Triều đã thực hiện việc nghiên cứu ảnh hƣởng của phân bón silic
đến sinh trƣởng, năng suất và chất lƣợng lạc trên đất phù sa bạc màu của tỉnh V nh Phúc.
Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng phân bón silic nhập khẩu của Hàn Quốc thành phần
chính là CaO = 40%; SiO2 = 25%; MgO = 2%. Kết quả đạt đƣợc cho thấy bón phân có
chứa silica t có ảnh hƣởng đến năng các yếu tố sinh trƣởng của cây lạc nhƣ chiều cao, số
cành cấp 1. Đối với các yếu tố cấu thành năng suất lạc, bón phân silica có hiệu quả r rệt
làm tăng số quả chắc. Năng suất lạc tăng từ 12,55 đến 20,43%. Bón phân silica không làm
thay đổi chất lƣợng của hạt lạc. Hiệu lực tồn dƣ bón phân silica làm tăng năng suất lạc vụ
sau từ 11,91 đến 24,52%. Lƣợng phân bón cho năng suất tối ƣu là 1.000 kg ha [39].
1.2.2. Vật liệu nano-SiO2
Silica hay còn gọi là silic dioxit, là một oxit của silic có công thức phân tử là SiO 2.
Nó là hợp chất của hai nguyên tố phổ biến nhất trên trái đất Si và O . Silica là khoáng
sản dồi dào nhất trong lớp vỏ trái đất chiếm khoảng 60% trọng lƣợng trái đất tồn tại
dƣới dạng đơn chất hoặc kết hợp với các oxit khác ở dạng muối silicat. Silica tự nhiên
đƣợc tìm thấy chủ yếu ở hai dạng cát và thạch anh.
Silic dioxit có hai dạng cấu trúc là tinh thể và vô định hình. Trong tự nhiên, silica
tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể. Ba dạng thù hình của silic dioxit ở áp suất thƣờng là thạch
anh, tridimit và cristobalit. Mỗi dạng đa hình này lại có hai dạng α và β. Dạng α bền ở
22
Giáp Thị Hải Linh
Luận văn thạc sĩ khoa học
nhiệt độ thấp trong khi đó dạng β bền ở nhiệt độ cao. Tất cả những tinh thể này đều bao
gồm những nhóm tứ diện SiO4 nối với nhau qua những nguyên tử O chung [34]. Trong tứ
diện SiO4, nguyên tử Si nằm ở tâm của tứ diện liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử O
nằm ở các đỉnh của tứ diện. Ba dạng thù hình của silica có các cách sắp xếp khác nhau
của các nhóm tứ diện SiO4 ở trong tinh thể. Dƣới đây là mô hình cấu trúc tứ diện của
silica và các kiểu cấu trúc tinh thể ba dạng thù hình của silic dioxit (hình 1.2, 1.3).
Hình 1.2. Mô hình cấu trúc tứ diện của Silica (SiO4)
Thạch anh a
Triđimit b
Cristobalit (c)
Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể của Silica
Silica vô định hình có cấu trúc tinh thể không xác định khi chụp phổ nhi u xạ XRay. Nó có thể xuất hiện trong tự nhiên hoặc tổng hợp. Trong thiên nhiên, silica vô định
hình chỉ có ở dạng đá opan. Trong k thuật tổng hợp, silica vô định hình bao gồm các
dạng: silica sol, silica gel, bột silica, silica kết tủa, thủy tinh khan.
Silica dạng sol là dạng huyền phù bền của những hạt silica vô định hình riêng rẽ có
đƣờng k nh từ 1 – 100 nm. Nó không tạo thành gel hoặc bị chuyển dạng trong dung dịch
23
