ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC - PHẠM THỊ HÀ NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ BẢO QUẢN NANO SẮT KIM LOẠI CHO MỤC ĐÍCH LÀM PHÂN BÓN LÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Ngành : Hóa học Chương trình đào tạo : Chuẩn HÀ NỘI – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC - PHẠM THỊ HÀ NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ BẢO QUẢN NANO SẮT KIM LOẠI CHO MỤC ĐÍCH LÀM PHÂN BÓN LÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Ngành Chương trình đào tạo : Hóa học : Chuẩn Cán hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Côn HÀ NỘI – 2016 LỜI CẢM ƠN Được phân công thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Hồng Côn em thực đề tài “Nghiên cứu điều chế bảo quản nano sắt kim loại cho mục đích làm phân bón lá” Để hoàn thành khóa luận em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo tận tình hướng dẫn, giảng dạy suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Trần Hồng Côn người thầy tận tình chu đáo hướng dẫn, dìu dắt dẫn khoa học quý báu giúp em thực khóa luận Đồng thời em xin cảm ơn tới anh, chị phòng Công nghệ thân môi trường, Viện Công nghệ môi trường hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành tốt khóa luận Cuối em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, tất bạn bè người động viên giúp đỡ em vượt qua khó khăn sống Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2016 Sinh viên Phạm Thị Hà DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CMC PVP : Polyvinylpyrrolidone SEM : Scanning electron microscope (kính hiển vi điện tử quét) TEM : Transmission electron microscopy (kính hiển vi điện tử truyền qua) XRD : X-Ray Diffraction (nhiễu xạ tia X) MA : Mẫu axit ascobic MB : Mẫu hydroxylamin hydroclorua MC : Carboxyl methyl xelulose : Mẫu natri hydrosunfit DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỤC LỤC MỞ ĐẦU Hiện vấn đề ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí trở thành mối quan tâm cấp thiết toàn giới đòi hỏi nhân loại bảo vệ môi trường sống Nền nông nghiệp đại phải đối mặt với thách thức lớn mức độ sử dụng giá phân bón ngày tăng với tốc độ chóng mặt Việt Nam nước sản xuất nông nghiệp, hàng năm sử dụng lượng lớn phân bón hóa học thuốc bảo vệ thực vật nhằm nâng cao hiệu suất trồng Lượng tàn dư chất hóa học đất, sản phẩm nông nghiệp nguyên nhân làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống sức khỏe người Vì việc đưa biện pháp nâng cao suất, chất lượng trồng đồng thời góp phần bảo vệ môi trường cho nông nghiệp bền vững đòi hỏi cần thiết Cùng với phát triển ngành công nghệ cao công nghệ thông tin, công nghệ sinh học đời ngành công nghệ công nghệ nano Công nghệ nano môt ngành công nghệ nhà khoa học quan tâm nghiên cứu hứa hẹn mang lại thành tựu to lớn, có tiềm việc giải toán khoa học công nghệ vấn đề lượng, bảo vệ sức khỏe người, phục hồi môi trường bảo vệ môi trường Kinh nghiệm sử dụng phân bón vi lượng cho thấy dạng muối chúng thường phản ứng với số tạp chất đất tạo thành hợp chất khó tan, làm cho trồng khó hấp thu tạo phụ phẩm gây tồn dư đất Trong đó, tồn dạng nano, hạt vi lượng dễ dàng qua lỗ khí khổng lá, thâm nhập vào tế bào cây, kích thích số sinh lý, sinh hóa, giúp sinh trưởng phát triển tốt Tuy nhiên, hạt nano kim loại thường bền, dễ bị oxy hóa điều kiện thường, ý tưởng nghiên cứu phân bón sử dụng nano kim loại Việt Nam giới Vì lí cấp thiết mặt khoa học để đáp ứng nhu cầu thực tiễn hướng tới nông nghiệp xanh, sạch, an toàn tiết kiệm, khóa luận thực với đề tài: “Nghiên cứu điều chế bảo quản nano sắt kim loại cho mục đích làm phân bón lá” Mục đích khóa luận nghiên cứu chế tạo hạt sắt kích thước nano phương pháp khử hóa học, sử dụng NaBH4 làm chất khử cacboxyl metyl xenlulo (CMC) làm chất phân tán nhằm thu hạt nano sắt có chất lượng tốt nhất, ổn định ứng dụng làm phân bón nano CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công nghệ nano 1.1.1 Một số tính chất vật liệu có kích thước nano Khoa học nano: ngành khoa học nghiên cứu tượng, can thiệp vào vật liệu quy mô nguyên tử, phân tử đại phân tử Tại quy mô đó, tính chất vật liệu khác hẳn với tính chất chúng quy mô lớn Công nghệ nano: ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng, kích thước quy mô nanomet Vật liệu nano: loại vật liệu có cấu trúc hạt, sợi, ống có kích thước đặc trưng khoảng từ 1-100 nm, phụ thuộc vào chất vật liệu tính chất cần nghiên cứu Đây đối tượng nghiên cứu khoa học nano công nghệ nano, liên kết hai lĩnh vực với [24] Công nghệ nano dựa sở khoa học, đặc trưng vật liệu nano chủ yếu sau: Hiệu ứng bề mặt: vật liệu có kích thước nano, số nguyên tử nằm bề mặt chiếm tỷ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt hiệu ứng bề mặt trở nên quan trọng làm cho tính chất vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu dạng khối Hiệu ứng kích thước: hiệu ứng kích thước vật liệu nano làm cho vật liệu có nhiều đặc điểm khác với vật liệu truyền thống Mỗi tính chất vật liệu quy định độ dài đặc trưng hay gọi kích thước tới hạn Khi giảm kích thước vật liệu xuống đến thang nano (nhỏ 100 nm) đại lượng lý, hóa vật liệu thay đổi theo kích thước 1.1.2 Nguyên lí chung chế tạo nano kim loại Vật liệu nano chế tạo hai phương pháp: Phương pháp từ xuống (top-down) phương pháp tạo hạt kích thước nano từ hạt có kích thước lớn Phương pháp từ lên (bottom-up) phương pháp hình thành hạt nano từ nguyên tử Phương pháp từ xuống: Nguyên lý phương pháp dùng kỹ thuật nghiền biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano Đây phương pháp đơn giản, rẻ tiền hiệu quả, tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước lớn Phương pháp nghiền có ưu điểm đơn giản chế tạo vật liệu với khối lượng lớn Việc thay đổi chất hoạt hóa bề mặt dung môi không ảnh hưởng nhiều đến trình chế tạo Nhược điểm phương pháp tính đồng hạt nano không cao khó khống chế trình hình thành hạt nano Chất lỏng từ chế tạo phương pháp thường ứng dụng cho ứng dụng vật lí [4] Phương pháp biến dạng sử dụng với kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo biến dạng cực lớn mà không làm phá hủy vật liệu (có thể >10 nm) Nhiệt độ điều chỉnh tùy thuộc vào trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ gia công lớn nhiệt độ kết tinh lại gọi biến dạng nóng, ngược lại gọi biến dạng nguội Kết thu vật liệu nano chiều (dây nano) hai chiều (lớp có chiều dày nm) Ngoài ra, người ta dùng phương pháp quang khắc để tạo cấu trúc nano phức tạp Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm tạo vật liệu có tính đồng không cao, tốn nhiều lượng, trang thiết bị phức tạp [4],[14] Phương pháp từ lên: Nguyên lý phương pháp hình thành vật liệu nano từ nguyên tử ion Phương pháp từ lên phát triển mạnh mẽ tính linh động chất lượng sản phẩm cuối Phần lớn vật liệu nano mà dùng chế tạo phương pháp Ưu điểm phương pháp: tiện lợi, kích thước hạt nano tạo tương đối nhỏ, đồng đều, trang thiết bị phục vụ cho phương pháp đơn giản Phương pháp từ lên phương pháp khử vật lý, khử hóa học kết hợp hai phương pháp hóa-lý Phương pháp khử vật lý: Phương khử vật lí dùng tác nhân vật lí điện tử [19], sóng điện từ lượng cao tia gamma [16], tia tử ngoại [15], tia laser [18], khử ion kim loại thành kim loại Dưới tác dụng tác nhân vật lí, có nhiều trình biến đổi dung môi phụ gia dung môi để sinh gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại Phương pháp khử hóa học: phương pháp tạo vật liệu nano từ ion Phương pháp hóa học có đặc điểm đa dạng tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên phân loại phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng 10 Nhận thấy sau chế tạo mẫu sử dụng chất phân tán PVP có độ lắng nhanh, thời gian lắng nhanh mẫu CMC Ở mức nồng độ nhỏ độ phân tán dung dịch độ lắng nhanh Đến khoảng thời gian t=60 phút mẫu PVP hạt nano sắt lắng hoàn toàn, phân thành lớp rõ ràng phía dung dịch suốt Còn mức nồng độ 0,05% 0,1% mẫu chất phân tán CMC thời gian lắng chậm, vận tốc lắng chậm so với mẫu lại Điều giải thích tâm tinh thể hình thành nhanh với số lượng lớn khoảng thời gian ngắn nồng độ chất ổn định CMC dung dịch thấp dẫn đến hạt nano sắt lớn kiểm soát, tập hợp thành hạt lớn keo tụ lắng lại Theo nghiên cứu [23] khác biệt PVP trung tính so với CMC Điều dẫn đến tương tác tĩnh điện yếu sắt PVP Như trở ngại chủ yếu ngăn cản phát triển hạt nano, hiệu hai tương tác steric tĩnh điện hạn chế kích thước hạt, trường hợp với CMC Qua khảo sát lựa chọn chất phân tán CMC phù hợp nghiên cứu nồng độ lớn 0,2% điều kiện để hạn chế tối đa khả hạt nano sắt kim loại bị oxy hóa Kết ảnh SEM hạt nano sắt thu hình 3.17 cho thấy hạt nano sắt thu hình cầu nồng độ CMC dung dịch ≥ 0,2% Trong trình phản ứng ion Fe2+ gắn lên polyme nên hạt không lớn lên cách tự do, chúng ngăn cách lớp màng polyme, kết tụ lại với Khi nồng độ CMC