Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite agsilica ứng dụng để xử lý một số loại nấm gây bệnh trên cây đậu tuơng

Vì thế tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite Ag/Silica ứng dụng để xử lý một số loại nấm gây bệnh trên cây đậu tuơng”... Ở Việt Nam, một

Trang 1

Vì vậy việc tìm kiếm, nghiên cứu và đưa vào sử dụng các kỹ thuật mớilàm tăng hiệu quả phòng trừ bệnh hại do nấm gây ra mà không gây ô nhiễmmôi trường là nhu cầu cấp bách của ngành trồng trọt của nước ta cũng như ở

trên thế giới Vì thế tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite Ag/Silica ứng dụng để xử lý một số loại nấm gây bệnh trên cây đậu tuơng”.

Trang 2

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Chế tạo được vật liệu nano composite Ag/Silica và đánh giá được một

số đặc trưng vật lý của vật liệu

Đánh giá hiệu lực diệt ba loại nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp của vật liệu nano composite Ag/Silica.

1.3 Mục đích nghiên cứu

Nhằm ứng dụng rộng rãi kỹ thuật tiên tiến này trong lĩnh vực nôngnghiệp ở nước ta để bảo vệ hạt giống cây nông nghiệp bằng vỏ bọc có thànhphần Ag/Silica và một số chất cần thiết cho sự phát triển của cây

1.4 Ý nghĩa của đề tài

1.4.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu

Vận dụng những kiến thức đã học từ các môn dinh dưỡng cây trồng,môn biện pháp sinh học trong xử lý môi trường, môn vi sinh vật vào nghiêncứu thực tiễn trong quá trình thí nghiệm về nấm, nghiên cứu chế tạo vật liệunano composite Ag/Silica nhằm nâng cao kỹ thuật chuyên ngành

Tích lũy kinh nghiệm cho bản thân: giúp cho em có thêm kinh nghiệmvề các thao tác thực hành trong phòng thí nghiệm, khả năng đọc, nghiên cứutài liệu Mở ra cho mình cái nhìn tổng quan hơn khi nghiên cứu chế tạo vậtliệu nano composite Ag/Silica, và rút ra những bài học về tính kiên trì, niềmđam mê đối với người làm khoa học

1.4.2 Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất

Đối với ngành nông nghiệp, đề tài mang đến một kỹ thuật mới nhằmbảo vệ cây trồng trong giai đoạn nảy mầm, mang lại lợi ích thiết thực trongviệc nâng cao sản lượng cây trồng

Việc thay thế các chất diệt nấm trong đất bằng việc bọc hạt giốngchống nấm không sử dụng hóa chất độc hại có tác dụng thiết thực trong bảovệ môi trường và bảo vệ sức khỏe người sản xuất nông nghiệp

Trang 3

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Các cơ sở nghiên cứu của đề tài

2.1.1 Tình hình bệnh nấm gây hại trên cây đậu tương

Cây đậu tương là cây thực phẩm có hiệu quả kinh tế lại dễ trồng Sảnphẩm từ cây đậu tương được sử dụng rất đa dạng như dùng trực tiếp hạt hoặcchế biến thành đậu phụ, ép thành dầu đậu nành, nước tương, làm bánh kẹo,sữa đậu nành đáp ứng nhu cầu đạm trong khẩu phần ăn hàng ngày củangười cũng như gia súc Ngoài ra, trồng đậu tương còn có tác dụng cải tạo đất

nhờ hoạt động cố định nitơ của vi khuẩn Rhizobium cộng sinh trên rễ cây họ đậu.

Nhu cầu đậu tương của nước ta rất lớn nhưng sản xuất trong nước đápứng chưa được tới 10% Tổng sản lượng đậu tương năm 2005 là 292.700 tấn,năm 2011 là 350.000 tấn Tổng nhập khẩu đậu tương năm 2008 là 138.853tấn (trị giá 107,257 triệu USD), tăng đều qua các năm, và năm 2012 là1.289.000 tấn (trị giá 777,3 triệu USD) Theo Hiệp hội thức ăn chăn nuôi ViệtNam, năm 2012, cả nước nhập 3,3 triệu tấn khô đậu nành các loại về phục vụcho nhu cầu sản xuất thức ăn chăn nuôi Đậu tương là mặt hàng nông sảnchiến lược mà Chính phủ đã ưu tiên nghiên cứu và khuyến khích các địaphương phát triển sản xuất Đậu tương đang được trồng tại 25 trong số 63tỉnh thành cả nước, với khoảng 65% diện tích tại các khu vực phía Bắc và35% tại các khu vực phía Nam Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã

có kế hoạch đẩy mạnh phát triển sản xuất đậu tương theo hướng hàng hóa.Trong đó, tập trung phát triển đậu tương vụ Đông, Xuân ở phía Bắc, nângtổng diện tích đậu tương phía Bắc lên 200.000 ha vào năm 2015 và 250.000

ha vào 2020, đồng thời áp dụng tiến bộ kỹ thuật nâng cao năng suất và chấtlượng đậu tương thương phẩm

Trang 4

Trên thế giới, nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctonia solani và Colletotrichum sp gây thiệt hại nghiêm trọng đối với năng suất của nhiều loại

cây trồng như cây ngũ cốc (lúa, ngô, khoai tây), cây rau (lạc, đậu đỗ, cà chua,cải bắp, xà lách), cây ăn quả và cây công nghiệp (bông) Nấm gây ra các triệuchứng thối đen rễ, lở cổ rễ, thối gốc thân, thối thân, khô vằn, thối lá và thiệthại 11,6 % tổng sản lượng nông nghiệp trên thế giới (nguồn tin của FAO,2004) Một trong những loại cây nông nghiệp có giá trị kinh tế cao trên thế

giới và ở nước ta bị hai loại nấm Fusarium oxysporium và Rhizoctinia solani

làm hại nhiều nhất là cây đậu tương Có đến 97% sản lượng cây lấy dầu trênthế giới được lấy từ 8 loại cây trồng là: hướng dương, đậu tương, cọ trong

đó đậu tương chiếm 30-35% sản lượng dầu thực vật [6] Tại Việt Nam trong

10 năm qua diện tích trồng đậu tương bình quân mỗi năm là khoảng 150 - 200nghìn hécta Trong đó, các tỉnh phía bắc chiếm 82,6% diện tích trồng và78,8% sản lượng đậu tương cả nước

Với nấm Fusarium oxysporium hại đậu tương lưu tồn trong đất và trong

xác cây bệnh Nấm xâm nhiễm vào rễ qua các vết thương (do cơ học hoặc dotuyến trùng chích hút rễ) sau đó phát triển lên thân, chủ yếu làm nghẽn sự vậnchuyển nước và chất dinh dưỡng trong cây, gây ra hiện tượng vàng lá và héocây, ngoài ra nấm còn tiết chất độc hại cây Những nhận xét trên cũng tương

tự với kết quả của tác giả Burgess L W Nấm Fusarium oxysporium hại đậu

tương tương đối phổ biến ở các vùng chuyên canh như Bắc Giang, Đông Anh,

Gia Lâm Nấm Fusarium oxysporium là nấm đa thực, được phát hiện ở khắp 3

vùng Bắc Trung Nam Trên đậu tương nấm gây vàng lá, rễ bị thối, cây dễdàng nhổ lên khỏi mặt đất Bệnh hại nặng trên những ruộng ẩm ướt Nấmbệnh lưu tồn trong đất và trong xác cây bệnh Nấm xâm nhiễm vào rễ qua cácvết thương (do cơ học hoặc do tuyến trùng chích hút rễ), phát triển lên thân,chủ yếu làm nghẽn sự vận chuyển nhờ nước và chất dinh dưỡng trong cây,gây ra hiện tượng vàng lá và héo cây, ngoài ra nấm còn tiết độc chất hại cây

Nấm Rhizoctinia solani gây bệnh cháy lá Bệnh này đã được ghi nhận

Trang 5

trên đậu tương trồng ở vùng nhiệt đới và bán nhiệt đới Bệnh được ghi nhậnđầu tiên ở Philippines vào năm 1918; sau đó, ở Ấn Độ, Mã Lai, Mexico,Puerto Rico, miền nam Trung Quốc, Taiwan và Louisiana, Mỹ Bệ nh cháy lálàm giảm năng suất đậu tương tới 70% ở Brazil, 60% ở Ấn Độ

Ở Việt Nam, nấm Rhizoctinia solani gây héo cây con hoặc héo khô cây

đậu tương Cây con thường bị úng và teo tóp lại ở gốc thân, cây bị ngã ngangkhi lá còn xanh tươi, sau đó lá héo Bệnh thường phát triển mạnh vào khoảng5-10 ngày sau gieo hạt Trên cây lớn, bệnh xâm nhiễm ở thân, làm cho mô vỏ

bị thối hay nâu đen, viền vùng thối không đều đặn và có màu nâu đỏ, phầnbệnh hơi lõm vào, sau thân bị nứt ra, lá cháy khô rồi rụng dần Trên câytrưởng thành, nấm gây triệu chứng thối lá, thối quả Trên vùng bị bệnh có thểtìm thấy những hạch nấm Bệnh được phát hiện dễ dàng qua sợi nấm, hạchnấm Chúng phát triển ngay trên vết bệnh ở gốc thân, phát triển lan lên thânvà vùng đất quanh gốc cây Rễ cây bị thối và thường có màu nâu đỏ

Bệnh lở cổ rễ Rhizoctinia solani thường xâm nhập vào cây khi cây vừa

nhú mầm và sau 7 ngày tuổi là thời điểm bệnh bắt đầu phát triển Bệnh nàythường xuất hiện ở phần rễ của cây Bên cạnh đó nấm bệnh còn có thể cạnhtranh thức ăn, chất dinh dưỡng của hạt giống, làm cho hạt giống không thểnảy mầm Ban đầu vết bệnh chỉ là một chấm nhỏ màu đen ở gốc thân, cổ rễsau đó lan rộng ra gốc thân và bọc quanh cổ rễ, bộ phận bị bệnh bị thối mục,màu đen ủng nước hoặc hơi khô, cổ rễ bị héo tóp, bộ phận lá thân bị héo rũnhưng vẫn giữ được màu xanh ở lá 5-6 ngày bị héo rũ và chết hàng loạt trênđồng ruộng, để lại từng chòm vạt trống khuyết cây

Còn với nấm Colletotrichum sp gây hại trên nhiều loại cây trồng có giá

trị như: cây có múi, ớt, đậu tương, cà chua….Trên đậu tương nấm gây hại trênthân, cuống lá, quả trên cây khi quả gần chín Vết bệnh màu nâu tối hay đỏnâu Giai đoạn cuối trên mặt các vết bệnh có những chấm màu đen Quả bịnhiễm bệnh, hạt thường nhỏ, nhăn nheo Bệnh lan truyền qua hạt giống, nấm

có thể gây thối hạt giống trước khi nảy mầm hay gây bệnh cho mầm đậu

Trang 6

tương Trên thân mầm hay trên lá mầm có thể có những vết bệnh màu nâuđen Bệnh cây bị gây ra bởi nấm rất nghiêm trọng, làm giảm năng suất câytrồng, thiệt hại lớn đối với ngưòi làm nông nghiệp.

2.1.2 Một số biện pháp phòng trừ bệnh nấm gây hại trên cây đậu tương

Trước tình hình bệnh nấm gây hại trên cây đậu tương đang ngày càngnghiêm trọng cần phải có những biện pháp phòng trừ nấm gây bệnh để hạnchế những tổn thất do nấm gây ra Chính vì thế người làm nông nghiệp đã sửdụng một số biện pháp phòng, trừ nấm bệnh thuờng gặp như các phương phápcanh tác: Làm sạch cỏ, cày bừa, lật đất để vùi hạch nấm, đốt thân cây khô saukhi thu hoạch, gieo cấy với mật độ thích hợp, bón phân N - P – K cân đốihoặc dùng một số thuốc hóa học đặc trị nấm như: Validacin, Anvil, Rovral,Monceren, Topsin-M, Carbenzim…

Tuy nhiên, hiệu quả phòng trừ của những biện pháp này vẫn chưa đemlại hiệu quả mong muốn Thông thường, ký sinh gây hại vùng rễ cây trồngthường rất khó phát hiện và phòng trừ kịp thời vì khi chúng ta phát hiện triệuchứng thể hiện trên cây (héo, vàng lá) thì ký sinh đã tấn công và hủy hoại mộtphần mô cây ký chủ nằm phía dưới mặt đất Do vậy việc phòng bệnh câythường tốn kém, không mang lại hiệu quả cao và cần kết hợp nhiều biện phápphòng trừ để mang lại hiệu quả kịp thời Không những thế việc sử dụng nhiềuloại thuốc hóa học với liều lượng cao trong thời gian dài đã làm mất cân bằngquần thể vi sinh vật có ích trong đất, tạo điều kiện để nấm bệnh, các loài côntrùng có hại cho cây trồng kháng thuốc Dư lượng thuốc trong sản phẩm nôngnghiệp và đất đã làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, môi trường, gây tác hạinghiêm trọng đối với sức khỏe con người và vật nuôi Ở một số nước pháttriển, nhiều loại hóa chất bảo vệ thực vật phòng trừ nấm, bệnh đã bị hạn chếhoặc cấm sử dụng

Trang 7

Ở Việt Nam, một trong những biện pháp phòng trừ nấm đã được nghiêncứu thực hiện rất sớm là ứng dụng các vi sinh vật đối kháng nấm bệnh cây vàđã đạt được những thành tựu sau: i) Sử dụng vi sinh vật đối kháng nấm nhưmột sinh vật chức năng trong sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh; ii) Tạo được cácchế phẩm lên men xốp sử dụng nhóm vi nấm Trichoderma để phòng trừ nấm gâybệnh cây trồng, tuy nhiên tác dụng phòng trừ bệnh của chúng còn chậm.

Trong những năm gần đây biện pháp bọc hạt giống bằng lớp vỏ có thànhphần là các chất bảo vệ thực vật, các chất dinh dưỡng có tác dụng làm giảmtác hại của nấm trong đất tới cây trồng trong giai đoạn nảy mầm đã được ápdụng thành công ở nhiều nước Ngoài ra để hạn chế nấm gây hại trên câyngười ta đã nghiên cứu sử dụng dung dịch nano bạc thay cho các hóa chấtchống nấm lâu nay đã được sử dụng

Nhưng do nấm tồn tại trong đất nên dù nano bạc có khả năng hạn chếnấm rất tốt cũng không thể phun trực tiếp xuống đất, như thế vừa tốn hoá chấtmà hiệu quả mang lại không cao Vì thế, cần phải đưa nano bạc lên vật mangthích hợp và vật mang thích hợp nhất là silica vì silica có thểhút ẩm nhờ hiệntượng mao dẫn ở hàng triệu khoang rỗng li ti của nó, nano bạc bị hút vào vàbám vào chỗ rỗng bên trong các hạt Một lượng silica gel cỡ một thìa càphê có diện tích tiếp xúc cỡ một sân bóng đá Mặt khác, silica có giá thành rẻ,rất phổ biến Chế tạo vật liệu Ag/Silica để ứng dụng xử lý một số loại nấmgây bệnh bằng cách bọc hạt giống Trong điều kiện ở nước ta hiện nay haibiện pháp này có thể kết hợp sử dụng để đem lại hiệu quả bảo vệ cây trồng,không làm ô nhiễm môi trường

Trang 8

2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ngày nay nguyên tố bạc được thừa nhận là chất sát trùng tự nhiên mạnhnhất và ít độc nhất có mặt trên trái đất Với kích thước nano, bạc thể hiệnnhiều tính năng khử trùng ưu việt hơn so với các tác nhân khử trùng khác, do

đó ngày càng được quan tâm nghiên cứu ứng dụng Việc sử dụng nano bạc đểcải biến các vật liệu truyền thống như chế tạo lớp phủ nano composit trên cơ

sở polyme/nano Ag bám dính tốt trên bề mặt các vật liệu trơ (như gạch men,kim loại, nhựa ), sản xuất băng gạc khử trùng dùng trong y tế, vải vóc, quầnáo phủ nano bạc, đồng thời đảm bảo tính năng bền nước, bền môi trường vàdiệt vi khuẩn, thực sự là một thành tựu đáng kể của công nghệ nano trong lĩnhvực khử trùng Các sản phẩm nano bạc ngày càng được ứng dụng rộng rãitrong các cơ sở y tế, trường học, bệnh viện, trại lính và các địa điểm côngcộng khác, nơi thường có nguy cơ lây lan bệnh cao

Nano bạc được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm ứng dụng trongkhử trùng chủ yếu là do các hạt nano bạc có năng lượng bề mặt rất lớn nênkhi tiếp xúc với môi trường nước chúng trở thành như một “kho chứa” để giảiphóng từ từ các ion bạc vào dung dịch, nhờ vậy lượng bạc “trong kho” không

bị các thành phần trong dung dịch vô hiệu hóa nhanh như vậy, có thể nói cáchạt nano bạc làm duy trì đặc tính diệt vi sinh vật của ion bạc Khả năng ứngdụng nano bạc trong việc khử trùng đã dẫn đến việc xuất hiện nhiều côngtrình nghiên cứu về cơ chế diệt vi sinh vật của ion bạc trong những năm gầnđây như trường hợp đối với muối bạc Khi được thêm vào băng gạc, kem bôi,bình xịt, vải v.v nano bạc thể hiện chức năng của tác nhân chống viêmnhiễm và có tác dụng diệt khuẩn phổ rộng bằng cách phá hủy chức năng củamàng tế bào vi sinh vật và hoạt tính của các men [6, 11] Nano bạc không chỉmạnh về khả năng diệt các vi sinh vật gây bệnh mà còn có khả năng ức chế sựphát triển của các loại nấm, vì thế, việc lựa chọn nano bạc trong nghiên cứu làrất phổ biến

Trang 9

Cho đến nay, theo các thông tin có được, vật liệu nano compositeAg/Silica là thành phần trong vỏ bọc hạt giống để chống lại tác hại của nấmvà các vi sinh vật có hại tồn lưu trong đất cho cây đậu tương trong giai đoạnnảy mầm chưa được nghiên cứu thực hiện ở nước ta mặc dầu hạt giống có vỏbọc nhập từ nước ngoài đã xuất hiện trên thị trường Qua các thông tin khoahọc công nghệ nước ngoài về biện pháp bảo vệ cây trồng trong giai đoạn nảymầm này có thể thấy đây là một kỹ thuật mới có tiềm năng áp dụng lớn trongtrồng trọt do hiệu quả bảo vệ và kích thích tăng trưởng cây cũng như tác độngbảo vệ môi trường nhờ hạn chế việc đưa các chất bảo vệ thực vật trong đất

Số lượng kết quả nghiên cứu được công bố về hiệu lực khử nấm củanano bạc rất ít so với số lượng các kết quả được công bố về hiệu lực khửkhuẩn của nano bạc nhưng trong thời gian gần đây có một số công trình cungcấp nhiều số liệu về hiệu lực khử nấm của nano bạc Công trình công bố các

số liệu về “tỷ lệ hạn chế” (inhibitoryrate) của dung dịch nano bạc với các hàm

lượng 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm và 100 ppm đối với 18 loại nấm gây hại cho

12 loại cây trồng nông nghiệp Hiệu ứng của các hạt nano bạc lên một sốchủng nấm trên da người được khảo sát Kết quả nghiên cứu tác dụng củanano bạc với các hàm lượng 5 ppm, 30 ppm, 130 ppm và 150 ppm đến

Fusarium oxysporum trong 3 môi trường nuôi khác nhau được công bố

Tại nuớc ta các nghiên cứu về chế tạo nano bạc chủ yếu đuợc triển khaitại một số Viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ ViệtNam cụ thể như: Viện Hoá học, Viện Công nghệ môi truờng, Viện Khoa họcvật liệu, Học viện Quân sự bộ quốc phòng, các trưòng đại học Quốc gia,truờng đại học Bách khoa tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiênnano bạc đuợc biến tính trên vật mang thì chỉ tìm thấy ở một số công trìnhcông bố sau:

Trang 10

Bão, lũ lụt xảy ra thường xuyên với nước ta, khi đó các công trình vệsinh, cống rãnh, nước ngoài đồng ruộng bị ngập trong nước nên các chấtthải của người và gia súc, xác động thực vật cùng hòa vào khiến cho nguồnnước bị ô nhiễm nghiêm trọng Vì thế, xử lý nước phục vụ ăn uống và sinhhoạt là việc làm cấp bách sau mỗi đợt lũ lụt xảy ra Thầy giáo PGS.TSKHTrần Hồng Côn truờng đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, đã nghiên cứuchế tạo ra bình lọc nước IET cho vùng lũ lụt có sử dụng vật liệu nanocomposite Ag/Silica để lọc nước, loại bỏ được các hạt bẩn rất nhỏ kích cỡ vàinano, khử mùi, lọc kim loại nặng như sắt, mangan, magie, tàn dư thuốc trừsâu, các chất bẩn hữu cơ vật liệu nano composite Ag/Silica được thầy chếtạo theo cách: Ag+ + Silica → Ag/Silica Tức là nano bạc sẽ được gắn lênvật mang silica sau đó sẽ dùng chất khử là HCHO để khử hết luợng Ag dưtrong dung dịch Nhưng khi đó Ag được gắn lên silica chưa được chặt chẽ,khi nước chảy qua vật liệu thì Ag+ đồng thời sẽ được giải phóng khỏi bề mặtvật liệu, dẫn đến vật liệu không bền Bên cạnh đó còn có một số công trìnhnghiên cứu về phương pháp chế tạo và hiệu lực khử nấm của các nanocomposit Ag-bentonite.

Ứng dụng Ag/Silica là thành phần trong vỏ bọc hạt giống đã chống lạitác hại của một số loại nấm gây bệnh trong đất cho cây đậu tuơng chưa đuợctìm thấy trong các công trình nghiên cứu nào đuợc công bố trong nước

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Một số công trình nghiên cứu trên thế giới về tác dụng diệt nấm của cáchạt nano bạc với nhiều cây trồng khác nhau cũng đã được công bố Các kếtquả bước đầu cho thấy các hạt nano bạc có khả năng ức chế một số loại nấmgây bệnh cho cây trồng Trên thế giới, vấn đề nano bạc được các nhà nghiêncứu hết sức quan tâm và chú trọng:

Trang 11

Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã xác định liều lượng bạc tối đakhông gây ảnh hưởng Trên cơ sở đó Tổ chức EPA của Mỹ đã xác lập tiêuchuẩn tối đa cho phép của bạc trong đối với sức khỏe con người là 10g (nếuhấp thụ từ từ) Nghĩa là, nếu một người trong toàn bộ cuộc đời của mình (70tuổi) ăn và uống vào 10g bạc, đảm bảo không có vấn đề gì về sức khỏe ,nướcuống của Mỹ là 0.1mg/lít, trong khi cộng đồng châu Âu áp dụng tiêu chuẩntối đa cho phép là 0.01mg/lít và tại LB Nga là 0.05mg/lít

Nhằm đánh giá độc tính của bạc năm 1991 Cục Bảo vệ Môi trường của

Mỹ EPA đưa ra khái niệm liều chuẩn RFD (reference dose) là lượng bạc đượcphép hấp thụ mỗi ngày mà không tác động xấu cho sức khỏe trong suốt cuộcđời Liều chuẩn được EPA chấp nhận là 5µg/kg/ngày Như vậy, một người cótrọng lượng 70kg được phép tiếp nhận vào người tối đa 350µg bạc mỗi ngày.Nồng độ bạc tối đa cho phép trong nước uống của Mỹ là 100µg/lít (EPA1991) Nếu mỗi ngày uống 2lít nước thì con người nhận vào 200µg bạc, cácloại thực phẩm ăn vào mỗi ngày chiếm trung bình 90µg và phần còn lại dànhcho việc khác không quá 60µg

Không chỉ ion bạc, mà các ion kim loại qúy khác như Au, Pt, Pd, Ir vàmột số kim loại chuyển tiếp khác như Cu, Zn, Fe, Co, Ni cũng đều có khảnăng diệt khuẩn, nhưng chỉ có ion bạc thể hiện tính năng đó mạnh nhất Ngàynay các nhà y học có ý kiến thống nhất rằng bạc là một chất kháng vi khuẩn

tự nhiên có độc tính cao đối với hầu hết các loài vi sinh vật, có phổ diệt vikhuẩn, nấm và virut rất rộng (trên dưới 650 loài, mà chúng không có khảnăng tạo đề kháng chống lại tác động của bạc do bạc ức chế quá trình chuyểnhóa hô hấp và vận chuyển chất qua màng tế bào vi sinh vật

Trang 12

Nhờ vào những thành tựu lớn lao của công nghệ nano mà ngày naynguyên tố bạc dưới dạng các hạt nano đã trở thành vật liệu được ứng dụngrộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học - sản xuất như y học, nông nghiệp,công nghiệp v.v

Liên quan đến cơ chế khử trùng của ion bạc, một số nhà nghiên cứunghiêng về các quá trình hóa-lý, chẳng hạn:

- Quá trình ôxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn hoặc quátrình phá hủy nguyên sinh chất bởi ôxy hòa tan trong nước với vai trò xúctác của bạc

- Quá trình vô hiệu hóa men có chứa các nhóm –SH và –COOH; bằngphá vỡ cân bằng áp suất thẩm thấu; bằng quá trình tạo phức với axit nucleicdẫn đến thây đổi cấu trúc DNA của vi sinh vật

- Tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng các gốc

tự do dẫn đến làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động

- Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng tế bào.Nano bạc được tổng hợp bằng nhiều phương pháp bao gồm phương phápkhử ion bạc trong môi trường nước với sự có mặt của chất ổn định, khử ionbạc trong các chất liệu có kết cấu xốp, và phương pháp khử ion bạc trên bềmặt các vật liệu được chức năng hóa Các phần tử nano bạc thể hiện nhữngtính chất nổi bật nhờ tỉ lệ diện tích bề mặt so với thể tích cao, nên được ápdụng trong rất nhiều lĩnh vực hiện nay Tuy nhiên, những ứng dụng này bịhạn chế bởi giá thành cao và khả năng hoạt động của các phần tử nano Đểkhắc phục yếu điểm này, nano bạc đã được kết hợp với nhiều chất nền nhưpolymers, bột oxit vô cơ Silica là một trong những chất nền có hiệu quả đốivới nano bạc [10]

Hiện nay, các hạt nano bạc được gắn lên silica được rất nhiều các nhàkhoa học trên thế giới quan tâm chế tạo nhằm ứng dụng cho mục đích khửtrùng một số vi khuẩn gây bệnh Silica là dạng của anhyđrit axit silicsic cócấu trúc lỗ xốp rất phát triển mạng lưới của gel bao gồm các phân tử silic

Trang 13

nằm giữa các nguyên tử oxy Silica dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũngnhư các chất có tạo với nhóm hiđroxy các liên kết kiểu cầu hiđro Silica có thểtái sinh ở nhiệt độ <2000C Ứng dụng các tính chất này, tác giả Trần Hồng Hàđã nghiên cứu quá trình tách loại urani bằng cột silica Kết quả chỉ ra rằng,urani bị loại bỏ hoàn toàn khi cho chạy qua cột với dung môi HNO3 4.5M.Cột nhồi bằng silica có đường kính 0.2 - 0.5 mm, xử lý bằng HNO3 5M [12].Hiện nay, bạc cấy lên silica là một vật liệu kháng khuẩn rất hiệu quảđược sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên, nhiềubáo cáo đã đề cập đến quá trình tổng hợp bạc-silica dùng natri silicat làm tiềnchất chỉ giới hạn đến việc dùng duy nhất một loại axit HCl Rõ ràng, natrisilicat đã vượt trội tất cả các loại tiền chất silica khác vì nó rẻ tiền và phù hợpcho sản xuất công nghiệp trên quy mô lớn Lợi thế này phải phù hợp với loạiacid được chọn cho phản ứng polyme hóa Trong nghiên cứu của AskwarHilonga và các cộng sự đã khảo sát ảnh hưởng của các loại axit khác nhaunhư HCl, HNO3 và H2SO4 lên cấu trúc và hoạt tính xúc tác quang của titanrỗng Trong nghiên cứu này thì natri silicate được sử dụng làm tiền chất silica.Nghiên cứu này cũng đề cập đến các ion Al3+ được thêm vào để cải thiện tínhchất của sản phẩm cuối cùng Vì trên thực nghiệm, các ion Al3+ làm tăng độbền hóa học của gel bạc-silica Các ion Al3+ làm giảm đáng kể sự biến mấtcủa các ion silica trong dung dịch nước và làm cho quá trình giải phóng ionbạc chậm hơn Các đặc tính của sản phẩm tạo thành cuối cùng được kiểm trabằng phương pháp BET Kết quả đo bằng phương pháp BET đã cho thấy sảnphẩm bạc cấy lên silica dựa trên việc sử dụng axit H2SO4 có những tính chấttối ưu trong tất cả các trường hợp và thích hợp trong sản xuất công nghiệpNhưng chưa có công trình nghiên cứu, chế tạo nào về ion bạc kết hợp vớivật mang silica để làm thành phần bỏ bọc hạt giống giúp chống lại những táchại do nấm bệnh gây ra trên cây đậu tương nói riêng và các loại cây nôngnghiệp nói chung.

Trang 14

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Vật liệu nano composite Ag/Silica

+ Ba loại nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani,

Colletotrichum sp.

- Phạm vi nghiên cứu: trong Phòng thí nghiệm

3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành

- Địa điểm nghiên cứu: Tầng 4 tòa nhà A30 Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

- Thời gian nghiên cứu:05/2014 - 08/2014

3.3 Nội dung nghiên cứu

Với mục tiêu đặt ra ở trên, chúng tôi đã tiến hành một số nội dungnghiên cứu sau:

- Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hình thái kích thước của vậtliệu nano composite Ag/Silica

- Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng APTES đến hình thái kích thướccủa vật liệu nano composite Ag/Silica

- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến hình thái kích thướccủa vật liệu nano composite Ag/Silica

- Đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp của vật liệu nano composite Ag/Silica.

Trang 15

3.4 Phương pháp nghiên cứu

-AgNO3 có độ tinh khiết PA (Merck)

-3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES) nhập từ công ty Aldrich Côngthức cấu tạo:

-NaBH4 nhập khẩu từ hãng Merk

-Nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp.

-Môi trường nuôi cấy nấm

b Thiết bị và dụng cụ

- Máy khuấy IKA RW 20 digital (Anh) tại viện công nghệ môi trường

- Máy lắc Grant GLS 400 (Anh) tại viện công nghệ môi trường

- Một số dụng cụ thủy tinh phổ biến trong phòng thí nghiệm: Pipet,micro pipet, ống đong, đĩa peptri, cốc, bình thủy tinh và bình định mức tạiviện Công nghệ Môi trường

3.4.1.2 Quy trình chế tạo vật liệu nano composit Ag/Silica.

Để chế tạo vật liệu nano composit Ag/Silicacó khả năng diệt khuẩn caochúng tôi tiến hành qua 3 bước sau: chế tạo các hạt Silicagel; chức năng hóabề mặt các hạt Silicagel bằng 3-aminopropyltriethoxysilane (3-APTES) đểgắn các nhóm amin (- NH2 ) lên bề mặt vật liệu silica Cuối cùng ion Ag+

Trang 16

được gắn lên nhóm amin và khử trực tiếp bằng NaBH4 tạo thành vật liệucomposit Ag/Silica.

a Quy trình chế tạo hạt silicagel

Chế tạo 5g SiO2 (từ Na2SO3.9H2O M=284)

Bước 1: Cân 23,7g Na2SO3.9H2O cho vào cốc có chứa 500ml nước ROkhuấy đều bằng máy khuấy IKA RW20 trong 10 phút với tốc độ 1000vòng/phút (dung dịch A)

Bước 2: Hút 4,5 ml H2SO4 cho vào 9ml nước RO (pha loãng) rồi nhỏ từ

từ dung dịch pha loãng trên vào (1), khuấy trong 10 phút với tốc độ khuấy là

1000 vòng/phút (dung dịch B)

Bước 3: Nhỏ từ từ dung dịch B vào dung dịch A với tốc độ 10 giọt/phút

để thu được dạng gel của silica Gel silica được già hóa 24h trước khi tiếnhành lọc rửa về pH trung tính và sấy khô trong tử sấy Membert ở 700C trong48h Bột silicagel thu được bảo quản trong lọ có gioăng kín Phương trìnhphản ứng xảy ra như sau:

b Chức năng hóa bề mặt silicagel bằng APTES

Tiến hành chức năng hóa bề mặt silicagel bằng APTES với 6 mẫu thí nghiệm

Mẫu 1: cân 2 gam silicagel vào ống nghiệm, sau đó cho thêm vào ống nghiệm 1,5ml dung dịch APTES 1%

Mẫu 2: cân 2 gam silicagel vào ống nghiệm, sau đó cho thêm vào ống nghiệm 2ml dung dịch APTES 1%

Trang 17

Sau đó, các mẫu được lắc đều bằng máy vortex trong 5 phút Tiếp theo, dùng giấy màng nhôm bọc kín rồi cho vào sấy ở 800C Sau 3 giờ, vật liệu được để nguội về nhiệt độ phòng và rửa bằng nước cất 2-3 lần để loại bỏ APTES dư Vật liệu sau đó được sấy khô trong tủ Melbert (Đức) ở 800C trong 20h, cuối cùng thu được vật liệu silica đã được chức năng hóa (AFSBs) được bảo quản trong bình nhựa

c Gắn nano bạc lên vật liệu amin_silicagel

Thực hiện gắn nano bạc lên vật liệu amin_silicagel theo các mẫu sau:Cân 2 gam vật liệu silicagel đã được chức năng hóa (AFSBs) cho vàoống nghiệm 1chứa sẵn 4ml dung dịch AgNO3 0,25%

Cân 2 gam vật liệu silicagel đã được chức năng hóa (AFSBs) cho vàoống nghiệm 2 chứa sẵn 4ml dung dịch AgNO3 0,5%

Cân 2 gam vật liệu silicagel đã được chức năng hóa (AFSBs) cho vàoống nghiệm 3 chứa sẵn 4ml dung dịch AgNO3 0,75%

Cân 2 gam vật liệu silicagel đã được chức năng hóa (AFSBs) cho vàoống nghiệm 4 chứa sẵn 4ml dung dịch AgNO3 1%;

Mẫu được khuấy đều trong bóng tối bằng máy khuấy IKA RW 20digital Sau 4 giờ, vật liệu Ag+/ AFSBs được rửa nhẹ bằng nước cất 1 – 2 lần

để loại bỏ các ion Ag+ tự do trong nước Sau đó, Ag+/ AFSBs được phân tántrong 50 ml nước cất và khuấy với tốc độ 500-7000v/phút Tiếp theo, nhỏ từ

từ (3giọt/giây) dung dịch NaBH4 0.05M vào hỗn hợp cho tới khi màu các hạt

Trang 18

vật liệu chuyển sang màu vàng đậm, thể hiện sự tạo thành các hạt nano bạc thìdừng nhỏ NaBH4 và khuấy thêm 5 phút nữa Sau khi phản ứng hoàn thành,mẫu được lọc và rửa sạch với nước cất Cuối cùng, vật liệu Ag/Silica đượcsấy khô tại 50 0C trong 15 – 20 giờ Quá trình tổng hợp nano bạc gắn trênsilica được mô tả trên hình 3.1.

Hình 3.1 Quá trình tổng hợp nano bạc gắn lên silica được chức năng hóa

(Ag-NPBs)

Trang 19

Toàn bộ quy trình chế tạo vật liệu Ag/Silica được tóm tắt trong sơ đồhình 3.2.

Hình 3.2 : Quy trình chế tạo vật liệu Ag/Silica

Lắc đều rồi ủ ở

Dung dịch APTES 1% (kích thước 0.5 – 1mm)Vật liệu silicagel

Hỗn hợp Silicagel và APTES

Dung dịch NaBH 4

Vật liệu Ag/Silica (Ag- NPB)

Trang 20

3.4.1.3 Quy trình thí nghiệm đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp.của vật liệu Ag/Silica

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình thí nghiệm đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp.

của vật liệu Ag/Silica

Pha chế môi trường nuôi cấy nấm

Đun sôi nhẹ và để môi trường về nhiệt độ phòng

Trộn vật liệu Ag/Silica vàomôi trường nuôi nấm

Đổ môi trường ra đĩa petri

Đặt khối lượng nấm vào trong

đĩa petri đã đượcđổ môi trường

Nuôi cấy trong tủ ấm

ở nhiệt độ 370C

Đọc kết quả

sau 1,2 hay 3,6 ngày theo từng loại nấm

Trang 21

3.4.2 Phương pháp theo dõi

Tiến hành theo dõi với 5 mẫu thí nghiệm

Mẫu 1: Hút 190ml Na2SO3.9H2O cho vào cốc thuỷ tinh, sau đó, thêm7ml H2O rồi đo pH ban đầu của dung dịch và dung dịch được khuấy đều trongthời gian 10 phút bằng máy khuấy IKA RW 20 với tốc độ 1000 vòng/phút.Tiếp theo, nhỏ từ từ lượng H2SO4 vào mẫu trên và khuấy đều thêm 10 phútnữa Đo pH cuối cùng của mẫu

Các mẫu 2, 3, 4, 5 làm tương tự theo lượng hoá chất cho vào trongbảng sau

Bảng 3.1: Lượng hoá chất cho vào mỗi mẫu

Trang 22

Bảng 3.2 : Lượng hóa chất cho vào mẫu khi chức năng hóa bề mặt

silicagel bằng APTES 1%

Mẫu Khối lượng silica

(gam)

Thể tích APTES 1% (ml)

Trang 23

Bảng 3.3 : Lượng hóa chất cho vào mẫu trong quá trình gắn nano

bạc lên vật liệu amin_silicagel

liệu silicagel (gam)

Tương ứng với % AgNO3 cao thì lượng NaBH4 nhỏ vào mẫu đó sẽ cómàu vàng đậm nhanh hơn và chỉ cần hàm lượng NaBH4 nhỏ vào là rất ít, chỉkhoảng 0,5ml

3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu

3.4.3.1 Phương pháp Brunauer - Emmett – Teller ( BET ).

Diện tích bề mặt riêng của vật liệu Ag/Silica và đường kính lỗ xốpđược xác định bằng phương pháp BET Trong phương pháp BET, thể tích củakhí được hấp phụ được đo ở nhiệt độ không đổi, khi đó nó là hàm của áp suấtvà đồ thị được xây dựng là P/V(Po-P) theo P/Po Xây dựng biểu đồ mà P/V(Po-P) phụ thuộc vào P/Po sẽ nhận được một đoạn thẳng trong khoảng giá trị củaáp suất tương đối từ 0,05 đến 0,3 Độ nghiêng (tgα) và tung độ của điểm cắtcho phép xác định thể tích của lớp phủ đơn lớp (lớp đơn phân tử) Vm và hằng

số C

Trang 24

Bề mặt riêng xác định theo phương pháp BET là tích số của số phân tử

bị hấp phụ nhân với tiết diện ngang của một phân tử chiếm chỗ trên bề mặtvật rắn Diện tích bề mặt riêng được tính theo công thức:

S= nmAmN (m2/g)

Trong đó:

S : diện tích bề mặt (m2/g)

nm : dung lượng hấp phụ (mol/g)

Am : diện tích bị chiếm bởi một phân tử (m2/phân tử)

N : số Avogadro ( số phân tử/mol) [11]

Trường hợp hay gặp nhất là hấp phụ vật lý của Nitơ (N2) ở 77K có tiếtdiện ngang của N2 bằng 0,162 nm2 Nếu Vm được biểu diễn qua đơn vị cm3/gvà SBET là m2/g thì ta có biểu thức:

SBET = 4,35Vm

Diện tích bề mặt của được xác định bằng sự hấp phụ khí N2 Đườnghấp phụ đẳng nhiệt của N2 được xác định ở vùng áp suất tương đối từ 0 tới 1và ở nhiệt độ 77.35K

3.4.3.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).

Sử dụng phổ hồng ngoại (IR) để xác định được sự có mặt của nhómchức amin (-NH2) trên vật liệu silicagel sau khi chức năng hóa bề mặtsilicagel bằng APTES

Nếu cho một chùm tia hồng ngoại đi qua một mẫu chất nào đó thì mộtphần năng lượng của nó sẽ bị hấp thụ để kích thích sự chuyển mức dao độngcủa các phân tử trong mẫu Nếu ghi sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào sốsóng ν ta thu được phổ hồng ngoại của mẫu

Cơ sở của phương pháp phổ hồng ngoại là định luật Lambert – Beer

I = I0 10-εCl

Trang 25

Trong đó:

I0 – Cường độ của tia sáng đơn sắc đi qua chất

I – Cường độ của tia sáng sau khi đi qua chất

ε – Hệ số hấp thụ phân tử, ε là hằng số ở một bước sóng nhất định, nó phụthuộc vào bản chất của chất, bản chất dung môi, bước sóng và nhiệt độ Đơn

vị của ε là l/mol.cm

C – là nồng độ dung dịch (mol/l)

l – Độ dày của cuvet (cm)

Thực tế người ta thường dùng đại lượng mật độ quang D:

D = lg(I0/I) = εClTrong phổ hồng ngoại, độ hấp thụ ánh sáng thường được đo bằng đạilượng truyền qua T

T = (I/I0).100%

Các máy quang phổ hiện đại thường cho phổ biểu thị sự phụ thuộc của

T hoặc D vào số sóng ν Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ truyền qua (độhấp thụ) vào bước sóng được gọi là phổ hồng ngoại Khi phân tử chất hấp thụnăng lượng, các nguyên tử sẽ dao động quanh vị trí cân bằng làm độ dài liênkết và góc hoá trị thay đổi tuần hoàn Tuy nhiên, chỉ những dao động làm thayđổi momen lưỡng cực mới xuất hiện tín hiệu hồng ngoại.Mỗi chất, mỗi nhómchức, mỗi liên kết có tần số đặc trưng riêng được thể hiện ở các pic trên phổhồng ngoại Căn cứ vào tần số này, ta sẽ xác định được liên kết giữa cácnguyên tử, nhóm nguyên tử, từ đó xác định được cấu trúc phân tử

3.4.3.3 Phương pháp hấp thụ nguyên tử UV – VIS [7]

UV-VIS (Ultraviolet–visible spectroscopy) là phương pháp phân tích

sử dụng phổ hấp thụ hoặc phản xạ trong phạm vi vùng cực tím cho tới vùngánh sáng nhìn thấy được Khi phân tử hấp thụ bức xạ UV-VIS, các electron

Định dạng
Số trang	50
Dung lượng	18,81 MB