Nano SiO₂ được biết đến từ lâu với nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống như làm vật liệu xúc tác, vật liệu xây dựng nhẹ, xử lý hạt giống, diệt khuẩn, y dược và được ứng dụng ngược lại nông nghiệp với vai trò là chất kích kháng, tăng cường khả năng đề kháng với vi sinh vật cho cây trồng,...

Có nhiều phương pháp để tổng hợp nano silica như phương pháp kết tủa hóa học, kỹ thuật thủy nhiệt, hóa ướt, Sol-Gel, VLS, micelle, v.v. Tuy nhiên, đa phần các nghiên cứu thường sử dụng nguồn chất đầu của silic ở dạng tinh khiết, đắt tiền, gây ô nhiễm môi trường, tốn năng lượng và chỉ dừng lại ở quy mô thí nghiệm nên hạn chế khả năng ứng dụng thực tế của nano silica.

Do vậy, xu hướng tìm ra nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền và giàu silic để chế tạo loại vật liệu nano này đang được quan tâm dần trong thời gian gần đây. Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu SiO₂ nhất, đạt khoảng 90 đến 98% về khối lượng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tưởng để tổng hợp vật liệu SiO₂.

Phương pháp Sol-gel được sử dụng rộng rãi trong chế tạo và nghiên cứu trong ngành vật liệu. Ưu điểm nổi trội nhất của phương pháp sol-gel là khả năng chế tạo được những vật liệu có cấu trúc đồng đều, độ khuếch tán cao, phản ứng ở nhiệt độ thấp, hiệu quả, kinh tế và thích hợp cho quá trình sản xuất ở quy mô lớn.

Tro trấu sau tiền xử lý với HCl ở các nồng độ và thời gian xử lý khác nhau

ỨNG DỤNG CỦA NANO SILICA

Nano silica dùng làm thuốc trừ sâu

Nhiều loại côn trùng khác nhau sử dụng các loại cuticular lipid nhằm hạn chế sự mất nước. Các hạt nano silica có khả năng tương tác với các lipild này, giúp tiêu diệt các loại sâu bệnh gây hại. Ngoài ra, nano silic được chứng minh là không gây hại đối với cây trồng và con người.

Trong lĩnh vực sơn

Nano silica với cấu trúc mạng ba chiều, có diện tích bề mặt lớn, cho thấy hoạt động rất tốt, có thể hình thành một cấu trúc mạng trong sơn, tăng độ bền của sơn và lớp ngoài cùng và cải thiện sắc tố, có thể duy trì màu sơn lâu dài không phai.

Nano silica làm gia tăng thành phần dinh dưỡng của đất và kích thích sự nảy mầm ở cây bắp

Việc bổ sung nano silic vào đất giúp gia tăng hàm lượng dinh dưỡng N, P, K. Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica lên khả năng nảy mầm của cây bắp cũng cho thấy khi bổ sung nano silica khả năng nảy mầm của cây bắp cũng tăng lên.

Nano silica giúp gia tăng chiều cao cây, chiều dài rễ, lá và sinh khối ở cây so với các phân bón silic khác

Nghiên cứu cho thấy bổ sung nano silica ở 10 kg/ha (0,09 ppm) đã có hiệu quả hơn hẳn so với bổ sung phân bón silic thông thường ở 500 kg/ha trong việc gia tăng chiều cao cây, chiều dài rễ, lá và cả sinh khối (khô và ướt) ở cây lúa.

Nano silica dùng trong điều trị bệnh ung thư

Hạt nano silica kích thước 100 nm được bao bọc bên ngoài bằng vàng kích thước 20 nm đã được chứng minh là có thể hấp thụ được các bước sóng trong vùng cận hồng ngoại, chuyển chúng thành nhiệt năng và tiêu diệt các tế bào ung thư.

Đề tài “Chế tạo nano silica từ tro trấu bằng phương pháp sol-gel” được sinh viên Huỳnh Tiến Hùng lớp 14DSH02 thực hiện thành công tại Khoa Công nghệ Sinh học, trường Đại học Nguyễn Tất Thành trong chương trình “Sinh viên nghiên cứu khoa học” do Phòng Khoa học Công nghệ tổ chức, đạt được một số kết quả ban đầu:

Tiền xử lý tro trấu với HCl trong thời gian và nhiệt độ thích hợp. Kết quả chiết xuất natri sillicat từ tro trấu với hiệu suất cao trong NaOH. Các yếu tố tối ưu cho quá trình Sol-gel bao gồm tỉ lệ CTAB, tỉ lệ butanol/nước.

Sản phẩm nano silica tạo thành có kích thước hạt là 15-17 nm và kết thành cụm trong dung dịch với kích thước trung bình là 10 – 95 µm. Sản phẩm nano silica chế tạo được có độ tinh khiết cao và có thể sử dụng trong nông nghiệp và các lĩnh vực khác.

Quy trình chế tạo nano silica

Trần Lệ Trúc Hà