Tạo phân bón nano từ trấu và vỏ tôm bằng công nghệ chiếu xạ

Thử nghiệm chế phẩm trên cây đậu nành. Ảnh: NNC

Đây là hướng đi mới nhằm tạo ra loại phân bón lá thế hệ mới, giúp cây trồng tăng sức đề kháng và kích thích sinh trưởng, đồng thời bảo đảm tính thân thiện với môi trường và khả năng sản xuất quy mô lớn.

Tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp trong nước, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Sinh học TPHCM và Trường Đại học Nguyễn Tất Thành đã tạo chế phẩm nano bạc – silica – oligochitosan bằng công nghệ chiếu xạ gamma Co-60.

Quy trình sử dụng các nguồn nguyên liệu hoàn toàn nội địa: thu silica từ trấu, sản xuất chitosan từ vỏ tôm cua và muối bạc AgNO₃ sẵn có trên thị trường. Nhờ vậy, chế phẩm không phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu, giảm chi phí và bảo đảm tính bền vững.

Cụ thể, trước tiên, nhóm nghiên cứu xử lý trấu bằng axit clohidric (HCl). Đây là loại axit vô cơ mạnh được sản xuất công nghiệp từ khí hiđro clorua và nước, hiện khá phổ biến trong các quy trình làm sạch, xử lý nguyên liệu, sản xuất hóa chất. Sau công đoạn này, trấu được đem rửa sạch nhiều lần, sấy khô rồi nung ở 600°Cđể thu tro giàu silica (SiO₂), một khoáng chất phổ biến trong tự nhiên, góp phần tăng sức đề kháng, kích thích sinh trưởng và là chất mang lý tưởng cho các hợp chất hoạt tính.

Tro được hòa tan trong NaOH để tạo dung dịch Na₂SiO₃, rồi trải qua bước sol-gel trong hệ butanol – nước, kết hợp chất hoạt động bề mặt, điều chỉnh pH, ly tâm, rửa, sấy và nung ở 700 độ C để thu vi hạt SiO₂ tinh khiết và kích thước ổn định.

Trong khi đó, chitosan ban đầu được ngâm trong dung dịch H₂O₂ 2% rồi chiếu xạ ở liều 15 kGy để tạo oligochitosan tan tốt và phù hợp làm chất ổn định.

Tiếp theo, dung dịch oligochitosan hòa trong acid lactic 2% được thêm từ từ AgNO₃, rồi phối trộn với vi hạt silica và nước khử ion. Hỗn hợp chứa 1 mM AgNO₃, 2% SiO₂ và 5% chitosan được chiếu xạ ở liều 4 kGy. Chính quá trình này làm Ag⁺ bị khử thành hạt nano bạc (AgNPs), đồng thời giúp chúng gắn đều lên bề mặt silica và được bảo vệ trong nền polymer. AgNPs từ lâu được biết đến với khả năng kháng vi khuẩn và nấm bệnh mạnh, nhất là khi hạt có kích thước càng nhỏ. Ngoài ra, AgNPs còn có khả năng thúc đẩy sinh trưởng thông qua việc gia tăng hàm lượng chlorophyll, protein, carbohydrate và enzyme chống oxy hóa ở cây trồng.

Kết quả, chế phẩm tổng hợp thu được AgNPs/SiO2/Oligochitosan tích hợp ba chức năng: nano bạc kháng khuẩn, kháng nấm; silica hỗ trợ cố định và phân tán hạt nano, đồng thời kích thích sinh trưởng; oligochitosan giúp ổn định chế phẩm và tăng cường sức đề kháng của thực vật.

Để đánh giá hiệu quả thực tế, nhóm nghiên cứu tiến hành hai thí nghiệm song song trên hạt và cây con đậu nành giống HNDN 910.

Ở giai đoạn hạt, giống được xử lý bằng chế phẩm tổng hợp, dung dịch SiO₂ hoặc dung dịch oligochitosan ở cùng nồng độ 0,4% trong 30 phút. Hạt được ươm trên khay có bông giữ ẩm.

Ở giai đoạn cây con, sau khi ổn định 24 giờ trong nhà lưới, cây được phun mặt lá bằng một trong ba công thức: chế phẩm tổng hợp, vi hạt SiO₂ hoặc oligochitosan, đều ở nồng độ 0,4% và phun cách nhau 7 ngày.

Kết quả cho thấy, tác động của chế phẩm tổng hợp thể hiện rõ rệt ở giai đoạn nảy mầm. Tỷ lệ nảy mầm đạt 80% khi dùng chế phẩm, cao hơn mức 71,67% ở đối chứng (chỉ phun nước), 77% ở oligochitosan và 73,67% ở SiO₂. Thời gian nảy mầm trung bình giảm từ 36,15 giờ ở đối chứng còn 29,07 giờ khi xử lý bằng chế phẩm. Chiều dài mầm, sinh khối tươi và khô đều cao hơn đáng kể, chứng minh hiệu quả cộng hưởng của ba thành phần so với từng hợp phần riêng lẻ.

Ở giai đoạn cây 35 ngày tuổi, các chỉ số sinh trưởng cũng vượt trội khi phun chế phẩm AgNPs/SiO₂/Oligochitosan. Trong khi đó, Oligochitosan giúp cải thiện đôi chút nhưng không bằng chế phẩm tổng hợp, còn SiO₂ gần như không tạo khác biệt so với đối chứng.

Những kết quả trên cho thấy chế phẩm AgNPs/SiO₂/Oligochitosan không chỉ giúp tăng tỷ lệ và tốc độ nảy mầm mà còn cải thiện rõ rệt sinh trưởng thân, rễ, gia tăng sinh khối và kích hoạt cơ chế bảo vệ tự nhiên của cây. Việc kết hợp đồng thời ba hợp phần tạo ra tác động cộng hưởng thay vì chỉ bổ sung đơn lẻ.

Nhóm nghiên cứu đánh giá quy trình có thể mở rộng sản xuất, không gây tồn dư hóa chất, có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao.