[发明专利]一种纳米硅溶胶的合成与应用方法

说明书

本发明公开了一种纳米硅溶胶的合成与应用方法，应用本方法能够制备出粒径2‑5nm的二氧化硅溶胶(S2‑SiO₂NPs)，在水稻孕穗前2周，叶面喷施该溶胶稀释液能够显著阻抑镉向水稻籽粒的迁移蓄积，而且这种阻抑效应明显优于喷施相同稀释倍数的普通纳米二氧化硅溶胶(S1‑SiO₂NPs)。本合成步骤简单，成本较低，易于推广，可为稻田镉的面源污染防治和降低稻米镉含量提供一种高效便捷的技术。

技术领域

本发明涉及一种纳米硅溶胶的合成与应用方法，该方法通过水稻叶面途径阻抑镉向稻米的迁移蓄积。在水稻孕穗前2周，叶面喷施此溶胶稀释液能够有效降低镉在稻米中的累积，其阻抑效应明显优于喷施普通硅溶胶稀释液。本合成方法简单，成本较低，易于推广，可为稻田镉污染防治和降低稻米镉含量提供一种高效便捷的技术。

背景技术

叶面阻控技术是向植物叶面喷施适宜剂量的改良剂，抑制有毒重金属或类金属向果实或种子的迁移蓄积，也是降低稻米中镉、砷、铅等元素含量的一条重要途径。目前报道较多的是硅、硒、锌、铁、锰、硫等植物营养调节剂，这些调节剂可有效降低典型重金属或类金属在稻米等作物中的累积。

水稻是典型的硅富集植物，施硅有助于水稻丰产和对重金属的抗性。研究发现，水稻茎部积累的镉极易迁移到叶片，而叶片中的硅结合蛋白能够结合并沉积进入叶片的硅，被结合的硅进一步与镉络合并发生沉淀反应，阻抑镉的向上运输。另外，水稻茎的节点是镉由木质部向韧皮部转运的中心部位，尤其是第一节点往往表现出对镉的最强富集能力。现已发现，硅对镉向上迁移的阻抑效应依次为：有机硅溶胶>无机硅溶胶>Na₂SiO₃，而且叶面喷施硅溶胶对镉的阻抑效应明显优于土施硅肥。叶面喷施硅溶胶还能够降低水稻叶片的蒸腾强度，在一定程度上也能够降低水稻对镉的吸收和向上转运。

实践结果表明，硅溶胶的粒径大小是影响水稻细胞吸收镉的关键因子，其粒径越小，与镉离子的结合位点就越多，对镉离子的结合能力也就越显著。因此，改进硅溶胶的合成工艺，提高其拮抗、钝化和阻抑重金属离子向稻米迁移累积的潜力，可望为稻田重金属污染的防治和消减稻米的重金属污染提供一种高效、便捷和安全的技术。现有文献或专利报道的有关硅溶胶的合成方法只能合成粒径在40nm以上的SiO₂NPs。本发明首次将阿拉伯树胶作为分散剂和乳化剂应用于SiO₂NPs溶胶的制备过程，有效地阻止了SiO₂NPs微粒的聚合，建立了合成这种极小尺寸SiO₂NPs溶胶的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米硅溶胶的合成与应用方法，以解决上述背景技术中提出的在镉污染稻田种植食品安全达标大米的技术难题。

为此，本发明提供如下技术方案：一种纳米硅溶胶的合成与应用方法，其合成方法包含如下步骤：

①将100mL无水乙醇、6mL浓氨水和3mL去离子水混合，磁力搅拌3h(30℃，300r/min)；

②将1g阿拉伯树胶充分溶解于50mL去离子水，再缓慢加入①，磁力搅拌0.5h(30℃，300r/min)；

③逐滴加入2.0mL正硅酸乙脂(TEOS)，继续磁力搅拌3h(40℃，300r/min)；

④用去离子水定容至200mL，磁力搅拌1h(75℃，300r/min)得到SiO₂NPs溶胶，4℃-8℃储存；

⑤应用TEM和EDS对SiO₂NPs溶胶进行表征。

更进一步的，应用去离子水将合成的SiO₂NPs溶胶分别稀释成30×、20×和10×应用液，在水稻孕穗前2周连续喷施水稻叶面2次，间隔7天，能够显著降低稻米中镉的质量分数。

附图和附表说明