Các vật liệu cấu thành này có các tính chất vật lý và hóa học khác nhau đáng chú ý và được hợp nhất với nhau để tạo ra một loại vật liệu có các đặc tính chuyên dụng để phù hợp với mục đí
TỔNG QUAN
Tổng quan về vật liệu composite
Vật liệu composite, hay còn gọi là composite, là sản phẩm được tạo ra từ hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau, có đặc tính vật lý và hóa học nổi bật Sự kết hợp này giúp tạo ra một loại vật liệu với các đặc điểm chuyên dụng, như tăng cường độ cứng, giảm trọng lượng hoặc cải thiện khả năng cách điện Ngoài ra, vật liệu composite còn được ứng dụng để nâng cao độ bền và độ cứng của sản phẩm.
Mỗi vật liệu composite bao gồm một hoặc nhiều pha gián đoạn được phân tán trong một pha liên tục duy nhất Các pha gián đoạn, hay còn gọi là cốt hoặc vật liệu gia cường, kết hợp với pha liên tục, tức là vật liệu nền, nhằm cải thiện độ bền cơ học, khả năng kết dính, và tính năng chống mài mòn, chống trầy xước.
1.1.2 Phân loại vật liệu composite
Vật liệu composite được phân loại theo nhiều cách khác nhau, dưới đây là các cách để phân loại vật liệu composite [4]:
1.1.2.1 Phân loại theo loại vật liệu nền:
Composite nền kim loại là vật liệu được gia cố bằng các sợi kim loại có giá thành thấp và khối lượng riêng cao Những sợi kim loại phổ biến như thép, vonfram và boric thường được sử dụng để tăng cường độ bền cho composite.
Vật liệu composite nền vô cơ, như cacbua silic gia cố bằng sợi carbon, có nhiều ứng dụng nhờ vào những tính chất đặc trưng của các thành phần Chúng đặc biệt hứa hẹn trong các ứng dụng kết cấu ở nhiệt độ cao, mở ra tiềm năng sử dụng lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
2 dụng về loại vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ hay có mặt trong động cơ phản lực
Vật liệu composite trên nền polymer là lựa chọn lý tưởng nhờ vào quy trình xử lý dễ dàng, mật độ nhẹ và khả năng thể hiện các tính năng cơ học mong muốn.
1.1.2.2 Phân loại theo bản chất của pha phân tán:
Theo cách phân loại này, có các loại vật liệu sau:
• Vật liệu composite được gia cố bằng sợi liên tục
• Vật liệu composite được gia cường bằng vải sợi (vải dệt)
• Vật liệu composite gia cố dạng tấm
• Vật liệu composite được gia cố bằng hạt
• Vật liệu composite được gia cố bằng hạt nano
1.1.3 Ứng dụng trong đời sống
Vật liệu composite đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực trong đời sống hiện nay, cụ thể:
• Tàu vũ trụ: radar, động cơ tên lửa, trong cấu trúc của ăng-ten,…
• Máy bay: bề mặt cánh quạt, động cơ phản lực, trục tua bin,…
• Ô tô: các bộ phận của động cơ, thanh giằng, trục khuỷu,…
Vật liệu composite đang được ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, đặc biệt là trong PBNC, với hai thành phần chính là phân bón cung cấp chất dinh dưỡng và vật liệu nền.
Tổng quan về phân bón
Phân bón là các chất vô cơ hoặc hữu cơ, tự nhiên hoặc tổng hợp, được sử dụng để cung cấp dưỡng chất thiết yếu cho sự phát triển của cây trồng Chúng không chỉ cải thiện độ màu mỡ của đất mà còn phục hồi các yếu tố dinh dưỡng đã bị cây trồng lấy đi Vai trò của phân bón là rất quan trọng, quyết định năng suất cây trồng.
Tất cả các loại thực vật, bao gồm cả cây trồng, đều sử dụng các dạng phân bón vô cơ và hữu cơ tương tự nhau trong đất, mặc dù nguồn gốc của chúng có sự khác biệt.
1.2.2 Sự ảnh hưởng của phân bón tới cây trồng
Các chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự sống khỏe mạnh của thực vật được phân loại theo các nguyên tố, tuy nhiên, các nguyên tố này không được sử dụng trực tiếp làm phân bón Thay vào đó, các hợp chất chứa các nguyên tố này là nền tảng cho việc sản xuất phân bón.
Các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho thực vật được chia thành hai loại: nguyên tố đa lượng, mà cây cần với số lượng lớn, và nguyên tố vi lượng, mà cây cần với số lượng nhỏ Nguyên tố đa lượng được tiêu thụ với khối lượng lớn hơn và hiện diện trong mô thực vật với tỷ lệ từ 0,15% đến 6,0% trên cơ sở tổng khối lượng vật chất khô (0% độ ẩm).
Thực vật chủ yếu được cấu tạo từ bốn nguyên tố quan trọng: hydro, oxy, carbon và nitơ Hydro, oxy và carbon có sẵn dưới dạng nước và carbon dioxide, trong khi nitơ, mặc dù có trong khí quyển, lại không thể sử dụng trực tiếp bởi thực vật Do đó, nitơ trở thành phân bón thiết yếu vì nó là thành phần chính trong protein, DNA và chất diệp lục Một số vi khuẩn và cây họ đậu có khả năng cố định nitơ từ khí quyển (N2) thành amoniac, giúp cung cấp nguồn nitơ cho thực vật Bên cạnh nitơ, phosphate cũng rất quan trọng, cần thiết cho việc sản xuất DNA, ATP - chất mang năng lượng chính trong tế bào, và một số loại lipid nhất định.
Trong phân bón có chứa:
• Ba loại nguyên tố đa lượng chính: o Nito (N): giúp cây phát triển lá
Phospho (P) đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển rễ, hoa, hạt và quả, trong khi Kali (K) giúp cây phát triển thân cứng cáp, điều tiết sự di chuyển của nước trong cây, đồng thời thúc đẩy quá trình ra hoa và đậu quả.
• Ba chất dinh dưỡng đa lượng thứ cấp: canxi (Ca), magiê (Mg) và lưu huỳnh (S)
• Nguyên tố vi lượng: đồng (Cu), sắt (Fe), mangan (Mn), molypden (Mo), kẽm (Zn), bo (B) Đôi khi còn có silicon (Si), coban (Co) và vanadi (V) [5]
Các chất dinh dưỡng vi lượng là những yếu tố thiết yếu mà cây trồng cần với hàm lượng nhỏ, tính bằng phần triệu (ppm) Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ hoạt động của các enzym trong mô thực vật và tham gia vào quá trình trao đổi chất của cây.
Việc sử dụng phân bón cần được thực hiện cẩn thận để tránh tình trạng dư thừa gây hại cho cây trồng, có thể dẫn đến hiện tượng cháy phân và thậm chí là chết cây Để đạt được năng suất tối đa, cần tối ưu hóa quá trình cung cấp các chất dinh dưỡng Thiếu hụt dinh dưỡng sẽ khiến cây còi cọc, giảm năng suất, làm chậm chu kỳ sinh trưởng, và gây ra hiện tượng đậu quả muộn Khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây phụ thuộc vào hoạt động sinh học của chúng, thường xảy ra trong mùa sinh trưởng và chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm của đất.
Phân bón truyền thống giúp tăng cường sự phát triển của cây trồng bằng cách cung cấp chất dinh dưỡng và cải thiện hiệu quả của đất thông qua việc điều chỉnh khả năng giữ nước và thông khí Để đảm bảo hiệu quả tối ưu trong việc bón phân, cần thực hiện các biện pháp xử lý cỏ dại cần thiết, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng chất dinh dưỡng cho cây trồng.
1.2.3 Phân loại các loại phân bón
Phân bón ngày nay được phân loại theo nhiều cách khác nhau:
1.2.3.1 Phân loại dựa trên nguồn cung cấp chất dinh dưỡng
Trên cơ sở cung cấp chất dinh dưỡng, các loại phân bón có thể được phân loại thành phân bón đơn và phân phức hợp
• Phân bón đơn: Như tên gọi đã chỉ ra, phân bón đơn cung cấp một chất dinh dưỡng duy nhất cho cây trồng (ví dụ: K, P hoặc N)
Phân bón đa lượng hay phân phức hợp cung cấp hai hoặc nhiều chất dinh dưỡng, thường được sử dụng vì tính đa dạng của các thành phần dinh dưỡng Phân bón này được chia thành hai loại: phân bón hai thành phần (NP, NK, PK) và phân bón ba thành phần (NPK) Phân bón hai thành phần như mono ammonium phosphate (MAP) và di ammonium phosphate (DAP) cung cấp cả nitơ và phốt pho cho cây, với khoảng 85% thành phần hòa tan trong nước Phân NPK, chứa nitơ, phốt pho và kali, được gọi là phân bón ba thành phần.
1.2.3.2 Phân loại dựa trên sự có mặt hay không có carbon
• Phân bón hữu cơ: Phân hữu cơ là các chất có nguồn gốc từ thực vật hoặc động vật được tái chế
• Phân bón vô cơ: Phân vô cơ hoặc phân tổng hợp được tổng hợp bằng nhiều phương pháp hóa học khác nhau [10]
1.2.4 Các loại phân bón vô cơ phổ biến:
Trên thị trường hiện nay, phân bón vô cơ có nhiều loại, sau đây là các loại phân vô cơ phổ biến hiện nay
Phân đạm là loại phân bón chiếm ưu thế trên thị trường hiện nay, cung cấp nguyên tố dinh dưỡng quan trọng nhất là Nito cho cây trồng.
Nitơ (N) là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên, chiếm 78% khí quyển dưới dạng khí dinitơ (N2) Mặc dù quan trọng cho sự sống, nitơ ở dạng khí dinitơ không thể được cây hấp thụ và trao đổi chất trực tiếp.
Nitro có mặt không chỉ trong khí quyển mà còn tồn tại nhiều trong các hợp chất hữu cơ như nước tiểu của người và động vật Nó đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình trao đổi chất ở thực vật và động vật.
Nitơ là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển của cây trồng Tuy nhiên, nguồn cung cấp nitơ tự nhiên trong đất thường không đủ để đạt được sự tăng trưởng tối ưu Do đó, hầu hết các loại phân bón đều bổ sung nitơ để cải thiện năng suất cây trồng Quá trình di chuyển của nitơ hòa tan từ phân bón trong đất diễn ra rất phức tạp.
Phân đạm có vai trò rất quan trọng đối với cây trồng nói chung, đặc biệt là các loại cây ăn lá như rau nói riêng [12]
Trong công nghiệp, phân đạm được sản xuất bằng khí đốt tự nhiên hoặc than đá
Các loại phân đạm phổ biến trên thị trường hiện nay là:
Phân urea là loại phân bón có hàm lượng nitơ cao nhất, với 44-48% nitơ nguyên chất, chiếm 59% tổng sản lượng phân đạm toàn cầu.
• Phân ammonium nitrate (NH4NO3): có chứa 33 – 35% Nito nguyên chất, loại phân này chiếm 11% tổng số phân đạm được sản xuất hàng năm trên thế giới
Tình hình phân bón trên thế giới và tại Việt Nam
Theo Hiệp hội Phân bón Quốc tế (IFA), nhu cầu toàn cầu về phân bón trong năm 2020 ước tính đạt 203,8 triệu tấn, tăng 6,3% so với năm 2019.
(12 triệu tấn) Đây là mức tăng nhu cầu sử dụng phân khoáng lớn nhất kể từ 2010
Nhu cầu sử dụng phân bón trong thời gian tới dự kiến sẽ tăng trưởng đáng kể, với phân đạm tăng 5% (khoảng 5.5 triệu tấn), đạt 113.7 triệu tấn; phân lân tăng 6.8% (3.1 triệu tấn), đạt 49.7 triệu tấn; và phân bón Kali tăng mạnh 9.1% (khoảng 3.4 triệu tấn), đạt 40.4 triệu tấn.
Sự tăng trưởng nhu cầu sử dụng phân kali mạnh mẽ sau khi sụt giảm 0.9% trong năm
Năm 2018 chứng kiến sự tăng trưởng, nhưng năm 2019 lại ghi nhận sự trì trệ với mức giảm 0.2% Sự gia tăng đáng kể nhu cầu toàn cầu về chất dinh dưỡng khoáng trong năm 2020 được giải thích bởi giá cây trồng cao hơn, tỷ lệ hợp lý giữa giá phân bón và giá cây trồng, thời tiết thuận lợi ở các nước tiêu thụ chính, cùng với sự tăng cường hỗ trợ của chính phủ đối với nông nghiệp.
Trong năm 2021, nhu cầu phân bón toàn cầu giảm 3% (tương đương 5,5 triệu tấn), đạt 198,2 triệu tấn, theo IFA Sự giảm sút này ảnh hưởng đến cả ba loại chất dinh dưỡng chính: đạm, lân và kali Cụ thể, nhu cầu phân đạm chỉ giảm 2,1%, ít bị ảnh hưởng hơn so với phân lân và phân kali, với mức giảm lần lượt là 3,3% và 3,9%.
Cũng theo IFA, nhu cầu sử dụng phân bón toàn cầu sẽ hồi phục lại trong 2022 và
Nhu cầu phân bón toàn cầu trong năm 2023 dự báo sẽ phục hồi 3% từ mức giảm 3%, đạt tổng cộng 203,6 triệu tấn, tương đương với mức năm 2020 Cụ thể, nhu cầu phân đạm sẽ tăng 2% lên 114 triệu tấn, nhu cầu phân lân sẽ tăng 3% đạt 49,5 triệu tấn, và nhu cầu phân kali dự kiến tăng 4% lên 40,3 triệu tấn.
❖ Việt Nam đã nhập khẩu trên 4,54 triệu tấn phân bón trong năm 2021
• Năm 2021 vừa qua, nhập khẩu phân bón của Việt Nam đạt 4.54 triệu tấn, trị giá 1.45 tỷ USD, tăng 19.4% về khối lượng, tăng 52.6% về trị giá so với năm 2020 [18]
Trung Quốc là thị trường nhập khẩu phân bón lớn nhất của Việt Nam trong năm 2021, chiếm 44.5% tổng lượng và 42% tổng giá trị nhập khẩu phân bón của cả nước, với khối lượng đạt 2.02 triệu tấn và giá trị lên tới 610.29 triệu USD.
Trong năm 2021, thị trường nhập khẩu phân bón của Việt Nam ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ từ khu vực Đông Nam Á, với khối lượng nhập khẩu tăng 37,2% và trị giá tăng 117,4% Cụ thể, Việt Nam đã nhập khẩu 504.838 tấn phân bón, tương đương với trị giá 190,44 triệu USD.
• Tiếp đến là thị trường Nga với 386 193 tấn, trị giá 143.53 triệu USD, tăng 7.9% về lượng, tăng 30.3% về trị giá so với năm 2020 [18]
❖ Việt Nam xuất khẩu trên 1,35 triệu tấn phân bón
Theo số liệu sơ bộ của Tổng cục Hải quan, trong năm 2021, Việt Nam đã xuất khẩu hơn 1.35 triệu tấn phân bón, thu về 559.35 triệu USD, với giá bình quân đạt 413.4 USD/tấn So với năm 2020, lượng phân bón xuất khẩu tăng 16.4%, kim ngạch tăng 64.2% và giá tăng 41.2% Campuchia là thị trường xuất khẩu lớn nhất, chiếm 40.2% tổng lượng và 37.4% tổng kim ngạch xuất khẩu phân bón của cả nước.
544 443 tấn, tương đương hơn 209.18 triệu USD, giá bình quân đạt 384.2 USD / tấn, tăng 29.2% về lượng, 59% về kim ngạch và 23.2% về giá so với năm 2020 [19]
Việt Nam đã xuất khẩu 97.789 tấn phân bón sang Hàn Quốc, đạt 70,84 triệu USD, với giá bình quân 724,4 USD/tấn, tăng mạnh 379% về lượng, 2.001% về kim ngạch và 338,7% về giá so với năm 2020 Xuất khẩu sang Malaysia đạt 106.917 tấn, tương đương 36,16 triệu USD, tăng 14,3% về lượng và 97,6% về kim ngạch Đối với thị trường Philippines, Việt Nam xuất khẩu 61.385 tấn phân bón, đạt 26,03 triệu USD, với mức tăng 242,4% về lượng và 401,6% về kim ngạch so với năm 2020.
Khái quát về PBNC
Ngành công nghiệp phân bón đang đối mặt với thách thức lớn trong việc nâng cao hiệu suất sử dụng phân bón Để giải quyết vấn đề này, việc nghiên cứu và phát triển loại phân bón mới là rất cần thiết Nhờ vào những nỗ lực không ngừng của các nhà khoa học, loại phân bón mới mang tên PBNC đã được chế tạo thành công, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đặt ra.
Phân nhả chậm là loại phân bón giúp cây trồng cung cấp dinh dưỡng một cách hiệu quả bằng cách giải phóng từ từ các chất dinh dưỡng vào đất Điều này không chỉ giảm thiểu sự thất thoát dinh dưỡng do rửa trôi và bốc hơi mà còn tiết kiệm lượng phân bón sử dụng, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường.
Trong thương mại, PBNC là các sản phẩm dạng viên trần hoặc được phủ Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu (CEN) đã đưa ra các đề xuất về PBNC trong đất, trong đó phân loại một loại phân là phân nhả chậm nếu các chất dinh dưỡng được giải phóng từ từ dưới điều kiện nhất định Cụ thể, ở nhiệt độ 25°C, phân nhả chậm phải đáp ứng một trong ba tiêu chuẩn quy định.
• Không quá 15% chất dinh dưỡng được giải phóng trong 1 ngày
• Khoảng từ 15 đến 75% chất dinh dưỡng được giải phóng trong 28 ngày
• Ít nhất 75% chất dinh dưỡng được giải phóng trong khoảng thời gian đã định
1.4.2 Ưu điểm của phân nhả chậm
Các chất dinh dưỡng phát huy hiệu quả tối ưu khi được giải phóng từ từ trong suốt một mùa, thay vì được cung cấp đột ngột, giúp tăng cường hiệu suất sử dụng dinh dưỡng.
Lượng phân bón sử dụng được giảm bớt, hạn chế được nguy cơ gây hại cho cây trồng nhờ nồng độ muối hòa tan cao
Một lần bón phân có thể đáp ứng nhu cầu thời vụ của cây trồng, giảm chi phí sử dụng lao động [21]
Nâng cao hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng và giảm thất thoát là mục tiêu quan trọng trong nông nghiệp Việc áp dụng phân nhả chậm giúp giảm 20-30% lượng phân bón so với phương pháp truyền thống, đồng thời vẫn đảm bảo năng suất cây trồng tương đương.
Việc sử dụng phân bón một cách hợp lý và khoa học giúp giảm thiểu các rủi ro liên quan đến phân bón như cháy lá, ô nhiễm nguồn nước và phú dưỡng - một quá trình mà các vùng nước bị dư thừa chất dinh dưỡng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và hệ sinh thái.
Tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng chậm giúp duy trì nồng độ chất dinh dưỡng trong dung dịch đất ở mức thấp, từ đó giảm thiểu sự thất thoát và hiện tượng rửa trôi.
1.4.3 Cơ chế của phân nhả chậm
Hai phương pháp chính thường được sử dụng để sản xuất PBNC hiện nay là: phương pháp chất nền và phương pháp lõi-vỏ
• Phương pháp chất nền (matrix method):
Phân bón này được cấu tạo từ một hoặc nhiều hợp chất hóa học, kết hợp với chất nền, nhằm đảm bảo quá trình phân giải chậm các chất dinh dưỡng.
Phân bón được sản xuất theo phương pháp này hoạt động bằng cách hạt phân được bón vào đất và tưới nước lên bề mặt Nước tiếp xúc với hạt phân, làm cho phân hòa tan và giải phóng các ion dinh dưỡng vào nước Những ion này sau đó ngấm vào đất, giúp rễ cây hấp thụ chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển.
Phân bón PBNC được cấu tạo bằng cách bao phủ một lớp bảo vệ không tan trong nước, giúp kiểm soát sự nhả chậm chất dinh dưỡng qua cơ chế khuếch tán Quá trình này diễn ra theo 4 giai đoạn, đảm bảo hiệu quả cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
1) Sự thẩm thấu của nước vào bên trong lớp phủ polyme
2) Sự trương nở do nước hấp phụ
3) Sự hòa tan một phần chất dinh dưỡng ra khỏi phân bón dạng hạt bên trong lớp phủ polyme
4) Giải phóng chậm các chất dinh dưỡng thông qua khuếch tán, dưới nồng độ hoặc gradien áp suất hoặc sự kết hợp của cả hai, ra khỏi nền polyme [23]
Hình 1.1 Mô hình phân giải của phân nhả chậm
Tốc độ khuếch tán chất dinh dưỡng từ lớp phủ polyme vào đất phụ thuộc vào độ hòa tan và tính sẵn có của các chất dinh dưỡng trong đất Sự chênh lệch nồng độ giữa đất và lõi của PBNC là yếu tố chính chi phối tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng.
1.4.4 Phân loại phân nhả chậm
Các loại PBNC hiện nay chủ yếu chia thành hai dạng: vật lý và hóa học PBNC dạng vật lý khắc phục nhược điểm của phân bón hòa tan nhanh vào đất nhưng không kiểm soát được quá trình chuyển hóa của đất, trong khi PBNC dạng hóa học giúp làm chậm tốc độ thủy phân bằng enzym, nhưng thời gian thủy phân vẫn ngắn và bị ảnh hưởng bởi loại đất và giống cây trồng Ngoài ra, còn có PBNC dạng hỗn hợp, loại này kiểm soát hiệu quả hơn quá trình hòa tan và chuyển hóa phân bón trong đất, đồng thời có khả năng làm chậm quá trình thủy phân, giúp quá trình thủy phân bằng enzym diễn ra trơn tru hơn, từ đó tránh hiện tượng bùng nổ chất dinh dưỡng.
Sau đây là mô tả chi tiết về việc phân loại riêng từng nhóm của PBNC [45]
PBNC là loại vật lý giúp ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa phân bón và đất thông qua các biện pháp vật lý đơn giản như lớp phủ hoặc sử dụng chất nền, nhằm kiểm soát tốc độ phân hủy và phát thải dinh dưỡng.
Nước trong đất thẩm thấu vào lõi phân bón và dung dịch dinh dưỡng, giúp đồng bộ hóa tỷ lệ giải phóng với nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng Phân bón không có chất hóa học (PBNC) được phân loại thành hai loại: phân bón phủ và phân bón nền.
PBNC có lớp phủ là loại phân bón được phủ một hoặc nhiều lớp vật liệu trơ lên bề mặt hạt phân, tạo thành màng chắc, ít thấm nước Cấu trúc màng khác nhau sẽ mang lại hiệu ứng giải phóng dinh dưỡng nhanh hoặc chậm Các loại PBNC có lớp phủ phổ biến bao gồm urê phủ lưu huỳnh và polyme Chúng được chia thành ba loại chính: phủ vô cơ, phủ polymer và phủ composite đa chức năng.
• PBNC có nền hỗn hợp: đây là loại phân bón mới, có chi phí sản xuất thấp
Tổng quan về SiO 2 -silica
Silic dioxit, hay còn gọi là silica, là một oxit của silic với công thức hóa học SiO2 Chất này được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên dưới dạng thạch anh và trong nhiều sinh vật sống khác nhau.
Hình 1.2 Cấu trúc của silica
Silica, thành phần chính trong cát, là một trong những vật liệu phức tạp và phong phú nhất trên Trái Đất Nó tồn tại dưới dạng hợp chất của nhiều khoáng chất và sản phẩm tổng hợp như thạch anh nung chảy, silica bốc khói, silica gel, opal và aerogel Silica không chỉ được sử dụng trong cấu trúc vật liệu và vi điện tử như một chất cách điện, mà còn đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.
Silica trong tự nhiên chủ yếu xuất hiện dưới dạng tinh thể hoặc vô định hình Hầu hết silica tổng hợp nhân tạo được sản xuất dưới dạng bột hoặc keo với cấu trúc vô định hình.
Silica, ngoài việc là thành phần chính của cát, còn tồn tại phổ biến dưới dạng thạch anh, chiếm hơn 10% khối lượng của vỏ trái đất.
[38] Thạch anh là dạng đa hình duy nhất của silica ổn định trên bề mặt Trái đất
Silica là một vật liệu phổ biến và dễ khai thác, chiếm số lượng lớn trong tự nhiên, với nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống hàng ngày.
Khoảng 95% silic điôxít (cát) được sử dụng cho mục đích thương mại chủ yếu trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong sản xuất bê tông, bao gồm bê tông xi măng poóc lăng.
1.5.2.2 Trong công nghiệp gốm sứ
Hầu hết các sản phẩm gốm như bộ đồ ăn, đồ nấu nướng, gạch lát nền và tường, cũng như thiết bị vệ sinh, đều chứa silica, tràng thạch và đất sét Silica được thêm vào nhằm duy trì cấu trúc và hình dạng của sản phẩm trong quá trình xử lý.
Silica là nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất sợi quang viễn thông, đồng thời cũng được sử dụng rộng rãi trong chế tạo nhiều loại gốm như đất nung, đồ đá và đồ sứ.
1.5.2.4 Trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm
Silica, dưới dạng keo, kết tủa hoặc bốc khói, là một phụ gia phổ biến trong ngành sản xuất thực phẩm Chất này chủ yếu được sử dụng để làm chảy hoặc ngăn ngừa hiện tượng đóng cục trong các sản phẩm dạng bột như gia vị và kem trộn cà phê không sữa, cũng như trong bột để sản xuất viên nén dược phẩm.
1.5.2.5 Trong lĩnh vực bán dẫn
Silicon dioxide được ứng dụng phổ biến trong công nghệ bán dẫn nhờ vào khả năng chiết xuất và tinh chế silic hiệu quả Sự phong phú và giá thành thấp của silic đã khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho các thiết bị điện tử.
Ngoài các ứng dụng trên, silica còn có ứng dụng trong lĩnh vực phân bón, cung cấp nguyên tố dinh dưỡng vi lượng cho cây
1.5.3 Các phương pháp tổng hợp
Mặc dù silica trong tự nhiên tương đối phổ biến nhưng người ta cũng có thể tổng hợp được theo nhiều cách khác nhau:
Bề mặt silicon được bảo vệ bởi một lớp mỏng silicon dioxide (SiO2), giúp silic chống lại quá trình oxy hóa trong không khí, ngay cả ở nhiệt độ lên đến khoảng 900 °C Khi vượt quá nhiệt độ này, silic bắt đầu phản ứng với oxy trong không khí, dẫn đến sự hình thành silicon dioxide.
Phương pháp này được thực hiện bằng cách cho silic halogen thủy phân ở nhiệt độ cao cùng với oxy và hydro
Phương pháp này thực hiện bằng cách cho dung dịch silica phản ứng với acid vô cơ Cụ thể, dung dịch axit sulfuric và natri silicat được thêm vào đồng thời trong quá trình khuấy với nước.
Quá trình kết tủa silica diễn ra trong môi trường axit, trong đó các yếu tố như cách khuấy, thời gian kết tủa, tốc độ bổ sung chất phản ứng, nhiệt độ, nồng độ chất tham gia và độ pH có thể ảnh hưởng đến đặc tính của silica Để tránh hình thành giai đoạn gel, cần khuấy ở nhiệt độ cao Cuối cùng, kết tủa trắng thu được sẽ được lọc, rửa và làm khô trong quá trình sản xuất.
Na2SiO3 + H2SO4 → SiO2 + Na2SO 4 + H2O Đây là phương pháp đơn giản và dễ thực hiện nhất trong phòng thí nghiệm
Phương pháp sol-gel là kỹ thuật phổ biến trong sản xuất hạt silica tinh khiết, nhờ vào khả năng kiểm soát kích thước, phân bố kích thước và hình thái của hạt thông qua việc theo dõi hệ thống các thông số phản ứng.
Về cơ bản đây là phương pháp thủy phân một alkoxysilan với xúc tác bazơ hoặc axit Phương trình phản ứng như sau:
Tổng quan về các loại vật liệu
Ure (NH2)2CO là loại phân bón phổ biến toàn cầu nhờ vào hàm lượng Nitơ cao, độ hòa tan tốt và tính không phân cực Tuy nhiên, phân ure dễ bị mất Nitơ qua các cơ chế như bay hơi và rửa trôi.
Nhu cầu lương thực toàn cầu đang gia tăng do sự tăng trưởng dân số, dẫn đến dự đoán rằng lượng tiêu thụ urea có thể tăng gấp nhiều lần vào cuối thế kỷ 21.
Ure thường có mặt tự nhiên trong phân động vật và dễ dàng hòa tan trong nước, cho phép bổ sung vào hệ thống tưới tiêu hoặc phun lên lá một cách hiệu quả Khi được áp dụng vào đất ẩm, ure sẽ phân hủy thành khí amonia (NH3) và khí cacbonic (CO2) trong vòng 2-4 ngày nhờ tác động của enzyme urea, với tốc độ phản ứng nhanh hơn ở độ pH cao.
Trong đất ẩm, NH3 ở dạng ion NH4 + và tiếp tục bị một chủng vi sinh nitrosomonas chuyển hóa thành nitrat:
→ 2𝑁𝑂 2 − + 4𝐻 2 𝑂 Sau cùng, một chủng vi sinh khác là nitrobacter tiếp tục chuyển hóa nitrit thành nitrat:
Cây trồng hấp phụ các loại phân đạm chủ yếu dưới dạng ammoni 𝑁𝐻 4 + và nitrat
(𝑁𝑂 3 − ) 𝑁𝐻 4 + chiếm ưu thế hơn 𝑁𝑂 3 − trong đất ngập nước, còn 𝑁𝑂 3 − thì nhiều hơn trong đất khô
Amoni sulfat (NH4)2SO4 là muối vô cơ chủ yếu được sử dụng làm phân bón, còn được gọi là đạm 1 lá Chứa 21% nitơ và 24% lưu huỳnh, Amoni sulfat cung cấp một nguồn lưu huỳnh quan trọng, chiếm khoảng 50% lượng lưu huỳnh tiêu thụ toàn cầu.
Lưu huỳnh là yếu tố quan trọng trong việc hình thành axit amin, protein và dầu, đồng thời cần thiết cho sự tạo ra chất diệp lục Nó cũng thúc đẩy sự hình thành nốt sần ở cây họ đậu, hỗ trợ phát triển và kích hoạt một số enzym và vitamin Hơn nữa, lưu huỳnh là thành phần chính trong cấu trúc của hai trong số 21 axit amin cấu thành protein.
Thiếu hụt lưu huỳnh gây ra sự phát triển còi cọc ở cây trồng, dẫn đến năng suất giảm sút Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự thiếu hụt này ảnh hưởng đến sinh khối, hình thái tổng thể, năng suất và giá trị dinh dưỡng của thực vật.
Khi amoni sulfat được bón vào đất, nó nhanh chóng hòa tan thành amoni và sulfat Nếu còn dư lượng trên bề mặt đất, amoni có thể bị mất dưới dạng khí trong điều kiện kiềm Do đó, các chuyên gia khuyên nên kết hợp amoni sulfat vào đất sớm, cụ thể là bón trước khi tưới.
Hầu hết các loại thực vật có khả năng sử dụng cả amoni và nitrat để phát triển Trong điều kiện đất ấm, vi sinh vật nhanh chóng tiến hành quá trình nitrat hóa, chuyển đổi amoni thành nitrat.
Trong quá trình phản ứng của vi sinh vật, sự giải phóng [H⁺] dẫn đến việc giảm độ pH của đất sau nhiều lần sử dụng Amoni sunfat cũng góp phần làm chua hóa đất thông qua quá trình nitrat hóa.
1.6.1.3 Phân Kali dihydro phosphat KDP
Kali dihydro phosphat (KDP) hay Mono Kali phosphat (MKP) là một nguồn cung cấp phốt pho và kali, đồng thời cũng đóng vai trò như một chất đệm Nó được sử dụng trong hỗn hợp phân bón nhằm giảm thiểu sự thoát ra của amoniac bằng cách duy trì độ pH ở mức thấp.
Kali là một yếu tố quan trọng trong dinh dưỡng thực vật, ảnh hưởng đến carbohydrate trong mô thực vật và tham gia vào quá trình kích hoạt enzyme Chất này đóng vai trò thiết yếu trong sản xuất protein, tinh bột và adenosine triphosphate (ATP), được coi là "đơn vị năng lượng" của thực vật Sự sản xuất ATP có thể điều chỉnh tốc độ quang hợp, từ đó ảnh hưởng đến sự phát triển của cây.
Kali đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự mở và đóng của khí khổng, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi hơi nước, oxy và carbon dioxide Thiếu hụt kali hoặc cung cấp không đủ hàm lượng sẽ dẫn đến sự kìm hãm trong sự phát triển của cây và giảm năng suất.
Sản phẩm này không chỉ thúc đẩy sự phát triển của rễ mà còn cải thiện khả năng chịu hạn của cây Nó hỗ trợ quá trình quang hợp, giúp chuyển hóa đường và tinh bột, đồng thời tăng hàm lượng protein trong thực vật Hơn nữa, sản phẩm còn góp phần làm chậm sự lây lan của bệnh hại cây trồng và tuyến trùng.
Phốt pho là thành phần thiết yếu trong cấu trúc ATP, đóng vai trò quan trọng trong mọi giai đoạn phát triển của cây, từ khi bắt đầu hình thành cây con cho đến khi tạo hạt và trưởng thành.
Vì vậy, phốt pho và kali đều cần thiết cho sức khỏe nói chung và sức sống của tất cả các loài thực vật [52]
1.6.2 Các vật liệu tổng hợp:
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng Silic có khả năng cải thiện khả năng chịu hạn và làm chậm quá trình héo úa của một số loại cây trồng trong điều kiện tưới tiêu hạn chế Hơn nữa, Silic còn nâng cao khả năng chống chịu của cây đối với các chất độc vi lượng và kim loại nặng như nhôm, đồng, sắt, mangan, và kẽm.
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
Sơ đồ quy trình thực nghiệm
Các bước thực nghiệm được mô tả trong sơ đồ quy trình thực nghiệm dưới đây
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm
CÔ CẠN HỖN HỢP SẢN PHẨM
Thuyết minh quy trình
Chuẩn bị nguyên liệu và dung dịch với nồng độ riêng biệt để thực hiện quá trình tạo mẫu Sau khi tạo mẫu, tiến hành lọc và rửa để loại bỏ muối tan, đồng thời kiểm soát pH của dung dịch lọc, đảm bảo pH không đổi Sau đó, sấy khô để thu được vật liệu silicate Các vật liệu silicate này sẽ được hấp phụ trong dung dịch phân với nồng độ cố định, tiếp theo là cô cạn hỗn hợp để thu sản phẩm PBNC Cuối cùng, khảo sát thời gian nhả chậm của vật liệu silicate và phân tích, đánh giá kết quả thu được.
Các phương pháp vật lý đặc trưng cho hình thái học của vật liệu
Các mẫu sẽ được đo bằng các phương pháp sau:
2.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (Fourier Transformation Infrared
Quang phổ hồng ngoại được hình thành từ dao động phân tử, do sự dao động của lưỡng cực phân tử tạo ra Các liên kết trong phân tử có dao động đặc trưng phụ thuộc vào loại nguyên tử, số lượng liên kết và hướng của chúng Vì vậy, mỗi loại phân tử sẽ có quang phổ riêng biệt, cho phép thu thập thông tin để phân biệt các sản phẩm hoặc xác định chất chưa biết một cách tương đối.
Trong quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier của phức hợp phối tử kim loại: dải hồng ngoại (IR) của phổ điện từ thường được chia thành ba vùng [61]:
• Hồng ngoại xa luôn được sử dụng cho quang phổ quay, với dải số sóng 400-10 cm -1 và năng lượng thấp hơn
• Tia hồng ngoại giữa thích hợp để phát hiện các dao động cơ bản và cấu trúc dao động quay liên quan với dải tần số xấp xỉ 4000- 400 cm -1
Tia hồng ngoại gần có năng lượng cao hơn, với dải số sóng từ 14000 đến 4000 cm-1, có khả năng kích thích các dao động họa âm cao hoặc dao động điều hòa với tần số lớn hơn.
Trong phổ hồng ngoại (IR), thông tin hấp phụ được thể hiện qua số sóng và cường độ hấp phụ hoặc độ truyền phần trăm Phổ thường có số sóng (cm⁻¹) trên trục hoành (x) và cường độ hấp phụ hoặc độ truyền phần trăm trên trục tung (y).
2.3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM)
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét hoạt động dựa trên nguyên lý quét bề mặt mẫu bằng chùm tia điện tử và thu thập chùm tia phản xạ Qua việc xử lý các chùm phản xạ này, hình ảnh thông tin về bề mặt mẫu được tạo ra, phục vụ cho nghiên cứu và phân tích.
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét, có thể quan sát các mẫu ở độ phóng đại rất lớn từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần.
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy SEM
Chùm điện tử được tạo ra từ nguồn electron sẽ đi qua catot và hội tụ vào mẫu nghiên cứu qua hai tụ quang Khi chùm điện tử va chạm với mẫu, nó phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp Những điện tử này sẽ được gia tốc bởi điện áp vào bộ thu và chuyển đổi thành tín hiệu sáng, sau đó được khuếch đại thông qua mạng lưới điều khiển để tạo ra độ sáng trên màn hình.
Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu tương ứng với một điểm trên màn hình, với cường độ sáng tối phụ thuộc vào lượng điện tử thứ cấp phát ra và bề mặt mẫu Phương pháp SEM nổi bật với khả năng tạo ra hình ảnh ba chiều sắc nét mà không cần chuẩn bị mẫu phức tạp.
Phương pháp xác định hàm lượng PBNC
2.4.1 Đối với phân SA và KDP:
Sử dụng phương pháp đo độ dẫn điện của dung dịch mà phân nhả trong nước
Xây dựng đường chuẩn đối với phân SA và KDP: pha các dung dịch có nồng độ
Sau khi pha các dung dịch với nồng độ 20000, 40000, 60000, 80000, 100000 và 120000 ppm, tiến hành đo độ dẫn điện của các dung dịch này Kết quả đo độ dẫn điện cho phép xây dựng đường chuẩn với phương trình: 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏.
Trong đú: y: độ dẫn điện, àSIcm x: nồng độ của dung dịch phân bón nhả ra trong nước, ppm
Sau khi đo độ dẫn điện của các loại vật liệu silicate, chúng tôi thu được giá trị độ dẫn điện Dựa vào phương trình của đường chuẩn cho hai loại phân SA và KDP, chúng tôi xác định được nồng độ dung dịch phân bón nhả ra trong nước (ppm) Quá trình đo được thực hiện liên tục cho đến khi kết quả ổn định, với sự thay đổi không đáng kể trong giá trị độ dẫn điện.
Xác định nồng độ phân urea trong nước thông qua hàm lượng Nitơ tổng của mẫu được phân giải, sử dụng phương pháp Kjeldahl để xác định nồng độ Nitơ phân giải.
2.4.2.1 Nguyên tắc của phương pháp Kjeldahl
Phương pháp Kjeldahl chuyển hóa hợp chất nitơ trong mẫu thành amoni (NH4 +) bằng axit sunfuric đậm đặc và xúc tác ở nhiệt độ cao Sau đó, khí ammoniac (NH3) được chưng cất nhờ dung dịch kiềm và thu lại bằng axit boric (H3BO3) Cuối cùng, lượng nitơ trong mẫu được xác định thông qua việc chuẩn độ amoni tetraborate bằng dung dịch axit HCl tiêu chuẩn.
Hình 2.3 Hệ thống chưng cất Kjeldahl bán tự động
Các phản ứng xảy ra trong phương pháp Kjeldahl bao gồm
- Mẫu có chứa Nito+H2SO4 đậm đặc →NH4 ++SO2 ↑+H2O
- Trung hòa: NH4 ++OH - →NH 3 ↑+ H2O
- Chưng cất hấp phụ: NH3+H3BO3 → NH4 ++H2BO3 -
Hàm lượng nito tổng được tính theo công thức:
𝑚 Trong đó, V1: thể tích HCl 0.1N chuẩn độ mẫu phân, ml
Vo: thể tích HCl 0.1N chuẩn độ mẫu trắng, ml
𝐶 𝑁,(𝐻𝐶𝑙) : nồng độ đương lượng của HCl, N m: khối lượng mẫu phân tích, g
2.4.2.2 Các bước tiến hành a Giai đoạn phá mẫu [62]
Quá trình phân hủy nhằm mục đích phá vỡ các liên kết nitơ trong mẫu, chuyển đổi chúng thành ion amoni (NH4+), trong khi các hợp chất carbon và hydro được chuyển hóa thành carbon dioxide và nước.
Quá trình phá mẫu thông thường được tiến hành theo các bước như sau:
• Cân khoảng 1g mẫu chứa Nitơ và cho vào bình Kjeldahl
• Thêm 12-15ml axit sunfuric đặc (H2SO4) cho vào bình, lắc đều và để yên trong vài giờ
• Thêm 7g kali sunfat và chất xúc tác, thường là đồng cho vào bình
• Đem binh Kjeldahl đung sôi trên bếp phá mẫu ở nhiệt độ khoảng 370 đến
• Tiến hành đun nóng hỗn hợp trong bình Kjeldahl cho đến khi có thể nhìn thấy khói trắng xuất hiện, tiếp tục gia nhiệt trong khoảng 60 -90 phút
• Để yên cho binh nguội và từ từ thêm 250ml nước vào
Cải thiện tốc độ phá mẫu có thể đạt được bằng cách bổ sung muối nitrat và chất xúc tác Kali sulfat được thêm vào để nâng cao điểm sôi của axit sunfuric, trong khi chất xúc tác giúp tăng tốc độ và hiệu quả của quá trình phá mẫu Ngoài ra, việc thêm các tác nhân oxy hóa cũng góp phần cải thiện tốc độ phản ứng, từ đó tăng cường tốc độ phá mẫu.
Tuy nhiên, đối với mẫu nghiên cứu đã chứa ure, trong môi trường nước, ure sẽ phản ứng tạo thành ion NH4 + theo phương trình:
Do vậy, các mẫu nghiên cứu không cần qua giai đoạn phá mẫu b Giai đoạn chưng cất
• Khi bình đã nguội, chuyển toàn bộ mẫu vào bình cất đạm Lắp bình chưng cất vào bộ cất đạm
Lắp bình erlen chứa axit boric 4% và chỉ thị hỗn hợp (metyl đỏ 0.1% và bromocrezol xanh 0.1%) vào ống sinh hàn của bộ cất đạm, đảm bảo ống sinh hàn ngập sâu trong dung dịch axit boric.
• Trung hòa mẫu bằng dung dịch NaOH ngay trên bộ cất đạm Tại thời điểm này, dung dịch hấp phụ sẽ có màu xanh lá
• Lấy dung dịch hấp phụ ra và tiến hành chuẩn độ c Chuẩn độ
Tiến hành chuẩn độ lượng muối sinh ra bằng dung dịch acid HCl 0.1N trên burette Tại điểm tương đương, dung dịch sẽ chuyển từ màu xanh lá mạ sang màu đỏ hồng.
Các bước thực hiện chi tiết
Ngoại quan Độ tinh khiết
Hãng sản xuất Xuất xứ
Tinh thể màu trắng 98% 2 lọ XiLong
Hạt nhỏ trắng mịn 96% 2 lọ XiLong Trung
Dạng bột màu trắng 99% 2 lọ XiLong Trung
Dạng bột màu trắng 99% 2 lọ
Chất hoạt động bề mặt- sodium lauryl sulfate-SLS
Dạng hạt dài, hình kim có màu trắng
Để chuẩn bị dung dịch Na2SiO3 2M, cần khoảng 1 lít dung dịch Đầu tiên, cân 568.42g Natri silicate nonahydrate (Na2SiO3.9H2O) bằng cân kỹ thuật, sau đó pha loãng với nước cất trong bình 1 lít.
Dung dịch H2SO4 2M: pha chế dung dịch H2SO4 2M 500ml
Dung dịch MgCl2 2M: cân 203.3 g MgCl2.6H2O, pha loãng với 500ml nước cất
Dung dịch NaOH 2M: cân 20g NaOH , pha loãng với 250ml nước cất
Dung dịch MgSO4 2M: cân 123.235 g MgSO4.7H2O, pha loãng với 250ml nước cất
Dung dịch Al2(SO4)3 2M: cân 333.21 g Al2(SO4)3.18H2O, pha loãng vào 250 ml nước cất
Hình 2.4 Quy trình tạo mẫu SiO 2
Cho 150ml dung dịch acid H2SO4 2M vào beaker 500ml đã chuẩn bị sẵn cá từ Đặt beaker lên máy khuấy từ và từ từ rót 150ml dung dịch natri silicate Na2SiO3 vào.
2M vừa pha được vào beaker, đồng thời giữ tốc độ khuấy của cá từ luôn ổn định,
Kết quả thu được từ quá trình xử lý là kết tủa trắng, sau đó kết tủa này được lọc và rửa nhiều lần để đảm bảo pH của dung dịch lọc gần đạt pH = 7 Sau khi hoàn tất quá trình lọc và rửa, kết tủa sẽ được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ từ 55 đến 100 độ C trong khoảng thời gian 24 đến 48 giờ cho đến khi sản phẩm khô hoàn toàn, cuối cùng ta thu được SiO2.
2.5.2.2 Đối với magie silicat- MgSiO 3 :
Hình 2.5 Quy trình tạo mẫu MgSiO 3
Cho 150ml dung dịch muối MgCl2 2M vào beaker 500ml chứa cá từ, sau đó cho 150ml dung dịch Na2SiO3 2M vào, giữ tốc độ khuấy ổn định Dung dịch MgCl2 2M phản ứng với Na2SiO3 2M tạo kết tủa trắng Tiến hành lọc và rửa kết tủa nhiều lần cho đến khi pH của dung dịch lọc đạt 10 Cuối cùng, sản phẩm thu được được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ từ 55 đến 100 oC.
24-48 giờ , cho đến khi mẫu khô hoàn toàn, ta sẽ có sản phẩm là MgSiO3 khan, dạng bột mịn
2.5.2.3 Đối với SiO 2 có 1, 5, 10% chất hoạt động bề mặt-SLS:
Hình 2.6 Quy trình tạo mẫu SiO 2 có 1, 5, 10% HDBM
Chất hoạt động bề mặt được sử dụng là natri lauryl sulfate (SLS) với nồng độ 1%, 5% và 10% trong tổng khối lượng của dung dịch Dung dịch này bao gồm 150ml dung dịch Na2SiO3.
Chuẩn bị 150ml dung dịch H2SO4 2M và cân 3 mẫu SLS tương ứng với 3 mức 1%, 5% và 10% chất hoạt động bề mặt trong SiO2 Sử dụng 3 cốc beaker chứa 150ml dung dịch H2SO4 2M, cho từng lượng SLS đã chuẩn bị vào mỗi cốc Khuấy mạnh và liên tục cho đến khi SLS tan hoàn toàn, sau đó từ từ thêm 150ml dung dịch Na2SiO3 2M, tạo ra kết tủa trắng Tiến hành lọc và rửa kết tủa nhiều lần, kiểm tra pH của dung dịch lọc cho đến khi đạt gần giá trị trung tính Cuối cùng, sản phẩm thu được được sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ từ 55 độ C.
100 o C trong khoảng thời gian từ 24 - 48h, cho đến khi mẫu sản phẩm khô hoàn toàn, ta sẽ thu được sản phẩm là SiO2 có 1, 5, 10% chất hoạt động bề mặt
2.5.2.4 Đối với MgSiO 3 có 1, 5, 10 % hoạt động bề mặt:
Hình 2.7 Quy trình tạo mẫu MgSiO 3 có 1, 5, 10% HDBM
Cho chất HDBM với hàm lượng khoảng 1, 5, 10 % khối lượng của hỗn hợp dung dịch
Dung dịch ở đây gồm có 150ml dung dịch Na2SiO3 2M và 150ml dung dịch MgCl2
Để đánh giá hoạt động bề mặt của mẫu MgSiO3, chúng tôi tiến hành cân 3 lượng chất HDBM tương ứng là 3g, 15g và 30g, tương ứng với 1%, 5% và 10% hoạt động bề mặt Các mẫu này sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu suất hoạt động bề mặt của chất HDBM đã chuẩn bị trước đó.
Ba cốc beaker chứa 150ml dung dịch MgCl2 2M với cá từ được đặt lên máy khuấy từ, khuấy mạnh và liên tục cho đến khi HDBM tan hoàn toàn Sau đó, từ từ thêm 150ml dung dịch Na2SiO3 2M để thu được kết tủa trắng Kết tủa này được lọc và rửa nhiều lần, kiểm tra pH của dung dịch lọc cho đến khi đạt pH = 10 Cuối cùng, sản phẩm được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ từ 55 đến 100 °C trong 24-48 giờ cho đến khi khô hoàn toàn, thu được sản phẩm MgSiO3.
2.5.2.5 Đối với Magie nhôm silicate (Mg 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 ) có chất hoạt động bề mặt:
Hình 2.8 Quy trình tạo mẫu Mg3Al2(SiO3)6 có HDBM
Chuẩn bị 2 hỗn hợp dung dịch:
Để chuẩn bị hỗn hợp dung dịch thứ nhất, bạn cần trộn 150ml dung dịch natri silicat (Na2SiO3) 2M với 150ml dung dịch natri hydroxit (NaOH) 2M trong một cốc beaker 500ml đã chuẩn bị sẵn cá từ Sau đó, đặt cốc lên máy khuấy từ và thêm một lượng chất hoạt động bề mặt vào, khuấy đều cho đến khi chất hoạt động bề mặt hoàn toàn tan trong dung dịch.
• Hỗn hợp dung dịch thứ hai: gồm có 150ml dung dịch magie sunfat- MgSO4 2M và 150ml dung dịch nhôm sunfat- Al2(SO4)3 2M
Cho từ từ dung dịch thứ hai vào dung dịch thứ nhất và khuấy đều trên máy khuấy từ để thu được kết tủa trắng Sau đó, tiến hành lọc và rửa kết tủa nhiều lần, đồng thời kiểm soát pH của dung dịch lọc ở mức 10 Cuối cùng, sấy khô sản phẩm trong tủ sấy ở nhiệt độ từ 55 đến 100 °C trong 24 – 48 giờ cho đến khi khô hoàn toàn, tạo ra bột magie nhôm silicate (Mg3Al2(SiO3)6) có chất hoạt động bề mặt.
2.5.3 Khảo sát thời gian nhả chậm:
Cân mỗi loại vật liệu thu được, với khối lượng 30g cho mỗi loại Sau đó, chia mỗi loại vật liệu thành 3 phần bằng nhau, mỗi phần nặng 10g và cho vào beaker 50ml.
Pha các dung dịch phân: amoni sulfate (SA), kali dihydro photphat (KDP) và Urea, các dung dịch phân đều có cùng nồng độ là 100000 ppm
Hình 2.9 Quy trình tạo đường chuẩn
120000 ppm ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN
Để chuẩn bị dung dịch SA và KDP, cần cân 50 g chất rắn và pha loãng trong 250ml nước cất, tạo ra dung dịch SA và KDP với nồng độ 200000ppm Từ dung dịch này, hút 125ml và pha loãng để có dung dịch với nồng độ 100000ppm.
• Đồng thời, ta chuẩn bị dãy chuẩn của hai loại phân trên để tiến hành đo thời gian nhả chậm với các nồng độ 20000, 40000, 60000, 80000, 100000 và
120000 ppm bằng cách tiến hành hút lần lượt 10, 20, 30, 40, 60ml vào fiol 100ml từ 2 dung dịch 200000 ppm trên, pha loãng thành các dung dịch 20000,
40000, 60000, 80000, 120000 ppm được chứa trong fiol 100ml Riêng đối với dung dịch 100000ppm được lấy từ fiol 250ml đã pha ở trên
• Đối với phân Urea: cân 25g phân Urea rắn pha loãng trong fiol chứa 250ml nước
Sau khi chuẩn bị các dung dịch phân SA, KDP và Urea, cho 20ml mỗi dung dịch vào các beaker chứa 10g mẫu đã chuẩn bị Tiếp theo, tiến hành cô cạn các beaker ở nhiệt độ 70 độ C.
Sau khi hoàn tất quá trình cô cạn, sản phẩm thu được sẽ được cho vào can nhựa chứa 2 lít nước để tiến hành đo thời gian nhả chậm.