ĐỀ tài NGHIÊN cứu điều CHẾ PHÂN NPK NHẢ CHẬM TRÊN nền COPOLYMER PVA PAA và sơ KHẢO ỨNG DỤNG PHÂN TRÊN đất cát

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ PHÂN NPK NHẢ CHẬM TRÊN NỀN COPOLYMER PVA-PAA VÀ SƠ KHẢO ỨNG DỤNG PHÂN TRÊN ĐẤT CÁT • Người hướng dẫn khoa học: Ts NGUYỄN CỬU KHOA • Học viên thực hiện: ĐINH LA C

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ PHÂN NPK NHẢ CHẬM TRÊN NỀN COPOLYMER PVA-PAA

VÀ SƠ KHẢO ỨNG DỤNG PHÂN

TRÊN ĐẤT CÁT

• Người hướng dẫn khoa học:

Ts NGUYỄN CỬU KHOA

• Học viên thực hiện:

ĐINH LA CÚC LINH

Đề tài

I.Mở đầu

II Mục tiêu đề tài

III Nội dung chính

1 Tổng quan

2 Thực nghiệm

3 Kết quả & thảo luận

IV Kết luận & kiến nghị

MỞ ĐẦU

• Phân bón là thức ăn của cây trồng Thiếu phân cây không thể

sinh trưởng tốt và cho năng suất cao.

• Hiện nay hiệu quả sử dụng phân bón rất thấp.

• Tình trạng sa mạc hóa do sự suy giảm đất canh tác, sự suy

thoái đất do xói mòn, rửa trôi, lũ quét….

• Nạn ô nhiễm môi trường đất, nước do lượng phân tan ra mà

cây không kịp hấp thu theo dòng chảy thải ra môi trường.

Nghiên cứu điều chế phân bón nhả chậm đáp ứng được các yêu cầu trên.

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

• Nghiên cứu tổng hợp phân NPK trên nền PVA

và PAA có tính năng nhả chậm và giữ ẩm

phục vụ cho trồng cây trên vùng đất hoang

hoá.

• Sơ khảo khả năng ứng dụng của phân đối với

cây cải ngọt trồng trên đất cát.

TỔNG QUAN

1.Phân nhả chậm

a Phân nhả chậm là phân có khả năng lưu giữ và cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng trong thời gian dài

b.Tình hình nghiên cứu trong nước:

Năm 2002, Trần Khắc Chung và Mai Hữu Khiêm –Khoa Công nghệ Hoá học và Dầu khí, trường ĐH Bách khoa TPHCM đã nghiên cứu và sản xuất thành

công phân nhả chậm urea-zeolite từ urea và zeolite NaX.Tuy nhiên, do zeolite

hấp phụ phân nên sản phẩm không thể điều chỉnh được tốc độ nhả chậm phân, đặc biệt là trong môi trường nước

Theo Tạp chí Khoa học và Công nghệ số 3 năm 2005, Phạm Hữu Lý và Đỗ

Bích Thành đã nghiên cứu được phân urea nhả chậm trên nền gelatin từ

gelatin, urea và amonium bicromate theo tỉ lệ xác định bằng hai phương pháp: phương pháp cán trộn cơ học và phương pháp dung dịch

Theo tạp chí khoa học và công nghệ số 4 năm 2005, Nguyễn Thanh Tùng

và cộng sự đã nghiên cứu khả năng lưu giữ phân bón của polymer siêu hấp thụ nước trong môi trường đất Polymer được tổng hợp từ acid acrylic,

ethyleneglycol dimetacrylate, (NH4)2S2O8, NaOH, sorbitol monooleate (span 80) ethylcellulose và các loại dung môi Kết quả cho thấy, polymer siêu hấp thụ

nước chỉ có tác dụng làm ẩm phân, tăng hiệu quả sử dụng phân mà không có khả năng giúp phân nhả chậm

2 Tính cấp thiết của đề tài

-Hiện nay hiệu quả sử dụng phân bón trên thế giới (trong đó có cả Việt Nam)

là rất thấp:N cây trồng chỉ tiêu thụ tối đa 30_35% , P và K chỉ khoảng 50% Tổng lượng phân bón NPK ở Việt Nam là gần 6 triệu tấn mỗi năm, lượng phân NPK bị thất thoát khoảng 4 triệu tấn

-Hiện nay Việt Nam có sa mạc hoá cục bộ, với khoảng 7,85 triệu ha trong tổng số 9,34 triệu ha đất hoang hoá đã và đang chịu tác động mạnh bởi các hiện tượng sa mạc hoá như sự suy giảm đất canh tác, sự suy thoái chất lượng đất do xói mòn, rửa trôi, lũ quét, nhiễm phèn, nhiễm mặn, khô hạn, cát bay theo mùa hoặc vĩnh viễn… Sa mạc hoá đang là vấn đề của cả thế giới và cũng đang trở thành vấn đề nghiêm trọng ở nước ta

Phân NPK mới có khả năng hút nước giữ ẩm làm tăng khả năng hút dinh dưỡng của cây và phân này còn có tính năng nhả chậm N,P,K làm giảm lượng phân cần sử dụng, tăng hiệu quả kinh tế và làm giảm sự ô nhiễm nguồn nước, môi trường Với các chức năng trên, phân NPK mới sẽ giúp cho cây trồng trên đất khô hạn cằn cỗi vượt qua mùa khô hạn và phát triển tốt trên đất bán sa mạc hoạc đã bị sa mạc hoá

3 Phản ứng tạo gốc tự do trong quá trình ghép tạo copolymer giữa nhóm -OH của các polymer và các monomer có nối đôi bất bão hoà.

a.Tạo gốc tự do bằng hóa chất

*Đồng trùng hợp ghép nhờ oxi hóa trực tiếp gốc đại phân tử tinh bột, cellulose…

Năm 1958, Guido Mino và các cộng sự là những người đầu tiên nghiên cứu khả

năng dùng các muối của cation đa hoá trị để oxi hóa tạo gốc tự do trên các liên kết của mạch polymer tổng hợp PVA, PVAc, sợi visco hoặc các polymer thiên nhiên như các polysacharide (tinh bột, bột giấy)

Cơ chế phản ứng như sau:

OH

M

• Tháng 4 năm 1985, Hồ Sĩ Tráng và các cộng sự đã thực hiện phản

ứng đồng trùng hợp ghép trên nền sợi visco, bông cellulose với monomer ghép là methyl methacrylat (MMA) Phản ứng đồng trùng hợp ghép MMA lên cellulose được biểu diễn như sau:

XOH + Ce 4 + X O + Ce3 +

XO n CH2 C

CH3COOCH3

XO C H2 C

CH3

C O O

MMA Copolymer MMA cellulose+

+

RM2RM

M+

M y Cell Ce l l M

(x+y) Cell (2)

b.Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hóa kết hợp với hóa chất.

Tháng 3 năm 1960, Stanett và các cộng sự đã ứng dụng phản ứng quang hóa (tia UV) để ghép monomer vào cellulose và dẫn xuất của nó với sự

hỗ trợ của chất hãm màu trong phẩm nhuộm là anthraquinon để tạo gốc tự do trên các vị trí H-C-O- của mạch PVA, các đơn vị glucose trong tinh bột hoặc cellulose cũng với mục đích biến tính các loại sợi hoặc polymer trên.

tia UV

O O

SO3

SO3

C OH

OH

C OH

c.Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hóa:

Tháng 2 năm 2002,các nhà hoá học Esmaiel Jabbari,Samyra Nozari, trường Đại học kỹ thuật Kabbir,Tehran,Iran đã dùng tia  với liều lượng 5-25kGy chiếu xạ lên polyacrylic(PAA) đã tạo được vật liệu có cấu trúc không gian chứa các liên kết ngang có độ hút nước 80-500 lần tuỳ theo liều lượng chiếu xạ.

Amir-Và đưa ra cơ chế của phản ứng như sau:

PAAm PAAn+

PAAn PAAm

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Dùng các phương pháp tổng hợp hữu cơ thông dụng

để tổng hợp phân NPK.

• Sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại

(IR, NMR 1H và 13C ) và ảnh SEM để xác định sự tạo thành liên kết ghép giữa PVA và PAA trong chất nền của phân NPK.

• Sử dụng các phương pháp phân tích thông thường để

xác định hàm lượng N, P, K trong phân, đất và hàm lượng phân tan trong nước theo từng giờ.

• Thử nghiệm phân với cây rau ngắn ngày trên đất cát

THỰC NGHIỆM

• Hệ thống phản ứng

tổng hợp phân

• Sơ đồ tổng hợp chất nền

Khuấy trong 3 giờ

Khuấy cho đến khi hỗn

Khuấy trong 3 giờ

Nước cất,PVA Acid Acrylic

Ce(SO4)2

Bán sản phẩm Rửa,sấy ,nghiền Sản phẩm

THỰC NGHIỆM

1 Tổng hợp và khảo sát chất nền bao bọc phân.

2 Điều chế và khảo sát phân Kali nhả chậm

3 Điều chế và khảo sát phân NP nhả chậm

4 Điều chế và khảo sát phân N nhả chậm

5 Điều chế và khảo sát phân NPK nhả chậm

6 Khảo sát khả năng hút nước và giữ ẩm của phân

NPK nhả chậm.

7 Sơ khảo ứng dụng của phân NPK nhả chậm trên đất

cát.

8 Xác định hàm lượng N, P2O5, K2O dễ tiêu trong đất

trước và sau khi bón phân.

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN

1.Cấu trúc chất nền của phân

Phổ IR của PVA-PAA

Phổ IR của PAA

Phổ IR của PVA

Ảnh SEM của PVA

Ảnh SEM của PVA-PAA

Ảnh SEM của phân NPK bao bọc bởi PVA-PAA

Phổ 1H- NMR của PVA-PAA

Phổ 1H- NMR của PVA

Phổ 13C- NMR của PVA-PAA

Phổ 13C -NMR cuả PVA

PVA AA PAA PVA-PAA

• Dựa vào kết quả phân

tích trên chúng tôi kết

luận:

Monomer AA đã được

ghép vào mạch PVA

trên oxi của mạch

PVA tạo copolymer

trên oxi của mạch

PVA tạo copolymer

trên oxi của mạch

PVA tạo copolymer

Tỉ lệ khối lượng

PVA:AA:KCl Hàm lượng K 2 O (%) tan trong nước theo thời gian

1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ 5 giờ 6 giờ 7 giờ 8 giờ

Ảnh hưởng của PVA đến

độ tan của phân Kali

0 10 20 30 40 50 60

Điều chế và khảo sát phân Kali

Tỉ lệ khối lượng

PVA:AA:KCl Hàm lượng K 2 O (%) tan trong nước theo thời gian

1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ 5 giờ 6 giờ 7 giờ 8 giờ

Tỉ lệ khối lượng

PVA:AA:KCl Hàm lượng K 2 O (%) tan trong nước theo thời gian

1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ 5 giờ 6 giờ 7 giờ 8 giờ

Ảnh hưởng của DAP

đến độ tan của phân NP

-10 0 10 20 30 40 50 60

Điều chế và khảo sát phân NP

Điều chế và khảo sát phân N

Độ tan của phân NPK 16-16-8 bao bọc bởi PVA-PAA trong nước

Khảo sát khả năng hút nước và giữ ẩm của

phân NPK đã điều chế được.

1 Khảo sát khả năng hút nước của phân NPK đã điều chế được.

Độ hấp thụ nước của phân NPK điều chế được là 8,5 Vì trong phân chứa một lượng lớn các muối (KCl, (NH4)2HPO4 , NH4Cl ) nên khả năng trương nở của PVA-PAA không cao như chất nền PVA-PAA, nên các phân tử muối được giữ lại và tan từ từ.

2 Khảo sát khả năng giữ ẩm của phân NPK đã điều chế được.

Sau 6 ngày lượng nước mà phân đã hấp thu được giải phóng hết,so

với mẫu đất đối chứng lượng nước hấp thu đã bay hơi trong 1 ngày

Do phân được bao bọc bới copolymer PVA-PAA có những lỗ xốp nhỏ, khi gặp nước phân trương lên và lưu giữ nước

3 Sơ khảo khả năng giữ ẩm của phân trên cây cải ngọt.

Cải đối chứng( 1,5 gam phân NPK 16-16-16-8 / 1 gốc cải) cải chết sau 10 ngày và đến ngày thứ 14 cải chết hết.

Cải thí nghiệm (1,5 gam phân NPK nhả chậm trên nền PVA-PAA) cải sống 100% và phát triển tốt cho đến khi thu hoạch( 21ngày).

Sơ khảo ứng dụng của phân NPK nhả chậm

trên đất cát

Chúng tôi thử nghiệm trên 4 liếp trồng cải ngọt:

 Liếp OĐC : liếp đất cát đối chứng được bón 45gam phân NPK

16-16-8 trên thị trường (1,5gam phân /1 gốc cải)

 Liếp A : liếp đất cát bón 30gam phân NPK 16-16-8 nhả chậm điều chế được (1gam phân nhả chậm / 1 gốc cải)

 Liếp B : liếp đất cát bón 15gam phân NPK 16-16-8 nhả chậm điều chế được (0,5gam phân nhả chậm / 1 gốc cải)

 Liếp OĐT : liếp đất thịt đối chứng được bón 45gam phân NPK

16-16-8 trên thị trường (1,5gam phân /1 gốc cải)

Chiều cao cây cải (cm)

Theo dõi chiều cao cây cải hằng tuần trong cả hai vụ

Kết quả thu hoạch cải

Trọng lượng trung bình 1 cây cải (g)

Theo dõi sự phát triển của cây cải

Hình cải vụ 1 lúc mới trồng

0 5 10 15 20 25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

mẫu B mẫu O đất thịt

0 5 10 15 20 25

mẫu B mẫu O đất thịt

Đánh giá sơ lược hiệu quả kinh tế và xã hội của

phân NPK nhả chậm

1.Giá thành của phân NPK nhả chậm

• Để điều chế 1kg phân thì giá nguyên liệu là 13.514 đồng.

• Nếu tính thêm các chi phí khác như khấu hao vật liệu, điện, nước, nhân

công …thì giá 1kg phân khoảng 15.000 đồng

2.Hiệu quả kinh tế

• Đối với vùng cát không có nước (nước được tưới 1 lần khi trồng),lượng

phân dùng như nhau là 1,5 gam/1 gốc cải

-Đối chứng cây cải ngọt sẽ chết trong 10-14 ngày

-Đối với phân nhả chậm thì cây phát triển tốt đến lúc thu hoạch (21 ngày)

(đồng/kg) liệu điều chế phân (g) Khối lượng nguyên Giá nguyên liệu (đồng)

• Đối với vùng có nước tưới đều:

-Khi sử dụng phân NPK16-16-8 nhả chậm so với phân NPK16-16-8 Bình Điền thì

3.Hiệu quả xã hội:

-Khôi phục được các vùng đất hoang hoá phủ xanh vùng đồi trọc, trông cây được

trên vùng đất khô hạn thiếu nước

-Góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường ( đặc biệt là nước ngầm ), bảo vệ sức khoẻ cộng đồng

Phân Lượng phân bón

(gam/1 gốc cải) Giá thành phân ( đồng) Năng suất (gam/1 gốc cải) Vụ 1 Vụ 2

NPK16-16-8

NPK16-16-8

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

1/Dựa trên phổ IR,ảnh SEM,phổ NMR 1H và 13C cho chúng tôi xác định được cấu trúc chất nền là copolymer PVA-PAA.

2/Điều chế và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tan của các loại

phân đơn N,P,K trên nền PVA-PAA: sau 8 giờ Phân K nhả chậm tan

88.11%, phân DAP nhả chậm tan 70.59%, phân N nhả chậm tan 91.99%

3/Điều chế phân NPK có tính năng nhả chậm và giữ ẩm với chất nền là

PVA và AA: sau 8 giờ hàm lượng N trong phân tan 78.13%, P2O5 tan

69.19%, K2O tan 87.92% , phân hút nước được 8,5 lần và giữ ẩm trong 6

ngày

được khi bón phân nhả chậm trên đất cát sẽ làm cho đất trở nên giàu dinh dưỡng hơn 6 tuần

được rất khả quan

KIẾN NGHỊ

Trên cơ sở phân NPK 16-16-8 trên nền PVA-AA đã điều chế

được, do thời gian thực hiện luận văn có giới hạn nên chúng tôi có một vài kiến nghị như sau:

PVA-PAA cho trồng và gieo hạt cây lâu năm trên đất cát ,đất hoang hoá.Phục hồi các vùng đất trống , đồi trọc, sa mạc do thiên tai, khai thác rừng bừa bãi gây ra.

trên phòng thí nghiệm để xác dịnh cụ thể lượng phân nhả ra và thời gian phân nhả hết chất dinh dưỡng để xác định lượng

phân bón cho phù hợp với từng loại cây.

năng giữ ẩm của phân và giảm hàm lượng phân nhả ra.

XIN CHÂN THÀNH CÁM ƠN QUÍ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ CHÚ Ý THEO DÕI

Độ tan của phân NPK 16-16-8 bao bọc bởi

PVA-PAA trong nước

Xác định hàm lượng N, P,K dễ tiêu trong đất trước

và sau khi bón phân

Liếp cải ODC A B OĐTBan đầu Mật độ quang 0.328 0.347 0.371 0.437