Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của phân bón URE nhả chậm

Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC  MAI THỊ LOAN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA PHÂN BÓN URE NHẢ CHẬM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa cơng nghệ mơi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS NGUYỄN THANH TÙNG HÀ NỘI – 2012 Mai Thị Loan K34B – SP Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Khóa luận đƣợc hồn thành phòng vật liệu polyme - Viện Hóa học – Viện KH&CN Việt Nam Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn: TS Nguyễn Thanh Tùng ThS Lê Cao Khải tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ em hồn thành khóa luận Em xin trân trọng cảm ơn tập thể khoa học phòng Cơng nghệ vật liệu polyme – Viện Hóa học - Viện KH&CN Việt Nam thầy khoa Hóa học trƣờng ĐHSP Hà Nội tạo điều kiện để em hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2012 Sinh viên Mai Thị Loan Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAm : acrylamit ASC : axit ascobic APS : amoni pesunfat CDU : Ure-crotonaldehit CRFs : Phân bón nhả có kiểm sốt IBDU : Ure-isobutyraldehit MBA : N,N - metylenbisacrylamit PAM : Polyacrylamit PSCU : Phân ure bọc lƣu huỳnh ’ polyme PVAc: Polyvinylaxetat SCU : Lƣu huỳnh bọc ure UF : Ure formandehit MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN .3 1.1 Giới thiệu chung vai trò phân bón, tình hình sản xuất sử dụng phân bón 1.1.1 Vai trò phân bón .3 1.1.1.1 Vai trò phân chứa nitơ 1.1.1.2 Vai trò phân chứa photpho 1.1.1.3 Vai trò phân kali 1.1.2 ình hình sản xuất sử dụng phân bón giới 1.1.3 Thực trạng việc sử dụng phân bón nước ta .6 1.1.4 Những vấn đề thách thức sử dụng phân bón truyền thống 1.2 Tổng quan phân bón nhả chậm phân bón nhả có kiểm sốt 1.2.1 Định nghĩa phân bón nhả chậm phân bón nhả có kiểm sốt 1.2.2 Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm phân bón nhả có kiểm sốt.11 1.2.2.1 Trên giới 11 1.2.2.2 Trong nước 13 1.2.3 Ưu, nhược điểm phân bón nhả chậm phân bón nhả có kiểm soát .14 1.2.3.1 Ưu điểm 14 1.2.3.2 Nhược điểm 15 1.2.4 Các loại phân nhả chậm 16 1.2.4.1 Phân ngưng tụ ure andehit (metylen ure) .16 1.2.4.2 Phân bọc nhả chậm 18 1.2.5 Các phương pháp sản xuất phân bón nhả chậm nhả có kiểm sốt 20 1.3 Phân bón nhả chậm siêu hấp thụ nƣớc giữ ẩm 21 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 26 2.1 Hoá chất, dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 26 2.1.1 Hoá chất, dụng cụ 26 2.1.2 Thiết bị nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng 26 2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm nội dung nghiên cứu 27 2.2.1 Phương pháp thực nghiệm .27 2.2.1.1 Tổng hợp phân ure nhả chậm sở polyacrylamit tạo lưới MBA 27 2.2.1.2 Đo tỷ lệ trương polyme 27 2.2.1.3 Nghiên cứu q trình nhả ure sản phẩm mơi trường nước 27 2.2.1.4 Nghiên cứu trình nhả ure sản phẩm đất .28 2.2.2 Nội dung nghiên cứu 28 2.2.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất tạo lưới MBA .28 2.2.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất khơi mào APS 28 2.2.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ ure/AAm .28 2.2.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tới khả nhả ure sản phẩm đất 28 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Tổng hợp phân ure nhả chậm - hấp thụ nƣớc .29 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất tạo lưới MBA 29 3.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất khơi mào APS .30 3.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ ure/AAm đến tỷ lệ trương sản phẩm 32 3.1.4 Phổ hồng ngoại 33 3.1.5 Hình thái học bề mặt 34 3.2 Nghiên cứu khả nhả ure môi trƣờng 35 3.2.1 Khả nhả ure nước 35 3.2.2 Khả nhả ure đất .36 3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình nhả ure đất 38 KẾT LUẬN .40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 MỞ ĐẦU Ơng cha ta có câu “Nhất nƣớc, nhì phân, tam cần, tứ giống” Điều khẳng định vai trò to lớn nƣớc phân bón sản xuất nơng nghiệp, đặc biệt với nƣớc mà 80% dân số làm nông nghiệp nhƣ Việt Nam Tuy nhiên, việc sử dụng phân bón q nhiều nhƣ khơng gây lãng phí mà ảnh hƣởng khơng tốt tới mơi trƣờng sức khỏe ngƣời Vì thế, việc nghiên cứu để tạo loại phân bón vừa đảm bảo cung cấp đủ dinh dƣỡng cho trồng thời gian dài, vừa không ảnh hƣởng tới môi trƣờng mối quan tâm đặc biệt nhà khoa học Trong năm gần đây, việc ứng dụng cơng nghệ vào lĩnh vực sản xuất phân bón biện pháp hữu hiệu nhằm tăng hiệu sử dụng phân bón cải thiện suất trồng Kỹ thuật nhả có kiểm sốt tạo loại phân bón có khả tăng cƣờng phát triển chất dinh dƣỡng đƣợc đƣa vào polyme bọc vỏ polyme Sau đó, chất dinh dƣỡng đƣợc nhả dần cho hấp thụ, tránh đƣợc tƣợng rửa trơi phân bón, tiết kiệm sức lao động chi phí sản xuất nhƣ giảm thiểu nguy ô nhiễm môi trƣờng Nitơ, chất dinh dƣỡng thực vật đƣợc áp dụng rộng rãi nhất, thƣờng đƣợc coi yếu tố định suất trồng [1] Gần đây, nitơ đƣợc phát có tác dụng khơng tốt với môi trƣờng nhƣ sức khỏe ngƣời động vật [2] Trong số loại phân chứa nitơ, ure đƣợc sử dụng rộng rãi phổ biến hàm lƣợng nitơ cao (46% nitơ) dễ sử dụng có giá thành thấp so với sản phẩm khác [3] Tuy nhiên, lƣợng ure Hình 10 Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình nhả ure đất Từ kết bảng hình 10 ta thấy: Hàm lƣợng N đƣợc giải phóng 0 tăng nhiệt độ tăng từ 25 C tới 35 C Điều đƣợc giải thích nhiệt độ tăng, phân tử mạng lƣới chuyển động nhanh hơn, khả khuếch tán N sản phẩm tăng nên khả nhả ure cao Nhƣ vậy, nhiệt độ yếu tố ảnh hƣởng trực tiếp đến khả nhả chậm phân bón KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu làm việc, thu đƣợc số kết sau: - Đã tổng hợp thành công phân bón ure nhả chậm siêu hấp thụ nƣớc giữ ẩm phƣơng pháp trùng hợp dung dịch acrylamit ure, sử dụng chất tạo lƣới MBA, hệ khơi mào oxi hóa khử APS/ASC 25 C với hàm lƣợng nitơ 33,86%, độ hấp thụ nƣớc 249 g/g - Đã khảo sát ảnh hƣởng điều kiện phản ứng nhƣ hàm lƣợng chất tạo lƣới MBA, hàm lƣợng chất khơi mào APS, tỷ lệ ure/AAm tới tỷ lệ trƣơng sản phẩm, từ rút điều kiện tối ƣu là: hàm lƣợng MBA 0,05%, hàm lƣợng APS 0,6%, hàm lƣợng ASC 0,1% so với AAm, tỷ lệ ure/AAm 1,8, nhiệt độ 25 C để tổng hợp phân bón nhả chậm siêu hấp thụ nƣớc giữ ẩm - Đã nghiên cứu trình nhả nitơ môi trƣờng nƣớc sản phẩm, sau 40 hàm lƣợng N nhả 87% - Đã nghiên cứu q trình nhả nitơ mơi trƣờng đất sản phẩm Sau 35 ngày, lƣợng N giải phóng 73%, phù hợp với đề xuất phân bón nhả chậm Ủy ban chuẩn hóa Châu Âu - Đã khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình nhả ure sản phẩm môi trƣờng đất Khi tăng nhiệt độ khả nhả ure tăng Với kết khóa luận cho thấy sản phẩm phân bón ure nhả chậm sở polyacrylamit tạo lƣới MBA bọc ure trƣơng tốt nƣớc, có khả giữ ẩm cao có tính chất nhả chậm tốt Việc sử dụng loại phân bón sở để tăng cƣờng phát triển trồng, tăng suất mùa vụ, giảm chi phí sản xuất, đồng thời giảm thiểu nguy gây ô nhiễm môi trƣờng Đây loại phân bón tiên tiến, thân thiện với môi trƣờng, hƣớng nơng nghiệp, có triển vọng tƣơng lai, góp phần vào thành cơng cơng đại hóa nông nghiệp nƣớc ta nhƣ giới TÀI LIỆU THAM KHẢO Bockman, O C., and Olfs, H.W., “Fertilizers, Agronomy and N2O” Nutr Cycling Agroecosyst 52, 165-170, 1998 Keeney, D., “What goes around comes around – The nitrogen issues cycle”, In “Thirt Int Dahlia Greidinger Sym on Fertilization and The Environme nt, April 1997”, (J.J Mortwedt, and A Shaviv, Eds.), Technion, Haifa, 28, p 365-368, 1997 Basak R K., “Fertilizers”, Kalyani Publishers, New Dehli, 12, p 37-40, 2000 Mortvedt, J.J., “Cadmium levels in soils and plants from some long-term soil fertility experiments in the United States”, J Environ Qual., 16, 137142, 1987 Ranian Kumar Basak, “Fertilizers”, Kalyani Publishers, New Delhi, 13, 90-112, 2000 Smith, S.J., Schepers, J.S., and Porter, L.K., “Assessing and managing nitrogen losses to the environment”, Adv Soil., 14, 40- 45, 1990 Jurgens-Gschwind, S “Ground water nitrates in other developed countries (Europe) - relationships to land use patterns, In “Nitrogen management and ground water protectio”, (R.F Follet, Ed.), 26, pp 75-138 Elsevier, Amsterdam, 1989 Goodchild, R.G “EC policies for reduction of nitrogen in water: the example of the Nitrates Directive”, In “First International Nitrogen Conference” (Van der Hoek and W Klaas Eds.), 54, pp 737-740, Elsevier, Oxford, UK, 1998 Livingston, M L and Cory D C.“Agricultural nitrat contamination of ground water: An evaluation of environmental policy”, J Am Water Resour Assoc, 34, 1311 – 1317, 1998 10 Sharpley, A.N., and Menzel, R.G.“The impact of soil and fertiliser phosphorus on the environment”, Adv Agron, 41, 297-320, 1987 11 Newbould, P., “The use of fertiliser in agriculture Where we go practically and ecologically?”, Plant Soil, 115, 297-311, 1989 12 Mortvedt, J.J “Cadmium levels in soils and plants from some long-term soil fertility experiments in the United States” J Environ Qual, 16, 137142, 1987 13 Hauck, R.D “Slow release and bio-inhibitor-amended nitrogen fertilisers In “Fertiliser technology and use”, (O.P Engelsta d, Ed.) pp 293-322 3rd ed SSSA Madison,WI, 1985 14 Trenkel, M.E., “Controlled release and Stabilized Fertilisers in Agriculture”, IFA, Paris, 54, 342-348, 1997 15 Shavit U, Shaviv A, Shalit G, and Zaslazvsky D, “Release characteristics of a new type of CRF”, J Controlled Release, 43, 131138, 1997 16 Goertz, Harvey.M., “Technology development in coated fertilisers”, In: “Proc Dahlia Gre idinger Memorial Int Workshop on Controlled/Slow Release Fertilisers”, (Y Hagin et al Eds.) Mar 1993, Technion, Haifa Israel, 1995 17 Mangrich A.S., “Study of metallo porphyrins synthesis in the presence of zeolites”, J Appl Polym Sci., 18, p 242-247, 2001 18 Ma, S M.; Liu, M Z; Guo, M Y; Wu, L., “Preparation of Superabent Polymer with Slow-Release Phosphatate Fertilizer”, J Appl Polym Sci., 92, 3417, 2004 19 Delgalo J A., “Forester communication”, J Appl Polym Sci., 26, p 212-245, 2002 20 M Bakass, A Mokhlisse, M Lallemant, “ Preparation of superabsorbent polyme with slow release phosphate fertilizer” J Appl Polym Sci., 83, 234, 2002 21 A Jarosiewicz, M Tomaszewska, “Controlled-release NPK fertilizer encapsu-lated by polymeric membranes” Journal of Agricultural and food Chemistry, 51, 413-414, 2003 22 Dennis D.E, “Controlled – Release Fertilizers Using Zeolit”, U.S Geological Survey, 24, p.1-2, 2004 23 Falu Zhan, Mingzhu Liu, Mingyu guo, “Physical and chemical characteristics of polymer coatings in CRF formulation” J Appl Polym Sci., Vol.92, p 1-2, 2004 24 K Yamashita, O Hashimato, T Nishimura, M Nango, “Preparation of superabsorbent slow release nitrogen fertilizer by inverse suspension polymerization”, Reactive & Functional Polymers, 13, 51-61, 2002 25 Wong, J.W.C., Chan, C.W.Y., “Nitrogen and phosphorus leaching from fertilizer applied on golf course: lysimeter study”, Water, Air, Soil Pollut, 107, 335-345, 2003 26 Zaidel E “Models of controlled release of fertilisers” D Sc Thesis, Agric Engn Technion-IIT, Haifa, Israel, 24, p 34-36, 1996 27 Du C., “Controlled – Release Fertilizers Using Zeolit” J Appl Polym Sci., 36, p.124-130, 2004 28 Zhan F., Mingzhu Liu, Mingyu Guo, LanWu, “Preparation and properties of a double-coated slow-release NPK compound fertilizer with superabsorbent and water-retention” J Appl, Polyme Sci., Vol 92, p 3417-3421, 2004 29 Hiệp hội phân bón quốc tế, “Cẩm nang sử dụng phân bón”, Trung tâm thơng tin khoa học kỹ thuật hóa chất, trang 36 – 65, 1998 30 Phạm Hữu Lý cộng sự, “ Nghiên cứu, tổng hợp ure nhả chậm gelatin”, Tuyển tập kết NCKH Viện Hóa học, trang 84 – 93, 2001 31 Nguyễn Thanh Tùng đồng sự, “Nghiên cứu khả lưu giữ phân bón polyme siêu hấp thụ nước”, Tạp chí hóa học, tập 10, trang 18, 2002 32 Gordonov, B., and Michael, U., “Controlled release of coated granular fertilizers”, In “Third Int Dahlia Greidinger Sym on Fertilisation and The Environment”, (Mortwedt J J and A Shaviv Eds.), 26, pp 313-320, Technion, Haifa, 1998 33 Mikkelsen, R.L “Using hydrophilic polymers to control nutrient release”, Fert Res, 38, 53-60, 1994 34 Shaviv, A and Mikkelsen, R.L., “Slow release fertilisers for a safer environment maintaining high agronomic use efficiency”, Fert Res, 35, 112, 1993 35 Hall, W.L., “New methodology for slow-release fertilizers”, Book of th Abstracts, 218 ACS National meeting, New Orleans, 14-16, 1999 36 Raban, S., and Shaviv, A., “Controlled release characteristics of coated urea fertilisers”, J Appl Polyme Sci., 43, p 105-106, 1995 37 Trenkel, M.E., “Controlled release and Stabilized Fertilisers in Agriculture”, J Appl, Polyme Sci.,32, 84-87, IFA, Paris, 1997 38 Ghosh, B.C., and Bhat, R., “Environmnetal hazards of nitrogen loading in wetland fields”, Environ Pollut, 102, 23-136, 1998 39 Scheib, R.M., “Controlled release fertiliser workshop 1991 Proceedings”, TVA - NFERC, Alabama, 43-48, 1991 40 MingzhuLiu, Rui Liang, Falu Zhan, Zhen Liu and Aizhen Niu, “Synthesis of a slow-release and superaborbent nitrogen fertilizer and its properties”, Polym Adv Technol, 17, 430-438, 2006 41 Mingyu, Mingzhu Liu, Faluzhan and Lan Wu, “Preparation and Properties of a Slow-Release Membrane-Encapsulated Ure Fertilizer with Superabsobent and Moisture Preservation”, Ind Eng Chem Res., Vol 44, No 12, 34-45, 2005 42 B Tyliszczczak, J Polaczek, J Pielichowski, K Pielichowski, “Preparation and Properties of biodegradable Slow-Release PAA Superabsorbent Matrixes for Phosphorus Fertilizers”, Macromol Symp, 279, 236-242, 2009 ... tơi lựa chọn đề tài Tổng hợp nghiên cứu tính chất phân bón ure nhả chậm Nhiệm vụ cụ thể khóa luận là: - Tổng hợp phân ure nhả chậm siêu hấp thụ nƣớc sở polyacrylamit với chất tạo lƣới MBA, hệ... chậm phân bón nhả có kiểm sốt 1.2.1 Định nghĩa phân bón nhả chậm phân bón nhả có kiểm sốt 1.2.2 Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm phân bón nhả có kiểm sốt.11 1.2.2.1 Trên giới 11 1.2.2.2... hay Ra có chứa phân lân tích tụ đất thời gian dài [12] gây hậu nghiêm trọng 1.2 Tổng quan phân bón nhả chậm phân bón nhả có kiểm sốt 1.2.1 Định nghĩa phân bón nhả chậm phân bón nhả có kiểm sốt