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

Kỹ thuật nhả có kiểmsoát tạo ra các loại phân bón có khả năng tăng cường sự phát triển của cây khicác chất dinh dưỡng được đưa vào nền polyme hoặc bọc trong vỏ polyme.Sau đó, chất dinh d

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận này được hoàn thành tại phòng vật liệu polyme - Viện Hóahọc – Viện KH&CN Việt Nam Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành

cảm ơn: TS Nguyễn Thanh Tùng và ThS Lê Cao Khải đã tận tình hướng

dẫn và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này

Em xin trân trọng cảm ơn tập thể khoa học phòng Công nghệ vật liệupolyme – Viện Hóa học - Viện KH&CN Việt Nam và các thầy cô trong khoaHóa học trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khóaluận này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2012

Sinh viên

Mai Thị Loan

nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt

nghiệp

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAm : acrylamit

ASC : axit ascobic

APS : amoni pesunfat

SCU : Lưu huỳnh bọc

ure UF : Ure formandehit

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu chung về vai trò của phân bón, tình hình sản xuất và sử dụng phân bón 3

1.1.1 Vai trò của phân bón 3

1.1.1.1 Vai trò của phân chứa nitơ 3

1.1.1.2 Vai trò của phân chứa photpho 4

1.1.1.3 Vai trò của phân kali 4

1.1.2 ình hình sản xuất và sử dụng phân bón trên thế giới 5

1.1.3 Thực trạng về việc sử dụng phân bón ở nước ta 6

1.1.4 Những vấn đề thách thức khi sử dụng phân bón truyền thống 7

1.2 Tổng quan về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát 9

1.2.1 Định nghĩa về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát 9

1.2.2 Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát.11 1.2.2.1 Trên thế giới 11 1.2.2.2 Trong nước 13

1.2.3 Ưu, nhược điểm của phân bón nhả chậm và 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 và 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 và nhả có kiểm

soát 20

1.3 Phân bón nhả chậm siêu hấp thụ nước và giữ ẩm 21CHƯƠNG 2 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.Ph ư ơng pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu 27

2.2.1 Phương pháp thực nghiệm 27

2.2.1.1 Tổng hợp phân ure nhả chậm trên cơ sở polyacrylamit tạo lưới bằng MBA 27 2.2.1.2 Đo tỷ lệ trương của các polyme 27

2.2.1.3 Nghiên cứu quá trình nhả ure của sản phẩm trong môi trường nước 27

2.2.1.4 Nghiên cứu quá trình nhả ure của sản phẩm trong đất 28

2.2.2 dung Nội nghiên cứu 28

2.2.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới MBA 28

2.2.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào APS 28

2.2.2.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ ure/AAm 28

2.2.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng nhả ure của sản phẩm trong đất 28

CH ƯƠN G 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬ N 29

3.1 Tổng hợp phân ure nhả chậm - hấp thụ nước 29

3.1.1 hưởng Ảnh của hàm lượng chất tạo lưới MBA 29

3.1.2 hưởng Ảnh của hàm lượng chất khơi mào APS 30

3.1.3 hưởng Ảnh của tỷ lệ ure/AAm đến tỷ lệ trương của sản phẩm 32

3.1.4 hồng Phổ ngoại 33

3.1.5 Hình thái học bề mặt 34

3.2.Nghiên cứu khả năng nhả ure trong các môi trườ ng 35

3.2.1 Khả năng nhả ure trong nước 35

3.2.2 Khả năng nhả ure trong đất 36

3.3.Ảnh hưở ng của nhiệt độ tới quá trình nhả ure trong đất 38

KẾT LUẬN 40TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

MỞ ĐẦU

Ông cha ta có câu “Nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống” Điều này

đã khẳng định vai trò to lớn của nước và phân bón trong sản xuất nôngnghiệp, đặc biệt là với một nước mà hơn 80% dân số làm nông nghiệp nhưViệt Nam Tuy nhiên, việc sử dụng phân bón quá nhiều như hiện nay khôngnhững gây lãng phí mà còn ảnh hưởng không tốt tới môi trường và sức khỏecon người Vì thế, việc nghiên cứu để tạo ra các loại phân bón vừa đảm bảocung cấp đủ dinh dưỡng cho cây trồng trong một thời gian dài, vừa không ảnhhưởng tới môi trường đang là mối quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học

Trong những năm gần đây, việc ứng dụng các công nghệ mới vào lĩnhvực sản xuất phân bón là một trong những biện pháp hữu hiệu nhằm tăng hiệuquả sử dụng phân bón và cải thiện năng suất cây trồng Kỹ thuật nhả có kiểmsoát tạo ra các loại phân bón có khả năng tăng cường sự phát triển của cây khicác chất dinh dưỡng được đưa vào nền polyme hoặc bọc trong vỏ polyme.Sau đó, chất dinh dưỡng được nhả dần cho cây hấp thụ, do đó tránh đượchiện tượng rửa trôi phân bón, tiết kiệm sức lao động và chi phí sản xuất cũngnhư giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường

Nitơ, chất dinh dưỡng thực vật được áp dụng rộng rãi nhất, thườngđược coi là yếu tố quyết định năng suất cây trồng [1] Gần đây, nitơ đượcphát hiện là có tác dụng không tốt với môi trường cũng như sức khỏecủa con người và động vật [2] Trong số các loại phân chứa nitơ, ure được

sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn cả vì hàm lượng nitơ cao nhất (46% nitơ)

dễ sử dụng và có giá thành thấp hơn so với các sản phẩm khác [3] Tuynhiên, lượng ure

bị mất vào môi trường lên tới 40 - 70% kéo theo nhiều vấn đề nghiêm trọngnhư: phá hủy tầng ozon, ô nhiễm nguồn nước, hiện tượng phú dưỡng của

sông hồ Với những lí do trên chúng tôi đã lựa chọn đề tài “Tổng hợp và

nghiên cứu tính chất của phân bón ure nhả chậm”.

Nhiệm vụ cụ thể của khóa luận là:

- Tổng hợp phân ure nhả chậm siêu hấp thụ nước trên cơ sởpolyacrylamit với chất tạo lưới MBA, hệ khơi mào oxi hóa khửAPS/ASC

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng chất khơimào, chất tạo lưới, tỷ lệ ure/AAm tới tỷ lệ trương của polyme

- Nghiên cứu quá trình nhả ure của sản phẩm trong môi trườngnước, đất

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng nhả ure của sảnphẩm trong môi trường đất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về vai trò của phân bón, tình hình sản xuất và sử dụng phân bón [4]

1.1.1 Vai trò của phân bón

Phân bón là các chất hữu cơ hoặc vô cơ chứa các nguyên tố dinhdưỡng cần thiết cho cây trồng, được bón vào đất hay hòa vào nước phun, xử

lí hạt giống, rễ và cây con

Phân bón cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng sinh trưởng, pháttriển Nếu chỉ lấy từ đất thì cây trồng hoàn toàn không đủ chất dinh dưỡng màphải lấy thêm phần lớn từ phân bón Phân bón chính là thức ăn nuôi sống câytrồng Điều tra tổng kết ở khắp nơi trên thế giới đều cho thấy trong các kĩthuật trồng trọt, bón phân luôn có ảnh hưởng lớn nhất tới năng suất cây trồng.Theo tổ chức FAO, trong những thập niên 70-80 của thế kỷ 20, trên phạm vitoàn thế giới, phân bón quyết định 50% sản lượng tăng thêm Ở nước ta, chođến năm 1990, phân bón làm tăng trung bình 35% tổng sản lượng

Đối với đất và môi trường, bón phân làm tăng độ phì nhiêu của đất, đấttốt hơn, cân đối hơn, là biện pháp cải tạo đất hữu hiệu Ở những vùng đất có

độ phì nhiêu ban đầu thấp, tức là đất xấu thì việc bón phân càng có tác dụng

rõ Việc sử dụng các phế thải trong các hoạt động đời sống của con người,chất thải của công nghiệp để làm phân bón góp phần hạn chế ô nhiễm môitrường

1.1.1.1 Vai trò của phân chứa nitơ

Cây hút N chủ yếu dưới dạng NH+ và NO - Phân nitơ rất đa dạng như:

ure, amoni sunfat, amoni nitrat…N là thành phần quan trọng và cần thiết cho

sự phát triển của cây Nó là nguyên tố tham gia vào thành phần chính của các

chất diệp lục, protit, peptit, các axit amin, các enzim, nhiều loại vitamin vàcác chất điều hòa sinh trưởng…

N là yếu tố chính quyết định sự phát triển của các mô tế bào sống củacây Bón đủ N cây sinh trưởng nhanh, ra nhiều chồi, lá và cành, hoa quảnhiều, tích lũy được nhiều chất nên cho năng suất cao và chất lượng tốt Do

đó, N là yếu tố dinh dưỡng được cây hút và tích lũy nhiều nhất, là yếu tốquyết định năng suất của cây Thiếu N, cây sẽ sinh trưởng kém, còi cọc, vàng

lá, ít hoa quả và năng suất thấp

1.1.1.2 Vai trò của phân chứa photpho

Cây hút P chủ yếu dưới dạng khoáng của photphat hóa trị 1 và hóa trị

2 P có vai trò rất quan trọng với cây P có vai trò trung tâm trong quá trìnhtrao đổi năng lượng và tổng hợp protein P là thành phần chủ yếu của các chấtADP và ATP là những chất dự trữ năng lượng cho quá trình sinh hóa của cây,đặc biệt là quá trình quang hợp, sự tạo thành chất béo và protein P thúc đẩy

sự phát triển của bộ rễ cây, kích thích sự hình thành nốt sần ở cây họ đậu, thúcđẩy sự ra hoa và hình thành quả ở cây, là yếu tố quyết định chất lượng hạtgiống P giúp cây tăng khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi như rét,hạn, sâu bệnh P còn có tác dụng hạn chế tác hại của việc bón thừa N, P giúpcây sinh trưởng tốt, năng suất cao và chất lượng nông sản cao

1.1.1.3 Vai trò của phân kali

Cây hút K dưới dạng K+, các tế bào của cây rất dễ để dung dịch K thấmqua nên K được cây hút dễ dàng hơn các nguyên tố khác Phân kali bao gồmmột số phân như: KCl, KNO3, K2SO4… K tham gia tích cực vào quá trìnhquang tổng hợp nên các chất gluxit của cây K làm tăng khả năng thẩm thấunước ở tế bào, điều chỉnh sự khuếch tán CO2 của quá trình quang hợp, đồngthời tăng khả năng sử dụng ánh sáng cho cây trong điều kiện ít nắng K thúcđẩy quá trình tổng hợp N trong cây, làm giảm tác hại của việc bón quá nhiều

N, thúc đẩy sự ra hoa, tăng cường khả năng chống chịu điều kiện bất lợi, làmtăng hàm lượng chất bột nền, do đó làm tăng chất lượng hạt và quả Thiếu K,các lá già chuyển màu nâu, chóp và rìa lá khô dần, cây phát triển chậm, mềmyếu, dễ đổ ngã.

1.1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng phân bón trên thế giới

Nhu cầu phân bón trên thế giới phụ thuộc vào các yếu tố chính đó là sựphát triển dân số và kinh tế thế giới, tốc độ phát triển của ngành nông nghiệp,chính sách quản lý của nhà nước ở mỗi quốc gia Sự gia tăng dân số thế giới

đã đẩy nhu cầu về lương thực, thực phẩm tăng nhanh Sự phát triển của dân số

và nền kinh tế thế giới rõ ràng là hai nguyên nhân trực tiếp làm tăng nhu cầu

về lương thực, các sản phẩm nông nghiệp và nhu cầu phân bón

Cụ thể nhu cầu về phân đạm hàng năm trên thế giới tăng khoảng 1,4%tính tới năm 2011/2012 tương ứng với khoảng 7,3 triệu tấn Trong đó, khuvực tiêu thụ chủ yếu loại phân này là Đông Á, Nam Á, Bắc Mỹ và Tây Âu.Đối với phân lân thì nhu cầu sử dụng tăng khoảng 2% mỗi năm, trong đóphần lớn nhu cầu sử dụng thuộc về châu Á với 71% và châu Mỹ với 21%.Phần đóng góp chính của sự gia tăng nhu cầu dùng phân lân đối với các khuvực cụ thể là Nam Á chiếm 35,8%, Đông Á 33,8%, Mỹ La tinh chiếm 18,3%.Ngoài hai loại phân bón chính trên thì phân kali cũng đóng một vai trò hết sứcquan trọng và sản lượng loại phân này hàng năm tăng khoảng 2,4% tươngđương với 3,6 triệu tấn Trên thế giới, khu vực tiêu thụ loại phân này nhiềunhất vẫn là châu Á với 68% và thứ hai là châu Mỹ với 26%

Do nhu cầu phân bón ngày một tăng, lượng phân được cung cấp hàngnăm cũng tăng khoảng 30 triệu tấn tương đương với khoảng 3% Theo ướctính, lượng phân đạm tăng khoảng 23,1 triệu tấn trong năm 2011/2012 so vớinăm 2007/2008 Sản lượng phân lân trong năm 2011/2012 tăng khoảng 3,2%tương ứng với khoảng 6,3 triệu tấn Khu vực sản xuất phần lớn lượng phân

bón vẫn sẽ là khu vực Đông Á, Bắc Mỹ và châu Phi, trong đó châu Phi và Bắc

Mỹ là hai khu vực xuất khẩu lớn nhất Đối với phân kali thì sự gia tăng sảnlượng vào khoảng 2,4% mỗi năm Khu vực sản xuất chính là Bắc Mỹ, Đông

Âu, Trung Á (EECA) và Tây Âu, trong đó khu vực EECA, Bắc Mỹ, Tây Á vàTây Âu là những khu vực xuất khẩu chủ yếu Ước tính cho tới năm 2020 thìnhu cầu phân bón của thế giới sẽ vào khoảng 208 triệu tấn, trong đó nhu cầu

sử dụng phân bón của các nước phát triển là khoảng 86 triệu tấn, trong khi ởcác nước đang phát triển là khoảng 122 triệu tấn [4]

1.1.3 Thực trạng về việc sử dụng phân bón ở nước ta

Tính từ năm 1985 tới nay, diện tích gieo trồng ở nước ta chỉ tăng57,7%, nhưng lượng phân bón sử dụng tăng tới 517% Theo tính toán, lượngphân vô cơ sử dụng tăng mạnh trong vòng 20 năm qua, tổng các yếu tố dinhdưỡng đa lượng N + P2O5 + K2O năm 2007 đạt trên 2,4 triệu tấn, tăng gấphơn 5 lần so với lượng sử dụng của năm 1985 Ngoài phân bón vô cơ, hàngnăm, nước ta còn sử dụng khoảng 1 triệu tấn phân hữu cơ, hữu cơ sinh học,hữu cơ vi sinh các loại Cho đến năm 2010, tổng diện tích gieo trồng ởnước ta vào khoảng 12.285.500 ha, trong đó, cây có thời gian sinh trưởnghàng năm là

9.855.500 ha và cây lâu năm khoảng 2.431.000 ha Để thoả mãn nhu cầu phânbón cho các loại cây trồng trên các diện tích này, đến hết năm 2010, ta có2.100.000 tấn phân ure, 300.000 tấn phân DAP, 3.000.000 tấn phân NPK cácloại, 1.400.000 tấn phân lân dạng supe nung chảy và 400.000 tấn phân kali Ởnước ta, nguồn phân đạm hiện nay do hai nhà máy Đạm Hà Bắc có công suất180.000 tấn ure/năm và nhà máy Đạm Phú Mỹ có công suất 740.000 tấnure/năm cung cấp Hiện cả hai nhà máy này có khả năng đáp ứng được mộtnửa nhu cầu đạm trong nước

Theo số liệu tính toán của các chuyên gia trong lĩnh vực nông hoá học

ở Việt Nam, hiện nay, hiệu suất sử dụng phân đạm mới chỉ đạt từ 30-45%, lân

từ 40-45% và kali từ 40-50%, tuỳ theo chân đất, giống cây trồng, thời vụ,phương pháp bón, loại phân bón…Như vậy, còn 60-65% lượng đạm tươngđương với 1,77 triệu tấn ure, 55-60% lượng lân tương đương với 2,07 triệutấn supe lân và 55-60% lượng kali tương đương với 344 nghìn tấn kali clorua(KCl) được bón vào đất nhưng chưa được cây trồng sử dụng Trong số phânbón chưa được cây sử dụng, một phần còn lại ở trong đất, một phần bị rửa trôitheo nước mặt do mưa, theo các công trình thuỷ lợi ra các ao, hồ, sông suốigây ô nhiễm nguồn nước mặt Một phần bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầngnước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trìnhphản nitrat hoá gây ô nhiễm không khí.

Xét về mặt kinh tế thì khoảng 2/3 lượng phân bón hàng năm cây trồngchưa sử dụng được, đồng nghĩa với việc 2/3 lượng tiền người nông dân bỏ ramua phân bón bị lãng phí, với tổng thất thoát lên tới khoảng 30 nghìn tỷ đồngtính theo giá phân bón hiện nay

Xét về mặt môi trường, trừ một phần các chất dinh dưỡng có trongphân bón được giữ lại trong các keo đất là nguồn dinh dưỡng dự trữ cho vụsau, hàng năm một lượng lớn phân bón bị rửa trôi hoặc bay hơi đã làm xấu đimôi trường sản xuất nông nghiệp và môi trường sống, đó cũng là những tácnhân gây ô nhiễm nguồn nước, không khí Trong số đó, phân do sản xuất lúagây ra đối với việc ô nhiễm môi trường là vấn đề đáng được quan tâm nhất,

vì hàng năm một lượng lớn phân bón được dành cho sản xuất lúa

1.1.4 Những vấn đề thách thức khi sử dụng phân bón truyền thống

Năm 1998, Smil [5] đã dự đoán những vấn đề tiềm ẩn về môi trường do

sự dư thừa đạm trong quá trình cung cấp phân bón cho cây trồng Tổng lượngphân đạm bón vào là khoảng 80 triệu tấn/năm Sự thất thoát nitơ ra ngoàikhông khí chiếm một lượng khá lớn và được xem như một nguyên nhânchính làm giàu lượng nitơ trong bầu khí quyển Tầng nước ngầm và nước

bề mặt

nhận được khoảng từ 32 đến 45 triệu tấn nitơ thấm vào mỗi năm Tại nhiềukhu vực trên thế giới, nitơ và cả photpho xảy ra tình trạng tích tụ thành mộtlượng quá lớn cho phép gây ảnh hưởng lớn tới môi trường, sức khỏe và hệsinh thái.

Ở hầu hết các vùng canh tác, nitơ bị oxy hóa tạo thành nitrat dưới tácdụng của vi khuẩn hoạt động Kết quả là một phần tương đối lớn nitơ có thể

bị thấm hoặc bị tách khỏi rễ đi vào nước ngầm, nước mặt Một lượng lớnnitrat tích tụ lại trong hệ khí quyển cũng rất đáng lo ngại, đây cũng là mộttrong những nguyên nhân gây ra bệnh giảm nồng độ khí oxy trong máu donguồn nước uống chứa quá nhiều nitrat, gây bệnh cho loài động vật nhai lại,

là một trong những nguyên nhân gây bệnh ung thư dạ dày Đây cũng là thủphạm gây ra nhiều căn bệnh khác nữa như: bướu cổ, dị tật bẩm sinh, bệnh timmạch Để đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người, hàm lượng nitrat chuẩnđược quy định tại Mỹ là dưới 10mg N/lit hay tại liên minh châu Âu là dưới50mg NO3 /lit [6]

Trong quá trình sử dụng phân bón nitơ, sự bay hơi của amoniac cũngrất đáng kể, đặc biệt là khi sử dụng chúng trong môi trường đất có tính kiềm[7] Quá trình bay hơi của amoniac được quyết định bởi yếu tố đất, môitrường và tỷ lệ thuận với hàm lượng amoni trong đất Sự giải phóng amoni từlĩnh vực sử dụng phân bón có thể dẫn tới quá trình tích tụ chúng trong hệ sinhthái và là nguyên nhân gây ra sự phá hủy hệ thực vật [8] Một lượng NH3 cóthể bị oxy hóa và được chuyển hóa thành axit, kết hợp với axit sunfuric (từnguồn khí thải công nghiệp) tạo thành mưa axit Mưa axit là nguyên nhân pháhủy mùa màng hoặc axit hóa các hồ chứa nước, gây ra tình trạng ngộ độcnhôm trong cá và thực vật [9]

Vấn đề ô nhiễm môi trường do phân photpho gây ra cũng rất đáng longại, đó là sự dư thừa nồng độ của N, P hay C và một số các vi nguyên tố

khác trong nước [10] Trong hệ thủy sinh, sự tích tụ của photpho là rất đángquan tâm [11] Tác động sơ cấp của hiện tượng phú dưỡng làm tăng sinh khốicủa tảo, điều này dẫn tới hàm lượng oxy bị thiếu hụt, làm chết cá, xuất hiện vàgia tăng mùi thối, gây ô nhiễm và mất mĩ quan môi trường Lượng lớnphotpho thải vào môi trường cũng bắt nguồn từ chất thải công nghiệp, phânbón trong nông nghiệp, nước, bùn thải và chất tẩy uế Mặc dù không trực tiếptác động đến hệ sinh thái nhưng các nguyên tố như Cd, Cr, Pb, Ur hay Ra cóchứa trong phân lân có thể tích tụ trong đất trong thời gian dài [12] và gây hậuquả nghiêm trọng.

1.2 Tổng quan về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát

1.2.1 Định nghĩa về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát

Ngành công nghiệp phân bón luôn phải đối mặt với những tồn tại khótháo gỡ, đó là vấn đề cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón Bởi vậy, việc rấtcần thiết là phát triển một loại phân bón mới Nhưng nhiệm vụ này là không

hề dễ dàng do cơ chế hấp thụ dinh dưỡng của thực vật là phức tạp Bằng sự nỗlực không ngừng, các nhà khoa học đã chế tạo thành công loại phân bón mới,đáp ứng được những yêu cầu đặt ra, đó chính là phân bón nhả chậm và phânbón nhả có kiểm soát [13]

Tổng số lượng phân bón nhả chậm tiêu thụ trên toàn thế giới năm 1996

- 1997 là khoảng 560.000 tấn [14] Lượng tiêu thụ lớn nhất là ở Mỹ vàCanada, chiếm khoảng 70% tổng số lượng được sử dụng Các nước châu Âu

và Nhật Bản tiêu thụ phần còn lại khá ngang nhau Tại Nhật Bản, hầu hết cácCRFs được sử dụng trong nông nghiệp, chủ yếu là trồng lúa, rau và cây ănquả, và chỉ một phần nhỏ được sử dụng cho đồng cỏ và làm vườn cảnh Tại

Mỹ, Canada và châu Âu, khoảng 90% tổng tiêu thụ được sử dụng cho mụcđích phi nông nghiệp (sân gôn, vườn, thảm cỏ chuyên nghiệp, cảnh quan), chỉ

có khoảng 10% được sử dụng cho nông nghiệp, chủ yếu là rau, dưa hấu, dâu

tây, quả có múi và các loại cây ăn quả khác Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởngcủa việc sử dụng của phân bón nhả chậm trong nông nghiệp hơn gấp đôi tốc

độ tăng trưởng trong thị trường phi nông nghiệp [14]

Phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát là các loại phân bón có chứamột chất dinh dưỡng cho cây ở một dạng hoặc là a) làm chậm tính có sẵn chocây hấp thu và sử dụng sau khi đưa vào, hoặc là b) dạng có sẵn cho cây trongthời gian dài hơn rất nhiều so với “phân bón dinh dưỡng có sẵn” như amoninitrat hay ure, amoni photphat, kali clorua Không có sự khác biệt chính thứcnào giữa phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát nên thường được gọi chung

là phân nhả chậm Tuy nhiên, các sản phẩm N bị phân hủy bởi vi khuẩn như

UF (Ure-Formaldehit), trong thương mại thường được gọi là phân nhả chậm

và các sản phẩm dạng viên hoặc bọc được gọi là phân bón nhả có kiểm soát

Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu đã đưa ra một số đề xuất về phân bón nhảchậm trong đất như sau:

- Nhả: Quá trình chuyển hóa của một chất hóa học thành một dạng

dinh dưỡng có sẵn cho cây (ví dụ quá trình hòa tan, thủy phân, phân hủy v.v.)

- Nhả chậm: Tỉ lệ nhả của một chất hóa học thành một dạng dinh dưỡng có sẵncho cây, nói chung được xác định là thấp hơn so với tỉ lệ nhả từ việc áp dụngmột chất dinh dưỡng có sẵn cho cây (ví dụ đối với nitơ nhả chậm, tỉ lệnhả/ứng đáp của thực vật với việc áp dụng ure, amoni hay dung dịch nitrat);

- Quy định: Một loại phân được mô tả là phân nhả chậm nếu chất dinh dưỡnghoặc các chất dinh dưỡng được xem là nhả chậm, dưới những điều kiệnnhất định như ở nhiệt độ 250C, phải đáp ứng một trong ba tiêu chuẩn sau:

+ Nhả không quá 15% trong 24h

+ Nhả không quá 70% trong 28 ngày

+ Nhả ít nhất 70% trong khoảng thời gian đã định.

1.2.2 Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát

1.2.2.1 Trên thế giới

Phân nhả chậm được sự quan tâm nghiên cứu rộng rãi của các nhà khoahọc trên thế giới trong nhiều thập niên qua Nhiều công trình nghiên cứu vềcác loại phân nhả chậm bằng cách bao bọc các hạt phân ban đầu bởi các chấtnền khác nhau hay tạo liên kết giữa các hạt phân với một số chất khác nhau đãđược công bố

Ray S.K và cộng sự [15] đã nghiên cứu ra phân chứa B nhả chậm vớithành phần chính là polyborophotphat Sản phẩm này có nhiều lợi ích hơnphân chứa B bình thường là tan chậm trong nước, giảm sự thất thoát, giảmđộc hại, tăng hiệu quả khi sử dụng

Geortz Harvey M và cộng sự [16] đã nghiên cứu được một loại phânnhả chậm từ nền dầu hữu cơ như dầu lanh và các loại phân: NPK, ure hay cácloại phân Ca, Mg, S Phân này có khả năng nhả chậm từ 10% (14 ngày), 11%(20 ngày)…

Mangrich A S và cộng sự [17] đã tổng hợp được phân K nhả chậm từcặn dầu phiến nham ở 9000C thu được phân có độ tan 30,3% K2O (trong HCl0,5M), 23,2% (trong axit citric) và 6,9% (trong nước)

Fujita T và cộng sự [18] cũng đã tổng hợp phân nhả chậm được baobọc bằng polyme đường (glucozo, fructozo) hay dẫn xuất của nó Phân đượcbọc là ure, NH4Cl, KCl, KNO3, NaNO3, K3PO4…

Goertz Harvey M [16] đã nghiên cứu và sản xuất thành công hỗn hợpNPK nhả chậm từ hỗn hợp dung dịch ure và formaldehit với chất nền khô từnguồn P (supephotphat, apatit…) và K (KHCO3, K2CO3, K3PO4…) để tạo nênhỗn hợp đồng nhất NPK

Nakonieczny J [19] đã tổng hợp được phân bón đa thành phần nhảchậm Phân này bao gồm N ở dạng hợp chất hữu cơ và vô cơ, P ở dạngsupephophat, trisupephotphat, K ở dạng clorua và sunphat Phân chứa 30 – 50

% N, P2O5, K2O và 10% tinh bột 17 – 25% N tồn tại ở dạng ure – andehit

Liu F và cộng sự [20] đã nghiên cứu được phân N nhả chậm từdicyandiamit; 1,4 – benzendiol; axit humic, zeolit, bột kích thích rễ và nguyên

tố vi lượng Sản phẩm thu được đã cải thiện chất lượng mùa màng

Markusch P H và cộng sự [21] đã thực hiện phản ứng giữa isocyanatvới các hạt phân tạo thành phân bọc ure nhả chậm

Hamada E và cộng sự [22] đã nghiên cứu thành công phân K nhảchậm Thành phần chính của phân là: K2O, SiO2, và CaO Tỉ lệ nhả K2O đượckiểm tra bởi tỉ lệ khối lượng của K2O tổng số và K2O trong nước

Zhu Zhenliu và cộng sự [23] đã tổng hợp được phân ure nhả chậm từcyanamit Ca và dung dịch ure đậm đặc hay ure nóng chảy Sản phẩm thuđược có hiệu quả cao và giá thành thấp

Setani M [24] đã tổng hợp ure formaldehit với sự hiện diện của kiềm,axit mạnh và dung dịch amoni hay amin Sản phẩm thu được có độ tan trongnước nóng là 15% về khối lượng và sản phẩm phân rã là đều đặn

Haeberle K và cộng sự [25] đã nghiên cứu phân N nhả chậm từ việcbao bọc các hạt phân bằng huyền phù của polyure Việc bao bọc này ngănchặn vón cục, tan chậm trong nước và bị vi khuẩn phân hủy

Bagdasarov V R và cộng sự [26] sử dụng zeolit (6-24%) và amoninitrat hay ure (79-94%) để tổng hợp phân nhả chậm

Du C và cộng sự [27] đã nghiên cứu thành công phân N, P, K nhảchậm trên các chất mang như metacrylic axit, PAM, PVA, polyetylenglycolhay từ chitosan từ thiên nhiên và dẫn xuất hay hỗn hợp của hơn một chất

mang cùng những chất tạo liên kết ngang như formandehit, etylendiamin,glutaraldehit, borat hay ZnO.

Zhan F và cộng sự [28] đã tổng hợp thành công polyme siêu hấp thụđồng thời mang phân P nhả chậm Sản phẩm được điều chế từ phản ứng estehóa của PVA với H3PO4 Sản phẩm thu được chứa 31,2% P2O5

1.2.2.2 Trong nước

Ở Việt Nam, phân nhả chậm chưa được các nhà chuyên môn quan tâm,nghiên cứu nhiều Tuy nhiên, cũng có một số loại phân nhả chậm đã đượcnghiên cứu:

Trần Khắc Trung và Mai Hữu Khiêm – Khoa Công nghệ Hoá học vàdầu khí – Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh [29] đã nghiêncứu và sản xuất thành công phân nhả chậm ure – zeolit từ ure và zeolit NaX.Phân đã được thử nghiệm qua hai vụ lúa tại trại thực nghiệm lúa Long Phú(Sóc Trăng) cho thấy loại phân này có tác dụng đến 50 ngày và tiết kiệm đến30% do không bị rửa trôi Một ưu thế khác, khi giảm lượng phân bón đi 30%

so với phân ure thông thường thì năng suất thu được tương đương và phẩmchất gạo có chiều hướng cao hơn so với ô ruộng đối chứng Thời gian hấp thụkéo dài đã giảm số lần bón phân từ ba xuống hai, giảm chi phí đầu tư chongười nông dân Không chỉ thành công trên lúa, phân ure nhả chậm còn được

áp dụng với các loại cây trồng khác như dưa hấu, đậu phộng cho kết quả khảquan

Phạm Hữu Lý và cộng sự [30] đã nghiên cứu được phân ure nhả chậmvới polyme nền gelatin, ure và amoni bicromat theo tỉ lệ xác định bằng haiphương pháp: phương pháp cán trộn cơ học và phương pháp dung dịch Sảnphẩm thu được có polyme nền là một polyme động vật dễ bị phân hủy sinhhọc và không ô nhiễm môi trường

Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự [31] đã nghiên cứu khả năng lưu giữphân bón của polyme siêu hấp thụ nước trong đất Polyme được tổng hợp từ

axit acrylic, etylenglicol dimetaacrylat, (NH4)2S2O8, NaOH và các loại dungmôi Polyme này ngoài khả năng giữ nước lớn còn lưu giữ rất hiệu quả cácloại phân bón, đặc biệt là phân vi lượng.

Tuy nhiên, các loại sản phẩm được nghiên cứu ở Việt Nam trên đều cónhững hạn chế như: thời gian nhả chậm của phân còn ngắn chưa đáp ứngđược với những cây trồng dài ngày và chưa kiểm soát được thời gian nhả chậm

1.2.3 Ưu, nhược điểm của phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát

1.2.3.1 Ưu điểm

- Phân bón nhả chậm làm giảm độc tính trong cây (đặc biệt là cây trồng từ hạt),bắt nguồn từ nồng độ ion cao trong đất, đó cũng chính là kết quả của quátrình hòa tan với tốc độ nhanh của phân bón truyền thống và vì thế gópphần cải thiện tính an toàn trong nông nghiệp [32]

- Do quá trình giảm độc tính và hàm lượng muối của chất nền đã giúp chúng

có nhiều ứng dụng hữu ích hơn so với phân bón truyền thống, giúp giảmđáng kể công lao động, thời gian và năng lượng cũng như thuận tiện hơntrong quá trình sử dụng phân bón, đó chính là những ưu điểm lớn nhất củaphân nhả chậm

- Góp phần cải thiện chương trình quản lý phân bón và hệ thống canh tác tiêntiến [18]

- Cho phép tập trung đầy đủ lượng dinh dưỡng cần thiết của cây trồng dướimàng phủ nilon

- Chúng làm giảm đáng kể lượng hao hụt dinh dưỡng, đặc biệt là mất nitơ,nitrat trong quá trình sử dụng và hấp thụ của thực vật thông qua cách thứcnhả dinh dưỡng từ từ Chúng cũng làm giảm sự bay hơi của amoniac,đồng thời giảm tác động gây ô nhiễm môi trường [33]

- Góp phần làm giảm thiểu các loại khí khác gây hiệu ứng nhà kính như N2O[34]

1.2.3.2 Nhược điểm

- Không có một phương pháp chuẩn đủ tin cậy để định lượng lượng dinhdưỡng được giải phóng Vẫn có một sự thiếu tương quan giữa những số liệuthu được từ phòng thí nghiệm và thực tế Hơn thế nữa, các điểm ưu việt củaphân nhả chậm so với phân truyền thống thì không phải lúc nào loại phân nàycũng được so sánh với những loại phân tốt nhất [35]

- Đối với phân nhả chậm được bọc lưu huỳnh, lượng dinh dưỡng ban đầu cóthể được giải phóng quá nhanh gây thiệt hại cho cây trồng cộng với giá thànhcủa nó cũng cao hơn so với cùng một lượng phân thông thường Ngoài ra,một số phân dạng viên bọc lưu huỳnh thường được phủ một lớp vỏ quádày có thể dẫn tới hiện tượng dinh dưỡng trong phân bón không thể giảiphóng ra trong thời gian cần thiết cho cây trồng

- Sử dụng phân bọc nhả chậm có thể làm tăng độ axit của đất Có thể nói đếnphân ure nhả chậm bọc lưu huỳnh khi sử dụng với lượng lớn, cả lưu huỳnh

và ure đều góp phần làm tăng độ axit của đất

- Vỏ bọc phân nhả chậm từ polyme có thể là nguyên nhân gây ra sự ô nhiễm

do sự tích tụ của loại vật liệu tổng hợp này sau quá trình sử dụng trên đồngruộng Một số loại polyme trong lớp vỏ bọc của phân thông thường có tốc

độ phân hủy cực kỳ chậm hoặc không hoàn toàn trong đất Việc sử dụngchúng dẫn tới hiện tượng tích tụ đáng kể của nhựa (vượt quá 50kg/ha/năm)[36] Tuy nhiên vẫn có quá trình phân hủy lượng chất thải không mong muốnnày Nếu tính trong vòng 10 năm cho lượng 500kg/ha thì hàm lượng của nótrong đất khô cũng chỉ còn 200ppm Hơn thế nữa, nếu các mảnh polymekhông phân hủy thì kích thước của chúng vẫn nhỏ hơn so với hạt đất, và do

đó là một phần của đất

- Giá thành của phân nhả chậm luôn được xem là cao hơn phân truyền thống.Đây là một trong những nguyên nhân chính hạn chế mức độ sử dụng loạiphân này trong nông nghiệp Sản phẩm phân nhả chậm có giá thành cao làdo:

+ Cần những quá trình sản xuất phức tạp hơn

+ Trong nỗ lực để đạt được lớp vỏ ngoài như ý muốn, nhà sản xuấtthường phải tiến hành tách nguyên liệu hạt theo kích thước phù hợp, chínhđiều này đẩy giá thành lên cao

+ Vật liệu bọc thường có giá thành cao hơn nhiều lần so với giá phân bón.+ Dung tích hạt tương đối nhỏ

1.2.4 Các loại phân nhả chậm

1.2.4.1 Phân ngưng tụ ure và andehit (metylen ure)

Trong số các sản phẩm phản ứng nitơ thì ba loại có tầm quan trọngtrong thực tế nhất đó là:

- Ure formaldehit (UF)

- Ure-isobutyraldehit (IBDU)

- Ure-crotonaldehit (CDU)

Trong khi sản phẩm ure-formandehit có đóng góp lớn nhất trong lượngphân nhả chậm thương mại thì phân IBDU và CDU có mức độ sử dụng thấphơn do giá thành của chúng cao hơn so với phân UF

* Phân Ure-formaldehit (UF) - 38% N

Trong số các phân nhả chậm được sản xuất thì phân nhả chậm trên cơ

sở UF đóng góp thị phần lớn nhất trên thế giới Nó cũng là nhóm đầu tiênđược nghiên cứu về quá trình nhả chậm nitơ Ngay từ năm 1924, BadicheAnilin và Soda-Fabric AG [37] (ngày nay là hãng BASF) của Cộng hòa liênbang Đức đã được công nhận phát minh (DRP 431 585) về phân ngưng tụure-formaldehit Tại Mỹ họ được công nhận phát minh này vào năm 1947