khóa luận đã đưa ra quy trình chế tạo phân bón NPK có tính năng nhả chậm . đua ra phương pháp kết hợp bón phân và polyme siêu hâp sthuj nước trong canh tác cây chè kkinh doanh tại phú thọ. bài khóa luận đưa ra kết quả đạt được va fqua strinh sinh trưởng phát triển của cây chè khi sử dụng phân và polyme siêu hâp sthuj nước
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP VIỆT TRÌ Khoa Cơng nghệ Hóa học BÁO CÁO THỰC TẬP Đề tài: Quy trình chế tạo phân bón NPK có tính giữ ẩm polyme siêu hấp thụ nước Giáo viên hướng dẫn: TS Trịnh Đức Công Sinh viên thực tập: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu Hà Nội, 2017 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Đức Cơng tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình thực tập Em xin chân thành cảm ơn anh/chị phòng vật liệu polime Viện Hóa học-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn chi tiết, cụ thể q trình thực tập phòng Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình, bạn bè ln bên động viên, chia sẻ giúp đỡ em mặt suốt thời gian học tập nghiên cứu vừa qua Hà nội, ngày tháng năm 2017 Sinh viên Vũ Trọng Hải SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu MỞ ĐẦU Sự bùng nổ dân số dẫn đến vấn đề xúc lương thực thực phẩm Sản xuất nông nghiệp từ chỗ dựa vào đất, phân chuồng, phân sản phẩm sinh vật khác , phải dựa vào phân bón hóa học Theo Tổ chức lương thực nông nghiệp liên hợp quốc (FAO) phân bón làm tăng suất trồng từ 35-45%, việc sử dụng phân bón giới Việt Nam tất yếu Hiện nay, hiệu sử dụng phân bón Việt Nam nước giới thấp Ở Việt Nam hiệu sử dụng phân urê đạt 30%-50%, phân lân 40%-45%, kali 40%-50%, phần lại bị mát nhiều nguyên nhân bay amoniac, q trình rửa trơi, xói mòn v.v Điều làm tăng chi phí, giảm hiệu kinh tế gây ô nhiễm cho môi trường, đất, nước khơng khí.Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo loại phân bón vừa cung cấp đủ dinh dưỡng cho trồng thời gian dài, chống bị rửa trôi, vừa thân thiện với môi trường mối quan tâm đặc biệt nhà khoa học Để nâng cao hiệu sử dụng phân bón, hiệu kinh tế hạn chế ô nhiễm môi trường, góp phần phát triển nơng nghiệp xanh, bền vững, năm gần giới Việt Nam có xu hướng áp dụng cơng nghệ vào lĩnh vực sản xuất phân bón Một hướng quan trọng nhất, có nhiều triển vọng nghiên cứu phát triển kỹ thuật nhả chậm Kỹ thuật tạo loại phân bón có khả tăng cường phát triển chất dinh dưỡng đưa vào polyme bọc vỏ polyme Chất dinh dưỡng nhả dần cho hấp thụ, tránh tượng rửa trơi phân bón, tiết kiệm sức lao động chi phí sản xuất giảm thiểu nguy ô nhiễm môi trường Các polyme sử dụng có khả phân hủy sinh học thân thiện với môi trường, không ảnh hưởng xấu đến chất lượng đất, chất lượng nơng sản Vì vậy, đồ án tốt nghiệp em tìm hiểu “ Quy trình chế tạo phân bón NPK có tính giữ ẩm polyme siêu hấp thụ nước” SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Ứng dụng polime siêu hấp thụ nước nông nghiệp Polyme siêu hấp thụ nước loại polyme ưa nước tạo lưới với cấu trúc chiều, có khả trương, hấp thụ giữ lượng nước lớn gấp hàng trăm lần khối lượng Polyme siêu hấp thụ nước sử dụng nhiều lĩnh vực sản phẩm chăm sóc cá nhân, trồng vườn, nông nghiệp, hệ vận chuyển thuốc Do tinh bột nguồn nguyên liệu rẻ tiền, lại có khả phân huỷ sinh học dễ dàng vinyl monome nên việc chế tạo polyme siêu hấp thụ nước từ trình trùng hợp ghép vinyl monome lên tinh bột vừa có ý nghĩa mơi trường lại vừa giảm giá thành sản phẩm Tổng hợp polyme siêu hấp thụ nước trình trùng hợp ghép lên tinh bột chủ yếu thu sản phẩm dạng lược Hơn nữa, tốc độ hấp thụ nước sản phẩm nhanh so với polyme siêu hấp thụ nước tổng hợp từ trình trùng hợp vinyl monome nhờ chuyển động tự nhánh ghép Ngồi ra, để tạo cấu trúc xốp cho polyme, bổ sung chất hoạt động bề mặt trình chế tạo, sử dụng trình loại nước khô đông, đưa tác nhân tạo mao quản hệ trùng hợp sau chiết dung mơi phù hợp hay sử dụng kỹ thuật tạo bọt (các hợp chất cacbonat dung môi hữu cơ) [1] Polyme siêu hấp thụ nước từ lâu biết tới chất đa điện ly tổng hợp có tác dụng làm bền gia cố cấu trúc đất, tạo nguồn nước dự trữ đất để trồng hấp thụ Việc sử dụng polyme siêu hấp thụ nước để giữ ẩm dinh dưỡng, sử dụng nước phân bón hiệu ngày trở nên quan trọng, đặc biệt nguồn nước sẵn có bị hạn chế Polyme siêu hấp thụ nước có khả cải tạo đất nhờ hấp thụ lượng lớn nước, giúp trồng sinh trưởng phát triển đất có nguy bị hạn hán Polyme làm tăng khả giữ nước đất cát làm chậm thời điểm héo bay mạnh Bổ sung polyme siêu hấp thụ nước làm giảm tốc độ bay đất Nhiều tác giả thừa nhận polyme SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu siêu hấp thụ nước có tác dụng sau: chống xói mòn đất dòng chảy mặt, tăng khả thấm, tăng kích thước đồn lạp đất, giảm dung trọng đất, tăng khả giữ nước, cải thiện khả sống sót trồng chịu hạn, cải thiện khả hấp thu dinh dưỡng từ phân bón sử dụng giảm tần suất tưới Nhiều nghiên cứu chứng tỏ polyme siêu hấp thụ nước làm tăng khả nảy mầm phát triển, tăng khả sống sót kéo dài thời hạn sử dụng cảnh chậu Bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất kích thích phát triển dưa chuột, làm tăng khối lượng khô xà lách, củ cải lúa mì mơi trường cát Polyme siêu hấp thụ nước làm tăng số hoa khối lượng khô dã yên thảo (thuốc cảnh) điều kiện khô hạn [2] Nghiên cứu bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất nghèo giúp cải thiện khả hấp thu dinh dưỡng trồng giảm thiểu thất dinh dưỡng rửa trơi Polyme siêu hấp thụ nước hoạt động loại phân bón nhả chậm chất dinh dưỡng Điều chứng tỏ polyme siêu hấp thụ nước khơng có khả giữ ẩm, tăng suất trồng mà giảm thiểu rửa trơi chất dinh dưỡng, nhờ ngăn ngừa nhiễm nguồn nước ngầm Do polyme siêu hấp thụ nước sử dụng phổ biến nên việc tiếp xúc chúng với môi trường tránh khỏi Thử nghiệm độc tính sinh thái cho thấy khơng có chứng ảnh hưởng có hại polyme sinh vật di truyền nước hay thực vật chim tính trơ hố học Gần đây, người ta phát nấm que trắng Phanerochaete chrysosporium có khả phân huỷ polyme siêu hấp thụ nước Nấm que trắng vi sinh vật tồn khắp nơi, có khả phân huỷ nhiều loại dị sinh vật khó phân huỷ [3] Quá trình phân huỷ sinh học đất loại polyme siêu hấp thụ nước polyacrylat polyacrylat/polyacrylamit, tạo lưới không tan, nấm que trắng nghiên cứu Cả loại polyme bị hồ tan khống hố nấm q trình hồ tan khống hố SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu copolyme nhanh polyacrylat Vi khuẩn đất hoà tan polyme khơng có khả khống hoá polyme nguyên vẹn Tuy nhiên, vi khuẩn đất kết hợp với nấm trình phân huỷ polyme đất, nấm hoà tan polyme vi khuẩn đất thúc đẩy q trình khống hố [4] Để đánh giá q trình hấp thụ, phân bố, tỷ lệ đường tiết, loại polyme siêu hấp thụ nước polyacrylat cung cấp liều từ 26-39 mg/kg qua miệng chuột đực Khoảng 98,8% liều cung cấp tiết qua nước tiểu ngày hầu hết (khoảng 88%) tiết 24 đầu chứng tỏ polyme siêu hấp thụ nước bị hấp thụ bị đào thải nhanh qua nước tiểu sau cung cấp qua miệng Polyme siêu hấp thụ nước sở tinh bột ghép polyacrylonitrin hợp phần homopolyme khơng chứa tinh bột có khả phân huỷ sinh học chủng vi khuẩn hình que trực khuẩn cầu thường gặp tự nhiên phân lập chỗ có nội bào vị trí trung tâm Điều chứng minh khả phát triển chủng môi trường chứa polyme siêu hấp thụ nước hợp phần homopolyme nguồn nitơ Các phép đo trọng lượng cho thấy polyme siêu hấp thụ nước bị phân huỷ khoảng 94 % homopolyme polyacrylonitrin bị phân huỷ khoảng 53% sau 21 ngày nuôi cấy liên tục Cơ chế trương hấp thụ nước polyme siêu hấp thụ nước polyacrylat minh hoạ hình 1.1 Hình 1.1 Cơ chế trương hấp thụ nước polyme siêu hấp thụ nước SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu Động lực trình trương chênh lệch áp suất thẩm thấu bên bên gel Việc sử dụng hydrogel làm tăng hiệu sử dụng nước nước thấm qua vùng rễ bị giữ lại Trong ngày nắng nóng, hệ rễ tóc thực vật hút làm cạn kiệt hầu khu vực gần vùng rễ làm cho bị héo Nhờ làm tăng lượng ẩm hữu hiệu, hydrogel giúp làm giảm áp lực nước thực vật, nhờ thúc đẩy trình phát triển tăng suất trồng Hydrogel làm giảm rửa trơi phân bón chất mang thuốc trừ sâu, diệt nấm diệt cỏ [5] Nhiều nghiên cứu chứng tỏ hydrogel làm tăng khả nảy mầm phát triển, tăng khả sống sót kéo dài thời hạn sử dụng cảnh chậu Đối với đậu tương, việc áp dụng polyme siêu hấp thụ nước với tỷ lệ 225kg/ha làm tăng trình phát triển suất Năng suất hạt, chất khô tổng số, số diện tích lá, tốc độ phát triển số thu hoạch đạt cao tỷ lệ Hydrogel tác động đến trình sinh trưởng phát triển, suất trồng mà ảnh hưởng có lợi đến số đặc điểm trao đổi chất, hoạt tính enzyme thực vật Mặc dù polyme có ảnh hưởng tới tích luỹ sinh khối điều kiện tưới đủ trung bình làm tăng sinh khối 52,7 % điều kiện tưới thiếu Nghiên cứu bổ sung hydrogel vào đất nghèo giúp cải thiện khả hấp thu dinh dưỡng trồng giảm thiểu thất dinh dưỡng rửa trơi Hydrogel hoạt động loại phân bón nhả chậm chất dinh dưỡng Điều chứng tỏ hydrogel khả giữ ẩm, tăng suất trồng mà giảm thiểu rửa trơi chất dinh dưỡng, nhờ ngăn ngừa nhiễm nguồn nước ngầm Iran vùng đất khô, hệ thống sản xuất mùa màng phải thích nghi với điều kiện khí hậu Để thiết kiệm ẩm đất, nhiều loại vật liệu sử dụng tàn dư thực vật, phủ bổi, chất thải, rác, rơm, rạ polyme siêu hấp thụ nước Phân bò làm tăng hấp thụ Kali photphat Polyme siêu hấp thụ nước làm tăng hấp thụ N, P, K Ảnh hưởng kết hợp SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu phân bón polyme siêu hấp thụ nước làm tăng hấp thu dinh dưỡng, dung tích trao đổi cation (CEC) cung cấp ẩm cho đất Sự hấp thụ tối đa làm tăng suất 16,2 % hấp thu đa lượng 9,6 % ngô Năng suất hạt đạt cực đại sử dụng 65 % phân động vật 35 % polyme siêu hấp thụ nước Do hydrogel sử dụng phổ biến nên việc tiếp xúc chúng với môi trường khơng thể tránh khỏi Thử nghiệm độc tính sinh thái cho thấy khơng có chứng ảnh hưởng có hại polyme sinh vật di truyền nước hay thực vật chim tính trơ hố học Gần đây, người ta phát nấm que trắng Phanerochaete chrysosporium có khả phân huỷ hydrogel Nấm que trắng vi sinh vật tồn khắp nơi, có khả phân huỷ nhiều loại dị sinh vật khó phân huỷ Việt Nam nước nơng nghiệp có trình độ phát triển chưa cao, suất, chất lượng nông sản phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết Nằm vành đai nhiệt đới Bắc bán cầu với lượng mưa trung bình năm tương đối cao, từ 1500-2000mm hạn hán thường xuyên xảy số nơi, gây thiệt hại nặng nề cho sản xuất nơng nghiệp Vì vậy, việc tìm biện pháp giữ ẩm, chống hạn hiệu sản xuất nông nghiệp vấn đề cấp bách Xuất phát từ thực tế đó, từ năm 2001 đến nay, nhóm nghiên cứu GS.TS Nguyễn Văn Khơi Viện Hóa học nghiên cứu phát triển thành công công nghệ chế tạo liệu polyme siêu hấp thụ nước sử dụng nông nghiệp sở tinh bột sắn biến tính, xây dựng dây chuyền công nghệ chế tạo polyme quy mô công suất 100 tấn/năm Sản phẩm thử nghiệm cho nhiều loại trồng nhiều địa phương nhiều loại đất khác Các kết cho thấy loại vật liệu thân thiện mơi trường, có khả giữ ẩm, cải tạo đất nâng cao suất trồng [6] Nguyễn Thanh Tùng cộng Viện Hóa học nghiên cứu khả lưu giữ phân bón polyme siêu hấp thụ nước đất Polyme tổng hợp từ axit acrylic, etylenglicol dimetaacrylat, (NH 4)2S2O8, NaOH SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu loại dung mơi Polyme ngồi khả giữ nước lớn lưu giữ hiệu loại phân bón, đặc biệt phân vi lượng [7-9] Với ưu điểm vượt trội loại phân bón nay, việc chế tạo loại phân bón chuyên dụng dùng cho đối tượng trồng khác ngày ứng dụng rộng rãi nông nghiệp, trồng vườn đặc biệt vùng đất trung du, đồi núi, cao nguyên, đất trống, đồi núi trọc, đất bạc màu, hải đảo nơi có lượng mưa, khả xói mòn lớn Phân bón chun dụng có tính giữ ẩm không giúp tăng suất loại cơng nghiệp dài ngày mà góp phần xây dựng ngành nông nghiệp xanh, an toàn (rau sạch, lương thực thực phẩm ) Tuy nhiên việc nghiên cứu ứng dụng polyme siêu hấp thụ nước nước ta dừng lại vật liệu đơn lẻ, có tính giữ ẩm Để nâng cao hiệu giữ ẩm kết hợp với việc điều tiết chất dinh dưỡng cần tiếp tục phải nghiên cứu tiếp cần chiến lược với quan tâm, đầu tư lâu dài thông qua nghiên cứu tăng cường Việc nghiên cứu cách có hệ thống để chế tạo phân bón chuyên dụng kết hợp với khả giữ ẩm cần thiết, có tính khả thi cao, góp phần nâng cao suất trồng hiệu sử dụng phân bón, tránh lãng phí bảo vệ mơi trường 2.2 Vai trò phân bón sản xuất lương thực, tác động việc sử dụng phân bón tới mơi trường, sinh thái sức khoẻ 2.2.1 Vai trò phân bón sản xuất lương thực Phân bón chất hữu vơ chứa nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho trồng nhằm giúp chúng sinh trưởng, phát triển tốt cho suất cao, bón vào đất hay hòa vào nước phun, xử lí hạt giống, rễ [10] Hiện nhà khoa học xác định 92 nguyên tố hóa học có cây, có 13 nguyên tố coi thiết yếu, cần cung cấp qua phân bón Dựa vào lượng chất cần sử dụng, người ta chia chất SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu dinh dưỡng thiết yếu thành nhóm chất đa lượng, chất trung lượng chất vi lượng: - Nhóm dinh dưỡng đa lượng (NPK): chất cần với số lượng nhiều gồm chất N (đạm), P (lân) K (kali) - Nhóm dinh dưỡng trung lượng (Ca; Mg; S):là chất cần với số lượng trung bình, gồm chất Canxi (Ca), Magie (Mg), Silic (Si) - Nhóm dinh dưỡng vi lượng (Fe; Zn ; Mn; Cu ; B ; Mo; Cl): chất cần với lượng ít, gồm chất Sắt (Fe), Kẽm (Zn), Mangan (Mn), Đồng (Cu), Bo (B), Molypden (Mo) Clo (Cl) Các chất dinh dưỡng thiết yếu hút dạng ion hòa tan chủ yếu từ đất phân bón Đối với trồng, nguồn dinh dưỡng cung cấp từ đất không đáng kể so với yêu cầu nên phải bổ sung qua phân bón [11] Theo tổ chức lương thực nông nghiệp liên hợp quốc (FAO) phân bón làm tăng suất trồng từ 35-45% đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng trồng Cứ ba người sống hành tinh có người sống nhờ tăng suất trồng [11] Ngành cơng nghiệp sản xuất phân bón đời vào cuối kỷ 18, phát triển mạnh vào năm 60 kỷ 20 Trong giai đoạn từ 1961 đến 2011, dân số tăng từ tỷ người lên gần tỷ người sản lượng ngũ cốc tăng từ 0,9 tỷ lên 2,5 tỷ sản lượng tiêu thụ phân bón tăng từ 30 triệu dinh dưỡng N-P 2O5-K2O lên 176 triệu Qua cho thấy, gia tăng dân số sản lượng ngũ cốc tương đương sản lượng tiêu thụ phân bón có tỷ lệ tăng gấp đôi so với dân số sản lượng ngũ cốc [12] Dự báo đến năm 2020, 70% sản lượng ngũ cốc phải phụ thuộc vào phân bón Nhu cầu chất dinh dưỡng tăng liên tục với tốc độ tăng trưởng dân số, đặc biệt nước phát triển [36] Với diện tích đất trồng trọt 1,6 tỷ ha, chỉcó thể bổ sung thêm 70 triệu vào năm 2050 để sản xuất lương thực cho dân số đạt 13,4 tỷ người vào năm 2050 đòi SVTT: Vũ Trọng Hải 10 Lớp: Hữu – Hóa dầu - Polime siêu hấp thụ nước AMS-1, sản xuất Viện Hóa học – Viện Hàn Lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Sản phẩm có khả hấp thụ khoảng 400 lần nước cất 65 lần nước muối sinh lý với tên thương mại AMS-1 Sử dụng polyme siêu hấp thụ nước AMS-1 nông nghiệp làm tăng khả giữ ẩm, chống hạn, tăng khả sử dụng nước phân bón, tăng suất trồng đem lại hiệu kinh tế Thời gian phân huỷ hoàn toàn đất từ 12-15 tháng phát huy tác dụng từ 2-3 vụ - Bentonite Bình Thuận rửa nước cất sau làm khơ 105oC giờ, sàng lấy hạt có kích thước ~20µm - KCl công nghiệp (Việt Nam) độ tinh khiết 95% - (NH4)H2PO4 công nghiệp (Việt Nam) độ tinh khiết 98% - Sáp paraffin (Trung Quốc, điểm chảy 58-60 oC) - Phân bón NPK Cơng ty phân bón Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao 2.2 Dụng cụ, thiết bị - Máy đùn ép viên MDECV, công suất đùn tạo viên 70kg/h, nguồn điện 220v, kích thước từ 5-9 mm - Máy trộn 3A, động kw, suất 15 phút/mẻ/50kg - Máy vo viên tạo hạt: đường kính 0,8 m, tốc độ quay 120 - 140 vòng/phút - Máy phun cầm tay Paint Zoom PZ600, dung lượng 700 ml, lưu lượng 850 ml/phút, vòi phun Ø2,6mm 2.3 Phương pháp tiến hành 2.3.1 Nghiên cứu chế tạo lõi phân bón 2.4.1.1 Nghiên cứu biến tính tinh bột làm chất kết dính Để hạ độ nhớt tăng khả kết dính tinh bột, chúng tơi tiến hành biến tính tinh bột Có nhiều phương pháp dùng biến tính tinh bột, luận án chúng tơi sử dụng dung dịch natri hipoclorit (NaClO) để biến tính tinh bột sắn, SVTT: Vũ Trọng Hải 18 Lớp: Hữu – Hóa dầu giá thành rẻ sẵn có Q trình biến tính tiến hành sau: Cân xác 10g tinh bột, đưa vào cốc thuỷ tinh 250ml chứa dung dịch natri hipoclorit với nồng độ clo hoạt động xác định (3% clo hoạt động so với tinh bột) điều chỉnh pH trì pH = dung dịch chuẩn NaOH 0,1N HCl 0,1N, nhiệt độ dung dịch trì 30 oC khuấy liên tục suốt trình biến tính Phản ứng dừng cách thêm natri hiđrosunfit dư (NaHSO 3)và pH điều chỉnh mức 6,5-7,0 mẫu lấy thời điểm khác sau ÷ 11 giờ, sản phẩm lọc hút phễu lọc Buchner, rửa kỹ nước dịch lọc cho phản ứng âm tính với dung dịch AgNO 3, sau tiến hành rửa lại etanol sấy tủ sấy chân không 50 oC đến khối lượng không đổi Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình biến tính tinh bột: *Khối lượng phân tử trung bình: mẫu tinh bột xác định phương pháp đo độ nhớt dung dịch tinh bột KOH 0,5N sử dụng nhớt kế Ubbelohde tính theo phương trình Mark- Houwink:η = 8,5.10-3.[M]0,76 *Thời gian biến tính tinh bột đến độ bền lõi phân Để đánh giá ảnh hưởng thời gian biến tính đến độ bền lõi phân tiến hành đánh giá độ bền lõi phân NPK Tiến hành chế tạo lõi phân NPK với điều kiện: hàm lượng NPK 82%, hàm lượng AMS 8%, bentonit 7% 3% tinh bột biến tính (với thời gian biến tính từ 0-11 giờ) Sau tiến hành xác định độ rã độ cứng lõi phân có kích thước đồng 25 0C * Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng chất chất kết dính cho phân bón NPK có tính giữ ẩm Để lựa chọn chất kết dính cho phân bón NPK có tính giữ ẩm với chất mang bentonit cân riêng, trộn theo tỉ lệ xác định, sau thêm lượng dung dịch chất kết dính polyme chuẩn bị trộn đều, tiến hành tạo viên Sau tiến hành xác định độ cứng độ rã lõi phân có kích thước đồng 25 0C 2.4 Một số phương pháp phân tích phân bón 2.4.1.Xác định hàm lượng nitơ tổng số - Xác định N tổng số phương pháp Kjeldahl: Nguyên tắc: phương pháp Kjeldhallà chuyển hóa hợp chất nitơ mẫu thành amoni (NH4+) axit sunfuric đặc với chất xúc tác (K2SO4, CuSO4) Sau SVTT: Vũ Trọng Hải 19 Lớp: Hữu – Hóa dầu cất amoni nhờ dung dịch kiềm Thu NH axit boric (H3BO3), chuẩn độ amoni tetraborat dung dịc axit HCl tiêu chuẩn, từ suy lượng nitơ mẫu Hàm lượng nitơ tổng tính theo phần trăm có mẫu phân: %N = Trong đó: V1: thể tích (ml) HCl 0,1N chuẩn độ mẫu phân V0: thể tích (ml) HCl 0,1N chuẩn độ mẫu trắng N: nồng độ đương lượng HCl m: Khối lượng (g) mẫu lấy phân tích 14: đương lượng gam N 2.4.2 Xác định hàm lượng photpho tổng số - Xác định P tổng số phương pháp trắc quang: Dùng hỗn hợp H 2SO4 HClO để phân hủy chuyển hóa hợp chất photpho mẫu thành photpho dạng axit orthophotphoric, xác định hàm lượng photpho dung dịch mẫu theo phương pháp trắc quang bước sóng nm Đo màu vàng phức chất tạo thành photpho vanadomolypdat (khi nồng độ P cao) màu xanh molipden phản ứng photpho với molypdat tạo thành phức đa dị vòng bị khử (khi nồng độ P thấp), từ suy hàm lượng photpho mẫu theo cơng thức: Trong đó: a: nồng độ photpho tìm đường chuẩn (miligam P/lít) m: khối lượng mẫu phân hủy (gam) V: thể tích dung dịch mẫu sau phân hủy (ml) V1: thể tích dung dịch mẫu sau phân hủy lấy để phân tích (ml) V2: thể tích dung dịch màu (ml) 2.4.3 Xác định hàm lượng kali tổng số SVTT: Vũ Trọng Hải 20 Lớp: Hữu – Hóa dầu - Xác định K tổng số phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)[26]: Dùng H2SO4 đặc HClO đặc để chuyển hóa chất chứa kali mẫu thành kali hòa tan, sau xác định kali dung dịch phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Hàm lượng K tính theo cơng thức : Trong đó: a: nồng độ kali dung dịch A (miligam/lit) V: Tồn thể tích dung dịch A (ml) m: khối lượng mẫu phân hủy (gam) 2.4.4 Phương pháp xác định độ rã lõi phân bón Phương pháp thử độ rã lõi phân bón dạng viên tròn: viên phân đặt dụng cụ giỏ quay nhúng 900ml nước cất 25 o C, quay với tốc độ 100 vòng/phút 30 phút Độ rã xác định % khối lượng viên phân bị rã khuếch tán hết khỏi giỏ 2.4.5 Phương pháp xác định độ cứng lõi phân Độ cứng lõi phân bón xác định lực gây vỡ viên ép theo đường kính (viên tròn) Được xác định thiết bị đo độ cứng Nguyên tắc: Tác động lực F qua đường kính viên lúc viên bị vỡ Xác định lực gây vỡ viên Độ cứng viên biểu diễn nhờ đại lượng H: H = F/пdh Trong đó: H (N/cm ): độ cứng viên F (N): Lực bẻ vỡ viên d (cm): Đường kính viên h (cm): độ dày viên Xác định độ cứng 10 viên, lấy kết trung bình SVTT: Vũ Trọng Hải 21 Lớp: Hữu – Hóa dầu CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Quy trình chế tạo phân bón NPK có tính giữ ẩm Quy trình chế tạo phân bón NPK có tính giữ ẩm thực theo sơ đồ đây: Phân đơn N, P, K AMS - Chất mang Bentonit Chất kết dính Tinh bột Trộn hỗn hợp nguyên liệu Đùn tạo viên Vo viên Viên NPK có tính giữ ẩm Đóng gói, bảo quản Hình 3.1 Sơ đồ chế tạo lõi phân bón nhả chậm Thuyết minh quy trình: Các hạt NPK, AMS-1 với bentonit cân riêng trộn với dung dịch tinh bột biến tính Hỗn hợp sau đùn thành sợi cắt thành viên hình trụ có đường kính trung bình mm, dài 5mm Các viên hình trụ vo thành viên có đường kính trung bình 3-4mm thiết bị vo viên dạng chảo nghiêng, sau làm khơ tủ sấy 80 0C Hỗn hợp sau đùn thành sợi cắt thành viên hình trụ có đường kính trung bình 3mm, dài 5mm Sau làm khô (hong khô tự nhiên) bảo quản túi PE kín 3.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến quy trình chế tạo phân NPK có tính giữ ẩm SVTT: Vũ Trọng Hải 22 Lớp: Hữu – Hóa dầu 3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn loại chất kết dính cho phân NPK có tính giữ ẩm Các lõi phân có đường kính trung bình 3-4mm, chứa 70% phân NPK, 30% AMS -1và 0-5% chất kết dính polyme (PAM, PVA, tinh bột, tinh bột biến tính), lại bentonit, sau chế tạo đem xác định độ cứng độ rã để so sánh ảnh hưởng loại chất kết dính đến độ bền viên phân Kết trình bày hình 3.2 3.3 Hình 3.2 Ảnh hưởng loại chất kết dính đến độ rã lõi phân bón NPK Hình 3.3 Ảnh hưởng loại chất kết dính đến độ cứng lõi phân bón NPK SVTT: Vũ Trọng Hải 23 Lớp: Hữu – Hóa dầu Kết nghiên cứu cho thấy với hàm lượng polyme từ 1,0-3,0% (tương ứng với 1,0-3,0g) khả kết dính phân bón với chất mang giảm theo thứ tự: Tinh bột biến tính>PAM > PVA > tinh bột, dẫn đến độ cứng lõi phân bón giảm độ rã tăng theo thứ tự Điều giải thích với polyme có khối lượng phân tử lớn kết dinh nội tăng kết dính ngoại giảm, nên tinh bột có khả kết dính Tinh bột biến tính có khả kết dính tốt cả, tinh bột sau biến tính có mạch ngắn hơn, khối lượng phân tử giảm, xuất nhóm chức cacboxyl (-COOH) nên làm tăng độ phân cực khả kết dính tinh bột với phân bón chất mang PAM có khối lượng phân tử lớn PVA phân tử PVA bão hòa nhóm –OH, sức hút tương hỗ phân tử tăng lên làm tăng độ cứng mạnh mật độ bó kết polyme nên tính kết dính giảm so với PAM Trong PAM có chứa nhóm –COOH tinh bột biến tính nên có khả kết dính cao PVA Từ kết thực nghiệm trên, luận án chọn tinh bột biến tính làm chất kết dính cho lõi phân bón Kết cho thấy tăng khối lượng tinh bột biến tính đến 3g (tương đương 3,0%), khả kết dính phân bón chất mang tăng dẫn đến tăng độ cứng viên phân khối lượng bị rã giảm Tuy nhiên, tiếp tục tăng hàm lượng tinh bột biến tính >3,0%, giá trị độ cứng độ bền rã viên phân giảm (khối lượng bị rã tăng lên) Điều giải thích tăng hàm lượng tinh bột biến tính (hàm lượng bentonit giảm) làm cho độ nhớt dung dịch tăng, làm giảm khả phân tán hạt phân bón chất mang dẫn đến giảm khả kết dính hỗn hợpvà độ bền viên phân Ngoài ra, hàm lượng tinh bột biến tính cao, phân tử tinh bột có chứa nhiều nhóm chức ưa nước hyđroxyl (-OH) cacboxyl (COOH) chưa liên kết, nhóm chức cầu nối cho nước khuếch tán tốt vào cấu trúc lõi phân làm giảm độ bền lõi phân 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian biến tính tới khối lượng phân tử trung bình SVTT: Vũ Trọng Hải 24 Lớp: Hữu – Hóa dầu (KLPTTB) tinh bột Mục đích q trình oxi hóa tinh bột cắt ngắn mạch tinh bột ban đầu, giảm khối lượng phân tử, độ nhớt tăng độ phân cực tinh bột, qua làm tăng khả kết dính tinh bột Tinh bột sắn biến tính dung dịch NaClO (với nồng độ clo hoạt động 3% so với tinh bột) thời gian từ 3-11 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian biến tính tinh bột đến khối lượng phân tử trung bình (KLPTTB) trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Ảnh hưởng thời gian biến tính tới tính chất tinh bột Thời gian (giờ) 11 KLPTTB (g/mol) x 10 47,8 26,2 10,5 4,8 2,4 Kết bảng 3.1 cho thấy tăng thời gian biến tính KLPTTB tinh bột giảm tăng Điều giải thích q trình oxi hóa xảy trình cắt mạch đại phân tử tinh bột nên KLPTTB giảm Khi tăng thời gian biến tính mạch đại phân tử tinh bột bị cắt ngắn nên KLPTTB giảm, tùy vào mục đích sử dụng để lựa chọn thời gian biến tính thích hợp 3.2.3 Ảnh hưởngcủa thời gian biến tính tinh bột đến độ bền lõi phân Để đánh giá ảnh hưởng thời gian biến tính đến độ rã độ cứng lõi phân trình bày hình 3.4 3.5 SVTT: Vũ Trọng Hải 25 Lớp: Hữu – Hóa dầu Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian biến tính tinh bột đến độ rã Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian biến tính tinh bột đến độ cứng Kết từ hình 3.1 3.2 cho thấy, thời gian biến tính tăng từ 1-7 khả kết dính tinh bột biến tính tăng nên độ bền lõi phân tăng dần, độ rã giảm độ cứng tăng Điều giải thích tăng thời gian biến tính hàm lượng nhóm cacboxyl tinh bột tăng làm tăng khả kêt dính với phân bón khống sét Khi thời gian biến tính tinh bột >7 độ bền viên phân giảm nên độ rã viên phân bón tăng lên, độ cứng viên phân giảm Điều giải thích mạch phân tử SVTT: Vũ Trọng Hải 26 Lớp: Hữu – Hóa dầu tinh bột biến tính bị cắt nhỏ, khối lượng phân tử tinh bột thấp lên dễ tan vào nước làm giảm khả kết dính.Kết cho thấy, tinh bột biến tính có khả kết dính tốt 3.2.4 Phổ IR tinh bột tinh bột biến tính Kết chụp phổ IR tinh bột tinh bột biến tính điều kiện tối ưu trình bày hình 3.6 3.7 Hình 3.6 Phổ IR tinh bột Hình 3.7 Phổ IR tinh bột biến tính SVTT: Vũ Trọng Hải 27 Lớp: Hữu – Hóa dầu Kết hình 3.6 3.47cho thấy, phổ hồng ngoại tinh bột biến tính tinh bột thường xuất pic dao động đặc trưng tương tự nhau: giải hấp thụ có tần số 3000-3500 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm -OH liên hợp, nhiên tinh bột biến tính cho dạng pic bầu (-COOH) khác biệt so với dạng pic nhọn nhóm nhóm -OH (ancol) tinh bột chưa biến tính, dải hấp thụ ở2924 cm-1đặc trưng chodao động hóa trị nhóm -CH no,dải hấp thụ 1463 cm-1đặc trưng cho dao động biến dạng nhóm –CH no, dải hấp thụ 1168 cm-1đặc trưng cho dao độnghóa trị củanhóm C-O, dao động hóa trị nhóm C-O-C gây xuất dải hấp thụ 1078 cm 1, dạng khung vòng pyranose tinh bột gây xuất dải hấp thụtại 528 cm-1 Dải hấp thụtại 1648 cm-1 nước bị hấp thụ vào vùng vô định hình tinh bột Trên phổ tinh bột biến tính xuất dải hấp thụở 1735 cm-1đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm C=O Điều oxi hóa phân tử tinh bột hình thành nhóm chức cacboxyl Q trình oxi hóa tinh bột tác nhân oxi hóa NaClO hình thành nhóm cacboxyl mạch phân tử tinh bột, kèm theo trình ngắt mạch làm giảm trọng lượng phân tử Cơ chế trình đề xuất sau: + Oxi hóa nhóm andehit khử cuối mạch thành nhóm cacboxyl tạo nhóm axit aldonic cuối mạch, thường gọi nhóm cuối axit gluconic + Oxi hố nhóm metylol vị trí C thành nhóm cacboxyl: 3.2.4 Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng chất kết dính cho phân bón NPK có tính giữ ẩm Hàm lượng chất kết dính đến độ bền lõi phân NPK hình 3.7 đây: SVTT: Vũ Trọng Hải 28 Lớp: Hữu – Hóa dầu Hình 3.7 Ảnh hưởng chất kết dính đến độ cứng lõi phân bón NPK (30:10:10) Kết hình 3.7-3.10 cho thấy,khi tăng hàm lượng tinh bột biến tính đến giá trị xác định: 2,5% NPK (30:10:10) khả kết dính phân bón chất mang tăng dẫn đến tăng độ cứng viên phân khối lượng bị rã giảm Khi hàm lượng tinh bột biến tính lớn giá trị xác định độ cứng độ bền rã viên phân giảm Điều giải thích hàm lượng tinh bột biến tính tăngđã làm tăng độ nhớt dung dịch, làm giảm phân tán hạt phân bón chất mang dẫn đến giảm khả kết dính hỗn hợp độ bền viên phân Ngoài ra, hàm lượng tinh bột biến tính cao, phân tử tinh bột có chứa nhiều nhóm chức ưa nước hiđroxyl (-OH) cacboxyl (-COOH) chưa liên kết, nhóm chức cầu nối cho nước khuếch tán tốt vào cấu trúc lõi phân làm giảm độ bền lõi phân KẾT LUẬN SVTT: Vũ Trọng Hải 29 Lớp: Hữu – Hóa dầu Sau thời gian thực tập Phòng Vật liệu Polyme - Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn nhiệt tình anh chị, thầy em học tập tìm hiểu nhiều điều bổ ích: - Cơng nghệ đùn thổi (Blowing injection technology công nghệ thổi màng, sản xuất loại vật liệu bao bì từ màng, dùng công nghệ túi PE, PP màng (cán màng PVC) Chúng em sâu vào tìm hiểu máy đùn thổi đơn lớp quan sát trực tiếp vận hành thiết bị thực tế - Chuẩn bị nguyên liệu từ thiết bị phối trộn, đảm bảo nguyên liệu cấp liên tục trình vận hành Kiểm tra an tồn hệ thống điện, trục truyền động, dầu bơi trơn hệ thống quạt thổi cung cấp khí nén Kéo dây mồi chuẩn bị bảo hộ lao động làm việc nhiệt độ cao Gia nhiệt hệ thống đốt nóng (vòng nhiệt), đảm bảo hoạt động hệ thống gia nhiệt điều kiện tốt ổn định - Khi thao tác máy cần ý số vấn đề quan trọng như: + Khơng rớt kim loại vào trục vít + Khi tháo trục vít phải gia nhiệt cho nhựa nóng chảy tháo + Chỉ cần đóng từ phía sau lỗ hộp số rút cảo Ngồi việc tìm hiểu sau máy đùn thổi đơn lớp bọn e tìm hểu sơ qua nhiều thiết bị máy móc khác viện : máy cắt hạt, máy đùn thổi đa lớp, máy cắt túi… TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTT: Vũ Trọng Hải 30 Lớp: Hữu – Hóa dầu [1] Lu S., Duan M., Lin S., “Synthesis of superabsorbent starch-graftpoly(potassium acrylate-co-acrylamide) and its properties”, J Appl Polym Sci., Vol 88, p 1536-1542, 2003 [2] Chatzoudis G K and Valkanas G N., “Monitoring the combined action of controlled release fertilizers and a soil conditioner in soil”, Communications in Soil Science and Plant Analysis, Vol 26, p 30993111, 1995 [3] Bouranis D L., Theodoropoulus A G and Drossopoulus J B., “Designing synthetic polymers as soil conditioners”, Communications in Soil Science and Plant Analysis, Vol 26, p 1455-1480, 1995 [4] Choudhary M I., Shalabi A A and Al- Omran A M., “Water holding capacity and evaporation of calcareous soils as affected by four synthetic polymers”, Communications in Soil Science and Plant Analysis, Vol 26, p 2205-2215, 1995 [5] Jhurry D., “Agricultural Polymers”, Food and Agricultural Research Council, p 109-113, 1997 [6] Hoàng Thị Minh, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Thị Thu Hà, “Khảo nghiệm vai trò polyme siêu hấp thụ nước đến số tính chất đất suất trồng vụ đông đất bạc màu”, Khoa học đất, Số 22, tr 24-28, 2005 [7] 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 [8] Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Khôi, Phạm Thị Thu Hà, Hoàng Thị Minh, “Khảo nghiệm số biện pháp tăng khả giữ ẩm cho vụ đông xuân”, Khoa học đất, Số 24, tr 21, 2006 [9] Nguyễn Thanh Tùng, Trịnh Đức Công, Nguyễn Văn Đức, Nguyễn Văn Khôi, Phạm Thị Thu Hà, “Khảo nghiệm chất siêu hấp thụ nước AMS-1 cho lạc đất cát nội đồng Thừa Thiên Huế”, Khoa học đất, No 31, 59-62, 2009 SVTT: Vũ Trọng Hải 31 Lớp: Hữu – Hóa dầu [10] Nguyễn Trung Dũng (2014), “Sử dụng phân bón thuốc bảo vệ thực vật nông nghiệp Việt Nam – Thảo luận góc độ kinh tế sinh thái bền vững”, Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi mơi trường, số 4, tr 108-116 [11] Hiệp hội phân bón Việt Nam (2006), Tuyển tập phân bón Việt Nam, tập 1, NXB Đại học Nông Nghiệp [12] Lê Quốc Phong (2012),“Sản xuất tiêu thụ phân bón giới”, online: http://iasvn.org/chuyen-muc/Sản xuất tiêu thụ phân bón giới [13] Mai Văn Quyền, Bùi Huy Hiền, Đỗ Trung Bình (2014), “Đánh giá trạng hiệu sử dụng phân bón đề xuất biện pháp để nâng cao hiệu suất sử dụng phân bón cho trồng Việt Nam đến năm 2020”,online:http://iasvn.org/chuyen-muc/Đánh giá trạng hiệu sử dụng phân bón đề xuất biện pháp để nâng cao hiệu suất sử dụng phân bón cho trồng Việt Nam đến năm 2020 [14] Avi Shaviv (2001), “Advances in controlled-release fertilizers”, Advances in Agronomy, Vol 71, pp 1–49 [15] Phạm Quang Hà, Nguyễn Văn Bộ (2013), “Sử dụng phân bón mối quan hệ với sản xuất lương thực, bảo vệ mơi truờng giảm phát thải khí nhà kính”,Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn, tháng 3/2013, tr.45-48 SVTT: Vũ Trọng Hải 32 Lớp: Hữu – Hóa dầu ... suốt thời gian học tập nghiên cứu vừa qua Hà nội, ngày tháng năm 2017 Sinh viên Vũ Trọng Hải SVTT: Vũ Trọng Hải Lớp: Hữu – Hóa dầu MỞ ĐẦU Sự bùng nổ dân số dẫn đến vấn đề xúc lương thực thực phẩm... dinh dưỡng muối có mặt đất cao Swietlik đưa kết luận loại chất giữ ẩm không đem lại lợi ích trồng bưởi lượng nước sẵn có tăng nồng độ SVTT: Vũ Trọng Hải 15 Lớp: Hữu – Hóa dầu cation đất Lamont O’Connell... khuẩn đất Ohkawa cộng SVTT: Vũ Trọng Hải 16 Lớp: Hữu – Hóa dầu số loại vi khuẩn nấm đất có khả phân huỷ polyme điều kiện phòng thí nghiệm việc đưa thêm amino axit khơng phải tự nhiên (ornithine)