Nghiên cứu một số vật liệu polyme tiên tiến, thân thiện môi trường và ứng dụng trong chế tạo bầu ươm cây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -o0o - NGUYỄN THỊ THỨC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẬT LIỆU POLYME TIÊN TIẾN, THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO BẦU ƯƠM CÂY LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN THỊ THỨC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẬT LIỆU POLYME TIÊN TIẾN, THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO BẦU ƯƠM CÂY Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 9.44.01.14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Trịnh Đức Công GS.TS Nguyễn Văn Khôi HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi cộng Các kết nghiên cứu không trùng lặp chưa công bố tài liệu khác Hà Nội, ngày 05 tháng 10 năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Thức LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Văn Khôi TS.Trịnh Đức Công người thầy tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ, bảo suốt thời gian thực luận án, người thầy truyền động lực, niềm đam mê nhiệt huyết khoa học cho Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, Học viện Khoa học Cơng nghệ, phòng chun mơn, cán nghiên cứu phòng Vật liệu polyme – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam ủng hộ, giúp đỡ thời gian thực luận án Cuối tơi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè ln bên, động viên tơi hồn thành luận án MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung bầu ươm 1.1.1 Túi bầu 1.1.2 Ruột bầu ươm 1.2 Túi bầu PE tự hủy chế tạo sở PE tái sinh phụ gia xúc tiến oxy hóa 1.2.1 Sản xuất, tiêu thụ vấn đề ô nhiễm môi trường từ nhựa PE 1.2.2 Một số biện pháp xử lý nhựa PE phế thải 10 1.2.3 Các trình phân hủy polyetylen chứa chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa 17 1.2.4 Các tiêu chuẩn đánh giá khả tự hủy polyetylen 24 1.3 Polyme siêu hấp thụ nước (SAP) polyacrylamit (PAM) sử dụng để cải tính ruột bầu ươm 26 1.3.1 Polyme siêu hấp thụ nước (SAP) ứng dụng để cải thiện độ ẩm đất 26 1.3.2 Polyacrylamit (PAM) ứng dụng làm vật liệu liên kết đất 31 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.1 Nguyên vật liệu hóa chất 39 2.2 Dụng cụ thiết bị 40 2.3 Nội dung nghiên cứu 44 2.3.1 Chế tạo mẫu màng chứa hạt nhựa rPE thiết bị trộn kín brabender 44 2.3.2 Chế tạo masterbatch với hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa khác 45 2.3.3 Tiến hành thổi màng có hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa (rPE- oxo) 46 2.3.4 Chế tạo túi bầu ươm có thời gian phân hủy khác 48 i 2.3.5 Chế tạo ruột bầu ươm sử dụng vật liệu AMS-1 PAM 48 2.3.6 Thử nghiệm bầu ươm cho đối tượng trồng khác 49 2.4 Phương pháp nghiên cứu 50 2.4.1 Xác định tính chất học 50 2.4.2 Phổ hồng ngoại (FTIR) 51 2.4.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 51 2.4.4 Xác định số carbonyl (CI) 51 2.4.5 Xác định tính lưu biến chảy (mơmen xoắn) 52 2.4.6 Độ bóng vật liệu 52 2.4.7 Phân hủy oxy hóa nhiệt 52 2.4.8 Phân hủy oxy hóa quang nhiệt ẩm 53 2.4.9 Q trình lão hóa tự nhiên 53 2.4.10 Độ ẩm đất sau tưới 53 2.4.11 Khả liên kêt đất 54 2.4.12 Tốc độ sa lắng đất 54 2.4.13 Xác định độ xốp đất 54 2.4.15 Khả bám dính đất 55 2.4.16 Xác định sức chứa ẩm cực đại đất 56 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng rPE tổ hợp vật liệu rPE /LDPE 57 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng PPA đến tính chất tổ hợp rPE /LDPE 60 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa đến q trình phân hủy giảm cấp 65 3.3.1 Q trình phân hủy oxy hóa nhiệt mẫu màng 65 3.3.2 Q trình phân hủy oxy hóa quang, nhiệt, ẩm màng rPE- oxo 72 3.3.3 Khả phân hủy màng rPE – oxo điều kiện lão hóa tự nhiên 76 3.4 Ảnh hưởng hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa đến q trình phân hủy màng rPE - oxo điều kiện tự nhiên 81 3.4.1 Phân hủy môi trường đất 81 3.4.2 Phân hủy mơi trường bùn hoạt tính 84 3.5 Chế tạo túi bầu tự hủy từPE tái sinh hỗn hợp phụ xúc tiến oxy hóa 88 ii 3.5.1 Đơn phối liệu chế tạo túi bầu ươm tự hủy 88 3.5.2 Ảnh hưởng chế độ cơng nghệ đến đặc tính túi bầu 89 3.5.3 Đánh giá tính chất túi bầu ươm chế tạo 93 3.6 Nghiên cứu ứng dụng AMS-1 PAM đến tổ hợp vật liệu ruột bầu 97 3.6.1 Nghiên cứu khả giữ ẩm vật liệu AMS-1 97 3.6.2 Nghiên cứu khả tương tác làm bền cấu trúc đất PAM 101 3.6.3 Xác định hàm lượng AMS-1 PAM tổ hợp vật liệu ruột bầu 107 3.7 Thử nghiệm bầu ươm tiên tiến, thân thiện môi trường 110 3.7.1 Thử nghiệm bầu ươm cho keo 110 3.7.2 Thử nghiệm bầu ươm cho thông 112 3.7.3 Thử nghiệm bầu ươm cho bạch đàn 113 KẾT LUẬN 116 NHỮNG ĐIỂM MỚI VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN 117 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 118 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ASTM American Society for Testing and Hiệp hội vật liệu thử Materials nghiệm Hoa Kỳ AMS-1 Polyme siêu hấp thụ nước Viện Hóa học CAGR Compounded Annual Growth rate Tỷ lệ tăng trưởng hàng năm CI Carbonyl Index Chỉ số carbonyl CoSt2 Cobalt stearate Cobalt stearat DSC Differential scanning calorimetry Nhiệt lượng quét vi sai EPA United States Environmental Cục Bảo vệ môi trường Hoa Protection Agency Kỳ EU European Union Liên minh Châu Âu FeSt3 Ferric stearate Sắt (III) stearat FTIR Fourier Transform Spectroscopy HDPE High density polyethylene Infrared Phổ hồng ngoại Polyetylen tỷ trọng cao Hữu công nghiệp HCCN LDPE Low density polyethylene Polyetylen tỷ trọng thấp LLDPE Linear low density polyethylene Polyetylen tỷ trọng thấp mạch thẳng MFI Melt Flow Index Chỉ số chảy MnSt2 Manganese stearate Mangan stearat Mw Molecular weight Khối lượng phân tử PAM Polyacrylamide Polyacrylamit PE Polyethylene Polyetylen PPA Compatible additives Phụ gia trình rPE Recycled polyethylene Nhựa polyetylen phế thải iv Màng chế tạo sở polyetylen tái sinh phụ gia xúc tiến oxy hóa rPE – Oxo SAP Polyme siêu hấp thụ nước Superabsorbent polymers Sức chứa ẩm cực đại SCACĐ SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TGA Thermogravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng lượng UV Ultraviolet Tia cực tím v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số môi trường nghiên cứu trình phân hủy sinh học 23 Bảng 1.2: Các tiêu chuẩn đánh giá trình phân hủy quang nhiệt ẩm 24 Bảng 1.3: Các tiêu chuẩn đánh giá trình phân hủy nhiệt 25 Bảng 2.1: Chỉ tiêu kỹ thuật AMS-1 40 Bảng 2.2: Chỉ tiêu kỹ thuật PAM 40 Bảng 2.3: Thơng số cơng nghệ q trình trộn cắt tạo hạt 46 Bảng 3.1: Tính chất lý tổ hợp vật liệu rPE / LDPE .57 Bảng 3.2: Kí hiệu mẫu có hàm lượng phụ gia PPA khác 60 Bảng 3.3: Tính chất lý mẫu màng có hàm PPA khác 63 Bảng 3.4: Tính chất lý mẫu có chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa .65 Bảng 3.5: Tổn hao khối lượng mẫu chôn đất .82 Bảng 3.6: Tổn hao khối lượng mẫu ngâm bùn hoạt tính 85 Bảng 3.7: Đơn phối liệu chế tạo túi bầu ươm tự hủy 88 Bảng 3.8: Ảnh hưởng tốc độ trục vít đến chiều dày màng 89 Bảng 3.9: Ảnh hưởng tốc độ kéo đến chiều dày màng 90 Bảng 3.10: Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất lý màng 90 Bảng 3.11: Tính chất lý túi bầu ươm có thời gian tự hủy khác 93 Bảng 3.12: Bảng đánh giá độ thấm đất 98 Bảng 3.13: Khả trương nở AMS-1 có mặt ion kim loại .100 Bảng 3.14: Khả liên kết PAM với hạt đất 103 Bảng 3.15: Lượng chất dinh dưỡng bị sau tháng 105 Bảng 3.16: Công thức sử dụng AMS-1 PAM 107 Bảng 3.17: Tính chất túi bầu ươm thời gian ươm keo 110 Bảng 3.18: Số lần tưới phẩm chất keo công thức bầu ươm .111 Bảng 3.19: Kết chiều cao keo lần thu thập số liệu 111 Bảng 3.20: Tính chất túi bầu thời gian ươm thông 112 Bảng 3.21: Số lần tưới phẩm chất Thông 113 Bảng 3.22: Bảng tổng hợp kết chiều cao thông 113 Bảng 3.23: Tính chất túi bầu thời gian ươm bạch đàn .114 vi [96] S Fontanella, S Bonhomme, M Koutny, L Husarova, J M Brusson, J P Courvavault, S Pitteri, G Samuel, G Pichon, J Lemaire, A M Delort, Comparison of the biodegradability of various polyethylene films containing pro-oxidant additives, Polymer Degradation and Stability, 2010, 95, 10111021 [97] S Zahra, S S Abbas, M.-T Mahsa, N Mohsen, Biodegradation of lowdensity polyethylene (LDPE) by isolated fungi in solid waste medium, Waste Management, 2010, 30, 396–401 128 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Một số hình ảnh phơi mẫu tự nhiên PHỤ LỤC Hình ảnh đóng bầu ươm tiên tiến PHỤ LỤC 3: Hình ảnh cơng thức thí nghiệm PHỤ LỤC Hình ảnh kiểm tra mơ hình thử nghiệm ươm Hà Giang Bầu tự hủy: Đang bất đầu vỡ, phân hủy PHỤ LỤC Hình ảnh kiểm tra đo đặc tiêu sinh trưởng bầu ươm tiên tiến, thân thiện môi trường PHỤ LỤC Một số hình ảnh phổ hồng ngoại FTIR Phổ FTIR PE3A2OX0 ban đầu Phổ FTIR PE3A2OX08 sau oxy hóa nhiệt Phổ PE3A2OX02 sau oxy hóa quang nhiệt ẩm Phổ PE3A2OX06 sau oxy hóa quang nhiệt ẩm Phổ FTIR mẫu PE3A2OX08 sau oxy hóa quang nhiệt ẩm Phổ FTIR PE3A2OX02 sau lão hóa tự nhiên nhiên 15 10 4000 3000 20 2000 Wavenumbers (cm-1) Phổ FTIR mẫu PE3A2OX08 sau chôn đất 1464.60 45 30 724.57 1178.19 1100.56 1030.51 1413.28 1372.46 1294.48 55 778.93 60 25 1000 533.72 472.80 1627.19 1576.71 2659.81 50 1712.17 2852.13 35 3377.66 40 2912.50 %T 75 70 65 95.5 795.97 95.0 94.5 94.0 877.04 93.0 91.0 90.5 90.0 89.5 89.0 1030.50 2850.13 87.5 2921.32 88.0 1425.28 88.5 3430.00 %T 91.5 533.70 464.66 415.33 92.0 1627.37 1712.79 92.5 87.0 86.5 86.0 400 300 200 W av enu mber s ( c m- 1) Phổ FTIR mẫu PE3A2OX08 ngâm bùn hoạt tính 717.92 93.5 100 Phổ FTIR mẫu TH6 sau chôn đất ... Nghiên cứu số vật liệu polyme tiên tiến, thân thiện môi trường ứng dụng chế tạo bầu ươm cây với mục tiêu nội dung nghiên cứu cụ thể sau: * Mục tiêu luận án: - Nghiên cứu khả phân hủy màng chế tạo. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN THỊ THỨC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẬT LIỆU POLYME TIÊN TIẾN, THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG. .. nhiễm mơi trường Đồng thời việc sử dụng túi bầu ươm đem lại ý nghĩa mặt kinh tế cao, tiết kiệm công xé bầu Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng số vật liệu tiên tiến, thâm thiện với môi trường như: polyme