Nghiên cứu chế tạo phân urê nhả chậm có kiểm soát bằng màng compozit có nguồn gốc từ dầu hạt cao su việt nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PHÂN URÊ NHẢ CHẬM CÓ KIỂM SỐT BẰNG MÀNG COMPOZIT CĨ NGUỒN GỐC TỪ DẦU HẠT CAO SU VIỆT NAM Trịnh Quốc Vương vuong.tqca190105@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Thủy Viện: Kỹ thuật hóa học HÀ NỘI, 04/2021 Chữ ký GVHD ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC (THẠC SỸ KỸ THUẬT) Họ tên học viên: Trịnh Quốc Vương SHHV: CA190105 Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Lớp: 19AKTHH Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Thủy Đơn vị: TTCN Polyme Compozit Giấy, Viện KT Hóa học, ĐHBKHN Tên đề tài (Tiếng Việt): Nghiên cứu chế tạo phân urê nhả chậm có kiểm sốt màng compozit có nguồn gốc từ dầu hạt cao su Việt Nam Tên đề tài (Tiếng Anh): Research on manufacturing controlled-release urea fertilizers with a composite coating derived from Vietnam rubber seed oil Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Urê loại phân đạm quan trọng ngành nông nghiệp Tuy nhiên hiệu sử dụng dịch dưỡng cho trồng khoảng 30-50%, phần lại bị thất gây nhiễm nghiêm trọng cho mơi trường đất nước Phân urê nhả chậm có kiểm sốt giúp cải thiện hiệu sử dụng dinh dưỡng mang lại nhiều lợi ích cho trồng phân urê thông thường Hơn thế, việc tận dụng nguồn nguyên liệu có khả tái sinh thay sử dụng nguyên liệu hóa dầu để chế tạo phân bón nhả chậm có kiểm sốt đem lại ý nghĩa giá trị lớn cho nông nghiệp Đề tài luận văn tập trung vào việc tận dụng nguồn nguyên liệu phụ từ công nghiệp (cây cao su) dầu hạt cao su làm sở để tổng hợp vật liệu bọc phủ cho phân urê nhằm tạo sản phẩm có giá trị cao phân urê nhả chậm có kiểm sốt Mục đích đề tài (các kết cần đạt được): Chế tạo thành công phân urê nhả chậm có kiểm sốt màng compozit có nguồn gốc từ dầu hạt cao su Việt Nam có thời gian nhả dưỡng chất ≥ tháng - Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Nghiên cứu chế tạo màng compozit polyuretan/bentonit - Nghiên cứu bọc phân ure màng compozit trống quay - Đánh giá độ nhả ure bọc compozit môi trường đất nước HVTH : Trịnh Quốc Vương Trang | i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Trịnh Quốc Vương Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo phân urê nhả chậm có kiểm sốt màng compozit có nguồn gốc từ dầu hạt cao su Việt Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số SV: CA190105 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 27/04/2021 với nội dung sau: - Chỉnh sửa lỗi in ấn, tả Bổ sung lại danh mục từ viết tắt Thống thuật ngữ Phân nhả chậm phân nhả chậm có kiểm sốt Cập nhật thơng tin thị trường phân ure Việt Nam trang Bỏ mục 2.3.1 Phương pháp thủy hóa (deguming) mục 2.3.2 Phương pháp polyol hóa khơng thuộc phạm vi thực tác giả Bổ sung thêm bảng số liệu độ dày trung bình mẫu ure bọc compozit PU/MBT thay đổi hàm lượng MBT trang 46 Bổ sung thêm bảng số liệu độ dày trung bình mẫu ure bọc compozit PU/MBT thay đổi tỷ lệ NCO/OH trang 58 Ngày 21 tháng 05 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG HVTH : Trịnh Quốc Vương T r a n g | iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô trung tâm CN Polyme – Compozit Giấy tận tình dạy bảo, truyền đạt cho tơi kiến thức tảng suốt thời gian học tập tạo điều kiện thuận lợi cho trình hồn thành luận văn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc nhất, xin gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Thị Thủy – cô tận tâm hướng dẫn khoa học, truyền cho tri thức bảo, giúp đỡ, động viên, khích lệ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án Tôi xin cảm ơn bạn khóa người thân giúp đỡ, động viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành khố học thực thành cơng luận văn Luận văn tốt nghiệp khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận ý kiến đóng góp q báu từ phía hội đồng bảo vệ, giáo viên phản biện thầy cô khoa để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! HVTH : Trịnh Quốc Vương T r a n g | iv TĨM TẮT LUẬN VĂN Đặt vấn đề Nơng nghiệp Việt Nam thực phát triển vượt bậc thập kỷ vừa qua Việc đẩy mạnh thâm canh, tăng suất lúa gạo hộ nông dân nhỏ thập kỷ 1990 góp phần quan trọng giúp xóa đói giảm nghèo, đảm bảo an ninh lương thực ổn định xã hội Xuất nông nghiệp Việt Nam bùng nổ năm 2010 trở lại đây, đưa Việt Nam vào nhóm nước xuất lớn giới mặt hàng nông sản Tuy nhiên, tăng trưởng nông nghiệp Việt Nam phụ thuộc chủ yếu vào mở rộng sản xuất tăng cường sử dụng đất, sử dụng lượng lớn phân bón hóa chất nơng nghiệp Do tăng trưởng nông nghiệp kèm tác động xấu mơi trường suy thối đất nơng nghiệp, nhiễm nguồn nước, Với bối cảnh này, việc sử dụng hiệu phân bón, thay nguồn nguyên liệu hóa dầu giảm tác động đến mơi trường, người vấn đề cấp thiết Trên tinh thần đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo phân urê nhả chậm có kiểm sốt màng compozit có nguồn gốc từ dầu hạt cao su Việt Nam” nhằm ứng dụng nguồn nguyên liệu có khả tái sinh cho sản xuất phân bón nơng nghiệp Việt Nam, hướng đến mục tiêu nông nghiệp xanh thân thiện Các vấn đề cần thực ∗ Mục đích nghiên cứu: Chế tạo thành cơng phân urê nhả chậm có kiểm sốt màng compozit có nguồn gốc từ dầu hạt cao su Việt Nam có thời gian nhả dưỡng chất ≥ tháng ∗ Đối tượng nghiên cứu: - Phân urê Việt Nam - Dầu hạt cao su Việt Nam - Bentonit Việt Nam ∗ Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo màng compozit polyuretan/bentonit - Nghiên cứu bọc phân ure màng compozit trống quay - Đánh giá độ nhả ure bọc compozit môi trường đất nước Kết luận văn - Kết phân tích FTIR cho thấy polyuretan hình thành từ polyol dầu hạt cao su HVTH : Trịnh Quốc Vương Trang | v - Kết phân tích SEM cho thấy cấu trúc hình thái màng compozit, viên phân đánh giá độ dày lớp vỏ bọc - Đã đánh giá yếu tố (hàm lượng bentonit, tỷ lệ mol NCO/OH) ảnh hưởng đến tính chất (độ bền kéo, độ giãn dài đứt, góc tiếp xúc, độ hấp thụ nước, độ thấm ẩm qua màng, tốc độ thẩm thấu ẩm qua màng) màng compozit - Đã đánh giá ảnh hưởng yếu tố (hàm lượng bentonit, tỷ lệ mol NCO/OH) đến độ bền viên phân bọc - Bằng việc chế tạo loạt loại viên phân bọc khác đánh giá độ nhả đất nước quy mơ phịng thí nghiệm, đề tài đưa liệu ảnh hưởng số lớp bọc, hàm lượng bentonit, tỷ lệ mol NCO/OH tới thời gian hàm lượng nhả viên phân bọc Từ tạo sở cho việc chế tạo viên phân urê bọc compozit polyuretan/bentonit có thời gian hàm lượng nhả phù hợp với nhu cầu đặt - Kết cơng trình cho phép chế tạo viên phân bọc có thời gian nhả hồn tồn tháng nhiều mẫu nhả khoảng 20% sau tháng Tính thực tiễn đề tài hướng đề xuất - Kết nghiên cứu giúp đưa hướng cho việc tận dụng tài nguyên vốn sản phẩm phụ công nghiệp dầu hạt cao su, đem đến giải pháp hiệu cho sản phẩm vốn mang lại giá trị kinh tế thấp - Sử dụng dầu hạt cao su làm sở chế tạo sản phẩm mang giá trị cao cho nông nghiệp phân bón bọc nhả chậm có kiểm sốt - sản phẩm chủ yếu nhập từ nước số cơng ty nội địa sản xuất - Tuy nhiên số điều kiện khách quan thời gian thực nghiệm kinh tế, đề tài giai đoạn phát triển cần thực thêm số đề xuất sau: • Hồn thiện thời gian nhả 75% dinh dưỡng cho phân urê nhả chậm có kiểm sốt để có đủ thơng số phân bón nhả chậm có kiểm sốt • Đánh giá thêm thơng số ảnh hưởng đến phân bón nhả chậm có kiểm sốt nhiệt độ, độ ẩm, pH, vi sinh vật đất… • Thực nghiệm sơ số giống loại rau (bắp cải, cải xanh, cải ngọt…) kiểng phong lan HVTH : Trịnh Quốc Vương T r a n g | vi Kết cấu luận văn Luận văn bao gồm phần: - Phần mở đầu gồm: lời cam đoan, lời cảm ơn, tóm tắt luận văn, mục lục, danh mục viết tắt, danh mục hình ảnh, danh mục bảng biểu - Nội dung: gồm chương • Chương Tổng quan • • Chương Thực nghiệm Chương Kết thảo luận • Chương Kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo Hà Nội, tháng 04 năm 2021 Học viên Trịnh Quốc Vương HVTH : Trịnh Quốc Vương T r a n g | vii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN v Đặt vấn đề v Các vấn đề cần thực v Kết luận văn v Tính thực tiễn đề tài hướng đề xuất .vi Kết cấu luận văn vii MỤC LỤC viii DANH MỤC VIẾT TẮT xii DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 URÊ – THỊ TRƯỜNG VÀ THỰC TRẠNG SỬ DỤNG 1.1.1 Thị trường phân Urê Việt Nam 1.1.2 Thực trạng sử dụng phân bón 1.2 PHÂN BÓN NHẢ CHẬM CĨ KIỂM SỐT 1.2.1 Lịch sử phát triển phân bón nhả có kiểm soát 1.2.2 Khái niệm 1.2.3 Phân loại 1.2.4 Cấu trúc, tính chất phân bón nhả chậm có kiểm sốt dạng màng ngăn 1.2.4.1 Cấu trúc phân bón nhả chậm có kiểm sốt dạng màng ngăn 1.2.4.2 Tính chất phân bón nhả có kiểm sốt dạng màng phủ 1.2.5 Cơ chế nhả chất dinh dưỡng từ phân bón 10 1.2.6 Ưu điểm nhược điểm 12 1.2.7 Thị trường phân bón nhả chậm có kiểm sốt 12 1.2.8 Ứng dụng [10] .13 1.1.7.1 Nông nghiệp 13 1.1.7.2 Phi nông nghiệp 14 1.3 DẦU HẠT CAO SU 15 1.3.1 Giới thiệu .15 HVTH : Trịnh Quốc Vương T r a n g | viii 1.3.2 Tính chất hóa lý 16 1.3.3 Ứng dụng 17 1.3.4 Tổng hợp polyol từ dầu hạt cao su [26] 18 1.4 BENTONIT 19 1.4.1 Khái niệm 19 1.4.2 Cấu trúc 20 1.4.3 Ứng dụng [28] 22 1.4.4 Nghiên cứu biến tính bentonit polyetylenglycol 22 1.5 CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN NHẢ CĨ KIỂM SỐT 23 1.5.1 Cơng nghệ chế tạo phân bón có màng ngăn 23 1.5.1.1 Bọc phân bón trống quay, thùng quay 24 1.5.1.2 Bọc phân bón thiết bị tầng sơi 25 1.5.2 Công nghệ chế tạo phân nhả có kiểm sốt dạng chất kỵ nước 26 1.6 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ POLYURETAN COMPOZIT TỪ POLYOL CÓ NGUỒN GỐC SINH HỌC 27 1.7 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ PHÂN NHẢ CĨ KIỂM SỐT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 29 1.7.1 Nghiên cứu phân nhả chậm có kiểm sốt từ polyuretan giới 29 1.7.2 Những nghiên cứu phân nhả có kiểm sốt Việt Nam 31 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 33 2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT 33 2.2 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 33 2.3 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 34 2.3.1 Phương pháp phân tán bentonit biến tính PEG vào polyol 34 2.3.2 Phương pháp chế tạo màng compozit polyuretan/MBT 34 2.3.3 Phương pháp tráng phủ hạt urê 34 2.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 35 2.4.1 Phương pháp phân tích hồng ngồi FTIR 35 2.4.2 Phân tích cấu trúc hình thái SEM 36 2.4.3 Phương pháp đo tính chất lý 36 2.4.4 Phương pháp đo độ bền nén 37 2.4.5 Phương pháp đo góc tiếp xúc nước 38 HVTH : Trịnh Quốc Vương T r a n g | ix 2.4.6 Phương pháp xác định độ hấp thụ nước màng PU compozit .39 2.4.7 Phương pháp thẩm thấu urê qua màng 39 2.4.8 Phương pháp xác định tính chất thấm ẩm màng 39 2.4.9 Phương pháp hấp thụ màu sử dụng thuốc thử Erlich 41 2.4.7.1 Cơ sở phương pháp .41 2.4.7.2 Cách tiến hành 42 2.4.10 Phương pháp đo độ nhả urê bọc compozit PU/MBT nước 42 2.4.11 Phương pháp đo độ nhả urê bọc compozit PU/MBT đất 43 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 PHÂN TÍCH PHỔ FTIR VÀ CẤU TRÚC HÌNH THÁI CỦA MÀNG COMPOZIT VÀ URE BỌC MÀNG COMPOZIT 44 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG MBT ĐẾN TÍNH CHẤT MÀNG VÀ VIÊN URE BỌC COMPOZIT PU/MBT 46 3.1.1 Tính chất học màng ure bọc màng compozit PU/MBT hàm lượng MBT thay đổi .46 3.1.2 Tính chất thấm ướt, độ hấp thụ nước ẩm vào màng tốc độ thẩm thấu ẩm qua màng PU/MBT hàm lượng MBT thay đổi 48 3.1.2.1 Tính chất thấm ướt độ hấp thụ nước 48 3.1.2.2 Tính chất hấp thụ ẩm vào màng tốc độ thẩm thấu ẩm qua màng .50 3.1.3 Độ thẩm thấu ure qua màng độ nhả viên ure bọc compozit PU/MBT nước hàm lượng MBT thay đổi 52 3.1.3.1 Độ thẩm thấu ure qua màng compozit 52 3.1.3.2 Độ nhả urê bọc compozit PU/MBT nước 54 3.1.4 Độ nhả viên phân urê tráng compozit PU/MBT đất 56 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ MOL NCO/OH ĐẾN TÍNH CHẤT MÀNG VÀ VIÊN PHÂN URÊ TRÁNG COMPOZIT PU/MBT 58 3.2.1 Tính chất học màng ure bọc màng compozit PU/MBT tỷ lệ mol NCO/OH thay đổi .59 3.2.2 Tính chất thấm ướt, độ hấp thụ nước ẩm vào màng tốc độ thẩm thấu ẩm qua màng thay đổi tỷ lệ mol NCO/OH .60 3.2.2.1 Tính chất thấm ướt độ hấp thụ nước 60 3.2.2.2 Tính chất hấp thụ ẩm vào màng thẩm thấu ẩm qua màng .62 3.2.3 Độ thẩm thấu urê qua màng compozit PU/MBT độ nhả mẫu viên phân tráng compozit PU/MBT nước 65 3.2.3.1 Độ thẩm thấu dung dịch urê qua màng compozit 65 HVTH : Trịnh Quốc Vương Trang | x Độ thẩm thấu urê qua màng compozit PU/MBT độ nhả mẫu viên 3.2.3 phân tráng compozit PU/MBT nước 3.2.3.1 Độ thẩm thấu dung dịch urê qua màng compozit Kết ảnh hưởng tỷ lệ mol NCO/OH từ 1,0-1,3 đến độ thẩm thấu dung dịch urê 10% qua màng compozit theo hai phương trình đường chuẩn hình 3.20 Hai phương trình cho giá trị thời điểm khơng chênh lệch q lớn khẳng định độ xác kết thử nghiệm (độ chênh lệch