Giá thể ngồi thị trường có rất nhiều loại, nhưng chung quy bao gồm hai loại chính: giá thể có nguồn gốc tự nhiên và giá thể có nguồn gốc nhân tạo. Bên cạnh đó, đa phần các giá thể chỉ là giá thể đơn (gồm một thành phần nguyên liệu), vì vậy cây trồng trên giá thể thủy canh chỉ hấp thụ được hoạt chất dinh dưỡng của một loại nguyên liệu cấu thành giá thể. Chính vì lẻ đó, nhóm đã lựa chọn những ngun liệu như tro trấu, mụn dừa, nhựa epoxy, PVA và CaCO3 để phối trộn và dựa trên những ưu điểm như:
❖ Tro trấu và mụn dừa
- Tro trấu và mụn dừa đều là nguồn nguyên liệu phụ phế phẩm, có giá trị kinh tế thấp.
- Tro trấu và mụn dừa có nhiều lỗ xốp, khả năng hút và giữ nước cao.
- Tro trấu có thành phần chính là SiO2 chiếm khoảng 85 - 90%, rất cần cho sự phát triển của cây.
❖ Nhựa epoxy
- Là loại nhựa khá phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây.
- Nhựa epoxy đã đóng rắn có độ bền rất cao, có độ co ngót rất nhỏ vì vậy nếu đưa nhựa epoxy vào cơng thức phối chế chất độn thì hầu như khơng cần tính đến độ co ngót.
- Độ lão hóa nhựa rất nhỏ, giữ được hình dạng khi chịu tải trọng lâu dài. - Độ chịu ẩm và dung môi cao, khả năng chịu nhiệt và tính cách điện cao.
❖ PVA
- Là một poly vinyl tan được trong nước. Độ tan trong nước và tốc độ tan được điều chỉnh tùy ý.
- Có tính cách điện và không hấp thụ bụi bẩn. Có tính chất kháng dầu, mỡ, dung môi hữu cơ tốt.
❖ CaCO3:
- Cải tạo độ chua trong đất (độ pH) và cung cấp canxi cho cây trồng giúp cây phát triển và cứng chắc hơn.
luận
Trang 30
Hình 4-1 Một số giá thể chưa đạt sau q trình tách khn a. Giá thể 4-1 b. Giá thể 6-1 c. Giá thể 7-1 d. Giá thể 8-1
Sau khi tách các giá thể ra khỏi khn, dựa vào các tiêu chí đánh giá trên, nhóm đã chọn ra được 10 giá thể phù hợp để tiến hành xử lý các quá trình sau.
Bảng 4-1 Kết quả chọn lọc giá thể phù hợp sau quá trình tách khn
Giá thể Nguyên liệu Tro trấu (g) Mụn dừa ’(g) PVA (g) Epoxy (g) CaCO3 (g) 2-2 1 1 3 4 2 3-3 1 1 4 5 2 5-1 1 1 2 4 3 5-2 1 1 3 4 3 5-3 1 1 4 4 3 6-2 1 1 3 5 3 6-3 1 1 4 5 3 9-1 1 1 2 5 4 9-2 1 1 3 5 4 9-3 1 1 4 5 4
Hình 4-2 Một số giá thể đạt sau q trình tách khn a. Giá thể 5-1 b. Giá thể 5-2 c. Giá thể 6-2 d. Giá thể 9-1
Quá trình chế tạo giá thể bằng phương pháp này phụ thuộc chủ yếu vào lượng PVA và nhựa Epoxy:
- Đối với Epoxy: Lượng Epoxy cho vào khơng q ít để làm giá thể bị rơi vỡ bong tróc cũng khơng được q nhiều sẽ ảnh hưởng đến độ hấp thụ nước của giá thể.
- Đối với PVA: Lượng PVA cũng không được quá ít sẽ ảnh hưởng đến độ chứa nước của giá thể do thiếu lỗ xốp cũng không được quá nhiều sẽ ảnh hưởng đến khả năng giữ nước và độ thẩm thấu.
- CaCO3 đóng vai trị hỗ trợ thêm khả năng tạo lỗ xốp, góp phần tăng thêm độ xốp cho giá thể.
4.4. Quá trình chọn lọc sau khi loại PVA
Khơng giống như q trình tách khn, tiêu chí đánh giá của q trình xử lý này khơng cịn dùng yếu tố cảm quan để đánh giá chọn giá thể mà sẽ dựa vào khả năng loại PVA để chọn lọc.
- Khơng bị bong tróc q nhiều trong suốt q trình khuấy. - Khả năng loại PVA cao.
- Giá thể sau khi khuấy không bị bễ, vỡ.
luận
Trang 32
trong tro trấu, tạo tiền đề để loại bỏ triệt để lượng PVA còn lại và tăng khả năng tiếp xúc giữa axit với CaCO3 cho quá trình sục.
Sau q trình khuấy nhóm tiến hành đo thời gian chảy, độ pH và độ tăng giảm khối lượng của trước và sau quá trình khuấy và có các kết quả sau:
4.4.1. Thời gian chảy
Thời gian chảy thể hiện được khả năng hịa tan của PVA, từ đó có thể đánh giá và so sánh khả năng loại bỏ PVA của từng giá thể. Do trong q trình khuấy khơng chỉ PVA tan mà cịn có tannin và một lượng nhỏ lignin trong mụn dừa hòa tan vào và một lượng nhỏ oxit có trong tro trấu hịa tan nên thời gian chảy thực tế sẽ cao hơn một chút so với thời gian chảy thực tế của PVA.
Bảng 4-2 Thời gian chảy (giây) của quá trình khuấy theo thời gian
Giá thể Thời gian khảo sát (phút)
30 60 90 120 150 180 2-2 728 758 767 775 779 817 3-3 794 832 858 863 872 935 5-1 660 670 699 702 721 738 5-2 810 821 835 843 880 897 5-3 822 853 876 899 917 945 6-2 708 758 790 824 838 862 6-3 793 872 912 940 946 955 9-1 665 670 698 716 750 765 9-2 778 807 813 834 858 875 9-3 846 934 977 980 998 1015
Do các giá thể có thành phần lượng PVA khác nhau, để tiện cho việc so sánh khả năng loại PVA, tiến hành gom các giá thể có cùng lượng PVA để so sánh thời gian chảy của giá thể với thời gian chảy chuẩn ứng với khối lượng PVA có trong giá thể. (Thời gian chảy chuẩn là thời gian chảy mà ở đó lượng PVA có trong giá thể xem như tan hồn tồn)
Bảng 4-3 Nhóm giá thể chứa 2 g PVA: (thời gian chảy chuẩn của 2 g PVA = 716 giây)
Thời gian khảo sát (phút)
Giá thể ------------------------------------------------------------------------------------- 30 60 90 120 150 1 80 5-1 660 670 699 702 721 7 38 9-1 665 670 698 716 750 7 65
Thời gian chảy của các giá thể so với thời gian chảy chuẩn được thể hiện thơng qua biểu đồ của Hình 4-3.
780 760 740 3 720 700 680 tí ' 660 ữũ 11 640 620 600 580 30 60 90 120 150 180
Thời gian khảo sát (phút)
• 5-1 • 9-1 Thời gian chảy chuẩn
Hình 4-3 thời gian chảy của nhóm giá thể 2 g PVA so với thời gian chảy chuẩn
Hình 4-3 cho thấy thời gian chảy của 2 giá thể vượt trội hơn hẳn so với thời gian chảy chuẩn tại thời điểm kết thúc quá trình.
Kết quả trên cho thấy ở giá thể 5-1 thời gian chảy tăng nhanh dần cho đến phút 150 và vượt qua ngưỡng thời gian chảy chuẩn của 2 g PVA, tiếp tục có xu hướng tăng chậm và có thời gian chảy là 738 giây vượt trội hơn so với thời gian chuẩn là 3,07%. Ở giá thể 9-1 cũng có lượng PVA tương tự và có thời gian chảy tăng dần theo thời gian và chậm dần từ phút 150 (thời gian chảy = 750 giây) đến phút 180 (thời gian chảy = 765 giây), cũng như thời gian chảy lớn hơn 6,84% so với thời gian chảy chuẩn. Từ đó cho thấy khả năng loại PVA của giá thể 9-1 vượt trội hơn so với giá thể 5-1, tuy nhiên do thời gian chảy đều lớn hơn so với thời gian chảy chuẩn của 2 g PVA nên 2 giá thể này đều phù hợp với tiêu chí chọn lọc.
luận
Trang 34
Thời gian khảo sát (phút) Giá thê __________________________________________________________ 30 60 90 120 150 1 80 2-2 728 758 767 775 779 8 17 5-2 810 821 835 843 880 8 97 6-2 708 758 790 824 838 8 62 9-2 778 807 813 834 858 8 75
Thời gian chảy của các giá thê so với thời gian chảy chuẩn được thê hiện thơng qua biêu đồ của Hình 4-4.
900 880 •ă 860 840 820 800 cổ •ã 780 g 760 740 720 700
Hình 4-4 cho thấy giá thê 5-2 và giá thê 9-2 có thời gian chảy vượt qua thời gian chảy chuẩn do đó 2 giá thê này hồn tồn phù hợp với tiêu chí chọn lọc giá thê.
Giá thê 5-2 có thời gian chảy tăng đều theo thời gian từ 810 giây ở phút thứ 30 đến 897 giây ở phút thứ 180, tại thời điêm kết thúc quá trình thời gian chảy của giá thê nhiều hơn 2,51% so với thời gian chảy chuẩn. Đối với giá thê 9-2 tuy có phần thấp hơn so với giá thê 5-2 nhưng tại thời điêm kết thúc quá trình thời gian chảy của giá thê bằng với thời gian chảy chuẩn từ đó cho thấy giá thê vẫn loại khá tốt PVA, do đó có thê tiếp tục xử lý cho quá trình tiếp theo.
Bảng 4-5 Nhóm giá thể chứa 4 g PVA: (thời gian chảy chuẩn của 4 g PVA =1012 giây)
Thời gian khảo sát (phút)
Giá thê __________________________________________________________ 30 60 90 120 150 18 0 3-3 794 832 858 863 872 93 5 5-3 822 853 876 899 917 94 5 6-3 793 872 912 940 946 95 5 9-3 846 934 977 980 998 1015 30 60 90 120 150 180 luận Trang 36
Bảng 4-6 Độ pH của quá trình khuấy theo thời gian
Giá thể Thời gian khảo sát (phút)
30 60 90 120 150 180 2-2 7,46 7,45 7,50 7,58 7,63 7,67 3-3 7,47 7,50 7,53 7,54 7,57 7,59 5-1 7,50 7,55 7,65 7,63 7,69 7,78 5-2 7,68 7,74 7,79 7,71 7,76 7,79 5-3 7,56 7,70 7,66 7,69 7,72 7,75 6-2 7,81 7,86 7,88 7,94 7,96 7,98 6-3 7,65 7,70 7,79 7,73 7,86 7,94 9-1 7,92 7,93 7,97 8,04 8,05 8,03 9-2 7,76 7,74 7,75 7,81 7,89 7,99 9-3 8,0 7,96 8,03 8,09 8,11 8,12
Trong quá trình khuấy lượng PVA được hịa tan ra khơng ảnh hưởng đáng kể đến độ pH. Mặt khác do quá trình thực hiện ở nhiệt độ cao nên sẽ có một lượng nhỏ CaCO3 tan vào trong dung dịch làm cho pH của các giá thể tăng nhẹ lên trong khoảng từ 0,1 đến 0,2 và lượng CaCO3 cũng khơng tan nhiều do đó khơng thể dựa vào giá trị pH để đánh chọn lọc các giá thể phù hợp cho quá trình sau.
Dựa vào thời gian chảy và độ pH nhóm chọn được 5 giá thể đạt tiêu chí và phù hợp để tiếp tục quá trình sục:
Bảng 4-7 Kết quả chọn lọc giá thể sau quá trình khuấy
Nguyên liệu Giá thể Tro trấu
(g) Mụn dừa (g) PVA (g) Epoxy (g) CaCO3 (g) 5-1 1 1 2 4 3 5-2 1 1 3 4 3 9-1 1 1 2 5 4 9-2 1 1 3 5 4 9-3 1 1 4 5 4
Để đánh giá chọn giá thể cần dựa vào thời gian chảy tối đa để đánh giá khả năng tan của PVA kết hợp với thời gian chảy chuẩn ứng với từng khối lượng PVA có trong giá thể. Độ pH do không thay đổi đáng kể nên không thể dựa vào giá trị này để đánh giá chính xác khả năng tan PVA của chúng. Quá trình này nhằm lấy đi lượng PVA góp phần tạo nhiều lỗ xốp bên trong giá thể, và tăng khả năng tiếp xúc giữa axit với CaCO3 cũng như làm giảm bớt lượng bọt do PVA hịa tan tạo ra cho q trình sục khí.
4.5. Q trình chọn lọc sau khi loại CaCO3
Kết thúc 2 quá trình xử lý trên thu được 5 giá thể phù hợp cho q trình sục khí. Do q trình khuấy đã loại gần hết lượng PVA có trong giá thể nên q trình này sẽ dựa vào khả năng tan của CaCO3 trong axit HCl để chọn ra những giá thể tối ưu nhất. Mặt khác do đây chỉ là quá trình hỗ trợ tạo thêm lỗ xốp nên không nhất thiết phải loại bỏ triệt để hồn tồn lượng CaCO3, vì ngồi tác dụng tạo lỗ xốp ra, nó cịn có khả năng loại khử chua trong mơi trường giá thể trong suốt quá trình trồng cây.
- Giá thể khơng bị bong tróc trong suốt q trình sục. - Giá thể có khả năng loại CaCO3 nhiều nhất.
- Giá thể có khả năng loại hết lượng PVA cịn lại.
Q trình này nhằm lấy triệt để lượng PVA cịn lại và loại đi lượng CaCO3 có trong giá thể để tạo thêm nhiều lỗ xốp cho giá thể.
Do lượng PVA đã được loại đi gần hết nên không thể dựa vào thời gian chảy của giá thể để đánh giá khả năng tan của CaCO3 và PVA còn lại mà dựa vào độ thay đổi pH để đánh giá khả năng mà HCl tham gia phản ứng từ đó suy ra khả năng loại CaCO3.
4.5.1. Thời gian chảy
Bảng 4-8 Thời gian chảy của quá trình sục theo thời gian
Giá thể Thời gian khảo sát (phút)
30 60 90 120 150 180 5-1 472 458 466 470 476 466 5-2 465 466 462 480 481 485 luận Trang 38
87
9-2 493 484 491 493 495 4
96
9-3 494 502 505 502 505 4
98
Bảng 4-8, cho thấy độ biến thiên của thời gian chảy ở các giá thể không đáng kể. Điển hình ở giá thể 5-1 thời gian chảy trong suốt q trình thời gian chảy biến thiên khơng đồng đều nhưng chỉ dao động trong khoảng từ 4 đến 10 giây, tương tự với các giá thể khác thời gian cũng khơng thay đổi q nhiều trong suốt q trình, lượng bọt tạo trong q trình sục khí khơng q nhiều và khơng gây hiện tượng trào bọt. Do đó có thể khẳng định được lượng PVA của quá trình trước đã loại bỏ gần hết trong giá thể và CaCO3 sau khi được hịa tan vào dung dịch khơng làm thay đổi thời gian chảy nên không thể dựa vào giá trị này để chọn lọc giá thể được.
4.5.2. Độ pH
CaCO3 sau khi phản ứng bị hòa tan trong 500 mL dung dịch HCl 0,1M sẽ làm cho nồng độ HCl giảm xuống dẫn đến giá trị pH sẽ tăng dần theo thời gian và thu được giá trị pH theo thời gian như sau:
Bảng 4-9 Độ pH của quá trình sục theo thời gian
Thời gian khảo sát (phút)
Giá thể _____________________________________________________________ 30 60 90 120 150 180 5-1 1,66 1,68 1,75 1,81 1,97 2,06 5-2 1,71 1,67 1,75 1,84 1,94 2,02 9-1 1,61 1,71 1,87 1,97 2,02 2,05 9-2 1,61 1,66 1,88 1,96 2,06 2,15 9-3 1,65 1,83 1,87 2,03 2,1 2,16
Cũng giống như quá trình xử lý loại PVA, do hàm lượng CaCO3 của một số giá thể khác nhau nên để có thể đánh giá và phân loại nhóm tiến hành nhóm các giá thể có cùng lượng CaCO3 để đánh giá chọn lọc.
Tiến hành thí nghiệm đo giá trị pH của dung dịch HCl sau khi hòa tan hoàn toàn 3 g và 4 g CaCO3 lần lượt là 2,07 và 2,18 nhằm mục đích tạo ra giá trị pH chuẩn sau khi hòa tan được hết lượng CaCO3 để đánh giá.
Bảng 4-10 Nhóm giá thể chứa 3 g CaCO3
Thời gian khảo sát (phút) Giá
thê 30 60 90 120 150 180
5-1 1,66 1,68 1,75 1,81 1,97 2,06
5-2 1,71 1,67 1,75 1,84 1,94 2,02
Giá trị pH chuân của giá thê là 2,07 với pH của các giá thê chứa 3 g CaCO3 được trình bày trong Hình 4-6:
2,2
1,6 1,5
30 60 90 120 150 180
Thời gian khảo sát (phút)
• 5-1 • 5-2 pH chuân
Hình 4-6 Sự thay đổi pH theo thời gian của nhóm 3 g CaCO3
Hình 4-6, cho thấy độ pH của 2 giá thê có giá trị tương đối bằng nhau và gần bằng giá trị 2,07 (chênh lệch không quá 0,05). Cụ thê với giá thê 5-1 giá trị pH là 2,06 có phần hơn một chút so với giá thê 9-1 là 2,02. Mặc dù pH trong điều kiện này thấp hơn so với giá trị pH chuân nhưng khơng đáng kê và q trình này chỉ hổ trợ tạo thêm lỗ xốp do khả năng loại CaCO3 của cả hai đều đạt yêu cầu.