Cân 40.54g (0.5mol) dung dịch formaldehyde 37% và 50g nước cất cho vào bình cầu 2 cổ 500ml, gắn ống sinh hàn, khuấy trên máy khuấy từ. Gia nhiệt lên khoảng 400C và điều chỉnh pH = 8-9 bằng dung dịch NaOH (30%). Cân 30g (0.5mol) ure cho vào hỗn hợp và điều chỉnh lại pH = 8-9, tăng nhiệt độ lên khoảng 500C và giữ trong khoảng 15 phút cho ure tan hết. Sau đó tăng nhiệt độ lên khoảng 700C, pH tiếp tục được điều chỉnh ở 8-9 đến khi không thay đổi (khoảng 45 phút). Làm nguội hỗn hợp về 400C, acid hóa hỗn hợp về pH= 3-4 bằng H2SO4 (35%) giữ trong khoảng 20 phút. Trung hòa hỗn hợp về pH= 7, lọc và sấy, thu được sản phẩm là bột màu trắng.
Quy trình tổng hợp UF
Formaldehyde, H2O 1. pH= 8 – 9 ở 400C
2. Urea, pH = 8 – 9 ở 50 -700C
Hỗn hợp methylol urea 1. Acid hóa (pH= 3-4) ở 400C
2. Trung hòa (pH = 7)
Hỗn hợp polymer Lọc, sấy
Bột màu trắng
2.3.2. Kết quả phân tích cấu trúc của sản phẩm
Phổ IR của sản phẩm được ghi trên máy quang phổ hồng ngoại IR – Vector 22 Bruker của Viện Công nghệ Hóa học, Tp. HCM.
Nhóm chức δ(cm-1)
OH, NH2, NH 3347, 3035
CH2 2963
C=O 1637, 1546
C-O 1035, 1135
Nhận xét: Dựa trên phổ IR ta thấy các mũi đặc trưng của OH, NH, NH2 che khuất lẫn nhau nằm trong khoảng từ 3400 đến 3000 cm-1, nhóm methylene (-CH2-) có bước sóng 2963 cm-1, nhóm carbonyl (C=O) có bước sóng là 1637 và 1546
cm-1 và dao động của C-O là 1135 và 1035 cm-1. Vậy kết quả phổ cho thấy cấu trúc của UF phù hợp với cấu trúc sau:
H2N-CO-NH-(CH2-NH-CO-NH)n-CH2-OH
2.3.3. Ảnh hưởng tỉ lệ mol giữa urê và formaldehyde lên hàm lượng N tổng của sản phẩm
Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ số mol giữa ure và formaldehyde đến khả năng nhả chậm của sản phẩm, chúng tôi tiến hành làm phản ứng với tỉ lệ của ure và formaldehyde như sau:
Tỉ lệ U:F 1:0 0.5:1 1:1 1.5:1 2:1 3:1 4:1
VHCl cđộ (ml) 32.6 20.5 24.8 26.6 27.4 27.9 28.3
%N tổng 45.64 28.70 34.72 37.24 38.36 39.06 39.62
Nhận xét: khi tăng dần tỉ lệ mol ure lên, hàm lượng N tổng tăng.
2.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng nhả chậm của UF
Yếu tố nhiệt độ khi thực hiện phản ứng với tỉ lệ U:F là 1:1 không ảnh hưởng đến hàm lượng N tổng của sản phẩm (N chiếm 34.72%). Kết quả nhả chậm nitrogen trong đất + nước của sản phẩm ở hai điều kiện nhiệt độ khác nhau
U:F Hàm lượng N(%) nhả theo thời gian
1 tuần 2 tuần 3 tuần 4 tuần 5 tuần
1:1 (t>tp) 1.56 2.80 4.04 5.28 6.25
1:1 (tp) 1.56 3.12 4.36 5.60 6.84
Nhận xét: nhiệt độ phản ứng không ảnh hưởng nhiều đến khả năng nhả chậm của sản phẩm. Nên để đơn giản quy trình tổng hợp ta thực hiện ở nhiệt độ phòng.
2.3.5. Xác định khả năng nhả chậm N của UF trong môi trường nước Lượng phân (tính theo %) tan ra trong nước:
Bảng: Độ tan trong nước (%) của sản phẩm
U:F Độ tan trong nước (%) của sản phẩm theo thời gian
1 ngày 2 ngày 3 ngày 4 ngày 5 ngày 6 ngày
1:0 100 100 100 100 100 100
4:1 53.63 57.93 58.87 59.05 59.05 59.05
3:1 35.89 39.93 41.72 41.97 41.97 41.97
2:1 15.34 17.71 18.52 18.78 18.78 18.78
1.5:1 9.70 11.77 12.57 12.71 12.71 12.71
1:1 3.60 4.54 4.71 4.71 4.71 4.71
0.5:1 3.12 3.64 3.82 3.82 3.82 3.82
Nhận xét: Độ tan trong nước của sản phẩm tăng dần khi tăng tỉ lệ mol của urea so với formaldehyde. Khi tỉ lệ UF là 1:1 thì sản phẩm tan ít. Như vậy khi tăng tỉ lệ urea lên, khả năng liên kết để tạo polymer giảm xuống nên tính tan tăng.
Đồ thị 3.4: Độ tan trong nước (%) của sản phẩm
2.3.6. Xác định khả năng nhả chậm N của UF trong môi trường đất + cát ẩm Hàm lượng nitrogen nhả ra trong môi trường đất ẩm + cát ẩm
Tỉ lệ U:F Hàm lượng N (%) nhả theo thời gian
Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5 Tháng 6
1:0 72.00 85.70 86.90 87.52 87.83 -
4:1 57.87 76.54 80.58 82.45 84.32 85.56
3:1 46.67 61.91 73.11 77.47 80.27 81.51
2:1 22.08 32.97 40.44 45.73 49.15 51.95
1.5:1 20.50 30.80 38.27 43.25 46.98 50.09
1:1 2.18 4.05 5.92 7.79 9.97 14.64
0.5:1 1.56 2.80 4.04 5.28 6.52 7.76
Đồ thị: Hàm lượng N(%) nhả của sản phẩm trong đất và cát ẩm Nhận xét:
+ Ở môi trường đất ẩm, sản phẩm UF nhả N từ 1.56 – 57.87% trong tháng đầu tiên trong khi urea đối chứng đã nhả 72% N. Những tháng còn lại, lượng N của sản phẩm được nhả ổn định còn hàm lượng N của urea đối chứng còn lại không đáng kể.
+ Sản phẩm UF cũng nhả N ổn định và chậm hơn rất nhiều so với urea đối chứng. Nhưng vì thời gian khảo sát lâu hơn (1 tháng/1lần) nên hàm lượng N ở mỗi lẩn cũng cao hơn.
+ Thời gian nhả N của sản phẩm tiếp tục kéo dài sau thời gian khảo sát (UF 0.5-2/1).
2.3.7. Xác định khả năng nhả chậm N của UF trong môi trường đất + nước
U:F
Hàm lượng N (%) nhả ra theo thời gian Tuần
1 Tuần
2 Tuần
3 Tuần
4 Tuần
5 Tuần
6 Tuần
7 Tuần
8 Tuần
9 Tuần
10 Tuần
11 Tuần 12 1:0 72.50 78.72 80.89 82.47 83.38 84.00 84.31 - - - - - 4:1 38.90 43.94 45.11 46.98 48.54 50.10 51.66 53.22 54.78 56.02 57.26 58.50 3:1 23.30 27.03 29.2 31.07 32.94 34.50 36.06 37.62 39.18 40.74 41.98 43.22 2:1 10.89 13.73 15.6 17.47 19.03 20.59 21.83 23.07 24.31 25.55 26.79 28.03 1.5:1 6.84 9.02 10.89 12.45 14.01 15.57 16.81 18.05 19.29 20.53 21.77 23.01 1:1 1.56 2.80 4.04 5.28 6.48 7.72 8.96 10.20 11.44 12.68 13.92 15.16 0.5:1 1.24 2.17 3.10 4.03 4.96 5.89 6.82 7.75 8.68 9.61 10.54 11.47
Đồ thị: Hàm lượng N (%) nhả của sản phẩm trong đất và nước Nhận xét:
+ Sản phẩm UF nhả chậm N từ 1.24 – 39% trong tuần đầu, trong khi ure đối chứng nhả gần hết lượng N có trong mẫu (72.50%).
+ Hàm lượng nhả N của sản phẩm tăng theo tỉ lệ mol ure trong sản phẩm. Tỉ lệ nhả nhiều nhất là UF 4:1 ngay trong tuần đầu (38.90%) sau đó ổn định dần và ít nhất là UF 0.5:1 (1.24%). Điều này có thể giải thích là khi tăng hàm lượng ure, thì khả năng liên kết để tạo polymer giảm xuống nên sản phẩm dễ bị phân hủy hơn các tỉ lệ còn lại.
+ Thời gian nhả N của sản phẩm tiếp tục kéo dài sau thời gian khảo sát.
Kết luận:
- Với môi trường đất + nước trong sản xuất nông nghiệp, cây nông nghiệp dưới nước (như lúa) có thời gian trồng và thu hoạch từ 3 – 6 tháng, sản phẩm UF 3 – 4/1 trong môi trường đất + nước có hàm lượng nhả N trong 3 tháng như trên là rất thích hợp để bón.
- Còn trên môi trường đất ẩm, những cây trồng ngắn ngày (từ 3 – 6 tháng), bón sản phẩm UF 3 – 4/1 (hàm lượng nhả gần 80%) là thích hợp. Cây trung và dài ngày thì bón sản phẩm UF 0.5 – 2/1 có thời gian nhả chậm lâu hơn nên bón tỉ lệ này thì phù hợp.