- Điều chế phân Urê nhả chậm trên cơ sở Urê-formaldehyt + Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa urê và formalin.
+ Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng.
+ Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng và xúc tác đến hiệu suất phản ứng.
+ Khảo sát khả năng nhả chậm N của sản phẩm Urê-formaldehyt.
+ Xác định cấu trúc của UF.
+ Xác định trọng lượng phân tử trung bình của UF.
+ Xác định khả năng nhả chậm N của UF trong môi trường nước, môi trường đất ẩm.
- Điều chế phân Urê nhả chậm trên cơ sở màng bao bọc tinh bột biến tính.
+ Tổng hợp màng tinh bột biến tính bằng formalin.
+ Xác định cấu trúc của màng.
+ Khảo sát khả năng tan của màng trong môi trường nước.
+ Qui trình điều chế phân Urê nhả chậm trên cơ sở màng bao bọc tinh bột biến tính.
+ Khảo sát ảnh hưởng của tính chất màng tinh bột, tỉ lệ mol giữa tinh bột biến tính và Urê đến khả năng nhả chậm của sản phẩm trong môi trường nước và môi trường đất ẩm.
- Điều chế phân Urê nhả chậm trên cơ sở màng bao bọc copolymer PAA-PVA.
+ Tổng hợp màng copolymer Acrylic acid và PVA.
+ Xác định thành phần cấu trúc của màng copolymer PAA-PVA.
+ Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ AA và PVA lên khả năng hút nước giữ ẩm của copolymer PAA-PVA.
+ Qui trình điều chế phân Urê nhả chậm trên cơ sở màng bao bọc copolymer PAA-PVA.
+ Khảo sát khả năng hút nước, giữ ẩm của phân Urê/PAA-PVA.
+ Khảo sát khả năng nhả chậm của phân Urê/PAA-PVA trong môi trường đất-cát.
2.PHẦN THỰC NGHIỆM KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
2.1.1 Hóa chất
- Tinh bột (bột mì).
- Dung dịch formaldehyde 37% (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- Urea (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- KCl (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- K2SO4 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- CuSO4 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- (NH4)2MoO4 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- Ca(H2PO4)2 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- NaOH (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- H3BO3 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- Ống chuẩn HCl.
- Bột Zn (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- FeSO4 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- K2Cr2O7 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- SnCl2 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- (NH4)2MoO7 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- H2SO4 (hóa chất tinh khiết Trung Quốc).
- Chỉ thị Tashiro, phenolphtalein.
- Nước cất.
- Đất (đất trồng cây ở Tân Bình. Thành phố Hồ Chí Minh), cát xây dựng (rửa sạch).
2.1.2 Dụng cụ và thiết bị
- Bình cầu 2 cổ 250, 500ml.
- Becher chịu nhiệt 250ml, 500ml.
- Erlen 250ml.
- Bình định mức 100ml, 500ml, 1000ml.
- Bộ cất đạm (erlen chịu nhiệt 250ml, 500ml, ống sinh hàn).
- Buret 25ml.
- Nhiệt kế 1000C.
- Ống PVC φ 80mm, 90mm.
- Giấy lọc.
- Bình hút áp suất kém 250ml, 1000ml.
- Máy khuấy từ có gia nhiệt: OMNILAB.
- Tủ sấy chân không OV-01.
- Cân phân tích điện tử 4 số lẻ: PRECISA XB 220A.e3.
- Máy hút áp suất kém.
- Độ hấp thu được đo trên máy DR 2000 (Direct Reading Spectrophometer DR/2000), hãng HACH (USA).
- Phổ IR được đo trên máy IR-Vector 22 Brucker (Đức).
- Phổ 13C, DEPT được ghi trên máy cộng hưởng từ hạt nhân Brucker AC 200.
2.2 Phương pháp xác định N tổng, N nhả trong nước, N nhả trong đất+nước, và N nhả trong đất+cát ẩm
Để đánh giá khả năng nhả chậm của phân, chúng tôi tiến hành phân tích song song hàm lượng N tổng và khả năng nhả chậm trong nước của sản phẩm điều chế được với phân ure trên thị trường (phân ure của nhà máy đạm Phú Mỹ) trong cùng điểu kiện. Xác định N được thực hiện theo phương pháp Kjeldahl.
2.2.1 Khảo sát độ tan trong nước
Để xác định độ tan trong nước của sản phẩm chúng tôi tiến hành như sau: cân mỗi loại sản phẩm (khoảng 2g) cho vào túi vải (dày) để vào hũ nhựa, thêm 60ml nước cất. Ngâm sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày, 4 ngày, … sản phẩm được lấy ra sấy khô và đem cân lại (sau mỗi lần rút nước ngâm được thay mới). Độ tan trong nước của sản phẩm được tính theo phần trăm khối lượng mất đi sau khi ngâm trên tổng khối lượng ban đầu.
2.2.2 Phương pháp xác định N tổng
Cơ sở lý thuyết: chất hữu cơ khi tác dụng với acid H2SO4 đậm đặc, đun sôi thì C và H của chất hữu cơ được oxy hóa đến CO2 và H2O, N còn lại ở dạng khử và chuyển sang dạng (NH4)2SO4. Để đẩy nhanh quá trình vô cơ hóa mẫu, có thể sử dụng thêm một số chất xúc tác như CuSO4, K2SO4.
Dùng kiềm đặc cho vào bình cất có chứa dung dịch sau khi phân giải mẫu. Cất NH3 từ dung dịch kiềm và hấp phụ vào một lượng H3BO3. Chuẩn độ NH3 bằng dung dịch chuẩn HCl với chất chỉ thị màu Tashiro. Từ lượng HCl chuẩn độ, tính được hàm lượng N tổng.
Các phản ứng xảy ra:
(NH4)2SO4 + 2 NaOH 2 NH3 + 2 H2O + Na2SO4 3 NH3 + H3BO3 (NH4)3BO3
(NH4)3BO3 + 3 HCl H3BO3 + 3 NH4Cl Tiến hành:
Vô cơ hóa mẫu: Cân 0.1g mẫu cho vào bình Kjeldahl khô, thêm 2.2g hỗn hợp xúc tác CuSO4 + K2SO4 và 5ml H2SO4 đậm đặc. Lắc nhẹ để mẫu thấm đều. Đậy bình bằng một chiếc phễu nhỏ rồi đặt lên bếp điện đun, để bình nghiêng 450C trên bếp điện. Đun nhẹ 15 phút, sau đó mới đun mạnh đến sôi. Khi dung dịch có màu xanh thì đun tiếp 15 phút nữa. Lấy ra để nguội, chuyển toàn bộ dung dịch và nước tráng bình vào bình cất.
Cất và chuẩn độ xác định N:
Chuyển toàn bộ dung dịch đã vô cơ hóa và nước tráng bình vào bình erlen 500ml chịu nhiệt. Thêm vào 3 giọt phenolphthalein, vài viên đá bọt, 20ml dung dịch NaOH 40% (NaOH đủ khi dung dịch có màu hồng) và nước cất để tổng thể tích dung dịch khoảng 300ml. Lắp hệ thống cất đạm như hình vẽ dưới, bình hấp phụ chuyển dần từ màu hồng sang màu xanh. Tiếp tục cất đến khi thu được khoảng 200ml dung dịch ở bình hấp phụ (có thể kiểm tra NH3 đã hết chưa bằng giấy quỳ tím ở đầu ống sinh hàn). Ngừng đun, tháo ống sinh hàn, dùng bình tia tráng rửa ống sinh hàn, thu nước rửa vào bình hấp phụ.
Hỡnh: Heọ thoỏng caỏt N
1.Bếp điện; 2.Bình cất; 3.bình hấp thụ dung dịch NH3
Chuẩn độ: Dùng dung dịch HCl 0.1N chuẩn để chuẩn độ dung dịch trong bình hấp phụ NH3 đến khi màu dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu hồng nhạt bền trong 30 giây.
Tính kết quả:
Hàm lượng N tổng được tính theo phần trăm có trong mẫu phân:
( )
W
*
*
* N
* V N V
% 1000
100
0 14
1 −
=
Trong đó:
- V1: thể tích (ml) HCl 0.1N chuẩn độ mẫu phân - V0: thể tích (ml) HCl 0.1N chuẩn độ mẫu phân - N: nồng độ đương lượng của HCl
- W: khối lượng (g) mẫu lấy phân tích 2.2.3 Phương pháp xác định N trong nước
Cơ sở lý thuyết: Ure trong sản phẩm nhả vào nước, được vô cơ hóa để chuyển về dạng (NH4)2SO4, cất và xác định N như phần xác định N tổng.
Tiến hành:
Chuẩn bị mẫu: để xác định độ nhả N trong nước của sản phẩm, chúng tôi tiến hành như sau: cân mỗi loại sản phẩm (ở các tỉ lệ khác nhau) 2g cho vào túi vải dày để vào hũ nhựa có nắp đậy, thêm vào 40ml nước cất. Sau mỗi giờ, nước ngâm được chiết ra và nước ngâm được thay mới, chiết trong 5h. Các mẫu ở mỗi lần chiết ra cho toàn bộ vào bình định mức 50ml, thêm nước cất đến vạch mức. Hút 2ml dung dịch trên đem vô cơ hóa và cất xác định N như phần trên (các hóa chất vô cơ hóa, cất và chuẩn độ đều tương tự).
Tính kết quả: Mức độ nhả N trong nước của sản phẩm được tính theo phần trăm khối lượng N nhả ra trên N tổng có trong phân đem ngâm.
W* *x * k
*
* N
* ) V V tan ( N
% 100
1000
0 14
1 −
= 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 của HCl
- 14: đương lượng gam của N
- W: khối lượng (g) mẫu lấy phân tích
- x: lượng N có trong 1g phân (%N tổng/100) - k: hệ số pha loãng (50/2)
2.2.4 Phương pháp xác định N nhả trong đất+nước Tiến hành:
Chúng tôi sử dụng ống PVC có φ 90mm, dài 20cm, dưới đáy ống có một nắp cố định, nắp này có một lỗ mở dùng để hút nước từ trong ống ra. Cho vào trong ống hỗn hợp 80g đất và lượng phân đủ để nhả ra 450mg N. Làm ướt đều hỗn hợp, thêm 500ml nước cất vào trong ống và bịt đầu còn lại của ống.
Hình: Ống PVC φ 90 chứa đất+nước và sản phẩm.
Sau mỗi tuần một lần, nước trong ống được hút ra bằng áp suất kém cho vào bình định mức 1000ml và định mức đủ 1000ml. Sau đó lấy ra 100ml để xác định N nhả ra của phân bằng cách cất đạm và chuẩn độ như phần trên (không vô cơ hóa mẫu). Trong bình cất N được cho thêm 0.2g bột Zn và 0.02 g FeSO4.2H2O để khử các dạng NO3- và NO2- về dạng NH3. Quá trình này được thực hiện trong 12 tuần (3 tháng).
Hàm lượng N nhả ra được tính theo phần trăm khối lượng N nhả ra trên N tổng được đưa vào ống như sau:
(V1-V0)*N*14*10 1000 * 0.45
%N =nhả *100 Trong đó
- V1 : thể tích (ml) HCl 0.1N chuẩn độ mẫu phân.
- V0 : thể tích (ml) HCl 0.1N chuẩn độ mẫu không.
- N : nồng độ của acid HCl.
- 14 : đương lượng của N.
- 0.45 : khối lượng (g) nitrogen tổng đưa vào ống.
- 10 : hệ số pha loãng.
2.2.5 Phương pháp xác định N nhả trong đất+cát ẩm
Thực hiện theo phương pháp thẩm kế ủ ẩm của tiến sĩ Jerry Sartain ở đại học Florida (USA) như sau:
Ống PVC có đường kính 80mm, chiều dài 30cm, Cấu trúc ống như trên. Một hỗn hợp đất cát bao gồm trộn 95 phần cát (khối lượng) và 5 phần đất (khối lượng) vừa đủ (1.6kg) và lượng phân đủ để nhả ra khoảng 450mg N như phần 2.4, làm ẩm rồi cho vào ống PVC trên. Đầu ống còn lại được bịt lại.
Hình: Ống PVC φ 80 chứa hỗn hợp đất + cát ẩm và sản phẩm.
Mỗi tháng một lần, 500ml acid citric 0.01M được cho vào ống và được hút ra từ lỗ bên dưới nắp bằng máy áp suất kém. Phần dung dịch này được cho vào bình định mức 1000ml và định mức đủ 1000ml. Sau đó lấy ra 100ml để xác định N nhả ra như phần 2.4. Quá trình này được thực hiện trong 6 tháng. Hàm lượng N nhả ra được tính như phần 2.4.