II. Phân urea nhả chậm trên nền tinh bột
1.2.Xác định cấu trúc màng
1. Tổng hợp màng bao phân
1.2.Xác định cấu trúc màng
1.2.1. Phổ IR
Được ghi trên máy quang phổ hồng ngoại IR-Vector 22 Brucker, Viện Công nghệ Hóa học, Tp HCM.
1.2.2. Phổ NMR
Phổ NMR 13C được ghi trên máy cộng hưởng từ hạt nhân Brucker AC200, Viện Công nghệ Hóa học, Hà Nội.
1.3. Phương pháp đo thời gian phân hủy cấu trúc của màng 1.3.1. Ảnh hưởng của loại tinh bột
Trong tự nhiên, tinh bột có nhiều chủng loại và đa dạng. Mục đích của nghiên cứu này là tạo ra loại phân có khả năng nhả chậm tốt và giá thành hạ. Chúng tôi tiến hành trên một số loại tinh bột như bột mì, bột gạo và bột bắp là những loại tinh bột phổ biến và giá thành thấp ở Việt Nam để chọn loại tinh bột đạt hiệu quả kinh tế cao.
Polymer được tổng hợp: 10g tinh bột các loại + 100ml nước cất + 25g acetaldehyde 50% theo quy trình tổng hợp như phần 2.1. Nhưng chúng được tạo ra bản mỏng hình vuông cạnh 1cm, dày 2mm và ngâm trong 100ml nước cất. Tính thời gian nền tan hoàn toàn.
1.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng acetaldehyde
Sau khi khảo sát ảnh hưởng của loại tinh bột, chúng tôi chọn loại bột mì làm nguyên liệu tạo nên cho phân nhả chậm. Chúng tôi cũng khảo sát thời gian phân huỷ của nền với hàm lượng acetaldehyde khác nhau như:
Tinh bột mì: 2g.
Acetaldehyde 50%: 0; 1; 3; 5 ; 7; 10g.
Vật liệu nền cũng được tạo ra cùng kích thước, tiến hành ngâm và tính thời gian phân hủy như trên
2. Tạo phân urea nhả chậm2.1. Phương pháp 2.1. Phương pháp
Cho vào bình cầu 2 cổ 250ml có lắp máy khuấy từ, ống sinh hàn (Hệ thống như phần 1.1.): Tinh bột và nước cất (lượng nước cất gấp 10 lần lượng tinh bột về khối lượng). Khuấy và gia nhiệt đến 60 – 700C trong khoảng 30 phút. Cho vào hỗn hợp dung dịch acetaldehyde 50%, điều chỉnh pH = 8 - 9, bằng dung dịch NaOH 10% và giữ khoảng 45 phút. Làm nguội hỗn hợp về 400C, acid hóa hỗn hợp về pH = 4 – 5 bằng HCl 10% và giữ trong khoảng 20 phút. Cho urea vào
hỗn hợp, tiếp tục khuấy để thu được hỗn hợp đồng nhất, trung hòa hỗn hợp về pH = 7 rồi sấy, nghiền thu được dạng hạt.
Đây là phương pháp tổng quát, lượng cụ thể các hóa chất trong hỗn hợp phản ứng được thực hiện theo phần khảo sát các yếu tố ảnh hưởng.
Quy trình tổng hợp:
Sơ đồ 2.1: Quy trình tổng hợp phân urea nhả chậm trên nền tinh bột
Sản phẩm 1. Urea 2. Trung hòa, pH = 7 3. Sấy, nghiền Nền Hỗn hợp tinh bột-acetaldehyde Tinh bột gelatin 40oC, pH = 4-5 1. Dd acetaldehyde 50% 2. pH = 8-9 Nước, tinh bột 30 phút ở 60-700C
2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng acetaldehyde
Trong sản xuất phân bón nhả chậm, tạo ra sản phẩm hiệu quả cao và giá thành thấp là điều phải đạt đến. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng acetaldehyde đến khả năng nhả chậm của sản phẩm như sau:
- Tinh bột: 2g - Urea: 10g
- Acetaldehyde: 0; 1; 3; 5; 7; 9g
2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột
Sau khi khảo sát ở mục 2.2.1., chúng tôi đã lựa chọn công thức nền tối ưu với 5g acetaldehyde trong hỗn hợp phản ứng trên. Với công thức này, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến khả năng nhả chậm của sản phẩm như sau:
- Acetaldehyde: 5g - Urea: 10g
- Tinh bột: 1, 2, 3, 4, 5g
2.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng urea
Sau khi khảo sát ở mục 2.2.2., chúng tôi đã lựa chọn công thức nền để bao bọc phân là 2g tinh bột + 5g acetaldehyde. Với công thức này, chúng tôi tiếp tục khảo sát hàm lượng urea mà nền có thể bao bọc tốt nhất:
- Tinh bột: 2g - Acetaldehyde: 5g - Urea: 5, 7, 10, 15g
2.3. Phương pháp đánh giá khả năng nhả chậm của phân (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 và phân urea thị trường (phân urea của nhà máy đạm Phú Mỹ) trong cùng điều kiện. Xác định N được thực hiện theo phương pháp Kjeldahl.
2.3.1. 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 cấtcó 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 sự 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
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 băng 1 chiếc phễu nhỏ rồi đặt lên bếp điện đun, để bình nghiêng 45o 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.
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 2.2, bình hấp phụ NH3 là erlen 250ml chứa dung dịch acid boric 6% và chỉ thị màu tashiro. Khi có NH3 giải phóng ra, dung dịch ở 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.
Hình 2.2: Hệ thống cất N
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 V N % 1000 100 14 0 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
2.3.2. Phương pháp xác định N trong nước
Cơ sở lý thuyết: Urea trong sản phẩm nhả ra trong 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 mức 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 2.3.1 (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. .
* x * * W k * * N * ) V V ( tan N % 100 1000 14 0 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 đđộ 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).
III. Phân urea nhả chậm UF
1. Tổng hợp UF theo tỉ lệ 1:1
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 (Hệ thống phản ứng như phần II.1.1.). Gia nhiệt lên khoảng 400C và điều chỉnh pH = 8 – 9 bằng dung dịch NaOH (30%). Cân 30g (0.5mol) urea cho vào hỗn hợp và điều chỉnh lại pH = 8 – 9, tăng nhiệt độ lên khoảng 500C và giữ trong khoảng 15 phút (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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%) và 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 Sơ đồ 2.2: Qui trình tổng 2. PhổIR của sản phẩm Formaldehyde, H2O pH= 8 – 9 ở 400C Urea, pH = 8 – 9 ở 50 -700C Hỗn hợp methylol urea Acid hóa (pH= 3-4) ở 400C Trung hòa (pH = 7) Hỗn hợp polymer Lọc, sấy Bột màu trắng
Được ghi trên máy quang phổ hồng ngoại IR – Vector 22 Bruker của Viện Công nghệ Hóa học, Tp. HCM. Mẫu chọn để chạy phổ IR là sản phẩm của tỉ lệ UF 1:1.
3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng nhả chậm của sản phẩm
3.1. Aûnh hưởng của tỉ lệ số mol
Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ số mol đến khả năng nhả chậm của sản phẩm, chúng tôi tiến hành làm phản ứng với tỉ lệ của urea và formaldehyde như sau:
Bảng 2.1: Tỉ lệ số mol phản ứng của urea và formaldehyde
Urea (mol) 0.5 1 1.5 2 3 4
Formaldehyde (mol) 1 1 1 1 1 1
3.2. Aûnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới sản phẩm về tính chất nhả chậm, chúng tôi chỉ khảo sát đối với tỉ lệ U/F là 1:1 trong điều kiện phản ứng ở nhiệt độ phòng (phản ứng được thực hiện với các bước như trên nhưng giữ nhiệt độ ở nhiệt độ phòng) so với sản phẩm phản ứng có nhiệt độ trên.
4. Phương pháp đánh giá khả năng nhả chậm của sảnphẩm phẩm
khi đưa vào ứng dụng trong thực tế chúng tôi đã tiến hành khảo sát sản phẩm trong nước, đất trong nước, hỗn hợp đất + cát ẩm.
4.1. Xác định hàm lượng nitrogen tổng trong sản phẩm
Tiến hành phá mẫu và xác định N giống như các bước đối như phần II.2.3.1. Hàm lượng nitrogen tổng được tính theo thành phần phần trăm có trong phân.
4.2. 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 (theo tỉ lệ U/F) 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 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.
4.3. Khảo sát trong đất và nước
Sau khi đánh giá được khả năng tan trong nước rất hạn chế của sản phẩm, chúng tôi tiến hành khảo sát sự nhả chậm của N trong môi trường đất và nước. Trong đất khác với môi trường nước, có một loại enzyme urease sẽ phân hủy UF thành dạng dễ tan cho cây hấp thụ, nên phân UF sẽ bị phân hủy, tan vào trong đất.
Hình 2.3: Ống PVC φ 90 chứa đất + nước và sản phẩm.
Trong ống PVC Φ 90mm, dài 20cm Oáng PVC , 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. Khối lượng của các loại phân dùng để cho vào ống PVC:
Bảng 2.2: Khối lượng sản phẩm được trộn với hỗn hợp đất cát cho vào ống PVC
Loại phân U:F 0.5:1 1:1 1.5:1 2:1 3:1 4:1 1:0
Khối lượng (g) 1.60 1.30 1.21 1.17 1.15 1.14 1.00 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 II.2.3.1.(không
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.4. Khảo sát trong hỗn hợp đất + cát ẩm
Sau khi khảo sát trong môi trường đất và nước, chúng tôi tiến hành tiếp trong môi trường đất và cát ẩm
Thực hiện theo phương pháp thẩm kế ủ ẩm của tiến sĩ Jerry Sartain ở đại học Florida (USA) như sau:
Oáng 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 4.3., làm ẩm rồi cho vào ống PVC trên. Đầu ống còn lại được bịt lại.
Hình 2.4: 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 4.3. Quá trình này được thực hiện trong 6 tháng. Hàm lượng N nhả ra được tính như phần 4.3.
4.5. Khảo sát điều kiện tổng hợp lên khả năng nhả chậm của sản phẩm
Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sản phẩm lên khả năng nhả chậm. Chúng tôi chỉ tiến hành đánh giá trong điều kiện đất và nước. Các bước được thực hiện như mục 4.3.
1. Thử nghiệm phân urea nhả chậm trên nền tinh bột với cây rau cải ngọt
Để đánh giá ưu điểm của sản phẩm trên thực tế cây trồng, vì thời gian có hạn nên chúng tôi chỉ tiến hành thử nghiệm loại sản phẩm này trên cây rau cải ngọt (Brassica Integrifolia). Cải được trồng hai vụ liên tục ( thời gian mỗi vụ là 21 ngày), vụ 2 không bón thêm phân.
1.1. Chuẩn bị đất trồng
Trồng cải ngọt thử nghiệm trên đất thịt, lấy mẫu xác định N dễ tiêu có trong đất ban đầu, theo từng mẫu.
1.2. Trồng rau cải ngọt
Địa điểm thử nghiệm: xã Thanh Lương - Bình Long - Bình Phước. Thời gian thử nghiệm: 15.7.2006-05.9.2006.
Cách trồng: trồng cây con giống ươm sẵn, mỗi cây cách nhau 20cm, trên 4 mẫu đất khác nhau (mỗi mẫu 30 gốc) với liều lượng bón phân khác nhau.
Cách bón phân : Bón vào hốc (sâu 5-10cm cách mặt đất, đường kính khoảng 10cm) trước khi trồng cây.
Lượng phân bón :
Urea đối chứng ( Đạm Phú Mỹ) : 2g/gốc
Sản phẩm phân nhả chậm 100% : 2g/gốc
Sản phẩm phân nhả chậm 50% : 1g/gốc
Sản phẩm phân nhả chậm 30% : 0.6g/gốc. Chế độ tưới : 2 lần/ngày ( nếu trời không mưa).
Theo dõi sự phát triển của cây cải ngọt: số lá cải, chiều cao cây cải và trọng lượng cải lúc thu hoạch (tính trung bình) để so sánh năng suất và hiệu quả kinh tế. Xác định hàm lượng N ở dạng dễ tiêu trong đất trồng cải (trước và sau trồng theo từng thời điểm) để đánh giá hiệu quả nhả trậm của sản phẩm trong