- Bảng tính giá trị độ trương theo công thức ở mục 2.2.4 xem theo phụ lụ c2 và độ trương
3.3.3 Khả năng nhả chậm của các loại phân đơn nhả chậm từ tinh bột/PVA
( Urea: 83,3333%, calcium dihydrophosphate: 73,9196%, và posstascium chloride: 76,0046% ) do nó có khả năng liên kết với nhóm OH hemiacetal hình thành sau quá trình phản ứng của formaldehyde và tinh bột PVA. Ngoài ra khi tăng dần khối lượng của từng loại phân tương ứng vào màng tinh bột/PVA có khối lượng không thay đổi thì hiệu suất bao phân giảm dần do tỷ lệ của màng và phân được bao bọc giảm dần (4/1); (2/1); (2/2); (2/3); (2/4); (2/6).
3.3.3 Khả năng nhả chậm của các loại phân đơn nhả chậm từ tinhbột/PVA bột/PVA
3.3.3.1 Khả năng nhả chậm của phân đạm (urea) nhả chậm từ tinh bột/PVA
Áp dụng công thức ở mục 2.3.4.2 để xác định hàm lượng N nhả trong nước như bảng 1.5
Bảng 1.7: Hàm lượng N nhả chậm trong nước Lượng ure
khác nhau
Thời gian (ngày)
1 2 4 7 15 20 30 45 0,5g VHCl (mL) 0,9 1,9 2,1 2,2 2,5 2,8 0,5 1,5 %N nhả 15,67 31,67 35 36,67 41,47 46,67 50 60 1g VHCl (mL) 2,6 3,2 3,4 3,7 4,2 4,4 1 2,2 %N nhả 27,78 34,19 36,32 39,53 44,87 47,1 51,28 60,68 2g VHCl (mL) 5,0 5,4 5,5 5,7 6 6,3 1,2 2,8 %N nhả 38,82 41,93 42,70 44,25 46,58 48,91 52,64 61,36 3g VHCl (mL) 5,9 6,3 6,4 6,6 6,9 7,4 1,3 3,5
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận %N nhả 39,86 42,57 43,24 44,59 46,62 50 53,51 62,97 4g VHCl (mL) 7,0 7,3 7,5 7,6 7,9 8,6 1,5 3,8 %N nhả 41,87 43,66 44,85 45,45 47,25 51,43 54,98 64,07 6g VHCl (mL) 9,0 9,4 9,5 10,1 9,9 10,2 1,9 7,3 %N nhả 45,92 47,96 48,46 49,49 50,51 52,04 55,92 70,81
Chú ý: Trong bảng số liệu trên hệ số pha loãng 30 ngày và 45 ngày là 25/5, còn thời gian còn lại là 25/2
Đồ thị 1.4: Khả năng nhả chậm của N trong nước với lượng urea khác nhau: (a) 0,5 g, (b) 1 g, (c) 2 g, (d) 3 g, (e) 4 g, (f) 6 g
3.3.3.2 Khả năng nhả chậm của phân lân (calcium dihydrophosphate) nhả chậm từ tinh bột/PVA
Bảng 1.8: Hàm lượng P2O5 nhả chậm trong nước Lượng lân khác
nhau
Thời gian (ngày)
1 2 4 7 15 20 30 45
0,5g A 0,055 0,045 0,021 0,016 0,012 0,053 0,034 0,03 C P2O5 0,15 0,1156 0,0519 0,039 0,028 0,137 0,086 0,076
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận %P2O5nhả 18,75 33,13 39,57 44,63 46,04 55,28 60,51 71,84 1g A 0,12 0,106 0,032 0,021 0,014 0,055 0,096 0,14 C P2O5 0,32 0,278 0,0811 0,052 0,033 0,142 0,251 0,368 %P2O5nhả 19,39 36,68 41,53 44,63 46,61 55,28 62,79 73,80 2g A 0,197 0,165 0,024 0,02 0,014 0,048 0,13 0,18 C P2O5 0,52 0,043 0,06 0,059 0,332 0,124 0,342 0,475 %P2O5nhả 23,70 43,47 46,19 48,43 49,94 55,56 63,33 74,13 3g A 0,266 0,203 0,027 0,018 0,016 0,056 0,16 0,2 C P2O5 0,7 0,536 0,068 0,044 0,039 0,145 0,422 0,528 %P2O5nhả 26,1 45,86 48,37 50 51,43 56,80 64,61 74,39 4g A 0,37 0,27 0,016 0,013 0,013 0,045 0,18 0,25 C P2O5 0,98 0,714 0,039 0,03 0,03 0,116 0,475 0,661 %P2O5nhả 34,11 54,08 55,42 56,49 57,55 61,84 70,11 81,63 6g A 0,54 0,152 0,018 0,017 0,015 0,043 0,17 0,24 C P2O5 1,435 0,4 0,044 0,041 0,036 0,11 0,448 0,634 %P2O5nhả 47,98 61,37 62,83 64,21 65,41 69,1 76,59 87,19
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
Đồ thị 1.5: Khả năng nhả chậm của P2O5 trong nước với lượng calcium dihydrophosphate khác nhau: (a) 0.5 g, (b) 1 g, (c) 2 g, (d) 3 g, (e) 4 g, (f) 6 g
3.3.3.2 Khả năng nhả chậm của phân kali (posstasium chloride) nhả chậm từ tinh bột/PVA
Bảng 1.9: Hàm lượng K2O nhả chậm trong nước Lượng kali
khác nhau
Thời gian (ngày)
1 2 4 7 15 20 30 45 0,5g K(mg/L) 766,1 329 16,003 32,49 65,326 137,95 262,18 446,45 1 %K2O nhả 18,2 37,1 38,02 39,88 43,63 47,58 55,1 67,89 1g K(mg/L) 1808,7 748,15 27,6 41,63 142,17 411,19 614,03 622,55 %K2O nhả 19,7 39,23 39,95 41,04 45,54 50,92 58,96 67,1 2g K(mg/L) 2350 791,13 27,6 146 112 469,9 725,8 626,92 %K2O nhả 23,57 42,66 44,49 46,19 48,84 54,56 63,32 70,88 3g K(mg/L) 3134,5 1229 158,77 183,1 219,73 564,86 890,63 735,81 %K2O nhả 23,61 55,94 47,36 49,24 53,23 58,34 66,43 73,2 4g K(mg/L) 4595,4 1260 158,8 129,7 209,57 692,8 943,5 885,2 %K2O nhả 31,3 51,93 52,24 54,06 57,5 64 72,1 79,36 6g K(mg/L) 8066,4 331,03 194,9 139,8 218 861,5 1154 1143 %K2O nhả 53,69 59 60,56 61,24 64,74 71,65 80,91 90,08
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
Đồ thị 1.6: Khả năng nhả chậm của K2O trong nước với lượng posstasium chloride khác nhau: (a) 0.5 g, (b) 1 g, (c) 2 g, (d) 3 g, (e) 4 g, (f) 6 g
Nhận xét: Từ đồ thị 1.4, 1.5, 1.6 chúng tôi nhận thấy khi tăng lượng phân được bao thì khả năng nhả chậm giảm. Điều này có thể được giải thích là do màng có khả năng bao phân giới hạn khi cố định khối lượng màng và tăng lượng phân tương ứng.
3.3.4 Hàm lượng, hiệu suất và khả năng nhả chậm của phân phức NPK 16-16-8 nhả chậm
Dựa vào công thức ở mục 2.3.4.1, 2.3.4.2 và 2.3.4.3 để xác định lại hàm lượng N tổng, P2O5 tổng và K2O tổng.
Bảng 1.10: Hàm lượng phân phức NPK nhả chậm từ tinh bột/PVA
N P2O5 K2O
VHCl N tổng A CP2O5 P2O5tổng C K K2O tổng
9,3 16,275 0,2436 0,6439 16,0982 6,722 8,1
Bảng 1.11: Hiệu suất bao phân phức NPK nhả chậm từ tinh bột/PVA
N P2O5 K2O
VHCl %H A CP2O5 %H C K %H
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
Bảng 1.12: Hàm lượng phân phức NPK nhả chậm trên nền tinh bột/PVA
Các loại PNC Thời gian (ngày)
1 2 4 7 15 20 30 45 Đạm VHCl (mL) 1,3 3,1 3,3 3,9 4,4 4,6 5,4 5,9 %Nnhả 14,31 33,54 36 42,18 47,13 50,24 58,65 64,13 Lân A 0,08 0,19 0,19 0,22 0,24 0,267 0,299 0,36 C P2O5 0,213 0,49 0,52 0,59 0,64 0,71 0,79 0,94 %P2O5nhả 16,55 38,31 40,34 45,87 50,07 54,87 61,44 73,34 Kali K(mg/L) 457,4 1054,3 1129,6 1287,4 1374,8 1598,2 1813,9 2010,4 %K2O nhả 17,01 39,21 42,01 47,88 51,13 59,44 67,46 74,77
Đồ thị 1.7: Khả năng nhả chậm của N, P2O5, K2O trong 45 ngày
Hiệu suất bao phân NPK đạt lần lượt là 77,4194%; 70,653% và 73% tương ứng với phân urea, calcium dihydrophosphate và posstasium chloride. Với tỉ lệ khối lượng màng và phân là 1/1, khả năng nhả chậm của phân NPK khá tốt sau 45 ngày: 66,3354%cho phân đạm; 74,1269% cho phân lân và 70,8824% cho phân kali. Kết quả
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
này là cơ sở cho những nghiên cứu ứng dụng tiếp theo cho phân hỗn hợp NPK với những tỉ lệ khác, ứng dụng cho từng loại cây trồng khác nhau.
3.4 Kết quả phân tích màng bao phân nhả chậm từ tinh bột/chitosan
3.4.1 Phổ IR
Tinh bột (cm-1) chitosan (cm-1) TB/chitosan-Formaldehyde (cm-1) 3378,62 (-OH) 2929,16 (-CH, -CH2) 1442,94, 1019,28 (C-O) 3434,33 (-OH) 2728,45 (-CH, -CH2) 1599,28 (-CO-NH-) 1157,23, 1094,76 (-O-CH-O-) 3437,44 (-OH) 2926,39 (-CH, -CH2) 1664,64, 1648,03 (-NH-C-O-) 1160,07, 1081,42, 1021,93 (-O- CH2-O)
- Nhận xét: Trong phổ IR xuất hiện những peak 1160,07, 1081,42, 1021,93, 1664,64, 1648,03, 2169,45 (cm-1) là những peak đặc trưng cho liên kết giữa tinh bột/chitosan và formaldehyde.
- Xem phụ lục 13.
3.4.2 Phổ NMR
o Phổ 13C NMR của tinh bột (125 MHz, D2O, δppm): Xuất hiện tín hiệu của C1 ở
δC=100,171 ppm, của C4 ở δC =77,515 ppm, của C5 ở δC=73,828 ppm, của C3 ở
δC=71,995 ppm, của C2δC=71,707, của C6δC=60,97
o Phổ 13C NMR của tinh bột/chitosan-F (125 MHz, D2O & CF3COOD , δppm): Xuất hiện tín hiệu của C1 ở δC=99,962 ppm, của C4 ở δC =77,672 ppm, của C5 ở
δC=73,314 ppm, của C3 ở δC=72,949 ppm, của δC =71,268 ppm, của C6 δC =60,472
ppm và δC =81,864 ppm
- Nhận xét: Trong phổ xuất peak 81,864 và peak 100,171 của tinh bột chuyển sang vùng từ trường cao hơn chứng tỏ có liên kết giữa tinh bột/chitosan với formaldehyde. - Xem phụ lục 4, 10, 11 và 12
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
3.5 Khả năng kháng khuẩn của màng bao phân nhả chậm từ tinh bột/chitosan
Đọc kết quả:
Kết quả đọc sau khi ủ các phiến thí nghiệm trong tủ ấm 370C/24 giờ cho vi khuẩn và 300C/48 giờ đối với nấm sợi và nấm men.
Kết quả dương tính là nồng độ mà ở đó không có vi sinh vật phát triển. Khi nuôi cấy lại nồng độ này trên môi trường thạch đĩa để kiểm tra, có giá trị CFU< 5
Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC-Minimum Inhibitory concentration) của chất có hoạt tính:
Các mẫu đã có hoạt tính được sàng lọc ban đầu được pha loãng theo các thang nồng độ thấp dần, từ (5- 10) thang nồng độ để tính giá trị nồng độ tối thiểu mà ở đó vi sinh vật bị ức chế phát triển gần như hoàn toàn.
Mẫu thô có MIC ≤ 200µg/mL; mẫu tinh có MIC ≤ 50µg/mL là có hoạt tính.
Bảng 1.13: Nồng độ ức chế tối thiểu của màng tinh bột/chitosan-formaldehyde
Mẫu Nồng động ức chế tối thiểu(MIC: µg/mL) Vi khuẩn Gr(-) Vi khuẩn Gr(+) Nấm mốc Nấm men E. coli P. aeruginos a B. subtilli s S. aureu s A. niger F. oxysporu m S. cerevisia e C. albican s 2,67% 25 (-) (-) (-) 50 50 (-) (-) SF (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 1% (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 2% (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)
Nhận xét: - Mẫu 2,67% biểu hiện hoạt tính kháng 2 nấm mốc.
- Mẫu SF, 1% và 2% không biểu hiện hoạt tính kháng VSVKĐ. Kết quả này rất có ý nghĩa trong việc bảo quản các loại phân nhả chậm được điều chế từ tinh bột/chitosan và rất có ý nghĩa trong việc sản xuất các loại phân chuyên dụng dùng để bón cho các loại rau ăn sống. Qua kết quả này chúng tôi chọn tỷ lệ phối
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
trộn của hai dung dịch tinh bột 10% và dung dịch chitosan 2,67% theo tỷ lệ 1/1 với hàm lượng formaldehyde thay đổi từ 5-30% theo khối lượng khô của polymer.
3.6 Độ bền của màng bao bọc phân nhả chậm từ tinh bột/chitosan khi thay đổi lượng formaldehyde
Đồ thị 1.8: Độ trương của màng tinh bột/chitosan với hàm lượng formaldehyde khác nhau a:5%, b:10%, c:20%, d:30%
- Nhận xét: Khi tăng hàm lượng formaldehyde thì độ trương của màng tăng đến hàm lượng 20% formaldehyde so với khối lượng polymer thì độ trương không còn tăng nữa mà giảm xuống. Điều này cho thấy khi cho lượng formaldehyde vừa đủ thì khả năng giữ nước của màng sẽ tăng kéo theo độ bền của màngcũng ổn định đảm bảo được tính nhả chậm được duy trì giúp cây hấp thu tốt các dưỡng chất dinh dưỡng.
- Bảng giá trị độ trương (xem phụ lục 3) tính theo công thức ở mục 2.2.4 và độ trương trung bình bằng cách dùng hàm Average trong phần mềm Excel. Sau đó, chúng tôi rút ra độ lệch chuẩn giữa các lần đo mẫu bằng cách dùng hàm Stdev và tiến hành tổng hợp số liệu vẽ được đồ thị trên
3.7 Khảo sát hàm lượng, khả năng nhả chậm trong nước theo thời gian và hiệu suất của phân lân nhả chậm được điều chế từ tinh bột/chitosan
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
3.7.1 Hàm lượng P2O5 tổng với các tỷ lệ lượng calcium dihydrophosphate khác nhau
Bảng 1.14: Hàm lượng P2O5 tổng ứng với lượng calcium dihydrophosphate khác nhau
Lượng tinh bột/chitosan (1/1):Formaldehyde: calcium dihydrophosphate (g:mL:g) Mật độ quang Nồng độ P2O5 (ppm) %P2O5 tổng 1,3/0,26/0,5 0,273 0,7221 18,0531 1,3/0,26/1 0,347 0,919 22,975 1,3/0,26/2 0,518 1,3738 34,3444 1,3/0,26/3 0,569 1,5094 37,735
- Nhận xét: Khi tăng lượng calcium dihydrophosphate thì hàm lượng P2O5 tổng cũng tăng theo tương tự với kết quả của màng bao phân nhả chậm được điều chế từ tinh bột/PVA.
3.7.2 Khả năng nhả chậm của calcium dihydrophosphate được điều chế từ tinh bột/chitosan
Áp dụng công thức ở mục 2.4.4.2
Bảng 1.15: Bảng hàm lượng P2O5 nhả trong nước trên nền tinh bột/chitosan Lượng lân
khác nhau
Thời gian (ngày)
1 2 4 7 15 20 30 0,5g A 0,142 0,3 0,31 0,32 0,34 0,36 0,37 C P2O5 0,78 0,8 0,83 0,85 0,91 0,95 0,98 %P2O5nhả 32,86 54,22 57,14 58,74 62,85 65,72 67,59 1g A 0,24 0,38 0,41 0,42 0,45 0,48 0,5
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận C P2O5 0,63 1,02 1,08 1,11 1,18 1,28 1,32 %P2O5nhả 34,11 55,35 59 60,22 64,38 69,59 71,78 2g A 0,4 0,6 0,63 0,7 0,73 0,78 0,81 C P2O5 1,05 1,6 1,69 1,85 1,94 2,08 2,15 %P2O5nhả 38,22 58,16 61,35 67,46 70,58 75,68 78,18 3g A 0,47 0,59 0,73 0,79 0,85 0,91 0,95 C P2O5 1,25 1,56 1,93 2,11 2,25 2,42 2,52 %P2O5nhả 41,38 55,66 63,78 69,86 74,59 80,26 83,59
Đồ thị 1.9: Khả năng nhả chậm của phân lân nhả chậm từ tinh bột/chitosan với hàm lượng calcium dihydrophosphate khác nhau a:0,5g, b:1g, c:2g, d:3g
Nhận xét: Từ đồ thị 1.9 ta thấy khả năng nhả chậm giảm khi ta tăng hàm lượng phân vào trong hỗn hợp. Do màng điều chế từ tinh bột/chitosan có độ trương lớn hơn so với màng điều chế từ tinh bột/PVA với hàm lượng formaldehyde tương ứng nên khả năng
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
nhả chậm của phân lân nhả chậm từ tinh bột/chitosan có khả năng nhả chậm kém hơn so với phân lân nhả chậm được điều chế từ màng tinh bột/PVA.
3.7.3 Hiệu suất bao phân nhả chậm trên nền tinh bột/chitosan
Bảng 1.16: Bảng hiệu suất bao phân nhả chậm trên nền tinh bột/chitosan Lượng calcium dihydrophosphate(g) A C (ppm) %H 0,5 0,129 0,3382 76,58 1 0,172 0,454 75,3 2 0,289 0,76 72,2 3 0,341 0,903 70,07
Nhận xét: Hiệu suất bao phân lân nhả chậm giảm khi ta tăng hàm lượng lân vào hỗn hợp vì lúc này khả năng màng bao phân giảm dần.
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã được những kết quả như sau:
1. Màng tinh bột/PVA
- Bằng các phương pháp phân tích hiện đại (IR, NMR) chúng tôi đã xác định được cấu trúc của màng.
- Tổng hợp được màng bao phân nhả chậm trên nền tinh bột/PVA với tỷ lệ tối ưu là 9/1 và lượng formaldehyde là 30% theo khối lượng polymer khô. Lúc này độ trương của màng đạt được ~130% và độ bền màng tương đối ổn định sau 3 tháng độ trương ~110%.
- Tổng hợp được các loại phân đạm, lân, kali nhả chậm kết quả nhả ra môi trường nước 60%, 71,84% và 67,89% lần lượt cho N, P2O5 và K2O.
- Điều chế phân hỗn hợp NPK trên cơ sở phân đơn có khả năng tan chậm trong nước trong vòng 45 ngày dựa trên nền tinh bột/PVA và đạt kết quả phân đạm nhả 64,13%, phân lân nhả 73,34% và phân kali nhả 74,77% trong 45 ngày.
Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận
- Xác định cấu trúc màng bằng phương pháp phân tích hiện đại (IR, NMR)
- Khảo sát được độ bền màng tinh bột/chitosan trong vòng 2 tháng với độ trương ~200%.
- Màng có tính kháng khuẩn tốt đặc biệt với E.Coli có MIC 25µg/mL và có tính kháng nấm tốt đối với A.niger và F.oxysporum có MIC 25µg/mL rất có ý nghĩa cho việc bảo quản.
- Điều chế được phân lân nhả chậm trong thời gian 30 ngày trên nền tinh bột/chitosan với tỷ lệ 1/1 theo khối lượng dung dịch tinh bột 10% và dung dịch chitosan 2,67%. Kết quả lượng phân nhả ra môi trường nước 67,59% với hiệu suất bao là 76,58%.
KIẾN NGHỊ
Đề tài không những là cơ sở để phát triển việc sản xuất phân nhả chậm một cách đại trà mà còn là cơ sở để phát triển ngành nông nghiệp nói chung tiến tới một nền nông nghiệp xanh. Chúng tôi xin đưa ra một số kiến nghị sau:
- Tiếp tục khảo sát một số chất liên kết ngang khác hay các chất nền khác nhau có nguồn gốc tự nhiên như cellulose để đánh giá khả năng nhả chậm của phân điều chế được.
- Thử nghiệm thực tế sản phẩm trên các loại cây trồng và trên từng vùng khác nhau. - Đánh giá hiệu quả kinh tế của phân nhả chậm.
Luận văn cao học Tài liệu tham khảo
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
[1] Trần Thị Hoàng Anh (2011), Màng keo liên kết các hợp chất phân tử trong quá trình sản xuất phân NPK, Trung tâm nghiên cứu công nghệ sinh học TP. Vinh - Nghệ An
[2] Hoàng Ngọc Cường (2010), Polyme đại cương, Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh
[3] Trần Khắc Chung và Mai Hữu Khiêm (2002), Phân bón nhả chậm được hấp thu 100%, Khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí, ĐH Bách khoa TPHCM theo VNExpress
[4] Thu Hà (2012), Giải pháp tăng giá trị nông sản, Tạp chí tài chính
[5] Trần Quang Hân, Nguyễn Như Sơn, Trần Ngọc Doanh, Trần Kim Liên (2011),
Nghiên cứu vật liệu màng tự hủy “hòa hợp môi trường”, tr. 1 - 4
[6] Phan Thị Thanh Hiền (2006), Nghiên cứu điều chế phân NPK nhả chậm trên nền tinh bột biến tính và sơ khảo khả năng ứng dụng trong cây cải ngọt, luận văn thạc sĩ Hóa Hữu Cơ, Khoa khoa học ,Đại học Cần Thơ
[7] TS. Nguyễn Thanh Hồng (2007), Các phương pháp phổ trong hóa học hữu cơ,
NXB Khoa học kỹ thuật, tr. 71
[8] Bùi Thanh Hương, Nguyễn Quang Ninh, Lưu Cẩm Lộc (2009), Nghiên cứu khả