Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 1.1. Vai trò của phân bón 1.1.1. Phân bón là gì? Phân bón là các chất hữu cơ hoặc vô cơ chứa các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng được bón vào đất hoặc hòa vào nước để phun xử lý hạt giống, rễ và cây con. 1.1.2. Vai trò của phân bón đối với cây trồng và sản xuất nông nghiệp Phân bón cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng sinh trưởng và phát triển. Nếu chỉ lấy từ đất thì cây trồng hoàn toàn không đủ chất dinh dưỡng mà phải bổ sung thêm phần lớn từ phân bón. Phân bón chính là thức ăn nuôi sống cây trồng. Điều tra tổng kết trên thế giới đều cho thấy trong các biện pháp kỹ thuật trồng trọt, phân bón luôn là biện pháp có ảnh hưởng lớn nhất đến năng xuất cây trồng. Theo tổ chức FAO, trong thập niên 70-80 của thế kỷ XX, trên toàn thế giới trung bình phân bón quyết định 50% tổng sản lượng tăng thêm. Ở nước ta, cho đến năm 1990, trung bình phân bón làm tăng 35% tổng sản lượng, bón 1 tấn chất dinh dưỡng nguyên chất thu được 13 tấn hạt ngũ cốc. 1.1.2.1. Vai trò của các chất đa lượng 1.1.2.1.1 Vai trò của nitrogen (N) Cây hút N chủ yếu ở dạng NH 4 + và NO 3 - . Các dạng N này phần lớn có trong phân nitrogen hóa học, một số ít từ phân hữu cơ. Phân N rất đa dạng như: urea (CO(NH 2 ) 2 ), ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ), ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), … Vai trò của N đối với cây là: N là thành phần quan trọng trong các chất hữu cơ rất cơ bản và cần thiết cho sự sinh trưởng phát triển của cây. Nó là nguyên tố tham gia vào thành phần chính của các chất diệp lục, protite, peptite, các acid amine, các enzyme, nhiều loại vitamin trong cây và các chất điều hòa sinh trưởng. N là yếu tố chính, quyết định sự phát triển của các mô tế bào sống của cây. Bón đủ N cây sinh trưởng nhanh, ra nhiều chồi, lá và cành, hoa quả nhiều và lớn tích lũy được nhiều chất nên cho năng suất cao và chất lượng tốt. Người ta đã tính cứ 1 kg N trong cây có thể cho 15 kg hạt, 10kg đường, 70kg khoai tây hoặc 25kg rơm rạ. 1 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 1 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm Do có vai trò quan trọng như trên nên N là yếu tố dinh dưỡng được cây hút và tích lũy nhiều nhất, là yếu tố chính quyết định năng suất cây. Thiếu N cây sẽ sinh trưởng kém, còi cọc, lá vàng, ít hoa và quả, năng suất thấp. 1.1.2.1.2 Vai trò của phosphorus (P) Cây hút P chủ yếu dưới dạng khoáng của phosphate hóa trị 1 (H 2 PO 4 - ) và hóa trị 2 (HPO 4 2- ). Ngoài ra cây cũng có thể hút được một số hợp chất P hữu cơ đơn giản. Phân P bao gồm phân P tự nhiên và phân P nhân tạo, P có vai trò rất quan trọng đối với cây: P có vai trò trung tâm trong quá trình trao đổi năng lượng và tổng hợp chất protein. P là thành phần chủ yếu của các chất ADP và ATP là những chất dự trữ năng lượng cho các quá trình sinh hóa trong cây, đặc biệt là cho quá trình quang hợp, sự tạo thành chất béo và protein. P thúc đẩy sự phát triển của hệ rễ cây, kích thích sự hình thành nốt sần ở các cây họ đậu. Ngoài ra P thúc đẩy sự ra hoa và hình thành quả ở cây, là yếu tố quyết định chất lượng hạt giống. P giúp cây tăng khả năng chống chịu với các điều kiện bất thuận lợi như rét, hạn, sâu bệnh. P còn có tác dụng hạn chế tác hại của việc bón thừa N. P giúp cho cây sinh trưởng tốt, cho năng suất cao và chất lượng nông sản cao. 1.1.2.1.3 Vai trò của Kalium (K) Cây hút K dưới dạng K + , các tế bào của cây rất dễ để dung dịch K thấm qua nên K được cây hút dễ dàng hơn các nguyên tố khác. Phân K bao gồm một số phân như: KCl, KNO 3 , K 2 SO 4, … Vai trò của phân K được thể hiện như: K tham gia tích cực vào quá trình quang hợp, tổng hợp nên các chất glucide của cây. K làm tăng khả năng thẩm thấu nước ở tế bào khí khổng, giúp khí khổng đóng mở thuận lợi nên điều chỉnh sự khuếch tán CO 2 của quá trình quang hợp, đồng thời tăng khả năng sử dụng ánh sáng cho cây trong điều kiện ít nắng. K có trong thành phần của 60 loại men thực vật điều tiết các hoạt động sống của cây với tác dụng như một chất xúc tác. K thúc đẩy quá trình tổng hợp N trong cây, làm giảm tác hại của việc bón quá nhiều N, phòng chống lốp đổ cho cây hòa thảo, thúc đẩy sự ra hoa. 2 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 2 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm K tăng cường khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi cho cây như rét, hạn, úng, sâu bệnh. K làm tăng hàm lượng chất bột, đường nên làm tăng chất lượng hạt và quả. Thiếu K các lá già chuyển màu nâu, chóp và rìa lá khô dần, sau lan dần đến các lá non, cây phát triển chậm, mềm yếu, dễ đổ ngã. 1.1.2.2. Vai trò của các chất trung lượng Chất trung lượng là 3 chất calcium (Ca), magnesium (Mg), sulfur (S). Tuy số lượng yêu cầu không lớn như NPK, nhưng trong đời sống cây trồng các chất trung lượng cũng có những vai trò quan trọng. 1.1.2.2.1. Vai trò của calcium (Ca) Ca là một thành phần của màng tế bào cây nên rất cần thiết cho sự hình thành tế bào mới và làm màng tế bào ổn định, vững chắc. Ca cần cho sự hình thành và phát triển hệ rễ cây. Ca có vai trò như một chất giải độc do trung hòa bớt các acid hữu cơ trong cây và hạn chế độc hại khi dư thừa một số cation như K + , NH 4 + … Ca cần thiết cho sự đồng hóa đạm nitrate và vận chuyển glucide từ tế bào đến các bộ phận dự trữ của cây. Ca giúp cây chịu úng tốt hơn do làm giảm độ thấm của tế bào và việc hút nước của cây. Ngoài ra, Ca có trong vôi còn có tác dụng cải tạo đất, giảm độ chua mặn và tăng cường độ phì nhiêu của đất, giúp cây sinh trưởng tốt. Thiếu Ca thân cây mềm yếu, hoa rụng, nếu thiếu nặng thì đỉnh chồi có thể bị khô. 1.1.2.2.2. Vai trò của magnesium (Mg) Mg là thành phần cấu tạo chất diệp lục nên có vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp và tổng hợp glucide của cây. Mg tham gia trong thành phần của nhiều loại men, đặc biệt các men chuyển hóa năng lượng, đồng hóa P, tổng hợp protein và lipid. Mg giữ cho độ pH trong tế bào cây ở phạm vi thích hợp, tăng sức trương của tế bào nên ổn định cân bằng nước tạo điều kiện cho các quá trình sinh học trong tế bào xảy ra bình thường. Thiếu Mg lá cây mất màu xanh bình thường và có các đốm vàng, mép lá cong lên, nếu thiếu nặng cây có thể bị chết khô. Nếu dư thừa Mg sẽ làm thiếu K. 3 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 3 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 1.1.2.2.3. Vai trò của sulfur (S) Hiện nay S được coi là yếu tố dinh dưỡng thứ 4 của cây trồng sau N, P, K. S tham gia trong thành phần của các acid amine và protein có chứa S, trong đó có acid amine không thể thay thế như methionine. S có trong thành phần của men Coenzyme A xúc tiến nhiều quá trình sinh lý trong cây như quang hợp, hô hấp và sự cố định N của vi sinh vật công sinh. S đóng vai trò quyết định trong việc tạo thành các chất tinh dầu và tạo mùi vị cho các cây hành, tỏi, mù tạt. S còn cần thiết cho sự hình thành chất diệp lục, thúc đẩy quá trình hình thành thục và chin của quả hạt. Cây trồng hút S ở dạng SO 4 2- có trong đất qua rễ và SO 2 trong không khí qua lá, góp phần làm sạch môi trường. Cây thiếu S có biểu hiện giống như thiếu N, lá vàng lợt, cây thấp bé, chồi kém phát triển. Thừa S thì lá nhỏ, đôi khi bị cháy lá. 1.1.2.3. Vai trò của các chất vi lượng Các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng có tỉ lệ rất thấp trong cây (chỉ chiếm 10 -4 - 10 -5 trọng lượng chất khô) nhưng mỗi nguyên tố đều có vai trò nhất định không thể thay thế trong đời sống của cây. Trong cây, các nguyên tố vi lượng tồn tại dưới dạng ion tự do trong dịch tế bào hay kết hợp với các chất hữu cơ, các protein tạo thành các men, vitamin và các chất điều hòa sinh trưởng. Vai trò chung của các nguyên tố vi lượng thể hiện ở các điểm chủ yếu sau: Tham gia và kích thích sự hình thành các hệ thống men trong cây, qua đó xúc tiến và điều tiết toàn bộ các hoạt động sống của cây như quang hợp, hô hấp, tổng hợp và vận chuyển các chất hữu cơ trong cây. Vì vậy sử dụng đúng có thể làm tăng năng suất cây trồng trung bình từ 5 – 20% trong điều kiện thâm canh. Có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm thông qua việc tăng chất lượng các hợp chất có chất N, đường, bột, chất béo và các vitamin. Hàm lượng vitamin C trong bắp cải có liên quan đến lượng Mn cung cấp. Các chất vi lượng có trong cây trồng là nguồn cung cấp vi lượng quan trọng cho người và động vật. Cây hút các nguyên tố vi lượng dưới dạng ion hòa tan trong dung dịch đất. Thiếu nguyên tố vi lượng đều ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây. 4 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 4 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 1.1.3 Vai trò đối với đất và môi trường Bón phân làm tăng độ phì nhiêu của đất, đất tốt hơn, cân đối hơn, là biện pháp cải tạo đất hữu hiệu. Ở những đất có độ phì nhiêu tự nhiên ban đầu thấp, tức là đất xấu thì việc bón phân càng có tác dụng rõ. Việc sử dụng các chất phế thải trong các hoạt động đời sống của con người và động vật, chất phế thải của công nghiệp để làm phân bón góp phần hạn chế các chất gây ô nhiễm môi trường. 1.1.4 Đối với biện pháp kỹ thuật trồng trọt và thu nhập của người sản xuất Sử dụng phân bón có liên quan đến hiệu lực của các biện pháp kỹ thuật khác. Thí dụ sử dụng giống mới cần kết hợp với phân bón hợp lý và đầy đủ. Ngược lại, các biện pháp kỹ thuật khác cũng ảnh hưởng đến hiệu lực của phân bón. Thí dụ chế độ nước không thích hợp hoặc kỹ thuật làm đất kém có thể làm giảm 10 – 20% hiệu lực phân bón. Do làm tăng năng suất và chất lượng nông sản nên việc sử dụng phân bón sẽ làm tăng thu nhập cho người trồng trọt. 1.1.5 Những chất dinh dưỡng cần cho cây trồng Cho đến nay người ta đã xác định được 92 nguyên tố hóa học có trong cây, trong đó có 13 nguyên tố được coi là thiết yếu, cần được cung cấp qua phân bón. Các chất carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O) là 3 nguyên tố chiếm tới 95% trọng lượng của cây, được hút trực tiếp từ nước và không khí. Vì vậy thiếu nước và không khí cây sẽ sinh trưởng kém và có thể bị chết. Các nguyên tố được coi là thiết yếu tức là nếu thiếu thì cây sẽ sinh trưởng kém và có thể khắc phục nếu được bón nguyên tố đó. Những nguyên tố này phải tồn tại trực tiếp trong dung dịch dinh dưỡng của cây, chủ yếu là trong dung dịch đất. Tất cả các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu đều quan trọng như nhau đối với cây trồng. Tuy nhiên có chất cây cần nhiều, có chất cây cần ít. Dựa vào số lượng cây cần sử dụng, người ta chia các chất dinh dưỡng thiết yếu thành 3 nhóm: + Các chất đa lượng là những chất cây cần với số lượng nhiều gồm nitrogen (N), phosphorus (P), và kalium (K). + Chất trung lượng là những chất cây cần với số lượng trung bình gồm calcium (Ca), magnesium (Mg), và sulfur (S). 5 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 5 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm + Chất vi lượng là những chất cây cần với số lượng ít gồm Fe, Zn, Mn, Cu, B, Mo, và Cl. Ngoài ra một số chất như Na, Si, Co, Al không phải là chất thiết yếu nhưng là những nguyên tố có lợi cho một số cây. Na có thể thay thế K đối với cây dừa, Co có lợi cho cố định N ở cây họ đậu, Al cần cho cây chè, Si làm biểu bì lá lúa dày cứng hơn nên tăng sức chống bệnh đạo ôn. Các chất dinh dưỡng thiết yếu trên đây được cây hút ở dạng ion hòa tan trong dung dịch đất. Những chất này được cung cấp cho cây chủ yếu từ đất và phân bón, một lượng N nhỏ từ nước mưa (khoảng 5kg N/ha/năm) và từ vi sinh vật cố định N. Đối với cây trồng, nguồn dinh dưỡng cung cấp từ đất không đáng kể so với yêu cầu của cây nên phải bổ sung phần lớn qua phân bón. Cần cung cấp 13 nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu với số lượng đầy đủ và cân đối theo nhu cầu của cây trong từng giai đoạn sinh trưởng phát triển thông qua việc bón phân. 1.2. Sự thủy phân của phân urea trong đất Trong môi trường đất ẩm với sự có mặt của enzyme urease, phân urea bị phân hủy thành ammonia (NH 3 ) và carbondioxide (CO 2 ) chỉ trong 2 - 4 ngày và phản ứng xảy ra nhanh hơn trong đất có pH cao và nhiệt độ cao: C NH 2 H 2 N O + H 2 O urease NH 3 + CO 2 2 Trong đất ẩm NH 3 ở dạng ion NH 4 + và tiếp tục bị một chủng vi sinh nitrosomonas chuyển hóa thành nitrite: NH 4 + + O 2 nitrosomonas NO 2 - + H 2 O2 2 3 4 Sau cùng, một chủng vi sinh khác là nitrobacter tiếp tục chuyển hóa nitrite thành nitrate: 2NO 2 - + O 2 nitrobacter NO 3 - 2 Cây trồng hấp thụ các loại phân đạm chủ yếu dưới dạng ammonium NH 4 + và nitrate (NO 3 - ). NH 4 + chiếm ưu thế hơn NO 3 - trong đất ngập nước, còn NO 3 - lại nhiều hơn trong đất khô. 6 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 6 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 1.3. Giới thiệu phân bón nhả chậm 1.3.1 Tính chất nhả chậm của phân bón Hàm lượng các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng được bao bọc trong các chất nền hay do liên kết của các hạt phân với một số chất khác sẽ được phân lưu giữ và nhả ra từ từ trong đất cho cây hấp phụ hết trong một khoảng thời gian dài. Phân nhả chậm làm giảm thiểu khả năng thất thoát do rửa trôi hoặc bốc hơi. Tùy theo mỗi loại phân mà thời gian nhả chậm sẽ khác nhau. 1.3.2 Tình hình nghiên cứu về phân bón nhả chậm 1.3.2.1. Tình hình trên thế giới Phân nhả chậm được sự quan tâm nghiên cứu rộng rãi của các nhà khoa học trên thế giới trong nhiều thập niên qua. Nhiều công trình nghiên cứu về các loại phân nhả chậm bằng cách bao bọc các hạt phân ban đầu bởi các chất nền khác nhau hay tạo liên kết giữa các hạt phân với một số chất khác nhau đã được công bố: Tháng 7.1995 Ray S.K. và cộng sự[10] đã nghiên cứu ra phân boron (B) nhả chậm với thành phần chính là polyborophosphate. Phân được điều chế từ MgO phản ứng với H 3 PO 4 và NaH 2 PO 4 ở nhiệt độ 300 0 C. Sản phẩm là một copolymer anion của borax và phosphate cùng hai cation là Na + và Mg 2+ . Sản phẩm này có nhiều lợi ích hơn phân boron bình thường là tan chậm trong nước, giảm sự thất thoát, giảm độc hại, tăng hiệu quả khi sử dụng. Tháng 3.2000 Geortz Harvey M. và cộng sự [11] đã nghiên cứu được 1 loại phân nền nhả chậm từ nền dầu hữu cơ như dầu lanh và các loại phân: NPK, urea hay các loại phân Ca, Mg, S. Phân này có khả năng nhả chậm từ 10% (14 ngày), 11% (20 ngày)… tùy loại phân. Tháng 10.2000 một phương pháp điều chế phân nhả chậm từ màng polymer bao bọc các hạt phân đã được Tijsma Edze J. và cộng sự [12]nghiên cứu. Màng polymer bao bọc là chất nhiệt dẻo hay chất nhiệt rắn như nhựa vinyl, polyolefine, polymer acrylic, polyester, alkyd, epoxy, urethane… Phân sử dụng để bao bọc là urea, KNO 3 , K 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , KH 2 SO 4, (NH 4 ) 3 PO 4 hay hỗn hợp. Kết quả thu được phân nhả chậm từ 0.07-0.17%. Năm 2001 Mangrich A. S. và cộng sự [13] đã điều chế được phân K nhả chậm từ cặn của dầu phiến nham ở 900 0 C thu được phân có độ tan 30.3% K 2 O (trong HCl 7 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 7 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 0.5M), 23.2% (trong acid citric 0.1M) và 6.9% (trong H 2 O). Sản phẩm này tốt hơn những sản phẩm cùng loại cũ, nó tránh được vấn đề chất thải và giá thành sản phẩm thấp. Tháng 2. 2001 Locquenghien K. H. và công sự [14] đã nghiên cứu thành công phân bao bọc nhả chậm từ copolymer ethylene mang nhóm carboxyl (nhóm carboxyl hình thành muối của nó) bao bọc các hạt phân. Copolymer ethylene mang nhóm carboxyl bao gồm 75 – 90% khối lượng ethylene, 10 – 25% khối lượng một acid alkanecarboxylic C 3 – C 8 bất bão hòa. Các hạt phân gồm NP, NK, PK và NPK. Phân thu được có %N nhả là 4.8% sau 24h và 31% sau 7 ngày. Fujita T. và cộng sự [15] (tháng 2. 2001) cũng đã điều chế phân nhả chậm được bao bọc bằng polymer đường hay dẫn xuất của nó. Polymer đường như glucose, fructose, hay dẫn xuất như xylose, ribose cellulose, agar, starch, chitin. Phân được bọc là urea, NH 4 Cl, (NH 4 ) 2 SO 4 , KCl, KNO 3 , NaNO 3 , K 3 PO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4 , Ca 3 (PO 4 ) 2 … Phân thu được có khả năng nhả chậm tốt. Cũng bằng cách bao bọc, Hirano Y. và cộng sự [16] (tháng 5. 2001) cũng đã nghiên cứu về phân nhả chậm từ những hạt phân được bao bọc bởi nhựa nhiệt rắn và một hợp chất kỵ nước. Nhựa nhiệt rắn được sử dụng như nhựa epoxy, nhựa xylene, nhựa melamine, nhựa silicon, … Hợp chất kỵ nước như sáp động vật, sáp khoáng, sáp dầu hỏa, … Phân được sử dụng để bao bọc gồm urea, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 Cl, NH 4 NO 3 , (NH 4 ) 3 PO 4 , … Phân phosphorus: Ca 3 (PO 4 ) 2 , superphosphate, …phân K: KCl, K 2 CO 3 , K 3 PO 4 , KNO 3 , … phân thu được nhả chậm tốt như phân urea tan 80% trong 85 ngày. Tháng 7.2001 Goertz Harvey M. [17] đã nghiên cứu và sản xuất thành công phân hỗn hợp NPK nhả chậm từ hỗn hợp dung dịch urea và formaldehyde với các chất nền khô từ nguồn phosphorus và kalium để tạo nên hỗn hợp những hạt phân đồng nhất NPK. Nguồn P được sử dụng là superphosphate, Ca 3 (PO 4 ) 2, K 3 PO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4 , … Nguồn K được sử dụng là KHCO 3 , K 2 CO 3 , K 3 PO 4 , KNO 3 , KOH, K 2 SO 4 … và có thể sử dụng thêm hợp chất của phân trung, vi lượng. Phân hỗn hợp thu được nhả chậm tốt. Tháng 8. 2001 Nakonieczny J. [18] đã điều chế được phân khoáng đa thành phần nhả chậm. Phân này bao gồm N ở dạng hợp chất hữu cơ và vô cơ, P ở dạng 8 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 8 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm superphosphate và trisuperphosphate và K ở dạng chloride hay sulfate. Phân chứa 30 – 50% N, P 2 O 5 , K 2 O và 10% tinh bột. 25 – 17% N tồn tại ở dạng urea – aldehyde. Tỉ lệ N, P, K khác nhau, P + K>0. Tháng 9.2001 Liu F. và cộng sự [19] đã nghiên cứu được phân N nhả chậm từ dicyandiamite, 1,4 – benzenediol, acid humic, zeolite, bột kích thích rễ và nguyên tố vi lượng. Sản phẩm thu được đã cải thiện chất lượng của mùa màng. Trộn hỗn hợp của các nguyên liệu như các loại phân N (78 - 95%), nước (0 – 3%), sáp (3 -15%), nhũ tương (0.2 – 5%) và chất tạo nhũ hóa (0 -1%) để tạo thành phân N nhả chậm đã được Wang D. và công sự [20] (tháng 11.2001) thực hiện thành công. Phân N được chọn là NH 4 NO 3 , Ca(NO 3 ), NH 4 Cl, NH 4 HCO 3 , và (NH 4 ) 2 SO 4 . Sáp bao gồm paraffin (30 -100 khối lượng) và sáp microcystal. Markusch P. H. và cộng sự [21] (tháng 1.2002) thực hiện phản ứng giữa isocyanate hay polyisocyanate với các hạt phân tạo thành phân bao bọc polyurethane nhả chậm. Phân này chứa 5.16% polyurethane và 30.16% urea hòa tan sau 8h trong nước so với phân urea là 90.2% bị hòa tan. Tháng 3.2002, một phương pháp tạo phân nhả chậm bằng cách bao bọc cũng được Markusch P. H. và cộng sự [22] nghiên cứu. Phương pháp này bao gồm cho vật liệu hấp thụ nước vào các hạt phân và sau đó phủ nó thấp nhất bằng một lớp nhựa urethane. Phân được sử dụng ở đây là phân N: urea, (NH 4 ) 3 PO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 Cl, NH 4 NO 3 , … Phân P: superphosphate, Ca 3 (PO 4 ) 2 . Phân K: KCl, KHCO 3 , K 3 PO 4 , KNO 3 , K 2 SiO 3 , … Vật liệu hấp thụ nước là các polymer như polymer acrylate, acrylic acid – vinyl alcol copolymer, isobutylene polymer, ethylene oxide polymer, … liên kết với nhựa urethane tại nhóm hydroxy cuối. Ngoài ra còn sử dụng polymer tự nhiên như tinh bột, tinh bột ghép, muối carboxymethyl cellulose. Nhựa urethane được tạo thành từ polyisocyante và polyol. Phân thu được có kết quả nhả chậm tốt như phân urea trong nước sau 8h tan ra từ 30 – 90%. Tháng 5.2002, Hamada E và cộng sự [23] đã nghiên cứu thành công phân K nhả chậm. Thành phần chính của phân là K 2 O, SiO 2 , và CaO. Ngoài ra còn có Al 2 O 3 , MgO, MnO, Fe 2 O 3 và FeO. Tỉ lệ nhả K 2 O được kiểm tra bởi tỉ lệ khối lượng của toàn bộ K 2 O đối với dung dịch K 2 O trong nước. 9 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 9 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm Tháng 9.2002, Zhu Zhenliu và cộng sự [24] đã tổng hợp được phân urea nhả chậm từ cyanamide Ca và dung dịch urea đậm đặc hay urea nóng chảy. Sản phẩm thu được có hiệu quả cao và giá thành thấp. Tháng 10.2002, Setani M. [25] đã tổng hợp urea-formaldehyde dùng làm phân urea nhả chậm từ urea, formaldehyde với sự hiện diện của kiềm, acid mạnh và dung dịch ammonia hay amine. Sản phẩm thu được có độ tan trong nước nóng là 15% về khối lượng và sự phân rã là đều đặn. Shao J. và cộng sự [26] (tháng 10.2002) trộn phân N, P, K với phân nguyên tố trung vi lượng và chất kết dính để tạo thành phân NPK nhả chậm. Chất kết dính được chọn là Na 2 SiO 3, khoáng đại phân tử thiên nhiên. Sản phẩm thu được có hiệu quả cao và giá thành thấp. Tháng 12.2002, Haeberle K. và cộng sự [27] đã nghiên cứu ra phân N nhả chậm từ việc bao bọc các hạt phân bằng huyền phù của polyurea – polyurethane. Việc bao bọc này ngăn chặn vón cục, tan chậm trong nước và bị vi khuẩn phân hủy. Sakai Y. và cộng sự [28] (tháng 12.2002) đã thành công trong việc sử dụng màng có thể phân hủy chứa 10% (hay nhiều hơn) polyolefine hay sáp dầu hỏa có khối lượng phân tử trung bình từ 300 – 10000 và các loại phân, cùng một chất hoạt động bề mặt để làm thành phân nhả chậm. Polyolefine được sử dụng trong nghiên cứu này là polyethylene, polypropylene, polybutene, butene-ethylene copolymer, ethylene- propylene copolymer, butene-propylene copolymer. Sáp dầu hỏa: paraffin, microcrystalline, petrolatum. Phân sử dụng là urea, NH 4 NO 3 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 Cl, NaNO 3 , KCl, KNO 3 , K 2 SO 4 , … Chất hoạt động bề mặt như polyoxyethylene alkylester, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenol ether. Kết quả: phân nhả từ 4-25% lượng phân sau 3 ngày tùy theo loại phân bón. Năm 2002, Yao G. [29] đã oxi hóa và amine phân dưới 150% lignin kiềm (chứa 33% ammonia) thành phân urea nhả chậm. Tháng 1.2004 Bagdasarov V. R. và cộng sự [30] sử dụng zeolite và ammonium nitrate hay urea để điều chế phân nhả chậm. Phân này chứa 79-94% ammonium nitrate hay urea, 6-24% zeolite và một lượng nhỏ khoáng vi lượng dưới dạng muối. 10 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 10 [...]... 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 mơi trường đất-cát 25 Chủ nhiệm đề tài:TS Nguyễn Cửu Khoa 25 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 2.PHẦN THỰC NGHIỆM KẾT QUẢ VÀ BIỆN ḶN 2.1 Hóa chất,... lượng phân tử giảm - Trong một số loại PVA có sự liên hệ giữa độ nhớt ở 20 0C, lượng acetat chưa thủy phân và khối lượng phân tử như bảng sau: 21 Chủ nhiệm đề tài:TS Nguyễn Cửu Khoa 21 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 22 Chủ nhiệm đề tài:TS Nguyễn Cửu Khoa 22 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm Bảng: Sự liên hệ giữa độ nhớt, lượng acetat chưa thủy phân và khối lượng phân tử PVA Trọng lượng Hàm phân tử... năng nhả chậm N của UF trong mơi trường nước, mơi 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 mơi trường nước + Qui trình điều chế phân Urê nhả chậm trên cơ sở màng bao bọc tinh bột biến tính 24 Chủ nhiệm đề tài:TS Nguyễn Cửu Khoa 24 Nghiên cứu điều. .. ethylenediamine, glutaraldehyde, borax hay ZnO Phân nền sử dụng là phân đơn hay hỗn hợp N, P, K và phân vi lượng Phân P hay K nhả chậm được Rohwer G [32] (5.2004) điều chế trên nền zeolite Quặng thơ zeolite được nghiền nhỏ và trộn với nước và phân P hay K Năm 2004 Zhan F và cộng sự [33] đã tổng hợp thành cơng polymer siêu hấp thụ đồng thời mang phân P nhả chậm Sản phẩm được điều chế từ phản ứng ester hóa của PVA... 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 tơi 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... tăng Đồ thị 3.4: Độ tan trong nước (%) của sản phẩm 35 Chủ nhiệm đề tài:TS Nguyễn Cửu Khoa 35 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 2.3.6 Xác định khả năng nhả chậm N của UF trong mơi trường đất + cát ẩm Hàm lượng nitrogen nhả ra trong mơi trường đất ẩm + cát ẩm Tỉ lệ U:F 1:0 4:1 3:1 2:1 1.5:1 1:1 0.5:1 Tháng 1 72.00 57.87 46.67 22.08 20.50 2.18 1.56 Hàm lượng N (%) nhả theo thời gian Tháng 2 Tháng 3 Tháng... cơ sở màng bao bọc tinh bột biến tính 24 Chủ nhiệm đề tài:TS Nguyễn Cửu Khoa 24 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm + 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 mơi trường nước và mơi 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 +... thực hiện trong 6 tháng Hàm lượng N nhả ra được tính như phần 2.4 32 Chủ nhiệm đề tài:TS Nguyễn Cửu Khoa 32 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 2.3 Điều chế phân Ure nhả chậm trên cơ sở Ure-formaldehyde 2.3.1 Tổng hợp UF 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... chúng trên đồng ruộng 1.8 Nội dung nghiên cứu của đề tài - 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... nước/1g vật liệu khơ) còn lưu giữ rất hiệu quả các loại phân bón, đặc biệt là phân vi lượng Tuy nhiên, các loại sản phẩm được nghiên cứu ở Việt Nam trên đều có những hạn chế như: thời gian nhả chậm của phân còn ngắn chưa đáp ứng được với những cây trồng dài ngày và chưa kiểm sốt được thời gian nhả chậm Trong đề tài này, chúng tơi nghiên cứu phân urea nhả chậm từ: + Tinh bột biến tính, một loại ngun liệu . dụng thêm hợp chất của phân trung, vi lượng. Phân hỗn hợp thu được nhả chậm tốt. Tháng 8. 2001 Nakonieczny J. [18] đã điều chế được phân khoáng đa thành phần nhả chậm. Phân này bao gồm N ở dạng. đã điều chế được phân K nhả chậm từ cặn của dầu phiến nham ở 900 0 C thu được phân có độ tan 30.3% K 2 O (trong HCl 7 Chủ nhiệm đề tài:TS. Nguyễn Cửu Khoa 7 Nghiên cứu điều chế phân nhả chậm 0.5M),. quả: phân nhả từ 4-2 5% lượng phân sau 3 ngày tùy theo loại phân bón. Năm 2002, Yao G. [29] đã oxi hóa và amine phân dưới 150% lignin kiềm (chứa 33% ammonia) thành phân urea nhả chậm. Tháng