Chế tạo vật liệu hấp phụ zeolit - polime và nghiên cứu khả năng giữ dinh dưỡng cho cây ngô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH



CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ZEOLIT-POLIME
VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIỮ DINH DƯỠNG
CHO CÂY NGÔ



LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC








HÀ NỘI – 2011



ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH



CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ZEOLIT-POLIME
VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIỮ DINH DƯỠNG
CHO CÂY NGÔ

Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
Mã số: 62 44 27 01


LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. TRẦN THỊ NHƯ MAI




HÀ NỘI – 2011



1
MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp với sản lƣợng lúa gạo và các sản phẩm
nông nghiệp hàng năm rất lớn. Sản lƣợng lúa năm 2009 khoảng 38,9 triệu tấn, sản
lƣợng ngô khoảng 4 triệu tấn. Bên cạnh quá trình gia tăng sản xuất nông nghiệp là
sự hình thành một lƣợng lớn các phụ phẩm nông nghiệp, nếu không có biện pháp xử
lý hiệu quả sẽ dẫn đến những vấn đề môi trƣờng và xã hội.
Các phụ phẩm nông nghiệp nhƣ vỏ trấu, rơm rạ, thân lá ngô, bã mía… đƣợc biết
đến nhƣ một nguồn dinh dƣỡng phong phú gồm: protein, axit amin, gluxit, vi lƣợng…
đặc biệt là nguồn silic hữu cơ, NPK hữu cơ dễ thâm nhập, giúp cây hấp thu tốt hơn.
Việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp tái sử dụng lại trong nông nghiệp là xu thế mà
thế giới đang hƣớng đến nhằm tận dụng các nguồn dinh dƣỡng sẵn có.
Trƣớc đây, các phụ phẩm nông nghiệp thƣờng đƣợc sử dụng làm chất đốt
hoặc đƣợc vùi trực tiếp xuống đất trồng để tái sử dụng làm phân bón. Tuy nhiên,
việc xử lý này chƣa có hiệu quả về kinh tế và môi trƣờng do quá trình đốt các phụ
phẩm nông nghiệp gây lãng phí nguồn nguyên liệu, không lợi dụng đƣợc nguồn
dinh dƣỡng hữu cơ sẵn có, đồng thời phát thải ra môi trƣờng một lƣợng lớn khí thải
CO
2
, CO, C
x
H
y
, NO
x
, SO
x
…; việc vùi trực tiếp các phụ phẩm nông nghiệp xuống
đất trồng tận dụng đƣợc các nguồn dinh dƣỡng nhƣng quá trình phân hủy xảy ra
chậm, phải kết hợp với việc sử dụng vi sinh vật để tạo thành các sản phẩm dễ hấp
thu nên khó khăn trong quá trình kiểm soát các chủng vi sinh. Ngoài ra, quá trình
phân hủy các phụ phẩm nông nghiệp bằng vi sinh còn phụ thuộc vào độ ẩm đất và

trực tiếp tạo ra một lƣợng khí metan đƣợc giải phóng trong khi ủ, tuy có cung cấp
cho đồng ruộng một phần dinh dƣỡng cho mùa vụ tiếp theo, nhƣng rất có thể lại
mang mầm sâu bệnh cho cây trồng.
Mặt khác, sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học vật liệu polime đã đem
lại những thành tựu to lớn, polime ƣa nƣớc trên cơ sở axit acrylic chiếm tỷ lệ cao,
đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ: Phụ gia chống thấm, công nghiệp mỹ phẩm,
thực phẩm, công nghiệp dƣợc, y tế, xây dựng đặc biệt là làm chất giữ ẩm và điều



2
tiết vi lƣợng cho cây trồng. Những phụ gia này đang đƣợc ứng dụng ở những vùng
đất dốc, bãi thải Tuy nhiên, hạn chế của vật liệu này là khó phân hủy sinh học
thƣờng phải kết hợp với tinh bột hoặc xenlulozơ. Mặt khác, các polime trên cơ sở
axit acrylic, acrylamit là các sản phẩm của hóa học dầu mỏ, trong khi đó, nguồn
nguyên liệu hóa thạch không phải là vô tận, vì vậy xu thế hiện nay trên thế giới là
sử dụng các nguồn nguyên liệu tái tạo, trong đó có các polime thiên nhiên nhằm
phát triển bền vững.
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thay vì thải đi, trấu với thành
phần chứa silic hữu cơ, xenlulozơ có thể sử dụng làm vật liệu ban đầu để tổng hợp
các vật liệu zeolit - vật liệu vi mao quản – một trong những chế phẩm có khả năng
hấp thụ và chống rửa trôi dinh dƣỡng. Việc tổng hợp zeolit từ trấu có chứa thành
phần silic hữu cơ, xenlulozơ làm template có thể thay thế các nguồn silic hữu cơ đắt
tiền đang tồn tại trên thị trƣờng nhƣ: tetramethyl orthosilicate (TMOS), tetraethyl
orthosilicate (TEOS).
Luận án này nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp là trấu nhằm tận
dụng các nguồn polime thiên nhiên, nguồn silic hữu cơ sẵn có trong vỏ trấu để tổng
hợp zeolit NaX, đồng thời kết hợp với vỏ trấu thủy phân bằng axit photphoric tạo ra
chế phẩm gồm xenlulozơ, protein, NPK hữu cơ, vi lƣợng, silic hữu cơ dễ hấp thu,
kết hợp cùng với zeolit NaX trực tiếp làm phụ gia phân bón bổ sung các chất dinh

dƣỡng cho cây trồng.










3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Phụ phẩm nông nghiệp. Thành phần, tính chất và ứng dụng
1.1.1. Thành phần và tính chất
Cây trồng hút dinh dƣỡng từ đất để sinh trƣởng và phát triển, ngoài các bộ
phận thu hoạch ra, các phụ phẩm nông nghiệp cũng chứa đựng một lƣợng lớn các
chất dinh dƣỡng mà cây lấy từ đất. Ở các nƣớc phát triển nhƣ Canada, Mỹ, Nhật…
các phụ phẩm nông nghiệp thƣờng đƣợc sử dụng trực tiếp làm nguồn cung cấp dinh
dƣỡng cho cây trồng.
Hàng năm, một lƣợng phụ phẩm nông nghiệp rất lớn đƣợc tạo ra, tùy thuộc
vào đặc tính của từng loại cây trồng, ƣớc tính mỗi ha lúa cho 3,5-4,5 tấn phụ phẩm,
ngô khoảng 2,7-3,2 tấn, đậu tƣơng 0,8-1,0 tấn [110, 132]. Mỗi ha lúa lấy đi khoảng
200kg kali, trong khi đó, lƣợng kali trong hạt gạo chỉ khoảng 5-7kg/tấn nên lƣợng
kali còn lại nằm trong các phụ phẩm.
Bảng 1.1. Hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng trong phụ phẩm
một số cây trồng (kg/tạ chất khô) [46].
Phụ phẩm
N
P

2
O
5
K
2
O
Rơm rạ
Thân lá ngô
Thân lá lạc
Thân lá đậu tƣơng
Thân lá khoai lang
0,53
0,78
1,61
1,03
0,51
0,35
0,29
0,55
0,27
0,31
1,3
1,25
2,3
1,42
1,7
Trong sản xuất lúa gạo, các phụ phẩm chiếm 40% tổng lƣợng đạm, 80-85%
tổng lƣợng kali, 30-35% tổng lƣợng lân, 40-50% tổng lƣợng lƣu huỳnh mà cây hút
đƣợc [50]. Trong đó, vỏ trấu hiện đang đƣợc quan tâm trong nhiều lĩnh vực, do
những thành phần cấu trúc đáng quý của nó. Trên thế giới, nhiều tác giả đã nghiên

cứu thành phần cấu trúc của vỏ trấu [62, 99, 104, 143].



4
Bảng 1.2. Một số thành phần cấu trúc của vỏ trấu [143].
Thành phần
Hàm lƣợng (%)
Thành phần
Hàm lƣợng
Độ ẩm
Thành phần cháy
Tro
Cacbon
Hidro
Silic
Nitơ
Lƣu huỳnh
Clo
6,37
81,93
11,70
45,28
5,51
3,9
0,67
0,9
0,19
Năng lƣợng đốt cháy
Kali

Canxi
Sắt
Nhôm
Titan
Natri
Kẽm
Magie
Photpho
4012 kcal/kg
1630 ppm
94 ppm
202 ppm
233 ppm
7 ppm
207 ppm
24 ppm
699 ppm
94 ppm

Ở Việt Nam, nhiều tác giả đã nghiên cứu về thành phần, cấu trúc và ứng
dụng của trấu. Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng đã
nghiên cứu và chỉ ra thành phần của vỏ trấu [22, 44, 62].
Bảng 1.3. Thành phần hữu cơ của vỏ trấu.
Thành phần
Hàm lƣợng, %
Thành phần
Hàm lƣợng, %
Độ ẩm
Protein thô
Dầu trấu thô

Sợi thô
Xenlulozơ
2,4-11,4
1,7-7,4
0,4-3,0
31,7-49,9
34,3-43,8
Tro
Pentosan
Thành phần không tan của tro axit
Dịch chiết không chứa nitơ

13,2-29,0
16,9-22,0
13,7-20,8
24,7-38,8




5
Từ các số liệu trên cho thấy, trong thành phần của vỏ trấu có chứa hầu hết
các chất dinh dƣỡng: Chất hữu cơ – cacbon chiếm 45,28%, các dinh dƣỡng đa
lƣợng và trung lƣợng (N, P, K, Si, S…), các dinh dƣỡng vi lƣợng (Ca, Fe, Al, Ti,
Zn, Mg, Na…), đây đều là các chất dinh dƣỡng cần thiết cho sự phát triển của cây
trồng. Đặc biệt, ở đây, các nguyên tố đều tồn tại dƣới dạng cấu trúc hữu cơ, tƣơng
hợp mà cây trồng dễ hấp thu.
1.1.1.1. Thành phần xenlulozơ
Trong trấu, cacbon chủ yếu nằm trong thành phần cấu trúc của xenlulozơ.
Xenlulozơ chiếm 34-44% trọng lƣợng trấu, là hợp chất cacbohidrat, đƣợc cấu tạo từ

hàng trăm thậm chí đến hàng nghìn mắt xích glucozơ liên kết với nhau bằng các
liên kết -1,4-glycozit tạo thành các chuỗi mạch thẳng.

Hình 1.1. Cấu trúc của chuỗi xenlulozơ.
Xenlulozơ không có mùi, không vị, ƣa nƣớc với các góc tiếp xúc từ 20-30
0
,
không hòa tan trong nƣớc và hầu hết các dung môi hữu cơ, bị phân hủy bởi axit
hoặc kiềm. Xenlulozơ là một chuỗi mạch thẳng, nguyên tử hidro trên phân tử đƣờng
của chuỗi mạch này tạo liên kết với nguyên tử oxi trên chuỗi liền kề, giữ vững các



6
chuỗi liên kết với nhau (side-by-side) và hình thành các chuỗi vi sợi với độ bền cơ
học cao.
So với tinh bột, xenlulozơ có mức độ tinh thể cao hơn. Giản đồ XRD của
xenlulozơ thể hiện các pic đặc trƣng ở góc 2 = 14,47, 16,35, 22,62, 34,61
0
[98].
Trong khi tinh bột trải qua một trạng thái tinh thể để chuyển tiếp vô định hình khi bị
nung nóng quá 60-70°C trong nƣớc, xenlulozơ đòi hỏi phải có nhiệt độ 320°C và áp
suất là 25 MPa để trở thành vô định hình trong nƣớc.
Tính chất của xenlulozơ phụ thuộc vào độ dài chuỗi hoặc mức độ trùng hợp,
số lƣợng các đơn vị glucozơ tạo thành một phân tử polime. Xenlulozơ từ bột gỗ có
chiều dài chuỗi điển hình khoảng 300 đến 1700 đơn vị glucozơ. Xenlulozơ trong
bông, sợi thực vật khác và xenlulozơ trong vi khuẩn có chiều dài chuỗi khoảng 800
đến 10.000 đơn vị. Chiều dài chuỗi phân tử rất nhỏ tạo thành từ sự phân hủy
xenlulozơ, gọi là amyloit. Amyloit là hợp phần của xenlulozơ, mạch ngắn hơn, linh
động và ƣa nƣớc hơn.

Xenlulozơ là một loại polime thiên nhiên vừa có tính chất phân cực mạnh,
vừa kết tinh cao, chỉ hòa tan trong một số ít dung môi. Xenlulozơ có thể trƣơng
trong nƣớc. Sự trƣơng của xenlulozơ có thể là trƣơng giữa các tinh thể và trƣơng
trong tinh thể. Trong nƣớc, sự trƣơng giữa các tinh thể xảy ra khi nƣớc lọt vào
khoảng trống giữa các tinh thể hoặc lọt vào vùng vô định hình của cấu trúc
xenlulozơ, ở đó các phân tử liên kết với nhau lỏng lẻo. Nếu đặt xơ xenlulozơ khô
tuyệt đối vào trong môi trƣờng không khí có độ ẩm 60% ở 20
0
C thì xenlulozơ hấp
phụ khoảng 8-14% ẩm, tiết diện của xơ tăng lên. Nếu đƣa vào trong nƣớc thì đƣờng
kính xơ tăng thêm khoảng 25% nữa, chiều dài xơ không thay đổi, xơ chủ yếu
trƣơng theo chiều ngang [42].
Sự trƣơng trong tinh thể xảy ra khi chất gây trƣơng có ái lực mạnh hơn tƣơng
tác giữa các phân tử xenlulozơ. Khi đó, trạng thái tinh thể ban đầu bị biến đổi. Sự
trƣơng trong tinh thể xảy ra theo hai hƣớng: Trƣơng hữu hạn hoặc trƣơng vô hạn.
Khi tác nhân gây trƣơng tạo hợp chất phân tử với xenlulozơ, các liên kết giữa



7
xenlulozơ không bị phá vỡ hoàn toàn, quá trình trƣơng nở đạt tới cân bằng,
xenlulozơ không bị hòa tan đƣợc gọi là trƣơng hữu hạn. Quá trình trƣơng hữu hạn
xảy ra khi xử lý xenlulozơ bằng NaOH đậm đặc, trong dung dịch NaOH 16-18%
xenlulozơ bị trƣơng mạnh, phá vỡ liên kết giữa các phân tử xenlulozơ. Quá trình
trƣơng dẫn tới hòa tan gọi là trƣơng vô hạn, xenlulozơ có thể trƣơng vô hạn trong
một số dung môi: Phức đồng-amoniac, cupri etylen diamin, bazo amin bậc 4,
đibenzyl dimetyl amoni hidroxit [42].
Mạch xenlulozơ đƣợc hình thành bởi liên kết -1,4-glycozit giữa các đơn vị
glucozơ, trong một số điều kiện: môi trƣờng axit, bazơ hoặc dƣới tác dụng của nhiệt
độ nó có thể bị cắt ngắn mạch:

- Thủy phân xenlulozơ dƣới tác dụng của axit.
Các liên kết glycozit trong phân tử xenlulozơ kém bền rất dễ bị thủy phân
trong môi trƣờng axit. Proton nhanh chóng liên kết với nguyên tử oxi trên cầu nối
liên kết -1,4-glycozit tạo thành ion oxoni. Tiếp đó liên kết giữa C
1
và C
4
dần bị
phân hủy, tạo thành ion cacboni dạng vòng có cấu hình nửa ghế (half-chair). Sau đó
ion cacboni phản ứng nhanh với nƣớc tạo thành glucozơ và giải phóng proton trở lại
môi trƣờng.

Hình 1.2. Cơ chế thủy phân xenlulozơ bằng axit.



8
- Thủy phân xenlulozơ dƣới tác dụng của bazơ.
Liên kết -1,4-glycozit trong xenlulozơ cũng có thể bị thủy phân dƣới tác
dụng của bazơ. Đầu tiên, cấu hình dạng ghế chuyển từ
4
C
1
sang
1
C
4
và nhóm
hidroxyl chuyển từ hƣớng xa thành hƣớng trục. Dƣới tác dụng của xúc tác bazơ,
xảy ra quá trình tách H từ nhóm HO-C

2
và tạo vòng oxiran với C
1
đồng thời xảy ra
phản ứng tách loại alkoxy RO
-
, liên kết glycozit bị phá hủy. Vòng oxiran có thể mở
để tạo thành một phân tử saccarit tự do hoặc một đơn vị trong mạch polisaccarit
ngắn hơn vừa đƣợc tạo ra trong quá trình thủy phân.

Hình 1.3. Sơ đồ phản ứng thủy phân xenlulozơ dƣới tác dụng của bazơ.
R: Phần mạch xenlulozơ.
1. Phân tử xenlulozơ, cấu hình dạng ghế, định hƣớng xích đạo
4
C
1
.
2. Phân tử xenlulozơ, nhóm thế hƣớng trục
1
C
4.
3. Dạng vòng chứa epoxit.
4. Glycozit nội phân tử.
Phản ứng thủy phân xenlulozơ dƣới tác dụng của kiềm xảy ra chậm hơn
nhiều khi dùng xúc tác axit.



9
- Tách loại β-alkoxy (phản ứng bào mòn).

Dƣới tác dụng của kiềm, các phân tử xenlulozơ có thể bị cắt ngắn từ đơn vị
cuối cùng của mạch nên phản ứng tách loại β-alkoxy còn đƣợc gọi là phản ứng bào
mòn. Đơn vị glucozơ cuối cùng của mạch tồn tại dƣới dạng andozơ sẽ đồng phân
hóa thành dạng xetozơ (2), liên kết glycozit ở vị trí β so với nhóm cacbonyl. Dƣới
tác dụng của kiềm mạnh, một ion H
+
bị tách khỏi C
3
và hình thành dạng ion endiol
(3). Liên kết glycozit ở vị trí C
4
phát huy đƣợc hiệu ứng điện tử nên liên kết
glucozơzit bị phân hủy, tách loại đƣợc alkoxy RO
-
giải phóng đơn vị saccarit cuối
mạch ở dạng xeto-enol (4), tautome hóa thành dixeton (5), xắp xếp lại tạo thành axit
glucoisosaccarinic (6). Phần mạch RO
-
nhận H
+
từ nƣớc hình thành đơn vị cuối
mạch dạng andozơ, quá trình phản ứng bào mòn lại tiếp tục diễn ra. Kết quả là
mạch phân tử xenlulozơ ngắn dần.

Hình 1.4. Phản ứng bào mòn xenlulozơ
Trong đó R: Phần mạch xenlulozơ
1. Xenlulozơ
2. Dạng xetozơ của đơn vị cuối mạch
3. ion endiol
4. Dạng xeto enol

5. Dạng dixeton
6. Axit glucoisosaccarinic




10
Bên cạnh đó, dƣới tác dụng của kiềm, xenlulozơ còn xảy ra phản ứng oxi hóa
và ngắt mạch đồng thời làm cho mạch xenlulozơ ngắn dần.
1.1.1.2. Thành phần silic hữu cơ
Thành phần nguyên tố lớn thứ hai trong trấu là silic. Trong cơ thể động thực
vật, silic có trong các mô liên kết, xƣơng sụn và gân do silic tham gia quá trình sinh
tổng hợp của các tổ chức này.

Hình 1.5. Cấu trúc của silic trong tế bào.
Trong các phụ phẩm nông nghiệp, đặc biệt là trấu, có hàm lƣợng xenlulozơ
cao, silic liên kết chủ yếu với mạch xenlulozơ qua cầu liên kết oxi:


Hình 1.6. Cấu trúc hữu cơ của silic trong trấu.



11
Ngoài ra, silic còn có thể tạo liên kết trực tiếp với cacbon (Si-C) hoặc liên
kết qua oxi (Si-O-C).
Silic là nguyên tố dinh dƣỡng hữu ích cho hầu hết các loài thực vật, đặc biệt
đối với cây một lá mầm (lúa, mía, ngô…), hàm lƣợng silic trong tế bào đạt 5% trở
lên. Khi cây đƣợc bón đầy đủ silic sẽ tăng tính kháng sâu đục thân, kháng bệnh,
kháng nấm do silic tạo ra rào cản cơ học chống lại sự tấn công của côn trùng miệng

nhai và chích hút. Hàm dƣới của sâu rất yếu nên không gặm đƣợc lớp cutin trên
biểu bì của lá. Đồng thời, silic cũng có vai trò xúc tác trong tính kháng sinh lý bằng
cách sản sinh ra những hợp chất hóa học: tannin, phenol Do đó, dùng silic để
kiểm soát dịch hại là góp phần quản lý tổng hợp về sâu bệnh hại vì nó không để lại
tồn dƣ chất độc hóa học trên cây trồng và môi trƣờng [100, 139].
Bên cạnh các thành phần chính là xenlulozơ và silic, trong trấu còn chứa một
lƣợng đáng kể các hợp chất hữu cơ khác:
- Nitơ chủ yếu có trong thành phần của protein, chiếm 1,7-7,4% trọng
lƣợng trấu và trong thành phần của photpholipit.
- Photpho có trong lipit chiếm 0,4-3% trọng lƣợng trấu, có mặt trong
photphatit giúp tăng tính thẩm thấu của tế bào, tăng khả năng chống
chịu rét của cây. Photpho tham gia vào thành phần của adenosin tri
photphat, uridin tri photphat, cytidin tri photphat, guanin tri photphat
là các hợp chất hữu cơ tiền sinh học, tham gia vào các quá trình trao
đổi chất và năng lƣợng. Photpho tham gia vào cấu tạo của nucleotit
– thành phần của nhân tế bào. Photpho nằm trong phitin – là dạng
photpho dự trữ trong tế bào.
Ngoài ra, trong thành phần trấu còn chứa các nguyên tố kali, lƣu huỳnh,
magie, sắt, nhôm, kẽm… đều tồn tại dƣới dạng các hợp phần hữu cơ sinh học,
tƣơng hợp giúp cây trồng dễ hấp thu.




12
1.1.2. Ứng dụng của các phụ phẩm nông nghiệp
Trƣớc đây, do điều kiện kinh tế còn nghèo nàn, khoa học kỹ thuật lạc hậu,
chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu của xã hội, các phụ phẩm nông nghiệp nhƣ rơm, rạ,
thân lá ngô, thân lá mía, bã mía… thƣờng đƣợc sử dụng làm chất đốt phục vụ cho
sinh hoạt hàng ngày của con ngƣời.

Ngày nay, với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, ngành nông
nghiệp nƣớc ta có những bƣớc phát triển vƣợt bậc, sản lƣợng ngày càng tăng, kéo
theo đó là một lƣợng lớn các phụ phẩm nông nghiệp đƣợc thải ra môi trƣờng. Trong
khi đó, nhu cầu sử dụng làm chất đốt giảm đi do có nhiều nguồn nhiên liệu tiên tiến
thay thế. Việc tái sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp bằng cách đốt trực tiếp trên
những cánh đồng để trả lại cho đất nguồn dinh dƣỡng mà cây trồng đã hấp thu, biện
pháp này giải quyết bƣớc đầu đƣợc lƣợng phụ phẩm tồn dƣ sau các mùa vụ, cung
cấp lại một phần các chất dinh dƣỡng nhƣ K, Si nhƣng hiệu quả không cao do quá
trình đốt cháy vô hình dung đã chuyển các hợp phần hữu cơ dễ phân hủy sinh học,
dễ hấp thu cho cây thành các chất vô cơ khó hấp thu, đồng thời mất đi một lƣợng
đáng kể các hợp chất hữu cơ khác: xenlulozơ, protein, lipit…
Việc vùi trực tiếp các phụ phẩm nông nghiệp xuống đất trồng cung cấp đầy
đủ đƣợc các hợp phần hữu cơ trong phụ phẩm cho cây: xenlulozơ, protein, NPK
hữu cơ, silic hữu cơ… tuy nhiên hạn chế của phƣơng pháp này là thời gian phân
hủy chậm nên phải kết hợp với sử dụng vi sinh vật để phân hủy các phụ phẩm, dẫn
đến khó khăn trong quá trình kiểm soát các chủng vi sinh, đồng thời, các phụ phẩm
có thể mang mầm sâu bệnh cho các vụ tiếp theo.
Ngày nay, các phụ phẩm nông nghiệp đang đƣợc quan tâm bởi các thành
phần dinh dƣỡng phong phú, giá trị kinh tế, môi trƣờng và đặc biệt là nguồn gốc
xanh của nó: Làm nhiên liệu đốt trong các thiết bị máy móc, sản xuất nhiên liệu
sinh học, chế biến thức ăn gia súc, sản xuất phân bón hữu cơ, làm phụ gia xây
dựng…



13
Việt Nam là một nƣớc xuất khẩu gạo, sản lƣợng lúa năm 2009 khoảng 38,9
triệu tấn tƣơng đƣơng khoảng 7 triệu tấn trấu đƣợc thải ra. Trƣớc đây, vỏ trấu
thƣờng đƣợc sử dụng làm chất đốt tuy nhiên hiệu quả kinh tế của nó không cao do
trấu có tỷ trọng nhỏ nên thể tích cồng kềnh, gây khó khăn cho quá trình vận chuyển.

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngày nay, vỏ trấu đã đƣợc nghiên cứu và
sử dụng trong nhiều lĩnh vực: Vỏ trấu đƣợc dùng để ủ cùng với ure, với vôi để dễ
tiêu hóa, làm thức ăn cho gia súc [103], dùng để chế tạo cồn công nghiệp, sản suất
nhiên liệu sinh học; sử dụng SiO
2
tách ra từ vỏ trấu để sản xuất các vi mạch, vật liệu
bán dẫn, sử dụng trong thiết bị lọc nƣớc; sản xuất điện, sản xuất ván, gỗ ép từ vỏ
trấu [49, 103, 110, 132]… nhƣng chƣa thật sự có biện pháp nào hiệu quả để giải
quyết toàn bộ lƣợng trấu thải ra.
Trấu đƣợc dùng làm nguyên liệu đầu cho nhiều quá trình tổng hợp do cấu
trúc hạt của nó, không hòa tan trong nƣớc, ổn định hóa chất, sức bền cơ học cao, sẵn
có tại địa phƣơng với chi phí gần nhƣ không có và là nguồn nguyên liệu vô tận.
Trấu chiếm 18-25% khối lƣợng hạt thóc [36]. Việc biến tính vỏ trấu thành nguồn
nguyên liệu mới cho các ngành công nghiệp đang đƣợc quan tâm. Trong đó có biện
pháp sử dụng vỏ trấu làm nguyên liệu điều chế zeolit do trấu có hàm lƣợng silic cao
(8-12%), là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho quá trình tổng hợp zeolit [48, 54, 56,
58, 70, 71, 72, 75,85, 86, 87, 91, 114, 117, 119, 120, 126, 129, 147, 148, 149].
Ƣu điểm của zeolit-cacbon tạo thành là nó có khả năng hấp phụ cả những
chất hữu cơ phân cực và không phân cực, có thể dùng trong nhiều lĩnh vực: Khử
màu, khử mùi, làm sạch nƣớc ô nhiễm, xử lý môi trƣờng, không khí…
Quá trình tổng hợp zeolit với nguồn silic từ trấu có thể tiến hành theo nhiều cách
khác nhau:
- Đốt cháy vỏ trấu ở nhiệt độ 600-1000
0
C, chuyển toàn bộ thành phần các hợp
chất trong vỏ trấu về dạng các oxit, sau đó dùng dung dịch NaOH chiết lƣợng SiO
2
tạo
thành [55, 71, 91]. Sản phẩm tạo thành có thể là silic vô định hình hoặc silic tinh thể tùy
thuộc vào nhiệt độ tiến hành phản ứng.

14
- Thủy phân vỏ trấu bằng các dung dịch axit HCl, H
2
SO
4
để loại bỏ các tạp chất
và phần hữu cơ sau đó nhiệt phân ở 500-600
0
C để phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu
cơ, thu đƣợc SiO
2
vô định hình [72, 135].
- Chiết trực tiếp silic trong trấu bằng dung dịch NaOH [22, 44]. Sản phẩm thu
đƣợc là silic vô định hình.
Luận án này nghiên cứu quá trình tổng hợp zeolit NaX - một loại zeolit mao quản
lớn, đƣợc ứng dụng nhiều trong hấp phụ và trao đổi ion – với nguồn silic từ trấu bằng
cách thủy phân trấu bằng kiềm trong thủy tinh lỏng. Khi đó, dƣới tác dụng của kiềm đặc
trong thủy tinh lỏng, mạch xenlulozơ trong trấu trƣơng tối đa, giúp quá trình tách silic
diễn ra thuận lợi. Lƣợng silic trong trấu đƣợc chiết ra, là dạng silic vô định hình, mới
sinh, hoạt động, kết hợp với silic trong thủy tinh lỏng để tổng hợp zeolit. Đồng thời,
mạch xenlulozơ trong trấu bị thủy phân một phần tạo thành các hợp phần amyloit linh
động. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là vẫn giữ nguyên đƣợc cấu trúc hữu cơ tứ diện của
silic hữu cơ tự nhiên dùng để thay thế cho các nguồn silic hữu cơ tổng hợp đắt tiền nhƣ
TEOS, TMOS; giữ nguyên đƣợc cấu trúc tứ diện của cacbon hữu cơ trong xenlulozơ
đóng vai trò làm template cho quá trình tổng hợp zeolit. Mặt khác, luận án nghiên cứu
quá trình thủy phân vỏ trấu bằng axit photphoric nhằm thu đƣợc một chế phẩm hữu cơ
giàu dinh dƣỡng gồm có các thành phần hữu cơ trong trấu: xenlulozơ, protein, NPK hữu

cơ, silic hữu cơ, vi lƣợng và bổ sung thêm photpho, nitơ trong quá trình thủy phân, kết
hợp với zeolit NaX trực tiếp làm phụ gia phân bón, cung cấp và điều tiết dinh dƣỡng cho
cây trồng
1.2. Giới thiệu chung về hidrogel
1.2.1. Định nghĩa và cấu tạo hidrogel
Hidrogel hay polime trƣơng nở là các vật liệu polime có khả năng trƣơng
trong nƣớc mà không bị hòa tan. Các hidrogel có khả năng hấp thụ nƣớc, nƣớc
muối sinh lý hoặc các dung dịch sinh lý với lƣợng dao động từ 10 đến 100 thậm
chí có thể lên tới 1000 lần so với trọng lƣợng của hidrogel [15, 16].



15
Tính trƣơng hay tính ƣa nƣớc của hidrogel đƣợc quyết định bởi các nhóm
chức phân cực nhƣ: -OH, -COOH, -CONH
2
, -SO
3
H phân bố trên các mắt xích của
polime. Trong quá trình trƣơng nở của hidrogel xảy ra đồng thời hai quá trình: Sự
xâm nhập dung môi vào các lỗ của polime và sự giãn của mạch polime dẫn tới quá
trình dẻo hóa và làm cho thể tích của hidrogel tăng lên. Thực chất là do tác động
của lực ion, lực Vander vaals, liên kết hidro, áp suất thẩm thấu [65, 67, 69]
Hidrogel đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Đệm thấm mồ hôi,
vật liệu giữ nƣớc, phụ gia chống thấm, công nghiệp xây dựng, công nghiệp mỹ
phẩm, thực phẩm, bao gói, công nghiệp dƣợc, y tế và một hƣớng ứng dụng đặc
biệt quan trọng đang rất đƣợc quan tâm là làm chất giữ ẩm và cung cấp các nguyên
tố vi lƣợng cho cây trồng.
1.2.2. Ứng dụng của hidrogel trong nông nghiệp
Việc sử dụng chất giữ ẩm là một tiến bộ khoa học kỹ thuật đƣợc ứng dụng ở

nhiều nƣớc trên thế giới từ những năm 80. Hiệu quả của biện pháp này đã đƣợc
khẳng định ở Mỹ, Canada, Trung Quốc với việc cải tạo các vùng xa mạc, phủ
xanh đồi núi trọc ở Mỹ, bón cho những cánh đồng cafe ở Braxin, củ cải đƣờng ở
Đức… kết quả là làm tăng năng suất cây trồng, giảm tỷ lệ chết ở thực vật, giảm sự
chăm sóc cần thiết đối với cây trồng, tiết kiệm đƣợc thời gian và nƣớc tƣới [64, 73,
96,111, 121, 122, 130,144].
Ở Việt Nam, Viện Khoa học Kinh tế và Thủy lợi đã tiến hành nghiên cứu sử
dụng vật liệu giữ ẩm trên một số cây trồng ở Tây Nguyên, Tây Bắc đã thu đƣợc kết
quả tốt, làm tăng năng suất và chất lƣợng nông sản. Bộ môn Sinh thái Môi trƣờng -
Trƣờng Đại học Nông Nghiệp Hà Nội đã sử dụng vật liệu giữ ẩm có nguồn gốc từ
Nhật Bản và ứng dụng trên cây lạc, kết quả thu đƣợc rất khả quan, rút ngắn thời gian
sinh trƣởng của cây 7-9 ngày, năng suất trung bình đạt 39,8 tạ/ha (tăng 26,7% so với
mẫu đối chứng) [6, 34].
Tại Viện Hóa học –Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nhóm nghiên
cứu của GS.TS. Nguyễn Văn Khôi đã nghiên cứu chế tạo thành công các chất giữ



16
ẩm AMS-1 và AMS-2 ứng dụng để giữ ẩm cho cây bông ở Đồng Nai cho năng suất
tăng khoảng 20%. Trồng lạc trên đất cát ở Huế cho năng suất tăng 45-56% và hiện
đang đƣợc sử dụng để trồng cây keo tai tƣợng trên đất bãi thải mỏ than Hà Tu -
Quảng Ninh nhằm cải tạo đất, chống sụt lún. Kết quả bƣớc đầu cho thấy, cây keo tai
tƣợng có thể phát triển đƣợc trên đất của bãi thải khi đƣợc bổ sung vật liệu polime
giữ ẩm, cây cứng cáp, rễ bám chắc [15, 16, 17, 18, 25, 40, 41].
TS. Nguyễn Cửu Khoa – Viện Công nghệ Hóa học đã nghiên cứu trộn vật
liệu giữ ẩm với vỏ trấu hoặc vỏ cà phê rồi bón xuống đất, sau mỗi lần tƣới, chất giữ
ẩm sẽ giữ lại phần lớn lƣợng nƣớc tƣới, giúp tiết kiệm đƣợc 30-60% lƣợng nƣớc
tƣới cho cây trồng. Các nhà khoa học đã thử nghiệm chất giữ ẩm này trên cây cà
phê, ngô và bông ở tỉnh Gia Lai, cho kết quả khả quan. Năng suất cây cà phê tăng

khoảng 5 tấn/ha; cây ngô tăng thêm 50% năng suất so với trồng điều kiện thƣờng;
năng suất cây bông tăng khoảng 10-40%. Ngoài ra, chế phẩm không ảnh hƣởng đến
môi trƣờng đất và chất lƣợng cây trồng, có thể dùng cho cả loại cây ngắn và dài
ngày.
Các kết quả đạt đƣợc là do hidrogel có khả năng cải thiện cấu trúc đất, đối
với đất nặng, hidrogel trƣơng lên làm gãy một phần cấu trúc đất, làm tăng quá trình
lƣu thông và thoát nƣớc. Đối với đất cát, hidrogel làm tăng sức chứa ẩm, hidrogel
trƣơng lên giúp thoát nƣớc nhanh chóng trong trƣờng hợp bị ngập úng. Bên cạnh
đó, hidrogel còn có khả năng lƣu giữ phân bón và vi lƣợng - là những dinh dƣỡng
không thể thiếu đối với quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây trồng [111].
Hidrogel trên cơ sở tinh bột ghép poliacrylic axit (Polime S) đƣợc tổng hợp
trên nền tinh bột, là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, có khả năng phân hủy sinh học nên
việc chế tạo polime tinh bột ghép poliacrylic axit vừa có ý nghĩa môi trƣờng, vừa có
giá trị kinh tế [51, 52, 53, 57, 133, 134, 137, 141].
1.3. Zeolit - Đặc điểm, cấu trúc và ứng dụng trong nông nghiệp
1.3.1. Thành phần và cấu trúc của zeolit



17
Zeolit là các hợp chất polihidrat của nhôm silicat tinh thể, có hệ thống mao
quản đồng đều và trật tự với thành phần hoá học:
(Me
n+
)
x/n

(AlO
2
)

x

(SiO
2
)
y.
z H
2
O hoặc (Me
n+
)
x/n
(H
2
O)
z
[Si
y
Al
x
O
t
]
Trong đó: Me là ion kim loại n: là điện tích của ion kim loại
z: số phân tử nƣớc x,y: phụ thuộc vào từng loại zeolit (y  x)
Song, khi kỹ thuật tổng hợp zeolit ngày càng phát triển thì quan niệm này
cũng không còn cứng nhắc nữa. Sự thay thế đồng hình nguyên tử Si hoặc Al bởi P,
B, Ga, Fe, Ti, Ge đã tạo ra một lƣợng lớn các zeolit khác nhau mà trong thành
phần không chỉ đơn thuần gồm Al và Si. Từ đó có thể dẫn đến sự thay đổi tính chất
axit - bazơ, oxi hoá - khử của vật liệu xúc tác.

Đơn vị cấu trúc sơ cấp của zeolit là các tứ điện TO
4
: SiO
4
, AlO
4
-
. Đỉnh tứ
diện là nguyên tử oxi, tâm là nguyên tử T (T = Al, Si, P, Fe ). Việc thay thế đồng
hình nguyên tử T trong tứ diện bằng các nguyên tử có hoá trị thấp hơn (ví dụ Si
4+

bằng Al
3+
, Fe
3+
, B
3+
) sẽ dẫn đến sự tích điện âm trong bộ khung zeolit. Điện tích
âm này đƣợc trung hòa bởi sự có mặt của cation Me
n+
(thƣờng là ion Na
+
) gọi là
cation bù trừ điện tích khung. Liên kết giữa cation với khung zeolit có bản chất là
liên kết ion nên các cation này có thể đƣợc trao đổi bằng các cation khác mà không
làm ảnh hƣởng đến cấu trúc tinh thể của zeolit. Đây chính là cơ chế của quá trình
hấp phụ kim loại trên zeolit.
Zeolit là vật liệu rắn có cấu trúc lỗ nhỏ, lỗ xốp của zeolit đƣợc hình thành bởi
sự ghép nối của các tứ diện qua nguyên tử oxi chung tạo vòng gồm 6, 8, 10 hoặc 12

nguyên tử oxi. Các tứ diện TO
4
kết hợp với nhau theo một trật tự xác định tạo ra các
đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU, Secondaly Building Units) trong zeolit. Những SBU
này có thể kết hợp lại với nhau theo 3 chiều trong không gian để tạo thành khối đa
diện gọi là sodalit. Sự sắp xếp theo các hƣớng khác nhau của sodalit sẽ tạo nên các
zeolit với bộ khung gồm các hệ thống kênh mao quản và hốc có kích thƣớc nhất
định và khác nhau đặc trƣng cho từng loại zeolit.



18
Mỗi loại zeolit có những đặc trƣng riêng biệt về thành phần hoá học và cấu
trúc tinh thể nhƣ: kích thƣớc cửa sổ, kích thƣớc lỗ xốp, sự sắp xếp của các tứ diện
trong mạng lƣới zeolit tạo hệ thống mao quản một chiều, hai chiều hoặc ba chiều.
Chính vì vậy, khả năng ứng dụng của mỗi loại zeolit trong lĩnh vực hoá học hấp
phụ, xúc tác… cũng rất khác nhau.
1.3.2. Tính chất của zeolit.
Với đặc điểm cấu trúc tinh thể đặc biệt và thành phần hoá học xác định,
zeolit có những tính chất rất đặc trƣng quyết định đến khả năng hấp phụ, xúc tác của
chúng trong quá trình chuyển hoá các hợp chất hữu cơ.
* Tính chất hấp phụ [26].
Zeolit có cấu trúc tinh thể với bộ khung là các mắt xích SiO
2
và Al
2
O
3
tạo
thành các hốc có kích thƣớc khác nhau tuỳ thuộc từng loại zeolit do vậy zeolit có

khả năng hấp phụ một cách chọn lọc. Tính hấp phụ chọn lọc phụ thuộc vào hai yếu
tố chính là kích thƣớc cửa sổ mao quản của zeolit và năng lƣợng tƣơng tác giữa
trƣờng tĩnh điện của zeolit với chất bị hấp phụ có momen lƣỡng cực. Khả năng hấp
phụ của zeolit phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Bản chất của chất bị hấp phụ, bản chất
cation trao đổi, mức độ trao đổi, sự phân bố của các cation và phụ thuộc vào từng
loại zeolit.
* Tính axit của zeolit - tính trao đổi ion.
Theo thuyết axit, zeolit sau khi đƣợc trao đổi ion H
+
hoặc cation kim loại đa
hoá trị Me
n+
sẽ tồn tại hai loại tâm axit, đó là tâm axit Bronsted và tâm axit Lewis.
+ Tâm axit Bronsted: Tâm axit Bronsted đƣợc xác định bởi khả năng tách proton
của nhóm -OH, đây là tâm axit mạnh. Tâm này đƣợc tạo thành do proton sinh ra trong
quá trình xử lý zeolit tấn công vào liên kết Si-O-Al làm đứt liên kết Si-O hoặc Al-O tạo
nhóm -OH mang tính axit.
+ Tâm axit Lewis: Tâm axit Lewis trong zeolit là những trung tâm thiếu hụt
electron (thƣờng là nguyên tử Al còn chứa các obitan trống). Tâm này đƣợc xác định



19
bởi khả năng tiếp nhận thêm một cặp electron khi tƣơng tác với các phân tử chất phản
ứng là những bazơ Lewis.
Nhƣ vậy, trên zeolit tồn tại hai loại tâm axit. Nồng độ và cƣờng độ của các tâm
axit có ảnh hƣởng rất lớn đến kết quả phản ứng. Tùy thuộc từng loại phản ứng, từng
loại zeolit mà các tâm này phát huy khả năng hấp phụ, xúc tác ở những mức độ khác
nhau.
* Tính chọn lọc hình dạng của zeolit.

Đối với lĩnh vực xúc tác đây là lý thuyết mới, đã và đang đƣợc nghiên cứu để
tìm hiểu cơ chế ảnh hƣởng, tính chất quyết định của nó đến các quá trình phản ứng,
đến khả năng ảnh hƣởng chọn lọc, đến các chất tham gia và sản phẩm phản ứng.
Đối với quá trình hấp phụ và giải hấp, tính chọn lọc hình dạng đƣợc quyết định bởi
tính chất mao quản, lực mao quản, kích thƣớc mao quản, khả năng trao đổi ion
các yếu tố này ảnh hƣởng quan trọng đến tính chất hấp phụ, khả năng giữ nƣớc, giữ
NPK, khả năng trao đổi K
+
, H
+
trong phân bón, điều hoà pH trong đất do vậy tính
chất này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong nông nghiệp.
1.3.3. Đặc điểm cấu trúc của zeolit NaX
Zeolit NaX là loại zeolit có nguồn gốc tự nhiên, thuộc họ Faujazite. Đơn vị
cấu trúc thứ cấp là các vòng kép 6 cạnh, đơn vị cấu trúc cơ bản là sodalit. Sodalit là
một khối bát diện cụt gồm 8 mặt 6 cạnh và 6 mặt 4 cạnh do 24 tứ diện TO
4
ghép lại.
Mỗi nút mạng của zeolit NaX đều là các bát diện cụt và mỗi bát diện cụt liên kết với
4 bát diện cụt khác ở 6 mặt thông qua liên kết cầu oxi (phối trí tứ diện nhƣ các đỉnh
cacbon trong cấu trúc kim cƣơng). Số mặt 6 cạnh của bát diện cụt là 8, do đó tồn tại
4 mặt 6 cạnh còn trống của mỗi bát diện cụt trong zeolit NaX.
Theo kiểu cấu trúc này, một ô mạng chứa 8 bát diện cụt, trong một ô mạng
cơ sở, tổng số tứ diện SiO
4
và AlO
4
-
bằng 192, chứa 384 nguyên tử oxi tạo ra các
hốc lớn với đƣờng kính khoảng 13Å, mỗi hốc lớn thông với 4 hốc khác qua các

vòng 12 nguyên tử oxi có đƣờng kính bằng 7,4Å tạo nên một cấu trúc mạng có độ
rỗng cao. Khi các hốc lớn thông với các hốc nhỏ hoặc các hốc nhỏ thông với nhau



20
qua cửa sổ đƣợc giới hạn bởi vòng 6 nguyên tử oxi tạo nên hệ thống mao quản thứ
cấp có đƣờng kính khoảng 2,2Å.

Hình 1.7. Các đơn vị cấu trúc Faujazite.
Zeolit NaX có tỷ lệ Si/Al = 1-1,5 (hay tỷ lệ SiO
2
/Al
2
O
3
= 2-3), số ion Al
3+

trong một đơn vị cơ bản khoảng 77-96. Công thức hoá học của zeolit NaX có dạng:
|Na
88
(H
2
O)
220
| [Si
104
Al
88

O
384
]
Zeolit NaX thuộc loại zeolit mao quản lỗ rộng, nhiều nhôm và có hoạt tính
axit cao, trƣớc đây đƣợc sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực xúc tác. Tuy nhiên,
zeolit NaX có nhƣợc điểm là tạo cốc lớn, thành phần cấu trúc nhiều Al nên kém
bền nhiệt nên hiện nay chỉ còn đƣợc dùng hạn chế trong hệ FCC, chủ yếu đƣợc
ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xúc tác đặc biệt là hấp phụ: Tách khí O
2
từ hỗn
hợp N
2
-O
2
trong không khí, trao đổi K
+
, H
+
, trao đổi amoni gợi mở một hƣớng



21
đi mới trong nông nghiệp: Dùng zeolit làm vật liệu hấp phụ để lƣu giữ phân bón,
điều hoà pH, cung cấp bổ sung K
+
, SiO
2
, Ca, Mg, các vi lƣợng cần thiết cho đất.
1.3.4. Ứng dụng của zeolit trong nông nghiệp.

Lƣợng zeolit tiêu thụ hàng năm trên thế giới rất lớn, chủ yếu ở 3 trung tâm
kinh tế lớn nhất thế giới là Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản [61, 76, 78, 87].
Bảng 1.4. Tình hình tiêu thụ zeolit trên thế giới.
Năm
Lƣợng tiêu thụ (triệu tấn)
2002
2005
2010
Zeolit thiên nhiên
3,98
4,58
5,5
Zeolit tổng hợp
1,36
1,61
1,86
Tổng các loại Zeolit
5,34
6,19
7,36
Tổng giá trị (tỉ USD)
2,19
2,52
2,94

Ngày nay, sản lƣợng zeolit ở Mỹ đã vƣợt quá 60.000 tấn/ năm với tốc độ
tăng trƣởng đạt 10-15%/ năm. Động lực của sự tăng trƣởng này chủ yếu là lĩnh vực
thức ăn bổ sung cho gia súc, phân bón, xử lý môi trƣờng và thiết bị lọc nƣớc [61,
76, 78].
Trong trồng trọt, zeolit đƣợc sử dụng làm chất phụ gia phân bón cho nông

nghiệp, chất hỗ trợ đất giúp tăng sự hấp thu chất dinh dƣỡng từ phân bón cho cây
trồng. Khi sử dụng phân bón có chứa zeolit, chất dinh dƣỡng từ phân bón sẽ đƣợc
zeolit hút vào rồi nhả ra dần dần theo nhu cầu của cây trồng. Bên cạnh đó, nó còn
góp phần cải tạo đất do tạo đƣợc độ tơi xốp và giữ ẩm cho đất. Một số sản phẩm
zeolit trên thị trƣờng có chứa clinoptilolit hạt hoặc clinoptilolit đã điều chỉnh về mặt
dinh dƣỡng cho sự phát triển cây trồng [127].
Zeolit cải tiến khả năng trao đổi cation của đất cát và giảm sự rửa trôi các
chất dinh dƣỡng, nhờ đó cải tiến sự hấp thụ dinh dƣỡng cho cây trồng và giảm ô



22
nhiễm trong nƣớc. Zeolit dạng vi xốp cũng làm giảm độ chặt của đất và tạo sự
thông khí tốt hơn, đồng thời giúp nƣớc ngấm vào các lớp đất chắc. Zeolit không
phân hủy, chúng vẫn ở trong đất và hoạt động từ năm này qua năm khác. Ngƣời ta
ƣớc tính, ở Mỹ, lƣợng zeolit đƣợc bán cho mục đích cải tạo đất là khoảng 5.000
tấn/năm [61].

Hình 1.8. Cơ chế điều tiết dinh dƣỡng của zeolit.
Zeolit hấp phụ amoni, kali, canxi, magie và nhiều nguyên tố vi lƣợng khác.
Zeolit đặc biệt có ái lực lớn đối với các ion amoni và kali. Khi cây trồng hấp thu
amoni và kali từ zeolit, zeolit sẽ hấp thụ canxi từ canxi photphat trong đất để cân
bằng điện tích âm trong zeolit, đồng thời giải phóng photpho cung cấp cho cây
trồng.
Việc hấp thụ và nhả dinh dƣỡng cho cây trồng từ zeolit nhƣ một chu kỳ tự
nhiên của nitơ, kali và photpho. Zeolit hấp phụ các nguồn amoni hay kali khi trong
môi trƣờng dƣ thừa đồng thời ngăn ngừa sự rửa trôi bởi nƣớc mƣa và nƣớc tƣới.
Zeolit lƣu giữ các dinh dƣỡng bằng các liên kết hóa học cho đến khi các dinh dƣỡng
đó đƣợc hấp thu bởi rễ cây.

23
Zeolit là một chất cải tạo đất tiềm năng, là một tác nhân hấp phụ dinh dƣỡng
và giữ ẩm tự nhiên. Nó giúp nƣớc thâm nhập vào đất và phân phối đều đến các khu
vực. Zeolite không có tính axit, nó có bản chất kiềm nhẹ, khi sử dụng với các loại
phân bón có thể giúp tăng độ đệm pH của đất.

Hình 1.9. Mô hình trồng trọt thông thƣờng.
Trong đó:
1. Quá trình cơ giới hóa cải tạo đất, giúp phân bổ N, K lên mặt đất.
2. Quá trình tƣới nƣớc sau khi trồng cây làm giảm lƣợng nitơ do tạo thành
NH
3
bay hơi.
3. Quá trình tƣới nƣớc đƣa phân bón vào vùng rễ cây.
4. Cây có thể sử dụng lƣợng phân bón cần thiết khi nó vẫn còn trong vùng rễ
cây, tuy nhiên một lƣợng phân bón đã bị rửa trôi.
5. Sự rửa trôi phân bón xảy ra mạnh mẽ ở những loại đất có dung tích trao
đổi ion thấp nhƣ đất cát. Khi đó, cây trồng không hấp thu đƣợc các chất
dinh dƣỡng có trong đất.
Theo thống kê của tổng công ty hóa chất Việt Nam, cây trồng chỉ hấp thu
đƣợc khoảng 40-60% lƣợng phân bón mà con ngƣời cung cấp, còn lại là bị mất mát
do quá trình phân hủy bởi môi trƣờng, do bị rửa trôi bởi nƣớc mƣa, nƣớc tƣới. Quá