luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp phân urea nhả chậm

Mở đầu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƯ NHIÊN

TRẦN ĐỨC PHƯƠNG
NGHIÊN CỨU TỔNG HP PHÂN UREA NHẢ CHẬM
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2006
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
MỞ ĐẦU
Từ rất lâu đời con người đã biết sử dụng phân bón. Năm 1840, sau khi nhà
bác học người Đức là Liebig đề ra thuyết dinh dưỡng khoáng của cây, việc sản
xuất và sử dụng phân bón hóa học tăng lên rất mạnh, góp phần rõ rệt nâng cao
năng xuất cây trồng.
Tuy nhiên, các nhà khoa học đã chứng minh được rằng, trong điều kiện
canh tác lý tưởng, cây trồng chỉ hấp thụ tối đa khoảng 25 – 30% tổng lượng phân
đạm được bón. Số còn lại (70 - 75%) bò mất một cách khả kháng do nhiều
nguyên nhân như chảy nước, bay hơi, bò phân hủy nhiệt, phân hủy quang hóa,
Đặc biệt do các hạt đất và các hạt nitrate đều tích điện âm, chúng đẩy nhau nên
rất dễ bò rửa trôi, tích tụ trong các nguồn nước, trong nông sản thực phẩm, rau
quả, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây ra nhiều bệnh ung thư đặc biệt
là bệnh methaemoglobinaemia – một loại bệnh liên quan đến quá trình trao đổi
oxygen trong máu [4].
Để tăng hiệu quả sử dụng phân bón và tránh ô nhiễm môi trường, chúng tôi
đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp loại phân urea nhả chậm từ urea, tinh bột,
acetaldehyde và formaldehyde.
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
Mở đầu
Tổng quan

I. Phân bón và vai trò của phân bón 1
1. Phân bón là gì? 1
2. Vai trò của phân bón đối với cây trồng và sản xuất nông nghiệp 1
2.1. Đối với cây trồng 1
2.1.1. Vai trò của các chất đa lượng 1
2.1.1.1. Vai trò của nitrogen (N) 1
2.1.1.2. Vai trò của phosphorus (P) 2
2.1.1.3. Vai trò của kalium (K) 3
2.1.2. Vai trò của các chất trung lượng 4
2.1.2.1. Vai trò của calcium (Ca) 4
2.1.2.2. Vai trò của magnesium (Mg) 4
2.1.2.3. Vai trò của sulfur (S) 5
2.1.3. Vai trò của các chất vi lượng 5
2.2. Đối với đất và môi trường 6
2.3. Đối với biện pháp kỹ thuật trồng trọt và thu nhập của người sản xuất 6
3. Những chất dinh dưỡng cần cho cây trồng 7
4. Sự phân huỷ của phân urea trong đất 8
II. Giới thiệu phân bón nhả chậm 9
1. Tính chất nhả chậm của phân bón 9
2. Tình hình nghiên cứu về phân bón nhả chậm 9
2.1. Tình hình trên thế giới 9
2.2. Tình hình ở Việt Nam 15
III. Giới thiệu về tinh bột và cơ chế phản ứng ghép của TB-aldehyde 17
1. Mở đầu 17
2. Thành phần hóa học của tinh bột 17
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
3. Khả năng tạo màng của tinh bột 18
3.1. Khả năng tạo màng do sắp xếp các phân tử tinh bột 18
3.2. Khả năng tạo màng do phản ứng với các chất liên kết ngang 18

4. Cơ chế phản ứng ghép aldehyde trên mạch tinh bột 19
4.1. Bản chất phản ứng 19
4.2. Phản ứng qua hai giai đoạn 19
4.2.1.Sự tạo thành hemiacetal 19
4.2.2.Sự tạo thành acetal 21
IV. Giới thiệu về polymer urea–formaldehyde (UF) 22
1. Mục đích sử dụng làm keo 22
2. Mục đích sử dụng làm phân bón 22
3. Các phương pháp tổng hợp 22
4. Ứng dụng của polymer urea formaldehyde 26
Thực nghiệm
Tính cấp thiết của đề tài 27
Mục tiêu của đề tài 27
Nội dung của đề tài 28
I. Hóa chất, dụng cụ và thiết bò 29
1. Hóa chất 29
2. Dụng cụ và thiết bò 29
II. Phân urea nhả chậm trên nền tinh bột 31
1. Tổng hợp màng bao phân 31
1.1. Phương pháp tổng hợp 31
1.2. Xác đònh cấu trúc màng 32
1.2.1. Phổ IR 32
1.2.2. Phổ NMR 32
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
1.3. Phương pháp đo thời gian phân huỷ cấu trúc màng TB - acetaldehyde 32
1.3.1. nh hưởng củ loại tinh bột 32
1.3.2. nh hưởng của hàm lượng acetaldehyde 50% 33
2. Tạo phân urea nhả chậm 33
2.1. Phương pháp 33

2.2. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng nhả chậm N 34
2.2.1. nh hưởng của hàm lượng acetaldehyde 34
2.2.2. nh hưởng của hàm lượng tinh bột 35
2.2.3. nh hưởng của hàm lượng urea 35
2.3. Phương pháp đánh giá khả năng nhả chậm của phân 35
2.3.1. Phương pháp xác đònh N tổng 36
2.3.2. Phương pháp xác đònh N nhả trong nước 38
III. Phân urea nhả chậm UF 39
1. Tổng hợp UF theo tỉ lệ 1:1 39
2. Phổ IR của sản phẩm 40
3. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng nhả chậm 40
3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ số mol 40
3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 41
4. Phương pháp đánh giá khả năng nhả chậm của sản phẩm 41
4.1. Xác đònh hàm lượng nitrogen tổng trong sản phẩm 41
4.2. Khảo sát độ tan trong nước 41
4.3. Khảo sát trong đất và nước 42
4.4. Khảo sát trong hỗn hợp đất + cát ẩm 44
4.5. Khảo sát điều kiện tổng hợp lên khả năng nhả chậm của sản phẩm 45
IV. Thử nghiệm thực tế trên cây trồng 45
1. Thử nghiệm phân urea nhả chậm nền tinh bột với cây rau cải ngọt 45
1.1. Chuẩn bò đất trồng 45
1.2. Trồng rau cải ngọt 45
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
1.3. Xác đònh hàm lượng N dễ tiêu trong đất trước và sau khi trồng 46
1.3.1. Cách lấy mẫu 46
1.3.2. Phơi khô mẫu 47
1.3.3. Nghiền và rây mẫu 47
1.3.4. Xác đònh N dễ tiêu 47

2. Thử nghiệm phân urea nhả chậm UF với cây cỏ voi 48
2.1. Chuẩn bò đất trồng 48
2.2. Trồng cây cỏ voi 48
2.3. Xác đònh hàm lượng N dễ tiêu trong đất trước và sau khi trồng 49
Kết quả và biện luận
I. Phân urea nhả chậm trên nền tinh bột 50
1. Kết quả phân tích của nền bao bọc 50
1.1. Phổ IR 50
1.2. Phổ NMR 50
1.3. Khảo sát thời gain phân huỷ cấu trúc màng tinh bột – acetaldehyde 52
1.3.1.nh hưởng của loại tinh bột 52
1.3.2. nh hưởng của hàm lượng acetaldehyde 52
2. Khảo sát khả năng nhả chậm N của sản phẩm 53
2.1. Khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde 54
2.1.1.Hàm lượng N tổng 54
2.1.2.Khả năng nhả chậm của sản phẩm 54
2.2. Khảo sát theo hàm lượng tinh bột 56
2.2.1.Hàm lượng N tổng 56
2.2.2.Khả năng nhả chậm của sản phẩm 56
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
2.3. Khảo sát theo hàm lượng urea 58
2.3.1.Hàm lượng N tổng 58
2.3.2.Khả năng nhả chậm của sản phẩm 58
II. Phân urea nhả chậm UF 60
1. Phổ IR của sản phẩm 60
2. Khảo sát khả năng nhả chậm của sản phẩm 60
2.1. Hàm lượng N tổng của sản phẩm 60
2.2. Khả năng nhả chậm N của sản phẩm 61
2.2.1.Độ tan của sản phẩm trong nước 61

2.2.2.Khả năng nhả N trong đất + nước 62
2.2.3.Khả năng nhả N trong đất + cát ẩm 64
2.2.4.nh hưởng của nhiệt độ 65
III. Kết quả trồng cây thực tế 66
1. Phân urea nền tinh bột trên cây rau cải 66
1.1. Hàm lượng N dễ tiêu trong đất 66
1.2. Kết quả trồng rau cải ngọt 67
2. Phân urea nhả chậm UF trên cây cỏ voi 70
2.1. Hàm lượng N dễ tiêu trong đất 70
2.2. Kết quả trồng cây cỏ voi 71
Kết luận 75
Kiến nghò 77
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TB: Tinh bột.
U: urea.
A: Acetaldehyde.
F: Formaldehyde.
UF: Urea formaldehyde polymer.
SP: Sản phẩm.
IR: Infrared.
NMR: Nuclear Magnetic Resonance.
DANH MỤC CÁC BẢNG
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
Bảng 1.1: Hàm lượng tinh bột (%) tính theo trọng lượng khô trong một số loài
thực vật 17
Bảng 2.1: Tỉ lệ số mol phản ứng của urea và formaldehyde 41
Bảng 2.2: Khối lượng phân UF được trộn với đất trong nước cho vào ống PVC.43

Bảng 3.1: Số liệu phổ IR của màng bao bọc phân 50
Bảng 3.2: Số liệu phổ NMR
13
C của màng bao bọc phân 50
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của loại tinh bột đến thời gian phân hủy màng 52
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng acetaldehyde đến t.gian phân hủy màng. 52
Bảng 3.5: Hàm lượng N tổng (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde) 54
Bảng 3.6: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde) 54
Bảng 3.7: Hàm lượng N tổng (khảo sát theo hàm lượng TB) 56
Bảng 3.8: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng TB) 56
Bảng 3.9: Hàm lượng N tổng (khảo sát theo hàm lượng urea) 58
Bảng 3.10: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng urea) 58
Bảng 3.11: Số liệu phổ IR của UF 60
Bảng 3.12: Hàm lượng N tổng trong sản phẩm UF 60
Bảng 3.13: Độ tan (%) trong nước của sản phẩm UF 61
Bảng 3.14: Hàm lượng N (%) nhả trong môi trường đất + nước 62
Bảng 3.15: Hàm lượng N (%) nhả trong môi trường đất + cát ẩm 64
Bảng 3.16: So sánh phần trăm nhả chậm của UF ở hai điều kiện phản ứng 66
Bảng 3.17: Hàm lượng N(%) dễ tiêu trong đất trước và sau khi bón phân (TB).66
Bảng 3.18: Kết quả trồng rau cải ngọt 68
Bảng 3.19: Hàm lượng N(%) dễ tiêu trong đất trước và sau khi bón phân UF 70
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
Bảng 3.20: Kết quả trồng cỏ voi 71
DANH MỤC ĐỒ THỊ
Đồ thò 3.1: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde) 55
Đồ thò 3.2: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng TB) 57
Đồ thò 3.3: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng urea) 59
Đồ thò 3.4: Độ tan (%) trong nước của sản phẩm UF 62
Đồ thò 3.5: Hàm lượng N (%) nhả của sản phẩm UF trong đất + nước 63

Đồ thò 3.6: Hàm lượng N (%) nhả của sản phẩm UF trong đất + cát 64
Đồ thò 3.7: Hàm lượng N (%) dễ tiêu trong đất trồng rau cải 67
Đồ thò 3.8: Hàm lượng N (%) dễ tiêu trong đất trồng cỏ voi 70
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Hệ thống phản ứng 31
Hình 2.2: Hệ thống cất N 37
Hình 2.3: ng PVC chứa đất + nước và sản phẩm UF 42
Hình 2.4: ng PVC chứa đất + cát ẩm và sản phẩm UF 44
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
Hình 3.1: Cải trồng với urea đối chứng 69
Hình 3.2: Cải trồng với SP 100% 69
Hình 3.3: Cải trồng với SP 50% 69
Hình 3.4: Cải trồng với SP 30% 69
Hình 3.5: Cỏ voi trồng với urea đối chứng (sau 3 tuần) 72
Hình 3.6: Cỏ voi trồng với UF 100% (sau 3 tuần) 72
Hình 3.7: Cỏ voi trồng với UF 50% (sau 3 tuần) 72
Hình 3.8: Cỏ voi trồng với urea đối chứng (sau 3 tháng) 73
Hình 3.9: Cỏ voi trồng với UF 100% (sau 3 tháng) 73
Hình 3.10: Cỏ voi trồng với UF 50% (sau 3 tháng) 73
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
I. Vai trò của phân bón [1], [2]
1. Phân bón là gì?
Phân bón là các chất hữu cơ hoặc vô cơ chứa các nguyên tố dinh dõng
cần thiết cho cây trồng được bón vào đất hay hòa vào nước phun, xử lý hạt
giống, rễ và cây con.
2. Vai trò của phân bón đối với cây trồng và sản xuất nông nghiệp
2.1.1 Đối với cây trồng
Phân bón cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng sinh

trưởng phát triển. Nếu chỉ lấy từ đất thì cây trồng hoàn toàn không đủ chất dinh
dưỡng mà phải lấy thêm phần lớn từ phân bón. Phân bón chính là thức ăn nuôi
sống cây trồng. Điều tra tổng kết ở khắp nơi trên thế giới đều cho thấy trong các
biện pháp kỹ thuật trồng trọt, bón phân 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 phạm vi
toàn thế giới trung bình phân bón quyết đònh 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.
2.1.1. Vai trò của các chất đa lượng
2.1.1.1. 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:
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
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 đònh 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, 10 kg đường, 70 kg khoai tây
hoặc 25 kg rơm rạ.
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 đònh năng suất cây. Thiếu N
cây sẽ sinh trưởng kém, còi cọc, lá vàng, ít hoa và quả, năng suất thấp.
2.1.1.2. Vai trò của phosphorus (P)
Cây hút P chủ yếu dưới dạng khoáng của phosphate hóa trò 1 (H
2
PO
4
-
) và
hóa trò 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 đồi 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.
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
P thúc đẩy sự ra hoa và hình thành quả ở cây, là yếu tố quyết đònh chất
lượng hạt giống.
P giúp cây tăng khả năng chống chòu 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.
2.1.1.3. Vai trò của phân Kalium (K)
Cây hút K dưới dạng K
+
, các tế bào của cây rất dễ để dung dòch K thấm
qua nên K được cây hút dễ dàng hơn các nguyên tố khác. Phân K bao gồm moat
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.
K tăng cường khả năng chống chòu các điều kiện bất lợi cho cây như rét,
hạn, úng, sâu bệïnh.
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.
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
2.1.2. Vai trò của các chất trung lượng
Chất trung lượng là 3 chất calcium (Ca), mangesium (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 rất quan trọng.
2.1.2.1. 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 đònh, vững chắc. Ca cần cho sự hình
thành và 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 chòu 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 của đất, giúp cây sinh trưởng tốt.
Thiếu Ca thân cây mềm yếu, hoa rụng, nếu thiếu nặng thì đỉnh chồi có
thể bò khô.
2.1.2.2. 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.
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
Mg giữ cho độ pH trong tế bào cây ở phạm vi thích hợp, tăng sức trương
của tế bào nên ổn đònh 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, thiếu nặng cây có thể bò chết khô. Nếu dư thừa Mg sẽ làm thiếu K.
2.1.2.3. 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 đònh N của vi sinh vật cộng sinh.
S đóng vai trò quyết đònh trong việc tạo thành các chất tinh dầu và tạo

mùi vò cho các cây hành, tỏi, mù tạt.
S còn cần thiết cho sự hình thành chất diệp lục, thúc đẩy quá trình thành
thục và chín của qủa 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 bò cháy lá.
2.1.3. 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 đònh
không thể thay thế trong đời sống của cây. Trong cây, các nguyên tố vi lượng
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
tồn tại dưới dạng ion tự do trong dòch 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 dòch đất. Thiếu nguyên tố vi lượng đều ảnh hưởng đến sinh
trưởng cây.
2.2. 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 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.
2.3. 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.
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
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 lảm
giảm 10 – 20% hiệu lực phân bón.
Do làm tăng năng xuất và chất lượng nông sản nên sử dụng phân bón làm
tăng thu nhập cho người trồng trọt.
3. Những chất dinh dưỡng cần cho cây trồng
Cho đến nay người ta đã xác đònh 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 cây hút trực tiếp từ nước và không khí. Vì vậy
thiếu nước và không khí cây sẽ sinh trưởng kém và có thể bò 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 dòch dinh dưỡng của cây, chủ yếu là trong dung dòch
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 3 chất là
nitrogen (N), phosphorus (P) và kalium (K).
- Chất trung lượng là những chất cây cần với số lượng trung bình, gồm 3 chất
là calcium (Ca), magnesium (Mg) và sulfur (S).
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
- Chất vi lượng là những chất cây cần với số lượng ít, gồm 7 chất là 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 đònh 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 dòch đất. Những chất này được cung cấp cho cây chủ yếu từ đất và
phân bón, trừ một lượng N nhỏ từ nước mưa (khoảng 5kg N/ha/năm) và từ vi sinh
vật cố đònh 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.
4. Sự phân hủy của phân urea trong đất [4]
Trong môi trường đất ẩm với sự có mặt của enzyme urease, phân urea bò
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 bò một chủng vi sinh
nitrosomonas chuyển hóa thành nitrite:
NH

4
+
+
O
2
nitrosomonas
NO
2
-
+
H
2
O2 2
3 4
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
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.
II. Giới thiệu phân bón nhả chậm
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 1 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.
2. Tình hình nghiên cứu về phân bón nhả chậm
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
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
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 dẻo nhiệt hay chất rắn nhiệt 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
, KHSO
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 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 cộng 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 ∝-olefine. 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.
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
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
, 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 bọc bao gồm phân: 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 dòch 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 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.
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
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 cộng sự [20] (tháng 11. 2001)
thực hiện thành công. Phân N được chọn là NH
4

NO
3
, Ca(NO
3
)
2
, 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% bò 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
)
3
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
Luận văn thạc só Trần Đức Phương
Mở đầu
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 dòch K
2
O trong nước.
Tháng 9.2002, Zhu Zhenliu và cộng sự [24] đã tổng hợp được phân urea
nhả chậm từ cyanamide Ca và dung dòch 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-fomaldehyde dùng làm
phân urea nhả chậm từ urea, formaldehyde với sự hiện diện của kiềm, acid
mạnh và dung dòch 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 bò 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
Luận văn thạc só Trần Đức Phương

Mở đầu
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 tuỳ theo loại phân.
Năm 2002, Yao G. [29] đã oxi hóa và amine phân dưới 150
0
C 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.
Du C. và cộng sự [31] (tháng 1.2004) nghiên cứu thành công phân N, P, K
nhả chậm trên những chất mang như methacrylic acid, PAM, PVA,
polyethyleneglycol hay từ chitosan thiên nhiên và dẫn xuất, pectin, tinh bột và
dẫn xuất, cellulose và dẫn xuất hay hỗn hợp của hơn môt chất mang cùng những
chất tạo liên kết ngang như formaldehyde, 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 thô zeolite, CaCO
3
được nghiền nhỏ và trộn với nước và phân P

hay K.
Luận văn thạc só Trần Đức Phương