Nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu mới giữ nước, giữ ẩm có khả năng sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp ở quy mô sản xuất pilot

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Đề tài:
NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO CÁC LOẠI VẬT LIỆU MỚI GIỮ
NƯỚC, GIỮ ẨM CÓ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRONG LĨNH VỰC
NÔNG NGHIỆP Ở QUY MÔ SẢN XUẤT DẠNG PILOT
Thuộc hướng khoa học công nghệ : KHOA HỌC VẬT LIỆU
Thời gian thực hiện : 12 tháng (6/2004 - 6/2005)
Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ Hóa học
Đòa chỉ : 1 MẠC ĐĨNH CHI, QI, Tp HCM
Điện thoại : 8293889
Cơ quan phối hợp: Sở KH & CN tỉnh Gia Lai
Chủ nhiệm đề tài: 1. PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc
Chức vụ: Viện trưởng
2. Ts. Nguyễn Cửu Khoa
Chức vụ: Trưởng phòng

TỔNG QUAN

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Chống hạn cho cây là đề tài đã được nghiên cứu từ rất lâu.
Nhưng nghiên cứu để tổng hợp ra những chất có khả năng hấp
thụ nước cao và giữ ẩm tốt thì đặc biệt phát triển mạnh trong
những thập kỷ 80-90 của thế kỷ 20. Hàng loạt các kết quả
nghiên cứu đã được công bố và hàng trăm patent đã được đăng
ký chỉ tính ra trong 5 năm gần đây.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hầu hết các nghiên cứu của các tập đoàn trên thế giới như NIPPON
CATALYTIC CHEM. IND. (Nhật Bản); NIPPON ZEON CO. (Nhật Bản);

SANYO CHEMICAL IND. INC. (Nhật Bản); DAINIPON INK AND
CHEMICALS (Nhật Bản); KAO CORP. (Nhật Bản); PROCTER AND
GAMBLE (Mỹ); STOCKHAUSEN CHEM. FAB GMBH (Đức);
THIFFAULT BRIAN D (Canada); ZOPF RICHARD (Mỹ) đều xuất phát
từ nguồn nguyên liệu dầu mỏ: monomer acrylic, acrylamid, polyvinyl
alcohol hoặc các copolymer của chúng. Với các tác nhân liên kết ngang
khác nhau (N, N’-methylenebisacrylamide, ethylene glycol di-(meth)
acrylate, glycerol diallyl ether, ) những sản phẩm được tạo ra có khả
năng hấp thụ nước rất cao Và chúng được sử dụng trong rất nhiều lónh vực:
y tế, nông lâm nghiệp và sản phẩm tã lót

Trong 5 năm gần đây hàng loạt patent đã được công
bố bởi các tập đoàn hoá chất:

BAYER AG (Đức, patent 6156848, Năm 2000.

NIPPON SHOKUBAI Co. LTD.(Nhật Bản), patent EP
1178059A2, năm 2001.

KAO CORP. (Nhật Bản), patent 63353984, năm 2002.

DAINIPPON INK AND CHEMICALS, Inc (Nhật
Bản), patent 6653399, năm 2003.

SUMITOMO SEIKA CHEMICALS, Co. LTD. (Nhật
Bản), patent 6573,330, năm 2003.

NIPPON SHOKUBAICo.LTD. (Nhật Bản), năm 2003

. . .


Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam trong những năm gần đây (1999-2000) dựa trên nền tảng
tinh bột ghép acrylic, Viện Hóa học(Hà Nội) chế tạo được chế phẩm
AMS-1với khả năng hút nước cao (300 ÷ 350 lần) với giá thành hạ
(40.000đ/kg). Tuy nhiên nhược điểm của chế phẩm AMS-1 chỉ giữ
nước được với thời gian ngắn (5-7 ngày) thì cấu trúc hấp thụ nước bò
phá vỡ do đó không thể tái sử dụng được nên không có ý nghóa sử dụng
cho việc giữ ẩm cho cây trồng.

Năm 2004 Viện Công nghệ Hóa học Tp. HCM đã thực hiện thành công
đề tài “Nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu giữ nước, giữ ẩm có
khả năng sử dụng trong lónh vực nông nghiệp do Sở KH & CN Tp.HCM
cấp kinh phí. Trong đó có vật liệu PAA-bã mía-DEGDAA(VHHC 9)


Kết quả nghiên cứu vật liệu PAA-bãmía-DEGDAA(VHHC-9)

Cấu trúc của vật liệu
* Hình SEM
* Phổ IR
Bột giấy(cm
-1
) Bột cellulose(cm
-1
) PAA-bãmía-DEGDAA (cm
-1
)

3405(-OH) 3414(-OH) 3411(-OH)
2914-2945(-CH,CH
2
) 2919(-CH,-CH
2
) 2942(-CH,CH
2
)
1430,1358(-CH,-CH2) bend 1434,1372 (-CH, -CH
2
) bend 1409,1325(-CH2, -CH) bend
1567(COO
-
)
1058 (C-O) 1061( C-O) 1060 (-C-O)
Hình 1: PAA-bã mía-DEGDAA không có chất oxy hóa


Hình 2: PAA-bã mía-DEGDAA có chất oxy hóa


Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

Lượng cellulose ảnh hưởng đến khả năng hút nước
Thí nghiệm 1 2 3 4 5 6
Cellulose(g) 0 2 4 6 8 10
AA(g) 10 10 10 10 10 10
Độ hấp phụ
PAA-bã mía –
DEG-DAA

(g/g)
nước cất 674 409 331 239 189 157
Nước thường 640 375 304 216 180 145
Nước muối 144 119 97 83 44 32


Ảnh hưởng lượng cellulose đến thời gian phân hủy cấu trúc
Lượng cellulose(g) 0 2 4 6 8 10
Tphân hủy( ngày) 7 120 131 145 149 140

* Nhận xét
•
- Khi tăng hàm lượng cellulose thì khả năng hút nước của sản
phẩm giảm, nhưng thời gian phân hủy cấu trúc tăng lên rất
nhiều so với không có cellulose.
•
- Với mẫu đối chứng có cellulose nhưng chúng tôi không
dùng chất oxy hoá để tạo gốc tự do trên cellulose để ghép thì
thời gian phân hủy cấu trúc chỉ có 8 ngày, chứng tỏ trong mẫu
đối chứng cellulose chỉ đóng vai trò như chất độn.
•
- Qua các thực nghiệm chúng tôi nhận thấy hàm lượng
cellulose khoảng 60-80% so với acid acrylic thì khả năng hút
nước của sản phẩm tương đối cao ( >200 g/g) và thời gian
phân hủy cấu trúc đạt kết quả cao nhất.


Khảo sát thời gian giữ ẩm của vật liệu khi trộn với đất
•
chúng tôi chọn loại đất thí nghiệm là loại đất thòt nhẹ với hàm

lượng sỏi có cấp hạt >0.01mm chiếm 80-85% và cho vào 3 cốc :
với tỉ lệ đất và vật liệu (200:1)

Cốc 1: 273g đất + 1.35g PAA-bã mía-DEGDAA+100g
nước

Cốc 2: 273g đất + 1.35 PAA-tinh bột-DEGDAA+100g
nước


Cốc 3: 273g đất + 100g nước (đối chứng).

Sấy ở 45
0
C sau mỗi ngày lấy ra cân, tính % lượng
nước còn lại trong mỗi cốc. Kết quả được ghi vào bảng sau:

Thời gian giữ ẩm của vật liệu khi trộn với đất
Cốc 1 (%) Cốc 2 (%) Cốc 3 (%)
Ngày
100 100 100
1
95.6 89.7 87.7
4
86.6 76.4 72.3
5
81.5 70.6 64.7
6
75.3 62.1 57.3
7

66.1 57.3 49.6
8
61.9 46.7 33.9
11
55.6 39.2 24
12
54 32.4 15.8
13
52.3 26.1 8.6
14
49.2 20.9 4.8
15
45.9 17 2.2
16
41.2 14.8 -0.1
19


Nhận xét
•
Sau19 ngày khảo sát
•

•
+ PAA-bãmía-DEGDAA “ “ 41.2%
•
+ PAA-tinh bột-DEGDAA “ “ 14.8%
•
+ Đối chứng “ “ - 0.1%
•

Chứng tỏ rằng vật liệu Bã mía –PAA có khả năng giữ nước tốt
có thể dùng làm vật liệu chống hạn trong nông nghiệp.


Sản phẩm cụ thể đã đạt được trong thực tế

Kết quả của công tác nghiên cứu là đưa ra được 2 loại
chế phẩm có các tính năng sau:

Loại 1: độ hút ẩm cao đến 400 lần, thời gian sử dụng
ngắn ( trong vòng 1 tháng ).

Loại 2: độ giữ ẩm 200 lần, thời gian sử dụng dài 2
tháng.

Có giá thành thấp (23.000-35.000đ/kg) so với giá thành
nhập (6USD/kg).

Quy trình sản xuất vật liệu giữ ẩm dạng pilot (20-
50kg/mẻ).


Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, hạn hán xảy ra ngày càng thường xuyên và
thời gian kéo dài 2-3 tháng ở các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên, vì
thế vấn đề chống hạn cho cây trồng trong mùa khô cần được quan tâm.

Nhằm đáp ứng yêu cầu trên chúng tôi đã nghiên cứu chế tạo chế
phẩm (VHHC-9) vừa có khả năng hút nước cao (200-400 lần) vừa có

thời gian giữ ẩm cao (1-2 tháng), vàgiá thành hạ (23.000-35.000đ/kg),
phù hợp với lợi ít kinh tế và túi tiền của người nông dân .

Mục tiêu của đề tài

Tận dụng được nguồn phế thải trong nông nghiệp bã mía, mùn cưa,
rơm rạ…để sản suất vật liệu.


Khắc phục được vấn đề hạn hán cấp bách hiện nay.

Nâng cao năng suất cho cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế cho
người nông dân


Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Phân tích, xác đònh tính chất đất ở Trường Sơn Đông và Trường Sơn Tây.

Thử nghiệm 3 loại chế phẩm VHHC 901, VHHC 902, VHHC 903 vơi các tỉ
lệ 10-25 kg/ha.

Xác đònh độ giữ ẩm của đất, thành phần vi sinh, dinh dưỡng cơ bản của đất
trước và sau khi sử dụng chế phẩm.

Xác đònh số cây sống sót sau khi hạn so với đối chứng.

Đánh giá hiệu quả kinh tế sau khi dùng chế phẩm.

Dùng phổ AAS để xác đònh các thành phần cơ bản của đất


Phương pháp sinh hóa với kính hiển vi điện tử để xác đònh số lượng vi sinh
vật trong đất.

Các phương pháp xác đònh độ giữ ẩm của đất(Katsinsky,Taylor ).

Các phương pháp thử nghiệm khi trộn vật liệu với đất có cây cà phê.


Kế hoạch và Thời gian thực hiện

1/2005-2/2005
Phân tích, xác đònh tính chất đất thành phần vi sinh, dinh dưỡng trước khi
sử dụng chế phẩm.

3/2005-6/2005
•
- Thử nghiệm 3 loại chế phẩm VHHC 901, VHHC 902, VHHC 903 trên
cây cà phê.
•
- Xác đònh độ giữ ẩm của đất trước và sau khi sử dụng chế phẩm.

7-2005
Xác đònh thành phần vi sinh, dinh dưỡng của đất sau khi sử dụng chế
phẩm.

9/2005-10/2005
Đánh giá tác động hút ẩm đã thực hiện trên cây cà phê và hiệu quả kinh tế
khi sử dụng chế phẩm.


Dự toán kinh phí của đề tài: 400.000.000
Mục Nội dung chi Số tiền
(triệu đồng)
Tỷ lệ (%)
101 Tiền công 60 15
110 Vật tư văn phòng 2 0.5
111 Tuyên truyền liên lạc 10 2.5
113 Công tác phí 4.8 1.2
114 Chi phí thuê mướn 106.8 26.7
119 Chi phí nghiệp vụ chuyên môn 133.2 33.3
145 Mua sắm tài sản cố đònh 80 20
134 Chi phí khác 3.2 0.8
Tổng cộng 400 100

•
XIN CHAÂN THAØNH CAÛM ÔN