NGHIÊN cứu CHẾ tạo MÀNG TRÊN cơ sở TINH bột PVA CHO PHÂN NPK NHẢ CHẬM

Luận văn thạc sĩ
Nghiên cứu chế tạo màng trên cơ
sở tinh bột & Polyvinyl alcohol
(PVA) cho phân NPK nhả chậm
Hướng dẫn khoa học:
PGS. TS Nguyễn Cửu Khoa
Học viên thực hiện:
Dương Thị Bé Thi
NỘI DUNG
1. Phần tổng quan
2. Phần thực nghiệm
3. Kết quả và bàn luận
4. Kết luận và kiến nghị
TỔNG QUAN
Tình hình sử dụng phân bón ở Việt Nam

Nhu cầu sử dụng phân bón & nhu cầu nhập
khẩu phân bón ngày càng tăng

Hiệu quả sử dụng phân bón thấp khoảng trên
dưới 40%

Thất thoát ra môi trường nước & đất đe dọa
đời sống và sức khỏe cộng đồng.
TỔNG QUAN
Giới thiệu về phân nhả chậm
Phân nhả chậm là dạng phân có khả năng lưu giữ và cung cấp chất
dinh dưỡng cho cây trồng khi đáp ứng được các yêu cầu sau ( ở
25ºC):
•
< 15 % bị phân hủy trong 24 h

•
< 75 % bị phân hủy trong 28 ngày
•
≤ 75 % bị phân hủy trong điều kiện bị phân hủy
TỔNG QUAN
Giới thiệu về phân nhả chậm
TỔNG QUAN
Giới thiệu về nguyên liệu
•
Tinh bột: (C
6
H
10
O
5
)
n
là một polysacarit chứa
amylose và amylopectin, tỷ lệ phần trăm
amilose và amilopectin thay đổi tùy thuộc vào
loại tinh bột, tỷ lệ này thường từ 20:80 đến
30:70
O
H
OH
OH
H
O
O
O

O
H
H
CH
2
OH
OH
OH
CH
2
OH
O
O
H
H
OH
OH
CH
2
OH
O
H
OH
OH
H
O
O
O
O
H

H
CH
2
OH
OH
OH
CH
2
OH
O
O
H
H
OH
OH
CH
2
O
H
OH
HO
H
O
CH
2
OH
O
TỔNG QUAN
Giới thiệu nguyên liệu
Poly vinyl alcohol:

–
CTCT:

- CTPT: (C
2
H
4
O)
n
–
Nhiệt độ nóng chảy là 230
ο
C và 180-190
ο
C.
–
Bị phân hủy ở nhiệt độ trên 200
ο
C.
–
Tỷ trọng 1,19-1,31g/cm
3

HO
n

TỔNG QUAN
Giới thiệu về nguyên liệu
•
Chitosan

- CTPT: (C
6
H
11
O
4
N)
n
- CTCT:
- Chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin
- Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử
cao từ 1000.000-1.200.000 dalton
O
HO
NH
2
O
OH
O
HO
NH
2
OH
O
O
HO
NH
2
O
OH

TỔNG QUAN
Giới thiệu về nguyên liệu
•
Formaldehyde:
–
CTPT: CH
2
O
–
CTCT:
–
KLPT: 30,33
–
Dung dịch chứa từ 37-55% formaldehyde gọi là
dung dịch formalin.
–
Nóng chảy ở nhiệt độ -92
ο
C
–
Nhiệt độ sôi -21
ο
C
–
Tỷ trọng (-20
ο
C) 0,815 g/mL
H C H
O
TỔNG QUAN

Cơ chế & phản ứng tạo màng
Cơ chế phản ứng giữa tinh bột/PVA & formaldehyde
•
Đây là phản ứng cộng giữa aldehyde với alcol có
sự hiện diện của acid loãng
•
Cơ chế phản ứng như sau:

Cơ chế
Trong môi trường base
C OH
OH
C
O
H
2
O
( ion alcoxid)
CH
2
O
C
O
CH
2
O
O
C
CH
2

O
O
C
H
2
O
CH
2
OH
O C
Nhanh
OH
Cơ chế
Trong môi trường acid
C OH
H
C
O
(ion oxonium)
CH
2
O
CH
2
H
O
H
CH
2
O

H
(ion oxonium)
CH
2
O
H
C OH
CH
2
OH
O
C
H
CH
2
OH
O
C
H
CH
2
OH
O
C
H CH
2
OH
2
O C
H

C
H
O C
Hemiacetal Ion hydroxonium
H
C
H
O C
C OH
CH
2
O
O
C
H
C
CH
2
O
O
C
C
H
Acetal
Phản ứng
O
HO
OH
OH
3

O
O
O
HO
OH
OH
O
O
OH
O
*
*
n
O
HO
NH
2
OH
O
O
O
HO
NH
2
OH
O
O
NH
2
O

*
*
n
C
starch
base
H
2
C
OH
O Starch
acid
Chitosan
H
2
C
O
O Starch
N Chitosan
H
O
H
H
2
O
HO
NH
2
OH
O

O
O
HO
NH
2
OH
O
O
NH
2
O
*
*
n
C
O
H
H
acid
O
HO
N
OH
C
O
N
OH
OH
OH
O*

O
*
O *
O*
n
n
TỔNG QUAN
Tình hình nghiên cứu trên thế giới
•
Năm 2011, Nilwala Kottegoda và cộng sự
28
nghiên
cứu phân hữu cơ nhả chậm có bổ sung thêm urea trên
nền hydroxyapatite và gỗ nhỏ Gliricidia sepium, nó
có khả năng kéo dài 60 ngày.
•
Năm 2010, Tongsai Jammongkan và cộng sự
31,32
đã
điều chế được loại phân nhả chậm từ những loại
hydrogel chitosan và PVA sử dụng glutaraldehyde
như một tác nhân liên kết ngang. Màng điều chế được
có độ trương từ 70-300%. Chế tạo phân lân và kali
nhả chậm trong thời gian 30 ngày.
TỔNG QUAN
Tình hình nghiên cứu trên thế giới
•
Năm 2008,J.Abedi-Koupai và cộng sự
22
đã điều chế

phân Fe nhả chậm bằng cách dùng polymer ethylene
vinyl acetate bằng kỹ thuật ép trồi.
•
Năm 2008 Xiaozhao Han và cộng sự
33
đã đưa ra tỷ lệ
cụ thể giữa tinh bột và PVA (7:3) với lượng
formaldehyde là 10% để chế tạo màng cho phân nhả
chậm và màng này có khả năng phân hủy trong môi
trường đất.
TỔNG QUAN
Kỹ thuật tạo phân nhả chậm
TỔNG QUAN
Kỹ thuật tạo phân nhả chậm
TỔNG QUAN
Tình hình nghiên cứu trong nước
•
Năm 2002 Trần Khắc Chung và cộng sự
3
(ĐH Bách
khoa TPHCM) đã nghiên cứu và thử nghiệm thành
công phân nhả chậm urea – zeolit giúp cây trồng có
khả năng hấp thụ 100% trên ruộng lúa ở Sóc Trăng
đất trồng dưa hấu tại Ô Môn (Cần Thơ).
•
Năm 2006, Phan Thị Thanh Hiền
6
và cộng sự viện
Hóa học ,Nghiên cứu điều chế phân NPK nhả chậm
trên nền tinh bột biến tính và thu được kết quả tốt trên

cây cải ngọt.
TỔNG QUAN
Tình hình nghiên cứu trong nước
•
Năm 2006, Trần Đức Phương
15
và công sự (viện Hóa
học) sử dụng tinh bột biến tính để tổng hợp phân urea nhả
chậm. Trong đề này tác giả đã đưa ra phản ứng tổng hợp
Urea-formaldehyde.
•
Năm 2011, Kỹ Sư Trần Thị Hoàng Anh
1
nghiên cứu “
Màng keo liên kết các hợp chất phân tử trong quá trình sản
xuất NPK”. Đề tài này đã nêu lên được nhiều ưu điểm của
sản phẩm như độ hút ẩm hạt phân ít; khi cho vào nước tan
dần dần, cây trồng dễ dàng hấp thu toàn bộ số lượng phân
bón.
TỔNG QUAN
Mục tiêu nghiên cứu
•
Điều chế phân NPK nhả chậm trên nền tinh
bột/PVA
•
Điều chế phân lân nhả chậm trên nền tinh
bột/chitosan
TỔNG QUAN
Phương pháp nghiên cứu
•

Dùng phản ứng acetal hóa trong tổng hợp hữu
cơ để ghép formaldehyde vào hỗn hợp tinh bột
và PVA
•
Sử dụng phương pháp phân tích phổ hiện đại
(NMR, IR) để xác định cấu trúc sản phẩm
•
Sử dụng phương pháp phân tích thông dụng để
xác định độ trương của màng & hàm lượng
NPK và mức độ nhả chậm của phân
THỰC NGHIỆM
Quy trình 1
Nước,
tinh bột/PVA
Tinh bột/PVA gelatin
Hỗn hợp
Tinh bột/PVA -formaldehyde
Màng
1. 40
ο
C, pH =4- 5,giữ 30 phút
2. Trung hòa pH = 7
3. Xử lý với EtOH
4. Sấy trong tủ chân không, ở 80
0
C
1.Dung dịch formaldehyde 37%
2. pH = 8 -9
30 phút 70 -80
0

C
Tổng hợp màng cho phân nhả chậm từ tinh bột/PVA
THỰC NGHIỆM
Quy trình 2
Nước,
tinh bột/PVA
Tinh bột/PVA gelatin
Hỗn hợp
Tinh bột/PVA -formaldehyde
Sản phẩm
1. 40
ο
C, pH = 4 - 5
2. Trung hòa pH = 7
3. Cho urea, khuấy
4. Sấy 80ºC, nghiền
1.Dung dịch formaldehyde 37%
2. pH = 8 -9, giữ 45 phút
30 phút 70 -80ºC
Tổng hợp phân đạm nhả chậm từ tinh bột/PVA
THỰC NGHIỆM
Quy trình 3
Nước,
tinh bột/PVA
Tinh bột/PVA gelatin
Hỗn hợp
Tinh bột/PVA -formaldehyde
Sản phẩm
1. 40
ο

C, pH = 4 - 5
2. Trung hòa pH = 7
3. Cho calcium dihydrophosphate, khuấy
4. Sấy 80ºC, nghiền
1.Dung dịch formaldehyde 37%
2. pH = 8 -9, giữ 45 phút
30 phút 70 -80ºC
Tổng hợp phân lân nhả chậm từ tinh bột/PVA
THỰC NGHIỆM
Quy trình 4
Nước,
tinh bột/PVA
Tinh bột/PVA gelatin
Hỗn hợp
Tinh bột/PVA -formaldehyde
Sản phẩm
1. 40
ο
C, pH = 4 - 5
2. Trung hòa pH = 7
3. Cho posstasium chloride, khuấy
4. Sấy 80ºC, nghiền
1.Dung dịch formaldehyde 37%
2. pH = 8 -9, giữ 45 phút
30 phút 70 -80ºC
Tổng hợp phân kali nhả chậm từ tinh bột/PVA