Nghiên cứu chế tạo màng trên cơ sở tinh bột và PVA cho phân NPK nhả chậm

Đề cương luận văn thạc sĩ
PHẦN MỤC LỤC
Chương 1 GIỚI THIỆU 1
1.1 MỞ ĐẦU 1
1.1.1 Lý do chọn đề tài 1
1.1.2 Mục tiêu 1
1.1.3 Phương tiện nghiên cứu 1
1.1.3.1 Dụng cụ 1
1.1.3.2 Thiết bị 2
1.1.4 Nguyên liệu và hóa chất 2
1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 2
1.1.6 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2
1.2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 3
1.2.2 Tình hình nghiên cứu thế giới 3
Chương 2 PHẦN NỘI DUNG 5
2.1 GIỚI THIỆU VỀ PHÂN BÓN 5
2.1.1 Phân bón và lịch sử phát triển 5
2.1.2 Các loại phân 5
2.1.2.1 Phân loại theo hàm lượng 5
a. Phân dinh dưỡng đa lượng 5
b. Phân dinh dưỡng vi lượng 7
2.1.2.2 Phân loại theo thời gian phân hủy 7
2.1.2.3 Phân nhả chậm 8
2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU 9
2.2.1 Tinh bột 9
2.2.1.1 Thành phần hóa học của tinh bột 9
2.1.1.2 Khả năng tạo màng của tinh bột 10
a Khả năng tạo màng do sắp sếp các phân tử tinh bột 10
b Khả năng tạo màng do phản ứng với chất liên kết ngang 11
2.2.2 Polyvinyl alcohol 11

2.2.2.1 Tính chất 11
2.2.2.2 Ứng dụng 11
2.2.3 Formaldehyde 12
2.2.3.1 Tính chất 12
2.2.3.2 Ứng dụng 12
2.2.4 Cơ chế phản ứng ghép formaldehyde trên mạch tinh bột & PV 12
2.2.4.1 Bản chất phản ứng 12
2.2.4.2 Phản ứng qua hai giai đoạn 13
Chương 3 PHẦN THỰC NGHIỆM 15
3.1 QUY TRÌNH 1 15
Trang i
Đề cương luận văn thạc sĩ
3.2 QUY TRÌNH 2 16
DỰ KIẾN THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 17
TÀI LIỆU THAM KHẢO 18
Tài liệu tiếng Việt 18
Trang ii
Đề cương luận văn thạc sĩ
Chương 1 GIỚI THIỆU
1.1 MỞ ĐẦU
1.1.1 Lý do chọn đề tài
Từ lâu nông dân ta đã có câu "người đẹp nhờ lụa, lúa tốt nhờ phân". Phân bón đã là
một trong những nhân tố chính làm tăng năng suất cây trồng để nuôi sống nhân loại trên
thế giới. Lượng phân bón vô cơ được sử dụng trung bình trên 1 ha hiện nay tại Việt Nam
vào khoảng 140-150 kg/ha, chỉ tương đương 34% so với Hàn Quốc và 50% so với Trung
Quốc là các nước có nền nông nghiệp phát triển hơn. Tuy nhiên, so với Thái Lan hay
Indonesia, tỷ lệ sử dụng phân bón bình quân/đơn vị diện tích của Việt Nam vẫn cao hơn
khá nhiều.
Do đó, khả năng tiềm ẩn đe dọa môi trường trở thành mối nguy hại đến sức khỏe con
người đặc biệt những nơi có địa hình đồi núi, đất rừng, đất cát,… thì khả năng mất chất

dinh dưỡng từ phân càng cao. Do đó chúng ta cần đưa ra biện pháp hợp lý nhằm sử dụng
phân bón một cách có hiệu quả về mặt kinh tế lẫn năng suất. Chính vì vậy chúng tôi tiến
hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu chế tạo màng trên cơ sở tinh bột và PVA cho phân
NPK nhả chậm”
1.1.2 Mục tiêu
Nghiên cứu điều chế hỗn hợp NPK nhả chậm trên nền tinh bột/polyvinyl alcohol với
chất tạo liên kết ngang là formaldehyde, nhằm tăng hiệu quả sử dụng phân, giảm lượng
phân hóa học sử dụng, hạn chế ô nhiễm nguồn nước ngầm của môi trường.
1.1.3 Phương tiện nghiên cứu
1.1.3.1 Dụng cụ
- Bình cầu 2 cổ chịu nhiệt 250, 500, 1000 mL
- Cối chày sứ, ống nhỏ giọt, đũa thủy tinh
- Nhiệt kế 100ºC
- Rây 1mm
- Pipet
- Bình định mức 25, 100, 250, 500, 1000 mL
Trang 1
Đề cương luận văn thạc sĩ
- Bộ cất đạm (erlen chịu nhiệt 500 mL, 250 mL, ống sinh hàn)
- Buret 25 mL
- Cuvet dạng ống 16 x 100 mm
1.1.3.2 Thiết bị
- Máy khuấy từ có điều nhiệt
- Tủ sấy chân không
- Cân phân tích
- Máy quang phổ hấp phụ
- Máy IR-Vector 22 Brucker
- Máy cộng hưởng từ hạt nhân Brucker AC 200
1.1.4 Nguyên liệu và hóa chất
Nguyên liệu Hóa chất

Tinh bột (bột gạo, bột ngô, bột
sắn)
Dung dịch formalderhyde 37%
(hóa chất tinh khiết Trung Quốc)
Urea, K
2
SO
4
, CuSO
4
, (NH
4
)
2
SO
4
, Ca(H
2
PO
4
)
2
,
NaOH, H
3
BO
3
, Bột kẽm, FeSO
4
, K

2
Cr
2
O
7
, SnCl
2
,
(NH
4
)
2
MoO
7
, H
2
SO
4
, chỉ thị Tashiro,
phenolphthalein (hóa chất tinh khiết Trung
Quốc), Nước cất và ống chuẩn HCl
1.1.5 Phương pháp nghiên cứu
- Dùng phản ứng acetal hóa trong tổng hợp hữu cơ để ghép formaldehyde vào hỗn hợp tỷ
lệ tinh bột và PVA tạo mang bao bọc có khả năng hút nước và các chất dinh dưỡng từ đất
sau đó nhả chậm cho cây trồng hấp thụ dần.
- Sử dụng các phương pháp phân tích phổ (IR, NMR) để xác định cấu trúc của màng, từ
đó xác định cơ chế phản ứng ghép
- Sử dụng các phương pháp phân tích thông dụng để xác định hàm lượng chất dinh dưỡng
(N, P, K) và mức độ nhả chất dinh dưỡng của sản phẩm phân nhả chậm.
1.1.6 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Có rất nhiều phương pháp để hạn chế sự thất thoát chất dinh dưỡng trong phân. Một
trong những phương pháp có hiệu quả là tạo màng từ nhiều vật liệu là polyme như
polymer/sulfur, bao màng bằng sulfur, bằng phản ứng với urea-formaldehyde,…Tuy
Trang 2
Đề cương luận văn thạc sĩ
nhiên những phương pháp thì ít có giá trị về mặt kinh tế và khó có khả năng sản xuất đại
trà trên quy mô lớn. Đối với đề tài này chúng tôi tiến hành nghiên cứu tạo màng từ tinh
bột và PVA có ý nghĩa hơn so với việc điều chế màng từ vật liệu polyme trong công
nghiệp. Tinh bột có sẵn trong tự nhiên với giá cả tương đối rẻ khi chọn được tỷ lệ thích
hợp để phối trộn với PVA sẽ cho được màng đáp ứng được yêu cầu thực tế để bao gói các
loại phân NPK trên thị trường. Đề tài này rất có ý nghĩa đối với những vùng đất cát,
những nơi trồng rừng và địa hình trồng rẫy bậc thang.
1.2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
- Năm 2002 Trần Khắc Chung và Mai Hữu Khiêm (Khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí,
ĐH Bách khoa TPHCM) đã nghiên cứu phân nhả chậm urea – zeolit giúp cây trồng có
khả năng hấp thụ 100% đã thành công trên ruộng lúa ở Sóc Trăng sau hai vụ lúa và đất
trồng dưa hấu tại Ô Môn (Cần Thơ). Đề tài có hiệu quả nhưng giá thành tương đối cao.
- Năm 2006, Phan Thị Thanh Hiền thuộc Đại học Cần Thơ đã thực hiện đề tài luận văn
thạc sỹ hóa hữu cơ “Nghiên cứu điều chế phân NPK nhả chậm trên nền tinh bột biến tính
và sơ khảo khả năng ứng dụng trong cây cỏ ngọt”. Đề tài này đã tiến hành khảo sát thực
nghiệm trên cây cỏ ngọt được trồng ở Bắc Bộ. Tuy nhiên trong đề tài chưa khảo sát khả
năng tự phân hủy của màng trong môi trường đất giúp hạn chế ô nhiễm môi trường và
tránh làm ảnh hưởng đến những mùa vụ sau.
- Năm 2006, Trần Đức Phương thuộc Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh cũng
đồng thời sử dụng tinh bột biến tính để tổng hợp phân urea nhả chậm. Chúng ta thấy đề
tài này chỉ nghiên cứu trên phân hữu cơ.
- Ngày 17/02/2011, Kỹ Sư Trần Thị Hoàng Anh 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 để ngoài không khí; khi cho vào nước tan dần

dần, cây trồng dễ dàng hấp thu toàn bộ số lượng phân bón; ít dây màu, tính màu bền cao,
…” Tuy nhiên đề tài cần phải tiếp tục nghiên cứu để cho nó có khả năng sản xuất phổ
biến trên thị trường.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu thế giới
Trang 3
Đề cương luận văn thạc sĩ
- Ngày 24/06/1999 N. Tudorachi, C.N. Cascaval, M. Rusu, M. Pruteanu đã khảo sát tỷ lệ
hỗn hợp PVA và tinh bột như một vật liệu polyme có khả năng phân hủy sinh học. Trong
bài báo này đã khảo sát tỷ lệ hỗn hợp thật chi tiết tuy nhiên chưa đưa ra ứng dụng cụ thể
của chúng.
- Năm 2003 Maria Tomaszewska đã nghiên cứu chế tạo phân nhả chậm bằng cách sử
dụng polyacrylonitrile. Trong bài báo này cho thấy được khả năng kéo dài thời gian cung
cấp cho cây trồng tuy nhiên nếu đưa ra sản xuất thì phương pháp này không hiệu quả về
mặt kinh tế do giá thành khá cao.
- Ngày 18/02/2008 Xiaozhao Han, Sensen Chen và Xiangguo Hu đã đưa ra tỷ lệ cụ thể
giữa tinh bột và PVA (7:3) để chế tạo màng cho phân nhả chậm và khả năng làm khô
màng. Trong bài báo này chưa tiến hành các loại phân lân và kali.
- Theo tạp chí nghiên cứu thông tin sắp đăng vào 25/07/2011, Nilwala Kottegoda, Imalka
Munaweera, Nadeesh Madusanka và Veranja Karunarate nghiên cứu phân hữu cơ nhả
chậm có bổ sung thêm urea trên nền hydroxyapatite và gỗ nhỏ. Trong bài báo thì khả
năng nhả chậm so với các vật liệu polyme khác sẽ không tốt do chúng chỉ là phân tử lớn
bao quanh phân hữu cơ.
Trang 4
Đề cương luận văn thạc sĩ
Chương 2 PHẦN NỘI DUNG
2.1 GIỚI THIỆU VỀ PHÂN BÓN
2.1.1 Phân bón và lịch sử phát triển
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 hay hòa nước phun, xử lý hạt giống, rễ và cây con. Gần như
tất cả các nguyên tố có mặt trên vỏ quả đất đều có mặt trong thành phần của cây. Mỗi yếu

tố đều có chức năng riêng, chỉ khác nhau về tâm quan trọng và số lượng nhiều hay
ít. Nguyên tố dinh dưỡng thực vật là nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển
của thực vật một cách bình thường, chức năng sinh lý của chúng không thể thay thế bằng
các nguyên tố khác.
Từ năm 1950 đến 1990, lượng phân nitơ sản xuất ra tăng lên 10 lần. Năm 1990, thế
giới sản xuất được 80 triệu tấn, đáp ứng được 1/3 nhu cầu. Dự kiến đến năm 2020, lượng
phân nitơ phải tăng lên gấp 2 lần: 160 triệu tấn. Để sản xuất 1 tấn phân nitơ hóa học cần
1,3 tấn dầu. Để sản xuất 80 triệu tấn phân nitơ hóa học cần 100 triệu tấn dầu, bằng 1,4%
số dầu sử dụng trên toàn cầu. Dầu là nguồn tài nguyên thiên nhiên. Dầu cần cho sản xuất
công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, v.v… Khai thác quá mức thì nguồn tài
nguyên này cũng sẽ cạn kiệt, không còn cho các thế hệ sau. Phân nitơ được sản xuất từ
khí nitơ (N
2
) có trong không khí. Khí nitơ chiếm 78% không khí. Đây là nguốn nitơ vô
tận, nhưng cây trồng không hấp thụ được. Cây trồng chỉ hấp thụ được nitơ ở dạng NH
3
.
Muốn chuyển N
2
thành NH
3
các nhà máy cần dùng áp lực và nhiệt độ cao.
2.1.2 Các loại phân
2.1.2.1 Phân loại theo hàm lượng
a. Phân dinh dưỡng đa lượng
Phân Đạm (N): Đạm trong đất chủ yếu là đạm hữu cơ hình thành từ quá trình tổng
hợp chất mùn từ thảm rơi của rừng (cành, lá …). Đạm tổng hợp được từ không khí là rất
nhỏ. Đạm hữu cơ qua quá trình khoáng hoá sẽ cung cấp cho cây trồng dưới dạng amôn
(NH
4

), nitrit (NO
2
-
), nitrat (NO
3
-
). Nitrat là dạng đạm khoáng cây trồng sử dụng chủ yếu.
Trong đất nhiệt đới đạm luôn là yếu tố thiếu hụt. Đối với đất rừng hàm lượng đạm trong
Trang 5
Đề cương luận văn thạc sĩ
đất phụ thuộc rất nhiều vào các kiểu thảm thực vật ngoài các yếu tố khác như loại đất, độ
cao so mặt biển… Các kiểu thảm thực vật, điều kiện khí hậu khác nhau….dẫn đến quá
trình tích luỹ, phân giải hữu cơ, chất mùn… khác nhau, do vậy lượng đạm tổng số, dễ tiêu
trong đất cũng khác biệt.
Phospho (P): Trong đất lân tồn tại dưới dạng khoáng và hữu cơ.
Hàm lượng lân tổng số cao trong một số đất phát triển trên đá vôi
(0.100.20%), trên ba dan (0.20-0.40%), đất đen nhiệt đới, các nhóm đá
khác biến động 0.030.08%. Tuy hàm lượng P trong đất ít hơn nhiều so
với đạm nhưng vẫn là yếu tố dinh dưỡng cơ bản vì thiếu lân sẽ ảnh
hưởng tới phát triển hệ rễ cây trồng, ảnh hưởng trực tiếp tới sinh trưởng
của cây.
Kali (K): Kali trong đất chứa lượng lớn hơn lân. Sự phân bố kali trong đất phụ
thuộc vào đặc điểm keo khoáng và hàm lượng sét. Đất tương đối giàu kali là đất phát triển
trên thạch anh, granit, ryolit, lượng kali tổng số đạt 1.82 %.
Đất trên badan, đất bạc mầu, đất cát , đất phèn khá nghèo kali. Đất trên ba dan giàu sét
nhưng lượng kali chỉ đạt 0.38%. Đất bạc mầu, đất cát mặc dù lượng kali trong sét cao
nhưng lượng kali tổng số thấp (0.260.28% ) vì ion kali bị nhốt trong mạng lưới tinh thể
của keo sét, hơn nữa các đất này hàm lượng sét cũng thấp. Kali cung cấp cho cây trồng
dưới dạng trao đổi K
+

, dễ tiêu. Nó được giải phóng ra từ phong hoá khoáng fenpat, mica,
một phần từ khoáng hoá chất hữu cơ hay từ tro đốt.
Canxi (Ca)và magiê (Mg): Các đất ở Việt nam đều có hàm lượng CaO không cao
loại trừ đất cacbonat. Do quá trình rửa trôi mạnh mẽ kiềm nên ngay cả đất phát triển trên
đá vôi đất vẫn chua, hàm lượng canxi vẫn thấp. Các đất chua có tỉ lệ CaO thường < 0.5%.
Đất bạc màu tỉ lệ canxi rất thấp (0.04%).
Canxi và magiê cây trồng hấp thụ dưới dạng cation. Nhìn chung hàm lượng Ca
2+
,
Mg
+
trao đổi ở đất vùng đồi núi thấp hơn đất đồng bằng. Lượng Ca trao đổi thường cao
hơn lượng Mg
2+
trao đổi. Đất còn rừng Ca, Mg trao đổi đạt 5 6 lđl/100 g đất, đất bị xói
mòn chỉ còn 1 - 2 lđl/100 g. Hàm lượng Ca, Mg cao hơn trên đất phiến thạch tím, đất nâu
vùng bán khô hạn, đất đen, đất ngập mặn.
Trang 6
Đề cương luận văn thạc sĩ
Lưu huỳnh (S). Trừ đất mặn, đất phèn, các loại đất khác đều thiếu lưu huỳnh. S
tổng số thường dưới 0,01 % tức là dưới ngưỡng nghèo. Đất phèn, đất dốc tụ trên đá vôi
giàu lưu huỳnh (0.14 0.17%), đất cát biển, đất nâu đỏ trên badan, đỏ vàng trên phiến sét,
đất đỏ trên đá vôi, nâu vàng trên phù sa cổ đều rất nghèo S (dưới 0.05%). Dấu hiệu thiếu
S thường phát hiện thấy ở nhóm cây họ đậu vì vốn là cây lấy đi nhiều S (Thái Phiên
1992). Bón phân có chứa S (sunfat đạm, sunfat lân) làm tăng năng suất lạc, đỗ tương, ngô
trên đất cát, bạc màu. Nhiều tác giả còn cho rằng bón định kỳ sunfat đạm thay sunfat lân,
urê, tecmo photphat sẽ khắc phục hiện tượng thiếu S đối với cà phê trồng trên đất badan.
b. Phân dinh dưỡng vi lượng
Các nghiên cứu về vi lượng trong đất còn rất hạn chế, đặc biệt trong lĩnh vực lâm
nghiệp. Các tác giả có nhiều nghiên cứu nội dung này là Fridland V.M (1962),Vũ Cao

Thái (1977), Phạm Đình Thái (1983 ) Kết quả cho thấy :
-Mangan (Mn): Tỉ lệ Mn
2+
biến động 0.010.03%,có trị số cao ở đất feralit mùn trên núi,
đất nâu đỏ trên đá vôi, badan. Hàm lượng mangan dễ tiêu Mn
+2
trong khoảng < 1 mg/100
g đất (đất bạc mầu, đất phèn) tới 4 mg/100 g (đất phát triển trên đá vôi, badan).
- Coban (Co) rất thiếu trong đất Việt nam (0,0010,01%).
- Kẽm (Zn): Khá cao trong đất (0.010.03%) đặc biệt ở tầng đất mặt. Tuy nhiên kẽm dễ
tiêu khá thấp, trung bình 0.8 ppm trừ đất phù sa nên hiệu lực bón kẽm rõ và phổ biến với
nhiều cây nông nghiệp.
- Đồng (Cu): Có mặt trong tất cả các đất, tỉ lệ trung bình 0.002%. Đất xám bạc màu, đất
phèn có tỉ lệ đồng thấp nhất. Nơi có thảm thực vật tốt đồng tổng số có xu hướng cao hơn.
Đồng diễu tiêu biến động rất mạnh.
- Bo (Bo): Có hàm lượng rất thấp trong các loại đất. Hàm lượng Bo dễ tiêu chỉ ở khoảng
0.10.5 ppm. Hiệu lực Bo đối với cây họ đậu, cây ăn quả (vải thiều) biểu hiện rõ nhất
- Molipđen (Mo): là nguyên tố rất ít trong đất Việt nam, biến động từ 1-4 ppm. Hàm
lượng tống số lớn nhất phát hiện ở đất phèn, thấp nhất ở đất bạc màu. Mo dễ tiêu lại thấp
hơn tới 10 lần Mo tổng số. Do vậy bón bổ sung Mo cho cây trồng nông nghiệp là cần thiết
(các cây cây họ đậu).
2.1.2.2 Phân loại theo thời gian phân hủy
Trang 7
Đề cương luận văn thạc sĩ
- Phân hiệu quả nhanh: Độ hòa tan của các chất dinh dưỡng trong phân khác nhau nên
cung cấp chất dinh dưỡng cho cây nhanh chậm khác nhau. Nếu phân dễ hoà tan thì cây dễ
sử dụng, hiệu quả sử dụng tức thì nhưng cũng dễ dàng bị rửa trôi, mất đi, có khi gây ảnh
hưởng xấu đến môi trường. Phân đạm dễ hòa tan hiệu quả nhưng dễ mất. Phân lân có ba
nhóm khác nhau. Phân supe lân, DAP dễ hòa tan, tác dụng nhanh nhưng cũng dễ dàng tác
dụng với các chất khác hoặc bị keo đất hấp phụ chuyển thành dạng cây khó sử dụng.

- Phân hiệu quả chậm: Các loại phân lân chế biến từ quặng tự nhiên bằng phương pháp
gia nhiệt, ít hòa tan hơn, hiệu quả chậm nhưng lại chuyển dần cho cây sử dụng từ từ, hiệu
quả kéo dài đến các vụ sau. Trước đây người ta thường ưa chuộng các dạng phân hiệu quả
nhanh. Gần đây trong xu hướng nông nghiệp bền vững, nhằm giảm bớt ảnh hưởng xấu
của phân bón hóa học đến môi trường, người ta đã chú ý sản xuất các loại phân hiệu quả
chậm. Các loại phân trên thị trường chia làm ba nhóm:
Nhóm dễ hòa tan trong nước hiệu quả nhanh gồm các loại phân đạm, phân kali,
các loại supe lân đơn, supe lân kép, DAP .
Nhóm ít hòa tan gồm các loại phân lân tự nhiên, phân lân kết tủa, phân supe lân
axit hóa một phần, phân lân nung chảy. Các loại phân đạm dễ hòa tan hơn bằng cách bọc
bằng màng lưu huỳnh, màng bentonit.
Nhóm khó hòa tan, thường là các loại phân lân khai thác từ tự nhiên không qua chế
biến như bột phôtphorit, phôtphat sắt hóa trị 2 và các quặng tự nhiên có chứa kali. Trong
xu hướng bảo vệ môi trường, hiện nay các nhà nông nghiệp sinh thái, nông nghiệp hữu cơ
đang khuyến cáo sử dụng nhiều hơn các loại phân này.
2.1.2.3 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 25
ο
C):
< 15 % bị phân hủy trong 24 h
< 75 % bị phân hủy trong 28 ngày
≤ 75 % bị phân hủy trong điều kiện bị phân hủy
- Nguyên tắc chế tạo phân nhả chậm là sử dụng chất phụ gia có khả năng giữ phân lâu
hơn. Khi bón vào đất phân hút nước và các chất dinh dưỡng trong phân và nhả ra dần dần
cho cây trồng hấp thụ.
Trang 8
Đề cương luận văn thạc sĩ
- Ưu điểm của phân nhả chậm
Các chất dinh dưỡng được giải phóng dần dần, giảm khả năng thất thoát ra môi

trường do bị rửa trôi hoặc bốc hơi.
Bảo vệ ao hồ, suối và nước ngầm, làm giảm lượng N lọc qua đất
Giảm lượng phân thừa, tích lũy chất dinh dưỡng cho cây trồng.
Giảm được hàm lượng chất độc cho cây trồng và giảm độ stress cho đất
Tiết kiệm được thời gian, chi phí bón phân, và chi phí lao động đối với những
vùng đất khô cằn, đất rừng và đất cát.
Phân nhả chậm thường chất hữu cơ khi phân hủy trở thành nguồn dinh dưỡng cho
đất rất phù hợp với tiêu chí bảo vệ môi trường phù hợp với mục tiêu xã hội đặt ra.
2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU
2.2.1 Tinh bột
Tinh bột tiếng Hy Lạp là amilon có công thức hóa học: (C
6
H
10
O
5
)
n
là một polysacarit
carbohydrates chứa hỗn hợp amylose và amylopectin, tỷ lệ phần trăm amilose và
amilopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này thường từ 20:80 đến
30:70. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần
hóa học khác nhau. Chúng đều là các polymer carbohydrat phức tạp của glucose (công
thức phân tử là C
6
H
12
O
6
). Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ.

Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là
những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp.
2.2.1.1 Thành phần hóa học của tinh bột
Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau:
amilose và amilopectin. Tỉ lệ amilose/amilopectin xấp xỉ ¼. Trong tinh bột loại nếp (gạo
nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amilopectin. Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng
hàm lượng amiloza chiếm trên dưới 50%.
Amilose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucose, liên kết nhau bởi
liên kết α−1,4 glicoside. Phân tử có một đầu khử và một đầu không khử.
Trang 9
Đề cương luận văn thạc sĩ
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
Amilopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucozit còn
có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucoside. Sự khác biệt giữa amiloza
và amilopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các phân tử amilose cũng thường có
một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống như amilopectin.
Cấu tạo của amilopectin còn lớn và dị thể hơn amilose nhiều. Trong tinh bột tỉ lệ
amilose/amilopectin khoảng ¼. Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và
cách chăm bón.
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
Do cấu trúc phức tạp nên amilopectin khó tan trong nước mà chỉ tan trong nước nóng tạo
thành dung dịch có độ nhớt cao và bền, không có hay có rất ít khuynh hướng gây thoái
hóa. Amylooectin hấp phụ nhiều nước và là thành phần chủ yếu tạo nên tính trương
phồng của tinh bột.
2.1.1.2 Khả năng tạo màng của tinh bột
a Khả năng tạo màng do sắp sếp các phân tử tinh bột
Do tinh bột có khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột trong nước,

giữa chúng có lực tương tác khi ta thủy phân, hồ hóa, tạo gel, tạo màng. Ngoài ra khi
ngâm tinh bột vào trong nước nó có khả năng trương nở. Độ tăng kích thước trung bình
của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp: 9.1%, tinh bột khoai
tây: 12.7%, tinh bột sắn: 28.4%. Để tạo màng các phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp
xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hidrogen và gián tiếp qua phân tử
Trang 10
Đề cương luận văn thạc sĩ
nước. Có thể thu được màng từ dung dịch phân tán trong nước. Màng thu được từ thể
phân tán trong nước thường dễ dàng trương lên trong nước.
Qua quá trình hồ hóa sơ bộ ở nồng độ thích hợp, sau đó rót tạo màng và bốc hơi dần,
khi các hạt tiếp xúc với nhau bắt đầu thể hiện lực cố kết. Các tính chất cơ lý của màng sẽ
phụ thuộc vào hiện tượng xảy ra.
b Khả năng tạo màng do phản ứng với chất liên kết ngang
Phân tử nào có khả năng phản ứng với nhóm hydroxy đều tạo ra được liên kết ngang
giữa các mạch tinh bột. Ví dụ như CH
2
O, HClO
3
, H
3
PO
4
,…
Tinh bột phản ứng với acid boric tại bốn nhóm -OH của hai mạch tinh bột nằm ngang
nhau, kết quả tạo thành phức bisdiol. Trong thực phẩm sẽ giúp cho thực phẩm có độ dai,
giòn, cứng hơn so với ban đầu.
Sự tạo thành liên kết ngang giữa acid boric và tinh bột
2.2.2 Polyvinyl alcohol
CTPT: (C
2

H
4
O)
n
CTCT:
HO
n
2.2.2.1 Tính chất
Polyvinyl alcohol viết tắt là PVOH, PVA hoặc PVAl thường gọi Ethenol,
homopolymer, polyviol; vinol; Alvyl; Alkotex; Covol; Gelvatol; Lemol; Mowiol là sản
phẩm của sự thủy phân một polyvinyl este. PVA là một polyme nhân tạo tan được trong
nước. PVA có nhiệt độ nóng chảy là 230ºC và 180-190ºC. Nó bị phân hủy ở nhiệt độ trên
200ºC. Tỷ trọng 1,19-1,31g/cm
3
2.2.2.2 Ứng dụng
Trang 11
Đề cương luận văn thạc sĩ
- PVA chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp dệt may, trong công nghiệp xây dựng và
công nghiệp
- Trong ngành công nghiệp hóa chất, nó được sử dụng như là một tác nhân chuyển thể
polymer, và được sử dụng để sản xuất PVA chính thức, PVA acetal và PVA butyral.
Ngoài ra, PVA còn được dùng như một chất kết dính trong gỗ và giấy làm cho ngành
công nghiệp
- Bên cạnh đó, PVA là một thành phần có trong mỹ phẩm, dược phẩm, in ấn, gốm sứ,
thép làm, điện tử và mạ.
2.2.3 Formaldehyde
CTPT: CH
2
O
CTCT:

H C H
O
KLPT: 30.33
2.2.3.1 Tính chất
- Formaldehyde còn được gọi là alderhyde formic, methanal, methyl aldehyde, methylen
oxide. Dung dịch thường chứa từ 37-55% gọi là dung dịch formalin.
Formaldehyde là chất khí, không màu, mùi xốc khó chịu, nóng chảy ở nhiệt độ -92°C,
nhiệt độ sôi -21ºC, tỷ trọng (-20ºC) 0.815 g/mL. Formaldehyde tan nhiều trong nước,
alcohol, acetone, benzene, ether.
- Dung dịch formaldehyde ở điều kiện thích hợp có khả năng tự polymer hóa tạo thành
polyoxymethylene, phản ứng với phenol tạo thành nhựa phenol-formaldehyde và với
urea-formaldehyde,…
2.2.3.2 Ứng dụng
Formaldehyde được sử dụng nhiều trong ngành công ngành công nghiệp và đời sống:
sản xuất nhựa phenol-formaldehyde, ure-formaldehyde, melamine-formaldehyde, chất
trung gian,… Formaldehyde có tác dụng diệt khuẩn, đặc biệt là vi khuẩn thối rữa nên
dung dịch formaldehyde được sử dụng để ướp xác động vật, thuộc da, thuốc tẩy,…
2.2.4 Cơ chế phản ứng ghép formaldehyde trên mạch tinh bột & PV
2.2.4.1 Bản chất phản ứng
Trang 12
Đề cương luận văn thạc sĩ
Là sự cộng alcohol vào aldehyde (phản ứng acetal hóa), xảy ra nhanh chóng, trong
dung dịch acid yếu hoặc base yếu, tạo ra hemiaceta và acetal.
H
C
H
O
C
OH
2

H
2
C
O
O
C
C
H
2
O
Formaldehyde Acetal
Trong đó,
C OH
, với C là một C trên mạch tinh bột
2.2.4.2 Phản ứng qua hai giai đoạn
Hemiacetal là hợp chất không bền, chỉ tồn tại trong dung dịch. Sự tạo thành
hemiacetal có thể xúc tác bởi acid hoặc base.
- Trong sự xúc tác base:
Giai đoạn chậm là sự cộng ion alcoxid vào nhóm carbonyl
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
- Trong sự xúc tác acid: cả alcohol và aldehyde đều có thể bị kích động
Nếu proton tác động vào alcohol để tạo oxonium của alcohol thì không thể dùng để
tác kích thân hạch vào nhóm carbonyl.
C OH
H
C
O
(ion oxonium)
Nếu proton tác kích vào aldehyde tạo thành ion oxonium của hợp chất carbonyl sẽ

làm tăng hoạt sự tạo thành hemiacetal bằng cách tăng tính dương điện của carbon
carbonyl.
Trang 13
Đề cương luận văn thạc sĩ
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
 Sự tạo thành acetal: được xúc tác bởi acid
Với sự hiện diện của acid, hemiacetal có tính chất như một alcohol, phản ứng với
aldehyde cho ra acetal.
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
Với cơ chế ghép như trên, màng bao bọc phân có cấu trúc là các mạch polyme của tinh
bột ghép với nhau qua cầu nối –CH
2
- của formaldehyde thông qua nhóm hydroxyl trên
mạch tinh bột và PVA. Màng tổng hợp sẽ có những lỗ xốp và các hạt phân nằm bên
trong.
Trang 14
Đề cương luận văn thạc sĩ
Chương 3 PHẦN THỰC NGHIỆM
- Giới thiệu sơ lược về quy trình tổng hợp màng bao bọc phân
3.1 QUY TRÌNH 1
Cho khoảng 10 g15 g hỗn hợp tinh bột/PVA (ghi nhận tỷ lệ khảo sát thực nghiệm)
vào bình cầu 2 cổ 250 mL + 100 mL nước cất. Gia nhiệt đến 60-70ºC trong khoảng 30
phút và điều chỉnh pH = 8-9 bằng dung dịch NaOH 10% và giữ khoảng 45 phút. Cân
khoảng 25 g dung dịch formaldehyde 37% cho vào hỗn hợp. Làm nguội hỗn hợp về
40ºC, acid hóa hỗn hợp về pH = 5 bằng HCl 10%. Trung hòa về pH = 7 rồi xử lý hỗn hợp
trên với khoảng 30 mL EtOH. Sấy phần kết tủa cho đến khi thật khô.
Nước, tinh

bột/PVA
Tinh bột/PVA
gelatin
Hỗn hợp tinh bột/PVA-formaldehyde
Màng
30 phút ở 60-70ºC
1.Dung dịch formaldehyde 37%
2. pH = 8 -9
1. 40ºC, pH = 4-5
2. Trung hòa pH = 7
3. Xử lý với EtOH
4. Sấy
Trang 15
Đề cương luận văn thạc sĩ
3.2 QUY TRÌNH 2
Tinh bột được làm khô lại ở áp suất thường tại nhiệt độ 60ºC trong vòng 10 h và PVA
đã thủy phân từ 99-99.8% được phối trộn theo tỷ lệ phù hợp thêm vào một ít glycerin và
khuấy đều. Khi đạt đến nhiệt độ 80ºC thêm một ít butanol để tránh tạo bọt. Sau đó thêm
fomaldehyde vào từ 0-20% theo khối lượng duy trì nhiệt độ trên trong 3 h để tinh bột
gelatin hóa hoàn toàn. Thêm nước để đảm bảo đúng thể tích như ban đầu. Khi đạt đến
nhiệt độ 95ºC giảm nhiệt độ từ từ và hớt bọt. Sau đó làm bốc hơi dung dịch hòa tan ở
nhiệt độ phòng, màng này được sấy khô ở nhiệt độ 60ºC trong 8 h .
- Phân tích kết quả màng thu được bằng phổ IR và NMR.
- Khảo sát thời gian phân hủy màng.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng nhả chậm của các loại phân.
- Xác định hàm lượng của các loại phân nhả chậm vừa tổng hợp được bằng phương pháp
phân tích thông thường.
Tinh bột/PVA-
glycerin
Tinh bột/PVA –

glycerin-buatnol
Tinh bột/PVA-formaldehyde
Màng
Thêm glycerin, khuấy đều
Đạt nhiệt độ 80ºC
- Nhiệt độ 80ºC trong 3 h
- Bổ sung nước duy trì thể tích
- Vớt bọt khi đạt nhiệt độ 95ºC
- Bốc hơi dung dịch ở nhiệt độ phòng
- Sấy màng ở nhiệt độ 60ºC trong 8h
Trang 16
Đề cương luận văn thạc sĩ
DỰ KIẾN THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
15/06/2011 – 15/07/2011: Thu thập và đọc tài liệu tham khảo
16/07/2011 – 21/07/2011: Viết đề cương
20/08/2011 – 15/04/2012: Tiến hành thực nghiệm, ghi nhận kết quả và viết luận văn.
Trang 17
Đề cương luận văn thạc sĩ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
(1) Trần Thị Hoàng Anh (2011),Màng keo liên kết các hợp chất phân tử trong quá trình
sản xuất phân NPK, Trung tâm nghiên cứu công nghệ sinh học TP. Vinh - Nghệ
An
(2) Trần Khắc Chung và Mai Hữu Khiêm (2002), Phân bón nhả chậm được hấp thu
100%, Khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí, ĐH Bách khoa TPHCM theo
VNExpress
(3) Trần Quang Hân, Nguyễn Như Sơn, Trần Ngọc Doanh, Trần Kim Liên (2011),
Nghiên cứu vật liệu màng tự hủy “hòa hợp môi trường”, tr. 1 - 4
(4) Phan Thị Thanh Hiền (2006), Nghiên cứu điều chế phân NPK nhả chậm trên nền tinh
bột biến tính và sơ khảo khả năng ứng dụng trong cây cải ngọt, luận văn thạc sĩ

Hóa Hữu Cơ, Khoa khoa học ,Đại học Cần Thơ
(5) Lê Văn Hoàng (2010), Tinh bột thực phẩm
(6) Bùi Thanh Hương, Nguyễn Quang Ninh, Lưu Cẩm Mộc (2009), “Nghiên cứu khả
năng nhả chậm khoáng NPK trong phân hữu cơ khoáng trên nền than mùn”, Tạp
chí Hóa học
(7) Trần Đức Phương (2006), Nghiên cứu tổng hợp phân urea nhả chậm, Luận văn thạc
sĩ hóa hữu cơ, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh
(8) GS.TSKH Đỗ Đình Sâm, PGS. TS Đặng Đình Quế, TS. Nguyễn Sử Siêm, KS.
Nguyễn Ngọc Bình (2006), Đất và dinh dưỡng đất, Bộ nông nghiệp và phát triển
nông thôn.
(9) PGS. TS Thái Doãn Tĩnh (1999), Cơ chế phản ứng hóa học hữu cơ, Khoa học kỹ
thuật.
Tài liệu tiếng Anh
(10) Bala Bharathi, P*., Vikky. K., Varalakshmi Devi. M, Rajendra Prasad. P, and
Sujatha, V., Studies on potassium chloride base – controlled release fertilizer
made from sand-cement matrix coated with napthalene, 2011, pp. 29 – 48
Trang 18
Đề cương luận văn thạc sĩ
(11) Xiaozhao Han, Sensen Chen, Xianguo Hu, Controlled release fertilizer encapsulated
by starch/polyvinyl alcohol coating, 2008, pp.21 – 26
(12) Dr. Sunil K. Jain, Controlled release fertilizers: trends and technologies, 2007
(13) Nilwala Kottegoda, Imalka Munaweera, Nadeesh Madusanka and Veraunaratne, A
green, slow – release fertilizer composition based on urea – modified
hydroxyapatite nanopartilicles encapsulated wood, 2011, pp.1 – 7, Research
communication.
(14) J. Abedi – Koupai, J. Varshosaz and M. Mesforoosh, Controlled release of
microcapsule fertilizer using ethylene vinyl acetate polymer, 2008, p78 – 1- 4
(15) Jeffery Earl Pack, Controlled-release nitrogen fertilizer release characterization
and its effects on potato (solanum tuberosum) Production and soil nitrogen
movement In northeast florida, 2004, university of Florida.

(16) Maria Tomaszewska, Anna Jarosiewicz, Krzysztof Karakulski, Physical and
chemical characteristics of polymer coatings in CRF formation, 2002, Poland, pp.
319 – 323
(17) Dr. Martin E. Trenkel, Controlled-Release and Stabilized Fertilizers in Agriculture,
1997
(18) N. Tudorachi, C.N. Cascaval, M. Rusu, M. Pruteanu, Testing of polyvinyl alcohol
and starch mixtures as biodergradable polymeric materials,1999
Trang 19