ĐỀ tài NGHIÊN cứu điều CHẾ PHÂN NPK NHẢ CHẬM TRÊN nền COPOLYMER PVA PAA và sơ KHẢO ỨNG DỤNG PHÂN TRÊN đất cát

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ PHÂN NPK NHẢ
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ PHÂN NPK NHẢ
CHẬM TRÊN NỀN COPOLYMER PVA-PAA
CHẬM TRÊN NỀN COPOLYMER PVA-PAA
VÀ SƠ KHẢO ỨNG DỤNG PHÂN
VÀ SƠ KHẢO ỨNG DỤNG PHÂN
TRÊN ĐẤT CÁT
TRÊN ĐẤT CÁT
•
Người hướng dẫn khoa học:
Ts NGUYỄN CỬU KHOA
•
Học viên thực hiện:
ĐINH LA CÚC LINH
Đề tài

I.Mở đầu
II. Mục tiêu đề tài
III. Nội dung chính
1. Tổng quan
2. Thực nghiệm
3. Kết quả & thảo luận
IV. Kết luận & kiến nghị

MỞ ĐẦU
MỞ ĐẦU


•
Phân bón là thức ăn của cây trồng. Thiếu phân cây không

thể sinh trưởng tốt và cho năng suất cao.
•
Hiện nay hiệu quả sử dụng phân bón rất thấp.
•
Tình trạng sa mạc hóa do sự suy giảm đất canh tác, sự suy
thoái đất do xói mòn, rửa trôi, lũ quét….
•
Nạn ô nhiễm môi trường đất, nước do lượng phân tan ra
mà cây không kịp hấp thu theo dòng chảy thải ra môi
trường.
Nghiên cứu điều chế phân bón nhả chậm đáp ứng
được các yêu cầu trên.

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
•
Nghiên cứu tổng hợp phân NPK trên nền PVA và
PAA có tính năng nhả chậm và giữ ẩm phục vụ
cho trồng cây trên vùng đất hoang hoá.
•
Sơ khảo khả năng ứng dụng của phân đối với cây
cải ngọt trồng trên đất cát.

TỔNG QUAN
TỔNG QUAN


1.Phân nhả chậm.
a. Phân nhả chậm là phân có khả năng lưu giữ và cung cấp chất dinh dưỡng
cho cây trồng trong thời gian dài.

b.Tình hình nghiên cứu trong nước:
Năm 2002, Trần Khắc Chung và Mai Hữu Khiêm –Khoa Công nghệ
Hoá học và Dầu khí, trường ĐH Bách khoa TPHCM đã nghiên cứu và sản
xuất thành công phân nhả chậm urea-zeolite từ urea và zeolite NaX.Tuy
nhiên, do zeolite hấp phụ phân nên sản phẩm không thể điều chỉnh được tốc
độ nhả chậm phân, đặc biệt là trong môi trường nước.
Theo Tạp chí Khoa học và Công nghệ số 3 năm 2005, Phạm Hữu Lý và
Đỗ Bích Thành đã nghiên cứu được phân urea nhả chậm trên nền gelatin từ
gelatin, urea và amonium bicromate theo tỉ lệ xác định bằng hai phương
pháp: phương pháp cán trộn cơ học và phương pháp dung dịch.
Theo tạp chí khoa học và công nghệ số 4 năm 2005, Nguyễn Thanh
Tùng và cộng sự đã nghiên cứu khả năng lưu giữ phân bón của polymer siêu
hấp thụ nước trong môi trường đất . Polymer được tổng hợp từ acid acrylic,
ethyleneglycol dimetacrylate, (NH
4
)
2
S
2
O
8
, NaOH, sorbitol monooleate (span
80) ethylcellulose và các loại dung môi. Kết quả cho thấy, polymer siêu hấp
thụ nước chỉ có tác dụng làm ẩm phân, tăng hiệu quả sử dụng phân mà
không có khả năng giúp phân nhả chậm.

2. Tính cấp thiết của đề tài
-Hiện nay hiệu quả sử dụng phân bón trên thế giới (trong đó có cả Việt
Nam) là rất thấp:N cây trồng chỉ tiêu thụ tối đa 30_35% , P và K chỉ
khoảng 50%. Tổng lượng phân bón NPK ở Việt Nam là gần 6 triệu tấn

mỗi năm, lượng phân NPK bị thất thoát khoảng 4 triệu tấn
-Hiện nay Việt Nam có sa mạc hoá cục bộ, với khoảng 7,85 triệu ha trong
tổng số 9,34 triệu ha đất hoang hoá đã và đang chịu tác động mạnh bởi
các hiện tượng sa mạc hoá như sự suy giảm đất canh tác, sự suy thoái
chất lượng đất do xói mòn, rửa trôi, lũ quét, nhiễm phèn, nhiễm mặn,
khô hạn, cát bay theo mùa hoặc vĩnh viễn…. Sa mạc hoá đang là vấn
đề của cả thế giới và cũng đang trở thành vấn đề nghiêm trọng ở nước
ta.
Phân NPK mới có khả năng hút nước giữ ẩm làm tăng khả năng hút
dinh dưỡng của cây và phân này còn có tính năng nhả chậm N,P,K làm
giảm lượng phân cần sử dụng, tăng hiệu quả kinh tế và làm giảm sự ô
nhiễm nguồn nước, môi trường. Với các chức năng trên, phân NPK
mới sẽ giúp cho cây trồng trên đất khô hạn cằn cỗi vượt qua mùa khô
hạn và phát triển tốt trên đất bán sa mạc hoạc đã bị sa mạc hoá.

3. Phản ứng tạo gốc tự do trong quá trình ghép tạo copolymer giữa nhóm -OH của
các polymer và các monomer có nối đôi bất bão hoà.
a.Tạo gốc tự do bằng hóa chất.
*Đồng trùng hợp ghép nhờ oxi hóa trực tiếp gốc đại phân tử tinh bột, cellulose…
Năm 1958, Guido Mino và các cộng sự là những người đầu tiên nghiên cứu khả
năng dùng các muối của cation đa hoá trị để oxi hóa tạo gốc tự do trên các liên kết
của mạch polymer tổng hợp PVA, PVAc, sợi visco hoặc các polymer thiên nhiên
như các polysacharide (tinh bột, bột giấy).
Cơ chế phản ứng như sau:

+
C e
C H
OH
=

C e

+
C
OH
+
H
4+
4+
3+
3+
+
+
+
C
M
OH
M
=
C
OH
M

•
Tháng 4 năm 1985, Hồ Sĩ Tráng và các cộng sự đã thực hiện
phản ứng đồng trùng hợp ghép trên nền sợi visco, bông cellulose
với monomer ghép là methyl methacrylat (MMA) . Phản ứng
đồng trùng hợp ghép MMA lên cellulose được biểu diễn như
sau:
XOH

+
Ce
4 +
XO
+
Ce
3 +
XO
n
CH
2
C
CH
3
COOCH
3
XO C H
2
C
CH
3
COOC H
3
n
MMA
Copolymer MMA cellulose
+

*Đồng trùng hợp trên phản ứng chuyển mạch.

-Khởi đầu:
Tạo gốc chất khơi mào:
RI
2
Khởi đầu phản ứng trùng hợp
M+
R
RM
- Phát triển mạch homopolymer
- Phát triển mạch homopolymer


+
M
+
M
M

+
RM
2
RM
RM
x-1
RM
2
RM
x
RM
3

- Chuyển mạch sang cellulose
- Chuyển mạch sang cellulose


- Khởi đầu phản ứng trùng hợp ghép
- Phát triển mạch ghép

-
Đứt mạch gốc tự do của nhánh ghép xảy ra theo cơ chế phân ly bất đối hóa hoặc kết
hợp
Phản ứng (1) tạo ra copolymer ghép dạng mạch nhánh
Phản ứng (2) tạo ra copolymer ghép có cấu tạo mạng không gian.
_
RM H
+
RM
x
Cell
H
x
Cell
+

M
+
Cell
CellM
M
+
CellM CellM

2

Ce
l
l
M
R
(1)
+
Ce ll M
x
Cell
M
x
+
(x+1)
M
y
R
M
y
Cell Ce ll M
(x+y)
Cell
(2)

b.Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hóa kết hợp với hóa chất.
b.Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hóa kết hợp với hóa chất.
Tháng 3 năm 1960, Stanett và các cộng sự đã ứng dụng phản ứng
Tháng 3 năm 1960, Stanett và các cộng sự đã ứng dụng phản ứng

quang hóa (tia UV) để ghép monomer vào cellulose và dẫn xuất của nó với sự
quang hóa (tia UV) để ghép monomer vào cellulose và dẫn xuất của nó với sự
hỗ trợ của chất hãm màu trong phẩm nhuộm là anthraquinon để tạo gốc tự do
hỗ trợ của chất hãm màu trong phẩm nhuộm là anthraquinon để tạo gốc tự do
trên các vị trí H-C-O- của mạch PVA, các đơn vị glucose trong tinh bột hoặc
trên các vị trí H-C-O- của mạch PVA, các đơn vị glucose trong tinh bột hoặc
cellulose cũng với mục đích biến tính các loại sợi hoặc polymer trên
cellulose cũng với mục đích biến tính các loại sợi hoặc polymer trên
.
.


tia UV

O
O
SO
3
SO
3

O
O
SO
3
SO
3
+
C H
OH

O
O
SO
3
SO
3
C
OH

+
C (M)
OH
nM
n
C
OH

c.Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hóa:
Tháng 2 năm 2002,các nhà hoá học Esmaiel Jabbari,Samyra Nozari, trường Đại học kỹ thuật Amir-
Kabbir,Tehran,Iran đã dùng tia γ với liều lượng 5-25kGy chiếu xạ lên polyacrylic(PAA) đã tạo
được vật liệu có cấu trúc không gian chứa các liên kết ngang có độ hút nước 80-500 lần tuỳ theo
liều lượng chiếu xạ.
Và đưa ra cơ chế của phản ứng như sau:


+
HOH
tia
γ

+
PAA
m
H PAAH
m
HOH
+ +
PAAH
m
HOH PAA
m
( OH
or
)
H
PAAH
+

+
HOH
(H or HO )
PAA
n
PAA
m
n
PAA
+
PAA
n

PAA
m

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU


•
Dùng các phương pháp tổng hợp hữu cơ thông
dụng để tổng hợp phân NPK.
•
Sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại
(IR, NMR
1
H và
13
C ) và ảnh SEM để xác định sự
tạo thành liên kết ghép giữa PVA và PAA trong
chất nền của phân NPK.
•
Sử dụng các phương pháp phân tích thông thường
để xác định hàm lượng N, P, K trong phân, đất và
hàm lượng phân tan trong nước theo từng giờ.
•
Thử nghiệm phân với cây rau ngắn ngày trên đất
cát

THỰC NGHIỆM
THỰC NGHIỆM
•

Hệ thống phản ứng
tổng hợp phân
•
Sơ đồ tổng hợp chất nền
Khuấy trong 3 giờ
Khuấy cho đến khi hỗn
hợp đồng nhất
Khuấy trong 3 giờ
Nước cất,PVA
Acid Acrylic
Ce(SO
4
)
2

Bán sản phẩm
Rửa,sấy ,nghiền
Sản phẩm

THỰC NGHIỆM
THỰC NGHIỆM
1. Tổng hợp và khảo sát chất nền bao bọc phân.
2. Điều chế và khảo sát phân Kali nhả chậm.
3. Điều chế và khảo sát phân NP nhả chậm.
4. Điều chế và khảo sát phân N nhả chậm.
5. Điều chế và khảo sát phân NPK nhả chậm.
6. Khảo sát khả năng hút nước và giữ ẩm của phân
NPK nhả chậm.
7. Sơ khảo ứng dụng của phân NPK nhả chậm trên
đất cát.

8. Xác định hàm lượng N, P
2
O
5
, K
2
O dễ tiêu trong
đất trước và sau khi bón phân.

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN
KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


1.Cấu trúc chất nền của phân
Phổ IR của PVA-PAA

Phổ IR của PAA

Phổ IR của PVA

Nhóm PVA
(cm
-1
)
PAA
(cm
-1
)
PVA-PAA
(cm

-1
)
-OH 3559 3442 3419
-CH-
2927
2987 2924
-CH
2
-
2875
2902 2855
-COO- 1728 1561
-C-O- 1129 1055 1111
Phổ IR của chất nền
Phổ IR của chất nền

Ảnh SEM của PVA
Ảnh SEM của PVA-PAA
Ảnh SEM của phân NPK
bao bọc bởi PVA-PAA

Phổ
1
H- NMR của PVA-PAA

Phổ
1
H- NMR của PVA

PVA PVA-PAA

δ(ppm)
Nhóm Diện tích
peak
δ(ppm)
Nhóm Diện tích
peak
4.32-4.30 -OH 2.00 4.34-4.29 -OH 1.00
2.40-2.20 -CH-O- 1.62 2.42-2.09 -CH-O- 1.82
2.01-1.99 -CH
2
- 4.66 2.09-1.98 -CH
2
- 5.02
Phổ
1
H- NMR của chất nền

Phổ
13
C- NMR của PVA-PAA

Phổ
13
C- NMR của PAA

Phổ
Phổ
13
13
C -NMR cuả PVA

C -NMR cuả PVA