Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của phân bón URE nhả chậm

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
--------------------

MAI THỊ LOAN

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU
TÍNH CHẤT CỦA PHÂN BÓN URE
NHẢ CHẬM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trƣờng
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
TS. NGUYỄN THANH TÙNG

HÀ NỘI – 2012

Mai Thị Loan

1

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Khóa luận này đƣợc hoàn thành tại phòng vật liệu polyme - Viện Hóa
học – Viện KH&CN Việt Nam. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành
cảm ơn: TS. Nguyễn Thanh Tùng và ThS. Lê Cao Khải đã tận tình hƣớng
dẫn và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này.
Em xin trân trọng cảm ơn tập thể khoa học phòng Công nghệ vật liệu
polyme – Viện Hóa học - Viện KH&CN Việt Nam và các thầy cô trong khoa
Hóa học trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khóa
luận này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2012
Sinh viên

Mai Thị Loan

Mai Thị Loan

2

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Mai Thị Loan

AAm

: acrylamit

ASC

: axit ascobic

APS

: amoni pesunfat

CDU

: Ure-crotonaldehit

CRFs

: Phân bón nhả có kiểm soát

IBDU

: Ure-isobutyraldehit

MBA

: N,N’ - metylenbisacrylamit

PAM

: Polyacrylamit

PSCU

: Phân ure bọc bằng lƣu huỳnh và polyme

PVAc

: Polyvinylaxetat

SCU

: Lƣu huỳnh bọc ure

UF

: Ure formandehit

3

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................... 3

1.1. Giới thiệu chung về vai trò của phân bón, tình hình sản xuất và sử
dụng phân bón ............................................................................................ 3
1.1.1.Vai trò của phân bón .......................................................................... 3
1.1.1.1.Vai trò của phân chứa nitơ ............................................................. 3
1.1.1.2.Vai trò của phân chứa photpho....................................................... 4
1.1.1.3.Vai trò của phân kali ....................................................................... 4
1.1.2.Tình hình sản xuất và sử dụng phân bón trên thế giới ...................... 5
1.1.3. Thực trạng về việc sử dụng phân bón ở nước ta............................... 6
1.1.4. Những vấn đề thách thức khi sử dụng phân bón truyền thống ........ 7
1.2. Tổng quan về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát ....... 9
1.2.1. Định nghĩa về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát .. 9
1.2.2. Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát .11
1.2.2.1. Trên thế giới .................................................................................. 11
1.2.2.2. Trong nước .................................................................................... 13
1.2.3.Ưu, nhược điểm của phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát.....14
1.2.3.1. Ưu điểm .......................................................................................... 14
1.2.3.2. Nhược điểm .................................................................................... 15
1.2.4. Các loại phân nhả chậm .................................................................. 16
1.2.4.1. Phân ngưng tụ ure và andehit (metylen ure) ................................ 16
1.2.4.2. Phân bọc nhả chậm ........................................................................ 18
1.2.5. Các phương pháp sản xuất phân bón nhả chậm và nhả có kiểm
soát ........................................................................................................... 20
1.3. Phân bón nhả chậm siêu hấp thụ nƣớc và giữ ẩm ................................ 21
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................. 26

Mai Thị Loan

4

K34B – SP Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2.1. Hoá chất, dụng cụ, thiết bị nghiên cứu ................................................ 26
2.1.1. Hoá chất, dụng cụ ............................................................................. 26
2.1.2. Thiết bị nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng ............................................... 26
2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu ............................ 27
2.2.1. Phương pháp thực nghiệm ................................................................ 27
2.2.1.1. Tổng hợp phân ure nhả chậm trên cơ sở polyacrylamit tạo lưới bằng
MBA ............................................................................................................. 27
2.2.1.2. Đo tỷ lệ trương của các polyme ..................................................... 27
2.2.1.3. Nghiên cứu quá trình nhả ure của sản phẩm trong môi trường nước
..................................................................................................................... 27
2.2.1.4. Nghiên cứu quá trình nhả ure của sản phẩm trong đất ................. 28
2.2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................... 28
2.2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới MBA ............................. 28
2.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào APS ............................ 28
2.2.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ ure/AAm ....................................................... 28
2.2.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng nhả ure của sản phẩm trong đất. ..28
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................. 29
3.1. Tổng hợp phân ure nhả chậm - hấp thụ nƣớc ...................................... 29
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới MBA ................................. 29
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào APS ................................ 30
3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ ure/AAm đến tỷ lệ trương của sản phẩm ......... 32
3.1.4. Phổ hồng ngoại ................................................................................. 33
3.1.5. Hình thái học bề mặt ........................................................................ 34
3.2. Nghiên cứu khả năng nhả ure trong các môi trƣờng ............................ 35

3.2.1. Khả năng nhả ure trong nước ........................................................... 35
3.2.2. Khả năng nhả ure trong đất .............................................................. 36
3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới quá trình nhả ure trong đất ...................... 38

Mai Thị Loan

5

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

KẾT LUẬN ................................................................................................. 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 41

MỞ ĐẦU
Ông cha ta có câu “Nhất nƣớc, nhì phân, tam cần, tứ giống”. Điều này
đã khẳng định vai trò to lớn của nƣớc và phân bón trong sản xuất nông
nghiệp, đặc biệt là với một nƣớc mà hơn 80% dân số làm nông nghiệp nhƣ
Việt Nam. Tuy nhiên, việc sử dụng phân bón quá nhiều nhƣ hiện nay không
những gây lãng phí mà còn ảnh hƣởng không tốt tới môi trƣờng và sức khỏe
con ngƣời. Vì thế, việc nghiên cứu để tạo ra các loại phân bón vừa đảm bảo
cung cấp đủ dinh dƣỡng cho cây trồng trong một thời gian dài, vừa không ảnh
hƣởng tới môi trƣờng đang là mối quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học.
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng các công nghệ mới vào lĩnh
vực sản xuất phân bón là một trong những biện pháp hữu hiệu nhằm tăng hiệu
quả sử dụng phân bón và cải thiện năng suất cây trồng. Kỹ thuật nhả có kiểm

soát tạo ra các loại phân bón có khả năng tăng cƣờng sự phát triển của cây khi
các chất dinh dƣỡng đƣợc đƣa vào nền polyme hoặc bọc trong vỏ polyme.
Sau đó, chất dinh dƣỡng đƣợc nhả dần cho cây hấp thụ, do đó tránh đƣợc hiện
tƣợng rửa trôi phân bón, tiết kiệm sức lao động và chi phí sản xuất cũng nhƣ
giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng.
Nitơ, chất dinh dƣỡng thực vật đƣợc áp dụng rộng rãi nhất, thƣờng
đƣợc coi là yếu tố quyết định năng suất cây trồng [1]. Gần đây, nitơ đƣợc phát
hiện là có tác dụng không tốt với môi trƣờng cũng nhƣ sức khỏe của con
ngƣời và động vật [2]. Trong số các loại phân chứa nitơ, ure đƣợc sử dụng
rộng rãi và phổ biến hơn cả vì hàm lƣợng nitơ cao nhất (46% nitơ) dễ sử dụng
và có giá thành thấp hơn so với các sản phẩm khác [3]. Tuy nhiên, lƣợng ure

Mai Thị Loan

6

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

bị mất vào môi trƣờng lên tới 40 - 70% kéo theo nhiều vấn đề nghiêm trọng
nhƣ: phá hủy tầng ozon, ô nhiễm nguồn nƣớc, hiện tƣợng phú dƣỡng của sông
hồ. Với những lí do trên chúng tôi đã lựa chọn đề tài “Tổng hợp và nghiên
cứu tính chất của phân bón ure nhả chậm”.
Nhiệm vụ cụ thể của khóa luận là:
- Tổng hợp phân ure nhả chậm siêu hấp thụ nƣớc trên cơ sở
polyacrylamit với chất tạo lƣới MBA, hệ khơi mào oxi hóa khử

APS/ASC.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ hàm lƣợng chất khơi
mào, chất tạo lƣới, tỷ lệ ure/AAm tới tỷ lệ trƣơng của polyme.
-

Nghiên cứu quá trình nhả ure của sản phẩm trong môi trƣờng
nƣớc, đất.

- Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ tới khả năng nhả ure của sản
phẩm trong môi trƣờng đất.

Mai Thị Loan

7

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung về vai trò của phân bón, tình hình sản xuất và sử
dụng phân bón [4]
1.1.1. Vai trò của phân bón
Phân bón là các chất hữu cơ hoặc vô cơ chứa các nguyên tố dinh
dƣỡng cần thiết cho cây trồng, đƣợc bón vào đất hay hòa vào nƣớc phun, xử lí
hạt giống, rễ và cây con.

Phân bón cung cấp chất dinh dƣỡng cho cây trồng sinh trƣởng, phát
triển. Nếu chỉ lấy từ đất thì cây trồng hoàn toàn không đủ chất dinh dƣỡng 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 kĩ
thuật trồng trọt, bón phân luôn có ảnh hƣởng lớn nhất tới năng suất cây trồng.
Theo tổ chức FAO, trong những thập niên 70-80 của thế kỷ 20, trên phạm vi
toàn thế giới, phân bón quyết định 50% sản lƣợng tăng thêm. Ở nƣớc ta, cho
đến năm 1990, phân bón làm tăng trung bình 35% tổng sản lƣợng.
Đối với đất và môi trƣờng, 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 vùng đất có
độ phì nhiêu ban đầu thấp, tức là đất xấu thì việc bón phân càng có tác dụng
rõ. Việc sử dụng các phế thải trong các hoạt động đời sống của con ngƣời,
chất thải của công nghiệp để làm phân bón góp phần hạn chế ô nhiễm môi trƣờng.
1.1.1.1. Vai trò của phân chứa nitơ
Cây hút N chủ yếu dƣới dạng NH+4 và NO3- . Phân nitơ rất đa dạng nhƣ:
ure, amoni sunfat, amoni nitrat…N là thành phần quan trọng và cần thiết cho
sự phát triển của cây. Nó là nguyên tố tham gia vào thành phần chính của các

Mai Thị Loan

8

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

chất diệp lục, protit, peptit, các axit amin, các enzim, nhiều loại vitamin và

các chất điều hòa sinh trƣởng…
N là yếu tố chính quyết định sự phát triển của các mô tế bào sống của
cây. Bón đủ N cây sinh trƣởng nhanh, ra nhiều chồi, lá và cành, hoa quả
nhiều, tích lũy đƣợc nhiều chất nên cho năng suất cao và chất lƣợng tốt. Do
đó, N là yếu tố dinh dƣỡng đƣợc cây hút và tích lũy nhiều nhất, là yếu tố
quyết định năng suất của cây. Thiếu N, cây sẽ sinh trƣởng kém, còi cọc, vàng
lá, ít hoa quả và năng suất thấp.
1.1.1.2. Vai trò của phân chứa photpho
Cây hút P chủ yếu dƣới dạng khoáng của photphat hóa trị 1 và hóa trị
2. P có vai trò rất quan trọng với cây. P có vai trò trung tâm trong quá trình
trao đổi năng lƣợng và tổng hợp protein. P là thành phần chủ yếu của các chất
ADP và ATP là những chất dự trữ năng lƣợng cho quá trình sinh hóa của cây,
đặc biệt là quá trình quang hợp, sự tạo thành chất béo và protein. P thúc đẩy
sự phát triển của bộ rễ cây, kích thích sự hình thành nốt sần ở cây họ đậu, thúc
đẩy sự ra hoa và hình thành quả ở cây, là yếu tố quyết định chất lƣợng hạt
giống. P giúp cây tăng khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi nhƣ rét,
hạn, sâu bệnh. P còn có tác dụng hạn chế tác hại của việc bón thừa N, P giúp
cây sinh trƣởng tốt, năng suất cao và chất lƣợng nông sản cao.
1.1.1.3. Vai trò của phân kali
Cây hút K dƣới dạng K+, các tế bào của cây rất dễ để dung dịch K thấm
qua nên K đƣợc cây hút dễ dàng hơn các nguyên tố khác. Phân kali bao gồm
một số phân nhƣ: KCl, KNO3, K2SO4… K tham gia tích cực vào quá trình
quang tổng hợp nên các chất gluxit của cây. K làm tăng khả năng thẩm thấu
nƣớc ở tế bào, điều chỉnh sự khuếch tán CO2 của quá trình quang hợp, đồng
thời tăng khả năng sử dụng ánh sáng cho cây trong điều kiện ít nắng. K thúc
đẩy quá trình tổng hợp N trong cây, làm giảm tác hại của việc bón quá nhiều

Mai Thị Loan

9

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

N, thúc đẩy sự ra hoa, tăng cƣờng khả năng chống chịu điều kiện bất lợi, làm
tăng hàm lƣợng chất bột nền, do đó làm tăng chất lƣợng hạt và quả. Thiếu K,
các lá già chuyển màu nâu, chóp và rìa lá khô dần, cây phát triển chậm, mềm
yếu, dễ đổ ngã.
1.1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng phân bón trên thế giới
Nhu cầu phân bón trên thế giới phụ thuộc vào các yếu tố chính đó là sự
phát triển dân số và kinh tế thế giới, tốc độ phát triển của ngành nông nghiệp,
chính sách quản lý của nhà nƣớc ở mỗi quốc gia. Sự gia tăng dân số thế giới
đã đẩy nhu cầu về lƣơng thực, thực phẩm tăng nhanh. Sự phát triển của dân số
và nền kinh tế thế giới rõ ràng là hai nguyên nhân trực tiếp làm tăng nhu cầu
về lƣơng thực, các sản phẩm nông nghiệp và nhu cầu phân bón.
Cụ thể nhu cầu về phân đạm hàng năm trên thế giới tăng khoảng 1,4%
tính tới năm 2011/2012 tƣơng ứng với khoảng 7,3 triệu tấn. Trong đó, khu
vực tiêu thụ chủ yếu loại phân này là Đông Á, Nam Á, Bắc Mỹ và Tây Âu.
Đối với phân lân thì nhu cầu sử dụng tăng khoảng 2% mỗi năm, trong đó
phần lớn nhu cầu sử dụng thuộc về châu Á với 71% và châu Mỹ với 21%.
Phần đóng góp chính của sự gia tăng nhu cầu dùng phân lân đối với các khu
vực cụ thể là Nam Á chiếm 35,8%, Đông Á 33,8%, Mỹ La tinh chiếm 18,3%.
Ngoài hai loại phân bón chính trên thì phân kali cũng đóng một vai trò hết sức
quan trọng và sản lƣợng loại phân này hàng năm tăng khoảng 2,4% tƣơng
đƣơng với 3,6 triệu tấn. Trên thế giới, khu vực tiêu thụ loại phân này nhiều
nhất vẫn là châu Á với 68% và thứ hai là châu Mỹ với 26%.

Do nhu cầu phân bón ngày một tăng, lƣợng phân đƣợc cung cấp hàng
năm cũng tăng khoảng 30 triệu tấn tƣơng đƣơng với khoảng 3%. Theo ƣớc
tính, lƣợng phân đạm tăng khoảng 23,1 triệu tấn trong năm 2011/2012 so với
năm 2007/2008. Sản lƣợng phân lân trong năm 2011/2012 tăng khoảng 3,2%
tƣơng ứng với khoảng 6,3 triệu tấn. Khu vực sản xuất phần lớn lƣợng phân

Mai Thị Loan

10

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

bón vẫn sẽ là khu vực Đông Á, Bắc Mỹ và châu Phi, trong đó châu Phi và Bắc
Mỹ là hai khu vực xuất khẩu lớn nhất. Đối với phân kali thì sự gia tăng sản
lƣợng vào khoảng 2,4% mỗi năm. Khu vực sản xuất chính là Bắc Mỹ, Đông
Âu, Trung Á (EECA) và Tây Âu, trong đó khu vực EECA, Bắc Mỹ, Tây Á và
Tây Âu là những khu vực xuất khẩu chủ yếu. Ƣớc tính cho tới năm 2020 thì
nhu cầu phân bón của thế giới sẽ vào khoảng 208 triệu tấn, trong đó nhu cầu
sử dụng phân bón của các nƣớc phát triển là khoảng 86 triệu tấn, trong khi ở
các nƣớc đang phát triển là khoảng 122 triệu tấn [4].
1.1.3. Thực trạng về việc sử dụng phân bón ở nước ta
Tính từ năm 1985 tới nay, diện tích gieo trồng ở nƣớc ta chỉ tăng
57,7%, nhƣng lƣợng phân bón sử dụng tăng tới 517%. Theo tính toán, lƣợng
phân vô cơ sử dụng tăng mạnh trong vòng 20 năm qua, tổng các yếu tố dinh
dƣỡng đa lƣợng N + P2O5 + K2O năm 2007 đạt trên 2,4 triệu tấn, tăng gấp hơn

5 lần so với lƣợng sử dụng của năm 1985. Ngoài phân bón vô cơ, hàng năm,
nƣớc ta còn sử dụng khoảng 1 triệu tấn phân hữu cơ, hữu cơ sinh học, hữu cơ
vi sinh các loại. Cho đến năm 2010, tổng diện tích gieo trồng ở nƣớc ta vào
khoảng 12.285.500 ha, trong đó, cây có thời gian sinh trƣởng hàng năm là
9.855.500 ha và cây lâu năm khoảng 2.431.000 ha. Để thoả mãn nhu cầu phân
bón cho các loại cây trồng trên các diện tích này, đến hết năm 2010, ta có
2.100.000 tấn phân ure, 300.000 tấn phân DAP, 3.000.000 tấn phân NPK các
loại, 1.400.000 tấn phân lân dạng supe nung chảy và 400.000 tấn phân kali. Ở
nƣớc ta, nguồn phân đạm hiện nay do hai nhà máy Đạm Hà Bắc có công suất
180.000 tấn ure/năm và nhà máy Đạm Phú Mỹ có công suất 740.000 tấn
ure/năm cung cấp. Hiện cả hai nhà máy này có khả năng đáp ứng đƣợc một
nửa nhu cầu đạm trong nƣớc.
Theo số liệu tính toán của các chuyên gia trong lĩnh vực nông hoá học
ở Việt Nam, hiện nay, hiệu suất sử dụng phân đạm mới chỉ đạt từ 30-45%, lân

Mai Thị Loan

11

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

từ 40-45% và kali từ 40-50%, tuỳ theo chân đất, giống cây trồng, thời vụ,
phƣơng pháp bón, loại phân bón…Nhƣ vậy, còn 60-65% lƣợng đạm tƣơng
đƣơng với 1,77 triệu tấn ure, 55-60% lƣợng lân tƣơng đƣơng với 2,07 triệu
tấn supe lân và 55-60% lƣợng kali tƣơng đƣơng với 344 nghìn tấn kali clorua

(KCl) đƣợc bón vào đất nhƣng chƣa đƣợc cây trồng sử dụng. Trong số phân
bón chƣa đƣợc cây sử dụng, một phần còn lại ở trong đất, một phần bị rửa trôi
theo nƣớc mặt do mƣa, theo các công trình thuỷ lợi ra các ao, hồ, sông suối
gây ô nhiễm nguồn nƣớc mặt. Một phần bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầng
nƣớc ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình
phản nitrat hoá gây ô nhiễm không khí.
Xét về mặt kinh tế thì khoảng 2/3 lƣợng phân bón hàng năm cây trồng
chƣa sử dụng đƣợc, đồng nghĩa với việc 2/3 lƣợng tiền ngƣời nông dân bỏ ra
mua phân bón bị lãng phí, với tổng thất thoát lên tới khoảng 30 nghìn tỷ đồng
tính theo giá phân bón hiện nay.
Xét về mặt môi trƣờng, trừ một phần các chất dinh dƣỡng có trong
phân bón đƣợc giữ lại trong các keo đất là nguồn dinh dƣỡng dự trữ cho vụ
sau, hàng năm một lƣợng lớn phân bón bị rửa trôi hoặc bay hơi đã làm xấu đi
môi trƣờng sản xuất nông nghiệp và môi trƣờng sống, đó cũng là những tác
nhân gây ô nhiễm nguồn nƣớc, không khí. Trong số đó, phân do sản xuất lúa
gây ra đối với việc ô nhiễm môi trƣờng là vấn đề đáng đƣợc quan tâm nhất, vì
hàng năm một lƣợng lớn phân bón đƣợc dành cho sản xuất lúa.
1.1.4. Những vấn đề thách thức khi sử dụng phân bón truyền thống
Năm 1998, Smil [5] đã dự đoán những vấn đề tiềm ẩn về môi trƣờng do
sự dƣ thừa đạm trong quá trình cung cấp phân bón cho cây trồng. Tổng lƣợng
phân đạm bón vào là khoảng 80 triệu tấn/năm. Sự thất thoát nitơ ra ngoài
không khí chiếm một lƣợng khá lớn và đƣợc xem nhƣ một nguyên nhân chính
làm giàu lƣợng nitơ trong bầu khí quyển. Tầng nƣớc ngầm và nƣớc bề mặt

Mai Thị Loan

12

K34B – SP Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

nhận đƣợc khoảng từ 32 đến 45 triệu tấn nitơ thấm vào mỗi năm. Tại nhiều
khu vực trên thế giới, nitơ và cả photpho xảy ra tình trạng tích tụ thành một
lƣợng quá lớn cho phép gây ảnh hƣởng lớn tới môi trƣờng, sức khỏe và hệ
sinh thái.
Ở hầu hết các vùng canh tác, nitơ bị oxy hóa tạo thành nitrat dƣới tác
dụng của vi khuẩn hoạt động. Kết quả là một phần tƣơng đối lớn nitơ có thể
bị thấm hoặc bị tách khỏi rễ đi vào nƣớc ngầm, nƣớc mặt. Một lƣợng lớn
nitrat tích tụ lại trong hệ khí quyển cũng rất đáng lo ngại, đây cũng là một
trong những nguyên nhân gây ra bệnh giảm nồng độ khí oxy trong máu do
nguồn nƣớc uống chứa quá nhiều nitrat, gây bệnh cho loài động vật nhai lại,
là một trong những nguyên nhân gây bệnh ung thƣ dạ dày. Đây cũng là thủ
phạm gây ra nhiều căn bệnh khác nữa nhƣ: bƣớu cổ, dị tật bẩm sinh, bệnh tim
mạch. Để đảm bảo an toàn cho sức khỏe con ngƣời, hàm lƣợng nitrat chuẩn
đƣợc quy định tại Mỹ là dƣới 10mg N/lit hay tại liên minh châu Âu là dƣới
50mg NO3 /lit [6].
Trong quá trình sử dụng phân bón nitơ, sự bay hơi của amoniac cũng
rất đáng kể, đặc biệt là khi sử dụng chúng trong môi trƣờng đất có tính kiềm
[7]. Quá trình bay hơi của amoniac đƣợc quyết định bởi yếu tố đất, môi
trƣờng và tỷ lệ thuận với hàm lƣợng amoni trong đất. Sự giải phóng amoni từ
lĩnh vực sử dụng phân bón có thể dẫn tới quá trình tích tụ chúng trong hệ sinh
thái và là nguyên nhân gây ra sự phá hủy hệ thực vật [8]. Một lƣợng NH3 có
thể bị oxy hóa và đƣợc chuyển hóa thành axit, kết hợp với axit sunfuric (từ
nguồn khí thải công nghiệp) tạo thành mƣa axit. Mƣa axit là nguyên nhân phá
hủy mùa màng hoặc axit hóa các hồ chứa nƣớc, gây ra tình trạng ngộ độc
nhôm trong cá và thực vật [9].

Vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do phân photpho gây ra cũng rất đáng lo
ngại, đó là sự dƣ thừa nồng độ của N, P hay C và một số các vi nguyên tố

Mai Thị Loan

13

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

khác trong nƣớc [10]. Trong hệ thủy sinh, sự tích tụ của photpho là rất đáng
quan tâm [11]. Tác động sơ cấp của hiện tƣợng phú dƣỡng làm tăng sinh khối
của tảo, điều này dẫn tới hàm lƣợng oxy bị thiếu hụt, làm chết cá, xuất hiện và
gia tăng mùi thối, gây ô nhiễm và mất mĩ quan môi trƣờng. Lƣợng lớn
photpho thải vào môi trƣờng cũng bắt nguồn từ chất thải công nghiệp, phân
bón trong nông nghiệp, nƣớc, bùn thải và chất tẩy uế. Mặc dù không trực tiếp
tác động đến hệ sinh thái nhƣng các nguyên tố nhƣ Cd, Cr, Pb, Ur hay Ra có
chứa trong phân lân có thể tích tụ trong đất trong thời gian dài [12] và gây hậu
quả nghiêm trọng.
1.2. Tổng quan về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát
1.2.1. Định nghĩa về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát
Ngành công nghiệp phân bón luôn phải đối mặt với những tồn tại khó
tháo gỡ, đó là vấn đề cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón. Bởi vậy, việc rất
cần thiết là phát triển một loại phân bón mới. Nhƣng nhiệm vụ này là không
hề dễ dàng do cơ chế hấp thụ dinh dƣỡng của thực vật là phức tạp. Bằng sự nỗ
lực không ngừng, các nhà khoa học đã chế tạo thành công loại phân bón mới,

đáp ứng đƣợc những yêu cầu đặt ra, đó chính là phân bón nhả chậm và phân
bón nhả có kiểm soát [13].
Tổng số lƣợng phân bón nhả chậm tiêu thụ trên toàn thế giới năm 1996
- 1997 là khoảng 560.000 tấn [14]. Lƣợng tiêu thụ lớn nhất là ở Mỹ và
Canada, chiếm khoảng 70% tổng số lƣợng đƣợc sử dụng. Các nƣớc châu Âu
và Nhật Bản tiêu thụ phần còn lại khá ngang nhau. Tại Nhật Bản, hầu hết các
CRFs đƣợc sử dụng trong nông nghiệp, chủ yếu là trồng lúa, rau và cây ăn
quả, và chỉ một phần nhỏ đƣợc sử dụng cho đồng cỏ và làm vƣờn cảnh. Tại
Mỹ, Canada và châu Âu, khoảng 90% tổng tiêu thụ đƣợc sử dụng cho mục
đích phi nông nghiệp (sân gôn, vƣờn, thảm cỏ chuyên nghiệp, cảnh quan), chỉ
có khoảng 10% đƣợc sử dụng cho nông nghiệp, chủ yếu là rau, dƣa hấu, dâu

Mai Thị Loan

14

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

tây, quả có múi và các loại cây ăn quả khác. Tuy nhiên, tốc độ tăng trƣởng
của việc sử dụng của phân bón nhả chậm trong nông nghiệp hơn gấp đôi tốc
độ tăng trƣởng trong thị trƣờng phi nông nghiệp [14].
Phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát là các loại phân bón có chứa
một chất dinh dƣỡng cho cây ở một dạng hoặc là a) làm chậm tính có sẵn cho
cây hấp thu và sử dụng sau khi đƣa vào, hoặc là b) dạng có sẵn cho cây trong
thời gian dài hơn rất nhiều so với “phân bón dinh dƣỡng có sẵn” nhƣ amoni

nitrat hay ure, amoni photphat, kali clorua. Không có sự khác biệt chính thức
nào giữa phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát nên thƣờng đƣợc gọi chung
là phân nhả chậm. Tuy nhiên, các sản phẩm N bị phân hủy bởi vi khuẩn nhƣ
UF (Ure-Formaldehit), trong thƣơng mại thƣờng đƣợc gọi là phân nhả chậm
và các sản phẩm dạng viên hoặc bọc đƣợc gọi là phân bón nhả có kiểm soát.
Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu đã đƣa ra một số đề xuất về phân bón nhả
chậm trong đất nhƣ sau:
- Nhả: Quá trình chuyển hóa của một chất hóa học thành một dạng
dinh dƣỡng có sẵn cho cây (ví dụ quá trình hòa tan, thủy phân, phân hủy v.v.).
- Nhả chậm: Tỉ lệ nhả của một chất hóa học thành một dạng dinh dƣỡng
có sẵn cho cây, nói chung đƣợc xác định là thấp hơn so với tỉ lệ nhả từ việc áp
dụng một chất dinh dƣỡng có sẵn cho cây (ví dụ đối với nitơ nhả chậm, tỉ lệ
nhả/ứng đáp của thực vật với việc áp dụng ure, amoni hay dung dịch nitrat);
- Quy định: Một loại phân đƣợc mô tả là phân nhả chậm nếu chất dinh
dƣỡng hoặc các chất dinh dƣỡng đƣợc xem là nhả chậm, dƣới những điều
kiện nhất định nhƣ ở nhiệt độ 250C, phải đáp ứng một trong ba tiêu chuẩn sau:
+ Nhả không quá 15% trong 24h.
+ Nhả không quá 70% trong 28 ngày.

Mai Thị Loan

15

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

+ Nhả ít nhất 70% trong khoảng thời gian đã định.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát
1.2.2.1. Trên thế giới
Phân nhả chậm đƣợc 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
đƣợc công bố.
Ray S.K và cộng sự [15] đã nghiên cứu ra phân chứa B nhả chậm với
thành phần chính là polyborophotphat. Sản phẩm này có nhiều lợi ích hơn
phân chứa B bình thƣờng là tan chậm trong nƣớc, giảm sự thất thoát, giảm
độc hại, tăng hiệu quả khi sử dụng.
Geortz Harvey M. và cộng sự [16] đã nghiên cứu đƣợc một loại phân
nhả chậm từ nền dầu hữu cơ nhƣ dầu lanh và các loại phân: NPK, ure hay các
loại phân Ca, Mg, S. Phân này có khả năng nhả chậm từ 10% (14 ngày), 11%
(20 ngày)….
Mangrich A. S. và cộng sự [17] đã tổng hợp đƣợc phân K nhả chậm từ
cặn dầu phiến nham ở 9000C thu đƣợc phân có độ tan 30,3% K2O (trong HCl
0,5M), 23,2% (trong axit citric) và 6,9% (trong nƣớc).
Fujita T. và cộng sự [18] cũng đã tổng hợp phân nhả chậm đƣợc bao
bọc bằng polyme đƣờng (glucozo, fructozo) hay dẫn xuất của nó. Phân đƣợc
bọc là ure, NH4Cl, KCl, KNO3, NaNO3, K3PO4…
Goertz Harvey M [16] đã nghiên cứu và sản xuất thành công hỗn hợp
NPK nhả chậm từ hỗn hợp dung dịch ure và formaldehit với chất nền khô từ
nguồn P (supephotphat, apatit…) và K (KHCO3, K2CO3, K3PO4…) để tạo nên
hỗn hợp đồng nhất NPK.

Mai Thị Loan

16

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Nakonieczny J. [19] đã tổng hợp đƣợc phân bón đa thành phần nhả
chậm. Phân này bao gồm N ở dạng hợp chất hữu cơ và vô cơ, P ở dạng
supephophat, trisupephotphat, K ở dạng clorua và sunphat. Phân chứa 30 – 50
% N, P2O5, K2O và 10% tinh bột. 17 – 25% N tồn tại ở dạng ure – andehit.
Liu F và cộng sự [20] đã nghiên cứu đƣợc phân N nhả chậm từ
dicyandiamit; 1,4 – benzendiol; axit humic, zeolit, bột kích thích rễ và nguyên
tố vi lƣợng. Sản phẩm thu đƣợc đã cải thiện chất lƣợng mùa màng.
Markusch P. H. và cộng sự [21] đã thực hiện phản ứng giữa isocyanat
với các hạt phân tạo thành phân bọc ure nhả chậm.
Hamada E. và cộng sự [22] đã nghiên cứu thành công phân K nhả
chậm. Thành phần chính của phân là: K2O, SiO2, và CaO. Tỉ lệ nhả K2O đƣợc
kiểm tra bởi tỉ lệ khối lƣợng của K2O tổng số và K2O trong nƣớc.
Zhu Zhenliu và cộng sự [23] đã tổng hợp đƣợc phân ure nhả chậm từ
cyanamit Ca và dung dịch ure đậm đặc hay ure nóng chảy. Sản phẩm thu
đƣợc có hiệu quả cao và giá thành thấp.
Setani M [24] đã tổng hợp ure formaldehit với sự hiện diện của kiềm,
axit mạnh và dung dịch amoni hay amin. Sản phẩm thu đƣợc có độ tan trong
nƣớc nóng là 15% về khối lƣợng và sản phẩm phân rã là đều đặn.
Haeberle K. và cộng sự [25] đã nghiên cứu phân N nhả chậm từ việc
bao bọc các hạt phân bằng huyền phù của polyure. Việc bao bọc này ngăn
chặn vón cục, tan chậm trong nƣớc và bị vi khuẩn phân hủy.
Bagdasarov V. R. và cộng sự [26] sử dụng zeolit (6-24%) và amoni

nitrat hay ure (79-94%) để tổng hợp phân nhả chậm.
Du C. và cộng sự [27] đã nghiên cứu thành công phân N, P, K nhả
chậm trên các chất mang nhƣ metacrylic axit, PAM, PVA, polyetylenglycol
hay từ chitosan từ thiên nhiên và dẫn xuất hay hỗn hợp của hơn một chất

Mai Thị Loan

17

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

mang cùng những chất tạo liên kết ngang nhƣ formandehit, etylendiamin,
glutaraldehit, borat hay ZnO.
Zhan F. và cộng sự [28] đã tổng hợp thành công polyme siêu hấp thụ
đồng thời mang phân P nhả chậm. Sản phẩm đƣợc điều chế từ phản ứng este
hóa của PVA với H3PO4. Sản phẩm thu đƣợc chứa 31,2% P2O5.
1.2.2.2. Trong nước
Ở Việt Nam, phân nhả chậm chƣa đƣợc các nhà chuyên môn quan tâm,
nghiên cứu nhiều. Tuy nhiên, cũng có một số loại phân nhả chậm đã đƣợc
nghiên cứu:
Trần Khắc Trung và Mai Hữu Khiêm – Khoa Công nghệ Hoá học và
dầu khí – Trƣờng Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh [29] đã nghiên
cứu và sản xuất thành công phân nhả chậm ure – zeolit từ ure và zeolit NaX.
Phân đã đƣợc thử nghiệm qua hai vụ lúa tại trại thực nghiệm lúa Long Phú
(Sóc Trăng) cho thấy loại phân này có tác dụng đến 50 ngày và tiết kiệm đến

30% do không bị rửa trôi. Một ƣu thế khác, khi giảm lƣợng phân bón đi 30%
so với phân ure thông thƣờng thì năng suất thu đƣợc tƣơng đƣơng và phẩm
chất gạo có chiều hƣớng cao hơn so với ô ruộng đối chứng. Thời gian hấp thụ
kéo dài đã giảm số lần bón phân từ ba xuống hai, giảm chi phí đầu tƣ cho
ngƣời nông dân. Không chỉ thành công trên lúa, phân ure nhả chậm còn đƣợc
áp dụng với các loại cây trồng khác nhƣ dƣa hấu, đậu phộng...cho kết quả khả quan.
Phạm Hữu Lý và cộng sự [30] đã nghiên cứu đƣợc phân ure nhả chậm
với polyme nền gelatin, ure và amoni bicromat theo tỉ lệ xác định bằng hai
phƣơng pháp: phƣơng pháp cán trộn cơ học và phƣơng pháp dung dịch. Sản
phẩm thu đƣợc có polyme nền là một polyme động vật dễ bị phân hủy sinh
học và không ô nhiễm môi trƣờng.
Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự [31] đã nghiên cứu khả năng lƣu giữ
phân bón của polyme siêu hấp thụ nƣớc trong đất. Polyme đƣợc tổng hợp từ

Mai Thị Loan

18

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

axit acrylic, etylenglicol dimetaacrylat, (NH4)2S2O8, NaOH và các loại dung
môi. Polyme này ngoài khả năng giữ nƣớc lớn còn lƣu giữ rất hiệu quả các
loại phân bón, đặc biệt là phân vi lƣợng.
Tuy nhiên, các loại sản phẩm đƣợc nghiên cứu ở Việt Nam trên đều có
những hạn chế nhƣ: thời gian nhả chậm của phân còn ngắn chƣa đáp ứng đƣợc

với những cây trồng dài ngày và chƣa kiểm soát đƣợc thời gian nhả chậm.
1.2.3. Ưu, nhược điểm của phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát
1.2.3.1. Ưu điểm
- Phân bón nhả chậm làm giảm độc tính trong cây (đặc biệt là cây trồng
từ hạt), bắt nguồn từ nồng độ ion cao trong đất, đó cũng chính là kết quả của
quá trình hòa tan với tốc độ nhanh của phân bón truyền thống và vì thế góp
phần cải thiện tính an toàn trong nông nghiệp [32].
- Do quá trình giảm độc tính và hàm lƣợng muối của chất nền đã giúp
chúng có nhiều ứng dụng hữu ích hơn so với phân bón truyền thống, giúp
giảm đáng kể công lao động, thời gian và năng lƣợng cũng nhƣ thuận tiện hơn
trong quá trình sử dụng phân bón, đó chính là những ƣu điểm lớn nhất của
phân nhả chậm.
- Góp phần cải thiện chƣơng trình quản lý phân bón và hệ thống canh
tác tiên tiến [18].
- Cho phép tập trung đầy đủ lƣợng dinh dƣỡng cần thiết của cây trồng
dƣới màng phủ nilon.
- Chúng làm giảm đáng kể lƣợng hao hụt dinh dƣỡng, đặc biệt là mất
nitơ, nitrat trong quá trình sử dụng và hấp thụ của thực vật thông qua cách
thức nhả dinh dƣỡng từ từ. Chúng cũng làm giảm sự bay hơi của amoniac,
đồng thời giảm tác động gây ô nhiễm môi trƣờng [33].
- Góp phần làm giảm thiểu các loại khí khác gây hiệu ứng nhà kính nhƣ
N2O [34].

Mai Thị Loan

19

K34B – SP Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

1.2.3.2. Nhược điểm
- Không có một phƣơng pháp chuẩn đủ tin cậy để định lƣợng lƣợng
dinh dƣỡng đƣợc giải phóng. Vẫn có một sự thiếu tƣơng quan giữa những số
liệu thu đƣợc từ phòng thí nghiệm và thực tế. Hơn thế nữa, các điểm ƣu việt
của phân nhả chậm so với phân truyền thống thì không phải lúc nào loại phân
này cũng đƣợc so sánh với những loại phân tốt nhất [35].
- Đối với phân nhả chậm đƣợc bọc lƣu huỳnh, lƣợng dinh dƣỡng ban
đầu có thể đƣợc giải phóng quá nhanh gây thiệt hại cho cây trồng cộng với giá
thành của nó cũng cao hơn so với cùng một lƣợng phân thông thƣờng. Ngoài
ra, một số phân dạng viên bọc lƣu huỳnh thƣờng đƣợc phủ một lớp vỏ quá
dày có thể dẫn tới hiện tƣợng dinh dƣỡng trong phân bón không thể giải
phóng ra trong thời gian cần thiết cho cây trồng.
- Sử dụng phân bọc nhả chậm có thể làm tăng độ axit của đất. Có thể
nói đến phân ure nhả chậm bọc lƣu huỳnh khi sử dụng với lƣợng lớn, cả lƣu
huỳnh và ure đều góp phần làm tăng độ axit của đất.
- Vỏ bọc phân nhả chậm từ polyme có thể là nguyên nhân gây ra sự ô
nhiễm do sự tích tụ của loại vật liệu tổng hợp này sau quá trình sử dụng trên
đồng ruộng. Một số loại polyme trong lớp vỏ bọc của phân thông thƣờng có
tốc độ phân hủy cực kỳ chậm hoặc không hoàn toàn trong đất. Việc sử dụng
chúng dẫn tới hiện tƣợng tích tụ đáng kể của nhựa (vƣợt quá 50kg/ha/năm)
[36]. Tuy nhiên vẫn có quá trình phân hủy lƣợng chất thải không mong muốn
này. Nếu tính trong vòng 10 năm cho lƣợng 500kg/ha thì hàm lƣợng của nó
trong đất khô cũng chỉ còn 200ppm. Hơn thế nữa, nếu các mảnh polyme
không phân hủy thì kích thƣớc của chúng vẫn nhỏ hơn so với hạt đất, và do
đó là một phần của đất.

Mai Thị Loan

20

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

- Giá thành của phân nhả chậm luôn đƣợc xem là cao hơn phân truyền
thống. Đây là một trong những nguyên nhân chính hạn chế mức độ sử dụng
loại phân này trong nông nghiệp. Sản phẩm phân nhả chậm có giá thành cao
là do:
+ Cần những quá trình sản xuất phức tạp hơn.
+ Trong nỗ lực để đạt đƣợc lớp vỏ ngoài nhƣ ý muốn, nhà sản xuất
thƣờng phải tiến hành tách nguyên liệu hạt theo kích thƣớc phù hợp, chính
điều này đẩy giá thành lên cao.
+ Vật liệu bọc thƣờng có giá thành cao hơn nhiều lần so với giá phân bón.
+ Dung tích hạt tƣơng đối nhỏ.
1.2.4. Các loại phân nhả chậm
1.2.4.1. Phân ngưng tụ ure và andehit (metylen ure)
Trong số các sản phẩm phản ứng nitơ thì ba loại có tầm quan trọng
trong thực tế nhất đó là:
- Ure formaldehit (UF)
- Ure-isobutyraldehit (IBDU)
- Ure-crotonaldehit (CDU)
Trong khi sản phẩm ure-formandehit có đóng góp lớn nhất trong lƣợng
phân nhả chậm thƣơng mại thì phân IBDU và CDU có mức độ sử dụng thấp

hơn do giá thành của chúng cao hơn so với phân UF.
* Phân Ure-formaldehit (UF) - 38% N
Trong số các phân nhả chậm đƣợc sản xuất thì phân nhả chậm trên cơ
sở UF đóng góp thị phần lớn nhất trên thế giới. Nó cũng là nhóm đầu tiên
đƣợc nghiên cứu về quá trình nhả chậm nitơ. Ngay từ năm 1924, Badiche
Anilin và Soda-Fabric AG [37] (ngày nay là hãng BASF) của Cộng hòa liên
bang Đức đã đƣợc công nhận phát minh (DRP 431 585) về phân ngƣng tụ
ure-formaldehit. Tại Mỹ họ đƣợc công nhận phát minh này vào năm 1947.

Mai Thị Loan

21

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Sản phẩm này đƣợc thƣơng mại hóa vào năm 1955 và xuất hiện 5 loại sản
phẩm ure-formaldehit và hai dạng chính là rắn và lỏng.
Ure-formaldehit đƣợc tạo thành nhờ phản ứng của formaldehit với ure
dƣới các điều kiện đƣợc kiểm soát (pH, nhiệt độ, phần mol, thời gian phản
ứng…), kết quả là thu đƣợc hỗn hợp metylen ure với chiều dài mạch khác nhau.
Nói chung phân ure-formaldehit có tốc độ giải phóng nitơ chậm và phù
hợp với hầu hết các loại cây trồng. Do độ tan thấp nên chúng sẽ không làm
cháy thảm thực vật cũng nhƣ không gây cản trở quá trình nảy mầm. Do có
hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao nên chúng đƣợc sử dụng phổ biến hơn tại các
vùng có khí hậu ấm áp.

* Phân Ure-isobutyraldehit (IBDU) – 32% N
Ure-isobutyraldehit là một sản phẩm ngƣng tụ từ phản ứng của
isobutyraldehit (dạng lỏng) với ure. Kết quả của phản ứng này trái ngƣợc với
phản ứng ngƣng tụ ure với formandehit ở số lƣợng mạch polyme có chiều dài
khác nhau. Sản phẩm của phản ứng ngƣng tụ của ure với isobutyraldehit là
các oligome đơn. Tuy nhiên, để thu đƣợc tỷ lệ IBDU tối ƣu thì điều quan
trọng là phải dừng phản ứng bằng cách trung hòa tại điểm mà hầu hết sản
phẩm là IBDU.
Hàm lƣợng nitơ theo lý thuyết của loại phân này là 32,18% [38], trong
khi lƣợng nitơ cần thiết tối thiểu đƣợc xác định là 30%. Cơ chế nhả chậm của
loại phân này dựa trên sự thủy phân từ từ của IBDU tan chậm trong nƣớc và
tạo thành ure, nó đƣợc chuyển thành ion amoni và hơn nữa là nitrat nhờ vi
khuẩn trong đất. Tốc độ giải phóng nitơ là một hàm của kích thƣớc hạt, độ
ẩm, nhiệt độ và pH.
* Phân Ure-crotonaldehit (CDU) - 32,5% N
Ure-crotonaldehit là sản phẩm ngƣng tụ của phản ứng giữa ure với
andehit axetic có xúc tác axit. Khi hòa tan vào nƣớc, nó sẽ phân rã từ từ thành

Mai Thị Loan

22

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

ure và crotonaldehit. Nhƣ trƣờng hợp IBUD, với CDU thì kích thƣớc hạt cũng

ảnh hƣởng lớn đến tốc độ nhả nitơ (thƣờng nhả rất chậm với hạt có kích thƣớc lớn).
CDU bị phân rã bởi cả con đƣờng thủy phân và vi khuẩn trong đất.
Nhiệt độ, độ ẩm, những hoạt động sinh học có ảnh hƣởng lớn đến tốc độ nhả
nitơ. Mặc dù vậy, trong đất có môi trƣờng axit, CDU phân hủy chậm hơn so
với IBDU. Các quá trình nông hóa của CDU trong đất là tƣơng tự nhƣ IBDU.
1.2.4.2. Phân bọc nhả chậm
Loại phân này đƣợc tổng hợp từ nguyên liệu là phân tan truyền thống
với tốc độ nhả dinh dƣỡng nhanh. Sự tích tụ hay kết tinh của lớp vỏ (không
tan trong nƣớc) đóng vai trò là lớp bảo vệ và điều khiển quá trình thấm nƣớc
vì thế kiểm soát tốc độ nhả dinh dƣỡng. Sản phẩm có chứa dinh dƣỡng tan
trong nƣớc, sự giải phóng lƣợng dinh dƣỡng này đƣợc điểu khiển bởi lớp vỏ
bọc phân.
Có ba nhóm phân bọc nhả chậm gồm có:
- Phân bọc lƣu huỳnh
- Phân bọc polyme/polyolefin
- Phân bọc bằng polyme và lƣu huỳnh, bao gồm cả vật liệu sáp polyme.
Các loại vật liệu chính hiện đang đƣợc sử dụng để làm vỏ bọc của phân
nhả chậm là:
- Lƣu huỳnh
- Polyme (ví dụ PVDC trên cơ sở đồng trùng hợp, polyolefin, polyuretan,
nhựa ureformandehit, polyetylen, polyeste, nhựa ankit…)
- Muối của axit béo (ví dụ Canxistearat)
- Latex, cao su, gồm guar, các chất chống kết dính có nguồn gốc từ dầu mỏ, sáp
- Ca + Mg-photphat, Mg oxit, Mg-amoni photphat + Mg – Kali photphat
- Thạch cao photpho, đá photphat,khoáng sét attapulgite.
- Than bùn (viên ép đƣợc bọc trong than bùn: phân khoáng hữu cơ, OMF)

Mai Thị Loan

23

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Khi so sánh với các sản phẩm phản ứng từ ure thì phân bọc, cụ thể là
bọc đa lớp lƣu huỳnh và vật liệu polyme là có hiệu quả kinh tế cao hơn do giá
thành thấp hơn. Phƣơng pháp sử dụng phân bọc trộn với phân thông thƣờng
theo những tỷ lệ khác nhau đang ngày càng gia tăng. Bên cạnh đó, nó cho
phép điều khiển nhả chậm các loại dinh dƣỡng khác ngoài nitơ.
* Phân ure bọc lƣu huỳnh
Trong nhóm phân nhả chậm bọc lƣu huỳnh thì phân ure là loại phân
quan trọng nhất. Lớp phủ lƣu huỳnh có thể đƣợc xem là màng không thấm, nó
phân hủy chậm dƣới các tác nhân nhƣ: vi khuẩn, hóa chất và các tác nhân vật
lý. Hàm lƣợng nitơ (và các chất dinh dƣỡng khác) có tốc độ giải phóng dinh
dƣỡng khác nhau theo độ dày của lớp vỏ bọc. Tốc độ giải phóng dinh dƣỡng
cũng bị ảnh hƣởng bởi độ sạch của ure sử dụng.
Quá trình sản xuất cơ bản đã đƣợc nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
và quy mô pilot năm 1961 bởi Scheib, R.M [39].
Có 4 lợi ích chính của phân ure-lƣu huỳnh:
+ Ure với hàm lƣợng 46% N đƣợc cho là cao, vì thế khi có lớp vỏ lƣu huỳnh
thì hàm lƣợng N chỉ còn từ 30 - 40%.
+ Phân ure không bọc có khả năng thấm và thoát amoni nhanh do quá trình
bay hơi. Nhƣng khi có vỏ bọc lƣu huỳnh thì hiện tƣợng trên giảm đáng kể.
+ Lƣu huỳnh là loại vật liệu rẻ, dễ kiếm.
+ Lƣu huỳnh còn là nguồn dinh dƣỡng thứ cấp cho cây trồng.
Ure đƣợc tiến hành phun lớp lƣu huỳnh nóng chảy trong thiết bị trống

quay. Sau đó những vị trí bị hở hoặc gãy đƣợc bịt kín lại bằng polyme dạng
sáp (chiếm khoảng 2-3% tổng khối lƣợng). Sản phẩm cuối cùng thu đƣợc có
chứa 31- 42% N, 10 - 27% lƣu huỳnh và khoảng 5% chất bịt lỗ hổng. Các sản
phẩm phân bọc lƣu huỳnh đƣợc sản xuất hiện nay có chứa từ 30 - 42% N và 6
- 30% lƣu huỳnh còn lại là chất kết dính và chất điều hòa.

Mai Thị Loan

24

K34B – SP Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Quá trình nhả dinh dƣỡng của mẫu là trực tiếp bị ảnh hƣởng của chiều
dày và chất lƣợng của lớp vỏ bọc. Đó là nguyên nhân của sự phân rã ure từ
SCU vào đất bởi vi khuẩn và quá trình thủy phân phá hủy lớp vỏ lƣu huỳnh.
* Phân bọc bằng polyme và lƣu huỳnh
Do hiệu suất tƣơng đối nghèo của SCU, một số nhà sản xuất trên thế
giới đã giới thiệu một sản phẩm mới trong đó phân bọc lƣu huỳnh đƣợc bao
phủ thêm bởi một lớp mỏng polyme hữu cơ. Từ đó, một SCU bao polyme
đƣợc gọi là PSCU. Theo Goetz [16] PSCU nhả phân bón cũng tƣơng tự nhƣ
CRFS phủ polyme. Lớp polyme bổ sung với tác dụng nâng cao khả năng
chống tiêu hao của các hạt phân và cho thấy khả năng nhả tốt hơn phân bón
bọc lƣu huỳnh. Sản phẩm đƣợc sử dụng rộng rãi cho thị trƣờng phi nông
nghiệp nhƣ sân gôn, cây cảnh…
1.2.5. Các phương pháp sản xuất phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát

* Phương pháp
Trong quá trình sản xuất các loại phân bón nhả chậm hay nhả có kiểm
soát, hiệu quả nhả chậm của chúng có thể đạt đƣợc bằng các quy trình sản
xuất khác nhau, ví dụ thông qua việc biến tính các loại phân bón thông
thƣờng. Khi đó, độ tan của phân bón, tức là quá trình nhả các chất dinh dƣỡng
có sẵn cho thực vật:
- Giảm về mặt hóa học hay vật lý (nhả chậm hay có kiểm soát)
- Quá trình chuyển hóa của các dạng dinh dƣỡng không có sẵn hay ít
linh động thành các dạng linh động, sẵn có cho thực vật đƣợc làm chậm bằng
sự kết hợp với các chất ức chế nitro hóa và ure hóa.
Quá trình nhả chậm hay nhả có kiểm soát chất dinh dƣỡng có thể đạt
đƣợc thông qua các đặc tính hóa – lý đặc biệt. Với các loại phân bón nhả có
kiểm soát, quy trình chính là bằng một cách nào đó, các nguyên liệu phân bón
hòa tan thông thƣờng trở thành dạng bọc hay viên bảo vệ (không tan trong

Mai Thị Loan

25

K34B – SP Hóa