Đang tải... (xem toàn văn)
Töø raát laâu ñôøi con ngöôøi ñaõ bieát söû duïng phaân boùn. Naêm 1840, sau khi nhaø baùc hoïc ngöôøi Ñöùc laø Liebig ñeà ra thuyeát dinh döôõng khoaùng cuûa caây, vieäc saûn xuaát vaø söû duïng phaân boùn hoùa hoïc taêng leân raát maïnh, goùp phaàn roõ reät naâng cao naêng xuaát caây troàng. Tuy nhieân, caùc nhaø khoa hoïc ñaõ chöùng minh ñöôïc raèng, trong ñieàu kieän canh taùc lyù töôûng, caây troàng chæ haáp thuï toái ña khoaûng 25 – 30% toång löôïng phaân ñaïm ñöôïc boùn. Soá coøn laïi (70 75%) bò maát moät caùch khaû khaùng do nhieàu nguyeân nhaân nhö chaûy nöôùc, bay hôi, bò phaân huûy nhieät, phaân huûy quang hoùa,.. Ñaëc bieät do caùc haït ñaát vaø caùc haït nitrate ñeàu tích ñieän aâm, chuùng ñaåy nhau neân raát deã bò röûa troâi, tích tuï trong caùc nguoàn nöôùc, trong noâng saûn thöïc phaåm, rau quaû,.. gaây oâ nhieãm moâi tröôøng nghieâm troïng, gaây ra nhieàu beänh ung thö ñaëc bieät laø beänh methaemoglobinaemia – moät loaïi beänh lieân quan ñeán quaù trình trao ñoåi oxygen trong maùu 4. Ñeå taêng hieäu quaû söû duïng phaân boùn vaø traùnh oâ nhieãm moâi tröôøng, chuùng toâi ñaõ tieán haønh nghieân cöùu toång hôïp loaïi phaân urea nhaû chaäm töø urea, tinh boät, acetaldehyde vaø formaldehyde.
Mở đầu ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƯ NHIÊN TRẦN ĐỨC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HP PHÂN UREA NHẢ CHẬM LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2006 Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu MỞ ĐẦU Từ rất lâu đời con người đã biết sử dụng phân bón. Năm 1840, sau khi nhà bác học người Đức là Liebig đề ra thuyết dinh dưỡng khoáng của cây, việc sản xuất và sử dụng phân bón hóa học tăng lên rất mạnh, góp phần rõ rệt nâng cao năng xuất cây trồng. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã chứng minh được rằng, trong điều kiện canh tác lý tưởng, cây trồng chỉ hấp thụ tối đa khoảng 25 – 30% tổng lượng phân đạm được bón. Số còn lại (70 - 75%) bò mất một cách khả kháng do nhiều nguyên nhân như chảy nước, bay hơi, bò phân hủy nhiệt, phân hủy quang hóa, Đặc biệt do các hạt đất và các hạt nitrate đều tích điện âm, chúng đẩy nhau nên rất dễ bò rửa trôi, tích tụ trong các nguồn nước, trong nông sản thực phẩm, rau quả, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây ra nhiều bệnh ung thư đặc biệt là bệnh methaemoglobinaemia – một loại bệnh liên quan đến quá trình trao đổi oxygen trong máu [4]. Để tăng hiệu quả sử dụng phân bón và tránh ô nhiễm môi trường, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp loại phân urea nhả chậm từ urea, tinh bột, acetaldehyde và formaldehyde. Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu Mở đầu Tổng quan I. Phân bón và vai trò của phân bón 1 1. Phân bón là gì? 1 2. Vai trò của phân bón đối với cây trồng và sản xuất nông nghiệp 1 2.1. Đối với cây trồng 1 2.1.1. Vai trò của các chất đa lượng 1 2.1.1.1. Vai trò của nitrogen (N) 1 2.1.1.2. Vai trò của phosphorus (P) 2 2.1.1.3. Vai trò của kalium (K) 3 2.1.2. Vai trò của các chất trung lượng 4 2.1.2.1. Vai trò của calcium (Ca) 4 2.1.2.2. Vai trò của magnesium (Mg) 4 2.1.2.3. Vai trò của sulfur (S) 5 2.1.3. Vai trò của các chất vi lượng 5 2.2. Đối với đất và môi trường 6 2.3. Đối với biện pháp kỹ thuật trồng trọt và thu nhập của người sản xuất 6 3. Những chất dinh dưỡng cần cho cây trồng 7 4. Sự phân huỷ của phân urea trong đất 8 II. Giới thiệu phân bón nhả chậm 9 1. Tính chất nhả chậm của phân bón 9 2. Tình hình nghiên cứu về phân bón nhả chậm 9 2.1. Tình hình trên thế giới 9 2.2. Tình hình ở Việt Nam 15 III. Giới thiệu về tinh bột và cơ chế phản ứng ghép của TB-aldehyde 17 1. Mở đầu 17 2. Thành phần hóa học của tinh bột 17 Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu 3. Khả năng tạo màng của tinh bột 18 3.1. Khả năng tạo màng do sắp xếp các phân tử tinh bột 18 3.2. Khả năng tạo màng do phản ứng với các chất liên kết ngang 18 4. Cơ chế phản ứng ghép aldehyde trên mạch tinh bột 19 4.1. Bản chất phản ứng 19 4.2. Phản ứng qua hai giai đoạn 19 4.2.1.Sự tạo thành hemiacetal 19 4.2.2.Sự tạo thành acetal 21 IV. Giới thiệu về polymer urea–formaldehyde (UF) 22 1. Mục đích sử dụng làm keo 22 2. Mục đích sử dụng làm phân bón 22 3. Các phương pháp tổng hợp 22 4. Ứng dụng của polymer urea formaldehyde 26 Thực nghiệm Tính cấp thiết của đề tài 27 Mục tiêu của đề tài 27 Nội dung của đề tài 28 I. Hóa chất, dụng cụ và thiết bò 29 1. Hóa chất 29 2. Dụng cụ và thiết bò 29 II. Phân urea nhả chậm trên nền tinh bột 31 1. Tổng hợp màng bao phân 31 1.1. Phương pháp tổng hợp 31 1.2. Xác đònh cấu trúc màng 32 1.2.1. Phổ IR 32 1.2.2. Phổ NMR 32 Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu 1.3. Phương pháp đo thời gian phân huỷ cấu trúc màng TB - acetaldehyde 32 1.3.1. nh hưởng củ loại tinh bột 32 1.3.2. nh hưởng của hàm lượng acetaldehyde 50% 33 2. Tạo phân urea nhả chậm 33 2.1. Phương pháp 33 2.2. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng nhả chậm N 34 2.2.1. nh hưởng của hàm lượng acetaldehyde 34 2.2.2. nh hưởng của hàm lượng tinh bột 35 2.2.3. nh hưởng của hàm lượng urea 35 2.3. Phương pháp đánh giá khả năng nhả chậm của phân 35 2.3.1. Phương pháp xác đònh N tổng 36 2.3.2. Phương pháp xác đònh N nhả trong nước 38 III. Phân urea nhả chậm UF 39 1. Tổng hợp UF theo tỉ lệ 1:1 39 2. Phổ IR của sản phẩm 40 3. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng nhả chậm 40 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ số mol 40 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 41 4. Phương pháp đánh giá khả năng nhả chậm của sản phẩm 41 4.1. Xác đònh hàm lượng nitrogen tổng trong sản phẩm 41 4.2. Khảo sát độ tan trong nước 41 4.3. Khảo sát trong đất và nước 42 4.4. Khảo sát trong hỗn hợp đất + cát ẩm 44 4.5. Khảo sát điều kiện tổng hợp lên khả năng nhả chậm của sản phẩm 45 IV. Thử nghiệm thực tế trên cây trồng 45 1. Thử nghiệm phân urea nhả chậm nền tinh bột với cây rau cải ngọt 45 1.1. Chuẩn bò đất trồng 45 1.2. Trồng rau cải ngọt 45 Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu 1.3. Xác đònh hàm lượng N dễ tiêu trong đất trước và sau khi trồng 46 1.3.1. Cách lấy mẫu 46 1.3.2. Phơi khô mẫu 47 1.3.3. Nghiền và rây mẫu 47 1.3.4. Xác đònh N dễ tiêu 47 2. Thử nghiệm phân urea nhả chậm UF với cây cỏ voi 48 2.1. Chuẩn bò đất trồng 48 2.2. Trồng cây cỏ voi 48 2.3. Xác đònh hàm lượng N dễ tiêu trong đất trước và sau khi trồng 49 Kết quả và biện luận I. Phân urea nhả chậm trên nền tinh bột 50 1. Kết quả phân tích của nền bao bọc 50 1.1. Phổ IR 50 1.2. Phổ NMR 50 1.3. Khảo sát thời gain phân huỷ cấu trúc màng tinh bột – acetaldehyde 52 1.3.1.nh hưởng của loại tinh bột 52 1.3.2. nh hưởng của hàm lượng acetaldehyde 52 2. Khảo sát khả năng nhả chậm N của sản phẩm 53 2.1. Khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde 54 2.1.1.Hàm lượng N tổng 54 2.1.2.Khả năng nhả chậm của sản phẩm 54 2.2. Khảo sát theo hàm lượng tinh bột 56 2.2.1.Hàm lượng N tổng 56 2.2.2.Khả năng nhả chậm của sản phẩm 56 Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu 2.3. Khảo sát theo hàm lượng urea 58 2.3.1.Hàm lượng N tổng 58 2.3.2.Khả năng nhả chậm của sản phẩm 58 II. Phân urea nhả chậm UF 60 1. Phổ IR của sản phẩm 60 2. Khảo sát khả năng nhả chậm của sản phẩm 60 2.1. Hàm lượng N tổng của sản phẩm 60 2.2. Khả năng nhả chậm N của sản phẩm 61 2.2.1.Độ tan của sản phẩm trong nước 61 2.2.2.Khả năng nhả N trong đất + nước 62 2.2.3.Khả năng nhả N trong đất + cát ẩm 64 2.2.4.nh hưởng của nhiệt độ 65 III. Kết quả trồng cây thực tế 66 1. Phân urea nền tinh bột trên cây rau cải 66 1.1. Hàm lượng N dễ tiêu trong đất 66 1.2. Kết quả trồng rau cải ngọt 67 2. Phân urea nhả chậm UF trên cây cỏ voi 70 2.1. Hàm lượng N dễ tiêu trong đất 70 2.2. Kết quả trồng cây cỏ voi 71 Kết luận 75 Kiến nghò 77 Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TB: Tinh bột. U: urea. A: Acetaldehyde. F: Formaldehyde. UF: Urea formaldehyde polymer. SP: Sản phẩm. IR: Infrared. NMR: Nuclear Magnetic Resonance. DANH MỤC CÁC BẢNG Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu Bảng 1.1: Hàm lượng tinh bột (%) tính theo trọng lượng khô trong một số loài thực vật 17 Bảng 2.1: Tỉ lệ số mol phản ứng của urea và formaldehyde 41 Bảng 2.2: Khối lượng phân UF được trộn với đất trong nước cho vào ống PVC.43 Bảng 3.1: Số liệu phổ IR của màng bao bọc phân 50 Bảng 3.2: Số liệu phổ NMR 13 C của màng bao bọc phân 50 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của loại tinh bột đến thời gian phân hủy màng 52 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng acetaldehyde đến t.gian phân hủy màng. 52 Bảng 3.5: Hàm lượng N tổng (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde) 54 Bảng 3.6: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde) 54 Bảng 3.7: Hàm lượng N tổng (khảo sát theo hàm lượng TB) 56 Bảng 3.8: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng TB) 56 Bảng 3.9: Hàm lượng N tổng (khảo sát theo hàm lượng urea) 58 Bảng 3.10: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng urea) 58 Bảng 3.11: Số liệu phổ IR của UF 60 Bảng 3.12: Hàm lượng N tổng trong sản phẩm UF 60 Bảng 3.13: Độ tan (%) trong nước của sản phẩm UF 61 Bảng 3.14: Hàm lượng N (%) nhả trong môi trường đất + nước 62 Bảng 3.15: Hàm lượng N (%) nhả trong môi trường đất + cát ẩm 64 Bảng 3.16: So sánh phần trăm nhả chậm của UF ở hai điều kiện phản ứng 66 Bảng 3.17: Hàm lượng N(%) dễ tiêu trong đất trước và sau khi bón phân (TB).66 Bảng 3.18: Kết quả trồng rau cải ngọt 68 Bảng 3.19: Hàm lượng N(%) dễ tiêu trong đất trước và sau khi bón phân UF 70 Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu Bảng 3.20: Kết quả trồng cỏ voi 71 DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thò 3.1: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde) 55 Đồ thò 3.2: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng TB) 57 Đồ thò 3.3: Hàm lượng N (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng urea) 59 Đồ thò 3.4: Độ tan (%) trong nước của sản phẩm UF 62 Đồ thò 3.5: Hàm lượng N (%) nhả của sản phẩm UF trong đất + nước 63 Đồ thò 3.6: Hàm lượng N (%) nhả của sản phẩm UF trong đất + cát 64 Đồ thò 3.7: Hàm lượng N (%) dễ tiêu trong đất trồng rau cải 67 Đồ thò 3.8: Hàm lượng N (%) dễ tiêu trong đất trồng cỏ voi 70 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống phản ứng 31 Hình 2.2: Hệ thống cất N 37 Hình 2.3: ng PVC chứa đất + nước và sản phẩm UF 42 Hình 2.4: ng PVC chứa đất + cát ẩm và sản phẩm UF 44 Luận văn thạc só Trần Đức Phương [...]... dài Phân nhả chậm làm giảm thiểu khả năng thất thoát do rửa trôi hoặc bốc hơi Tùy theo mỗi loại phân mà thời gian nhả chậm sẽ khác nhau 2 2.1 Tình hình nghiên cứu về phân bón nhả chậm Tình hình trên thế giới Phân nhả chậm được 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. .. nghiên cứu về phân nhả chậm trong nhiều năm qua 2.2 Tình hình ở Việt Nam Ở Việt Nam, phân nhả chậm chưa được các nhà chuyên môn quan tâm nghiên cứu nhiều Tuy nhiên cũng có một số loại phân nhả chậm đã được nghiên cứu: Năm 2002, Trần Khắc Chung và Mai Hữu Khiêm – Khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí, trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh [3] đã nghiên cứu và sản xuất thành công phân nhả chậm urea zeolite... vật, sáp khoáng, sáp dầu hỏa, Phân được sử dụng để bọc bao gồm phân: urea, (NH4)2SO4, NH4Cl, NH4NO3, (NH4)3PO4, Phân phosphorus: Ca3(PO4)2, superphosphate, Phân K: KCl, K2CO3, K3PO4, KNO3, Phân thu được nhả chậm tốt như phân urea tan 80% trong 85 ngày Tháng 7.2001 Goertz Harvey M [17] đã nghiên cứu và sản xuất thành công phân hỗn hợp NPK nhả chậm từ hỗn hợp dung dòch urea và formaldehyde với các chất... [24] đã tổng hợp được phân urea nhả chậm từ cyanamide Ca và dung dòch urea đậm đặc hay urea nóng chảy Sản phẩm thu được có hiệu quả cao và giá thành thấp Tháng 10.2002, Setani M [25] đã tổng hợp urea- fomaldehyde dùng làm phân urea nhả chậm từ urea, formaldehyde với sự hiện diện của kiềm, acid mạnh và dung dòch ammonia hay amine Sản phẩm thu được có độ tan trong nước nóng là 15% về khối lượng và sự phân. .. glutaraldehyde, borax hay ZnO Phân nền sử dụng là phân đơn hay hỗn hợp N, P, K và phân vi lượng Phân P hay K nhả chậm được Rohwer G [32] (5.2004) điều chế trên nền zeolite Quặng thô zeolite, CaCO3 được nghiền nhỏ và trộn với nước và phân P hay K Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu Năm 2004 Zhan F và cộng sự [33] đã tổng hợp thành công polymer siêu hấp thụ đồng thời mang phân P nhả chậm Sản phẩm được điều... hơn phân boron bình thường là tan chậm trong nước, giảm sự thất thoát, giảm độc hại, tăng hiệu quả khi sử dụng Tháng 3.2000 Geortz Harvey M và cộng sự [11] đã nghiên cứu được 1 loại phân nền nhả chậm từ nền dầu hữu cơ như dầu lanh và các loại phân: NPK, urea hay các loại phân Ca, Mg, S Phân này có khả năng nhả chậm từ 10% (14 ngày), 11% (20 ngày) tùy loại phân Tháng 10.2000 một phương pháp điều chế phân. .. hạt phân tạo thành phân bao bọc polyurethane nhả chậm Phân này chứa 5,16% polyurethane và 30,16% urea hòa tan sau 8h trong nước so với phân urea là 90,2% bò hòa tan Tháng 3.2002, một phương pháp tạo phân nhả chậm bằng cách bao bọc cũng được Markusch P H và cộng sự [22] nghiên cứu Phương pháp này bao gồm cho vật liệu hấp thụ nước vào các hạt phân và sau đó phủ nó thấp nhất bằng một lớp nhựa urethane Phân. .. urethane được tạo thành từ polyisocyante và Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu polyol Phân thu được có kết quả nhả chậm tốt như phân urea trong nước sau 8h tan ra từ 30 – 90% Tháng 5.2002, Hamada E và cộng sự [23] đã nghiên cứu thành công phân K nhả chậm Thành phần chính của phân là K2O, SiO2 và CaO Ngoài ra còn có Al2O3, MgO, MnO, Fe2O3,và FeO Tỉ lệ nhả K2O được kiểm tra bởi tỉ lệ khối lượng của... nước/1g vật liệu khô) còn lưu giữ rất hiệu quả các loại phân bón, đặc biệt là phân vi lượng Tuy nhiên, các loại sản phẩm được nghiên cứu ở Việt Nam trên đều có những hạn chế như: thời gian nhả chậm của phân còn ngắn chưa đáp ứng được với những cây trồng dài ngày và chưa kiểm soát được thời gian nhả chậm Trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu phân urea nhả chậmtừ : + Tinh bột biến tính, 1 loại nguyên liệu... phân N, P, K với phân nguyên tố trung vi lượng và chất kết dính để tạo thành phân NPK nhả chậm Chất kết dính được chọn là Na 2SiO3, khoáng đại phân tử thiên nhiên Sản phẩm thu được có hiệu quả cao và giá thành thấp Tháng 12.2002, Haeberle K và cộng sự [27] đã nghiên cứu ra phân N nhả chậm từ việc bao bọc các hạt phân bằng huyền phù của polyurea-polyurethane Việc bao bọc này ngăn chặn vón cục, tan chậm . PHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HP PHÂN UREA NHẢ CHẬM LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2006 Luận văn thạc só Trần Đức Phương Mở đầu MỞ ĐẦU Từ rất lâu đời con người đã biết sử dụng phân bón cho cây trồng 7 4. Sự phân huỷ của phân urea trong đất 8 II. Giới thiệu phân bón nhả chậm 9 1. Tính chất nhả chậm của phân bón 9 2. Tình hình nghiên cứu về phân bón nhả chậm 9 2.1. Tình hình. hiệu quả sử dụng phân bón và tránh ô nhiễm môi trường, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp loại phân urea nhả chậm từ urea, tinh bột, acetaldehyde và formaldehyde. Luận văn thạc só Trần Đức