Nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu mới giữ nước, giữ ẩm có khả năng sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp ở quy mô sản xuất pilot

Nhưng nghiên cứu để tổng hợp ra những chất có khả năng hấp thụ nước cao và giữ ẩm tốt thì đặc biệt phát triển mạnh trong những thập kỷ 80-90 của thế kỷ 20.. Tuy nhiên nhược điểm của chế

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO CÁC LOẠI VẬT LIỆU MỚI GIỮ

NƯỚC, GIỮ ẨM CÓ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRONG LĨNH VỰC

NÔNG NGHIỆP Ở QUY MÔ SẢN XUẤT DẠNG PILOT

Thuộc hướng khoa học công nghệ : KHOA HỌC VẬT LIỆU

Thời gian thực hiện : 12 tháng (6/2004 - 6/2005)

Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ Hóa học

Địa chỉ : 1 MẠC ĐĨNH CHI, QI, Tp HCM

Điện thoại : 8293889

Cơ quan phối hợp: Sở KH & CN tỉnh Gia Lai

Chủ nhiệm đề tài: 1 PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc

Chức vụ: Viện trưởng

2 Ts Nguyễn Cửu Khoa

Chức vụ: Trưởng phòng

TỔNG QUAN

 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Chống hạn cho cây là đề tài đã được nghiên cứu từ rất lâu Nhưng nghiên cứu để tổng hợp ra những chất có khả năng hấp thụ nước cao và giữ ẩm tốt thì đặc biệt phát triển mạnh trong những thập kỷ 80-90 của thế kỷ 20 Hàng loạt các kết quả nghiên cứu đã được công bố và hàng trăm patent đã được đăng ký chỉ tính ra trong 5 năm gần đây.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Hầu hết các nghiên cứu của các tập đoàn trên thế giới như NIPPON

CATALYTIC CHEM IND (Nhật Bản); NIPPON ZEON CO (Nhật Bản); SANYO CHEMICAL IND INC (Nhật Bản); DAINIPON INK AND

CHEMICALS (Nhật Bản); KAO CORP (Nhật Bản); PROCTER AND

GAMBLE (Mỹ); STOCKHAUSEN CHEM FAB GMBH (Đức);

THIFFAULT BRIAN D (Canada); ZOPF RICHARD (Mỹ) đều xuất phát từ nguồn nguyên liệu dầu mỏ: monomer acrylic, acrylamid, polyvinyl

alcohol hoặc các copolymer của chúng Với các tác nhân liên kết ngang

khác nhau (N, N’-methylenebisacrylamide, ethylene glycol di-(meth)

acrylate, glycerol diallyl ether, ) những sản phẩm được tạo ra có khả năng hấp thụ nước rất cao Và chúng được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực: y tế, nông lâm nghiệp và sản phẩm tã lót

Trong 5 năm gần đây hàng loạt patent đã được công bố bởi các tập đoàn hoá chất:

 BAYER AG (Đức, patent 6156848, Năm 2000.

 NIPPON SHOKUBAI Co LTD.(Nhật Bản), patent EP 1178059A2, năm 2001.

 KAO CORP (Nhật Bản), patent 63353984, năm 2002.

 DAINIPPON INK AND CHEMICALS, Inc (Nhật

Bản), patent 6653399, năm 2003.

 SUMITOMO SEIKA CHEMICALS, Co LTD (Nhật Bản), patent 6573,330, năm 2003.

 NIPPON SHOKUBAICo.LTD (Nhật Bản), năm 2003



 Tình hình nghiên cứu trong nước

 Ở Việt Nam trong những năm gần đây (1999-2000) dựa trên nền tảng tinh bột ghép acrylic, Viện Hóa học(Hà Nội) chế tạo được chế phẩm AMS-1với khả năng hút nước cao (300  350 lần) với giá thành hạ (40.000đ/kg) Tuy nhiên nhược điểm của chế phẩm AMS-1 chỉ giữ nước được với thời gian ngắn (5-7 ngày) thì cấu trúc hấp thụ nước bị phá vỡ

do đó không thể tái sử dụng được nên không có ý nghĩa sử dụng cho việc giữ ẩm cho cây trồng

 Năm 2004 Viện Công nghệ Hóa học Tp HCM đã thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu giữ nước, giữ ẩm có khả năng sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp do Sở KH & CN Tp.HCM cấp kinh phí Trong đó có vật liệu PAA-bã mía-DEGDAA(VHHC 9)

Kết quả nghiên cứu vật liệu PAA-bãmía-DEGDAA(VHHC-9)

Cấu trúc của vật liệu

* Hình SEM

* Phổ IR

Bột giấy(cm -1 ) Bột cellulose(cm -1 ) PAA-bãmía-DEGDAA (cm -1 )

2914-2945(-CH,CH2) 2919(-CH,-CH2) 2942(-CH,CH2) 1430,1358(-CH,-CH2) bend 1434,1372 (-CH, -CH2) bend 1409,1325(-CH2, -CH) bend

1567(COO - )

Hình 1: PAA-bã mía-DEGDAA không có chất oxy hóa

Hình 2: PAA-bã mía-DEGDAA có chất oxy hóa

 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

Độ hấp phụ nước của PAA-bãmía-DEGDAA

0 100 200 300 400 500 600 700 800

lượng cellulose(g)

nước cất nước thường nước muối

 Lượng cellulose ảnh hưởng đến khả năng hút nước

Độ hấp phụ

PAA-bã mía –

DEG-DAA (g/

g)

nước cất 674 409 331 239 189 157 Nước thường 640 375 304 216 180 145 Nước muối 144 119 97 83 44 32

 Ảnh hưởng lượng cellulose đến thời gian phân hủy cấu trúc

Lượng cellulose(g) 0 2 4 6 8 10 Tphân hủy( ngày) 7 120 131 145 149 140

Thời gian phân hủy

PAA-cellulose-DEGDAA

0 50 100 150 200

Lượng cellulose(g)

T phân hủy

* Nhận xét

• - Khi tăng hàm lượng cellulose thì khả năng hút nước của sản phẩm giảm, nhưng thời gian phân hủy cấu trúc tăng lên

rất nhiều so với không có cellulose.

• - Với mẫu đối chứng có cellulose nhưng chúng tôi không dùng chất oxy hoá để tạo gốc tự do trên cellulose để ghép thì thời gian phân hủy cấu trúc chỉ có 8 ngày, chứng tỏ trong mẫu

đối chứng cellulose chỉ đóng vai trò như chất độn.

• - Qua các thực nghiệm chúng tôi nhận thấy hàm lượng

cellulose khoảng 60-80% so với acid acrylic thì khả năng hút nước của sản phẩm tương đối cao ( >200 g/g) và thời gian

phân hủy cấu trúc đạt kết quả cao nhất.

 Khảo sát thời gian giữ ẩm của vật liệu khi trộn với đất

• chúng tôi chọn loại đất thí nghiệm là loại đất thịt nhẹ với hàm

lượng sỏi có cấp hạt >0.01mm chiếm 80-85% và cho vào 3 cốc :

với tỉ lệ đất và vật liệu (200:1)

 Cốc 1: 273g đất + 1.35g PAA-bã mía-DEGDAA+100g

nước

 Cốc 2: 273g đất + 1.35 PAA-tinh bột-DEGDAA+100g

nước

 Cốc 3: 273g đất + 100g nước (đối chứng).

Sấy ở 45 0 C sau mỗi ngày lấy ra cân, tính % lượng nước còn lại trong mỗi cốc Kết quả được ghi vào bảng sau:

Thời gian giữ ẩm của vật liệu khi trộn với đất

 Nhận xét

• Sau19 ngày khảo sát

•

• + PAA-bãmía-DEGDAA “ “ 41.2%

• + PAA-tinh bột-DEGDAA “ “ 14.8%

• + Đối chứng “ “ - 0.1%

• Chứng tỏ rằng vật liệu Bã mía –PAA có khả năng giữ nước tốt có thể dùng làm vật liệu chống hạn trong nông nghiệp

Sản phẩm cụ thể đã đạt được trong thực tế

 Kết quả của công tác nghiên cứu là đưa ra được 2 loại chế phẩm có các tính năng sau:

 Loại 1: độ hút ẩm cao đến 400 lần, thời gian sử dụng ngắn ( trong vòng 1 tháng ).

 Loại 2: độ giữ ẩm 200 lần, thời gian sử dụng dài 2

tháng.

 Có giá thành thấp (23.000-35.000đ/kg) so với giá thành nhập (6USD/kg).

 Quy trình sản xuất vật liệu giữ ẩm dạng pilot (20-50kg/ mẻ).

 Tính cấp thiết của đề tài

 Trong những năm gần đây, hạn hán xảy ra ngày càng thường xuyên và thời gian kéo dài 2-3 tháng ở các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên, vì thế vấn đề chống hạn cho cây trồng trong mùa khô cần được quan tâm

 Nhằm đáp ứng yêu cầu trên chúng tôi đã nghiên cứu chế tạo chế phẩm (VHHC-9) vừa có khả năng hút nước cao (200-400 lần) vừa có thời gian giữ ẩm cao (1-2 tháng), vàgiá thành hạ (23.000-35.000đ/kg), phù hợp với lợi ít kinh tế và túi tiền của người nông dân

 Mục tiêu của đề tài

 Tận dụng được nguồn phế thải trong nông nghiệp bã mía, mùn cưa, rơm rạ…để sản suất vật liệu

 Khắc phục được vấn đề hạn hán cấp bách hiện nay

 Nâng cao năng suất cho cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế cho

người nông dân

 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

 Phân tích, xác định tính chất đất ở Trường Sơn Đông và Trường Sơn Tây

 Thử nghiệm 3 loại chế phẩm VHHC 901, VHHC 902, VHHC 903 vơi các tỉ

lệ 10-25 kg/ha

 Xác định độ giữ ẩm của đất, thành phần vi sinh, dinh dưỡng cơ bản của đất

trước và sau khi sử dụng chế phẩm

 Xác định số cây sống sót sau khi hạn so với đối chứng

 Đánh giá hiệu quả kinh tế sau khi dùng chế phẩm

 Dùng phổ AAS để xác định các thành phần cơ bản của đất

 Phương pháp sinh hóa với kính hiển vi điện tử để xác định số lượng vi sinh

vật trong đất

 Các phương pháp xác định độ giữ ẩm của đất(Katsinsky,Taylor )

 Các phương pháp thử nghiệm khi trộn vật liệu với đất có cây cà phê

Kế hoạch và Thời gian thực hiện

 1/2005-2/2005

Phân tích, xác định tính chất đất thành phần vi sinh, dinh dưỡng trước khi sử dụng chế phẩm

 3/2005-6/2005

• - Thử nghiệm 3 loại chế phẩm VHHC 901, VHHC 902, VHHC 903 trên cây cà phê

• - Xác định độ giữ ẩm của đất trước và sau khi sử dụng chế phẩm

 7-2005

Xác định thành phần vi sinh, dinh dưỡng của đất sau khi sử dụng chế phẩm

 9/2005-10/2005

Đánh giá tác động hút ẩm đã thực hiện trên cây cà phê và hiệu quả kinh tế khi sử dụng chế phẩm

Dự toán kinh phí của đề tài: 400.000.000

(triệu đồng)

Tỷ lệ (%)

119 Chi phí nghiệp vụ chuyên môn 133.2 33.3

145 Mua sắm tài sản cố định 80 20

• XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN