Luận Văn Tổng hợp phân bón nhả chậm NPK kết hợp silica

Luân văn tốt nghiệp trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Bộ Môn Hóa Vô Cơ. Đề tài: Tổng hợp phân bón nhả chậm NPK kết hợp Silica. Giáo viên hướng dẫn: Thầy Huỳnh Kỳ Phương Hạ

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN HÓA VÔ CƠ

TP HỒ CHÍ MINH, 12/ 2016

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường Đại Học Bách Khoa Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Khoa Kỹ Thuật Hóa Học ………

Bộ Môn Hóa Vô Cơ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN : PHAN ĐÌNH KHOA MSSV: 61201714 TRẦN TRỌNG THIỆN MSSV: 61203593 NGÀNH: Kỹ Thuật Hóa vô cơ LỚP: HC12VS 1 Đề Tài Luận Văn : Nghiên cứu tổng hợp phân bón nhả chậm NPK kết hợp Silica được điều chế từ tro trấu 2 Nhiệm Vụ Luận Văn: - Tổng quan về phân bón; phân bón nhả chậm - Nghiên cứu các phương pháp sản xuất, lựa chọn phương pháp - Khảo sát các yếu tố độ ẩm, độ tan, độ ẩm của sản phẩm 3 Ngày giao Nhiệm Vụ Luận Văn: Ngày 20 tháng 8 năm 2016 4 Ngày Hoàn Thành Nhiệm Vụ: Ngày 20 tháng 12 năm 2016 5 Họ Tên Người Hướng Dẫn: Thầy Huỳnh Kỳ Phương Hạ. 6 Phần hướng dẫn: 100% Nội dung và yêu cầu của luận văn đã được thông qua Bộ môn Ngày tháng năm 2016 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ luận án

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô đã giảng dạy, quan tâm

và dìu dắt em trong suốt thời gian học tập tại trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Bên cạnh đó em cũng cảm ơn sự động viên, hỗ trợ của gia đình, bạn bè đã giúp em vượt qua những khó khăn và thử thách trong quá trình học tập

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Hóa Vô Cơ và đặc biệt là thầy Huỳnh Kỳ Phương Hạ đã hướng dẫn và giúp đỡ em để em có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất

Tuy đã rất nghiêm túc và cố gắng thực hiện nhưng vì thời gian khá giới hạn cùng với kiến thức chưa hoàn thiện nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót Đây là bước khởi đầu làm quen với công việc nghiên cứu và em mong sẽ nhận được những lời góp ý và nhận xét từ phía thầy cô để luận văn được hoàn thiện hơn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nghiên cứu điều chế phân bón nhả chậm (PBNC) NPK kết hợp Silica

Điều chế Silica từ tro trấu

Điều chế phân NPK 16-16-8 kết hợp với Silica dạng viên có kích thước 4 – 6mm

Điều chế màng mọc nhả chậm:

- Màng bọc được điều chế từ PVA với nồng độ thay đổi Lượng phân được bọc bởi lớp màng này không chống hút ẩm và khả năng hòa tan trong nước gần như bằng với loại phân bón không được bọc nhả chậm

- Màng bọc được điều chế bằng dung dịch PVA kết hợp với tinh bột với các tỉ lệ khác nhau Sản phẩm thu được có chất lượng kém Lớp màng bọc không kín và các ô mạng có kích thước lớn làm phân hút ẩm nhanh và hòa tan rất nhanh trong nước

- Màng bọc được điều chế từ Chitosan với nồng độ khác nhau Lượng phân được bọc bởi lớp màng này có độ ẩm tốt và khả năng nhả chậm được tăng đáng kể

- Màng bọc được điều chế từ Polyurethane (PU) Lượng phân được bọc bởi lớp màng này có độ ẩm tốt và khả năng nhả chậm được tăng lên Nhưng loại màng bọc này lại khó phun đều lên phân bón như màng bọc Chitosan Hệ quả là lớp màng bọc dễ bị hở làm cho phân bón bị hòa tan khá nhanh

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay hiệu quả sử dụng phân bón trên thế giới (trong đó có cả Việt Nam) là rất thấp Người ta tính rằng, cây trồng chỉ tiêu thụ tối đa 20-35% tổng lượng phân đạm được bón Phần còn lại bị mất mát do nhiều nguyên nhân như do sự bay hơi của amoniac, sự loại nitơ, sự rửa trôi v.v Ngoài ra, tính hút ẩm mạnh của các loại phân đạm đã gây khó khăn và tổn thất lớn cho quá trình sản xuất, bảo quản và vận chuyển Là một nước nông nghiệp, nên nhu cầu về phân bón của Việt Nam rất lớn (bình quân mỗi năm 8-9 triệu tấn) Như vậy lượng phân bón thất thoát ra môi trường là rất lớn Nó không chỉ gây tốn kém chi phí mà còn làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường Vì vậy, ngành phân bón phải liên tục cải tiến công nghệ sản xuất phân bón và ứng dụng biện pháp thâm canh phù hợp

Để giải quyết vấn đề thất thoát của phân bón ra môi trường là quá nhiều Biện pháp tối ưu hiện nay chính là đưa vào sản xuất và tiêu thụ phân bón nhả chậm (PBNC) Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã ứng dụng PBNC vào sản xuất thay cho phân bón thông thường Tuy nhiên, ở Việt Nam thị trường PBNC vẫn chưa phát triển và chưa nhận được nhiều sự quan tâm, đầu tư vì công nghệ kém phát triển, khả năng tuyên truyền vận động người dân chuyển đổi thói quen sử dụng phân bón thông thường chưa triệt để và cuối cùng là do thói quen canh tác và sử dụng phân bón thông thường của nông dân Việt Nam

từ xưa đến nay

Một nguyên tắc quan trọng trong việc bón phân cho cây trồng là phải cân đối NPK Đây là các nguyên tố đa lượng cây cần nhiều nhất, nếu thiếu một chất nào cũng đều ảnh hưởng không tốt đến sinh trưởng và năng suất của cây Ngược lại nếu bị thừa cũng không có lợi cho cây, lại tốn thêm chi phí Nhu cầu các chất NPK khác nhau tùy theo loại cây và giai đoạn sinh trưởng của cây Ba yếu tố trên lại có quan hệ mật thiết với nhau, thừa hoặc thiếu chất này sẽ ảnh hưởng đến tác dụng của chất kia Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng phân bón ở Việt Nam chỉ đạt 35-40%, nghĩa là chỉ có khoảng 35-40% lượng phân bón bón cho cây trồng là có ích còn lại 60-65% lượng phân bón vào đó là mất đi Để khắc phục tình trạng này ta sử dụng phân bón NPK nhả chậm Có 2 phương pháp chính điều chế phân bón NPK nhả chậm đó là: Phương pháp bọc phủ và phương

pháp phối trộn Cả 2 phương pháp trên đều nhằm mục đích tạo ra một lớp màng polymer bao bọc bên ngoài, lớp này dày hay mỏng tùy theo yêu cầu về thời gian phân giải); phần nhân bên trong là các khoáng chất như N, P, K, Mn, Boron,… Sau khi bón phân bón NPK nhả chậm vào đất, nước sẽ thấm qua lớp bọc polymer đi vào bên trong hạt phân, các nguyên tố khoáng chất sẽ hòa tan vào nước ở bên trong lớp bọc polymer Nước tiếp tục thẩm thấu qua lớp polymer đi vào bên trong hạt phân, trong thời gian đó các nguyên

tố khoáng đã hòa tan sẽ khuyếch tán qua lớp polymer đi ra môi trường xung quanh Phân bón NPK nhả chậm được ứng dụng để bón cho nhiều loại cây trồng nông nghiệp (lúa, bắp, mía, cây ăn quả, ) và nhiều loại cây công nghiệp (bắp, mía, cây ăn quả, cà phê, cao su, hồ tiêu, ) đem lại hiệu quả kinh tế cao và cải thiện vấn đề môi trường

1.1.2 Tính chất đối kháng và không đối kháng của các phân bón đơn 5

1.1.4 Tình hình phân bón trên thế giới và Việt Nam 8

1.5 Mục tiêu của đề tài 19

4.2 Kết quả phân tích độ ẩm và dộ hút ẩm của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm 41

CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ xác định khả năng trộn lẫn các phân bón 6

Hình 1 2 Tình hình cung cầu phân bón thế giới 9

Hình 2.1 Phân Urea 24

Hình 2.2 Phân Superphosphate kép 24

Hình 2.3 Phân Kali 25

Hình 2.4 Silica 25

Hình 2.5 Bentonite 26

Hình 2.6 Khung ép viên phân 26

Hình 2.7 Lưới thép 2mm 27

Hình 2.8 Cối nghiền bi 27

Hình 2.9 Thiết bị phun bọc nhả chậm 28

Hình 3.1 Quy trình sản xuất phân NPK-Silica nhả chậm 32

Hình 3.2 Quy trình vô cơ hóa để phá mẫu NPK- Silica 37

Hình 3 3 Sơ đồ thiể bị của quy trình vô cơ hóa mẫu 37

Hình 3 4 Quy trình chưng cất đạm 38

Hình 3.5 Thiết bị của quy trình cất đạm 39

Hình 4.1 Các cây cải phát triển sau 10 ngày đầu chưa được bón phân 51

Hình 4.2 Các cây cải sau 1 tuần được bón phân không bọc 52

Hình 4.3 Các cây cải sau 1 tuần được bón phân NPK-Silica nhả chậm bọc Chitosan 52

Hình 4.4 Các cây cải sau 1 tuần được bón phân NPK-Silica nhả chậm bọc PU 53

DANH SÁCH ĐỒ THỊ VÀ BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Công suất của các tập đoàn sản xuất phân bón lớn trên cả nước 10

Bảng 4.1 Độ ẩm và độ hút ẩm của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm 41

Bảng 4.2 Khối lượng của sản phẩm NPK-Silica chưa bọc màng 44

Bảng 4.3 Khối lượng (g) của sản phẩm NPK-Silica được bọc Chitosan trước và sau khi ngâm trong nước 44

Bảng 4.4 Độ tan của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm được bọc bằng Chitosan 44

Bảng 4.5 Khối lượng sản phẩm NPK-Silica bọc PU trước và sau khi ngâm trong nước 46

Bảng 4.6 Độ tan của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm được bọc bằng PU 46

Bảng 4.7 Độ tan trong đất của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm 48

Bảng 4.8 Độ đạm của phân bón NPK-Silica 49

Bảng 4.9 Độ nhả đạm trong đất của phân bón NPK-Silica sau 10 ngày 50

Đồ thị 4.1 Độ ẩm của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm 42

Đồ thị 4.2 Độ hút ẩm của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm 43

Đồ thị 4.3 Độ tan trong nước của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm được bọc bằng Chitosan và sản phẩm không bọc 45

Đồ thị 4 4 Độ tan trong nước của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm được bọc bằng PU 47

Đồ thị 4.5 Độ tan trong đất của sản phẩm NPK-Silica nhả chậm 48

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về phân bón

1.1.1 Khái niệm phân bón [1]

Trong quá trình sinh trưởng thực vật cần rất nhiều các nguyên tố như Nito, Photpho, Kali, Canxi, Đa số các nguyến tố trên được cây trồng hấp thụ từ môi trường trong đất Theo lời gian thành phần và loại nguyên tố có sẵn trong đất thay đổi nên phải trực tiếp

bổ sung các nguyên tố cần thiết cho đất Mục đích của việc bón phân là cung cấp các nguyên tố cần thiết vào đất để cây trồng có thể hấp thu được

Phân bón là một chất có chứa một hay nhiều chất dinh dưỡng và khoáng chất thiết yếu đối với cáy trồng có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng hay cải tạo đất

Phân bón thương mại chứa các chất dinh dưỡng thiết yếu hữu hiệu cung cấp cho cây trồng với hàm lượng dinh dưỡng đáng kể được biết rõ Một vài nghiên cứu dài hạn của

Mỹ, Anh và các nước nhiết đới về kết quả sử dụng hóa học nông nghiệp và dinh dưỡng Tổng số 362 vụ sản xuất cây trồng gồm những đánh giá về nghiên cứu dài hạn Những cây trồng đã sử dụng trong ba nghiên cứu gồm ngô, lúa mì, cao lương, lúa Tỷ lệ trung bình về khả năng đóng góp của phân bón vào sản lượng đối với cây trồng nói chung vào khoảng 40 đến 60% ở Mỹ, Anh và có xu hướng cao hơn nhiều ở các nước nhiệt đới Những kết quả điều tra này cho thầy rằng nhìn chung từ 30 đến 50% sản lượng cây trồng

là có sự đóng góp của phân bón thương mại

Nhu cầu về chất dinh dưỡng của thực vật thường không giống nhau cả về chủng loại

và số lượng Thông thường những chất cần cho hoạt động sống và phát triển của cây trồng vào khoảng 30 nguyên tố cơ bản:

- Các nguyên tố đa lượng: có vai trò quan trọng đối với cây trồng gồm: Nito, Phospho, Kali Chất lượng phân bón được đánh giá dựa trên hàm lượng chất đạm tính theo %N2, hàm lượng lân tính theo %P2O5, hàm lượng kali tính theo %K2O

- Các nguyên tố trung lượng: Lưu huỳnh, Magie, Canxi,

- Các nguyên tố vi lượng: Sắt, Cabon, Đồng, Mangan, Kẽm Các loại Kali, Cuối cùng là phospho

1.1.2 Tính chất đối kháng và không đối kháng của các phân bón đơn [1]

1.1.2.1 Tính đối kháng và không đối kháng

Khi chế tạo phân hỗn hợp, một số muối ban đầu và những sản phẩm khác không thể trộn lẫn với nhau được Bởi vì, có thể xảy ra những quá trình hoá học không mong muốn Kết quả của những quá trình hoá học ấy sẽ làm tổn thất các chất dinh dưỡng (bay hơi hoặc thoái giảm thành dạng không hiệu quả) và làm cho tính chất lý học của sản phẩm bị xấu đi Những hiện tượng gây nên như thế được gọi là tính đối kháng Ngược lại điều đó, chúng có thể hỗn hợp với nhau mà không nảy sinh quá trình phụ có hại gọi là tính không đối kháng của các phân bón

VD: Khi hỗn hợp Supelân với NH4NO3:

2NH4NO3 + Ca(H2PO4)2 = 2NH4H2PO4 + Ca(NO3)2

NH4NO3 + H3PO4 = NH4H2PO4 + HNO3

Do những phản ứng xảy ra đó mà bị tổn thất hàm lượng dinh dưỡng (ở dạng hơi HNO3 hoặc các oxit nito) và tính chất lí học bị xấu hơn các cấu tử ban đầu (vì xuất hiện Ca(NO3)2 dễ hút ẩm) Việc tạo thành HNO3 có thể ngăn ngừa được bằng cách đưa vào hỗn hợp các chất phụ gia trung hoà hoặc Amon hoá bằng NH3 khi đó loại bỏ được khả năng tổn thất nito Đồng thời nhờ vào việc chuyển một bộ phận monocanxi phốt phát thành dicanxiphotphat và một phần nước ở dạng ẩm tự do bị liên kết thành dạng kết tinh làm cho cho tính chất lí học của sản phẩm trở nên tốt hơn và hàm lượng P2O5 tan trong nước bị giảm do việc tăng hàm lượng P2O5 tan trong xitrat (acid citric 2%)

Để giảm sự thoái giảm P2O5, có thể bổ xung một lượng nhỏ các muối Mg và Fe hoà tan vào phân hỗn hợp chứa supe lân trước khi Amon hoá, Amon hoá tới pH = 7 ta được sản phẩm không có sự thoái giảm P2O5 và đồng thời thu được sản phẩm chứa 5% Nito Trong một số trường hợp khi hỗn hợp có thể thu được sản phẩm có tính chất lí học tốt hơn so với các cấu tử ban đầu

VD: Khi hỗn hợp supe lân với (NH4)2SO4

(NH4)2SO4 + Ca(H2PO4)2.H2O + H2O = 2NH4H2PO4 + CaSO4.2H2O

Từ những phản ứng trên ta có nhận xét: Ta sẽ thu được sản phẩm khô ráo và đóng rắn do

sự tạo thành CaSO4.2H2O (thạch cao) có độ hút ẩm nhỏ Nhưng để loại trừ khả năng kết khối của nó phải nghiền và bảo quản một thời gian dài để phản ứng kết thúc Những phân bón hỗn hợp có tính chất lí học tốt, độ hút ẩm nhỏ, không bị kết khối khi bảo quản,

thu được bằng cách trộn Amon phosphate, KCl với Supe lân, (NH4)2SO4 Khi hỗn hợp chúng với NH4NO3 hoặc Urea sẽ thu được sản phẩm có độ tơi xốp, nhưng bảo quản trong không khí ẩm tính lí hoá bị xấu đi

1.1.2.2 Khả năng phối trộn

Để giải quyết những vấn đề về khả năng hỗn hợp loại phân bón này với loại phân bón kia; người ta đã đưa ra biểu đồ chỉ dẫn sự khác nhau của việc hỗn hợp các phân bón dựa trên những giả thuyết lí thuyết và các số liệu thực hiện Tuy nhiên tính đối kháng của các phân bón chưa được nghiên cứu đầy đủ

Hình 1.1 Sơ đồ xác định khả năng trộn lẫn các phân bón

• Chú thích bảng

1- nitrat canxi 9- prexipitat (CaHPO4 )

2- nitrat natri 10- superphosphate

3- sulfat-nitrat amoni 11- thermo phosphate

4- nitrat kali-amoni 12- sulfat kali-magie và sulfat kali

5- sulfat amoni 13- muối kali (50% K2O)

6- clorua amoni

7- cacbamit (ure) 14- muối kali (20-40%K2O)

8- xianamit canxi 15- canxi cacbonat

• Ô trắng : có khả năng trộn ; chữ k : trộn sinh khí

• Ô đen : không trộn được ; chữ P: xảy ra sự cố định lân

• Ô gạch chéo: trộn được, tương tác xảy ra chậm

1.1.3 Vai trò của phân bón đối với cây trồng [1]

Trong 3 nguyên tố đa lượng thì cây trồng cần nhiều Nito nhất, sau đó là Kali, cuối cùng là Phospho

- Nito có vai trò to lớn trong hoạt động sống cảu sinh vật Mắc dù hàm lượng trung bình Nito có trong thực vật chiếm không quá 1.5% (tính theo chất khô) Nito có trong thành phần diệp lục (thực hiện quá trình quang hợp), trong các protein và acid amin (cần cho cấu tạo và phát triển của tế bào) Không có Nito các loại thực vật không thể tồn tại và phát triển Mặc dù Nito có rất nhiều trong không khí (21% thể tích không khí) nhưng hầu hết thực vật không thể sử dụng trực tiếp được

- Photpho có trong acid adenozinphosphoric (khi phân hủy sẽ giải phóng năng lượng cần thiết cho hoạt động của thực vật Ngoài ra photpho còn có trong protein của các loại hạt Photpho làm tăng khả năng chịu lạnh của cây Thúc đẩy sực phát triển và tốc độ chín của quả vả hạt, làm tăng hàm lượng ngũ cốc, tăng hàm lượng đường trong các loại quả, ràu đậu,…

- Kali có cai trò điều hòa quá trình trao đổi chất của tế bào thực vật, tăng khả năng chống bệnh và khả năng nẩy mầm cho hạt

Các nguyên tố trung lượng:

- Lưu huỳnh (S) có trong thành phần các acid amin và các aminoacid Nó làm vững chắc cấu trúc protein, làm tăng chất lượng và tỉ lệ dầu trong nông sản

- Magie là thành phần cấu tạo diệp lục tố, các enzim chuyển hóa hydrocarbon và các acid nucleic thúc đẩy quá trình hấp thụ và vận chuyển lân, đường giúp cây thêm cứng chắc

- Canxi có trong mang tế bào dưới dạng Canxi Pectae giúp cho quá trình phân chia

tế bào diễn ra bình thường, tăng độ vững chắc lớp màng tế bào, duy trì cấu trúc nhiễm sắc thể, hoạt hóa các enzim và đống vai trò như một chất thải độc khi trung hòa các acid hữu cơ trong cây …

Các nguyên tố vi lượng: Các loại thực vật có nhu cầu khác nhâu đối với các nguyên tố vi lượng Tuy hàm lượng không lớn nhưng các nguyên tố này có vai trò rất quan trọng đối với thực vật:

- Sắt là thành phần của nhiều enzim quan trọng trong chuyển hóa acid nucleotic, ARN có trong diệp lục tố Nó thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây

- Đồng là thành phần của acid ascorbic, lactase, … xúc tiến các quá trình hình thành vitamin A, tăng khả năng chông chịu sâu bệnh

- Kẽm là thành phần có trong men metallo-enzim-carbon, anhydrase… Kẽm có vai trò quan trọng trong tổng hợp acid indol acetic, acid nucleoic và protein Kẽm làm tăng khả năng sử dụng lân và đạm của cây, thúc đẩy tăng trưởng và làm tăng năng suất và chất lượng nông sản

- Bo cần thiết cho sự phân chia tế bào, tổng hợp protein, ligmin Bo làm tăng khả năng thẩm thấu qua lớp màng tế bào và vận chuyển hydrat carbon, làm tăng số hoa và sức sống của hạt phấn hoa, tăng tỉ lệ đậu quả, giảm rụng quả non

- Molypden (Mo) là thành phần của men nitrogenase cần cho vi khuẩn cố định đạm

ở cây họ đậu, bèo hoa dâu, làm tăng hiệu suất sử dụng đạm

- Mangan (Mn) là thành phần của puruvate carboxylase liên quan tới phản ứng enzim, kiểm soát thế oxi hóa khử trong tế bào

- Clo là thành phần của acid auxin - 3 acetic kích thích sự hoạt động của enzim và chuyển hóa hydrat carbon, làm tăng khả năng khả năng giữ nước của cây

- Ngoài ra còn rất nhiều nguyên tố khác có tác dụng tới quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng nhưng với hàm lượng rất nhỏ như Pb, Sn,…

1.1.4 Tình hình phân bón trên thế giới và Việt Nam

1.1.3.1 Trên thế giới [2]

Theo IFA, nhu cầu phân bón thế giới niên vụ 2013 – 2014 đã tăng 3,1% so với cùng

kỳ năm trước và ước đạt 184 triệu tấn (tính theo lượng dinh dưỡng) Việc gia tăng lượng giao dịch và nhu cầu tiêu thụ đã thúc đẩy sản lượng sản xuất của các nhà máy phân bón trên thế giới Cũng theo ước tính của IFA, sản lượng phân bón năm 2014 đạt 243 triệu tấn các loại, tăng 2,6% so với năm 2013 và đạt 85% công suất của các nhà máy toàn cầu Như vậy, tổng sản lượng phân bón toàn cầu dư khoảng 59 triệu tấn Xu hướng này của ngành phân bón sẽ tiếp tục diễn ra cho đến năm 2018 khi nhu cầu và nguồn cung phân

bón dự báo sẽ ở mức 197 triệu tấn và 280 triệu tấn, thặng dư cung ở mức 83 triệu tấn, tăng 40% so với năm 2014

Hình 1 2 Tình hình cung cầu phân bón thế giới

1.1.3.2 Tại Việt Nam [3]

Nông nghiệp là một những ngành kinh tế có vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, với 70% dân số sống bằng nghề nông Vì vậy nhu cầu phân bón cho nông nghiệp rất lớn Nhu cầu phân bón ở Việt Nam hiện nay vào khoảng trên 10 triệu tấn các loại Trong đó, Urea khoảng 2 triệu tấn, DAP khoảng 900,000 tấn, SA 850,000 tấn, Kali 950,000 tấn, phân Lân trên 1.8 triệu tấn, phân NPK khoảng 3.8 triệu tấn, ngoài ra còn có nhu cầu khoảng 400 – 500,000 tấn phân bón các loại là vi sinh, phân bón lá

Tình hình sản xuất trong nước:

Ngành phân bón hiện nay có khá nhiều bất cập, cả nước có đến 500 doanh nghiệp sản xuất phân vô cơ và hàng nghìn DN kinh doanh phân hữu cơ, vi sinh, trong đó có không ít công ty làm ăn chộp giật bằng công nghệ “máy trộn bê tông” đã biến ngành phân bón nước ta vài năm trở lại đây hỗn loạn, mất kiểm soát Nguồn cung phân bón chủ yếu của nước ta tập trung vào 15 doanh nghiệp lớn thuộc 2 tập đoàn: Vinachem và PVN

Bảng 1.1 Công suất của các tập đoàn sản xuất phân bón lớn trên cả nước

Công suất thiết kế (tấn/năm) Vinachem 1 Công ty cổ phần phân Ninh Bình FMP 300,000

5 Công ty cổ phần phân bón Bình Điền NPK 500,000

6 Công ty cổ phần phân bón hóa cất Cần

Thơ

7 Công ty phân đạm và hóa chất Hà Bắc Urea 190,000

PVN 13 Tổng công ty phân bón và hóa chất

dầu khí

Phân Urea

Hiện tại năng lực trong nước đến thời điểm hiện tại là 2.340 triệu tấn/năm, bao gồm Đạm Phú Mỹ 800,000 tấn, Đạm Cà Mau 800,000 tấn, Đạm Hà Bắc 180,000 tấn, Đạm Ninh Bình 560,000 tấn Dự kiến cuối năm 2014, Đạm Hà Bắc nâng công suất từ 180,000 tấn lên 500,000 tấn/năm, cả nước sẽ có 2.660 triệu tấn/năm Như vậy, về Urea đến nay, sản xuất trong nước không những phục vụ đủ cho nhu cầu sản xuất nông nghiệp mà còn

có lượng để xuất khẩu

Phân DAP

Hiện sản xuất trong nước tại nhà máy DAP Đình Vũ 330,000 tấn/năm, đến hết 2015

có thêm nhà máy DAP Lào Cai công suất 330,000 tấn/năm và theo kế hoạch của Thủ tướng từ nay đến hết năm 2015 sẽ có thêm một nhà máy DAP nữa hoặc nâng công suất hiện có của DAP Đình Vũ lên thêm 330,000 tấn/năm Như vậy sau 2015 sảnxuất trong nước có thể đạt tới gần 1 triệu tấn DAP/năm, cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu trong nước Hiện tại từ nay

đến hết năm 2014, chúng ta vẫn phải nhập khẩu DAP thêm từ 500,000 – 600,000 tấn/năm

Phân Lân:

Hiện tại Supe Lân sản xuất trong nước có công suất 1.2 triệu tấn/năm, bao gồm nhà máy Lâm Thao công suất 800,000 tấn/năm, Lào Cai 200,000 tấn/năm và Long Thành 200,000 tấn/năm Sản xuất Lân nung chảy hiện tại vào khoảng 600,000 tấn/năm bao gồm nhà máy Văn Điển và nhà máy Ninh Bình Dự kiến tương lai sẽ có thêm khoảng 500,000 tấn/năm của 3 nhà máy mới ( Lào Cai, Thanh Hóa,…) Như vậy sản xuất phân Lân trong nước cũng đáp ứng được về cơ bản cho nhu cầu sản xuất nông nghiệp trong nước

Phân NPK:

Hiện cả nước có tới cả trăm đơn vị sản xuất phân bón tổng hợp NPK các loại Về thiết bị và công nghệ sản xuất cũng có nhiều dạng khác nhau, từ công nghệ cuốc xẻng đảo trộn theo phương thức thủ công bình thường đến các nhà máy có thiết bị và công nghệ tiên tiến Về quy mô sản xuất tại các đơn vị cũng khác nhau từ vài trăm tấn/năm tới vài trăm ngàn tấn/năm và tổng công suất vào khoảng trtên 3.7 triệu tấn/năm Nói chung

là sản xuất NPK ở Việt Nam vô cùng phong phú cả về thiết bị, công nghệ đến công suất

nhà máy Chính điều này đã dẫn tới sản phẩm NPK ở Việt Nam rất nhiều loại khác nhau

cả về chất lượng, số lượng đến hình thức bao gói

1.2 Tổng quan về phân bón nhả chậm [4]

1.2.1 Khái niệm PBNC

Phân bón nhả chậm (PBNC): Là loại phân bón cung cấp nhất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng trong thời gian dài và đều đặn với một lượng vừa đủ cho cây trồng hấp thụ Loại phân bón này tan rất chậm trong nước, chúng tan trong môi trường axit yếu do

rễ cây tiết ra khi cần chất dinh dưỡng hoặc khi bị các vi sinh vật trong đất phân hủy Cây trồng có thể hấp thụ từ từ chất dinh dưỡng trong một thời gian dài tránh tình trạng cây bị dư thừa chất dinh dưỡng khi vừa bón nhưng sau đó lại thiếu chất dinh dưỡng

do chúng bị rửa trôi như khi bón các loại phân tan nhanh Dựa vào khả năng phân giải theo thời gian của tường loại phân bón sẽ có những lựa chọn hợp lí cho cây trồng PBNC thường sử dụng cho các loại cây lâu năm

Đối với vùng đất trung du, đồi núi, cao nguyên, đất bạc màu, hải đảo,… nơi có lượng mưa và khả năng xói mòn lớn thì phân nhả chậm là phương pháp độc đáo và hiệu quả cao do nó khó bị rửa trôi nên giúp tăng năng suất các loại cây công nghiệp dài ngày như chè, cao su, cà phê, ca cao, hồ tiêu,…

Phương pháp này cũng đóng góp trong việc hiện đại hóa ngành công nghiệp và xây dựng ngành nông nghiệp sạch khi giảm đáng kể độ độc hại do nồng độ ion cao khi hòa tan quá nhanh gây ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất

Tính kinh tế: PBNC làm tăng hiệu quả sử dụng phân bón do không bị hòa tan nhanh

và rửa trôi nên giảm đáng kể lượng phân bón mà vẫn cũng cấp đầy đủ chất dinh dưỡng cho cây, nên giảm được chi phí nhân công do giảm số lần bón phân

1.2.3 Các loại PBNC

PBNC được sản xuất dựa trên quy tắc hạn chế tốc độ hòa tan của phân bón khi sử dụng bằng các biện pháp như thay đổi các tính chất hóa lý (cụ thể là làm giảm khả năng hòa tan) hay làm giảm sự tiếp xúc trực tiếp giữa phân bón và môi trường (bọc phân bởi tác nhân khó tan)

- Loại phan bón được bọc ngoài bằng lớp vỏ ít tan: SCU (sulfur coated urea), PCU (plastic coated urea) Phương pháp này mặc dù kỹ thuật hoàn chỉnh nhưng các vỏ bọc cũng không thể đều được và các hạt dễ nứt vỡ trong quá trình sản xuất, bảo quản và sử dụng Kết quả là các chất bên trong từ từ thất thoát ra bên ngoài

- Loại phân bón trộn với chất chậm tan: urea trộn với gelatin, urea nhả chậm trên nền zeolit Chất được bọc nằm trong mạng lưới với kích các kích thước mắc lưới khác nhau và vì thế rất an toàn và khả năng nhả chậm có thể điều chỉnh được

thông qua việc điều chinh kích thước các mắc lưới Các nước Anh, Mỹ, Nhật, Canada, Úc và các tổ chức như WHO, FAO,… rất quan tâm nghiên cứu và phát triển phương pháp độc đáo này Nhiều chế phẩm thương mại được sản xuất, tiêu thụ rộng rãi và đã mang lại hiệu quả to lớn

1.2.4 Các loại PBNC ở Việt Nam

 Vào những năm cuối của thế kỷ 20, các hợp chất hóa học được nghiên cứu khá nhiều và chất N-(Butyl) Thiophosphorit Triamide (C4H14N3PS) được coi là hợp chất bọc cho phân ure có hiệu quả nhất để tạo thành loại phân nhả chậm có kiểm soát, đang được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới

Loại hợp chất này có tên thương mại là Agrotain Hiện Cty CP Phân bón Bình Điền đang được độc quyền phân phối hợp chất này ở Việt Nam và các nước Đông Nam Á Cơ chế chính làm phân ure nhả chậm so với phân ure thường là kìm hãm cường độ hoạt động của men Urease, là thủ phạm chính đẩy nhanh tính tan của chất N trong phân ure ra môi trường

Nhờ vậy, rễ cây có điều kiện hút được phân N trong thời gian dài mà không bị gây độc hại, nâng hiệu quả sử dụng phân N lên trung bình trên nhiều loại đất từ 30% trở lên [5]

 Loại thứ 2, sử dụng để bọc cho chất lân (P) là Copolymer của 2 acid Maleic (C4H4O4) và Itaconic (C5H6O4) Hợp chất này có tên thương mại là Avail Cơ chế hoạt động chính của chế phẩm này là bao vây chất P khi bón vào môi trường để không cho các chất Fe+3, Al+3 hay Ca+2, Mg+2 kết hợp với P làm thành phức chất khó tan, cây không sử dụng được

Cũng nhờ vậy mà chất P tồn tại tự do trong môi trường với thời gian lâu dài hơn,

rễ cây có điều kiện sử dụng chất lân lâu hơn và nhiều hơn Từ đó nâng cao được hiệu quả sử dụng phân P lên 30% hoặc cao hơn [5]

1.2.5 Tình hình nghiên cứu về PBNC

1.2.5.1 Tình hình trên thế giới [6]

Phân nhả chậm được sư 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 được công bố:

- Tháng 3-2002, một phương pháp tạo phân nhả chậm bằng cách bao bọc cũng được Markusch P H và cộng sự 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 được sử dụng ở đây là phân N: urea, (NH4)3PO4, (NH4)2SO4,

NH4Cl, NH4NO3,… Phân P: superphosphate, Ca3(PO4)2 Phân K: KCl, KHCO3,

K3PO4, KNO3, K2SiO3, … Vật liệu hấp thụ nước là các polymer như polymer acrylate, acrylic acid – vinyl alcol copolymer, isobutylene polymer, ethylene oxide polymer,… liên kết với nhựa urethane tại nhóm hydroxy cuối Ngoài ra còn

sử dụng polymer tự nhiên như tinh bột, tinh bột ghép, muối carboxymethyl cellulose Nhưa urethane được tạo thành từ polyisocyante và polyol

- Tháng 9-2002, Zhu Zhenliu và cộng sự đã tổng hợp phân urea nhả chậm từ cyanamide Ca và dung dịch urea đậm đặc hay urea nóng chảy

- Tháng 10-2002, Setani M đã tổng hợp urea-formaldehyde dùng là phân urea nhả chậm từ urea, formaldehyde với sự hiện diện của kiềm, acid mạnh và dung dịch amonia hay amine

- Shao J và cộng sự (tháng 10-2002) trộn phân N, P, K với phân nguyên tố trung vi lượng và chất kết dính tạo thành phân NPK nhả chậm Chất kết dính được chọn là

Na2SiO3, khoáng đại phân tử thiên nhiên

- Tháng 12-2002, Haeberle K và cộng sự đã nghiên cứ ra phân N nhả chậm từ việc bao bọc các hạt phân bằng huyền phù polyurea – polyurethane

- Sakai Y và cộng sự (tháng 12-2002) đã thành công trong việc sử dụng màng có thể phân hủy chứa 10% (hay nhiều hơn) polyolefine hay sáp dầu hỏa có khối lượng phân tử trung bình từ 300 – 10000 và các loại phân, cùng một chất hoạt động bề mặt để làm thành phân nhả chậm Polyolefine được sử dụng trong nghiên cứu này là polyethylene, polypropylene, polybutene, butene-ethylene copolymer, ethylene-propylene copolymer, butene-propylene copolymer Sáp dầu hỏa: Paraffin, microcrystalline, petrolatum Phân sử dụng là urea, NH4NO3, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4, (NH4)2SO4, NH4Cl, NaNO3, KCl, KNO3, K2SO4,… Chất hoạt động bề mặt như polyoxyethylene alkylester, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenol ether

- Năm 2002, Yao G đã oxi hóa và amine phân dưới 150% lignin kiềm (chứa 33% ammonia) thành phân urea nhả chậm

- Tháng 1-2004 Bagdasarov V R và cộng sự sử dụng zeolite và ammonium nitrate hay urea để điều chế phân nhả chậm Phân này chứa 79 – 94% ammonium nitrate hay urea, 6 – 24% zeolite và một lượng nhỏ khoáng vi lượng dưới dạng muối

- Du C và cộng sự (tháng 1 – 2004) nghiên cứu thành công phân N, P, K nhả chậm trên những chất mang như methacrylic acid, PAM, PVA, polyethyleneglycol hay

từ chitosan thiên nhiên và dẫn xuất, pectin, tinh bột và dẫn xuất, cellulose và dẫn xuất hay hỗn hợp của hơn một chấm mang cùng những chất tạo liên kết ngang như formaldehyde, ethylenediamine, glutaraldehyde, bõa 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 (5-2004) điều chế trên nền zeolite Quặng thô zeolite được nghiền nhỏ và trộn với nước và phân P hay K

- Năm 2004 zhan F và cộng sự đã tổng hợp thành công polymer siêu hấp thụ đồng thời mang phân P nhả chậm Sản phẩm được điều chế từ phản ứng ester hóa của PVA (polyvinylalcol) với H3PO4 (acid phosphoric) Sản phẩm thu được chưa 31.2% P2O5

- Ngoài ra còn nhiều bài báo và patent công bố về những thành công trong nghiên cứu về phân nhả chậm trong nhiều năm qua

1.2.5.2 Tình hình ở Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay đã được quan tâm và nghiên cứu nhưng vẫn chưa thật sự nhiều Tuy nhiên cũng có một số công trình nghiên cứu phân nhả chậm khá thành công như sau:

- Theo Tạp chí Khoa học và Công nghệ số 3 năm 2005, hai nhà khoa học Phạm Hữu Lý và Đỗ Bích Thành đã nghiên cứu đước phân urea nhả chậm với polymer nền gelatin, urea và ammonium bicromate theo tỉ lệ xác định bằng hai phương pháp: phương pháp cán trộn cơ học và phương pháp dung dịch Sản phẩm thu được có polymer nền là một loại polymer động vật dễ bị phân húy sinh học và không gây ô nhiễm môi trường Sản phẩm ngâm trong nước sau 24 giờ ở nhiệt đọ

30oC thì N nhả ra là 11.7 - 14.1% (tùy theo phương pháp) trên tổng hàm lượng N

có trong phân [7]

- 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 dimethacrylate, (NH4)2S2O8, NaOH, sorbitol monooleate (span 80) ethylcellulose

và các loại dung môi Polymer này ngoài khả năng giữ lớn (hơn 100g nước/ 1g vật liệu khô) còn lưu giữ rất hiệu quả các loại phân bón, đặc biệt là phân vi lượng [8]

- Theo tạp chí Hóa học, T.47 (4A),Tr 601-605, 2009, Nguyễn Cửu Khoa và cộng

sự đã nghiên cứu điều chế phân NPK 16-16-8 nhả chậm trên nên tinh bột biến tính Màng bao bọc phân có cấu trúc là các mạch polymer của tinh bột ghép với nhau thông qua cầu nối –CH2- của formaldehyde với nhóm hydroxyl của tinh bột

và các hạt phân sẽ nằm trong các lỗ xốp của màng tổng hợp Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân NPK 16-16-8 nhả chậm trong nước: 40.95%K2O, 33.65%N va 31.37%P2O5 sau 5 giờ Hàm lượng các chất nhả nhanh trong tuần đầu và hết sau 3 tuần sử dụng Giúp nâng cao hiệu quả hấp thụ chất dinh dưỡng có trong đất của cây cải ngọt, làm cây phát triển tốt hơn [9]

- Năm 2012, luận văn thạc sĩ của Dương Thị Bé Thi, Nghiên cứu chế tạo màng trên

cơ sở tinh bột & PVA cho phân bón NPK nhả chậm Kết quả thu được đối với màng tinh bột/PVA: có khả năng tan chậm trong nước trong 45 ngày và đạt kết quả đạm nhả 64,13%, phân lân nhả 73,34% và phân kali nhả 74,77% trong 45 ngày Đối với màng tinh bột/Chitosan: Sau 30 ngày lượng phân nhả ra môi trường

là 67,59% với hiệu suất bao là 76,58% [10]

- Theo tạp chí Khoa học và Công nghệ số 6 năm 2014, Nguyễn Văn Mạnh và các cộng sự đã nghiên cứu chế tạo PBNC trên cơ sở khoáng sét và tinh bột biến tính Tinh bột sắn được biến tính bởi dung dịch nước Javen trong các điều kiện thời gian khác nhau trong môi trường trung tính Mức độ oxy hóa của tinh bột được xác định bằng chỉ số cacbonyl và khối lượng phân tử Sau đó, tinh bột biến tính được trộn hợp với phân ure, bentonit trước khi tạo viên Tốc độ rã và hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy rằng mẫu tinh bột biến tính sau 7 giờ cho khả năng kết dính tốt nhất, hàm lượng tinh bột tối ưu cho thành phần phân nhả chậm là 30% khối lượng so với khoáng sét [11]

Tuy nhiên các loại sản phẩm được nghiên cứu ở Việt Nam 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 khuôn khổ bài báo cáo này, chúng em đề cập đến việc điều chế phân bón NPK nhả chậm kết hợp silica

1.3 Phương pháp sản xuất Silica từ tro trấu

1.3.1 Vai trò của Silic đối với cây trồng [12]

Si dường như không phải là chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự sinh trưởng thực vật của phần lớn cây trồng nhưng Si rất cần thiết đối với sự phát triển khỏe mạnh của nhiều loại, đặc biệt là đối với các loại cây có hàm lượng Si trong cây cao như: lúa, ngô và mía

Si có ảnh hưởng tốt lên sự sinh trưởng và năng suất của cây nhờ vào tác dụng làm giảm sự thoát hơi nước quá mức, tăng sức chống chịu của cây đối với nấm, sâu bệnh và giảm đổ ngã Si đóng vai trò như một thành phần thuộc về cấu trúc ngăn chặn sự thoát hơi nước quá mức (Raven, 1983) Trong tế bào được cung cấp đầy đủ Si, sự hao hụt nước canh tác giảm đi nhờ vào sự tích lũy silica trong biểu bì (bảng 1) Tốc độ thoát hơi nước nói chung chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng silica gel liên kết với cellulose trong vách tế bào biểu bì Lớp silica gel dày hơn giúp hạn chế sự mất nước, trong khi vách tế bào biểu bì ít silica gel sẽ cho nước thoát ra nhanh hơn Đối với lúa và lúa mì với mức Si được cung cấp cao hơn thì các hệ số thoát hơi nước thấp hơn Cây thiếu Si dễ bị héo, đặc biệt trong điều kiện độ ẩm thấp, điều này giúp giải thích cho sự gia tăng tích lũy Mn và các chất dinh dưỡng khoáng khác trong các bộ phận trên không của cây thiếu Si

Sức chịu đựng tốt hơn của cây đối với sự xâm nhập của nấm bệnh có thể cũng nhờ vào sự tích lũy Si trong lớp tế bào biểu bì (Miyake và Takahashi, 1978) Kết quả nghiên cứu trên nhiều loại cây trồng chứng tỏ Si có ảnh hưởng tốt đến khả năng chống chịu của cây nhờ vào hàm lượng Si trong cây cao giúp bảo vệ cây trước sự tấn công của sâu bệnh (Datnoff và cộng sự, 1991; Võ Minh Kha và Bùi Đình dinh, 1996; Dobermann và Fairhurst, 2000; matichenkov và Calvert, 2002)

Đặc biệt đối với cây lúa và ngủ cốc, Si giúp lá mọc thẳng đứng hơn, giảm đổ ngã do mưa gió, giúp cho việc sử dụng ánh sáng được hiệu quả và tăng hiệu lực của phân N (Suichi Yosida, 1985; Mengel và Kirkby, 1987; Ho Chong Wah, 1996)

1.3.2 Tình hình nghiên cứu điều chế Silica

Theo các nghiên cứu, vỏ trấu là một nguồn nhiên liệu có thể sự dụng để thay thế than

đá do: giá rẻ, dồi dào, hạn chế ô nhiễm…Vỏ trấu sau khi đốt sẻ sinh ra một lượng lớn tro

có nhiều ứng dụng: sản xuất silica, sử dụng trong công nghệ sản xuất xi măng, gạch ngói, phân bón

Vỏ trấu sau quá trình xử lí nhiệt sau đó phản ứng tạo natri silica cuối cùng natri silica được phản ứng với acid HCl để tạo silica kết tủa Silica điều chế có hàm lượng SiO298%, một lượng nhỏ Na+ và Cl- do sự dụng HCl tạo kết tủa, hiệu xuất tổng hợp đạt 90%

1.4 Tính cấp thiết của đề tài

Nguồn tài nguyên trên thế giới ngày càng khan hiếm, giá nguyên liệu cho ngành sản xuất phân bón ngày càng tăng dẫn đến giá phân bón ngày càng leo thang trong khi năng suất thu hoạch mùa vụ thấp, điều đó bắt buộc người sản xuất nông nghiệp phải giảm thất thoát và tiết kiệm tối đa lượng phân bón cho cây đồng thời nâng cao chất lượng phân bón để tăng năng suất cây trồng

Môi trường ngày càng trở nên nguy hiểm đối với cuộc sống sinh hoạt của con người, động vật và hệ sinh thái do các khí thải và các hóa chất ra môi trường Trong đó lượng phân bón dư thừa trong đất do bị rửa trôi, ngấm vào lòng đất mà cây trồng không hấp thụ hết cũng một phần gây ra ô nhiễm môi trường

Vì vậy, việc nghiên cứu ra phân nhả chậm giúp cho cây trồng hấp thụ hết lượng phân bón vào đất đã và đang trở nên cấp bách để giải quyết các vấn đề còn hạn chế của các loại phân bón truyền thống Chúng em tiến hành nghiên cứu phân NPK nhả chậm kết hợp với Silica; nhằm giảm thiệu chi phí, Silica được tổng hợp từ tro trấu (nguồn nhiên liệu dễ kiếm ở Việt Nam)

1.5 Mục tiêu của đề tài

Giảm thiểu khả năng thất thoát do rửa trôi khi sử dụng phân bón, nâng cao được mức hiệu quả trong việc sử dụng dưỡng chất Ngoài ra chúng cũng làm giảm tác động xấu lên môi trường và ngăn ngừa sự ô nhiểm nguồn nước sinh hoạt

Tăng cường khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi như rét, hạn, úng, sâu bệnh cho cây trồng

Sản phẩm thu được có hiệu quả cao và giá thành thấp

1.6 Phương pháp tiếp cận, giải quyết vấn đề

1.6.1 Các phương pháp tổng hợp [13]

Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học của hầu hết các nước phát triển đã tập trung nghiên cứu tìm ra câu trả lời cho bài toán phức tạp trên Một trong những hướng quan trọng nhất, có nhiều triển vọng là nghiên cứu và phát triển kỹ thuật nhả chậm (Controlled Release Technologies) bằng hai phương pháp: phương pháp bọc (encapsulation) và phương pháp trộn hợp (blending)

Phương pháp bọc (encapsulation) với một số loại polyme và hóa chất thích hợp Trong phương pháp bọc, cho dù kỹ thuật có hoàn chỉnh, các vỏ bọc của hạt cũng không thể đều được và các hạt dễ bị nứt, vỡ trong quá trình sản xuất, bảo quản và sử dụng Kết quả là các chất được bọc sẽ dần dần thoát ra ngoài

Trong phương pháp trộn hợp (blending), các chất được bọc nằm trong các mạng lưới với các kích thước mắt lưới khác nhau và vì thế rất an toàn và khả năng nhả chậm có thể điều chỉnh được thông qua việc điều chỉnh kích thước các mắt lưới

1.6.2 Sau khi điều chế được PBNC ta sẽ khảo sát các yếu tố:

- Độ tan của phân trong nước

Trước nhu cầu ngày cảng cao của thị trường trong nước đối với các loại PBNC nói chung và phân đạm nhả chạm nói riêng, việc nghiên cứu và sản xuất PBNC là hết sức cần thiết và có ứng dụng thực tế rất cao

Phân nhả chậm có nhiều ứng dụng quan trọng Đối với vùng đất trung du, đồi núi, cao nguyên,… thì PBNC là phương pháp độc đáo và hiệu quả cao giúp tăng năng suất các loại cây công nghiệp dài ngày như chè, cao su, cà phê, hồ tiêu,… Phương pháp này cũng đóng góp trong việc hiên đại hóa ngành công nghiệp và xây dựng một ngành công nghiệp lương thực – thực phẩm sạch Trong công nghiệp trồng và xuất khẩu hoa tươi, cây cảnh, kĩ thuật nhả chậm cũng đóng vai trò tích cực

1.6.4 Lựa chọn phương pháp tổng hợp

1.6.4.1 Một số thành tựu đạt được [14]

Ta đã đưa ra các nghiên cứu về PBNC trên thế giới và ở Việt Nam Sau đây là thành quả mà các nghiên cứu trên đã đạt được:

- Phương pháp tạo phân nhả chậm bằng cách bao bọc của Markusch P H và cộng

sự nghiên cứu Phân thu được có kết quản nhả chậm tố như phân urea trong nước sau 8h tan ra từ 30 – 90%

- Phân urea nhả chậm từ cyanamide Ca và dung dịch urea đậm đặc hay urea nóng chảy được Zhu Zhenliu và cộng sự tổng hợp làm sản phẩm thu được có hiệu quả cao và giá thành thấp

- Sản phẩm urea-formaldehyde do Setani M tổng hợp thu được có độ tan trong nước nóng là 15% về khối lượng và sự phân rã đều đặn

- Sản phẩm NPK nhả chậm của Shao J và cộng sự thu được có hiệu quả cao và giá thành thấp

- Phân N nhả chậm của Haeberle K với các hạt phân được bao bọc bằng huyền phù polyurea – polyurethane có tác dụng giúp phân ngăn chặn vón cục, tan chậm trong nước và bị vi khuẩn phân hủy

- Phân nhả chậm do Sakai Y và cộng sự nghiên cứu đạt kết quả: phân nhả từ 4 – 25% lượng phân sau 3 ngày tùy theo loại phân bón

- Năm 2002, Yao G đã oxi hóa và amine phân dưới 150% lignin kiềm (chứa 33% ammonia) thành phân urea nhả chậm

- Tháng 1-2004 Bagdasarov V R và cộng sự sử dụng zeolite và ammonium nitrate hay urea để điều chế phân nhả chậm Phân này chứ 79 – 94% ammonium nitrate hay urea, 6 – 24% zeolite và một lượng nhỏ khoáng vi lượng dưới dạng muối

- Du C và cộng sự (tháng 1 – 2004) nghiên cứu thành công phân N, P, K nhả chậm trên những chất mang như methacrylic acid, PAM, PVA, polyethyleneglycol hay

từ chitosan thiên nhiên và dẫn xuất, pectin, tinh bột và dẫn xuất, cellulose và dẫn xuất hay hỗn hợp của hơn một chấm mang cùng những chất tạo liên kết ngang như formaldehyde, ethylenediamine, glutaraldehyde, bõa 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 (5-2004) điều chế trên nền zeolite Quặng thô zeolite được nghiền nhỏ và trộn với nước và phân P hay K

- Năm 2004 zhan F và cộng sự đã tổng hợp thành công polymer siêu hấp thụ đồng thời mang phân P nhả chậm Sản phẩm được điều chế từ phản ứng ester hóa của PVA (polyvinylalcol) với H3PO4 (acid phosphoric) Sản phẩm thu được chưa 31.2% P2O5

- Ngoài ra còn nhiều bài báo và patent công bố về những thành công trong nghiên cứu về phân nhả chậm trong nhiều năm qua

1.6.4.2 Lựa chọn phương pháp

Sau khi đã đưa ra thành quả về nghiên cứu PBNC và phân tích 2 phương pháp sản xuất PBNC là: Phương pháp bọc và phương pháp trộn hợp Chúng em quyết định lựa chọn phương pháp bọc nhả chậm Phương pháp này đã được tiến hành và ứng dụng trên nhiều quốc gia Điểm trừ của phương pháp này là màng bọc được phun lên phân khó đều

và dễ làm hạt phân bị nứt Tuy nhiên, phương pháp này tương đối đơn giản và dễ khảo sát các tính chất của sản phẩm Ngoài ra nó còn phù hợp với kinh phí và điều kiện phòng thí nghiệm

1.6.5 Các chỉ tiêu cần phân tích

1.6.5.1 Xác định độ ẩm và độ hút ẩm của NPK-Silica

 Xác định độ ẩm

 Xác định độ hút ẩm

1.6.5.2 Xác định tốc độ tan của NPK-Silica

 Độ tan trong nước tại các thời điểm

 Độ tan trong nước

1.6.2.3.Xác định hàm lượng đạm nhả trong đất

Để xác định hàm lượng Nitơ ta sự dụng phương pháp kendan (TCVN) hoặc Dumex (tiêu chuẩn quốc tế FAO), phương pháp này có thể xác định hàm lượng Nitơ trong các vòng thơm

1.6.6 Kết hợp Silica-PBNC

Sau khi điều chế Silica xong, cân một lượng xác định rồi phối trộn với phân bón NPK theo 1 tỉ lệ nhất định Sau đó đem hỗn hợp Phân bón NPK-Silica đem đi nghiền mịn và trộn đều Lấy sản phẩm sau nghiền ép viên rồi phun màng bọc nhả chậm