Tóm tắt Luận án Chế tạo và nghiên cứu động học quá trình nhả chất dinh dưỡng của một số loại phân bón nhả chậm

lfur kẽm (Greenmaster), một chất ức chế quá trình nitrat hóa (Basammon), một loại vật liệu hòa tan thấp (Floranid), và một urê bọc nhựa (Multicote) đã được sử dụng. Kết quả cho thấy cây phát triển nhanh so với nhóm đối chứng, và khi bón ở vụ thứ 2 cây phát triển nhanh nhất. Không có sự khác biệt đáng kể giữa các loại phân khi bón 0,75g N, nhưng khi bón 2g N thì phân Floranid và Multicote cho sự tăng trưởng của cây lớn hơn. Sự mất mát N cao hơn khi bón amoni nitrat và canxi nitrat và thấp hơn với các loại phân bón chậm, trừ Basammon [106]. 44 1.4.3. Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm ở Việt Nam Ở Việt Nam, phân nhả chậm chưa được các nhà chuyên môn quan tâm, nghiên cứu nhiều. Tuy nhiên, đã có một số loại phân nhả chậm được nghiên cứu: Trần Khắc Trung và Mai Hữu Khiêm [31] đã nghiên cứu và sản xuất thành công phân nhả chậm ure – zeolit từ ure và zeolit NaX. Phân đã được 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. Khi giảm lượng phân bón đi 30% so với phân ure thông thường thì năng suất lúa thu được tương đương và phẩm chất gạo 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 tư cho người nông dân. Phân ure–vi lượng zeolit của nhóm nghiên cứu đã khẳng định được ưu thế trên các loại cây trồng khác như dưa hấu, đậu phộng. Tại Củ Chi (TPHCM), 2 đợt thí nghiệm sử dụng phân urê - vi lượng zeolit cho năng suất hạt khô và quả khô tăng 9% so với các ruộng khác. Còn trên dưa hấu tại Ô Môn (Cần Thơ), nếu bón phân urê - vi lượng zeolit thì năng suất, trọng lượng và độ đường cao hơn những ruộng dưa bón urê thông thường. Phạm Hữu Lý và cộng sự [16] đã nghiên cứu được phân ure nhả chậm với polyme nền gelatin, ure và amoni bicromat 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 polyme nền là một polyme động vật dễ bị phân hủy sinh học và không ô nhiễm môi trường. Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự [2] đã nghiên cứu khả năng lưu giữ phân bón của polyme siêu hấp thụ nước trong đất. Polyme được tổng hợp từ axit acrylic, etylenglicol dimetacrylat, (NH4)2S2O8, NaOH và các loại dung môi. Polyme này ngoài khả năng giữ nước lớn còn lưu giữ rất hiệu quả các loại phân bón, đặc biệt là phân vi lượng. Bùi Thanh Hương và cộng sự [6] đã nghiên cứu khả năng nhả chậm chất khoáng N-P-K trong phân hữu cơ khoáng trên nền tinh than bùn Cà Mau và Tây Ninh. Kết quả đã chỉ ra phân phức hợp trên nền than bùn có khả năng lưu giữ đồng thời cả 3 loại khoáng N-P-K nhiều hơn phân khoáng đơn và nhiều hơn dung lượng hấp phụ khoáng đơn của chính than bùn đó. Tổng hàm lượng đạm và kali được lưu giữ trong phân phức hợp cao hơn 2 lần so với các mẫu phân khoáng đơn là do ảnh hưởng của sự hấp phụ hoá học - phản ứng giữa axit humic và các cation vô cơ trong than bùn với khoáng đạm, photpho và kali xảy ra trong quá trình tổng hợp phân. Nguyễn Tất Cảnh và cộng sự [17],[19] đã chế tạo phân nén chậm tan như phân đạm chậm tan có vỏ bọc polyme và phân viên nén hữu cơ khoáng chậm tan. Khi sử 45 dụng phân đạm chậm có vỏ bọc polyme cho cây ngô ở Gia Lâm-Hà Nội ở vụ xuân năm 2011 với lượng bón 90 kg N + 90 kg P2O5+ 90kg K2O/ha sẽ cho năng suất tăng 10,8%, lãi thuần cao nhất (12,17 triệu đồng/ha), tiết kiệm 40% lượng đạm so với phân bón ure thông thường. Phân viên nén hữu cơ khoáng chậm tan được bón làm 3 lần cho cây ngô ở Quảng Bình ở vụ xuân năm 2010 với mức bón 143 kg N + 60 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha cho các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất ngô cao nhất (46,60 tạ/ha). Nhóm tác giả Nguyễn Cửu Khoa và cộng sự đã tổng hợp được các loại màng bao bọc phân từ tinh bột-formalin, tinh bột /PVA, tinh bột-chitosan,...và đã nghiên cứu công nghệ bọc phân với các loại màng trên bằng phương pháp khuấy trộn và phun sương; đánh giá khả năng nhả chậm của sản phẩm phân Urê và NPK nhả chậm thu được từ hai phương pháp trên. Tác giả đã tiến hành thử nghiệm cho 6 loại cây (cà phê, hồ tiêu, chè, bông, ngô và cao su) trên địa bàn Tây Nguyên. Kết quả ban đầu cho thấy khi sử dụng phân nhả chậm cho cà phê , chè, cao su, ngô đảm bảo năng suất cao và giảm lượng phân bón 15-30%. Thử nghiệm phân NPK nhả chậm trên cây chè (ở xã Lộc Thanh, Tp. Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng) và cây cà phê (ở xã Đăk Ha, huyện ĐăkGlong, tỉnh Đăk Nông) cho kết quả rất tốt trên hai đối tượng trên, có thể giảm 30% lượng phân bón cung cấp cho cây và cho năng suất hạt cao [8-10],[20]. Tuy nhiên, hầu hết các loại phân bón nhả chậm được nghiên cứu ở Việt Nam kể 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. Một số sản phẩm chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu, qui mô nhỏ hoặc đang trong quá trình hoàn thiện qui trình, công nghệ và thử nghiệm. Do đó việc sử dụng phân bón nhả chậm trong sản xuất nông nghiệp còn rất mới, chủ yếu là phân bón nhập khẩu hay một số loại phân nén. Gần đây, một số tỉnh đã thí điểm ứng dụng phân bón nhả chậm trong nông nghiệp, bước đầu cho kết quả tốt. Phân nhả chậm được thí điểm sử dụng chủ yếu là phân không bọc (viên nén NK, NPK) do Học viện Nông nghiệp Việt Nam sản xuất theo kiểu ép viên hình quả bàng, trên một số cây trồng như lúa, ngô, mía. Tại huyện Như Thanh (Thanh Hóa) phân bón viên nén NPK dúi sâu cho lúa, giúp tiết kiệm phân bón, giảm thiểu công lao động, cho năng suất lúa tăng từ 15-25%. Tại Tuyên Quang, năng suất trung bình của mô hình trồng lúa sử dụng phân NPK tăng 1,40 tạ/ha so với phân NK và tăng 9,70 tạ/ha so với phân đơn truyền thống. Năng suất trung của mô hình trồng ngô sử dụng phân NPK tăng 10 tạ/ha so với phân NK. Mô hình mía: năng suất thực thu của mô hình sử dụng phân viên nén nhả chậm (NPK) đạt 80,3 tấn/ha so với 68,6 tấn/ha (NK), tăng 11,7 tấn/ha. 46 Qua nghiên cứu các tài liệu tham khảo liên quan đến chế tạo phân bón nhả chậm, tác giả thấy rằng các công trình nghiên cứu chế tạo phân bón nhả chậm khá đa dạng với nhiều loại khác nhau. Trong đó phân bón nhả chậm có vỏ bọc được chế tạo và ứng dụng nhiều nhất do chúng có khả năng điều khiển chất dinh dưỡng ngoài N như P, K và một số nguyên tố dinh dưỡng khác. Tuy nhiên ở trong nước, chưa có công trình nào công bố về phân bón nhả chậm với vỏ bọc polyurethan cũng như nghiên cứu động học quá trình nhả chất dinh dưỡng và ứng dụng loại phân bón này trong nông nghiệp.Sau khi trình bày vai trò của phân bón và tổng quan về phân bón nhả chậm, các mô hình động học quá trình nhả chất dinh dưỡng, luận án sẽ nghiên cứu một cách có hệ thống quá trình chế tạo phân bón nhả chậm bằng kĩ thuật vê viêntừ phân bón đơn, chất kết dinh, chất mang và bọc màng polyurethan. Các lõi viên phân được chế tạo ở dạng tròn, có độ cứng nhất định, thích hợp cho quá trình tạo màng phủ polyurethan theo phương pháp phun phủ.Các polyme được sử dụng để nghiên cứu làm chất kết dính là PVAc, PVA, tinh bột, tinh bột biến tính. Đây là các có khả năng kết dính cao, thân thiện môi thường. Chất mang được sử dụng là bentonit, đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có trong nước, ngoài ra còn có tính kết dính, tăng độ bền cơ học cho viên phân. Polyurethan một thành phần được sử dụng làm chất tạo màng do có độ bền cao, dẻo dai, chịu mài mòn cao, đóng rắn nhờ hơi nước phù hợp với điều kiện khí hậuViệt Nam và đặc biệt có khả năng điều khiển chất dinh dưỡng theo nhu cầu cây trồng trong thời gian dài. Các nội dung cụ thể của luận án như sau: - Chế tạo lõi phân bón (ure và NPK): nghiên cứu biến tính tinh bột và lựa chọn chất kết dính cho một số loại phân bón (ure và NPK) -Chế tạo vỏ bọc cho phân bón nhả chậm:nghiên cứu các đặc trưng líhóa của vỏ bọcvà các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo vỏ bọc cho phân bón. -Nghiên cứu quá trình nhả phân bón trong nước và trong đất cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng nhả chậm phân bón (nhiệt độ, pH). Nghiên cứu động học quá trình nhảphân bón trong nước và khả năng phân hủy sinh học của lớp vỏ bọc phân bón. - Ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm cho một số loại cây trồng (cây bí xanh, cây chè) 47 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu, hoá chất - Polyvinylancol 205 (PVA) dạng hạt, màu trắng, khối lượng phân tử trung bình 40.000g/mol, độ thuỷ phân 86%(Singapo). PVA được hòa tan trong nước ở 400C được dung dịch PVA cần dùng. - Tinh bột sắn, dạng bột, màu trắng hàm lượng tinh bột >85%, độ ẩm ~14%, khối lượng phân tử trung bình 860.000 g/mol. (Hà Tây, Việt Nam). Tinh bột được hồ hóa ở nhiệt độ 600C trong 30 phút để được hỗn hợp keo cần dùng. - Polyviny axetat (PVAc), dạng hạt, màu trắng, khối lượng phân tử trung bình 100.000g/mol, độ thuỷ phân 40%(Trung Quốc). PVAc được hòa tan etanol 950để được dung dịch cần dùng. - Sáp parafin có điểm chảy 58-60oC (Trung Quốc). - Ure ((NH2)2CO)có hàm lượng N ≥ 46% (Hà Bắc, Việt Nam) - Polyurethan một thành phần (PU) loại đóng rắn ẩm, chứa toluen điisoxyanat, hàm lượng chất rắn 33,4%, là sản phẩm thương mại của Thái Lan, được hòa tan trong butylaxetat. - Bentonit Bình Thuận có hàm lượng Montmorillonit 49-51%, kích thước hạt dưới 20µm. - Kali clorua (KCl) có hàm lượng K2O ≥ 60% (Israel). - Điamonihiđrophotphat ((NH4)H2PO4) có hàm lượng N 16%, hàm lượng P2O5 45%, là sản phẩm của công ty Đình Vũ, Việt Nam. - N-butylaxetat (CH3COOCH2CH2CH2CH3) (Đài Loan). - Các loại hóa chất phân tích (Trung Quốc) cần thiết khác: natri hidroxit (NaOH), axit clohiđric (HCl), natri hipoclorit (NaClO), Đietylete (C2H5)2O)... 2.2. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu - Bể điều nhiệt, tủ sấy, máy khuấy cơ, cân phân tích, máy đùn ép, máy vo viên tạo hạt, trống quay, máy phun cầm tay, hệ thống lọc kết nối máy hút chân không, máy đo pH, ống nhựa PVC, cốc thuỷ tinh, bình tam giác, pipet và các dụng cụ khác trong phòng thí nghiệm. - Độ cứng được đo trên máy đo độ cứng ERWEKA TBH 200 (Đức) 48 - Độ rã được đo trên máy đo độ rã độ rã ERWEKA DT 60 (Đức) - Máy chưng cất đạmVelp UDK149 (Italia). - Kali được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử trên máyđo quang phổ AAS 630 Shimadzu - Nhật Bản tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam. - Photpho được xác định bằng phương pháp trắc quang, trên máy UV–Vis LAMBDA 35UV/Vis tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam. - Phổ hồng ngoại được đo trên Quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Shimadzu IR prestige 21 (Nhật Bản) trong vùng 4000 - 400cm-1 (tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội). Một số mẫu đo trên máy IMPACT Nicolet 410 tại Viện Hoá học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.Mẫu được sấy khô 2 ngày trong tủ sấy chân không ở 600C và sử dụng kỹ thuật ép viên với KBr. - Phân tích nhiệt trọng lượng TGA được đo trên thiết bị phân tích nhiệt Labsys TG - DSC 1600, Setaram (Pháp) tại Khoa Hoá học, Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội. Các mẫu đều được phân tích trong khí quyển Argon, tốc độ gia nhiệt 10o/phút từ nhiệt độ phòng đến 7000C. - Chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên máy JEOL 6390 tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam. 2.3. Một số phƣơng pháp phân tích phân bón 2.3.1.Xác định hàm lượng nitơ tổng số - Xác định N tổng số bằng phương pháp Kjeldahl [25]: Nguyên tắc: của phương pháp Kjeldhallà chuyển hóa các hợp chất nitơ trong mẫu thành amoni (NH4 + ) bằng axit sunfuric đặc với chất xúc tác (K2SO4, CuSO4). Sau đó cất amoni nhờ dung dịch kiềm. Thu NH3 bằng axit boric (H3BO3), chuẩn độ amoni tetraborat bằng dung dịc axit HCl tiêu chuẩn, từ đó suy ra lượng nitơ trong mẫu. Hàm lượng nitơ tổng được tính theo phần trăm có trong mẫu phân: %N = ( – ) (2.1) Trong đó: V1: thể tích (ml) HCl 0,1N chuẩn độ mẫu phân V0: thể tích (ml) HCl 0,1N chuẩn độ mẫu trắng N: nồng độ đương lượng của HCl 49 m: Khối lượng (g) mẫu lấy phân tích 14: đương lượng gam của N 2.3.2. Xác định hàm lượng photpho tổng số - Xác định P tổng số bằng phương pháp trắc quang [27]: Dùng hỗn hợp H2SO4 và HClO4 để phân hủy và chuyển hóa các hợp chất photpho trong mẫu thành photpho dưới dạng axit orthophotphoric, rồi xác định hàm lượng photpho trong dung dịch mẫu theo phương pháp trắc quang ở bước sóng nm. Đo màu vàng của phức chất tạo thành giữa photpho và vanadomolypdat (khi nồng độ P cao) hoặc màu xanh molipden do phản ứng của photpho với molypdat tạo thành phức đa dị vòng bị khử (khi nồng độ P thấp), từ đó suy ra hàm lượng photpho trong mẫu theo công thức: (2.2) Trong đó: a: nồng độ photpho tìm được trên đường chuẩn (miligam P/lít) m: khối lượng mẫu phân hủy (gam) V: thể tích dung dịch mẫu sau phân hủy tính (ml) V1: thể tích dung dịch sau phân hủy lấy ra để phân tích (ml) V2: thể tích dung dịch hiện màu (ml). 2.3.3. Xác định hàm lượng kali tổng số - Xác định K tổng số bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [26]: Dùng H2SO4 đặc và HClO4 đặc để chuyển hóa các chất chứa kali trong mẫu thành kali hòa tan, sau đó xác định kali trong dung dịch bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. Hàm lượng K được tính theo công thức : (2.3) Trong đó: a: nồng độ kali trong dung dịch A (miligam/lit) V: Toàn bộ thể tích dung dịch A (ml) m: khối lượng mẫu phân hủy (gam) 2.3.4. Phương pháp xác định độ rã của lõi phân bón Phương pháp thử độ rã của lõi phân bón dạng viên tròn: viên phân được đặt trong dụng cụ giỏ quay nhúng trong 900ml nước cất ở 25o C, quay với tốc độ 100 vòng/phút 50 trong 30 phút. Độ rã được xác định là % khối lượng viên phân bị rã và khuếch tán hết ra khỏi giỏ. 2.3.5. Phương pháp xác định độ cứng của lõi phân Độ cứng của lõi phân bón được xác định là lực gây vỡ viên ép theo đường kính (viên tròn). Được xác định bằng thiết bị đo độ cứng. Nguyên tắc: Tác động 1 lực F qua đường kính viên cho đến lúc viên bị vỡ. Xác định lực gây ra vỡ viên. Độ cứng của viên có thể được biểu diễn nhờ đại lượng H: H = F/пdh (2.4) Trong đó: H (N/cm2 ): độ cứng của viên F (N): Lực bẻ vỡ viên d (cm): Đường kính viên h (cm): độ dày của viên Xác định độ cứng 10 viên, lấy kết quả trung bình. 2.3.6. Phương pháp phân tích một số tính chất l hóa của đất Tiến hành lấy đất ở đất ở độ sâu 0 - 20 cm, theo dõi 5 điểm trên mỗi ô thí nghiệm sau đó trộn đều để phân tích các chỉ tiêu lý hóa của đất. Lấy mẫu vào 2 lần trước và sau thí nghiệm. - Xác định pHKCl: sử dụng pH meter đo trong huyền phù 1:5 của đất trong dung dịch KCl 1N [11]. - Xác định dung lượng trao đổi cation (CEC) theo phương pháp amoniaxetat do Schachtschabel thiết lập [11]. - Xác định hàm lượng chất hữu cơ (OM) theo phương pháp Kali đicromat do Walkley – Black thiết lập [11]. 2.4. Phƣơng pháp tiến hành 2.4.1. Nghiên cứu chế tạo lõi phân bón 2.4.1.1. Nghiên cứu biến tính tinh bột Để hạ độ nhớt và tăng khả năng kết dính của tinh bột, chúng tôi tiến hành biến tính tinh bột. Có nhiều phương pháp dùng biến tính tinh bột, trong luận án này chúng tôi sử dụng dung dịch natri hipoclorit (NaClO) để biến tính tinh bộtsắn, do giá thành rẻ và sẵn có. Quá trình biến tính được tiến hành như sau: Cân chính xác 10g tinh bột, đưa vào cốc thuỷ tinh 250ml chứa dung dịch natri hipoclorit với nồng độ clo hoạt động xác định (3% clo hoạt động so với tinh bột) đã điều chỉnh pH duy trì ở pH = 7 bằng dung 51 dịch chuẩn NaOH 0,1N và HCl 0,1N, nhiệt độ của dung dịch được duy trì ở 30oC và được khuấy liên tục trong suốt quá trình biến tính. Phản ứng được dừng bằng cách thêm natri hiđrosunfit dư (NaHSO3)và pH được điều chỉnh ở mức 6,5-7,0 và mẫu được lấy ra ở các thời điểm khác nhau sau 0  11 giờ, sản phẩm được lọc hút trên phễu lọc Buchner, rửa kỹ bằng nước cho đến khi dịch lọc cho phản ứng âm tính với dung dịch AgNO3, sau đó được tiến hành rửa lại trong etanol và sấy trong tủ sấy chân không ở 50 oC đến khối lượng không đổi [30]. *Mức độ oxi hóa của tinh bột:được xác định thông qua việc đo khối lượng phân tử và xác định chỉ số cacboxyl. *Khối lượng phân tử trung bình: của các mẫu tinh bột được xác định bằng phương pháp đo độ nhớt dung dịch tinh bột trong KOH 0,5N sử dụng nhớt kế Ubbelohde và được tính theo phương trình Mark- Houwink:η = 8,5.10-3.[M]0,76(2.5) *Xác định hàm lượng nhóm cacboxyl: Mẫu tinh bột (2g) được phân tán trong 25ml dung dịch HCl 0,1N và khuấy đều trong 30 phút trên máy khuấy từ. Huyền phù tinh bột được lọc hút chân không và rửa bằng 400ml nước cất. Bánh lọc tinh bột được chuyển vào cốc thuỷ tinh 500ml và thêm nước cất đến thể tích 300ml. Huyền phù tinh bột được gia nhiệt trong bể điều nhiệt và khuấy liên tục trong 15 phút để hồ hoá hoàn toàn. Dung dịch hồ tinh bột nóng được điều chỉnh đến thể tích 450ml bằng nước cất và chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,01N tới pH 8,3 với chỉ thị phenolphtalein. Mẫu trắng được thực hiện đối với tinh bột không biến tính. Hàm lượng nhóm cacboxyl được tính toán như sau: Mili đương lượng axit/100g tinh bột = [(Mẫu - mẫu trắng)ml x mol đương luợng/l của NaOH x 100]/khối lượng mẫu (g, khối lượng khô). Hàm lượng nhóm cacboxyl (mmol/100g) = [mili đương lượng axit/100g tinh bột] 1.4.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởngcủa thời gian biến tính tinh bột đến độ bền lõi phân Để đánh giá ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ bền của lõi phân chúng tôi tiến hành đánh giá độ bền của lõi phân ure nhả chậm. Tiến hành chế tạocác lõi phân ure nhả chậm với cùng điều kiện: hàm lượng ure 90%, bentonit 7% và 3% tinh bột biến tính (với thời gian biến tính từ 0-11 giờ). Các hạt ure cùng với bentonit được cân riêng và trộn đều với dung dịch tinh bột biến tính. Hỗn hợp sau đó được đùn thành sợi và cắt thành viên hình trụ có đường kính trung bình 3 mm, dài 5mm. Các viên hình trụ 52 này được vo thành viên có đường kính trung bình 3-4mm trên thiết bị vo viên dạng chảo nghiêng, sau đó được làm khô trong tủ sấy ở 800C trong 8 giờ (hình 2.1). Sau đó tiến hành xác định độ rã và độ cứng của lõi phân có kích thước đồng nhất ở 250C. Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo lõi phân bón nhả chậm 2.4.1.3. Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính a. Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính cho phân bón ure nhả chậm Qua nghiên cứu tài liệu chúng tôi sử dụng chất kết dính là các polyme: PVAc, PVA, tinh bột và tinh bột biến tính để nghiên cứu lựa chọn chất kết dính thích hợp cho phân bón nhả chậm. Khảo sát được tiến hành như sau: các hạt ure cùng với chất mang bentonit được cân riêng, sau đó thêm một lượng dung dịch chất kết dính polyme (PVAc, PVA, tinh bột và tinh bột biến tính) đã được chuẩn bị rồi trộn đều. Hỗn hợp sau đó được đùn thành sợi và vo thành viên tròn theo qui trình 1.4.1.2. Sau đó tiến hành xác định độ cứng và độ rã của lõi phân có kích thước đồng nhất ở 250C. Thành phần nguyên liệu tổng hợp phân bón ure (tính cho 100g) được thống kê trong bảng 2.1 Viên phân chưa phủ (lõi phân nhả chậm) Chất kết dính Đùn tạo viên Bentonit Phân đơn (N,P, K) Trộn hỗn hợp nguyên liệu Vo viên 53 Bảng 2.1. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân ure nhả chậm (tính cho 100g) STT Ure (g) Bentonit (g) Polyme (g) % Polyme 1 90,0 10,0 0,0 0,0 2 90,0 9,0 1,0 1,0 3 90,0 8,5 1,5 1,5 4 90,0 8,0 2,0 2,0 5 90,0 7,5 2,5 2,5 6 90,0 7,0 3,0 3,0 7 90,0 6,5 3,5 3,5 8 90,0 6,0 4,0 4,0 9 90,0 5,0 5,0 5,0 b. Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính cho phân bón NPK nhả chậm Để lựa chọn chất kết dính cho phân bón NPK (16:16:16) và NPK (30:10:10), các hạt ure, KCl, (NH4)2HPO4 cùng với chất mang bentonit được cân riêng, trộn theo một tỉ lệ xác định, sau đó thêm một lượng dung dịch chất kết dính polyme đã được chuẩn bị rồi trộn đều, tiến hành tạo viên theo qui trình 1.4.1.2. Sau đó tiến hành xác định độ cứng và độ rã của lõi phân có kích thước đồng nhất ở 250C. Thành phần nguyên liệu tổng hợp phân bón NPK (tính cho 100g) được thống kê trong bảng 2.2 và 2.3. Bảng 2.2. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân bón NPK (16:16:16) STT Ure (g) (NH4)2HPO4 (g) KCl (g) Bentonit (g) Polyme (g) %Polyme 1 20,76 29,75 26,67 22,82 0,00 0,0 2 20,76 29,75 26,67 20,82 2,00 2,0 3 20,76 29,75 26,67 19,82 3,00 3,0 4 20,76 29,75 26,67 18,82 4,00 4,0 5 20,76 29,75 26,67 17,82 5,00 5,0 6 20,76 29,75 26,67 16,82 6,00 6,0 7 20,76 29,75 26,67 15,82 7,00 7,0 8 20,76 29,75 26,67 14,82 8,00 8.0 9 20,76 29,75 26,67 12,82 10,00 10,0 54 Bảng 2.3. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân bón NPK (30:10:10) STT Ure (g) (NH4)2HPO4 (g) KCl (g) Bentonit (g) Polyme (g) %Polyme 1 55,80 18,59 16,67 8,94 0,00 0,0 2 55,80 18,59 16,67 7,94 1,00 1,0 3 55,80 18,59 16,67 7,44 1,50 1,5 4 55,80 18,59 16,67 6,94 2,00 2,0 5 55,80 18,59 16,67 6,44 2,50 2,5 6 55,80 18,59 16,67 5,94 3,00 3,0 7 55,80 18,59 16,67 5,44 3,50 3,5 8 55,80 18,59 16,67 4,94 4,00 4,0 9 55,80 18,59 16,67 3,94 5,00 5,0 2.4.2. Nghiên cứu chế tạo vỏ bọc cho phân bón nhả chậm 2.4.2.1. Quá trình tạo vỏ bọc cho phân bón Lõi phân bón dạng viên tròn sau khi được chế tạo với điều kiện tối ưu được đưa vào thiết bị trống quay, gia nhiệt đến 50-70oC. Dung dịch tạo vỏ bọc bao gồm polyurethan một thành phần (có hoặc không có sáp parafin) trong dung môi butyl axetat được phun đều lên bề mặt hạt phân bón trong trống quay và để đóng rắn trong 30 phút. Sau khi phun một lượng nhất định dung dịch PU với tốc độ 850ml/phút, sản phẩm được làm nguội xuống nhiệt độ phòng và bảo quản trong bình hút ẩm. Sơ đồ chế tạo vỏ bọc cho phân bón được trình bày ở hình 2.2. Các viên phân bón sau khi được phủ lớp polyurethan được cắt đôi, cho vào cốc nước cất. Sau khi các chất dinh dưỡng được hòa tan, loại bỏ phần không tan còn lại lớp vỏ polyurethan. Các lớp vỏ đượcl àm sạch trong nước cất, sau đó sấy khô ở35℃ trong 10giờ rồi đem phân tích các đặc trưng lí hóa bằng các phương pháp: phân tích phổ hồng ngoại (IR), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). 55 Hình 2.2. Sơ đồ chế tạo vỏ phân bón nhả chậm 2.4.2.2. Ảnh hưởng của sáp parafin đến quá trình tạo vỏ bọc Trong quá trình chế tạo lớp vỏ bọc cho phân bón trong trống quay đã xảy ra quá trình ma sát, va chạm giữa các viên phân, giữa các viên phân với thiết bị nên bề mặt lớp vỏ có thể xuất hiện các vết nứt, lỗ hổng. Để khắc phục điều này chúng tôi sử dụng sáp paraffin để bôi trơn, giảm ma sát, tram vào các vết nứt và lỗ hổng [103]. Ảnh hưởng của sáp parafin được tiến hành như sau: dung dịch tạo màng phủ bao gồm polyurethan một thành phần có 0;5;7; 10% khối lượng sáp parafin trong dung môi butyl axetat được phun đều lên bề mặt hạt phân bón ure trong trống quay và để đóng rắn trong 30 phút. Sau khi phun một lượng nhất định dung dịch phủ, sản phẩm được làm nguội xuống nhiệt độ phòng và bảo quản trong bình hút ẩm. Ảnh hưởng của sáp parafin được đánh giábằng kính hiển vi điện tử quét ảnh (SEM) và %N nhả trong nước của phân ure nhả chậm với thời gian 28 ngày. Làm khô Lõi phân (viên phân chưa phủ) Phân bón nhả chậm bọc polyme Phun polyme tạo vỏ bọc Polyurethan Sáp parafin Đóng gói, bảo quản 56 2.4.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng polyurethan đến độ dày và tỉ lệ bọc lớp vỏ. Ảnh hưởng của hàm lượng polyurethan đến độ dày lớp phủ: Tiến hành tạo lớp vỏ cho phân bón bằng cách phun dung dịch polyurethan một thành phần (có chứa parafin) với các hàm lượng khác nhau: 3,5;10;15; 20; 25%,trongdung môi butyl axetat với tốc độ phun 850ml/phút trong trống quay. Xác định độ dày lớp phủ bằng kính hiển vi điện tử quét. Tỉ lệ bọc lớp phủ được xác định bằng công thức ỉ ệ ọ ố ượ ớ ủ ố ượ ê â (2.6) 2.4.3. Xây dựng mô hình động học quá trình nhả chậm phân bón 2.4.3.1. Nghiên cứu quá trình nhả phân bón trong nước Đối với mỗi mẫu, 10g phân bón nhả chậm được đưa vào trong chai nhựa đậy kín chứa 200ml nước cất sau đó được đặt trong tủ ổn nhiệt ở 25oC. Sau những khoảng thời gian nhất định (1, 3, 5, 7, 10, 14, 28 ngày), dung dịch được gạn để xác định hàm lượng dinh dưỡng (N, P, K) và 200ml nước cất mới được thêm vào trong chai, tiếp tục duy trì ở 25oC. Dung dịch được lắc đều trước khi lấy mẫu phân tích. Hàm lượng N, P và K trong mẫu được xác định tương tự như phân tích N, P, và K tổng số [67]. Tất cả các mẫu đều được thực hiện lặp lại 3 lần, giá trị trung bình được coi là nồng độ dinh dưỡng (N, P, K) của mỗi mẫu. Thời gian nhả dinh dưỡng (N,P,K) của phân nhả chậm được coi là thời gian mà quá trình nhả tích lũy đạt tới 80% tổng lượng dinh dưỡng (N, P, K). * Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhả phân bón - Ảnh hưởng của nhiệt độ: Tiến hành nghiên cứu khả năng nhả phân bón ở 10 0 C, 20 0 C, 30 0 C, 40 0 C. - Ảnh hưởng của pH: Tiến hành nghiên cứu khả năng nhả phân bón ở các giá trị pH lần lượt là: 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0. 2.4.3.2. Động học quá trình nhả chất dinh dưỡng của phân bón Nghiên cứu động học quá trình