Nghiên cứu khả năng hấp phụ và giải hấp phụ nước của vật liệu siêu hấp phụ

  • Số trang: 42 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 19 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ GIẢI HẬP PHỤ NƢỚC CỦA VẬT LIỆU SIÊU HẤP PHỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SU PHẠM Sinh viên thực hiện Lớp Giáo viên hƣớng dẫn : Đoàn Thị Trà My : 08SHH : TS. Trần Mạnh Lục Đà Nẵng - Năm 2012 SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 1 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  KHOA HÓA NHIỆM VỤ LÀM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Đoàn Thị Trà My Lớp : 08SHH 1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ GIẢI HẤP PHỤ NƢỚC CỦA VẬT LIỆU SIÊU HẤP PHỤ 2. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ - Nguyên liệu: Vật liệu siêu hấp phụ - Hóa chất: NaOH, NaCl, HCl, Na2SO4, FeCl3, H2SO4, H3PO4, HNO3, CH3COOH - Dụng cụ: Cân phân tích, cốc thủy tinh, … 3. Nội dung nghiên cứu 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ nước của vật liệu siêu hấp phụ 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường đến khả năng hấp phụ nước của vật liệu siêu hấp phụ nước 3.3. Nghiên cứu khả năng giải hấp phụ nước của vật liệu siêu hấp phụ nước 4. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục 5. Ngày giao đề tài: 15/10/2011 6. Ngày hoàn thành: 25/5/2012 Chủ nhiệm khoa Giáo viên hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày … tháng … năm 2012 Kết quả điểm đánh giá: Ngày….tháng….năm 2009 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên) SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 2 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC MỞ ĐẦU Việt Nam với đặc thù là một nước nông nghiệp nên có nguồn nông sản rất dồi dào và phong phú. Tuy nhiên, việc tận dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu tự nhiên sẵn có còn rất nhiều hạn chế. Biến tính các sản phẩm tự nhiên nhằm nâng cao và mở rộng tính năng sử dụng của nó là một trong những mối quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu. Trong lịch sử phát triển nông nghiệp, đã nhiều lần xuất hiện tình trạng hạn hán và thiếu nước ở nhiều nơi trên thế giới và từ lâu đã là mối quan tâm, lo lắng của những người trực tiếp sản xuất, của các nhà quản lý và các nhà khoa học. Để đối phó với tình hình thiếu nước tưới cho cây trồng, trên thế giới có rất nhiều giải pháp. Về mặt hóa học, một trong những giải pháp tỏ ra có hiệu cao là áp dụng hợp chất polyme có khả năng dự trữ nước để cung cấp cho nhu cầu sống và phát triển của cây trồng vật. Polyme siêu hấp thụ nước không chỉ giúp giải quyết vấn đề giữ nước cho đất khô hạn, mà còn giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường nông nghiệp do có thể kết hợp sử dụng lượng phân bón hợp lý tránh thất thoát ra môi trường, nhờ đó tiết kiệm được phân bón, góp phần cải tạo và tăng độ phì cho đất. Ngoài ra, vật liệu polyme siêu hấp thụ nước còn góp phần làm tăng hiệu quả kinh tế cây trồng, cải thiện thu nhập cho người nông dân. Sản phẩm được chú ý nhiều nhất trên thị trường hiện nay là chất giữ ẩm được tổng hợp từ phản ứng đồng trùng hợp ghép lên tinh bột. Sự ra đời của loại vật liệu mới này đã và đang góp phần mở ra một giải pháp rất hữu ích cho những vùng đất thường xuyên khô cạn, đất cát, đất đồi núi, những nơi nước dễ trôi đi của Việt Nam. Với những ý nghĩa thực tiễn trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ và giải hấp phụ nước của vật liệu siêu hấp phụ” làm khóa luận tốt nghiệp. Kết cấu của khóa luận gồm những phần sau: Mở đầu 1 trang (trang 1) Chương 1. Tổng quan 20 trang (trang 2  21) Chương 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 3 trang (Trang 22 24) Chương 3. Kết quả và thảo luận 11 trang (trang 25  37) Kết luận và kiến nghị 1 trang (trang 38) SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 3 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. Tinh bột 1.1.1. Giới thiệu tổng quát tinh bột [12] Trong tự nhiên, tinh bột là loại hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào, nó chỉ đứng sau xenlulozo. Tinh bột có trong rể, cành, hạt, củ và quả của cây xanh. Tinh bột được hình thành từ những hạt nhỏ trong quá trình trưởng thành và lớn lên của cây. Trong suốt thời gian “ngủ” và nảy mầm, tinh bột là chất dự trữ năng lượng cho cây. Tinh bột giữ chức năng sinh học giống nhau đối với con người, động vật cũng như đối với sinh vật bậc thấp. Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hòa tan trong nước nên có thể tích tụ một lượng nước lớn trong tế bào mà không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Do đó, có thể thu một lượng lớn tinh bột từ nhiều nguồn nguyên liệu phong phú trong tự nhiên mà chủ yếu là từ các cây lương thực như ngô, khoai, lúa mì, sắn, … 1.1.2. Cấu trúc của tinh bột [11] Cấu tạo bên trong của tinh bột khá phức tạp. Hạt tinh bột có cấu trúc lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các tinh thể amilozơ và amilopectin sắp xếp theo phương hướng tâm. Hai cấu tử amilozơ và amilopectin đều được cấu tạo từ α – D – glucozơ trong chuỗi kết hợp với nhau qua liên kết α – 1,4 – glucozit. Ngoài cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ bao phía ngoài. lớp vỏ này đặc hơn, chứa ít ẩm hơn và bền với các tác động bên ngoài. Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ xốp giống như trong hạt tinh bột nhưng nhỏ và đồng đều hơn do đó các chất hòa tan có thể thâm nhập vào trong bằng con đường khuyếch tán qua vỏ. 1.1.3. Thành phần hóa học của tinh bột [1, 6] Tinh bột không phải là một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: Amilozơ và amilopectin. Tỉ lệ amilozơ và amilopectin trong các nguyên liệu là khác nhau nhưng thông thường là ¼. Amilozơ và amilopectin đều là những cacbonhidrat có phân tử khối cao và có công thức phân tử chung: (C6H10O5)n. Khi chế hóa với dung dịch axit hay enzim, tinh bột SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 4 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC bị thuỷ phân dần dần thành dextrin (hỗn hợp các polisaccarit có phân tử khối thấp) sau đó đến mantozơ và cuối cùng là D(+)-glucozơ. (C6H10O5)n → (C6H10O5)m → C12H22O11 → C6H12O6 Tinh bột Hỗn hợp dextrin D(+) – glucozơ Mantozơ Amiloza và amilopectin đều được tạo nên từ những mắt xích D(+)-glucozơ nhưng khác nhau về kích thước và cấu tạo. 1.1.3.1. Amilozơ * Cấu tạo Phân tử amilozơ bao gồm nhiều chuỗi sắp xếp song song nhau. Amilozơ ở dạng tinh thể có cấu trúc xoắn ốc, mỗi vòng xoắn gồm 6 phân tử glucozơ. Khi ở trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc trong trạng thái bị thoái hóa, amilozơ thường có cấu trúc mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amilozơ mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Ở trạng thái xoắn ốc, amilozơ cho màu xanh với iot. Đường kính xoắn ốc là 12,97A0, chiều cao 7,91A0. Phân tử amilozơ có một đầu khử và một đầu không khử, trong đó đầu khử có nhóm –OH glucozit. Các gốc của amilozơ gắn lại với nhau nhờ liên kết α – 1,4 – glucozit tạo nên một chuỗi dài khoảng 500 – 2000 đơn vị glucozơ, phân tử lượng trung bình từ 10.000 – 300.000 đvC. Cấu tạo phân tử amilozơ được biểu diễn như sau: H CH 2OH O H . OH H ...O CH 2OH O H H . H HO O H OH CH 2OH O H . OH H H O OH H O... H OH Hình 1.1. Cấu trúc phân tử amilozơ (mạch không phân nhánh) * Tính chất Amilozơ mạch thẳng có thể tạo màng và sợi có độ bền và độ mềm dẻo cao. Amilozơ mới tách từ hạt tinh bột thường có độ hòa tan cao, nhưng không bền và nhanh chóng bị thoái hóa. Dung dịch amilozơ rất nhanh chóng tạo keo ngay cả khi ở nhiệt độ cao. Khi tương tác với iot, amilozơ cho phức màu xanh đặc trưng. Khi đun nóng, liên kết hidro bị cắt đứt, chuỗi amilozơ duỗi thẳng iot bị tách ra làm dung dịch mất màu xanh. SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 5 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC Amilozơ có khả năng tạo phức với rất nhiều các hợp chất hữu cơ phân cực và không phân cực. Phức của amiloza với vitamin A thường bền và ít bị oxy hóa. Do đó, sử dụng amilozơ để bảo vệ vitamin A trong thuốc, trong thức ăn gia súc. 1.1.3.2. Amilopectin * Cấu tạo Phân tử amilopectin có cấu tạo như những chùm nho, trong đó xen kẽ hai vùng: vùng có cấu tạo chặt, sắp xếp có trật tự và có độ tinh thể do đó bị thủy phân khó khăn, vùng thứ hai sắp xấp kém trật tự, có nhiều điểm phân nhánh và không có độ tinh thể nên dễ dàng bị thủy phân. Amilopectin có cấu trúc nhánh, các gốc glucozơ gắn với nhau không chỉ nhờ liên kết 1–4 mà còn nhờ liên kết 1–6. Phân tử amilopectin gồm một nhánh trung tâm (chứa liên kết 1–4), từ nhánh này phát ra các nhánh phụ có chiều dài khoảng vài chục gốc glucozơ. Phân tử lượng của amilopectin vào khoảng 5.105 – 1.106 đvC. Amilopectin được phân bố ở mặt ngoài của hạt tinh bột. Cấu tạo phân tử amilopectin đƣợc biểu diễn nhƣ sau: H CH 2OH O . OH H H . O H H OH CH 2OH O H . OH H ...O H CH 2 O H H . HO O H OH CH 2OH O H . OH H H O OH H O... H OH Hình 1.2. Cấu trúc phân tử amilopectin (mạch phân nhánh) * Tính chất Phân tử amilopectin phân nhánh nhiều nên không thể tạo dạng sợi nhiều như amilozơ và màng tạo ra thì lại giòn. Khác hẳn với amilozơ, amilopectin chỉ hòa tan khi đun nóng và tạo nên dung dịch có độ nhớt cao. Phản ứng màu của amilopectin với iot chỉ xảy ra do kết quả của sự hình thành nên các hợp chất hấp thụ. Phản ứng với lectin là phản ứng đặc trưng của amilopectin. Liên kết giữa lectin với monosaccarit chủ yếu là liên kết SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 6 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC hidro. Các nhóm –OH ở C2, C4, C6 của gốc monosaccarit không bị thay thế mới có thể liên kết được với lectin. Do vậy, muốn kết tủa được với lectin thì các phân tử polysaccarit bắt buộc phải ở dạng mạch nhánh. 1.1.4. Các tính chất của tinh bột [1, 5, 6] 1.1.4.1. Tính hấp thụ Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên cả bề mặt trong và bên ngoài của tinh bột đều có khả năng tương tác với chất hấp thụ. Các ion liên kết với tinh bột thường có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thụ của tinh bột. Khả năng hấp thụ xanh metylen của tinh bột là rất tốt. Sự hấp thụ này chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các cation liên kết với tinh bột. Các cation ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ xanh metylen của tinh bột được sắp xếp theo dãy sau: Na+ > Mg2+ > Ba2+ > Ca2+. Đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột không giống nhau. Đặc trưng của đường đẳng nhiệt hấp thụ của tinh bột phụ thuộc vào sự khác nhau về cấu tạo bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng. Các ion chứa trong tinh bột khi xử lý tinh bột bằng các chất điện li khác nhau có thể thay thế bằng các ion khác nhau. Dựa vào khả năng này mà người ta đưa các cation hoặc nhóm nguyên tử vào trong phân tử tinh bột để tạo ra tinh bột có một số tính chất mới. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ muối của các tinh bột, người ta thấy rằng khả năng hấp thụ của tinh bột khoai tây lớn hơn của lúa mì và ngô. Độ xốp của tinh bột khoai tây tạo điều kiện cho các ion xâm nhập vào trong hạt dễ dàng hơn do đó cân bằng hấp thụ đạt được nhanh chóng hơn. Nhiệt độ tăng thì khả năng hấp thụ của tinh bột khoai tây giảm xuống, còn ở tinh bột lúa mì thì khả năng hấp thụ tăng đến một nhiệt độ nhất định. 1.1.4.2. Độ hòa tan của tinh bột Tinh bột ở trạng thái tự nhiên không hòa tan trong nước lạnh nhưng có thể hút tới 25-30% nước và gần như không bị trương. Khi trương ở nhiệt độ cao liên kết hidro bị phá hủy làm giảm sự bền vững cấu trúc tinh bột, dần dần nước xâm nhập vào, hidrat hóa thành các nhóm hidroxyl dọc theo phân tử tinh bột. SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 7 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC Amilozơ mới tách từ tinh bột có độ hòa tan cao song không bền nên nhanh chóng bị thoái hóa trở nên không hòa tan trong nước. Amilozơ được tách ra dưới dạng phức với butanol là bột xốp khô, có thể hòa tan hoàn toàn trong nuớc sôi khi nồng độ đạt đến 15%. Amilozơ hòa tan dễ dàng trong kiềm loãng. Điều đáng chú ý là để hòa tan amilozơ cần có một lượng kiềm tối ưu. Nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn điều làm cho amilozơ tạo ra keo. Amilopectin không hòa tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ hòa tan trong nước nóng. Trong môi trường axit tinh bột bị thủy phân tạo thành “tinh bột hòa tan”, nếu môi trường axit mạnh sản phẩm cuối cùng là glucozơ. Trong môi trường kiềm, tinh bột bị ion hóa từng phần do đó sự hidrat hóa tốt hơn. Tinh bột kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một dung môi tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột. 1.1.4.3. Sự trƣơng nở và sự hồ hóa tinh bột Khi hòa tan tinh bột vào nước do kích thước của tinh bột lớn nên đầu tiên các phân tử nước sẽ xâm nhập vào giữa các phân tử. Tại đây chúng sẽ tương tác với nhóm hoạt động của tinh bột làm quay cực, thay đổi phổ hồng ngoại và hàm lượng glucozơ. Lớp vỏ nước được tạo thành làm cho lực liên kết ở các mắt xích của tinh bột bị yếu đi, do đó phân tử tinh bột bị xê dịch và liên kết lỏng lẻo với nhau rồi bị trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của các hạt tinh bột. Quá trình trương này luôn luôn đến trước quá trình hòa tan. Tuy nhiên, với tinh bột để đạt được tạng thái này còn phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài là nhiệt độ. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự trương nở và hòa tan của tinh bột là: + Nguồn gốc tinh bột + Ảnh hưởng của quá trình sống + Sự lão hóa của tinh bột + Phương thức xử lý nhiệt ẩm Khi cho tinh bột vào nước và đun nóng đến một nhiệt độ xác định các hạt tinh bột bị phá vỡ từ trạng thái đầu có mức oxy hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là sự hồ hóa tinh bột. Mỗi loại tinh bột có một nhiệt độ hồ hóa xác định tùy thuộc vào nguồn gốc, kích thước của hạt tinh bột và điều kiện hồ hóa. Trong môi trường kiềm các hạt tinh bột SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 8 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC thường có nhiệt độ hồ hóa thấp hơn do kiềm làm ion hóa từng phần tinh bột cho nên quá trình hydrat phân tử tinh bột tốt hơn. 1.1.4.4. Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel của tinh bột Khả năng tạo gel: Sau khi hồ hóa và để nguội ở trạng thái yên tĩnh các phân tử tinh bột sẽ tương tác và sắp xếp lại với nhau một cách có trật tự tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều. Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hidro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit hoặc gián tiếp qua phân tử nước. Sự thoái hóa gel: Gel tinh bột khi để nguội một thời gian dài chúng sẽ co lại và một lượng dịch thể bị tách ra, đó là sự thoái hóa gel. Quá trình thoái hóa gel xảy ra mạnh nếu để gel lạnh đông rồi sau đó làm tan. Bản chất của sự thoái hóa là do sự định hướng lại và hình thành cầu hidro giữa các phân tử tinh bột. Sự thoái hóa gồm ba giai đoạn sau: - Đầu tiên các mạch được uốn thẳng lại - Tiếp đến vỏ hyđrat bị mất và các mạch được định hướng - Các cầu hyđro được tạo thành giữa các nhóm OH Tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và đạt cực đại khi pH = 7. Tốc độ thoái hóa sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH. Khi pH >10 sẽ không có sự thoái hóa, khi pH < 2 thì tốc độ thoái hóa vô cùng bé. 1.1.4.5. Khả năng tạo hình của tinh bột Khi tương tác với chất béo dưới tác dụng của nhiệt độ khối tinh bột sẽ tăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp. Bản chất của quá trình này là do: Chất béo không có cực, có khả năng xuyên thấm qua các vật liệu gluxit tinh bột, xenlulozơ. Khi tăng nhiệt độ tương tác kỵ nước giứa các phần tử phát triển rất mạnh nên chúng có khuynh hướng co tụ lại với nhau, do đó mà chúng có khả năng xuyên qua các “cửa ải” tinh bột. Đồng thời nhiệt độ làm cho tinh bột hồ hóa và chín, nhưng không khí và khí trong khối bột không thấm qua được lớp màng tinh bột đã tẩm béo do đó sẽ làm tinh bột giãn nở và phồng nở. Giống như các hợp chất cao phân tử khác tinh bột có khả năng tạo màng rất tốt. Để tạo màng các phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hidro và gián tiếp qua phân tử nước. Màng tinh bột có thể thu được từ dung dịch phân tán trong nước, sau đó hồ hóa sơ bộ và rót thành lớp mỏng trên bề mặt phẳng kim loại gia nhiệt. Màng tinh bột thu được từ SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 9 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC phương pháp này thường dễ trương trong nước. Ngoài ra cũng có thể thu được màng tinh bột từ dung dịch tinh bột hòa tan trong kiềm sau đó tái sinh lại. Để thu được màng tinh bột có tính đàn hồi cao người ta cho thêm vào các chất hóa dẻo để làm chúng tăng khoảng cách giữa các phân tử, làm giảm lực Vanderwalls, do đó làm yếu lực cố kết nội và làm tăng động năng của các phân tử. 1.1.4.6. Tính nhớt dẻo của hồ tinh bột Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột có chứa nhiều nhóm hidroxyl có khả năng liên kết với nhau làm cho chúng tập hợp lại thành một phân tử có kích thước lớn hơn, giữ nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch có độ đậm đặc, độ nhớt dẻo và độ nhớt cao hơn, do đó các phân tử di chuyển khó khăn hơn. Tính chất này thể hiện mạnh mẽ hơn ở những tinh bột loại nếp (tinh bột giàu amilopectin). Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của phân tử hoặc các hạt phân tán. Đường kính này phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Đặc tính bên trong của phân tử như khối lượng, kích thước, thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng của phân tử. - Tương tác của tinh bột với dung môi (nước) gây ảnh hưởng đến sự trương, sự tan và cầu hyđrat hóa bao quanh phân tử. - Tương tác của các phân tử tinh bột với nhau quyết định kích thước của tập hợp. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+, tác nhân oxy hóa, các thuốc thử phá hủy cầu hyđro đều làm cho tương tác giữa các phân tử tinh bột thay đổi do dó làm cho độ nhớt thay đổi theo. Độ nhớt của tinh bột tăng lên trong môi trường kiềm vì kiềm gây ion hóa các phân tử tinh bột khiến cho chúng hyđrat hóa tốt hơn. Nồng độ muối, nồng độ đường cũng ảnh hưởng lớn đến độ nhớt của tinh bột. Các axit béo thường làm tăng độ nhớt nhưng sự tăng sẽ không như nhau đối với các tinh bột khác nhau. Đa số các chất hoạt động bề mặt thường làm tăng nhiệt độ để hồ có nhớt cực đại. Trong thực phẩm người ta thường dùng các chất hoạt động bề mặt để làm chất nhũ hóa và chất tạo bọt. Nhìn chung chất hoạt động bề mặt dùng cho các sản phẩm thực phẩm đều tạo phức được với amilozơ. 1.1.4.7. Tính chất lƣu biến của tinh bột SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 10 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC Các phân tử amilozơ thường sắp xếp tuyến tính và đều đặn. Do đó, trong dung dịch chúng có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra các tinh thể. Khi sự liên kết này xảy ra với tốc độ tối thiểu thì amilozơ sẽ tạo ra khối không tan của các hạt đã thoái hóa. Khi tốc độ cực đại thì dung dịch chuyển thành thể keo. Keo amilozơ là một khối trắng đục, không thuận nghịch, không có hiện tượng co. Amilozơ đã thoái hóa không tan trong nước lạnh nhưng có khả năng liên kết với một lượng nước lớn gấp 4 lần trọng lượng của chúng. Nếu để amilozơ với một lượng nước ít hơn 4 lần thì toàn bộ lượng nước bị hấp thụ còn amilozơ sẽ tạo ra keo xúc biến. Hình 1.3. Ảnh SEM tinh bột 1.2. Tổng hợp vật liệu siêu hấp phụ [5, 7, 8, 9, 10] Vật liệu siêu hấp phụ được điều chế dựa trên các phản ứng chuyển mạch qua polyme, phản ứng trùng hợp một monome nào đó bằng đại gốc của monome khác hoặc dựa trên phản ứng của các nhóm định chức trong thành phần của các polyme khác. Về cơ bản có hai cách tổng hợp vật liệu siêu hấp phụ: + Dùng phản ứng tạo liên kết ngang 2 mạch polyme có kiểu khác nhau. + Dùng kiểu khơi mào các trung tâm hoạt động trên bộ khung polyme (P) khi các monome có thể được ghép. SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 11 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC Phương pháp thứ hai thu hút được sự chú ý nhiều nhất và quá trình khơi mào được tiến hành theo cách sử dụng hóa chất và sử dụng chiếu xạ phù hợp. Phản ứng có thể theo cơ chế trùng hợp gốc ion, trong đó phương pháp được nghiên cứu và áp dụng vào thực tiễn nhiều hơn cả là trùng hợp gốc. 1.2.1. Đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên tinh bột 1.2.1.1. Khái niệm Quá trình đồng trùng hợp là quá trình trùng hợp hai hay nhiều monome mà sản phẩm polyme sinh ra có các mắt xích monome sắp xếp ngẫu nhiên (copolyme ngẫu nhiên), sắp xếp luân phiên đều đặn hoặc các mắt xích monome khác nhau tạo thành các đoạn mạch khác nhau trên polyme (copolyme khối) hoặc polyme có mạch nhánh tạo ra từ monome khác loại với mạch chính (copolyme ghép). Khi trùng hợp một loại monome để tạo nên mạch nhánh đính vào một loại polyme đã có sẵn, quá trình này gọi là đồng trùng hợp ghép, sản phẩm phản ứng là copolyme ghép. Để tổng hợp copolyme ta có thể dùng các phương pháp: đồng trùng hợp gốc tự do, đồng trùng hợp ion và một số phương pháp khác nhưng ở đây chúng ta quan tâm nhiều đến phương pháp đồng trùng hợp gốc tự do. Trùng hợp ghép gốc tự do được thực hiện trên cơ sở phản ứng chuyển mạch lên polyme. Phản ứng chuyển mạch có thể là phản ứng chuyển mạch của các gốc tự do lên monome, dung môi, polyme hay có thể lên các tạp chất. Nếu các đoạn polyme tham gia phản ứng chuyển mạch với các đoạn khác thì sẽ tạo thành copolyme ghép. Quá trình chuyển mạch được thực hiện bởi sự tương tác của gốc tự do lên các trung tâm hoạt động trên polyme (như hydro hoạt động, halogen) và tạo ra gốc mới. Khi điều chế polyme nhánh thường xảy ra hai quá trình: sự đồng trùng hợp ghép các monome thành polyme nhánh và trùng hợp của bản thân monome tạo thành homopolyme. Sản phẩm phản ứng cuối cùng là hỗn hợp hai loại polyme, để tách chúng cần một lượng dung môi lớn và tiến hành chiết Shoxhlet nhiều lần. 1.2.1.2. Cơ chế phản ứng Đồng trùng hợp ghép diễn ra theo cơ chế gốc tự do được thực hiện dựa trên cơ sở phản ứng chuyển mạch lên polyme. Giả sử trong hệ monome M và polyme -P-P-P- thì quá trình chuyển mạch được thực hiện: các gốc tự do kết hợp (đứt mạch) với H trên -P-PSVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 12 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC P- tạo gốc tự do. Sau đó M tấn công vào gốc tự do mới này tạo thành copolyme ghép. Phản ứng xảy ra gồm các giai đoạn: * Giai đoạn khơi mào Chất khơi mào I phân hủy theo sơ đồ: I – I → 2I• Gốc tự do có hoạt tính đủ lớn sẽ tác dụng tiếp với monome khởi đầu phản ứng trùng hợp: I• + M → I – M• * Giai đoạn phát triển mạch homopolyme I – M• + M → I – M – M• I – M – M• + M → I – (M)2 – M• ……………………………………. I – (M)n-1 – M• + M → I – (M)n – M• * Giai đoạn chuyển mạch sang polyme I – (M)n – M• + -P-P-P-P- → I – (M)n – M – H + -P-P-P-P-P-P-P-P- + M → -P-P-P-PM• -P-P-P-P- + nM → -P-P-P-PM (M)n M● * Giai đoạn đứt mạch gốc homopolyme theo cơ chế phân ly hay kết hợp I – (M)n – M• + M•– (M)n – I IMn+1 + IMm+1 IM(n+m+2)I Trong quá trình ghép xảy ra sự cạnh tranh để có được gốc tự do giữa mạch polyme ghép đang phát triển với monome, homopolyme của monome, dung môi và những tác nhân khác. Để đặc trưng cho sự cạnh tranh này người ta dung chỉ số chuyển mạch C và được xác định bằng tỷ số. C = ktr/kp ktr: hằng số tốc độ của quá trình chuyển mạch SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 13 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC kp: hằng số tốc độ của phát triển mạch Quá trình ghép có thể được khơi mào bằng nhiệt, peroxit, hydroperoxit, hệ oxy hóa khử hoặc bằng tia bức xạ. Quá trình chuyển mạch từ gốc tự do lên polyme ảnh hưởng lớn đến hiệu suất ghép thể hiện ở bản chất khơi mào, độ hoạt động của gốc tự do lên polyme trong quá trình cộng hợp với monome. Khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất ghép tăng do năng lượng hoạt hóa của phản ứng chuyển mạch cao hơn so với phản ứng ngắt mạch. Hiệu suất ghép còn tăng khi tăng nồng độ chất khơi mào và giảm nồng độ tác nhân chuyển mạch trọng lượng phân tử thấp do có sự cạnh tranh gốc tự do với nhau. Các sản phẩm phản ứng được trích ly và từ đó xác định tốc độ khơi mào của quá trình ghép. Mặc dù, đồng trùng hợp ghép nhờ phản ứng chuyển mạch có ưu điểm là đơn giản về mặt công nghệ nhưng nhược điểm là sinh ra hỗn hợp giữa copolyme ghép và homopolyme. c) Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đồng trùng hợp ghép : + Ảnh hưởng của nồng độ monome + Ảnh hưởng của cấu trúc polyme + Ảnh hưởng của chất khơi mào + Ảnh hưởng của dung dịch + Ảnh hưởng của nhiệt độ + Ảnh hưởng của pH 1.2.2. Tổng hợp chất giữ ẩm Quá trình đồng trùng hợp ghép được tiến hành trong cốc 250ml. Cho một lượng tinh bột và một thể tích H2O ứng với điều kiện đang khảo sát, nâng nhiệt độ lên 700C để hồ hóa tinh bột. Sau khi hồ hóa hoàn toàn tinh bột (giữ nhiệt độ 70 0C trong 5 phút), giảm nhiệt độ xuống nhiệt độ phản ứng và giữ nhiệt độ không đổi. Khí N 2 được sục vào hỗn hợp phản ứng để đuổi khí O2. Sau đó, cho (NH4)2S2O8 có nồng độ nhất định và acrylamit vào. Hỗn hợp được khuấy đều để các chất phản ứng tiếp xúc tốt. Khi đạt thời gian phản ứng theo yêu cầu thì dừng phản ứng và để nguội về nhiệt độ phòng. SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 14 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC Tại những thời điểm xác định, phản ứng được dừng lại bằng cách thêm 1ml hydroquinol 1%. Sản phẩm ghép được tách ra khỏi homopolyme dựa trên cơ sở sự khác nhau về độ hòa tan của các đoạn polyme, phương pháp thường dùng là kết tủa phân đoạn. Hỗn hợp phản ứng được rót vào 300ml etanol để kết tủa sản phẩm phản ứng, lọc kết tủa. Để loại bỏ homopolyme sản phẩm ghép được chiết Soxhlet với etanol trong 24h sau đó sấy ở 1000C đến khối lượng không đổi thu được copolyme ghép. Quá trình tổng hợp chất giữ ẩm được thực hiện trong cốc 100ml. Cho 5g tinh bột sắn vào cốc, thêm tiếp nước, NaOH và một lượng epi – clohydrin với tỷ lệ rắn lỏng nhất định, khuấy đều và duy trì ở nhiệt độ phản ứng. Tiếp tục cho thêm axit acrylic (AA) và amonipersunfat (APS), giữ hỗn hợp phản ứng trong 90 phút. Sản phẩm đem sấy ở nhiệt độ 800C đến khối lượng không đổi thu được chất giữ ẩm. Điều kiện tối ưu của quá trình đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên tinh bột trong môi trường nước và trong khí quyển nitơ được nghiên cứu với việc sử dụng chất khơi mào amonifersulfat là: thời gian 60 phút; nhiệt độ phản ứng là 50oC; thể tích H2O = 50ml; nồng độ dung dịch amonifersulfat 0,1%; pH = 3; khối lượng axit acrylic tinh bột = 1,5g 3,0g; tinh bột sắn đã qua hồ hóa trong thời gian 5 phút ở 700C. Việc tối ưu hóa các thông số cho sản phẩm với hiệu suất ghép (%GY) = 8,2%; hiệu quả ghép (%GE) = 17,9% và phần trăm chuyển hóa (%TC) = 91,7%. Sự tồn tại của sản phẩm ghép được xác nhận qua ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ hồng ngoại (IR). Điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp chất giữ ẩm từ tinh bột sắn, sử dụng chất khơi mào (NH4)2S2O8, tác nhân khâu mạch epiclohydrin là: thời gian phản ứng:120 phút; thời gian để cho NaOH: 40 phút; thời gian cho epiclohydrin: 60 phút; nhiệt độ: 80 0C; lượng NaOH: 0,5 gam; lượng epiclohydrin: 0,45 mg; lượng (NH 4)2S2O8: 0,2 gam; tỷ lệ tinh bột AA : 5g 2,5g; thể tích H2O: 30ml. Trên cơ sở các các điều kiện tối ưu thu được đã xây dựng sơ đồ tổng hợp vật liệu giữ ẩm từ nguyên liệu tinh bột sắn cho sản phẩm là vật liệu có khả năng hấp thụ nước > 100 lần so với khối lượng ban đầu. 1.3. Vật liệu hấp phụ nƣớc [ 2, 3, 4, 5] Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu, tổng hợp và sản xuất các chất hấp phụ nước để giữ ẩm cho đất và các chất dinh dưỡng cho cây trồng đã được tiến hành rộng rãi SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 15 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC trên khắp thế giới và cả ở nước ta. Sau đây là một sản phẩm được nghiên cứu và ứng dụng trên toàn quốc. 1.3.1. Polyme siêu hấp phụ nƣớc Polyme siêu hấp phụ nước là sản phẩm được tạo thành từ quá trình ghép axit acrylic vào tinh bột, nó hoạt động giống như miếng xốp, tuy nhiên bọt xốp vẫn giữ nguyên kích thước khi có cũng như không có nước. Vật liệu hấp phụ nước trương và co lại khi nó hydrat và đề hydat hóa. Nước được giữ ổn định bởi vật liệu và không thể bị tách ra bởi áp lực đến 5 bar. Polyme siêu hấp phụ nước là vật liệu có khả năng giữ được trên 100g nước /1g polyme khô. Để thực hiện khả năng giữ ẩm, vật liệu phải có khả năng trương nở. Khả năng giữ ẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Khả năng trương nở của vật liệu + Môi trường nước (nước cất thì khả năng trương nở là tốt nhất) + Cách thức tiến hành hấp phụ nước: nếu cho hấp phụ từ từ thì khả năng trương nở lớn hơn hấp phụ nhanh + Khả năng giữ ẩm không tỉ lệ thuận với khối lượng vật liệu hấp phụ, khi khối lượng tăng lên thì lượng chất giữ ẩm tính theo đơn vị chất giữ ẩm lại giảm. + Bản chất của chất giữ ẩm và lượng muối hòa tan + pH của môi trường: pH thuận lợi nhất là từ 5-10 * Vật liệu polyme hấp phụ nước trên cơ sở tinh bột biến tính với axit acrylic có thể tổng hợp bằng cách tạo lưới sản phẩm của quá trình đồng trùng hợp ghép tinh bột với axit acrylic. Để tạo lưới người ta dùng các phương pháp sau: + Tạo lưới bằng epiclohydrin: . OH + . O CH2 H2C CH CH2 Cl HO O . O CH2 CH CH2 Cl NaOH . O CH2 HC CH2 + NaCl O HO SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY CH CH2 Cl 16 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP . O CH2 HC CH2 GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC + HO . NaOH . O CH2 CH CH2 O . CH3 O + Tạo lưới bằng fomandehit . OH + H C H + HO . H+ . O CH2 O . O 1.3.2. Cơ chế giữ ẩm Cấu thể keo tụ hình thành do sự giảm tính bền vững nhiệt động học của hệ phân tán. Nếu các yếu tố trong hệ chỉ giảm đi chứ không mất hoàn toàn, các hạt chỉ dính kết lại thành lưới không gian ta có sự hình thành gel. Tại chổ tiếp xúc vẫn còn một lớp chất lỏng mỏng, làm cho cấu thể kém vững chắc. Cơ chế giữ nước và thoát nước của vật liệu giữ ẩm có tính chất sol-gel thuận nghịch. Đó là khả năng của hệ khi đã bị phá vỡ lại có thể tự ý hồi phục cấu thể trong một thời gian, tức là ta có cân bằng sol-gel. Cơ chế giữ nước của vật liệu siêu hấp phụ (hiện tượng trương của cấu thể): mỗi phân tử vật liệu hấp phụ gốm các hàng song song những nhóm α-1,6 glucozit với nhiều cầu nối và mạch nhánh acrylic. Khi có sự tiếp xúc của phân tử nước với hàng ngàn phân tử vật liệu hấp phụ thì xuất hiện một lực tĩnh diện yếu giữa các hàng. Lực tĩnh điện này sẽ đẩy hai cực từ tích điện cùng dấu tách rời nhau và kéo các hàng xa nhau dẫn đến sự trương phồng lớn của vật liệu hấp phụ, cho phép vật liêu hấp phụ lưu giữ một lượng nước tối đa. Mới đây, tạp chí Natural Materials có công bố công trình nghiên cứu của Giáo sư Kazuki Sada từ Đại học Kyushu Nhật Bản về việc tổng hợp những polime siêu thấm khác có khả năng trương nở hàng trăm lần khi tiếp xúc với nước hoặc các chất lỏng phân cực khác. Tuy nhiên, gel polyelectrolyte, được biết nhiều đến trong việc hút ẩm ở bỉm trẻ em, lại không xử lý được các chất hữu cơ, hay các dung môi có gốc cacbon. Đó là vì cấu trúc đặc trưng dễ sụp đổ của loại gel này bởi sự liên kết của các nguyên tử tích điện. Các nhà khoa học Nhật Bản đã tìm cách tránh được điều đó, bằng việc bổ sung tetraalkylammonium, tetraphenylborate – một hợp chất hấp thu dung môi ít phân cực hơn. Điều này cho phép gel trương nở ra thay vì sụp đổ. Loại gel này có thể trương nở tới 500 SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 17 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC lần so với kích thước ban đầu khi tiếp xúc với dung môi – một đặc tính có thể khai thác để hấp thu các hóa chất công việc độ hại rơi vãi, chảy tràn. Cơ chế thoát nước của vật liệu hấp phụ (hiện tượng teo của cấu thể): dưới tác dụng của nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm không khí, vật liệu hấp phụ tự ý giảm kích thước gel, làm thoát môi trường phân tán ra khỏi các mặt lưới. Giữa các cấu thể, số điểm tiếp xúc còn khá ít, dần dần do sự sắp xếp lại các hạt, số điểm tiếp xúc tăng lên, gel bị nén lại đẩy một phần dung môi (nước) ra bên ngoài. Nước cũng có thể tách khỏi vật liệu bởi sự hấp phụ trực tiếp từ rễ, chu trình hydrat hóa và đề hydrat hóa có thể diễn ra liên tục nhiều lần. 1.3.3. Polyacryamit (PAM) Trong khoảng thời gian nghiên cứu vật liệu siêu hấp thụ nước, viện Hóa học cũng đã nghiên cứu qui trình sản xuất và thử nghiệm polyacryamit có khă năng giữ ẩm, chống xói mòn. Polyacryamit là sản phẩm trùng hợp của acryamit. Polyacryamit có dạng bột trắng mịn, có thể hòa tan trong nước với tỷ lệ 10mg/lít rồi phun lên mặt đất sau khi trồng cây hoặc gieo hạt. Khi đó, PAM hòa tan trong nước sẽ hoạt động như tác nhân gia cố, liên kết các hạt đất lại với nhau. Nhờ vậy mà lớp bề mặt kết dính với lớp đất bên dưới, làm giảm nguy cơ xói mòn đất cũng như hạn chế rửa trôi chất dinh dưỡng. Không những liên kết đất, PAM còn làm tăng độ thấm nước của đất lên đến 80%, giảm tốc độ dòng chảy trên bề mặt. Khả năng hút nước tốt hơn sẽ làm tăng độ bền của đất, tạo điều kiện cho cây nảy mầm và rễ cây phát triển. Mặc dù không pjair là phân bón nhưng PAM chứa khoảng 1415% N, hữu ích đối với cây trồng và vi sinh vật đất. Nếu kết hợp sử dụng với phân bón thì lượng phân sẽ được giữ lại hiều hơn trong quá trình tưới nước hoặc mưa, tránh bị rửa trôi và hạ giá thành sản phẩm. Với những tính chất hữu ích như trên, PAM là vật liệu hỗ trợ cho việc trồng trọt các loại cây trồng ở những vùng dốc cao, chống sa mạc hóa, xóa mòn và bạc màu đất. Vật liệu vẫn còn tác dụng 12 tháng sau khi phun, với điều kiện không được cày xới bề mặt. Cũng có thể sử dụng PAM ở dạng bột khô vào đất sau khi làm đất rồi mới trồng cây. Kết quả thử nghiệm một năm trên đất dốc trồng chè và sắn tại Thạch Thất – Hà Tây, cho thấy xóa mòn giảm 80%, năng suất cây trồng tăng 11-15%. SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 18 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC Hiện nay, PAM được sản xuất ở qui mô thử nghiệm với công suất 70kg/ngày. Nguyên liệu chính là sản phẩm của công nghiệp hóa dầu, sản phẩm này được trộn với chất xúc tác, rồi đưa vào thùng phản ứng có sự kiểm soát chặt chẽ về thời gian, nhiệt độ, tốc độ nạp liệu, … sản phẩm cuối cùng là PAM. 1.4. Ứng dụng của polyme siêu hấp phụ nƣớc [2, 5] Các loại polyme này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: sản xuất các sản phẩm chăm sóc vệ sinh, làm phụ gia chống thấm trong xây dựng, sản xuất nước hoa khô, đệm chống thấm, tác nhân làm đặc cho keo dán, chất giữ bụi, thấm mồ hôi, đệm cho bệnh nhân, chất gel cho các tác nhân thơm, cho cao su trương nở, cho quá trình đề hydrat hoá trong xây dựng cơ bản, tác nhân tích nhiệt, chất tẩy mùi … và đặc biệt trong ngành nông nghiệp nó được sử dụng để giữ ẩm và cải tạo đất, vận chuyển cây trồng đi xa, sử dụng làm phân bón và chất phụ gia trong cây trồng. Với khả năng lưu giữ một lượng nước lớn, hút nước và nhả nước nhiều lần, sử dụng vật liệu polyme hấp phụ nước có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc đẩy mạnh sản xuất nông nghiệp, chống hạn cho cây trồng và ổn định sinh thái. Việc đưa vào ứng dụng vật liệu này còn làm tăng cường hiệu quả sử dụng phân bón do các ion trong thành phần phân bón có thể khuếch tán vào các lỗ xốp của mạng lưới hoặc liên kết với nhóm –COO của axit acrylic (nhờ liên kết phối trí và lực hút tĩnh điện …) và cung cấp cho cây trồng nhờ đó phân bón không bị rửa trôi và không làm ô nhiễm nguồn nước. Ở Việt Nam, lần đầu tiên Viện Hóa học đã chế tạo thành công trên dây chuyền công nghệ tự thiết kế và chế tạo thành công với qui mô pilôp, công suất 100 kg/ ngày. Dây chuyền đã vận hành ổn định và kết quả tạo ra hơn 10 tấn sản phẩm. Sản phẩm đạt độ trương nở 400 lần trong nước cất và 65 lần trong nước muối sinh lí. Viện Hóa học đã phối hợp với Viện Địa lý, Viện Sinh thái và tài nguyên sinh vật, Viện Thổ nhưỡng và nông hóa để thử nghiệm polyme siêu hấp phụ nước trên diện tích rộng, ở nhiều vùng đất khác nhau và nhiều loại cây trồng và thu được một số kết quả rất khả quan. Thử nghiệm đối với cây lương thực ở vùng núi khô hạn Hoàng Su Phì, Hà Giang cho thấy các chỉ tiêu năng suất sinh học của ngô và đậu tương đều cao hơn đối chứng và các chỉ số môi trường đất như độ ẩm, hàm lượng mùn, đạm, vi sinh vật đều tốt hơn. Đặc biệt thử nghiệm ở quần đảo Trường Sa cho thấy, khi trộn với phân chim để bón SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 19 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC cho rau trồng, polyme siêu hấp phụ nước vừa ca tác dụng giữ nước vừa như một loại đất tạo hiệu quả làm tăng năng suất rau xanh từ 33-35%. Đối với các loại cây trồng ở miền Trung như Quảng Trị, Nghệ An cho thấy trong điều kiện khắc nghiệt, tỉ lệ keo lá tràm sống sau một năm cao hơn đối chứng 21%, năng suất lạc trên vùng đất cát và vùng gò đồi đều tăng, cây mía ở Quảng Bình phát triển đồng đều, tăng số lượng cây to… Qua các thử nghiệm đều cho thấy, khi đưa polyme siêu hấp phụ nước vào lớp đất canh tác cho hiệu quả rõ rệt trong việc giữ ẩm, cải tạo đất, làm bền cấu trúc đất, tránh được hiện tượng xói mòn đất, khắc phục hạn hán, tăng khả năng nảy mầm, phát triển và năng suất cây trồng, đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn. Sản phẩm có thể lưu giữ trong đất trên 18 tháng và có khả năng phân hủy sinh học. Sự ra đời của loại vật liệu mới này đã và đang góp phần mở ra một giải pháp rất hữu ích cho những vùng đất thường xuyên khô cạn, đất cát, đất đồi núi, những nơi nước dễ trôi đi của Việt Nam. 1.5. Khả năng dụng ứng nông nghiệp trong [13] Những năm gần đây, việc sử dụng polymer có khả năng trương nở đặc biệt cho nông nghiệp đã tăng lên rất nhiều, nhìn chung các kết quả nghiên cứu khẳng định polymer trương nở đặc biệt đem lại nhiều ích lợi khi sử dụng thí dụ làm giảm tỷ lệ chết của thực vật gần 100%, giảm sự chăm sóc thực vật đến 80%. Nhiều nhà trồng trọt phát hiện rằng sự tử vong của cây khi chuyên chở có thể bị loại trừ và vụ mùa sẽ thu hoạch trước thời hạn 20%. Cây trồng phát triển tăng lên đáng kể, việc chuẩn bị mùa màng thuận lợi và sự lãng phí nước giảm rõ rệt. 1.5.1. Cải thiện đất trồng Đối với đất chứa sét nặng, sự phát triển của cây trồng có thể bị hạn chế bởi thiếu oxy, thừa CO2 hoặc quá nhiều nước, trái lại đất có cấu trúc nhẹ cho phép lưu thông tốt, đầy đủ và duy trì mức nước thích hợp. Đối với đất nặng, các hạt olyme siêu hấp thụ nước sẽ làm phồng lên làm gẫy một phần cấu trúc đất, điều đó cho phép tăng quá trình lưu thông và thoát nước. Đối với các loại đất bạc màu, ít chất bùn, chất dinh dưỡng và khả năng giữ ẩm kém như các loại đất của bãi thải khai khoáng. Khi bón chất olyme siêu hấp thụ nước sẽ giúp SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 20 LỚP 08SHH
- Xem thêm -