Tài liệu Nghiên cứu tách chiết acid humic từ than bùn và khảo sát khả năng tạo phức với các nguyên tố dinh dƣỡng đối với cây trồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT ACID HUMIC TỪ THAN BÙN VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TẠO PHỨC VỚI CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƢỠNG ĐỐI VỚI CÂY TRỒNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN BÓN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS. Lê Thanh Phƣớc Phan Hoàng Du MSSV: 2072036 Ngành: Hóa Học Cầ n Thơ, tháng 5 - 2011 Khoa Khoa Học Tự Nhiên Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ Môn Hóa Học  Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN NĂM HỌC 2010 – 2011 1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Lê Thanh Phƣớc. 2. Tên đề tài: Nghiên cƣ́u tách chiế t acid humic tƣ̀ than bùn và khảo sát khả năng tạo phức với các nguyên tố dinh dƣỡng đố i với cây trồ ng ƣ́ng du ̣ng trong phân bón 3. Địa điểm thực hiện: phòng thí nghiệm Sinh Lý – Bộ môn Hóa Học – Khoa Khoa Học Tự Nhiên – Trƣờng Đại Học Cần Thơ. 4. Số lƣợng sinh viên thực hiện: 1 5. Họ và tên sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du (MSSV: 2072036). 6. Mục đích yêu cầu: Ly trích acid humic từ than bùn và khảo sát khả năng tạo phức với các nguyên tố dinh dƣỡng đối với cây trồng từ đó điều chế phân bón lá và ứng dụng nhanh trên cây Cải Ngọt. 7. Nội dung chính và giới hạn của đề tài: Chƣơng 1: PHẦN TỔNG QUAN Chƣơng 2: PHẦN THỰC NGHIỆM Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 8. Các yêu cầu hổ trợ: Trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm và kinh phí để thực hiện đề tài. 9. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 800.000 đồng. Sinh viên đề nghị (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phan Hoàng Du Ý kiến của bộ môn Ý kiến của cán bộ hƣớng dẫn Ts. Lê Thanh Phƣớc Trƣờng Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Tự Nhiên Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ Môn Hóa Học  Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Lê Thanh Phƣớc 2. Tên đề tài: Nghiên cƣ́u tách chiế t acid h umic tƣ̀ than bùn và khảo sát khả năng tạo phức với các nguyên tố dinh dƣỡng đố i với cây trồ ng ƣ́ng du ̣ng trong phân bón 3. Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du (MSSV: 2072036). 4. Lớp: Cử Nhân Hóa Học K33. 5. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của luận văn tốt nghiệp: ..................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ...... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: .................................................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... c. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: ............................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... d. Kết luận đề nghị và điểm: ......................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 Cán bộ chấm hƣớng dẫn Ts. Lê Thanh Phƣớc Trƣờng Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Tự Nhiên Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ Môn Hóa Học  Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Lê Thanh Phƣớc 2. Tên đề tài: Nghiên cƣ́u tách chiế t acid h umic tƣ̀ than bùn và khảo sát khả năng tạo phức với các nguyên tố dinh dƣỡng đố i với cây trồ ng ƣ́ng du ̣ng trong phân bón 3. Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du (MSSV: 2072036). 4. Lớp: Cử Nhân Hóa Học K33. 5. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của luận văn tốt nghiệp: ..................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ...... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: .................................................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... c. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: ............................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... d. Kết luận đề nghị và điểm: ......................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 Cán bộ chấm phản biện LỜI CAM ĐOAN Tất cả những dữ liệu và số liệu sử dụng trong nội dung bài luận văn đƣợc tôi tham khảo nhiều nguồn khác nhau và đƣợc ghi nhận từ những kết quả thí nghiệm mà tôi tiến hành. Tôi xin cam đoan về sự tồn tại và tính trung thực khi sử dụng những dữ liệu và số liệu này. Phan Hoàng Du Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc LỜI CẢM ƠN  Sau hơn ba tháng thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã học hỏi đƣợc nhiều kiến thức quý báu về lĩnh vực mà em nghiên cứu. Để hoàn thành luận văn chính là nhờ những điều bổ ích mà Thầy Cô đã truyền đạt cho em trong suốt những năm tháng Đại học và đó là nền tảng tri thức để em tự tin bƣớc vào đời. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô của Trƣờng Đại Học Cần Thơ nói chúng và Thầy Cô Khoa Khoa Học Tự Nhiên nói riêng. Đặc biệt em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy Lê Thanh Phƣớc, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn trong từng chặn đƣờng nghiên cứu thực hiện đề tài. Em cũng gửi lời cảm ơn đến bạn bè và gia đình đã giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện cho em về tinh thần lẫn vật chất để em hoàn thành luận văn này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả mọi ngƣời. Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 Phan Hoàng Du Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du i Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc LỜI MỞ ĐẦU Ở nƣ ớc ta năng suất và sản lƣợng cây trồng hằng năm không ngừng tăng lên đồng thời với lƣợng phân bón tiêu thụ hằng năm càng nhiều hơn. Qua các kết quả nhiên cứu trong nƣớc cho thấy hầu hết các loại phân bón đều làm tăng năng suất cây trồng. Thành phần phân bón gồm 13 nguyên tố cơ bản, trong đó có 3 nguyên tố đa lƣợng: N, P, K; 3 nguyên tố trung lƣợng: Ca, Mg, S và 7 nguyên tố vi lƣợng: Fe, Zn, Cu, Mo, B. Co, Mn. Dựa trên cơ sở các nguyên tố kể trên đƣợc xem là thành phần cơ bản của dinh dƣỡng cây trồng, các nhà khoa học đã nghiên cứu, chế biến ra nhiều loại phân bón đơn chất, hợp chất, vô cơ, hữu cơ vi sinh khác nhƣ: phân kali, phân lƣu huỳnh, phân hữu cơ, phân vi sinh, phân than bùn, phân bón lá,... Mỗi loại phân bón đều đóng vai trò quan trọng đối với cây trồng, trong đó phải kể đến phân bón lá. Qua nhiều kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc cho thấy phân bón lá ngày càng có vai trò quan trọng đối với cây trồng. Phân bón lá không những là nguồn cung cấp acid amin cho cây trồng, nó còn cung cấp bổ sung các chất các chất dinh dƣỡng để đáp ứng yêu cầu cân bằng dinh dƣỡng cho cây trồng theo từng thời kỳ sinh trƣởng. Phân bón lá đƣợc coi là chất điều hòa sinh trƣởng do có chứa nhiều chất dinh dƣỡng, vitamin và một số vi lƣợng rất cần thiết cho quá trình sinh trƣởng của cây. Do vai trò quan trọng của phân bón và yêu cầu sử dụng ngày càng cao mà việc sản xuất ngày càng đƣợc quan tâm và chú trọng về số lƣợng, chất lƣợng và giá cả. Từ những mục tiêu trên việc lựa chọn nguyên liệu sản xuất rất quan trọng. Có rất nhiều nguồn nguyên liệu để làm phân bón đặc biệt là than bùn. Ở nƣớc ta, than bùn đƣợc xem là nguồn nguyên liệu phân bố tự nhiên trên nhiều vùng của đất nƣớc. Than bùn có ý nghĩa quan trọng trong một số lĩnh vực nhƣ: xử lý môi trƣờng và đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp. Than bùn là loại nguyên liệu đƣợc sử dụng nhiều trong sản xuất phân bón, các kết quả nghiên cứu gần đây cho biết trong than bùn có các acid quan trọng nhƣ: acid fulvic, acid humic. Trong đó acid humic là nhân tố chính để điều chế phân bón lá, vì các muối humat có vai trò nhƣ một chất hoạt tính sinh học mang chức năng điều hòa kích thích tăng trƣởng cho cây trồng. Ngoài ra acid humic còn có khả năng tạo phức với các nguyên tố dinh dƣỡng đối với cây trồng góp phần điều chế phân bón lá. Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du ii Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc Do các vấn đề trên mà em thực hiện đề tài “Nghiên cứu tách chiết acid humic từ than bùn và khảo sát khả năng tạo phức với các nguyên tố dinh dƣỡng đối với cây trồng ứng dụng trong phân bón” nhằm mục đích ly trích acid humic từ than bùn và khảo sát khả năng tạo phức với các nguyên tố dinh dƣỡng đối với cây trồng từ đó điều chế phân bón lá. Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du iii Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc Mục Lục Chƣơng 1 PHẦN TỔNG QUAN .....................................................................................1 1 Sơ lƣợc về than bùn ....................................................................................................1 1.1 Sự hình thành than bùn ......................................................................................... 1 1.2 Đặc điểm của than bùn .......................................................................................... 1 1.2.1 Màu sắc của than bùn ...................................................................................1 1.2.2 Nƣớc trong than bùn .....................................................................................1 1.3 Tính chất hóa học của than bùn............................................................................. 2 1.3.1 Hơ ̣p chấ t hƣ̃u cơ ...........................................................................................2 1.3.2 Thành phần các nguyên tố ............................................................................2 1.3.2 Tro hay khoáng chấ t .....................................................................................2 1.3.4 Chấ t bố c ........................................................................................................2 1.3.5 pH của than bùn ............................................................................................3 1.3.6 Chấ t mùn ......................................................................................................3 1.4 Acid humic – thành phần quan trọng của than bùn trên quan điểm sử d ụng cho nông nghiê ̣p ................................................................................................................. 4 2 Chất điều hòa sinh trƣởng ..........................................................................................8 2.1 Khái niệm về chất điều hòa sinh trƣởng ............................................................... 8 2.2 Vai trò của chất điều hòa sinh trƣởng đối với cây trồng ....................................... 8 2.3 Vai trò của muối humat ......................................................................................... 9 3 Phân bón lá ...............................................................................................................10 3.1 Giới thiệu về phân bón lá .................................................................................... 10 3.2 Vai trò của phân bón lá với cây trồng ................................................................. 10 3.3 Các nguyên tố dinh dƣỡng đối với cây trồng ...................................................... 11 3.3.1 Calci............................................................................................................11 Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du iv Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc 3.3.1.1 Chức năng sinh lý của calci .................................................................11 3.3.1.2 Phân calci .............................................................................................12 3.3.2 Magie ..........................................................................................................13 3.3.2.1 Chức năng sinh lý của magie ...............................................................13 3.3.2.2 Phân magie ...........................................................................................14 3.3.3 Sắt ...............................................................................................................17 3.3.3.1 Chức năng sinh lý của sắt ....................................................................17 3.3.3.2 Phân sắt ................................................................................................17 3.3.4 Đồng ...........................................................................................................18 3.3.4.1 Chức năng sinh lý của đồng .................................................................18 3.3.4.2 Phân đồng .............................................................................................18 3.3.5 Kẽm ............................................................................................................18 3.3.5.1 Chức năng sinh lý của kẽm ..................................................................18 3.3.5.2 Phân kẽm ..............................................................................................19 3.3.6 Mangan .......................................................................................................19 3.3.6.1 Chức năng sinh lý của Mangan ............................................................19 3.3.6.2 Phân Mangan .......................................................................................19 Chƣơng 2 PHẦN THỰC NGHIỆM ..............................................................................21 1 Hóa chất và dụng cụ .................................................................................................21 1.1 Hóa chất .............................................................................................................. 21 1.2 Thiết bị và dụng cụ .............................................................................................. 21 2 Thực nghiệm – kết quả .............................................................................................22 2.1 Xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật của than bùn .................................................. 22 2.1.1 Chuẩn bị mẫu để phân tích .........................................................................22 2.1.2 Xác định pH của than bùn ..........................................................................22 Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du v Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc 2.1.3 Xác định độ ẩm của than bùn .....................................................................22 2.1.4 Xác định hàm lƣợng chất bốc của than bùn ...............................................23 2.1.5 Độ tro của than bùn ....................................................................................23 2.1.6 Kết quả .......................................................................................................24 2.2 Ly trích acid humic từ than bùn .......................................................................... 24 2.2.1 Nguyên tắc ..................................................................................................24 2.2.2 Thực hiện ....................................................................................................26 2.2.3 Kết quả .......................................................................................................27 2.3 Khảo sát khả năng tạo muối amôn humat của acid humic trong than bùn ......... 27 2.4 Khảo sát khả năng tạo phức của acid humic với các nguyên tố dinh dƣỡng đối với cây trồng.............................................................................................................. 29 2.4.1 Giới thiệu về phƣơng pháp phân tích thể tích ............................................29 2.4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ của acid humic .................................32 2.4.3 Khảo sát khả năng hấp phụ ion Zn2+ của acid humic .................................34 2.4.4 Khảo sát khả năng hấp phụ ion Mn2+ của acid humic ................................36 3 Điều chế phân bón lá và ứng dụng nhanh trên cây cải ngọt.....................................39 3.1 Điều chế phân bón lá ........................................................................................... 39 3.1.1 Nguyên tắc ..................................................................................................39 3.1.2 Điều chế hỗn hợp dinh dƣỡng trung lƣợng (Ca, Mg) ................................40 3.1.3 Điều chế hỗn hợp dinh dƣỡng vi lƣợng (Cu, Zn, Mn) ...............................40 3.2 Điều chế chất kích thích sinh trƣởng cho cây trồng............................................ 41 3.3 Phối trộn các chất ................................................................................................ 41 4 Bố trí thí nghiệm ứng dụng phân bón lá trên cây cải ngọt .......................................42 4.1 Nguyên tắc .......................................................................................................... 42 4.2 Tiến hành ............................................................................................................. 42 Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du vi Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................53 1 Các thành phần, tính chất đặc trƣng của than bùn ...................................................53 2 Khả năng hấp phụ ion kim loại của acid humic .......................................................53 3 Hiệu quả sử dụng phân bón lá ..................................................................................54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................56 Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du vii Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc Mục lục các biểu bảng Bảng 1 Sơ đồ phân loa ̣i acid humic theo Oden’s (1919) .................................................5 Bảng 2 Sƣ̣ tan đƣơ ̣c trong các dung môi của chấ t mùn ...................................................6 Bảng 3 Thành phần các nguyên tố của acid humic và acid fulvic ..................................7 Bảng 4 Đặc tính hóa học của hợp chất humic .................................................................8 Bảng 5 Hiệu lực của phân bón lá với các loại rau .........................................................11 Bảng 6 Các chỉ tiêu kỹ thuật của than bùn ....................................................................24 Bảng 7 Hàm lƣợng acid humic, acid fulvic thu đƣợc khi thay đổi thể tích NH3 ..........28 Bảng 8 Dung lƣợng hấp phụ ion Cu2+ của acid humic ..................................................33 Bảng 9 Dung lƣợng hấp phụ ion Zn2+ của acid humic ..................................................35 Bảng 10 Dung lƣợng hấp phụ ion Mn2+ của acid humic ...............................................38 Bảng 11 Thành phần các chất trong các loại phân ........................................................41 Bảng 12 Kết quả trồng khảo nghiệm .............................................................................52 Bảng 13 Kết quả chung về các tính chất đặc trƣng của than bùn..................................53 Bảng 14 Kết quả khả năng hấp phụ ion kim loại của acid humic .................................53 Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du viii Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc Mục lục các hình vẽ Hình 1 Công thức phân tử của acid fulvic theo Buffle....................................................3 Hình 2 Các sản phẩm thu đƣợc khi phân hủy hợp chất humic ........................................4 Hình 3 Các dạng tồn tại của humin khi tạo phức ............................................................4 Hình 4 Công thức phân tử của acid humic theo Stevenso ...............................................7 Hình 5 Than bùn trƣớc và sau khi chuẩn bị ..................................................................22 Hình 6 Acid humic sau khi tách chiết ...........................................................................27 Hình 7 Hàm lƣợng acid humic, acid fulvic khi thay đổi thể tích NH3 0.25 M .............29 Hình 8 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ ion Cu2+ của acid humic ........................................34 Hình 9 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ ion Zn2+ của acid humic .........................................36 Hình 10 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ ion Mn2+ của acid humic......................................39 Hình 11 Phân bón lá và phân vi lƣợng ..........................................................................42 Hình 12 Cải ngọt trƣớc khi thử nghiệm phân bón .........................................................43 Hình 13 Chiều cao của cải ngọt trƣớc khi thử nghiệm phân bón ..................................44 Hình 14 Cải ngọt sau khi kết thúc thử nghiệm phân bón ..............................................45 Hình 15 Cải ngọt ở dãy 3 làm mẫu đối chứng...............................................................46 Hình 16 Cải ngọt ở dãy 2 sau khi phun phân vi lƣợng ..................................................47 Hình 17 Cải ngọt ở dãy 1 sau khi phun phân bón lá .....................................................48 Hình 18 Chiều cao của cải ngọt ở dãy 3 làm mẫu đối chứng ........................................49 Hình 19 Chiều cao của cải ngọt ở dãy 2 sau khi phun phân vi lƣợng ...........................50 Hình 20 Chiều cao của cải ngọt ở dãy 1 sau khi phun phân bón lá...............................51 Mục lục các sơ đồ Sơ đồ 1 Quy trình ly trích acid humic ...........................................................................26 Sơ đồ 2 Quy trình điều chế phân bón lá ........................................................................40 Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du ix Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc Chƣơng 1 PHẦN TỔNG QUAN 1 Sơ lƣợc về than bùn 1.1 Sự hình thành than bùn[5] Khi một cây đổ trên mặt đất khô khan, cây sẽ bị phân hủy và các thành phần của cây bị phá hủy. Các nguyên tố C, H, O hợp với O2 của khí quyển tạo thành CO2 và H2O để đƣa trở lại khí quyển, cây bị mục nát dần và không có sự tích tụ thành than. Ngƣợc lại, khi thực vật rơi xuống nƣớc, sự phân hủy thực vật diễn ra với một nhịp độ chậm chạp vì sự oxi hóa bị ngăn chặn. Nhƣ vậy, trong điều kiện thừa độ ẩm và trong môi trƣờng thiếu không khí, sự phân hủy của thực vật xảy ra không hoàn toàn. Sự biến đổi sinh hóa trong đầm lầy làm phóng thích O2 và H2. Hai khí này kết hợp với các loại khí khác trong đầm lầy tạo ra khí CH4. Carbon càng ngày đƣợc tập trung cao hơn dẫn đến sự tạo than bùn trong các đầm lầy. Sự than hóa hay mùn hóa là kết quả của sự phân hủy thực vật dƣới tác dụng của vi sinh vật. Hiện tƣợng này đòi hỏi một thời gian lâu dài hàng trăm hoặc hàng ngàn năm. 1.2 Đặc điểm của than bùn 1.2.1 Màu sắc của than bùn[5][11] Màu sắc của than bùn thay đổi theo thành phần cấu tạo , tuổ i của than bùn và điề u kiê ̣n khố ng chế khi ta ̣o than bùn. Do sƣ̣ phân hủy không hoàn toàn , than bùn là mô ̣t chấ t xố p , nhẹ, màu nâu hoặc màu đen. Than bùn phân hủy càng cao , càng sẫm màu . Trong than bùn , có thể tìm lại di tić h của thƣ̣c vâ ̣t và đôi khi có mô ̣t it́ khoáng chấ t . Các khoáng chất này thƣờng là sét, bô ̣t hoă ̣c cát và do nƣớc , gió đem lại trong quá trình trầm tích . Thƣờng các khoáng chấ t này do vâ ̣t liê ̣u tƣ̀ các vùng lân câ ̣n cung cấ p . Chính sự hiện diện củ a các khoáng chấ t này đã làm cho than bùn đổ i màu . 1.2.2 Nƣớc trong than bùn[5][11] Than bùn không thể hiǹ h thành đƣơ ̣c nế u không có nƣớc . Do đó, than bùn có mô ̣t tính chất rất độc đáo đó là tính hút nƣớc rất mạnh mẽ . Khi còn nằm trong đầm lầy , than bùn có thể chƣ́a 80-90% nƣớc, đôi khi lên đế n 95%. Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du 1 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc Khi đƣa than bùn lên khỏi mặt đất , lƣơ ̣ng nƣớc có thể giảm xuống còn khoảng 60-70% do hiê ̣n tƣơ ̣ng phơi khô tƣ̣ nhiên . Có thể tiếp tục làm giảm lƣợng nƣớc trong than bùn hơn nƣ̃a bằ ng cách phơi ngoài trời hoă ̣c bằ ng phƣơng pháp nhân ta ̣o khác . Trong phòng thí ngiê ̣m , bằ ng phƣơng pháp sấ y nhân ta ̣o có thể sấ y khô hoàn toàn ở nhiê ̣t đô ̣ 105C. 1.3 Tính chấ t hóa ho ̣c của than bùn 1.3.1 Hơ ̣p chấ t hƣ̃u cơ[5][11] Các thành phần hữu cơ trong than bùn có thể xếp loại theo các chất mùn và các chấ t không phải mùn. Các chất không phải mùn nhƣ: hydrocarbon, protein, amino acid…. Các acid hữu cơ bâ ̣c thấ p có trong th an bùn đƣơ ̣c khoáng hóa nhanh bởi các vi sinh vâ ̣t . Vì vậy, tuổ i thọ của chúng trong than bùn rất ngắn. Ngƣơ ̣c la ̣i, các chất mùn có cấu trúc phức tạp , có tính acid và thƣờng có màu tối , chủ yếu là các hợp chất thơm và m ột phần là các hợp chất chứa hydro có khối lƣợng phân tƣ̉ lớn. Chúng là những bậc trung gian của quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ trong bùn cũng nhƣ khả năng liên kế t với các ion kim loa ̣i . 1.3.2 Thành phần các nguyên tố[5][11] Thành phần nguyên tố trong than bùn thay đổi theo mẫu vật phân tích , thành phầ n thƣ̣c vâ ̣t , mƣ́c đô ̣ phân hủy của thƣ̣c vâ ̣t và theo cả đô ̣ sâu của mẫu than . Thành phầ n gồ m có : chấ t mùn , hơ ̣p chấ t hƣ̃u cơ , carbon, ngoài ra còn có : oxid silic, nhôm oxid, nitơ, sắ t, lƣu huỳnh, natri, magie, titan, đồng, kẽm, vanadi, calci, Bo. 1.3.2 Tro hay khoáng chấ t[5][11] Tro là thành phầ n còn la ̣i của than bùn sau khi đố t cháy hế t . Thành phần của tro rấ t đa da ̣ng: sét bột, cát và các chất khác. Tro phu ̣ thuô ̣c vào bản chấ t của thƣ̣c vâ ̣t, chấ t khoáng lẫn trong than bùn, đô ̣ phân hủy của than bùn. Khoáng chất: các khoáng này đƣợc đƣa vào các mỏ than trong giai đoạn tạo than chƣ́ không phải do thƣ̣c vâ ̣t ta ̣o ra. Nó đƣợc đem đến nhờ gió, phầ n lớn là do sông suố i đem la ̣i. 1.3.4 Chấ t bố c[5][11] Chấ t bố c là sản phẩ m khí và hơi do sƣ̣ phân hủy của chấ t hƣ̃u cơ tách ra khỏi than bùn khi nung nóng ở nhiê ̣t đô ̣ 900C trong điề u kiê ̣n không có không khí . Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du 2 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc 1.3.5 pH của than bùn[5][11] pH là mô ̣t thông số quan tro ̣ng và có thể xác đinh ̣ mô ̣t cách dễ dàng . Than bùn Viê ̣t Nam là than bùn nhiê ̣t đới , đă ̣c biê ̣t là than bùn thuô ̣c các đầ m lầ y ven biể n, chƣ́a nhiề u sắt pyrite (FeS2) nên pH thƣờng thấ p (3-4.5) hoă ̣c đôi khi rấ t thấ p (2.5). 1.3.6 Chấ t mùn[5][11][16][17] Chấ t mùn là sản phẩ m phân hủy của chấ t hƣ̃u cơ . Chấ t mùn hiê ̣n diê ̣n dƣới da ̣ng keo, giàu carbon, thƣờng có màu nâu hoă ̣c mà u đen. Ở trạng thái khô chất mùn có màu đen, cƣ́ng, giòn, có khả năng hấp thụ nhiều nƣớc và chất dinh dƣỡng. Chấ t mùn hòa tan đƣơ ̣c trong dung dich ̣ kiề m , bị kết tủa trong các loại acid và rất bề n dƣới tác du ̣ng của vi sinh vâ ̣t trong điề u kiê ̣n yế m khí . Ngƣơ ̣c la ̣i, trong điề u kiê ̣n thoáng khí chất mùn có thể bị biến đổi bởi một số loại nấm . Thành phần hóa học của chất mùn gồm có : carbon, oxy và nitơ . Ngoài các chất cơ bản trên chấ t mùn cò n có chƣ́a lƣu huỳnh , photpho, kali và mô ̣t số nguyên tố vi lƣơ ̣ng khác. Ta có thể chia chấ t mùn thành ba da ̣ng: Acid fulvic: tan đƣơ ̣c trong nƣớc ở pH = 2-9, nó là chất không định hình có phân tƣ̉ lƣơ ̣ng lớn nhờ liên kế t giƣ̃a bô ̣ khung carbon và nhân thơm . Do có g ốc polyphenol nên acid fulvic có màu vàng nha ̣t đế n màu vàng đồ ng . Acid fulvic có hàm lƣơ ̣ng các nhóm chƣ́c acid cao , hòa tan nƣớc và trong kiềm . Chúng có trọng lƣợng phân tử không cao lắm , thành phầ n carbon thƣờng nhỏ hơn 55%. Sau đây là công thƣ́c phân tƣ̉ của acid fulvic theo Buffle đề nghi ̣: OH CH2OH COOH HOOC CH2 HOOC CH2 COOH OH CH CH3 C CH O OH CH2 COOH CH CH2 C O COOH Hình 1 Công thức phân tử của acid fulvic theo Buffle Acid humic: không tan trong nƣớc, không tan trong rƣơ ̣u, hòa tan trong các dung dịch kiềm và khi pH giảm (acid hóa ) thì lại kế t tủa. Acid humic có khố i lƣơ ̣ng phân tƣ̉ Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du 3 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc lớn, tƣ̀ 20000 đến 100000, có thành phần carbon khoảng 58%. Các sản phẩm thu đƣợc khi phân hủy hợp chất humic: H OH C O COOH OH OH H3CO OCH3 HO OH OH Sryng aldehyt Catenol Dihyroxybenzoic acid Hình 2 Các sản phẩm thu đƣợc khi phân hủy hợp chất humic Acid hymotomelanic (humin): gồ m các chấ t cao phân tƣ̉ còn la ̣i , không tan , có màu đen, xuấ t hiê ̣n do quá triǹ h già hóa của acid humic và acid fulvic . Vaughan và Ord (1984) cho rằ ng humin là chấ t không tan trong acid và kiề m : O H 3C H 3C O O C O M O H3C C O H3C C O H3 C C O M+ M H3 C O Phenolic hydroxyl 2 nhóm carbonyl 1 nhóm carbonyl Hình 3 Các dạng tồn tại của humin khi tạo phức 1.4 Acid humic – thành phần quan trọng của than bùn trên quan điể m sƣ̉ dụng cho nông nghiêp̣ [15][16][17] Than bùn là vâ ̣t liê ̣u hƣ̃u cơ đă ̣c biê ̣t đƣơ ̣c ta ̣o thành tƣ̀ xác thƣ̣c vâ ̣t : rong rêu, cây cỏ,… lắ ng đo ̣ng lâu ngày trong các đầ m lầ y ngâ ̣p nƣớc . Trong môi trƣờng ngâ ̣p nƣớc , thiế u oxy, các vi khuẩ n yế m khí trong đấ t đó ng mô ̣t vai trò hế t sƣ́c quan trọng trong viê ̣c biế n đổ i hóa ho ̣c các xác thƣ̣c vâ ̣t thành các chấ t mùn (humic) – thành phần cơ bản của than bùn . Nhƣ̃ng phầ n không bề n dƣới tác d ụng của vi khẩn sẽ bị phân hủy thành chấ t khí . Nhƣ̃ng phầ n bề n vƣ̃ng sẽ tham gia quá trình ta ̣o thành humic với phản ứng ngƣng tụ nối tiếp , tạo nên những hợp chất có trọng lƣợng phân tử lớn , chủ yếu là các vòng carbon thơm ngƣng tụ cao . Trong đó , có các nguyên tố dƣới dạng nhóm chức hoạt động nhƣ : nhóm carboxyl , hydroxyl, metoxyl, quinine, hydroxyl da ̣ng phenol . Hoạt tính sinh học của than bùn phụ thuộc vào hàm lƣợng của những nhóm này trong chấ t humic của than bù n, đồ ng thời phu ̣ thuô ̣c vào các nối liên kết đôi trong vòng carbon thơm ngƣng tu ̣ cao . Ngoài ra, sƣ̣ có mă ̣t của các nhóm chƣ́c hoa ̣t đô ̣ng chủ yế u Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du 4 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc là các nhóm carbonyl , hydroxyl dễ dàng tham gia vào các quá trình trao đổ i cation làm cho than bùn trở thành vâ ̣t liê ̣u có khả năng trao đổ i cation khá ma ̣nh . Trong các hơ ̣p chấ t humic của than bùn , phân ra hai loa ̣i : loại có trọng lƣợng phân tử không cao lắm tan đƣơ ̣c trong nƣớc , đƣơ ̣c go ̣i chung là acid fulvic . Loại có t rọng lƣợng phân tử cao hơn không tan đƣơ ̣c trong nƣớc , đƣơ ̣c go ̣i chung là acid humic . Tuy nhiên, chỉ có các muố i kim loa ̣i kiề m hoá trị I (Na, K) hoă ̣c muố i amoni của các acid humic (humatnatri, humatkali, humatamoni) mới tan tố t trong nƣ ớc cây trồng có thể hấp thu đƣợ c. Do đó , để sử dụng acid humic của than bùn, ta chỉ sƣ̉ dụng các muố i hòa tan đƣơ ̣c mà thôi. Các hợp chất humic đƣợc các nhà hóa học phát hiện ra sự tồn tại của chúng từ nhƣ̃ng năm 1800, nhƣng cấ u trúc và đă ̣c tính hóa ho ̣c của chúng đế n nay vẫn còn chƣa rõ. Achard (1780) là ngƣời đầu tiên trích than bùn với dung dịch kiềm và kết quả tìm thấ y mô ̣t chấ t không đinh ̣ hình go ̣i là acid humic . Năm 1822 Dobereiner đă ̣t tên acid humic cho thành phầ n màu nâu của chấ t hƣ̃u cơ trong than bùn. Bảng 1 Sơ đồ phân loa ̣i acid humic theo Oden’s (1919) Tan trong Màu sắc Tên khác Nhóm chất Nƣớc Etanol Kiề m Humus coal - - - Đen Umin ulmin Acid humic * - + Nâu đen hơi đỏ Acid humic Acid hymotomelami -* + + Nâu vàng nhat Acid fulvic Acid fulvic + + + Vàng nhạt hơi Cren acid hồ ng Apocrenic Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du 5 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Phƣớc Bảng 2 Sƣ ̣ tan đƣơ ̣c trong các dung môi của chấ t mùn Tan trong Nhóm chất Nƣớc Kiề m Acid Humin - - - Acid humic -* + - Acid fulvic + + + Ghi chú: (+): Tan (-): Không tan (*): Ít tan (-*): Khó tan Vaughan và Ord (1984) cho rằng humin là chất không tan trong kiềm và acid . Các hợp chất humin đƣợc phân theo độ tan , nế u lấ y chấ t mùn chiế t với base mạnh, rồ i cho sản phẩ m tan trong acid thì ta có : Humin là những sản phẩm gốc thực vâ ̣t không chiế t đƣơ ̣c. Acid humic là sản phẩ m kế t tủa trong quá trình aicd hóa . Acid fulvic là nhƣ̃ng chấ t hƣ̃u cơ còn la ̣i trong dung dich ̣ acid. Cho tới nay ngƣời ta biế t đƣơ ̣c các hơ ̣p chấ t humic là nhƣ̃ng chấ t điê ̣n ly có phân tƣ̉ cao, tƣ̀ vài trăm (acid fulvic) đến vài vạn (acid humic và humic ). Chúng không phải là n hƣ̃ng phân tƣ̉ riêng lẻ mà liê n kế t với nhau . Các hợp chất h umic này hin ̀ h thành mô ̣t bô ̣ khung carbon có chƣ́a các gố c thơm , mô ̣t số nhóm oxy hoa ̣t đô ̣ng và có thể có nhƣ̃ng nhóm giống nhƣ protein và hydrocarbon. Sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Du 6