Nghiên cứu biến tính dầu hạt cao su và bentonit Việt Nam để chế tạo compozit ứng dụng làm màng bọc thông minh cho sản xuất phân ure nhả chậm có kiểm soát là sản phẩm của các nhà khoa học Việt.

Nguyên liệu từ dầu hạt cao su và bentonite

Hướng tới mục tiêu nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón nói chung và phân đạm nói riêng, các nhà khoa học thuộc Viện Kỹ thuật Hóa học (Đại học Bách khoa Hà Nội) đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu biến tính dầu hạt cao su và bentonit Việt Nam để chế tạo compozit ứng dụng làm màng bọc thông minh cho sản xuất phân ure nhả chậm có kiểm soát”.

TS Nguyễn Thị Thủy, Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội cho biết, hiện nay, hiệu quả sử dụng phân bón trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng còn hạn chế do cây trồng chỉ hấp thu tối đa được khoảng 30% đạm, 50% phân lân, kali, phần còn lại sẽ thất thoát ra môi trường.

Việt Nam đang phải đối mặt với sự thoái hóa ô nhiễm đất diện rộng, nguyên nhân chính xuất phát từ việc sử dụng không hiệu quả của phân bón, thuốc trừ sâu, gây lãng phí tài nguyên, ô nhiễm môi trường và đất đai.

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Kỹ thuật Hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu chế tạo màng polyurethane composite từ dầu hạt cao su và bentonite Việt Nam để bọc ra ngoài viên phân ure. Lớp màng bọc này giúp viên phân ure nhả dưỡng chất từ từ theo nhu cầu của cây trồng.

Cơ chế của quá trình nhả dưỡng chất dựa trên sự thẩm thấu nước qua lớp màng bọc vào bên trong, sau đó nhờ sự chênh lệch nồng độ, áp suất, dưỡng chất sẽ được khuếch tán ra môi trường. Bằng việc kiểm soát thành phần và cấu trúc lớp vỏ bọc có thể kiểm soát được độ nhả của viên phân.

Nhóm đã biến tính dầu hạt cao su (một loại dầu được tách ra từ hạt cao su nhưng không ăn được) thành biopolyol. Quá trình này được thực hiện nhờ phản ứng oxy hóa dầu hạt cao su bằng tác nhân oxy hóa H2O2 với sự có mặt của hệ xúc tác trên cơ sở muối vonfram. Sản phẩm nhận được là bio-polyol có chỉ số hydroxyl đạt 230 mgKOH/g.

Song song với biến tính dầu hạt cao su, bentonite là một loại khoáng có trữ lượng khá lớn ở nước ta, cũng được biến tính bằng PEG. Các chuỗi PEG* 4000 đã xen kẽ vào khoảng không giữa các lớp để mở rộng khoảng cách trong cấu trúc mạng của bentonite.

Việc sử dụng PEG không chỉ giúp đưa nhóm kị nước CH2- vào bentonite, mà còn tăng cường sự tương hợp giữa pha phân tán bentonite biến tính với nhựa nền polyurethane bởi phản ứng hóa học.

Nhờ vậy màng polyurethane composite trên cơ sở bio-polyol và bentonite biến tính có độ bền cao hơn, kị nước hơn, giúp kiểm soát quá trình nhả dưỡng chất tốt hơn.

Bằng việc kiểm soát cấu trúc, độ dày lớp màng bọc và thay đổi hàm lượng pha phân tán bentonite biến tính PEG có thể kiểm soát được sự nhả của phân ure nhả chậm.

Đặc biệt, chất tạo màng polyurethane có thể thay đổi tỷ lệ NCO/OH giúp kiểm soát cấu trúc mạng phân tử của polyurethane, do đó giúp kiểm soát mức độ nhả của phân ure được bọc bởi lớp màng composite này.

Một loạt phân ure nhả chậm có kiểm soát với thời gian nhả khác nhau (từ 6 tuần tới 8 tháng) đã được sản xuất ra nhờ thiết bị trống quay.

Hiệu quả bất ngờ trong thực tế

TS Nguyễn Thị Thủy cho biết, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm sản phẩm đối với cây rau bắp cải (tại Gia Lộc, Hải Dương) và cây cam (tại Lục Nam, Bắc Giang).

Quy trình chăm sóc và đánh giá đối với cây bắp cải được thực hiện theo tiêu chuẩn quy chuẩn Việt Nam về khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng của giống cải bắp. Cây cam được chăm sóc theo quy trình chăm sóc cam của Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển cây có múi thuộc Viện Nghiên cứu rau quả.

Mô hình thử nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hoàn chỉnh, ba lần lặp lại với 5 công thức, trong đó công thức 1 là đối chứng (CT1-ĐC) sử dụng phân đạm ure truyền thống. Các công thức từ 2-5 (CT2-CT5) thử nghiệm bởi phân đạm truyền thống được thay bằng phân ure nhả chậm - sản phẩm của đề tài.

Kết quả thực nghiệm đối với cây bắp cải cho thấy, cả 4 công thức thử nghiệm từ CT2 đến CT5 đều cho cây sinh trưởng và phát triển tốt. Cả khối lượng cây, khối lượng bắp, tỷ lệ cuốn, độ chặt đều tăng nên năng suất sinh khối và năng suất bắp cũng tăng. Khi sử dụng lượng phân ure nhả chậm chỉ bằng 80% (CT5) so với lượng phân ure truyền thống thì năng suất bắp đã tăng hơn 9%.

Đối với cây cam, kết quả thực nghiệm cho thấy, cả 4 công thức thử nghiệm từ CT2 - CT5 đều cho cây cam sinh trưởng, phát triển tốt. Khả năng ra hoa, đậu quả cao. Đặc biệt, ở công thức CT4, khi sử dụng lượng phân ure nhả chậm chỉ bằng 85% so với lượng phân đạm truyền thống thì năng suất cây cam tăng gần 17%.