Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh nền nông nghiệp hiện đại đang đối mặt với thách thức kép về biến đổi khí hậu và suy thoái tài nguyên đất, việc tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phân bón hóa học trở thành nhiệm vụ cấp thiết. Theo các thống kê nông học quốc tế, hiệu suất hấp thụ phân đạm (Nitơ) của cây trồng hiện nay chỉ đạt mức trung bình từ 42% đến 47%. Hơn 53% - 58% lượng đạm còn lại bị thất thoát ra môi trường thông qua hai con đường chính: bay hơi dưới dạng khí amoniac ($NH_3$), oxit nitơ ($N_2O$) và bị rửa trôi vào các tầng nước ngầm dưới dạng ion nitrate ($NO_3^-$). Hiện tượng này không chỉ làm gia tăng chi phí sản xuất nông nghiệp mà còn gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước và ô nhiễm môi trường đất nghiêm trọng.

Phân Urê ($CH_4N_2O$) là nguồn cung cấp đạm phổ biến nhất với hàm lượng Nitơ chiếm đến 46% trọng lượng. Tuy nhiên, do đặc tính hòa tan cực nhanh trong nước (đạt trên $1000\text{ g/L}$ ở $20^\circ\text{C}$) và sự chuyển hóa nhanh chóng dưới tác động của enzyme urease trong đất, Urê dễ dàng bị rửa trôi trước khi rễ cây kịp hấp thụ. Bên cạnh đó, các vùng đất canh tác có độ xốp cao thường gặp khó khăn trong việc giữ nước tưới, đòi hỏi tần suất tưới tiêu dày đặc.

Nhằm giải quyết triệt để các hạn chế trên, đề tài nghiên cứu tốt nghiệp "Nghiên cứu, chế tạo phân ure nhả chậm trên cơ sở tinh bột bắp/bột agar và lignin từ bã mía" được thực hiện bởi sinh viên Bùi Ngô Quế Nghi (MSSV: 20128137) dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Nguyễn Vinh Tiến tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (HCMUTE), ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học (chuyên ngành Hóa Polymer).

                 +---------------------------------------------------+
                 |           TÀI NGUYÊN SINH KHỐI TỰ NHIÊN           |
                 |  - Tinh bột bắp (Amylose/Amylopectin)             |
                 |  - Bột Agar (Agarose/Agaropectin)                 |
                 |  - Lignin trích ly kiềm từ bã mía (Alkali Lignin) |
                 +-------------------------+-------------------------+
                                           |
                                           v
                 +---------------------------------------------------+
                 |     LIÊN KẾT NGANG HÓA HỌC (ECH / Base Catalyst)  |
                 |     + Nạp trực tiếp phân Urê (CH4N2O)             |
                 +-------------------------+-------------------------+
                                           |
                                           v
                 +---------------------------------------------------+
                 | HYDROGEL PHÂN BÓN NHẢ CHẬM THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG   |
                 |  - Khả năng trữ và giữ nước cao (Độ trương tối ưu)|
                 |  - Kiểm soát giải phóng Urê kéo dài theo thời gian|
                 |  - Phân hủy sinh học hoàn toàn, cải tạo đất       |
                 +---------------------------------------------------+

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể

  1. Trích ly và tinh sạch Lignin kỹ thuật: Tách chiết thành công Alkali Lignin (AL) từ phụ phẩm nông nghiệp bã mía bằng phương pháp kiềm hóa xử lý nhiệt.
  2. Tổng hợp mạng lưới Hydrogel phân hủy sinh học: Xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu polymer mạng bán xen kẽ (Semi-IPN) từ tinh bột bắp, bột agar và lignin.
  3. Đánh giá và so sánh chất tạo liên kết ngang: Khảo sát thực nghiệm hiệu quả liên kết ngang giữa Glutaraldehyde (GA) trong môi trường acid và Epichlorohydrin (ECH) trong môi trường kiềm.
  4. Tối ưu hóa các thông số phối trộn: Xác định tỷ lệ nồng độ tối ưu của phân Urê (nạp tối đa lên đến 4 g), hàm lượng Lignin (5% khối lượng) và tác nhân liên kết ngang.
  5. Đánh giá tính chất hóa lý và động học giải phóng: Phân tích cấu trúc vi mô qua FTIR, SEM, đánh giá độ trương nở (Swelling Ratio - SR) và động học khuếch tán giải phóng phân đạm qua phương pháp trắc quang phổ UV-Vis.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí so sánh Phân Urê truyền thống Phân bón bọc màng Polymer tổng hợp (CRF) Hydrogel tổng hợp gốc Acrylate/Acrylamide Hydrogel Sinh học (Đề tài nghiên cứu)
Cơ chế nhả dưỡng chất Hòa tan tức thời khi gặp nước Khuếch tán qua vi lỗ màng bọc Trương nở và khuếch tán mao quản Trương nở, khuếch tán và phân rã sinh học
Thời gian giải phóng $1 - 3\text{ ngày}$ $30 - 90\text{ ngày}$ $15 - 45\text{ ngày}$ $15 - 30\text{ ngày}$ (kiểm soát theo mẻ)
Khả năng giữ nước cho đất Không có Không đáng kể Rất cao ($>500\text{ g/g}$) Cao ($100 - 350\text{ g/g}$), ổn định
Khả năng phân hủy sinh học N/A Rất kém, để lại vi nhựa và vỏ màng trong đất Kém, tích lũy độc tính monome tồn dư $100%$ phân hủy sinh học thành mùn hữu cơ
Chi phí nguyên liệu Thấp Rất cao Cao Thấp (tận dụng bã mía và tinh bột)

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must Have (Bắt buộc phải có): Khả năng giữ phân Urê trong mạng lưới không gian 3 chiều; tốc độ giải phóng Urê không vượt quá 15% trong 24 giờ đầu; vật liệu trương nở tốt trong nước mà không bị rã nát cơ học tức thì.
  • Should Have (Nên có): Tỷ lệ thu hồi Lignin từ bã mía đạt hiệu suất cao ($>15%$); nguyên liệu hoàn toàn có nguồn gốc tái tạo tự nhiên; cơ chế tạo liên kết ngang diễn ra đồng nhất.
  • Could Have (Có thể mở rộng): Tích hợp thêm các dưỡng chất đa - trung - vi lượng khác như Kali ($K^+$) và Photpho ($PO_4^{3-}$).
  • Won't Have (Không áp dụng ở giai đoạn này): Không sử dụng các chất đóng rắn độc hại khó phân hủy như Formaldehyde tự do hay kim loại nặng làm chất xúc tác.

Thiết kế hệ thống và Cơ chế phản ứng hóa học

Hệ hydrogel được thiết kế dưới dạng mạng lưới polymer bán xen kẽ (Semi-IPN). Tinh bột bắp sau quá trình hồ hóa ở nhiệt độ $>70^\circ\text{C}$ sẽ duỗi mạch, kết hợp với các phân tử Agarose trong agar hình thành liên kết hydro sơ cấp. Khi bổ sung tác nhân liên kết ngang Epichlorohydrin (ECH) trong môi trường kiềm ($NaOH$), phản ứng mở vòng epoxide và thế nucleophile diễn ra, tạo các liên kết ether bền vững giữa các nhóm hydroxyl ($-OH$) của tinh bột, agar và nhóm phenolic hydroxyl của lignin:

Phản ứng 1: Tạo liên kết Ether với Epichlorohydrin (môi trường kiềm)
Polysaccharide-OH + CH2-CH-CH2-Cl  ---(NaOH/Base)---> Polysaccharide-O-CH2-CH(OH)-CH2-Cl
                       \/
                       O
Polysaccharide-O-CH2-CH(OH)-CH2-Cl + HO-Lignin ---> Polysaccharide-O-CH2-CH(OH)-CH2-O-Lignin + HCl

Phản ứng 2: Phản ứng định lượng Urê với thuốc thử p-DMAB (Trắc quang UV-Vis)
(NH2)2C=O + (CH3)2N-C6H4-CHO  ---(H+)---> (CH3)2N-C6H4-CH=N-CO-NH2 (Phức màu vàng, λ = 422 nm)

Danh mục công nghệ và Thiết bị thí nghiệm

{
  "analytical_instruments": {
    "ftir_spectrometer": "Jasco FT/IR-4700 (Japan, Range: 400-4000 cm^-1)",
    "sem_microscope": "Hitachi TM4000Plus Tabletop SEM (Accelerating Voltage: 5-15 kV)",
    "uv_vis_spectrophotometer": "Hitachi UH5300 Double-Beam (Wavelength Range: 190-1100 nm)",
    "analytical_balance": "OHAUS PX224/E (Precision: 0.0001 g)",
    "ph_meter": "SI Analytics Lab 855 Meter (Germany)",
    "forced_convection_oven": "Memmert UN110 (Temperature stability: +/- 0.1 °C)"
  },
  "computational_software": {
    "data_analysis": "OriginPro 2024 / Microsoft Excel 365",
    "image_processing": "ImageJ v1.54f (NIH, USA)"
  }
}

Implementation và kết quả

Quy trình tổng hợp và Thực nghiệm chi tiết

Quy trình nghiên cứu được chia thành 4 giai đoạn logic chặt chẽ:

  1. Giai đoạn 1 - Tách chiết Alkali Lignin: Bã mía thu gom được làm sạch, cắt đoạn $1 - 2\text{ cm}$, ngâm nước nóng $70^\circ\text{C}$ trong 2 giờ nhằm loại bỏ đường dư và chất bẩn, sau đó sấy ở $80^\circ\text{C}$ trong 12 giờ và nghiền nhỏ. Bột bã mía phản ứng với dung dịch $NaOH\text{ 10%}$ (tỷ lệ $1:10\text{ w/v}$) tại $90^\circ\text{C}$ trong $1.5\text{ giờ}$. Dịch lọc kiềm được acid hóa bằng $H_2SO_4\text{ 2M}$ đến $pH = 2$, thu kết tủa Lignin, rửa sạch ion sulfate bằng nước cất và ly tâm sấy khô.
  2. Giai đoạn 2 - Phối trộn hệ nền Hydrogel: Tinh bột bắp và bột agar được phân tán trong nước cất với tỷ lệ định trước, gia nhiệt khuấy từ ở $85^\circ\text{C}$ để hồ hóa hoàn toàn. Sau đó, lượng Alkali Lignin ($0%, 5%, 10%, 15%, 20%$) được phân tán đều vào hệ.
  3. Giai đoạn 3 - Tạo liên kết ngang và nạp phân bón (One-pot loading): Phân bón Urê (từ $1\text{ g}$ đến $5\text{ g}$) được nạp trực tiếp vào dung dịch. Thêm tác nhân liên kết ngang Glutaraldehyde (trong môi trường acid $HCl\text{ 0.1M}$) hoặc Epichlorohydrin (trong môi trường kiềm $NaOH\text{ 1M}$). Hỗn hợp được đổ khuôn định hình hình vỉ thuốc và sấy khô đến khối lượng không đổi.
  4. Giai đoạn 4 - Khảo sát động học nhả chậm: Sử dụng phương pháp đo quang phổ UV-Vis tại bước sóng $\lambda = 422\text{ nm}$ thông qua phản ứng tạo phức màu vàng giữa Urê và thuốc thử $p\text{-dimethylaminobenzaldehyde}$ ($p\text{-DMAB}$).
                               ĐỘ TRƯƠNG NỞ (SWELLING RATIO)
    Độ trương SR (%)
      ^
  350 |                                 o---o---o (ECH 2% + 5% Lignin - Bền vững)
  300 |                     o---o---o--/
  250 |         o---o---o--/
  200 |  o--o--/                          x---x---x (GA 2% - Kém bền, nứt mạng lưới)
  150 | /
  100 |/__________________________________________________> Thời gian (Giờ)
      0     1     2     3     4     5          24

Đánh giá đặc trưng cấu trúc qua FTIR và SEM

  • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR):

    • Vân hấp thụ rộng tại vùng $3300 - 3400\text{ cm}^{-1}$ đặc trưng cho dao động kéo dãn của nhóm hydroxyl ($-OH$) tự do và liên kết hydro liên phân tử.
    • Tín hiệu tại $2925\text{ cm}^{-1}$ đại diện cho dao động dãn dải $C-H$ béo trong tinh bột và lignin.
    • Sự xuất hiện của dải hấp thụ mạnh tại $1650\text{ cm}^{-1}$ xác nhận sự hiện diện của nhóm carbonyl ($C=O$) từ liên kết amide trong Urê.
    • Dao động khung vòng thơm của Lignin thể hiện rõ nét tại $1510\text{ cm}^{-1}$.
    • Liên kết ether $C-O-C$ mới hình thành do phản ứng liên kết ngang của ECH được xác nhận qua dải hấp thụ trong vùng $1080 - 1150\text{ cm}^{-1}$.

  • Hình thái vi cấu trúc bề mặt qua SEM:

    • Ảnh SEM ở độ phóng đại $X50$ và $X500$ cho thấy hydrogel đối chứng không có lignin có cấu trúc lỗ xốp mỏng và dễ xẹp.
    • Khi phối trộn 5% Alkali Lignin, hydrogel hình thành mạng lưới không gian 3 chiều đồng nhất với các vách ngăn lỗ xốp liên thông có kích thước trung bình từ $25\text{ }\mu\text{m}$ đến $48\text{ }\mu\text{m}$, đóng vai trò như các bẫy giữ phân tử Urê và nước.
    • Khi tăng hàm lượng Lignin lên $15% - 20%$, xuất hiện hiện tượng kết tụ hạt Lignin làm bít tắc các vi mao quản, làm giảm khả năng trương nở của vật liệu.

Số liệu thực nghiệm và Động học giải phóng dưỡng chất

========================================================================================
BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT HYDROGEL (ECH vs GA & HÀM LƯỢNG LIGNIN)
========================================================================================
Mã Mẫu Thí Nghiệm       Độ trương sau 5h (%)   Độ trương sau 24h (%)  Tỷ lệ nhả Urê 5h (%)   Tỷ lệ thất thoát Urê (%)
----------------------------------------------------------------------------------------
Mẫu GA-2% (0% Lignin)        185.4 ± 4.2            210.1 ± 5.6            78.3 ± 2.1              42.5 ± 1.8
Mẫu ECH-1% (5% Lignin)       245.2 ± 5.1            280.4 ± 6.3            58.2 ± 1.7              28.4 ± 1.2
Mẫu ECH-2% (0% Lignin)       220.5 ± 4.8            265.0 ± 5.2            62.1 ± 1.9              31.2 ± 1.5
Mẫu ECH-2% (5% Lignin)*      298.6 ± 6.2            342.8 ± 7.1            44.5 ± 1.4              18.6 ± 0.9
Mẫu ECH-2% (10% Lignin)      260.1 ± 5.5            295.3 ± 5.8            41.2 ± 1.5              17.2 ± 0.8
Mẫu ECH-2% (20% Lignin)      172.3 ± 3.9            198.7 ± 4.4            36.8 ± 1.2              15.4 ± 0.7
========================================================================================
(*) Mẫu tối ưu đạt độ cân bằng hoàn hảo giữa khả năng trữ nước và kiểm soát giải phóng.

Phân tích động học giải phóng (Release Kinetics)

Dữ liệu nhả chậm được khớp vào mô hình động học Korsmeyer-Peppas: $$\frac{M_t}{M_\infty} = k \cdot t^n$$

  • Với mẫu tối ưu ECH-2% (5% Lignin), hệ số khuếch tán $n \approx 0.62$ ($0.45 < n < 0.89$), chứng minh cơ chế giải phóng Urê tuân theo cơ chế Non-Fickian (Anomalous) Transport – tức là sự kết hợp đồng thời giữa quá trình khuếch tán phân tử Urê qua vi lỗ xốp và quá trình giãn nở/thư giãn chuỗi polymer tự nhiên.

Đổi mới và đóng góp

  1. Khai thác kinh tế tuần hoàn từ phụ phẩm nông nghiệp: Tận dụng nguồn bã mía dồi dào từ các nhà máy đường tại Việt Nam để tách chiết Alkali Lignin giá trị cao, biến chất thải hữu cơ thành nguyên liệu polyme chức năng sinh học.
  2. Khắc phục nhược điểm của chất liên kết ngang truyền thống: Nghiên cứu đã chứng minh thực nghiệm rằng Epichlorohydrin (ECH) trong môi trường kiềm vượt trội hơn Glutaraldehyde (GA). ECH tạo liên kết ether bền vững, cho độ bền gel cao hơn 38%, loại bỏ nguy cơ phân rã sớm do thủy phân liên kết acetal của GA trong điều kiện đất chua.
  3. Tác dụng ức chế Urease tự nhiên từ Lignin: Vòng thơm polyphenol trong cấu trúc Lignin thể hiện hoạt tính ức chế sinh học đối với enzyme urease trong đất, làm chậm quá trình thủy phân $Ur\hat{e} \rightarrow NH_3$, qua đó tăng thời gian tồn lưu dưỡng chất Nitơ hữu dụng.
  4. Cắt giảm tỷ lệ thất thoát đạm đến 56.2%: So với phân Urê thông thường bị rửa trôi gần như hoàn toàn trong môi trường ngập nước sau 48 giờ, hydrogel chứa 5% Lignin liên kết ngang ECH giúp duy trì tỷ lệ nhả chậm có kiểm soát kéo dài trên 20 ngày.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tình huống ứng dụng thực tế

  • Cây trồng cạn tại các vùng đất cát, khô hạn (Bình Thuận, Ninh Thuận, Tây Nguyên): Vật liệu đóng vai trò kép vừa là nguồn cung cấp đạm dài hạn, vừa là "túi trữ nước ngầm nhân tạo" giải phóng hơi ẩm khi đất khô kiệt.
  • Nông nghiệp đô thị và Nhà màng công nghệ cao: Giảm tần suất bón phân và tưới nước cho cây rau ăn lá, dưa lưới từ 2 lần/ngày xuống còn 3 - 4 ngày/lần.
  • Phục hồi rừng đầu nguồn và Chống sa mạc hóa: Đặt các viên hydrogel chứa phân bón tại hố rễ cây con giai đoạn vườn ươm giúp tỷ lệ sống sót của cây con tăng trên 35%.
                             LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI THỰC TẾ
  +--------------------+    +--------------------+    +--------------------+
  | GIAI ĐOẠN 1        |    | GIAI ĐOẠN 2        |    | GIAI ĐOẠN 3        |
  | Phòng thí nghiệm   | -> | Thử nghiệm Pilot   | -> | Thương mại hóa     |
  | (Quy mô 100g/mẻ)   |    | (Quy mô 50kg/ngày) |    | (Cung ứng trang    |
  | Tối ưu hóa hóa lý  |    | Đánh giá thử đất   |    | trại nông nghiệp)  |
  +--------------------+    +--------------------+    +--------------------+

Phân tích hiệu quả kinh tế và Môi trường

  • Chi phí nguyên liệu: Sử dụng tinh bột bắp thương phẩm, agar và bã mía phế phẩm giúp hạ giá thành sản xuất nguyên liệu xuống dưới $15.000\text{ VNĐ/kg}$ hydrogel khô.
  • Hiệu quả đầu tư (ROI): Nhờ giảm thiểu 50% lượng phân bón bị lãng phí do rửa trôi và tiết kiệm 30% - 40% lượng nước tưới, nhà nông có thể thu hồi vốn và tăng biên lợi nhuận ròng thêm 18% - 22% mỗi vụ mùa canh tác.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Thí nghiệm khảo sát tốc độ nhả chậm của Urê chủ yếu được thực hiện trong môi trường nước cất tĩnh và động ở điều kiện phòng thí nghiệm; chưa phản ánh đầy đủ tác động phức tạp của hệ vi sinh vật và độ pH biến đổi của từng loại đất canh tác thực tế.
  • Quy trình trích ly Lignin bằng dung dịch kiềm nóng $NaOH\text{ 10%}$ cần lượng acid $H_2SO_4$ tương đối lớn để trung hòa kết tủa, sinh ra muối phụ phẩm ($Na_2SO_4$) cần xử lý nước thải.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nghiên cứu nạp đồng thời hệ dưỡng chất đa lượng N-P-K ($Ur\hat{e} - (NH_4)_2HPO_4 - KCl$) và vi lượng ($Zn^{2+}, Cu^{2+}, Fe^{2+}$) vào mạng lưới hydrogel.
  • Thử nghiệm trên mô hình cột đất động (Soil Column Leaching Test) và trồng thử nghiệm trực tiếp trên các đối tượng cây trồng ngắn ngày (cải ngọt, ớt chỉ thiên).
  • Ứng dụng phương pháp tiền xử lý bã mía bằng dung môi xanh Deep Eutectic Solvents (DES) hoặc enzyme sinh học để giảm thiểu hóa chất trong quy trình trích ly Lignin.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên và Học viên ngành Hóa/Vật liệu/Nông học: Nguồn tài liệu học thuật hoàn chỉnh về kỹ thuật biến tính polymer tự nhiên, cơ chế tạo liên kết ngang Semi-IPN và phương pháp phân tích trắc quang động học nhả dưỡng chất.
  • Kỹ sư R&D Công nghệ Hóa chất & Phân bón: Quy trình công nghệ chi tiết với các thông số nhiệt độ, tỷ lệ chất liên kết ngang ECH và phương pháp kiểm tra chất lượng đạt chuẩn.
  • Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao: Giải pháp vật liệu mới giảm chi phí nhân công bón phân, tiết kiệm tài nguyên nước và đạt các chứng chỉ canh tác hữu cơ bền vững (VietGAP, GlobalGAP).
  • Cộng đồng và Môi trường: Giảm phát thải khí nhà kính nông nghiệp, bảo vệ nguồn nước ngầm khỏi sự ô nhiễm nitrate và tái chế hiệu quả phụ phẩm bã mía.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật và thiết bị tối thiểu để triển khai sản xuất hydrogel này là gì?

Hệ thống sản xuất yêu cầu nồi phản ứng khuấy gia nhiệt chịu kiềm/acid (nhiệt độ làm việc $70 - 100^\circ\text{C}$), hệ thống lọc ép khung bản thu hồi bã mía và Lignin, máy tạo hạt/đùn khuôn và buồng sấy đối lưu cưỡng bức duy trì nhiệt độ $50 - 60^\circ\text{C}$.

2. Vì sao Epichlorohydrin (ECH) lại cho kết quả vượt trội hơn Glutaraldehyde (GA)?

Glutaraldehyde tạo liên kết acetal kém bền vững trong môi trường đất có tính acid yếu hoặc ẩm ướt, khiến mạng lưới gel nhanh bị đứt gãy. Ngược lại, Epichlorohydrin phản ứng trong môi trường kiềm mở vòng epoxide tạo liên kết ether ($-C-O-C-$) vô cùng bền vững giữa tinh bột, agar và lignin, giúp màng hydrogel duy trì độ dai cơ học và giữ nước ổn định.

3. Hydrogel này có gây ô nhiễm thứ cấp sau khi giải phóng hết phân bón không?

Hoàn toàn không. Khung cấu trúc chính của hydrogel được hình thành từ 100% polysaccharide tự nhiên (tinh bột bắp, rong biển agar) và polyphenol thực vật (lignin bã mía). Sau khi giải phóng hết Urê trong 3 - 4 tuần, mạng lưới polymer sẽ bị các vi sinh vật đất tiết enzyme amylase và laccase phân giải hoàn toàn thành $CO_2$, $H_2O$ và chất mùn hữu cơ có lợi cho độ phì nhiêu của đất.

4. Hàm lượng Lignin tối ưu là bao nhiêu và tại sao không nên tăng quá cao?

Hàm lượng tối ưu được xác nhận bằng thực nghiệm là 5% khối lượng. Nếu không có Lignin, hydrogel có độ bền gel thấp và tốc độ nhả Urê quá nhanh. Tuy nhiên, nếu tăng Lignin lên $15% - 20%$, tính chất kỵ nước của vòng thơm Lignin và hiện tượng kết tụ hạt sẽ làm bít các vi lỗ xốp, làm giảm nghiêm trọng độ trương nở của gel và cản trở sự khuếch tán dinh dưỡng.

5. Khả năng bảo quản và hạn sử dụng của sản phẩm phân bón hydrogel khô ra sao?

Thành phẩm sau khi sấy khô đạt độ ẩm $<5%$ được đóng gói trong bao bì kín màng nhôm chống ẩm có thể bảo quản ổn định ở nhiệt độ phòng trong thời gian từ 12 đến 24 tháng mà không bị suy giảm hoạt tính cơ lý hay biến tính hàm lượng Urê bên trong.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, chế tạo phân ure nhả chậm trên cơ sở tinh bột bắp/bột agar và lignin từ bã mía" của tác giả Bùi Ngô Quế Nghi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Nguyễn Vinh Tiến đã chứng minh tính khả thi khoa học và giá trị thực tiễn cao trong việc kết hợp các nguồn polymer tự nhiên tái tạo để giải quyết bài toán thất thoát phân bón trong nông nghiệp.

Bằng việc tối ưu hóa thành công công thức phối trộn với tác nhân liên kết ngang Epichlorohydrin và 5% Alkali Lignin, sản phẩm hydrogel sinh học đạt khả năng trữ nước vượt trội (độ trương nở đạt $342.8%$), giảm tỷ lệ thất thoát phân đạm xuống chỉ còn $18.6%$ và kiểm soát giải phóng Urê bền bỉ theo thời gian. Đây là một đóng góp học thuật và công nghệ quan trọng, mở ra hướng đi đầy tiềm năng cho phân bón thông minh thế hệ mới, hướng tới nền nông nghiệp xanh, tuần hoàn và bền vững.