Luận văn hoàn thiện công nghệ sản xuất vật liệu polyme siêu hấp thụ nước và ứng dụng chúng để giữ ẩm và cải tạo đất

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Luận văn hoàn thiện công nghệ sản xuất vật liệu polyme siêu hấp thụ nước và ứng dụng chúng để giữ, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng

• Người hướng dẫn: Pgs. Nguyễn Văn Khôi
• Trường học: Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam - Viện Hóa học
• Chuyên ngành: Công nghệ sản xuất polyme siêu hấp thụ nước
• Đề tài: Hoàn thiện công nghệ sản xuất polyme siêu hấp thụ nước: Ứng dụng giữ ẩm & cải tạo đất
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết dự án cấp nhà nước
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Công nghệ sản xuất polyme siêu hấp thụ nước

Công nghệ sản xuất polyme siêu hấp thụ nước là quá trình phức tạp, bao gồm nhiều giai đoạn như oxy hóa tinh bột, trùng hợp ghép axit acrylic, và tạo mạng lưới. Các phương pháp chính được sử dụng là trùng hợp dung dịch và trùng hợp huyền phù. Trong đó, trùng hợp dung dịch sử dụng axit acrylic và natri acrylat, được khơi mào bằng các hệ oxy hóa khử hoặc chiếu xạ. Trùng hợp huyền phù phân tán monome trong pha hydrocacbon, tạo ra sản phẩm dạng bột mà không cần nghiền. Các yếu tố như nhiệt độ, pH, và tỷ lệ monome ảnh hưởng lớn đến tính chất của sản phẩm.

1.1. Trùng hợp dung dịch

Quá trình trùng hợp dung dịch sử dụng axit acrylic (AA) và natri acrylat (SA) với sự có mặt của chất tạo mạng lưới. Phản ứng được khơi mào bằng các hệ oxy hóa khử hoặc chiếu xạ. Các yếu tố như nhiệt độ, pH, và tỷ lệ monome ảnh hưởng đến động học phản ứng. Ví dụ, ở pH cao, hằng số trùng hợp của AM tăng, trong khi của AA giảm. Phương pháp này tạo ra polyme có khả năng hấp thụ nước cao, phù hợp cho ứng dụng trong nông nghiệp.

1.2. Trùng hợp huyền phù

Trùng hợp huyền phù phân tán monome trong pha hydrocacbon, tạo ra sản phẩm dạng bột. Phương pháp này tránh được việc nghiền sản phẩm sau phản ứng. Kích thước và hình dạng hạt sản phẩm được điều chỉnh bởi độ nhớt dung dịch monome và tốc độ khuấy. Chất khơi mào có thể tan trong pha nước hoặc pha dầu, tùy thuộc vào đặc tính mong muốn của sản phẩm.

II. Ứng dụng polyme siêu hấp thụ nước trong nông nghiệp

Polyme siêu hấp thụ nước được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp nhờ khả năng giữ ẩm và cải tạo đất. Sản phẩm này giúp tăng tỷ lệ nảy mầm, cải thiện sự phát triển và năng suất cây trồng. Các thử nghiệm trên cây bông, chè, cà phê, và rau màu đã cho thấy hiệu quả rõ rệt. Polyme còn có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường.

2.1. Giữ ẩm cho đất

Polyme siêu hấp thụ nước có khả năng giữ nước gấp nhiều lần trọng lượng của nó, giúp duy trì độ ẩm cho đất trong điều kiện khô hạn. Điều này đặc biệt hữu ích ở các vùng có lượng mưa thấp hoặc thời tiết khắc nghiệt. Sản phẩm này đã được thử nghiệm thành công trên nhiều loại cây trồng như bông, chè, và cà phê.

2.2. Cải tạo đất

Ngoài khả năng giữ ẩm, polyme siêu hấp thụ nước còn giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng độ xốp và khả năng thoát nước. Điều này giúp cây trồng phát triển tốt hơn, đặc biệt là trên các loại đất cát hoặc đất bạc màu. Các thử nghiệm trên đất phục hồi bãi thải cũng cho kết quả tích cực.

III. Hoàn thiện công nghệ sản xuất polyme siêu hấp thụ nước

Dự án đã hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất polyme siêu hấp thụ nước với công suất 100 tấn/năm. Quy trình bao gồm các giai đoạn oxy hóa tinh bột sắn, trùng hợp ghép axit acrylic, và tạo mạng lưới. Sản phẩm được sản xuất thử và thử nghiệm trên nhiều loại cây trồng, cho thấy hiệu quả cao trong việc giữ ẩm và cải tạo đất.

3.1. Thiết kế dây chuyền sản xuất

Dây chuyền sản xuất được thiết kế với công suất 100 tấn/năm, bao gồm các hệ thống thiết bị như cắt mạch tinh bột, tạo sợi, sấy, nghiền, và đóng gói. Quy trình này đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao và ổn định, phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam.

3.2. Đánh giá chất lượng sản phẩm

Sản phẩm polyme siêu hấp thụ nước được đánh giá chất lượng thông qua các tiêu chuẩn cơ sở. Các thử nghiệm về khả năng hấp thụ nước, độ bền, và khả năng phân hủy sinh học đều cho kết quả tích cực. Sản phẩm đã được đăng ký chất lượng và cung cấp ra thị trường với tên thương mại AMS-1.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC BÁO CÁO TỔNG KẾT DỰ ÁN CẤP NHÀ NƯỚC HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VẬT LIỆU POLYME SIÊU HẤP THỤ NƯỚC VÀ ỨNG DỤNG CHÚNG ĐỂ GIỮ ẨM VÀ CẢI TẠO ĐẤT Mà SỐ KC 02.DA01/06-10 Chủ nhiệm đề tài: PGS. NGUYỄN VĂN KHÔI 7463 27/7/2009 HÀ NỘI – 2008 Môc lôc Trang Më ®Çu. Giíi thiÖu chung vÒ polyme siªu hÊp thô n−íc: c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ øng dông. Tæng quan t×nh h×nh nghiªn cøu, chÕ t¹o polyme siªu hÊp thô n−íc.

Trªn thÕ giíi. Trïng hîp dung dÞch. Trïng hîp huyÒn phï. ChÕ t¹o polyme siªu hÊp thô n−íc tõ tinh bét.

Tæng hîp c¸c copolyme ghÐp tinh bét. Kh¬i mµo trïng hîp ghÐp gèc tù do. Kh¬i mµo nhê ion Ce(IV). Kh¬i mµo b»ng muèi pesunfat.

Kh¬i mµo b»ng c¸c hÖ oxy ho¸ khö. Kh¬i mµo nhê chiÕu x¹. Polyme siªu hÊp thô n−íc trªn c¬ së copolyme ghÐp tinh bét. øng dông cña polyme siªu hÊp thô n−íc trong n«ng nghiÖp.

¶nh h−ëng cña polyme siªu hÊp thô n−íc tíi tÝnh chÊt ®Êt. ¶nh h−ëng cña polyme siªu hÊp thô n−íc tíi tû lÖ n¶y mÇm. ¶nh h−ëng cña polyme siªu hÊp thô n−íc tíi sù ph¸t triÓn vµ n¨ng suÊt c©y trång. Kh¶ n¨ng ph©n huû sinh häc vµ ®éc tÝnh cña polyme siªu hÊp thô n−íc.

C¸c néi dung hoµn thiÖn c«ng nghÖ. Oxy ho¸ tinh bét s¾n. Néi dung thùc hiÖn. Nguyªn liÖu, ho¸ chÊt.

Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh. X¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt cña s¶n phÈm. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é vµ thêi gian ph¶n øng.

¶nh h−ëng cña pH. ¶nh h−ëng cña tû lÖ tinh bét/pha láng. ¶nh h−ëng cña tû lÖ clo ho¹t ®éng/tinh bét. Mét sè ®Æc tr−ng lý ho¸ cña tinh bét oxy ho¸.

Nghiªn cøu qu¸ tr×nh trïng hîp ghÐp axit acrylic lªn tinh bét. Néi dung thùc hiÖn. Nguyªn liÖu, ho¸ chÊt. Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh.

X¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt cña s¶n phÈm. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn. ¶nh h−ëng cña c¸c hÖ kh¬i mµo. ¶nh h−ëng cña träng l−îng ph©n tö tinh bét.

¶nh h−ëng cña tû lÖ khèi l−îng monome/tinh bét. ¶nh h−ëng cña tû lÖ pha láng/tinh bét. ¶nh h−ëng cña tû lÖ c¸c chÊt kh¬i mµo. ¶nh h−ëng cña kiÓu vinyl monome.

C¸c ®Æc tr−ng lý ho¸ cña s¶n phÈm ghÐp. ChÕ t¹o polyme siªu hÊp thô n−íc. Néi dung thùc hiÖn. Nguyªn liÖu, ho¸ chÊt.

Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh. X¸c ®Þnh tÝnh chÊt cña s¶n phÈm. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn. ¶nh h−ëng cña kiÓu chÊt kh¬i mµo vµ nhiÖt ®é ph¶n øng.

¶nh h−ëng cña hµm l−îng chÊt kh¬i mµo. ¶nh h−ëng cña l−îng chÊt. ¶nh h−ëng cña hµm l−îng chÊt t¹o l−íi. ¶nh h−ëng cña träng l−îng ph©n tö tinh bét.

¶nh h−ëng cña hµm l−îng tinh bét. ¶nh h−ëng cña møc ®é trung hoµ. ¶nh h−ëng cña t¸c nh©n trung hoµ. ¶nh h−ëng cña kiÓu monome.

¶nh h−ëng cña tû lÖ acrylic/acrylamit. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é vµ thêi gian sÊy. ¶nh h−ëng cña kÝch th−íc h¹t ®Õn qu¸ tr×nh hÊp thô. X©y dùng quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o polyme siªu hÊp thô n−íc c«ng suÊt 100 tÊn/n¨m.

LuËn cø thiÕt kÕ d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt c«ng suÊt 100 tÊn/n¨m. ThiÕt kÕ d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt c«ng suÊt 100tÊn/n¨m. HÖ thèng thiÕt bÞ s¶n xuÊt 50kg s¶n phÈm kh«/mÎ. HÖ thèng thiÕt bÞ c¾t m¹ch tinh bét s¾n.

HÖ thèng thiÕt bÞ t¹o sîi s¶n phÈm tr−íc khi sÊy. HÖ thèng thiÕt bÞ sÊy s¶n phÈm. HÖ thèng thiÕt bÞ nghiÒn vµ sµng s¶n phÈm. HÖ thèng ®ãng gãi s¶n phÈm.

ThuyÕt minh quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt polyme siªu hÊp thô n−íc. H¹ch to¸n kinh tÕ s¶n xuÊt 100kg polyme siªu hÊp thô n−íc. X©y dùng tiªu chuÈn c¬ së ®¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm polyme siªu hÊp thô n−íc. Ph©n tÝch tµi chÝnh cña Dù ¸n.

KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm, triÓn khai øng dông. KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm polyme siªu hÊp thô n−íc. øng dông polyme siªu hÊp thô n−íc ®Ó gi÷ Èm vµ c¶i t¹o ®Êt. Thö nghiÖm cho c©y b«ng ë §ång Nai.

Thö nghiÖm cho c©y chÌ ë H¶i Hµ- Qu¶ng Ninh. Thö nghiÖm cho mét sè c©y rau, hoa mµu vµ d−îc liÖu t¹i miÒn §«ng Nam Bé vµ T©y Nguyªn. Thö nghiÖm cho c©y cá s÷a ë Thanh Ba- Phó Thä. Thö nghiÖm cho c©y nho ë B×nh ThuËn.

Thö nghiÖm cho c©y cµ phª ë §¾c N«ng. Thö nghiÖm trång c©y phôc håi b·i th¶i. Thö nghiÖm ®Ó −¬m c©y trång rõng. Thö nghiÖm ®Ó trång rau s¹ch.

X©y dùng tiªu chuÈn c¬ së vÒ quy tr×nh sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 cho mét sè ®èi t−îng c©y trång. Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång b«ng. Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång chÌ. Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång cµ phª.

Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång, ch¨m sãc vµ thu ho¹ch døa. Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång c¶i ngät. Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång c©y c¶nh trong chËu. Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång c¶i b¾p.

Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång bÝ xanh. Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång c©y c¶i t¹o vµ phñ xanh b·i th¶i. Quy tr×nh kü thuËt sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc AMS-1 ®Ó trång nho. Mét sè kÕt qu¶ kh¸c cña Dù ¸n.

KÕt qu¶ ho¹t ®éng s¶n xuÊt vµ kinh doanh. Nh÷ng c«ng tr×nh khoa häc ®· ®−îc c«ng bè. Mét sè h×nh ¶nh vÒ ho¹t ®éng s¶n xuÊt, qu¶ng b¸ vµ giíi thiÖu s¶n phÈm. 166 Tµi liÖu tham kh¶o.

Mét sè hîp ®ång cung cÊp s¶n phÈm cho c¸c ®¬n vÞ. 177 Tãm t¾t Dù ¸n SXTN cÊp Nhµ n−íc “Hoµn thiÖn c«ng nghÖ s¶n xuÊt vËt liÖu polyme siªu hÊp thô n−íc vµ øng dông chóng ®Ó gi÷ Èm vµ c¶i t¹o ®Êt”, m· sè KC02.DA01/06-10 thuéc Ch−¬ng tr×nh KH&CN träng ®iÓm vÒ Nghiªn cøu, ph¸t triÓn vµ øng dông c«ng nghÖ vËt liÖu ®−îc thùc hiÖn trong thêi gian 24 th¸ng (tõ th¸ng 11/2006 ®Õn th¸ng 11/2008). C¸c néi dung chÝnh cña Dù ¸n lµ hoµn thiÖn vµ x©y dùng quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt polyme siªu hÊp thô n−íc c«ng suÊt 100tÊn/n¨m; s¶n xuÊt thö s¶n phÈm phôc vô thö nghiÖm vµ th−¬ng m¹i ho¸; x©y dùng quy tr×nh sö dông s¶n phÈm cho c¸c ®èi t−îng c©y trång vµ vïng ®Êt kh¸c nhau. Nhãm nghiªn cøu ®· tiÕn hµnh hoµn thiÖn quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt polyme siªu hÊp thô n−íc gåm c¸c c«ng ®o¹n: oxy ho¸ tinh bét s¾n, hå ho¸ tinh bét, trïng hîp ghÐp axit acrylic lªn tinh bét, trïng hîp ghÐp cã mÆt chÊt t¹o l−íi, t¹o sîi vµ sÊy, nghiÒn sµng vµ ph©n lo¹i s¶n phÈm.tõ ®ã ®· x©y dùng ®−îc c«ng nghÖ s¶n xuÊt polyme siªu hÊp thô n−íc víi c«ng suÊt vµ chÊt l−îng ®¹t tiªu chuÈn ®¨ng ký.

Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, Dù ¸n ®· s¶n xuÊt ®−îc 75 tÊn s¶n phÈm vµ cung cÊp mét khèi l−îng lín ra thÞ tr−êng. Nhãm nghiªn cøu ®· tiÕp tôc phèi hîp víi c¸c ®Þa ph−¬ng vµ c¬ quan chøc n¨ng tiÕn hµnh øng dông polyme siªu hÊp thô n−íc trªn quy m« lín ®Ó gi÷ Èm vµ c¶i t¹o ®Êt. S¶n phÈm polyme siªu hÊp thô n−íc víi tªn th−¬ng m¹i lµ AMS-1 ®· ®−îc ®¨ng ký chÊt l−îng t¹i Së NN&PTNT Hµ Néi. Nhãm nghiªn cøu còng ®· biªn so¹n vµ c«ng bè 11 Tiªu chuÈn c¬ së (TCCS) vÒ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm vµ c¸c quy tr×nh kü thuËt h−íng dÉn sö dông s¶n phÈm cho c¸c ®èi t−îng c©y trång kh¸c nhau.

Ngoµi c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ triÓn khai c«ng nghÖ, s¶n xuÊt kinh doanh kÓ trªn, Dù ¸n còng tham gia ®µo t¹o ®¹i häc vµ Sau ®¹i häc, c«ng bè 7 c«ng tr×nh khoa häc, tham gia c¸c ho¹t ®éng triÓn l·m, qu¶ng b¸ s¶n phÈm vµ xóc tiÕn th−¬ng m¹i. C¸c kÕt qu¶ cô thÓ cña Dù ¸n sÏ ®−îc tr×nh bµy trong B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt, B¸o c¸o tãm t¾t vµ c¸c b¸o c¸o kh¸c. më ®Çu Trong n«ng nghiÖp, n−íc vµ ph©n bãn lµ hai yÕu tè v« cïng quan träng quyÕt ®Þnh ®Õn n¨ng suÊt, chÊt l−îng n«ng s¶n vµ ®é ph× nhiªu cña ®Êt. Bëi vËy, tõ l©u con ng−êi ®· chó ý ®Õn viÖc t−íi tiªu vµ bãn ph©n cho c©y trång, ®Æc biÖt lµ c¸c biÖn ph¸p cung cÊp n−íc thuËn tiÖn, hiÖu qu¶ vµ kinh tÕ.

ViÖt Nam lµ mét n−íc n«ng nghiÖp cã tr×nh ®é ph¸t triÓn ch−a cao, n¨ng suÊt, chÊt l−îng n«ng s¶n vÉn cßn phô thuéc nhiÒu vµo yÕu tè thêi tiÕt. N»m trong vµnh ®ai nhiÖt ®íi B¾c b¸n cÇu víi l−îng m−a trung b×nh n¨m t−¬ng ®èi cao, tõ 1500-2000mm nh−ng h¹n h¸n vÉn th−êng xuyªn x¶y ra ë mét sè n¬i, g©y thiÖt h¹i nÆng nÒ cho s¶n xuÊt n«ng nghiÖp. V× vËy, viÖc t×m ra mét biÖn ph¸p gi÷ Èm, chèng h¹n hiÖu qu¶ trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp vÉn ®ang lµ mét vÊn ®Ò cÊp b¸ch. XuÊt ph¸t tõ thùc tÕ ®ã, n¨m 2001, ViÖn Ho¸ häc ®· ®−îc giao chñ tr× thùc hiÖn ®Ò tµi “Nghiªn cøu chÕ t¹o vµ øng dông vËt liÖu polyme siªu hÊp thô n−íc” thuéc Ch−¬ng tr×nh Khoa häc C«ng nghÖ träng ®iÓm cÊp Nhµ n−íc, m· sè KC02.

KÕt thóc ®Ò tµi, chóng t«i ®· chÕ t¹o thµnh c«ng polyme siªu hÊp thô n−íc trªn c¬ së tinh bét s¾n biÕn tÝnh, x©y dùng ®−îc d©y chuyÒn c«ng nghÖ chÕ t¹o polyme nµy ë quy m« pilot c«ng suÊt 100kg/ngµy. S¶n phÈm ®· ®−îc thö nghiÖm cho nhiÒu lo¹i c©y trång t¹i nhiÒu ®Þa ph−¬ng vµ trªn nhiÒu lo¹i ®Êt kh¸c nhau. C¸c kÕt qu¶ ®Òu cho thÊy ®©y lµ mét lo¹i vËt liÖu míi th©n thiÖn m«i tr−êng, cã kh¶ n¨ng gi÷ Èm, c¶i t¹o ®Êt vµ n©ng cao n¨ng suÊt c©y trång. Kh«ng nh÷ng ®−îc sö dông hiÖu qu¶ trong n«ng nghiÖp, polyme siªu hÊp thô n−íc cßn cã nhiÒu c«ng dông kh¸c trong ®êi sèng nh− trang trÝ, c¾m hoa t−¬i, trång c©y c¶nh.

Víi nh÷ng kÕt qu¶ ®¹t ®−îc vµ xuÊt ph¸t tõ nhu cÇu thùc tÕ, ViÖn Ho¸ häc tiÕp tôc ®−îc Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ giao chñ tr× thùc hiÖn Dù ¸n s¶n xuÊt thö nghiÖm cÊp Nhµ n−íc, m· sè KC02.DA01/06-10 “Hoµn thiÖn c«ng nghÖ s¶n xuÊt vËt liÖu polyme siªu hÊp thô n−íc vµ øng dông chóng ®Ó gi÷ Èm vµ c¶i t¹o ®Êt”. 1 Môc tiªu cña Dù ¸n: - Hoµn thiÖn d©y chuyÒn c«ng nghÖ hiÖn cã, x©y dùng quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt polyme siªu hÊp thô n−íc c«ng suÊt 100tÊn/n¨m ho¹t ®éng æn ®Þnh nh»m t¹o ra s¶n phÈm cã chÊt l−îng cao h¬n, gi¸ thµnh hîp lý, phï hîp víi ®iÒu kiÖn ViÖt Nam. - S¶n xuÊt thö s¶n phÈm polyme siªu hÊp thô n−íc, cung cÊp s¶n phÈm cho c¸c ®¬n vÞ cã nhu cÇu. - TiÕp tôc thö nghiÖm vµ ®Ò xuÊt quy tr×nh sö dông polyme siªu hÊp thô n−íc cho c¸c lo¹i c©y, trªn c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau.