I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo hydrogel từ hạt bơ Booth Việt Nam, một phế phẩm nông nghiệp, để ứng dụng làm vật liệu mang phân bón giải phóng chậm. Mục tiêu chính là tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, giảm thiểu chất thải nông nghiệp và phát triển vật liệu thân thiện với môi trường. Hydrogel được chọn vì khả năng hấp thụ và giải phóng nước, chất dinh dưỡng một cách có kiểm soát, phù hợp với nhu cầu của nông nghiệp bền vững.
1.1. Ý nghĩa thực tiễn
Việc sử dụng hạt bơ Booth làm nguyên liệu không chỉ giúp tận dụng phế phẩm nông nghiệp mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hydrogel từ tinh bột hạt bơ có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong hệ thống phân bón giải phóng chậm, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
1.2. Mục tiêu cụ thể
Nghiên cứu bao gồm các bước: chiết xuất tinh bột từ hạt bơ Booth, biến tính tinh bột để tạo hydrogel, và đánh giá khả năng hấp thụ và giải phóng phân bón của vật liệu. Kết quả mong đợi là một loại vật liệu có tính ứng dụng cao trong nông nghiệp, đặc biệt là trong việc quản lý phân bón hiệu quả.
II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về tính chất vật lý và hóa học của tinh bột và hydrogel. Các phương pháp chính bao gồm chiết xuất tinh bột bằng phương pháp ngâm lắng đọng, biến tính tinh bột bằng quá trình oxy hóa và tạo liên kết ngang bằng axit itaconic. Các phương pháp phân tích như SEM, FT-IR, XRD, TGA và DSC được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất của vật liệu.
2.1. Chiết xuất tinh bột
Quy trình chiết xuất tinh bột từ hạt bơ Booth bao gồm các bước: làm sạch, nghiền, ngâm và lắng đọng. Hiệu suất chiết xuất đạt từ 4-6%, với các hạt tinh bột có kích thước từ 10-20 μm. Kết quả SEM cho thấy cấu trúc hạt đa dạng, đặc trưng bởi lỗ Hilum.
2.2. Chế tạo hydrogel
Tinh bột được biến tính bằng quá trình oxy hóa với KMnO4/NaHSO4 và tạo liên kết ngang bằng axit itaconic. Kết quả cho thấy hydrogel có cấu trúc bề mặt sần sùi, độ kết tinh giảm từ 12-20% xuống còn 3-6%. Phổ FTIR xác nhận sự hình thành liên kết ngang trong vật liệu.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy hydrogel từ tinh bột hạt bơ Booth có khả năng hấp thụ và giải phóng phân bón như KNO3 và (NH4)2SO4 một cách hiệu quả. Mẫu H-2 với nồng độ axit itaconic tối ưu cho thấy khả năng trương nở và hấp thụ nước tốt nhất. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong hệ thống phân bón giải phóng chậm.
3.1. Đánh giá tính chất vật liệu
Các phân tích SEM, XRD và FTIR cho thấy hydrogel có cấu trúc tinh thể loại V, với độ kết tinh thấp hơn so với tinh bột ban đầu. Kết quả TGA và DSC xác nhận độ ổn định nhiệt của vật liệu, phù hợp với điều kiện sử dụng trong nông nghiệp.
3.2. Khả năng ứng dụng
Vật liệu hydrogel từ hạt bơ Booth có tiềm năng ứng dụng cao trong nông nghiệp thông minh, đặc biệt là trong việc quản lý phân bón hiệu quả và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp trong sản xuất vật liệu bền vững.
IV. Kết luận và kiến nghị
Nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo hydrogel từ hạt bơ Booth Việt Nam, ứng dụng làm vật liệu mang phân bón giải phóng chậm. Kết quả cho thấy vật liệu có tính ứng dụng cao trong nông nghiệp, đặc biệt là trong việc quản lý phân bón hiệu quả và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng của vật liệu.
4.1. Kết luận
Nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng của hydrogel từ hạt bơ Booth trong việc ứng dụng làm vật liệu mang phân bón giải phóng chậm. Vật liệu có khả năng hấp thụ và giải phóng phân bón một cách có kiểm soát, phù hợp với nhu cầu của nông nghiệp bền vững.
4.2. Kiến nghị
Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của hydrogel trong các lĩnh vực khác như y tế và môi trường. Đồng thời, cần đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường của việc sử dụng vật liệu này trong thực tế.
