Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật hóa học nghiên cứu chế tạo màng cho phân npk trên cơ sở gel silicaphosphate đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật hóa học

Đồ án kỹ thuật nghiên cứu tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật hóa học nghiên cứu chế tạo màng cho phân npk trên cơ sở gel, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh

• Tác giả: Phạm Đình Gia Bảo
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Vinh Tiến
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo màng cho phân NPK trên cơ sở gel Silica – Phosphate
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về phân bón
• 1.1.1. Khái niệm về phân bón
• 1.1.2. Phân loại phân bón
• 1.1.2.1. Phân loại theo nguồn gốc
• 1.1.2.2. Phân loại theo thành phần
• 1.1.2.3. Phân loại theo chức năng
• 1.1.3. Các nguyên tố dinh dưỡng trong phân bón
• 1.1.3.1. Dinh dưỡng đa lượng
• 1.1.3.2. Dinh dưỡng trung lượng
• 1.1.3.3. Dinh dưỡng vi lượng
• 1.2. Giới thiệu phân bón nhả chậm
• 1.2.1. Khái niệm về phân bón nhả chậm
• 1.2.2. Phân loại các loại phân bón nhả chậm
• 1.2.3. Ưu và nhược điểm của phân bón nhả chậm
• 1.2.4. Cơ chế của phân bón nhả chậm
• 1.3. Một số thông tin về nguyên liệu được sử dụng
• 1.3.1. Thủy tinh lỏng
• 1.3.2. Phân lân nung chảy
• 1.4. Tình hình nghiên cứu lớp phủ cho phân nhả chậm
• 1.4.1. Một số nghiên cứu trên thế giới
• 1.4.2. Các nghiên cứu trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất
• 2.2. Dụng cụ, thiết bị sử dụng
• 2.3. Quy trình thực hiện
• 2.3.1. Khảo sát hỗn hợp acid thủy phân phân lân nung chảy đến hàm lượng P sau phản ứng
• 2.3.2. Nghiên cứu thử nghiệm kết hợp phối trộn gel silica – phosphate
• 2.4. Một số phương pháp đo đạc phân tích
• 2.4.1. Quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
• 2.4.2. Quy trình thí nghiệm đo giải phóng Phosphorus trong nước
• 2.4.3. Quy trình thí nghiệm đo hàm lượng N-NH4+ trong nước
• 2.4.4. Quy trình thí nghiệm đo hàm lượng N-Urea trong nước
• 2.4.5. Khảo sát khả năng hút ẩm của phân NPK không bọc vỏ và được bọc vỏ
• 2.4.6. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.7. Đánh giá mô hình động học giải phóng dinh dưỡng trong nước
• 2.5. Theo dõi sự phát triển của cải bẹ xanh
• 2.5.1. Đất và hạt giống sử dụng
• 2.5.2. Quy trình gieo hạt, tưới tiêu và theo dõi phát triển cải bẹ xanh
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân phân lân nung chảy đến hàm lượng P thu được
• 3.2. Kết quả phân chỉ bọc gel Silica – Phosphate
• 3.3. Kết quả kết hợp gel Silica – Phosphate với PVA và Silicone dầu
• 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVA
• 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng H3PO4 thô
• 3.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng dầu silicone
• 3.3.4. Kết quả giải phóng trong nước của công thức gel tối ưu
• 3.3.5. Đánh giá mô hình động học giải phóng dinh dưỡng
• 3.3.6. Đánh giá mức độ hấp thụ nước của viên phân
• 3.4. Kết quả SEM hình thái của viên phân
• 3.5. Theo dõi sự phát triển của cải bẹ xanh
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào chế tạo màng phân NPK từ gel silicaphosphate, một hướng đi mới trong lĩnh vực công nghệ hóa học. Mục tiêu chính là tạo ra lớp màng bao bọc viên phân NPK (16-16-8) nhằm kiểm soát tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng, giảm thiểu thất thoát và tăng hiệu quả sử dụng. Gel silicaphosphate được tạo thành từ thủy tinh lỏng và dịch hòa tan phân lân nung chảy, kết hợp với các chất phụ gia như PVA, dầu silicone và chất nhũ hóa Tween 80. Đây là một nghiên cứu tiên phong trong việc ứng dụng gel silicaphosphate vào sản xuất phân bón nhả chậm, mang lại tiềm năng lớn cho nông nghiệp bền vững.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tìm ra công thức tối ưu để chế tạo màng phân NPK từ gel silicaphosphate, giúp kiểm soát tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng và giảm khả năng hút ẩm của phân bón. Công thức gel 20% PVA, 5% H3PO4, 60% dầu silicone và Tween 80 đã được thử nghiệm, cho kết quả giảm 60% lượng P và 40% lượng N giải phóng sau 6 giờ ngâm trong nước. Đồng thời, lớp màng cũng giúp giảm khả năng hút ẩm của phân bón hơn 3 lần so với phân không bọc.

1.2. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Việc ứng dụng gel silicaphosphate trong chế tạo màng phân NPK không chỉ giúp tăng năng suất cây trồng mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm để chế tạo màng phân NPK từ gel silicaphosphate. Quy trình bao gồm việc phối trộn thủy tinh lỏng, dịch hòa tan phân lân nung chảy, PVA, dầu silicone và chất nhũ hóa Tween 80. Các thí nghiệm được tiến hành để đánh giá hiệu quả của lớp màng trong việc kiểm soát giải phóng chất dinh dưỡng và khả năng chống hút ẩm. Kết quả được phân tích bằng các phương pháp đo đạc như quang phổ hấp thụ UV-Vis và kính hiển vi điện tử quét (SEM).

2.1. Nguyên liệu và thiết bị

Nguyên liệu chính bao gồm thủy tinh lỏng, dịch hòa tan phân lân nung chảy, PVA, dầu silicone và Tween 80. Các thiết bị sử dụng gồm máy quang phổ UV-Vis, kính hiển vi điện tử quét (SEM) và các dụng cụ phòng thí nghiệm tiêu chuẩn.

2.2. Quy trình thực hiện

Quy trình bắt đầu với việc phối trộn các nguyên liệu để tạo thành gel silicaphosphate. Sau đó, lớp gel được phủ lên viên phân NPK và đánh giá hiệu quả thông qua các thí nghiệm ngâm nước và đo khả năng hút ẩm. Kết quả được so sánh với phân NPK không bọc để đánh giá hiệu quả của lớp màng.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy lớp màng từ gel silicaphosphate giúp giảm đáng kể lượng P và N giải phóng, đồng thời cải thiện khả năng chống hút ẩm của phân bón. Cụ thể, lượng P giải phóng giảm 60% và lượng N giảm 40% sau 6 giờ ngâm trong nước. Khả năng hút ẩm của phân bón cũng giảm hơn 3 lần so với phân không bọc. Ngoài ra, thử nghiệm trên cây cải bẹ xanh cho thấy chiều cao cây và chiều dài lá trung bình tăng lần lượt 1,50 và 1,70 lần sau 40 ngày so với cây bón phân NPK không bọc.

3.1. Hiệu quả kiểm soát giải phóng chất dinh dưỡng

Lớp màng từ gel silicaphosphate đã chứng minh hiệu quả trong việc kiểm soát giải phóng chất dinh dưỡng, giảm thiểu thất thoát và tăng hiệu quả sử dụng phân bón.

3.2. Khả năng chống hút ẩm

Lớp màng giúp cải thiện đáng kể khả năng chống hút ẩm của phân bón, giảm hơn 3 lần so với phân không bọc, đảm bảo chất lượng phân bón trong điều kiện môi trường ẩm ướt.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo màng phân NPK từ gel silicaphosphate, mang lại hiệu quả cao trong việc kiểm soát giải phóng chất dinh dưỡng và cải thiện khả năng chống hút ẩm. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ hóa học vào sản xuất phân bón nhả chậm, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa công thức và mở rộng ứng dụng trong thực tế.

4.1. Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của gel silicaphosphate trong việc chế tạo màng phân NPK, mang lại lợi ích thiết thực cho ngành nông nghiệp.

4.2. Kiến nghị

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa công thức và mở rộng ứng dụng của màng phân NPK từ gel silicaphosphate trong thực tế sản xuất và sử dụng phân bón.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành nông nghiệp giữ vai trò thiết yếu trong việc bảo đảm an ninh lương thực quốc gia và đóng góp nguồn ngoại tệ lớn cho Việt Nam. Trước sức ép gia tăng dân số toàn cầu (dự báo tăng từ 7 tỷ người năm 2014 lên xấp xỉ 9,5 tỷ người vào năm 2050), nhu cầu lương thực ngày càng gia tăng trong khi diện tích đất canh tác bị thu hẹp bởi quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và suy thoái đất. Để đáp ứng sản lượng, hoạt động thâm canh sử dụng phân bón hóa học tăng mạnh. Thống kê tại Việt Nam cho thấy lượng phân bón tiêu thụ đạt khoảng trên 10,5 triệu tấn/năm, trong đó phân bón vô cơ chiếm khoảng 7,6 triệu tấn. Ba nguyên tố dinh dưỡng khoáng đa lượng đóng vai trò cốt lõi trong phân bón vô cơ gồm Đạm (Nitrogen - N), Lân (Phosphorus - P) và Kali (Potassium - K).

Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng phân bón bón trực tiếp hiện nay còn thấp; thực vật chỉ hấp thu được khoảng 30–40% lượng dinh dưỡng được cung cấp. Lượng phân bón dư thừa (60–70%) bị thất thoát vào môi trường thông qua cơ chế rửa trôi, bay hơi amoni hoặc phân hủy, gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước ngọt, axit hóa đất và ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đồng thời, canh tác nông nghiệp còn làm phát sinh khí nhà kính; theo kiểm kê năm 2010 tại Việt Nam, riêng hoạt động canh tác lúa đã chiếm 57,5% lượng phát thải của ngành nông nghiệp (tương đương 26,1% tổng phát thải quốc gia, xấp xỉ 1,78 triệu tấn methane). Ngoài ra, dư lượng phân bón vô cơ còn tiềm ẩn nguy cơ tích tụ các kim loại nặng độc hại (As, Pb, Hg, Cd) trong đất và nông sản.

Phân bón nhả chậm (Slow Release Fertilizer - SRF) là giải pháp giúp kìm hãm tốc độ tan của dưỡng chất để phù hợp với nhu cầu hấp thu theo chu kỳ của cây trồng. Tuy nhiên, các lớp phủ polymer tổng hợp truyền thống (như polyurethane, polyolefin, polystyrene) không có khả năng phân hủy sinh học và gây ô nhiễm môi trường đất. Do đó, xu hướng nghiên cứu hiện nay tập trung vào các vật liệu thân thiện với môi trường, có chi phí thấp. Khóa luận đặt vấn đề chế tạo màng phủ cho phân NPK trên cơ sở gel Silica – Phosphate kết hợp phụ gia hữu cơ sinh học và chất kỵ nước nhằm giải quyết bài toán kiểm soát giải phóng dinh dưỡng và chống hút ẩm cho hạt phân.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

1. Khảo sát ảnh hưởng của hệ acid và thời gian phản ứng thủy phân phân lân nung chảy nhằm thu hồi dịch chứa P hữu hiệu (H3PO4 thô).
2. Nghiên cứu công thức phối trộn tạo màng phủ trên cơ sở gel silica – phosphate (kết hợp thủy tinh lỏng và dịch thủy phân lân nung chảy) gia cường bằng Polyvinyl Alcohol (PVA), dầu silicone và chất nhũ hóa Tween 80.
3. Chế tạo thử nghiệm phân NPK 16-16-8 bọc màng gel bằng máy vo viên tạo hạt.
4. Đánh giá tính chất của màng phủ thông qua tốc độ giải phóng P và N trong môi trường nước cất, khả năng chống hút ẩm, phân tích hình thái bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và đánh giá động học giải phóng.
5. Thử nghiệm đánh giá hiệu quả sinh trưởng thực tế của sản phẩm phân bón đối với cây cải bẹ xanh (Brassica juncea).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hạt phân bón NPK 16-16-8 thương phẩm; phân lân nung chảy Văn Điển (hàm lượng P2O5 từ 15–20%); thủy tinh lỏng (dung dịch Na2SiO3 khoảng 35%); các hóa chất tạo màng và phụ gia (PVA, dầu silicone 99%, Tween 80, bột than).
• Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát quá trình tổng hợp gel và đánh giá giải phóng dinh dưỡng ở quy mô phòng thí nghiệm; thời gian ngâm chiết dinh dưỡng trong nước cất; thử nghiệm sinh trưởng trên giống cải bẹ xanh Mai Vàng trong chậu đất ở thời gian 40 ngày tại Thành phố Hồ Chí Minh. Thời gian hoàn thành khóa luận là tháng 8/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài dựa trên các khái niệm và tiêu chuẩn kỹ thuật về phân bón nhả chậm:

• Tiêu chuẩn phân bón nhả chậm của Ủy ban Tiêu chuẩn Châu Âu (CEN 2001): Quy định SRF phải đảm bảo lượng dưỡng chất giải phóng không quá 15% trong 24 giờ đầu, không quá 75% trong 28 ngày và đạt tối thiểu 75% tại thời gian quy định.
• Cơ chế giải phóng dinh dưỡng của phân có lớp phủ: Áp dụng mô hình khuếch tán đa giai đoạn của Shaviv, Mikkelsen và Liu. Quá trình gồm ba giai đoạn liên tiếp: (1) Nước thẩm thấu qua các vi lỗ của màng vào lõi viên phân; (2) Hòa tan các muối dinh dưỡng làm gia tăng áp suất thẩm thấu nội tại; (3) Dinh dưỡng khuếch tán ra ngoài môi trường do chênh lệch nồng độ hoặc thoát ra nhanh nếu màng bị nứt vỡ do áp suất vượt quá độ bền cơ học của vỏ.
• Đặc tính vật liệu tạo màng:
  • Thủy tinh lỏng (dung dịch sodium silicate mNa2O.nSiO2): Nguồn cung cấp Si, có độ nhớt cao, đóng vai trò tạo khung mạng vô cơ kết dính.
  • Phân lân nung chảy: Thành phần giàu phospho khó tan trong nước nhưng tan trong dung dịch acid, được sử dụng làm nguồn điều chế dung dịch muối phosphate (H3PO4 thô).
  • Polyvinyl alcohol (PVA): Polymer tan trong nước, có khả năng phân hủy sinh học, bám dính tốt và có độ bền kéo cao nhờ mạng liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl (-OH).
  • Dầu silicone (organosiloxane): Hợp chất polymer kỵ nước, bền nhiệt và ổn định với thời tiết, được dùng để ngăn cản sự xâm nhập sớm của các phân tử nước vào lõi phân.
  • Tween 80: Chất hoạt động bề mặt không ion đóng vai trò chất nhũ hóa giúp phân tán pha dầu silicone vào dung dịch keo PVA/silica-phosphate.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đã triển khai:

• Phương pháp thủy phân hóa học: Hòa tan 10 g phân lân nung chảy trong 100 mL hỗn hợp acid vô cơ (gồm các hệ: H2SO4 1M kết hợp HCl 1M tỷ lệ 2:1; H2SO4 1M kết hợp HNO3 1M tỷ lệ 2:1; H2SO4 1M kết hợp HCl 1M và HNO3 1M tỷ lệ 1:1:1) ở tốc độ khuấy 300 vòng/phút trong thời gian 24 giờ.
• Kỹ thuật tạo màng và bao bọc hạt: Hòa tan PVA ở 80 °C; phối trộn dịch thủy phân phosphate với thủy tinh lỏng để tạo gel silica-phosphate; nhũ hóa dầu silicone bằng Tween 80; phối trộn hệ gel tổng hợp và phun phủ gián đoạn 5 chu kỳ lên 5 kg hạt NPK 16-16-8 trên máy vo viên, sử dụng bột than kích thước vài micromet làm tác nhân chống kết dính giữa các hạt.
• Phương pháp trắc quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (sử dụng máy Hitachi UH5300):
  • Định lượng Phosphorus (P2O5): Dựa trên phản ứng tạo phức dị đa acid phosphomolybdate màu vàng giữa ion phosphate với ammonium molybdate trong môi trường H2SO4, sau đó khử bằng ascorbic acid tạo phức xanh molybdenum đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 831 nm.
  • Định lượng Đạm amoni (N-NH4+): Phản ứng Berthelot tạo hợp chất indophenol màu xanh lam trong môi trường kiềm (có xúc tác K4[Fe(CN)6] và chất oxy hóa NaClO), đo tại bước sóng 630 nm.
  • Định lượng Đạm urea (N-Urea): Phản ứng ngưng tụ giữa urea và thuốc thử p-dimethylaminobenzaldehyde trong môi trường acid tạo phức màu vàng đo tại bước sóng 420 nm.
• Phương pháp phân tích hình thái vi cấu trúc: Kính hiển vi điện tử quét SEM (thiết bị Hitachi TM4000) chụp ảnh bề mặt và mặt cắt ngang của viên phân chưa bọc màng, phân bọc gel silica-phosphate đơn thuần và phân bọc màng gel tối ưu.
• Phương pháp khảo sát độ hút ẩm: Ủ 2,00 g phân trong bình kín chứa dung dịch NaCl bão hòa (độ ẩm tương đối ~75% RH) và xác định độ tăng khối lượng sau 6, 12, 24 giờ.
• Đánh giá động học giải phóng: Xử lý số liệu giải phóng dưỡng chất theo 4 mô hình động học: Bậc 0 (Zero-order), Bậc 1 (First-order), Higuchi và Korsmeyer–Peppas.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm sinh học: Trồng cải bẹ xanh Mai Vàng trong chậu đất đối chứng (NPK không bọc so với NPK bọc gel tối ưu), theo dõi các chỉ tiêu nông học (chiều cao cây, chiều dài lá) tại các mốc thời gian 7, 14 và 40 ngày.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu hoàn toàn xuất phát từ số liệu đo phổ thực nghiệm, ảnh chụp SEM và số liệu đo đạc kích thước thực vật ghi nhận trực tiếp tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh và Viện Ứng dụng Công nghệ Chi nhánh TP. Hồ Chí Minh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về phân bón và phân bón nhả chậm, phân tích các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng (N, P, K), trung lượng (Ca, Mg, S, Si) và vi lượng (Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo) cùng vai trò nông học của từng nguyên tố. Chương này trình bày số liệu thống kê về sản lượng tiêu thụ phân bón tại Việt Nam (hơn 10,5 triệu tấn/năm), mức độ hấp thu thấp (chỉ 30–40%) và các tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên như rửa trôi gây phú dưỡng, phát thải 1,78 triệu tấn methane từ trồng lúa (năm 2010), axit hóa đất và nguy cơ tích tụ kim loại nặng (As, Pb, Hg, Cd).

Về mặt công nghệ màng phủ, chương 1 phân loại 5 nhóm phân bón nhả chậm chính:

• Phân tổng hợp hóa học (UF, IBDU, MDU, DMTU...).
• Phân tải vào chất mang cấu trúc xốp hoặc cấu trúc lớp (zeolite, than sinh học, LDHs, bentonite).
• Phân phủ bằng vật liệu không phân hủy sinh học (polyethylene, polystyrene, polysulfone).
• Phân phủ bằng polymer phân hủy sinh học (PVA, tinh bột, cellulose, chitosan).
• Phân bón nhả chậm dựa trên hydrogel polymer siêu thấm (SAP).

Tác giả tổng hợp các công trình quốc tế tiêu biểu như nghiên cứu của Dongquin Cai và cộng sự (phủ rơm ngô, tinh bột biến tính và dầu amino silicone giải phóng 80% urea sau 75 ngày), Gunaratnam Abhiram (phủ polyester/than non), Barbosa và cộng sự (than sinh học kết hợp H3PO4/MgO), Chao Zhao và cộng sự (lớp phủ than sinh học kết hợp PVA/nano-SiO2/tinh bột giảm rửa trôi N từ 20,45% đến 34,19%). Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Nguyễn Đoàn Tùng (khoáng sét kết hợp tinh bột biến tính), Trần Quốc Toàn (bọc PVA và bentonite giải phóng 80% urea sau 35 ngày trong đất) và Lê Thị Minh Lương (NPK bọc lưu huỳnh và chất nền cao lanh/thạch cao/PVA giải phóng 80% sau 60 ngày) được phân tích để chỉ ra ưu nhược điểm, làm tiền đề cho việc đề xuất hệ màng vô cơ - hữu cơ silica - phosphate.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất, nguồn gốc xuất xứ, thiết bị phân tích và quy trình chế tạo màng:

• Thiết bị chính: Cân phân tích 4 số Precisa, máy khuấy từ Phoenix, máy ly tâm Elma, máy quang phổ UV-Vis Hitachi UH5300, kính hiển vi điện tử quét SEM Hitachi TM4000 và máy vo viên tạo hạt.
• Hóa chất: Sulfuric acid 98%, Chloric acid 36%, Nitric acid 68%, PVA, dầu silicone 99%, thủy tinh lỏng ~35%, phân NPK 16-16-8, phân lân nung chảy Văn Điển (15–20% P2O5), chất nhũ hóa Tween 80 và các thuốc thử phân tích độ tinh khiết phân tích.

Quy trình thực nghiệm được triển khai theo các bước:

1. Thủy phân phân lân nung chảy: Dùng 100 mL hỗn hợp acid tác dụng với 10 g phân lân ở 300 vòng/phút trong 24 giờ. Lấy mẫu tại các mốc 6, 12, 18, 24 giờ để lọc và đo nồng độ P bằng UV-Vis.
2. Quy trình chế tạo gel và bọc phân:
   • Pha dung dịch PVA: Hòa tan 50 g PVA trong 500 mL nước cất ở 80 °C trong 1 giờ, khuấy 400 vòng/phút.
   • Tạo gel silica - phosphate: Phối trộn 300 mL dịch thủy phân phân lân nung chảy (H3PO4 thô) với 150 mL thủy tinh lỏng, khuấy 400 vòng/phút trong 30 phút. Đổ từ từ vào dung dịch PVA và khuấy tiếp 30 phút.
   • Nhũ hóa pha kỵ nước: Khuấy 100 g dầu silicone với 40 g Tween 80 ở 400 vòng/phút trong 30 phút.
   • Trộn hợp phần: Cho pha nhũ hóa vào hỗn hợp PVA/silica-phosphate, khuấy 1 giờ ở 400 vòng/phút để tạo hệ gel đồng nhất.
   • Áo màng: Nạp gel vào bình phun, phun lên 5 kg hạt phân NPK 16-16-8 trong nồi vo viên. Phun 5 lớp gián đoạn; mỗi lớp phun xong để máy quay sấy khô tự nhiên trong 1 giờ trước khi phun lớp tiếp theo. Rắc bột than kích thước micro để chống bết dính hạt.
3. Thiết lập các đường chuẩn trắc quang UV-Vis:
   • Đường chuẩn P2O5 (dãy nồng độ 1, 3, 5, 7, 9 ppm đo ở 831 nm) có độ hấp thụ tương ứng từ 0,0866 đến 1,8362.
   • Đường chuẩn NH4+ (dãy nồng độ 1, 3, 5, 7, 9, 11 ppm đo ở 630 nm) có độ hấp thụ tương ứng từ 0,1165 đến 1,0811.
   • Đường chuẩn Urea (dãy nồng độ 50, 100, 200, 400, 600, 800, 1000 ppm đo ở 420 nm) có độ hấp thụ tương ứng từ 0,0863 đến 1,1043.
4. Thử nghiệm độ hút ẩm và mô hình động học: Đo độ tăng khối lượng của 2,00 g phân trong bình độ ẩm 75% RH (tạo bởi dung dịch NaCl bão hòa) tại 6, 12, 24 giờ. Đánh giá số liệu giải phóng qua các phương trình động học bậc 0, bậc 1, Higuchi và Korsmeyer–Peppas.
5. Thí nghiệm sinh học: Trồng đối chứng hạt giống cải bẹ xanh Mai Vàng trên đất sạch, theo dõi sinh trưởng sau 7, 14 và 40 ngày.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các kết quả đo đạc thực nghiệm và thảo luận cơ chế:

• Ảnh hưởng của thời gian và tác nhân thủy phân phân lân nung chảy: Dịch chiết acid hòa tan lân nung chảy thu được dung dịch H3PO4 thô chứa hàm lượng P tăng dần theo thời gian phản ứng trước khi đạt trạng thái cân bằng.
• Hạn chế của mẫu chỉ bọc gel silica - phosphate đơn thuần: Khi hạt NPK chỉ được bọc bằng hỗn hợp thủy tinh lỏng và dịch phosphate, màng phủ có tính háo nước mạnh và độ bền cơ lý kém. Khi ngâm vào nước khoảng 5 phút, lớp màng bị phá vỡ nhanh chóng, đồng thời không cải thiện được khả năng chống hút ẩm của viên phân.
• Tối ưu hóa thành phần gel phủ kết hợp:
  • Ảnh hưởng của PVA: Đóng vai trò chất kết dính tạo màng liên tục bao phủ hạt; khi tăng tỷ lệ PVA, độ bền cơ học của màng tăng, làm giảm tốc độ khuếch tán P.
  • Ảnh hưởng của H3PO4 thô: Lượng H3PO4 tham gia tạo mạng liên kết chéo vô cơ silica-phosphate; tỷ lệ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến độ đồng nhất của hệ gel.
  • Ảnh hưởng của dầu silicone: Tăng cường tính kỵ nước của màng, tạo rào cản ngăn nước thâm nhập vào mao quản viên phân.
  • Công thức gel tối ưu được xác lập gồm: 20% PVA, 5% H3PO4 thô, 60% dầu silicone phối trộn cùng thủy tinh lỏng và chất nhũ hóa Tween 80.
• Khả năng kiểm soát giải phóng dinh dưỡng: Tại công thức tối ưu, lượng P và N giải phóng trong nước sau 6 giờ ngâm giảm lần lượt là 60% và 40% so với mẫu phân NPK đối chứng không bọc.
• Khả năng chống hút ẩm: Sau 24 giờ ủ trong môi trường độ ẩm 75% RH, phân bọc gel tối ưu có mức độ hút ẩm giảm hơn 3 lần so với mẫu phân không bọc vỏ.
• Đặc trưng vi cấu trúc (ảnh chụp SEM): Hình ảnh SEM mặt ngoài và mặt cắt cho thấy viên phân không bọc có bề mặt gồ ghề, xốp và nhiều khe nứt. Mẫu bọc gel silica-phosphate đơn thuần có màng che phủ nhưng cấu trúc giòn và có vết nứt vỡ. Trong khi đó, mẫu bọc gel tối ưu (kết hợp PVA và dầu silicone) thể hiện lớp màng bao bọc liên tục, đồng nhất, bám dính chặt chẽ lên bề mặt lõi phân và che lấp các vi mao quản.
• Đánh giá động học giải phóng: Quá trình giải phóng P và N được xử lý số liệu theo các mô hình bậc 0, bậc 1, Higuchi và Korsmeyer–Peppas, qua đó xác định hệ số n phản ánh cơ chế khuếch tán dưỡng chất qua lớp màng polymer - vô cơ.
• Thử nghiệm nông học trên cây cải bẹ xanh:
  • Giai đoạn 7 ngày và 14 ngày: Cây bón phân bọc màng sinh trưởng đồng đều; ở ngày 14 ghi nhận hiện tượng lá cây bị sâu vẽ bùa tấn công nhưng cây vẫn duy trì khả năng phát triển.
  • Sau 40 ngày trồng: Chiều cao cây trung bình của nghiệm thức bón phân bọc gel tối ưu đạt gấp 1,50 lần và chiều dài lá trung bình đạt gấp 1,70 lần so với nghiệm thức bón phân NPK không bọc vỏ.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả thực nghiệm định lượng cụ thể:

Chỉ tiêu khảo sát	Mẫu phân NPK không bọc vỏ	Mẫu phân NPK bọc gel tối ưu	Mức độ cải thiện / Hiệu quả
Lượng P giải phóng sau 6h ngâm nước	Chuẩn đối chứng (100%)	Giảm lượng thoát ra	Giảm 60% hàm lượng P giải phóng
Lượng N giải phóng sau 6h ngâm nước	Chuẩn đối chứng (100%)	Giảm lượng thoát ra	Giảm 40% hàm lượng N giải phóng
Độ hút ẩm sau 24h (ở độ ẩm 75% RH)	Tăng khối lượng do hút ẩm mạnh	Hút ẩm thấp	Giảm hút ẩm hơn 3 lần so với không bọc
Chiều cao cải bẹ xanh (sau 40 ngày)	Kích thước đối chứng	Phát triển mạnh	Tăng gấp 1,50 lần so với đối chứng
Chiều dài lá cải bẹ xanh (sau 40 ngày)	Kích thước đối chứng	Tán lá dài và rộng hơn	Tăng gấp 1,70 lần so với đối chứng

Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất:

• Tận dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ sẵn có trong nước gồm thủy tinh lỏng (cung cấp Si) và dịch phân lân nung chảy (cung cấp P) để tạo hệ khung gel silica - phosphate vô cơ, giải quyết bài toán bổ sung đồng thời hai dưỡng chất quan trọng cho cơ chế kháng bệnh của cây trồng.
• Phối trộn hệ gel lai vô cơ - hữu cơ đa cấu tử: Kết hợp gel silica - phosphate với 20% PVA (tạo màng bám dính), 60% dầu silicone (chống thấm kỵ nước) và chất nhũ hóa Tween 80 tạo hệ nhũ tương bền vững phủ hạt.
• Thiết lập quy trình bọc màng gián đoạn 5 chu kỳ trên máy vo viên kết hợp sử dụng bột than vi mô làm tác nhân chống kết dính giữa các hạt phân bón.

Đóng góp của nghiên cứu:

• Về mặt học thuật: Đây là nghiên cứu đầu tiên được công bố về việc ứng dụng hệ gel Silica – Phosphate kết hợp dầu silicone và PVA làm màng bao bọc chế tạo phân bón nhả chậm NPK.
• Về mặt thực tiễn: Đề tài xây dựng được quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh từ khâu điều chế dung dịch tiền chất, nhũ hóa tạo gel, kỹ thuật bọc hạt trên thiết bị tạo hạt vo viên đến các phương pháp trắc quang xác định động học dinh dưỡng và thử nghiệm sinh học trên cây trồng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Thử nghiệm hòa tan và giải phóng dinh dưỡng chỉ được thực hiện trong môi trường tĩnh bằng nước cất ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa đánh giá trong môi trường đất thực tế với các yếu tố biến động phức tạp (pH đất, độ ẩm đất, hệ vi sinh vật và nhiệt độ môi trường).
• Thời gian khảo sát nhả chậm trong nước mới dừng lại ở các mốc thời gian ngắn (sau 6 giờ ngâm đối với dinh dưỡng hòa tan và 24 giờ đối với độ hút ẩm), chưa đánh giá dài ngày theo đúng khung 28 ngày của tiêu chuẩn SRF quốc tế (CEN).
• Thử nghiệm sinh học trên cây trồng mới chỉ dừng lại ở quy mô chậu thí nghiệm đối với một loại rau ngắn ngày là cải bẹ xanh (Brassica juncea) trong thời gian 40 ngày, chưa thử nghiệm trên các loại cây trồng dài ngày hoặc cây lương thực chủ lực (như lúa nước).
• Quy mô tổng hợp mới dừng lại ở mẻ 5 kg trên máy vo viên phòng thí nghiệm; chưa khảo sát đầy đủ chi phí năng lượng của quá trình sấy khô tự nhiên giữa các chu kỳ bọc gián đoạn.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng khảo sát động học giải phóng dinh dưỡng N, P, K thông qua phương pháp rửa trôi qua cột đất (soil column leaching test) ở các điều kiện thổ nhưỡng khác nhau (đất phèn, đất phù sa, đất cát).
• Tối ưu hóa bề dày lớp màng phủ và số chu kỳ phun phủ nhằm kéo dài thời gian nhả chậm đạt chuẩn thương mại.
• Triển khai thử nghiệm đồng ruộng trên diện tích lớn cho các cây trồng có nhu cầu Si và P cao như lúa nước hoặc ngô.
• Nghiên cứu hoàn thiện quy trình sấy và thiết bị vo viên liên tục hướng tới quy mô sản xuất thử nghiệm (pilot).

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo cho:

• Sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Khoa học Vật liệu, Nông học, Thổ nhưỡng và Nông hóa, Công nghệ Môi trường.
• Các kỹ sư công nghệ và nhà phát triển sản phẩm tại các doanh nghiệp sản xuất phân bón vô cơ, phân bón NPK và phân bón chức năng nhả chậm.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu trong văn bản bao gồm:

• Quy trình hòa tan, thủy phân phân lân nung chảy bằng hỗn hợp acid vô cơ để thu hồi dịch H3PO4 thô.
• Quy trình nhũ hóa và phối trộn hệ gel silica - phosphate với PVA và dầu silicone bằng chất hoạt động bề mặt Tween 80.
• Kỹ thuật gia công bọc vỏ hạt phân bón gián đoạn trên máy vo viên đĩa sử dụng bột than chống dính.
• Bộ quy trình xây dựng đường chuẩn và phân tích định lượng trắc quang UV-Vis chi tiết cho 3 dạng dinh dưỡng: Phosphorus (831 nm), Ammonium (630 nm) và Urea (420 nm).
• Phương pháp xử lý và tính toán số liệu giải phóng dưỡng chất theo 4 mô hình động học giải phóng toán học (Zero-order, First-order, Higuchi, Korsmeyer–Peppas).

Câu hỏi thường gặp

Công thức màng gel tối ưu được xác lập trong khóa luận gồm những thành phần nào? Công thức gel tối ưu được tác giả lựa chọn sau các khảo sát thực nghiệm gồm: 20% Polyvinyl Alcohol (PVA), 5% dung dịch H3PO4 thô (thu từ thủy phân phân lân nung chảy), 60% dầu silicone, kết hợp với thủy tinh lỏng (~35% Na2SiO3) và chất nhũ hóa Tween 80.

Tại sao tác giả không sử dụng lớp màng gel silica - phosphate đơn thuần mà phải bổ sung thêm PVA và dầu silicone? Khi chỉ bọc bằng gel silica - phosphate (tạo từ thủy tinh lỏng và dịch phosphate), màng phủ có tính háo nước mạnh và độ bền cơ lý kém. Khi ngâm vào nước khoảng 5 phút, lớp màng này nhanh chóng bị rã và không có khả năng chống hút ẩm. Việc kết hợp PVA giúp tạo màng polymer liên tục tăng độ bám dính và độ bền cơ lý, trong khi dầu silicone (với bản chất kỵ nước) tạo rào cản ngăn cản nước thâm nhập vào các mao quản của hạt phân.

Dung dịch H3PO4 thô được điều chế từ nguyên liệu nào và bằng phản ứng gì? Dung dịch H3PO4 thô được điều chế bằng cách thủy phân 10 g phân lân nung chảy Văn Điển dạng bột (chứa 15–20% P2O5) trong 100 mL hỗn hợp acid vô cơ (gồm H2SO4 kết hợp HCl hoặc HNO3) ở tốc độ khuấy 300 vòng/phút trong 24 giờ, sau đó lọc lấy dịch trong.

Phương pháp quang phổ UV-Vis được dùng để phân tích những chỉ tiêu nào và ở bước sóng bao nhiêu? Phương pháp trắc quang UV-Vis được sử dụng để phân tích 3 chỉ tiêu:

• Phosphorus (dưới dạng phức molybdophosphate khử bởi ascorbic acid) đo tại bước sóng 831 nm.
• Đạm amoni N-NH4+ (theo phản ứng tạo màu indophenol) đo tại bước sóng 630 nm.
• Đạm urea N-Urea (phản ứng tạo phức màu vàng với p-dimethylaminobenzaldehyde) đo tại bước sóng 420 nm.

Giải pháp nào được áp dụng trong quá trình vo viên bọc màng để các viên phân không bị kết dính vào nhau? Trong quá trình phun màng trên máy vo viên, tác giả sử dụng bột than có kích thước hạt từ vài micromet đến vài chục micromet rắc phủ làm tác nhân chống kết dính; đồng thời quy trình áo màng được tiến hành gián đoạn thành 5 chu kỳ, sau mỗi lần phun đều để máy quay duy trì khoảng 1 giờ cho lớp vỏ khô hoàn toàn mới tiếp tục phun lớp tiếp theo.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Đình Gia Bảo đã nghiên cứu và chế tạo thành công lớp màng bao bọc phân NPK 16-16-8 trên cơ sở hệ gel silica – phosphate kết hợp PVA, dầu silicone và Tween 80. Sản phẩm phân nhả chậm với công thức màng tối ưu (20% PVA, 5% H3PO4 thô, 60% dầu silicone) có khả năng làm giảm 60% lượng P và 40% lượng N giải phóng sau 6 giờ ngâm nước, đồng thời giảm độ hút ẩm hơn 3 lần sau 24 giờ ở độ ẩm 75% RH. Thử nghiệm sinh trưởng trong 40 ngày trên cây cải bẹ xanh cho thấy chiều cao cây và chiều dài lá tăng lần lượt 1,50 lần và 1,70 lần so với đối chứng bón phân không bọc màng, khẳng định tính khả thi của quy trình công nghệ chế tạo phân bón nhả chậm từ nguồn nguyên liệu vô cơ - polymer thân thiện với môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về phân bón 1.1 Khái niệm về phân bón Phân bón được hiểu là bất kỳ chất hữu cơ hoặc vô cơ nào có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tổng hợp được thêm vào đất canh tác nhằm bổ sung một hoặc nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng.2 Phân loại phân bón 1.1 Phân loại theo nguồn gốc Phân bón được chia làm 3 nhóm chính là phân bón hữu cơ và phân bón vô cơ (còn gọi là phân khoáng) và phân vi sinh [13]. Nhóm phân bón hữu cơ: có nguồn gốc từ các chất hữu cơ, có chứa cả bã thải hữu cơ như một số loại phân xanh, phân chuồng. Than bùn, xơ dừa là những loại chất cải tạo đất hữu cơ được thêm vào đất và tất cả đều hoạt động tương tự do lượng dinh dưỡng đầu vào hạn chế. Nhóm phân bón vô cơ: có nguồn gốc từ các chất khoáng tự nhiên hoặc các sản phẩm hóa học.

Hầu hết các loại phân bón vô cơ rất giàu các nguyên tố đa lượng nitơ (N), lân (P), kali (K). Ngoài ra, phân bón còn bổ sung các chất dinh dưỡng nhỏ như canxi, lưu huỳnh, magie,. Nhóm phân bón vi sinh: có chứa các vi sinh vật mà khi bón cho cây trồng trên bề mặt hoặc đất có khả năng làm tăng thành phần dinh dưỡng của và hòa tan các ion khoáng, cung cấp chất dinh dưỡng ở dạng thực vật dễ dàng đồng hóa từ đó kích thích thực vật tăng trưởng.2 Phân loại theo thành phần Có thể được chia theo 2 loại: phân đơn và phân kép Phân đơn: là phân bón chỉ chứa một trong ba dinh dưỡng đa lượng như N hoặc P2O5 hữu 1 hiệu hoặc là K2O hữu hiệu. Ví dụ: urea, supe lân,.

Phân kép: là phân bón chứa hai hoặc cả 3 nguyên tố dinh dưỡng khác nhau dưới dạng phức hợp do các phản ứng hóa học tạo ra hoặc có thể do trộn lẫn một vài loại phân gọi là phân hỗn hợp. Ví dụ: phân trộn NPK.3 Phân loại theo chức năng: Phân bón lá: dành cho những cây trồng hấp thu dinh dưỡng qua thân hoặc lá. Phân bón rễ: dành cho những cây trồng hấp thu dinh dưỡng qua rễ bằng cách bón vào đất hoặc hòa tan. Bên cạnh đó, người ta cũng có một số phân loại khác như phân đa lượng, vi lượng,.3 Các nguyên tố dinh dưỡng trong phân bón 1.1 Dinh dưỡng đa lượng Đạm (Nitrogen – N) Đạm thường được bón nhiều cho hầu hết các loại cây với mục tiêu cung cấp nitơ ở dạng dễ sử dụng cho cây trồng.

Đạm là thành phần tạo nên nucleic acid (DNA – Deoxyribonucleic acid và RNA – Ribonucleic acid), protein và chất diệp lục. Cây trồng thiếu đạm sẽ khiến sự sinh trưởng và phát triển của cây sẽ bị hạn chế. Cây trồng hấp thu đạm dưới dạng NH4+ , NO3- và urea. Các loại nguyên liệu cung cấp đạm như phân urea, ammonium sulfate (SA), ammonium chloride (Sal ammoniac), ammonium nitrate.

Lân (Phosphorus – P) Tương tự như đạm, lân cũng rất quan trọng trong sự phát triển của thực vật. Khi lân là thành phần của nhân tế bào, một số hợp chất quan trọng trong cây như lipid, protein, coenzyme, ATP (Adenosine triphosphate). Ngoài ra, lân giúp cho cây tăng khả năng chịu được đất chua, hạn chế ảnh hưởng của việc thừa đạm. Cây sử dụng lân dưới dạng H2PO4- hoặc HPO42-.

Các loại nguyên liệu cung cấp lân phổ biến nhất là phân supe lân đơn, supe lân kép và một số loại phân phức hợp như DAP và MAP. 2 Kali (Potassium – K) Không như đạm và lân, K là nguyên tố đa lượng thứ ba cho thực vật sau N và P. Đóng vai trò rất quan trọng đối với nhiều quá trình sinh hóa bên trong cây như quang hợp và sinh trưởng. Cây sử dụng kali dưới dạng K+ , rễ cây dễ dàng hấp thu Kali hơn các nguyên tố khác.

Nếu cung cấp quá nhiều kali sẽ làm hạn chế sự hấp thu đạm, Ca, Mg,. Các loại nguyên liệu cung cấp kali như KCl, K2SO4.2 Dinh dưỡng trung lượng Canxi (Calcium – Ca) Canxi giữ vai trò quan trọng trong việc cấu tạo nên thành tế bào thực vật. Canxi cần thiết cho sự phát triển của hệ thống rễ cây, kích thích sự phát triển của hệ thống bộ rễ bên và các lông hút. Cây trồng hấp thu canxi dưới dạng ion Ca2+.

Thông thường, canxi không được sản xuất dưới dạng phân bón riêng biệt hay hỗn hợp. Tuy nhiên loại nguyên tố này thường xuất hiện như là một thành phần phụ có trong các loại phân bón, nhiều nhất là phân lân. Nguồn cung cấp canxi chủ yếu từ supe lân, đá vôi, dolomite. Magie (Magnesium – Mg) Magie giúp điều hòa pH nội môi với các bộ phận khác nhau bên trong từng tế bào.

Việc thiếu hụt magie gây ra các hiện tượng như giảm quang hợp, cây trồng còi cọc, mất màu giữa các gân lá, các mô bị hoạt tử và lá trở nên giòn. Cây hấp thu magie dưới dạng Mg2+. Các nguồn cung cấp magie như dolomit, phân lân nung chảy. Lưu huỳnh (Sulfur – S) Lưu huỳnh là nhân tố có mặt trong các quá trình chuyển hóa của cây như hình thành đường và tinh bột cũng như amino acid hay protein.

Bón lưu huỳnh giúp cây tăng khả năng chống chịu với thời tiết, đẩy nhanh quá trình nhanh chín của quả. Cây hấp thu lưu huỳnh dưới dạng anion sulfate SO42-. Các nguồn cung cấp lưu huỳnh như (NH4HSO4), (NH4)2SO4, K2SO4. 3 Silic (Si): Tuy silic không phải là dinh dưỡng cần thiết cho thực vật nhưng silic có vai trò quan trọng với sự phát triển cơ chế kháng bệnh của hầu hết các loại cây có hàm lượng cao silic ví dụ như lúa, ngô.Vì silic có khả năng ảnh hưởng đến năng suất của cây nhờ vào khả năng làm tăng sức khả năng chống chịu với nấm khuẩn hay sâu bệnh, giúp cây vững chắc và ngăn ngừa độc tính của mangan và sắt (đất phèn).3 Dinh dưỡng vi lượng Mặc dù cây nông nghiệp có nhu cầu sử dụng dinh dưỡng trung và vi lượng không nhiều nhưng sẽ góp phần tác động đến năng suất của cây.

Các dinh dưỡng này giống như thành phần không thể thiếu giúp cây chuyển hóa thành các hợp chất khác nhau để cây sinh trưởng. Sắt (Iron – Fe) Sắt là dinh dưỡng có vai trò trong chuyển hóa nhiều loại enzyme, từ đó thúc đẩy sự sinh trưởng của cây trồng. Sắt tồn tại trong đất hầu hết ở dạng không tan. Cây trồng thiếu hụt dinh dưỡng này xuất hiện phần lớn ở đất canh tác quá kiềm.

Để hạn chế tình trạng thiếu sắt ở cây trồng bằng cách sử dụng phân bón chứa lưu huỳnh,. Mangan (Manganese – Mn) Mangan giúp cây tổng hợp, chuyển hóa các chất như các nucleic acid, chất điều hòa nội môi tăng khả năng nảy mầm của hạt, ra hoa và quả. Cây hấp thu mangan dưới dạng Mn2+. Trên các vùng đất đá vôi, do mangan trở thành dạng không tan nên thông thường sử dụng MnSO4 giúp cây dễ dàng hấp thu do dễ tan.

Kẽm (Zinc – Zn) Kẽm là một dinh dưỡng không thể thiếu trong một số quá trình tổng hợp các protein, diệp lục hay các nucleic acid. Đóng vai trò cốt lõi trong quá trình trao đổi chất, tăng khả năng chịu bệnh và hình thành hạt và quả của cây. Cây hấp thu kẽm dưới dạng Zn2+. Đồng (Copper – Cu) Đồng giữ vai trò liên quan mật thiết cho việc tổng hợp chlorophin phục vụ quá trình quang 4 hợp tốt hơn, khử nitrate, tổng hợp các hợp chất đường và các chất cần thiết, làm tăng diệp lục.

Ngoài ra, tăng khả năng chống sâu bệnh và nấm khuẩn cho cây. Cây hấp thu đồng dưới dạng Cu2+. Bo (Boron – B) Bo tác động tới nhiều quá trình điều hòa sinh lý hóa của cây, tăng khả năng đậu quả và hình thành phấn hoa. Bo chủ yếu được cây hấp thu ở dạng ion B4O27- , HBO32- , BO33-.

Các loại phân bón chứa Bo phải cẩn thận khi sử dụng vì khi lượng Bo tích lũy trong đất quá cao sẽ trở thành thuốc diệt cỏ. Các loại phân bón chứa Bo như Borate 46, Borate 65, Borate Acid hay Solubor. Molipden (Molybdenum – Mo) Molipden đóng vai trò thúc đẩy quá trình sử dụng Nitrogen từ đó tăng khả năng sử dụng đạm. Cây trồng hấp thu Molipden dưới dạng muối MoO42- và molybden oxit MoO3.4 Vai trò của phân bón đối với cây trồng Phân bón là một tác nhân cung cấp các dinh dưỡng cần thiết cũng như các chất hữu cơ, vi sinh vật có lợi cho đất canh tác giúp cải tạo đất và tăng độ phì nhiêu của đất [13].

Ví dụ như phân bón vô cơ sẽ cung cấp các dinh dưỡng như đạm, lân, kali, canxi, sắt. Bên cạnh đó, tập quán sử dụng phân bón trong một khoảng thời gian dài sẽ dễ khiến đất bị giảm cơ lý của đất, chai cứng,. vì thế phải đồng thời bổ sung phân bón hữu cơ trong lúc sử dụng phân vô cơ [4]. Do đó, đất và phân bón có một mối liên kết chặt chẽ với nhau và đất đóng vai trò như trung gian lưu giữ dinh dưỡng từ phân bón cung cấp cho cây trồng.

Việc phát huy hết các ưu điểm của phân bón cần tập trung vào các yếu tố quan trọng như nhu cầu sử dụng dinh dưỡng đối với từng loại cây trồng, điều kiện thổ nhưỡng tại nơi canh tác, những đặc điểm của đất đai (thành phần của đất, pH, độ ẩm.), khí hậu từng vùng miền, sự phù hợp của từng loại phân bón, tập quán canh tác tại nơi đó và các giai đoạn sinh trưởng của từng loại cây trồng. Vì thế, phân bón là một nhân tố vô cùng quan trọng trong nền phát triển nông nghiệp hiện đại hiện nay.5 Tác động của việc sử dụng phân bón đến môi trường Hiện nay, sản lượng sử dụng các loại phân bón ở nước ta vào khoảng hơn 10,5 triệu tấn/năm, trong số đó có khoảng 7,6 triệu tấn là phân bón vô cơ [14]. Với lượng phân bón sử dụng lớn như vậy có thể thấy được lượng phân bón sẽ thất thoát ra môi trường là vô cùng lớn. Việc sử dụng phân bón quá mức cần thiết cùng với hiệu quả sử dụng thấp đã dẫn đến các tình trạng tiêu cực cho môi trường gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, suy thoái đất canh tác và với lượng dư thừa phân bón cây trồng chưa kịp hấp thu dinh dưỡng sẽ tích tụ lại trong các nông sản và khi con người sử dụng các nông sản này dài ngày sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người tiêu dùng [4, 5, 15].

Hơn nữa, lượng phân bón thất thoát ra nguồn nước quá nhiều có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng ảnh hưởng đến hệ sinh thái của cả một khu vực và đột biến gen ở một số loại cây trồng [11, 15].