MỞ ĐẦU 1. Sự phát triển của công nghệ mới trong nông nghiệp đã tạo ra lượng phân bón lớn. Sản lượng trên một đơn vị đất đã tăng lên rất nhiều, điều đã cho phép phát triển kinh tế ngày càng tăng. Tuy nhiên, trong khi những phát triển này là đáng kể, tác động môi trường đã quá mức.
Những chỉ phí liên quan đến phát triển nông nghiệp như vậy là do bón quá nhiều phân bón,dẫn đến hiện tượng phú dưỡng và nhiễm độc nước, ô nhiễm nước tưới, 6 nhiễm không khí (NH;, trong số những loại phân bón khác) làm suy thoái chất lượng và thay đổi hệ sinh thái, dẫn đến sự thủy phân các chất dinh dưỡng và hoạt động của vi sinh vật, do đó đặt câu hỏi về tính bền vững của nông nghiệp hiện đại. Do đó, các biện pháp xử lý thân thiện với môi trường mới là cần thiết để tăng sản lượng mà không ảnh hưởng đến môi trường. Điều này có thể đạt được bằng cách tăng cường sử dụng phân bón nitơ, photphat và nước một cách hiệu quả cũng như sử dụng tổng hợp quản lý hệ thống cây trồng. Có nhiều chiến lược sử dụng để tăng việc sử dụng phân bón hiệu quả và loại bỏ tác động tiêu cực của chúng đối môi trường.
Các phương pháp bón phân cải tiến này bao gồm việc sử dụng phân bón chậm hoặc cục bộ, bón phân chính xác, hệ thống tưới tiêu thông qua tưới phân-bón phân và sử dụng phân bón thân thiện với môi trường. Phân bón thân thiện với môi trường (EFFs) cung cấp một cách hiệu quả dé nâng cao hiệu quả chat dinh dưỡng, giảm thiểu thất thoát do rửa trôi và bay hơi của phân bón, và giảm các nguy cơ môi trường. Chúng làm giảm ô nhiễm môi trường do thất thoát chất dinh dưỡng thông qua sự chậm phát triển hoặc giải phóng có kiểm soát của chất dinh dưỡng vào đất. Thông thường, EFFs được xấy dựng để chất dưỡng được phủ bằng các vật liệu thân thiện với môi trường, có thé bị phân hủy trong dat và chuyên hóa thành carbon dioxide, nước, metan, các hợp chất vô cơ hoặc sinh khối vi sinh vat.
Mặt dù đúng là đây là công thức phổ biến nhất và có san iB trên thị trường, nhưng các công nghệ khác đã được sử dụng dé phát triển EFF, chẳng hạn như sử dụng SAS trong đó chất đinh dưỡng được cuốn vào hoặc vật liệu tổng hợp được điều chế bằng cách trộn polyme với phân bón, trong số những công nghệ khác. Các polyme siêu hấp thụ dựa trên các chất tạo mang sinh hoc, chang hạn như chitosan, xenlulo và tinh bột, ngoài việc thân thiện với môi trường, chúng có thé phân hủy sinh học trong dat. SAS là mang polyme ưa nước có thé hap thụ và giữ lại một lượng lớn nước. Chúng là vật liệu tiềm năng dé điều chỉnh hành vi giải phóng phân bón do tích điện và sự kết nối với nhau của các kênh mở trong mạng.
Những chất tạo màng sinh học này đã được xác nhận điều hòa đất, làm giảm tần suất tưới, xói món và bốc hơi nước ở vùng khí hậu nóng và khô, cũng cải thiện chất lượng đất bằng cách giảm giảm suy thoái đất. Quá trình oxi hóa tinh bột sắn thành SAS. Tuy nhiên, những chat điện ly này làm giảm khả năng phân hủy sinh học của vật liệu. Tinh bột là một hỗn hợp của các polysaccharid bao gồm 20-30% amyloza, 70-80% amylopectin, và một phan (1- 2%) cấu trúc không glucoside.
Các nguồn thông thường quan trọng nhất dé chiết xuất tinh bột là hạt ngũ cốc(ngô, lúa mì.) và củ ( khoai tây, khoai mì. Tùy thuộc vào nguồn sản xuất, tinh bột có một số đặc điểm hóa lý, cau trúc và chức nang cho phép nó mở rộng phạm vi sử dụng trong ngành công nghiệp. Các loại cây lay củ và củ quan trọng nhất trên toàn thế giới dé lấy tinh bột sắn, khoai lang, đậu biếc. Được sự phân công của khoa Công nghệ Kỹ thuật Hóa học và Thực phẩm, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Chí Thanh chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng lên các đặc tính hóa lý của vật liệu hydrogel dựa trên tinh bột sắn”.
Trong nghiên cứu này, vật liệu hydrogel được chế tạo bằng cách sử dụng hệ thống oxi hóa khử KMnO,/NaHSO, dẫn đến sự hình thành các nhóm carbonyl và cacboxyl với sự thủy phân polyme tối thiểu và không làm giảm độ nhớt polyme dựa trên tinh bột sắn. Khảo xác ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng lên các đặc tính hóa lý của vật liệu hydrogel dựa trên tinh bột sắn.2 Mục đích đề tài. Chế tạo thành công vật liệu hydrogel từ tinh bột sắn. Đánh giá sự ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng lên các đặc tính hóa lý của vật liệu hydrogel chế tạo được.3 Nội dung đề tài Chế tạo vật liệu hydrogel bằng cách sử dụng hệ oxy hóa KMnO, và NaHSO, dé oxi hóa tỉnh bôt sắn.
Nghiên cứu các đặc tính hóa lý của vật liệu hydrogel. Khảo sát các thông số phản ứng ảnh hưởng lên các đặc tính hóa lý của vật liệu hydrpgel.4 Đối tượng nghiên cứu Hydrogel được chế tao từ tinh bột sắn (cassava starch) ở Việt Nam.5 Phạm vi nghiên cứu Điều chế hydrogel từ tinh bột sắn ở quy mô phòng thí nghiệm.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học: Việc chế tạo thành công vật liệu hydrogel góp phần tạo ra vật liệu có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường, ngoài ra còn giúp giảm chi phí, giảm tác động tiêu cực đến môi trường trong nông nghiệp hiện đại.2 Ý nghĩa thực tiễn: Cùng với sự phát triển của nên kinh tế thì ngành nông nghiệp cũng ngày càng phát triển, song song đó cũng có nhiều yếu tô phát sinh như bón phân dư nhiều làm ảnh hưởng đến độ phù dưỡng , 6 nhiễm nước, không khí. Vì thé, dé tài này nhằm khảo sát các điều kiện phản ứng lên khả năng trương nở của vật liệu hydrogel đề tìm ra điều kiện phản ứng phù hợp từ đó ứng dụng tạo ra phân bón thân thiện với môi trường. Chương 2 TÔNG QUAN 2.1 Tổng quan về tinh bột.1 Giới thiệu chung về tỉnh bột.
Tinh bột san được sản xuất từ củ sẵn (khoai mì). San là loại cây lương thực ưa am và ấm, phát nguồn từ lưu vực sông Amadon Nam Mỹ. Đến thế kỹ 16 mới trồng ở châu Á và phi. Ở nước ta sắn được trồng khắp từ Bắc vào Nam, nhiều nhất là vùng trung du miền núi.
Hiện nay san là một trong những loại màu quan trọng trong cơ cấu phát triển lương thực ở nước ta. Sắn có nhiều loại khác nhau về màu sắc, thân cây, lá, vỏ, củ thịt v. Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành 2 loại : sắn đắng và sắn ngọt. Hai loại này khác nhau về hàm lượng tinh bột và lượng độc tố.
Nhiều tinh bột thì hiệu quả trong sản xuât cao, còn nhiêu độc tô thì qui trình sản xuât phức tạp. San dang hay còn gọi là san dù. Năng suất cao củ mập, nhiều tinh bột, nhiều mủ và hàm lượng acid xyanhydric cao. Ăn tươi dé bị ngộ độc, chủ yếu dé sản xuất tinh bột và san lát.
San ngọt bao gồm tat cả các loại mà hàm lượng acid cyanhydric thấp như sắn vàng, sẵn đỏ, sắn trắng v. San ngọt hàm lượng tinh bột thấp, ít độc tố ăn tươi không ngộ độc dé chế bién[1]. 1:Thành phần hóa học của sắn tươi. STT Thành phan = Hàm lượng (%) 1 Nước 70.25 2 Tỉnh bột 21,45 3 Duong 3.2 Khai niệm và cầu tao của tinh bột.
Tĩnh bột là polisacarit carbohydrat cao phân tử bao gồm nhiều đơn vị glucose nối với nhau bằng liên kết glycosidic. Tinh bột chứa hỗn hợp amylose và amilopectin. Tỉ lệ phần trăm của amylose và amylopectin sẽ khác nhau vì chúng phụ thuộc vào từng loại tinh bột (thông thường sẽ giao động từ 20:80 đến 30:70)[2] Công thức phân tử gần đúng là (C¿H¡oOs)„ trong đó n có có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn. Tinh bột có dạng hạt màu trắng tạo bởi hai loại polymer là amylose và amylopectin[2] e Amylose là polymer mạch thang gồm các đơn vi D-glucozo liên kết với nhau bởi lien kết a-1,4-glucozit.
e Amylopectin là polymer mach nhánh, ngoài chuỗi glucozo thong thường còn có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bang lien kết ø-1,6-glucozit. 1: Cấu trúc tinh bột 5 2.3 Tính chất hóa học của tỉnh bột. Tính chat vật lý: tinh bột nguyên chat là một loại bột màu trắng, không mùi va không vi không tan trong nước lạnh hoặc rượu. Tính chất hóa hoc: Do gốc glucozo đã liên kết với gốc fructozơ nên không còn nhóm chức anđehit trong phân tử, saccarozơ chỉ có tính chất của ancol đa chức.Tinh bột có hai phản ứng hóa học cơ bản tiêu biểu nhất: e Thuy phan trong môi trường axit.
Sau phản ứng thu được dung dịch có khả năng trang bạc: (C6H19Os)n + ,HạO —H”,t9 —> „CạH¡zOs e_ Tác dụng với dung dịch iot. Day chính là phản ứng đặc trưng nhất của tinh bột Hồ tinh bột + dung dich iot (I;) —> hợp chất màu xanh tim Khi đun nóng, hợp chất màu xanh tím ấy sẽ bị mat đi, tuy nhiên nếu để nguội màu xanh tím sẽ xuất hiện trở lại[2] e Dextrin hóa (Dextrinization) 2.2 Tổng quan về hydrogel.1 Lịch sử phát triển của hydrogel. Khái niệm hydrogel xuất hiện trong bài báo xuất bản năm 1894 của Lee, Kwon và Park, là một loại gel được làm bằng muối vô cơ. Tuy nhiên, vật liệu mạng liên kết không gian đầu tiên mang đặc tính của một hydrogel điển hình là poly hydroxy ethyl methacrylate (pHEMA) được phát triển sau đó, vào năm 1960, với mục tiêu sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc vĩnh viễn với các mô bên trong bệnh nhân.
Kê từ đó, số lượng nghiên cứu về hydrogel cho các ứng dụng y sinh bắt đầu tăng lên, đặc biệt là từ thập niên 70. Theo đề xuất của Buwalda và các cộng sự, lịch sử của hydrogel có thể được chia thành ba mảng lớn: 1) Thế hệ hydrogel đầu tiên bao gồm một loạt các quy trình liên kết ngang liên quan đến biến đôi hóa học của monomer hoặc polymer với một chất khơi mào; ii) Hydrogel thé hệ thứ hai có khả năng đáp ứng các kích thích cụ thé, chang hạn như sự thay đổi nhiệt độ, pH hoặc nồng độ của các phân tử cụ thé trong dung dich; iii) Thế hệ 6 hydrogel thứ ba tập trung vào việc điều tra và phát triển các vật liệu phức tạp (ví dụ, tương tác PEG-PLA), các hydrogel được liên kết mạng không gian bởi các tương tác vật lý khác (vi du, cyclodextrin). Với sự tiến bộ này trong khoa học, hydrogel nhanh chóng nhận được sự quan tâm ngày càng lớn.