Tổng Hợp Hydrogel Ứng Dụng Trong Kỹ Thuật Nông Nghiệp Từ N,N'-Diethylacrylamide Và Maleic Acid

• Tác giả: Trần Hoàng Kim
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Tổng Hợp Hydrogel Ứng Dụng Trong Kỹ Thuật Nông Nghiệp Từ N,N' – Diethylacrylamide Và Maleic Acid
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về hydrogel
• 1.2. Phân loại hydrogel
• 1.3. Hydrogel trong lĩnh vực nông nghiệp
• 1.3.1. Các đặc tính chính của hydrogel ứng dụng trong nông nghiệp
• 1.3.2. Ưu điểm của hydrogel sử dụng trong nông nghiệp
• 1.3.3. Một số nhược điểm của hydrogel khi ứng dụng trong nông nghiệp
• 1.3.4. Cơ chế hấp thụ nước của hydrogel
• 1.3.5. Phương pháp ứng dụng hydrogel trong nông nghiệp
• 1.3.6. Cơ chế hoạt động của hydrogel khi gieo trồng
• 1.4. Giới thiệu về hydrogel giải phóng phân bón chậm (Slow release fertilizers hydrogels – SRFHs)
• 1.4.1. Phương pháp nạp phân bón vào hydrogel
• 1.4.2. Cơ chế giải phóng phân bón
• 1.5. Tổng quan về nguyên liệu
• 1.6. Một số kỹ thuật nghiên cứu homopolymer và semi-IPN hydrogel
• 1.6.1. Sắc ký thẩm thấu gel (Gel Permeation Chromatography – GPC)
• 1.6.2. Tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering – DLS)
• 1.6.3. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transform Infrared Spectroscopy – FTIR)
• 1.6.4. Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermal gravimetric analysis – TGA)
• 1.6.5. Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential Scanning Calorimetry – DSC)
• 1.6.6. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope – SEM) và quang phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy – EDX)
• 1.6.7. Tốc độ và khả năng trương nở (Swelling Rate; Swelling Ratio – SR)
• 1.6.8. Khảo sát ứng dụng hấp thụ và giải phóng Urea bằng phương pháp UV – Vis
• 1.6.9. Các mô hình động học đánh giá việc hấp thụ và giải phóng Urea
• 1.7. Tổng quan về vật liệu tiến hành thực nghiệm
• 1.8. Tổng quan về cây trồng thực nghiệm
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ
• 2.2. Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu
• 2.2.1. Tổng hợp homopolymer mạch thẳng pDEA
• 2.2.2. Tổng hợp các mẫu hydrogel
• 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm
• 2.2.3.1. Sắc ký thẩm thấu gel (Gel Permeation Chromatography – GPC)
• 2.2.3.2. Tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering – DLS)
• 2.2.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi (Fourier Transform Infrared Spectroscopy – FTIR)
• 2.2.3.4. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope – SEM)
• 2.2.3.5. Khảo sát tốc độ trương nở (Swelling Rate)
• 2.2.3.6. Khảo sát tỉ lệ trương cân bằng (Swelling Ratio – SR)
• 2.2.3.7. Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetric Analysis - TGA)
• 2.2.3.8. Phân tích nhiệt lượng quét vi sai (Differential Scanning Calorimetry – DSC)
• 2.2.3.9. Khảo sát khả năng hấp thụ Urea
• 2.2.3.10. Khảo sát khả năng giải phóng Urea
• 2.2.3.11. Đánh giá tính chất của đất theo thời gian
• 2.2.3.12. Theo dõi sự phát triển của cây trồng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Tổng hợp homopolymer PDEA
• 3.1.1. Tổng hợp pDEA
• 3.1.2. Kết quả phổ FTIR của homopolymer pDEA
• 3.1.3. Kết quả phân tích sắc ký thẩm thấu gel (GPC)
• 3.1.4. Kết quả đo tán xạ ánh sáng động (DLS)
• 3.2. Tổng hợp các mẫu hydrogel
• 3.2.1. Kết quả phổ hồng ngoại FTIR
• 3.2.2. Đường kính các mẫu hydrogel
• 3.2.3. Kết quả chụp SEM
• 3.2.4. Khảo sát quá trình trương nở
• 3.2.5. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 3.2.6. Kết quả phân tích nhiệt vi sai (DSC)
• 3.2.7. Kết quả đo lưu biến
• 3.2.8. Kết quả khảo sát cơ tính
• 3.2.9. Khảo sát khả năng hấp thụ Urea
• 3.2.10. Khảo sát khả năng giải phóng Urea
• 3.3. Kết quả khảo sát tính chất của đất
• 3.3.1. Đánh giá pH của đất theo thời gian
• 3.4. Theo dõi sự phát triển của cây trồng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Hydrogel Ứng Dụng Trong Nông Nghiệp

Hydrogel là một loại vật liệu polymer có khả năng hấp thụ nước và giữ ẩm cao, được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Việc sử dụng hydrogel giúp cải thiện độ ẩm của đất, cung cấp nước và chất dinh dưỡng cho cây trồng một cách hiệu quả. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp hydrogel từ N,N'-Diethylacrylamide và Maleic Acid, nhằm tạo ra các sản phẩm có tính năng vượt trội trong việc hỗ trợ sự phát triển của cây trồng.

1.1. Đặc Điểm Của Hydrogel Trong Nông Nghiệp

Hydrogel có khả năng hấp thụ nước gấp nhiều lần trọng lượng của nó, giúp duy trì độ ẩm cho đất. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tình trạng khan hiếm nước tưới tiêu.

1.2. Lợi Ích Của Hydrogel Đối Với Cây Trồng

Việc sử dụng hydrogel không chỉ giúp tiết kiệm nước mà còn giảm thiểu lượng phân bón cần thiết, từ đó giảm chi phí sản xuất cho nông dân. Hydrogel cũng giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng cường khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng.

II. Thách Thức Trong Việc Ứng Dụng Hydrogel Trong Nông Nghiệp

Mặc dù hydrogel mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc ứng dụng chúng trong nông nghiệp. Các vấn đề như chi phí sản xuất, khả năng phân hủy sinh học và tác động đến môi trường cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi Phí Sản Xuất Hydrogel

Chi phí sản xuất hydrogel từ N,N'-Diethylacrylamide và Maleic Acid có thể cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận của nông dân.

2.2. Tác Động Môi Trường Của Hydrogel

Một số loại hydrogel có thể không phân hủy hoàn toàn trong môi trường, dẫn đến ô nhiễm đất và nước. Cần có các nghiên cứu để phát triển các loại hydrogel thân thiện với môi trường.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Hydrogel Từ N N Diethylacrylamide Và Maleic Acid

Quá trình tổng hợp hydrogel từ N,N'-Diethylacrylamide và Maleic Acid được thực hiện thông qua phương pháp trùng hợp gốc tự do. Phương pháp này cho phép tạo ra các mạng polymer với tính chất cơ lý tốt, phù hợp cho ứng dụng trong nông nghiệp.

3.1. Quy Trình Tổng Hợp Hydrogel

Quy trình tổng hợp bao gồm các bước như chuẩn bị nguyên liệu, trộn lẫn các thành phần và thực hiện phản ứng trùng hợp dưới điều kiện kiểm soát. Kết quả là sản phẩm hydrogel có khả năng hấp thụ nước cao.

3.2. Đánh Giá Tính Chất Của Hydrogel

Sau khi tổng hợp, các mẫu hydrogel sẽ được đánh giá thông qua các phương pháp như FTIR, SEM và TGA để xác định cấu trúc và tính chất cơ lý của chúng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hydrogel Trong Nông Nghiệp

Hydrogel được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nông nghiệp, từ việc cải thiện độ ẩm của đất đến việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Các nghiên cứu cho thấy hydrogel có thể giúp tăng năng suất cây trồng một cách đáng kể.

4.1. Tác Động Đến Sự Phát Triển Của Cây Trồng

Nghiên cứu cho thấy cây trồng được tưới bằng hydrogel phát triển tốt hơn so với cây trồng trong đất thông thường. Điều này chứng tỏ hiệu quả của hydrogel trong việc cung cấp nước và dinh dưỡng.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu Về Hydrogel

Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy hydrogel có khả năng giữ nước và phân bón tốt hơn, từ đó giúp cây trồng phát triển mạnh mẽ và bền vững hơn.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Hydrogel Trong Nông Nghiệp

Hydrogel có tiềm năng lớn trong việc cải thiện sản xuất nông nghiệp bền vững. Việc nghiên cứu và phát triển các loại hydrogel mới sẽ mở ra nhiều cơ hội cho nông dân trong việc tối ưu hóa nguồn nước và phân bón.

5.1. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các loại hydrogel mới với tính năng vượt trội hơn, đồng thời đảm bảo tính thân thiện với môi trường.

5.2. Ứng Dụng Công Nghệ Mới

Việc ứng dụng công nghệ mới trong sản xuất hydrogel sẽ giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả sử dụng, từ đó thúc đẩy sự phát triển của nông nghiệp bền vững.