Tổng hợp semi-IPN hydrogel từ N,N'-Dimethylacrylamide và Maleic Acid ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp

• Tác giả: Nguyễn Trọng Tín
• 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 Hóa Polymer
• Đề tài: Tổng Hợp Semi-IPN Hydrogel Từ N, N'-Dimethylacrylamide Và Maleic Acid Ứng Dụng Trong Kỹ Thuật Nông Nghiệp
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về hydrogel
• 1.2. Semi-IPN hydrogel
• 1.3. Hydrogel trong lĩnh vực nông nghiệp
• 1.3.1. Các đặc tính lý tưởng của hydrogel sử dụng trong nông nghiệp
• 1.3.2. Phân loại hydrogel
• 1.3.3. Phương pháp áp dụng hydrogel trên đất trồng
• 1.3.4. Cơ chế hoạt động của hydrogel trong đất
• 1.3.5. Những tác động của hydrogel trong nông nghiệp
• 1.3.6. Các bất lợi khi sử dụng hydrogel trong nông nghiệp
• 1.4. Giới thiệu về hydrogels giải phóng phân bón chậm
• 1.4.1. Phương pháp nạp phân bón vào hydrogel
• 1.4.2. Cơ chế giải phóng phân bón chậm
• 1.5. Tổng quan về nguyên liệu
• 1.6. Một số kỹ thuật nghiên cứu homopolymer và semi-IPN hydrogel
• 1.6.1. Tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering – DLS)
• 1.6.2. Sắc ký thẩm thấu gel (Gel Permeation Chromatography – GPC)
• 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 nguyên liệu trồng cây
• 1.8. Tổng quan về cây cải bẹ xanh
• 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 PDMA
• 2.2.2. Tổng hợp các mẫu hydrogel
• 2.2.3. Biến tính mẫu semi-IPN hydrogel
• 2.3. Phương pháp thực nghiệm
• 2.3.1. Sắc ký thẩm thấu gel (Gel Permeation Chromatography – GPC)
• 2.3.2. Tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering – DLS)
• 2.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi (Fourier Transform Infrared Spectroscopy – FTIR)
• 2.3.4. 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)
• 2.3.5. Khảo sát tốc độ trương nở (Swelling Rate)
• 2.3.6. Khảo sát tỉ lệ trương cân bằng (Swelling Ratio – SR)
• 2.3.7. Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetric Analysis - TGA)
• 2.3.8. Phân tích nhiệt lượng quét vi sai (Differential Scanning Calorimetry – DSC)
• 2.3.9. Phương pháp khảo sát cơ tính
• 2.3.10. Khảo sát khả năng hấp thụ Urea
• 2.3.11. Khảo sát khả năng giải phóng Urea
• 2.3.12. Đánh giá tính chất của đất theo thời gian
• 2.3.13. Theo dõi sự phát triển của cây trồng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp homopolymer PDMA
• 3.1.1. Tổng hợp PDMA
• 3.1.2. Kết quả phân tích sắc ký thẩm thấu gel GPC
• 3.1.3. Kết quả đo 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 quét 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. Độ ẩm của đất
• 3.3.2. Đánh giá pH của đất theo thời gian
• 3.4. Kết quả theo dõi sự phát triển của cây trồng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về semi IPN hydrogel trong nông nghiệp

Semi-IPN hydrogel là một loại vật liệu polymer có khả năng hấp thụ nước và chất dinh dưỡng, được tổng hợp từ N,N'-Dimethylacrylamide và Maleic Acid. Vật liệu này có tiềm năng lớn trong nông nghiệp, giúp cải thiện khả năng giữ ẩm cho đất và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Việc sử dụng semi-IPN hydrogel có thể giảm thiểu tình trạng thất thoát nước và phân bón, đồng thời bảo vệ môi trường.

1.1. Định nghĩa và cấu trúc của semi IPN hydrogel

Semi-IPN hydrogel là mạng lưới polymer bán xen kẽ, được hình thành từ sự kết hợp giữa các monomer như N,N'-Dimethylacrylamide và Maleic Acid. Cấu trúc này cho phép hydrogel có khả năng hấp thụ nước và chất dinh dưỡng hiệu quả.

1.2. Lợi ích của semi IPN hydrogel trong nông nghiệp

Việc sử dụng semi-IPN hydrogel giúp cải thiện độ ẩm của đất, giảm thiểu lượng nước tưới và tăng cường khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tình trạng khô hạn.

II. Thách thức trong việc ứng dụng semi IPN hydrogel

Mặc dù semi-IPN hydrogel có nhiều lợi ích, nhưng việc ứng dụng chúng trong nông nghiệp vẫn gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí sản xuất, khả năng tương thích với các loại đất khác nhau và hiệu quả lâu dài của hydrogel cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Chi phí sản xuất và khả năng tiếp cận

Chi phí sản xuất semi-IPN hydrogel có thể cao, điều này làm hạn chế khả năng tiếp cận của nông dân, đặc biệt là ở các vùng nông thôn. Cần có các giải pháp để giảm chi phí và tăng cường khả năng tiếp cận cho người nông dân.

2.2. Tương thích với các loại đất và cây trồng

Khả năng tương thích của semi-IPN hydrogel với các loại đất và cây trồng khác nhau là một yếu tố quan trọng. Cần tiến hành các nghiên cứu để xác định loại đất và cây trồng nào phù hợp nhất với việc sử dụng hydrogel.

III. Phương pháp tổng hợp semi IPN hydrogel hiệu quả

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

3.1. Kỹ thuật trùng hợp gốc tự do

Kỹ thuật trùng hợp gốc tự do là phương pháp chính để tổng hợp semi-IPN hydrogel. Quá trình này diễn ra dưới sự tác động của các chất xúc tác như APS và TEMED, giúp tạo ra mạng lưới polymer bền vững.

3.2. Biến tính semi IPN hydrogel

Sau khi tổng hợp, semi-IPN hydrogel có thể được biến tính bằng các chất xúc tác acid hoặc base để cải thiện tính chất vật lý và hóa học, từ đó nâng cao khả năng hấp thụ nước và dinh dưỡng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của semi IPN hydrogel trong nông nghiệp

Semi-IPN hydrogel đã được ứng dụng trong nhiều nghiên cứu để cải thiện độ ẩm của đất và tăng cường sự phát triển của cây trồng. Kết quả cho thấy hydrogel này có khả năng giữ ẩm tốt và cung cấp dinh dưỡng hiệu quả cho cây trồng.

4.1. Khả năng hấp thụ và giải phóng Urea

Nghiên cứu cho thấy semi-IPN hydrogel có khả năng hấp thụ Urea lên đến 152,91 mg/g, giúp cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng một cách hiệu quả và bền vững.

4.2. Tác động đến sự phát triển của cây trồng

Kết quả khảo sát cho thấy cây cải bẹ xanh phát triển tốt hơn khi sử dụng semi-IPN hydrogel, với chiều dài lá và thời gian sống cao hơn so với cây trồng không sử dụng hydrogel.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của semi IPN hydrogel

Semi-IPN hydrogel từ N,N'-Dimethylacrylamide và Maleic Acid có tiềm năng lớn trong nông nghiệp. Việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng mới cho hydrogel này sẽ góp phần cải thiện hiệu quả sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

5.1. Tương lai của semi IPN hydrogel trong nông nghiệp

Với những lợi ích vượt trội, semi-IPN hydrogel có thể trở thành một giải pháp quan trọng cho các vấn đề trong nông nghiệp, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

5.2. Nghiên cứu và phát triển thêm ứng dụng

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển thêm các ứng dụng của semi-IPN hydrogel, từ việc cải thiện tính chất vật lý đến khả năng tương thích với các loại phân bón khác nhau.