Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme siêu thấm từ phế liệu (rơm rạ) để ứng dụng trong nông nghiệp

Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, việc cung cấp nước cho cây trồng là một trong các công đoạn quan trọng đóng góp một phần lớn để đảm bảo năng suất, chất lượng cây trồng, vì vậy lượng nước tiêu thụ hằng năm là rất lớn. Tuy nhiên, với những vùng đồi, núi, cao nguyên đất đá v.v… thì việc tưới tiêu khó khăn và tốn kém, hiệu quả thường lại không cao. Đó là chưa kể đến việc bón phân, phun thuốc trừ sâu v.v... Việc hạn chế các công đoạn trong sản xuất mà vẫn đảm bảo lợi ích kinh tế là một việc làm cần thiết. Do đó, đòi hỏi một giải pháp công nghệ làm tăng hiệu quả của việc tưới tiêu, làm giảm lượng nước tiêu thụ là một yêu cầu bức thiết đặt ra và việc sử dụng vật liệu siêu hấp thụ nước để giữ ẩm cho cây trồng là một giải pháp hữu ích, nhằm làm giảm chi phí đầu tư cho sản xuất nông nghiệp, nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế.

Để nâng cao hiệu quả sử dụng lượng nước ngọt và hạn chế ô nhiễm môi trường, góp phần phát triển nền nông nghiệp xanh, sạch và bền vững, trong những năm gần đây trên thế giới cũng như ở Việt Nam có xu hướng áp dụng công nghệ mới vào lĩnh vực sản xuất phân bón. Một trong những hướng quan trọng nhất, có nhiều triển vọng là nghiên cứu và phát triển kỹ thuật nhả chậm. Kỹ thuật này tạo ra các loại phân bón có khả năng tăng cường sự phát triển của cây khi các chất dinh dưỡng được đưa vào nền polyme hoặc bọc trong vỏ polyme. Chất dinh dưỡng được nhả dần cho cây hấp thụ, do đó tránh được hiện tượng rửa trôi phân bón, tiết kiệm sức lao động và chi phí sản xuất cũng như giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường. Các polyme được sử dụng có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường, không ảnh hưởng xấu đến chất lượng đất, chất lượng nông sản.

Polyme siêu thấm chứa đựng một tiềm năng rất to lớn cả trong sản xuất nông nghiệp và việc bảo vệ môi trường. Có thể nói, đây là một trong những thành quả nổi bật trong vòng hơn một thập kỷ triển khai chương trình ứng dụng công nghệ sinh học và vật liệu mới. Chưa kể đến những ứng dụng của nó trong việc sản xuất các đồ dùng trong sinh hoạt, polyme siêu thấm sẽ hứa hẹn mang lại 2 một nền sản xuất sạch, phát huy tối đa hiệu quả cho quá trình chuyển dịch giống cây trồng vật nuôi.

Trong dự án “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme siêu thấm từ phế liệu (rơm rạ) để ứng dụng trong nông nghiệp”, TS. Nguyễn Minh Tuấn, trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, cùng các đồng nghiệp đã tiến hành tổng hợp polyme siêu thấm từ phế liệu rơm rạ nhằm đáp ứng nhu cầu vật liệu sạch, thân thiện môi trường ngày càng phát triển, mở ra hướng mới trong áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất, tận dụng những phế phẩm trong nông nghiệp tạo ra các sản phẩm hữu ích và có giá trị kinh tế.

Sau một thời gian nghiên cứu đề tài đã hoàn thành mục tiêu đề ra như đã đăng ký. Cụ thể đã đạt được những kết quả sau:

1.1. Đã dùng dung dịch NaOH 15% tiền xử lý rơm rạ cho hiệu suất 69.8% (so với nguyên liệu rơm ban đầu), hầu hết các thành phần lignin, hemixenlulo được loại bỏ. Hàm lượng xenlulo vẫn được bảo toàn. Kết quả phân tích trên máy hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy cấu trúc sợi rơm tơi xốp, có nhiều vết nứt, diện tích bề mặt tăng lên, thuận lợi cho phản ứng đồng trùng hợp ghép.

1.2. Sử dụng kali persunfat KPS 1,5%, amoni ceri nitrat CAN (tỷ lệ KPS/CAN 4/1), natri hidro sunfit NaHSO3 (tỷ lệ KPS/NaHSO3 2/1) là hỗn hợp chất khơi mào phản ứng đã phát huy tác dụng tốt trong quá trình đồng trùng hợp, tốc độ phản ứng tăng lên, thời gian phản ứng giảm xuống, khối lượng sản phẩm trùng hợp và độ thấm hút nước được cải thiện rõ rệt (sử dụng chất khơi mào là kali persunfat (KPS) khối lượng sản phẩm thu được chỉ là 11,6 g, độ thấm hút nước là 620,3 g/g), nhưng nếu sử dụng hỗn hợp chất khơi mào phản ứng (KPS-CANNaHSO3) thì khối lượng sản phẩm thu được là 23,72 g, độ thấm hút nước là 842,5 g/g ).

1.3. Đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng đồng trùng hợp ghép: Tỷ lệ khối lượng rơm rạ/axit acrylic 7/1, nồng độ axit trung hòa 70%, lượng chất kết hợp 2% (so với khối lượng rơm), nhiệt độ 60 độ C, thời gian phản ứng là 3,5 giờ. Phản ứng cho kết quả tốt nhất, khối lượng sản phẩm đồng trùng hợp là 23,72 g, độ thấm hút nước là 842,5 g/g.

1.4. Đã khảo sát đặc tính hút nước của vật liệu kết quả cho thấy:

- Ở nhiệt độ 60 độ  C sau 24 giờ hàm lượng nước trong sản phẩm vẫn đạt 11%. Điều đó chứng tỏ vật liệu này có khả năng giữ nước tốt.

- Độ thấm hút nước thải của vật liệu ở 4 địa danh: Khu 10 xã Tiên kiên, khu Thông Đậu phường Minh Nông, khu 7 phường Gia Cẩm, khu Long Châu Sa phường Thọ Sơn. Kết quả cho thấy độ thấm hút nước thải trung bình là 648 g/g. 54

- Đối với nước muối (tỷ lệ 0,9% NaCl) độ thấm hút đạt 95 g/g. Điều này chứng tỏ rằng vật liệu polyme tổng hợp được có khả năng chịu mặn cao.

1.5. Đã xây dựng qui trình tổng hợp vật liệu polyme siêu thấm từ phế liệu rơm rạ và axit acrylic bằng phản ứng đồng trùng hợp công suất 0,5 kg/mẻ. Sản phẩm đạt độ thấm hút cao.

1.6. Đã sản xuất được 05 kg vật liệu polyme siêu thấm và cung cấp sản phẩm này cho 2 đơn vị: Công ty TNHH Thảo dược - Sinh học - Phân tử và Viện Nghiên cứu Cây nguyên liệu Giấy. Kết quả sản phẩm có độ thấm hút cao, khả năng giữ nước của vật liệu đối với cây trồng khoảng 20 ngày mới phải bổ sung nước. Sau 5 tháng thử nghiệm sản phẩm phát huy tốt tác dụng thấm hút và giữ nước cho cây trồng.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 15089/2017) tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia.

P.K.L (NASATI)