BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------NGUYỄN BÁ NGỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PHÂN BÓN ĐA NGUYÊN TỐ SỬ DỤNG CHO
MỘT SỐ LOẠI CÂY NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : Kỹ thuật hóa học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. LA THẾ VINH

HÀ NỘI _ NĂM 2015

-1-


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến
PGS-TS. La Thế Vinh. Người thầy, Người hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và đóng góp
những ý kiến quý báu giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Viện Kỹ Thuật Hóa Học và bộ môn Công
Nghệ Các Chất Vô Cơ – Trường Đại Bách Khoa Hà Nội và quý Thầy Cô kỹ thuật viên
phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình
nghiên cứu.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp kỹ thuật hóa học KTHH13B khóa
2013B và các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân luôn động viên và giúp đỡ
tôi hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, tháng 09 năm 2015

7

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

8

1.1. Cơ sở khoa học, thực tiễn của đề tài

8

1.2. Mục đích, ý nghĩa của đề tài

8

1.2.1. Mục đích nghiên cứu

8

1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn

9

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

9

1.4. Phương pháp nghiên cứu

9


chuyển hóa trong cây
1.7. Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến bốn đối tượng 17
nghiên cứu
1.7.1. Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây đỗ 17

-3-


tương
1.7.2. Ảnh hưởng nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây lúa

18

1.7.3. Ảnh hưởng nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây cà chua 19
1.7.4. Ảnh hưởng nguyên tố vi lượng Cu, Zn,Mn, Fe đến cây ngô

20

Chương 2: CHẾ TẠO PHÂN BÓN ĐA NGUYÊN TỐ

21

2.1. Nguyên liệu chế tạo phân bón đa nguyên tố

21

2.2. Xác định thành phần các nguyên tố hóa học có trong phân bón gốc NPK

21


29

2.3.4. Sấy sản phẩm

30

2.4. Sơ đồ lưu trình chế tạo phân bón đa nguyên tố

31

2.4.1. Thuyết minh sơ đồ

32

2.4.2. Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình chế tạo

33

2.5. Phân tích thành phần phân bón đa nguyên tố sau khi chế tạo

34

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

36

3.1. Qúa trình lấy mẫu đất

36



49

3.4. Kết quả việc chế tạo phân bón đa nguyên tố

53

3.5. Kết quả xác định hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong các mẫu đất 53
theo phương pháp ICP-MS
3.6. Kết quả việc sử dụng phân bón đa nguyên tố đã chế tạo với cây trồng

55

3.6.1. Cây lúa

55

3.6.2. Cây đậu tương

57

3.6.3. Cây cà chua

58

3.6.4. Cây ngô

59

Kết luận


NTVL

: Nguyên tố vi lượng

ppm/ppb

: Đơn vị đo mật độ
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1

: Vai trò của các nguyên tố vi lượng đến quá trình sinh lý, sinh hóa
trong cây

Bảng 2.1

: Thành phần phân bón đa nguyên tố sau khi chế tạo

Bảng 3.1

: Các mẫu đất nghiên cứu được chia nhóm

Bảng 3.2

: Các thông số chính của máy khi phân tích các kim loại

Bảng 3.3

: Hàm lượng các vi lượng ở dạng tổng số thu được bằng phương

Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16

: Khu vực thiếu kẽm trên thế giới
: Khu vực thiếu bo trên thế giới
: Khu vực thiếu sắt trên thế giới
: Biểu đồ thị trường vi lượng thế giới
: Biểu đồ vi lượng tại Châu Á
: Máy nghiền

các sản phẩm phân bón đang được lưu hành và sử dụng tại Việt Nam đều có rất ít
những loại phân có chứa các nguyên tố trung lượng, vi lượng hay còn gọi là phân bón
đa nguyên tố điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm nông
nghiệp.
Hiện nay những công trình nghiên cứu và nhà máy sản xuất phân bón vi lượng
chưa nhiều. Chúng ta đang phụ thuộc khá nhiều vào nguồn nguyên liệu nước ngoài với
giá thành đắt. Do vậy việc “nghiên cứu chế tạo phân bón đa nguyên tố sử dụng cho
một số loại cây nông nghiệp” là cần thiết và đó cũng là lý do tôi chọn đề tài này. Vì
thời gian và kinh phí có hạn nên quá trình nghiên cứu, chế tạo còn bị bó hẹp chỉ thực
hiện trên nhóm cây trồng ngắn ngày và sử dụng trộn hợp một số hóa chất vi lượng có
bán trên thị trường Việt Nam.
1.2. Mục đích, ý nghĩa của đề tài
1.2.1. Mục đích nghiên cứu
- Mục đích của đề tài là: Chế tạo một dạng phân bón có chứa các nguyên tố vi
lượng sử dụng cho một số loại cây nông nghiệp.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng lên bốn loại cây nông
nghiệp ngắn ngày gồm cây lúa, cây ngô, cây đậu tương và cây cà chua.

-8-


1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Xác định được các nguyên tố vi lượng cần thiết cho một số loại cây nông
nghiệp, tạo cơ sở khoa học cho việc nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng.
- Tìm hiểu về vai trò của các nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đối với năng
suất và chất lượng của bốn loại cây trồng là cây lúa, ngô, đậu tương và cây cà chua.
1.3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Bốn loại cây nông nghiệp ngắn ngày gồm cây
lúa, cây ngô, cây đậu tương và cây cà chua.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng và tác dụng của các nguyên tố vi



Thiếu sắt tại một số nước Trung Mỹ, bang Texas, Arhentina, Chile, Bolivia,
Brazil, Nam Âu, Bắc Phi, Trung Đông, Liên bang Nga và Tây Á, Ôstrâylia.

Hình 1.3: Khu vực thiếu sắt trên thế giới
Tương tự, các vi lượng khác cũng được phân bố không đều trên bề mặt trái đất dẫn đến
tình trạng thiếu vi lượng cục bộ tại một số vùng miền, làm ảnh hưởng không nhỏ đến
năng suất, chất lượng nông sản.
Để bù đắp sự mất cân đối trong dinh dưỡng cây trồng tại các vùng miền, thị
trường phân vi lượng trên thế giới cũng được quan tâm từ rất sớm. Tổng nhu cầu phân
vi lượng toàn cầu được tăng dần và ổn định từ năm 1996 con số trên 700.000 tấn/năm.
Đối với các nước châu Á, tỷ trọng sử dụng phân vi lượng tương đối lớn, khoảng
450.000 tấn/năm chiếm 60% tổng nhu cầu toàn thế giới, trong đó nhập khẩu chiếm từ
20-25%.[19]

- 11 -


Hình 1.4: Biểu đồ thị trường vi lượng trên thế giới
Các sản phẩm phân vi lượng trên thế giới bao gồm vi lượng vô cơ (các muối
sunphat), vi lượng từ các khoáng chất (quặng), vi lượng công nghệ chelate, vi lượng
công nghệ amino chelate, vi lượng công nghệ na nô,…
1.5.2. Tình hình vi lượng tại Châu Á và Việt Nam
Vì sự quan trọng của trung, vi lượng với nền sản xuất nông nghiệp, nên trên thị
trường Việt Nam cũng đã xuất hiện các loại phân trung, vi lượng đơn và được sử dụng
đa phần từ các nguồn hợp chất của kim loại với gốc sunphat, clorua, nitrat… Tất cả các
nguồn này đều ở dạng vô cơ, sản xuất đơn giản, với nhiều chủng loại nhưng chất lượng
chưa được tiêu chuẩn hóa.
Việc sử dụng chưa được đồng bộ và các vi lượng chủ yếu được dùng ở dạng

1.6. Vai trò sinh lý của các nguyên tố vi lƣợng đối với cây trồng
1.6.1. Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến quá trình hô hấp
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy các nguyên tố vi lượng có ảnh hưởng mạnh
mẽ đối với quá trình trao đổi chất và năng lượng trung tâm ở tế bào là hô hấp. Trước
hết, các nguyên tố vi lượng tham gia tích cực trong chặng đường phân huỷ hiếu khí
cũng như trong chặng đường phân huỷ yếm khí của các nguyên liệu hữu cơ. Các
nguyên tố vi lượng là thành phần bắt buộc trong cấu trúc của các hệ enzim oxi hoá khử
tham gia trong chuỗi hô hấp (hệ xitocrom chứa sắt, ascorbinoxidse chứa đồng …).
Nguyên tố vi lượng giúp quá trình photphoril hoá, oxi hoá tạo ATP trong quá trình hô
hấp.[17]
Các nguyên tố vi lượng còn ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình trao đổi nước
(hút nước, thoát nước, vận chuyển nước) và do đó ảnh hưởng đến cân bằng nước trong
cây. Các nguyên tố Mn, Zn, Cu, Mo, … Có tác dụng làm tăng khả năng giữ nước, tăng
hàm lượng nước liên kết keo của mô. Điều đó có tác dụng liên quan với tác dụng của
các nguyên tố này thúc đẩy quá trình tổng hợp các chất ưa nước như protein, axit
nuclêic,… cũng như sự tăng độ ưa nước của chúng.[13]
1.6.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến quá trình quang hợp
Cùng với sắt, các nguyên tố vi lượng như Mn, Cu, Mo, … có tác dụng thúc đẩy
quá trình sinh tổng hợp diệp lục, là tác nhân hoạt hoá hoặc là thành phần cấu trúc
enzim tham gia trực tiếp trong pha sáng cũng như pha tối của quá trình quang hợp. Các
nguyên tố vi lượng cũng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp carotenoit, đến số lượng và
kích thích lục lạp[12]. Điều đáng chú ý là trong một giới hạn nhất định người ta thường
thấy có mối tương quan thuận giữa hàm lượng sắc tố và năng suất cây trồng.
Ngoài ra, nhiều nguyên tố như Mn, Zn, Cu, Mo,Fe…không những tham gia tích
cực trong các phản ứng pha sáng và việc hình thành các sản phẩm đầu tiên mà còn ảnh
hưởng mạnh mẽ đến mọi khâu chuyển hoá về sau trong mọi quá trình tạo nên các sản
phẩm quang hợp khác nhau. Các nhà khoa học đã phát hiện nhiều nguyên tố vi lượng

- 14 -


cây
Các nhà khoa học đã nghiên cứu, thống kê và kết luận rằng các nguyên tố vi
lượng có ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và biến đổi mọi nhóm chất hữu cơ chủ yếu
trong cây [8] . Vì vậy việc hình thành nên phẩm chất đặc biệt của các sản phẩm đặc sản
ở các địa phương có liên quan với hàm lượng và tỉ lệ của các nguyên tố vi lượng và đặc
điểm thổ nhưỡng của vùng đó.
Rất nhiều công trình nghiên cứu đã phát hiện ảnh hưởng mạnh mẽ của các
nguyên tố vi lượng đối với quá trình trao đổi gluxit trong cây, phát hiện sự tham gia
của chúng trong các men trao đổi gluxit.
Các nguyên tố vi lượng như B, Zn, Cu, cũng có vai trò rất quan trọng trong quá
trình trao đổi axit nuclêic, nhất là các nguyên tố như: Cu, Zn, Fe còn có tác dụng lớn
trong việc duy trì cấu trúc không gian bền vững của phân tử axit nuclêic, trong truyền
đạt thông tin di truyền cho quá trình sinh tổng hợp protein. Ngoài ra, một số nguyên tố
vi lượng như V, Co, Mo có vai trò quan trọng trong quá trình cố định đạm của các
nhóm sinh vật khác nhau, Mn và Mo cũng tham gia vào quá trình tổng hợp các axit
amin. Nhiều tài liệu tham khảo cho thấy mối tương quan thuận giữa lượng các nguyên
tố vi lượng nhất là Mn, Zn với các vitamin trong cơ thể và mô khác nhau. Mn, Zn, Cu,
V, cũng có tác dụng làm tăng hàm lượng sinh tố nhóm B (B1, B2, B6,..) ở sinh vật.
Tóm lại: Mỗi nguyên tố vi lượng có một vai trò riêng trong đời sống thực vật,
trong sự sinh trưởng, phát triển và khả năng cho năng suất cây trồng. (Bảng 1.1) đưa ra
vai trò của các yếu tố vi lượng đến quá trình sinh lý và sinh hoá trong cây.

- 16 -


Bảng 1.1: Vai trò của các yếu tố vi lượng đến quá trình sinh lý và sinh hoá trong cây
Quá trình sinh
lý và sinh hoá
- Hô hấp



- Zn, Cu, Co, B, Mo, Fe

- Nảy mầm

- Mn, Sc

- Tạo bộ mới

- Cu, Zn, Mo, B

- Tạo thân

- Cu, Mn, Ni, Mo

- Tạo rễ

- Cu, Mo, B, S, Sr

- Ra hoa, kết quả

- Cu, Mn, Bo

- Chịu hạn

- Mn, Zn, Co, Cu, Al, B

- Chịu lạnh và chịu nóng

- Zn, Cu, Bo, Mo, Al

Có nhiều công trình nghiên cứu và đề tài khoa học đề cập đến việc nâng cao
năng xuất, chất lượng các cây lương thực trên thế giới cũng như ở Việt Nam về cây lúa
tuy nhiên việc nghiên cứu vai trò và tác dụng của các nguyên tố vi lượng vẫn còn rất ít
- Vai trò của sắt (Fe) với cây lúa vận chuyển electron, tham gia các phản ứng
oxy hóa khử trong tế bào, hoạt hóa enzime như catalase, suxinic dehydrogenase và
aconitase. Biểu hiện thiếu sắt ở cây lúa có đốm rỉ màu nâu đỏ từ chóp lá và lan dần
theo gân lá xuống các phần bên dưới làm cả lá bị đỏ, khóm lúa còi cọc, rể không phát
triển màu vàng nâu.
- Vai trò của Mangan (Mn) đối với cây lúa hình thành và ổn định lục lạp, tổng
hợp protein, khử nitrat thành NH4 trong tế bào hiện tượng thiếu hay thừa sẽ bắt đầu
biểu hiện từ những lá non, màu vàng giữa gân lá và đôi khi xuất hiện nhiều đốm nâu
đen trên thân ây lúa.

- 18 -


- Vai trò của kẽm (Zn) với cây lúa, kẽm cần thiết cho nhiều chức năng sinh hóa
trong cây như tổng hợp xytocrom và nucleotid, trao đổi auxin, tạo diệp lục... Thiếu
kẽm ở lúa làm cây kém phát triển đâm ít trồi, lá nhoe, xoăn và có màu đồng.
- Vai trò của đồng (Cu) với cây lúa tổng hợp linhin bảo vệ màng tế bào, chống
đổ ngã, kích hoạt các men oxit hóa axit ascorbic, các men oxidase... Hàm lượng trong
đất chiếm khoảng 0,002%, trong tự nhiên có tới 155 loại khoáng chất có chữa đồng,
thiếu hay dư đồng làm giảm hình thành hạt, năng suất kém.
1.7.3. Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây cà chua
Cà chua chỉ có thể to quả khi chứa nhiều vitamin, màu sắc đẹp, quả có mùi vị
đặc trưng với điề kiện cung cấp đủ và cân đối dinh dưỡng. Cũng như các cây trồng
khác cà chua cần 16 nguyên tố đa lượng và vi lượng trong đó nhũng nguyên tố quan
trọng với cây cà chua là Sắt, Mangan, kẽm...
- Sắt (Fe): Thiếu hụt sắt là vấn đề dinh dưỡng các cây trồng gặp phải thường
xuyên khi pH trong vùng rễ quá cao. Tuy nhiên cà chua gần như không mẫn cảm với

- Sắt (Fe): Có vai trò quan trọng trong trao đổi chất, tham gia hình thành diệp
lục và quá trình oxi hóa khử. Ngoài ra cây ngô cũng cần đến mangan (Mn) và đồng
(Cu) hầu hết các nguyên tố này tham gia vào hình thành các coenzyme hoặc tham gia
hoạt hóa các enzyme trong thực vật.

- 20 -


Chƣơng 2
CHẾ TẠO PHÂN BÓN ĐA NGUYÊN TỐ
Như đã đề cập ở các phần trên, vấn đề vi lượng và phân bón chứa các nguyên tố
vi lượng là rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Trong phân bón ngoài thành
phần các chất dinh dưỡng chính như đạm (N), lân (P) và kali (K) thì sự có mặt của các
nguyên tố vi lượng sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển toàn diện cho cây trồng, giúp cây
có khả năng chống chịu những điều kiện thời tiết không thuận lợi, tăng năng suất và
chất lượng nông sản. Chương này sẽ đề cập đến kỹ thuật chế tạo phân bón có chứa một
số nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe.
2.1. Nguyên liệu chế tạo phân bón đa nguyên tố
Phân gốc được sử dụng để chế tạo phân đa nguyên tố là phân bón đầu trâu NPK
khối lượng sử dụng 01kg, sản phẩm được sản xuất tại nhà máy phân bón Bình Điền
Long An. Thành phần chính gồm: Đạm (N) 20%, Lân hữu hiệu (P2O5) 20%, Kali
(K2O) 15%. Phân gốc NPK sẽ được bổ sung thêm các nguyên tố vi lượng dưới dạng
muối CuSO4, ZnSO4, MnSO4, Fe2(SO4)3. Bằng phương pháp trộn hợp, việc chế tạo
phân bón đa nguyên tố này còn sử dụng thêm phụ gia như: Sét vô cơ dạng cao lanh,
than bùn, dolomit, giúp cho hạt phân không bị hút ẩm và bảo đảm liên kết các phân tử.
2.2. Xác định thành phần các nguyên tố hóa học có trong phân bón gốc NPK
2.2.1. Xác định hàm lượng Nitơ bằng phương pháp kendan.
a, Nguyên tắc :
Chuyển hoá hoàn toàn lượng Nitơ trong phân NPK về dạng NH4+, bằng cách
phân hủy mẫu hoàn toàn với H2SO4 đậm đặc, có mặt của chất xúc tác CuSO4, ở nhiệt

14
= 0,014
1000

- ( NV ) H SO : Số đương lượng axít H2SO4 tiêu chuẩn tiêu tốn .
2

4

- ( NV ) NaOH : Số đương lượng của NaOH tiêu chuẩn tiêu tốn .
-

G(g)

: Khối lượng mẫu cân .

-

Vdm : Thể tích định mức mẫu cân G(g).

-

Vxd

: Thể tích mẫu đem xác định .

b, Điều kiện xác định
+ Điều kiện phân giải mẫu
Phá mẫu phân NPK bằng axít H2SO4 đđ có CuSO4 làm xúc tác, ở nhiệt độ 350400oc trong bình kendan tới khi dung dịch trong, để chuyển hoàn toàn lượng nitơ về
dạng muối (NH4)2SO4 theo phản ứng :

kendan dung tích 500ml sao cho mẫu không dính vào thành bình, thêm 5g hỗn hợp xúc
tác hoặc 0,5(g) CuSO4.5H2O và 20ml axít H2SO4 đặc (d=1,84). Dùng một phễu thủy
tinh nhỏ đậy bình kendal để nghiêng bình 400C trên bếp điện trong tủ hút. Ðun sôi nhẹ
700C đến khi dung dịch đến khi hết sủi phồng thì tăng nhiệt độ, đun đến khi dung dịch
trong bình có màu xanh trong suốt. Nếu dung dịch khô cạn mà mẫu vẫn còn đen thì
thêm tiếp 0,1g xúc tác và 3ml H2SO4 đặc rồi tiến hành đun tiếp

- 23 -


Để nguội dung dịch rồi chuyển vào bình định mức 100ml, thêm nước định mức
tới vạch, xốc trộn đều dung dịch, lọc qua giấy lọc khô. Dùng 10ml nước lọc đầu tiên
tráng rửa bình chứa và pipet.
- Tiến hành xác định
Chuẩn bị thiết bị chưng cất, kiểm tra độ kín của thiết bị, kiểm tra hệ thống điện
nước cung cấp cho thiết bị.
Chuẩn bị bình hấp thụ: cho 25ml dung dịch H2SO4 0,1N tiêu chuẩn và 4  5 giọt
hỗn hợp chỉ thị Tashiro vào bình tam giác 100ml, cho đầu ra của hệ thống chưng cất
ngập trong bình hấp thụ .
Hút chính xác 5ml dung dịch 1 cho vào bình chưng cất (rót qua phễu), dùng
bình tia tráng rửa phễu, thêm 25ml nước cất và 5 giọt chỉ thị pH.
Dùng NaOH 40% trung hoà lượng axít trong mẫu, đến khi dung dịch trong bình
có màu tím đỏ, cho dư 5ml NaOH nữa
Tiến hành chưng cất trong thời gian khoảng 30 phút, kiểm tra mẫu đã phân giải
hoàn toàn hay chưa bằng cách dùng giấy quỳ kiểm tra dịch cất.
Chuẩn độ dung dịch thu được bằng NaOH tiêu chuẩn 0,1N đến khi dung dịch
chuyển từ màu đỏ tím sang xanh lục. Ghi thể tích NaOH đã tiêu tốn.
- Hoá chất
- CuSO4.5H2O (dạng rắn ).
- Hỗn hợp xúc tác CuSO4 và K2SO4 theo tỉ lệ 1/10

5ml nữa. Sau đó ta dùng nước cất rửa quanh thành cốc, thêm 1  2 giọt chỉ thị Phenol
phtalein 0,1%, đem chuẩn lượng dư NaOH 0,3Ntiêu chuẩn bằng dung dịch Axít H2SO4
0,3N tiêu chuẩn. Tại điểm tương đương dung dịch mất màu hồng, ghi thể tích H 2SO4
0,3N tiêu tốn. Kết quả được tính theo công thức đã nêu trên. Thể tích của H 2SO4 0,3N
tiêu tốn là: 2,95ml.

- 25 -