Vật liệu hydrochar kali tinh thể hóa: Đặc tính và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất phân bón chậm tan

Bài viết Vật liệu hydrochar kali tinh thể hóa: Đặc tính và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất phân bón chậm tan được thực hiện nhằm chuyển hóa rơm rạ thành dạng composite hydrochar và khoáng vật chứa kali có khả năng lưu trữ đồng thời giải phóng kali ở mức độ phù hợp với nhu cầu của cây trồng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật liệu hydrochar kali tinh thể hóa: Đặc tính và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất phân bón chậm tanKỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ VDoi: 10.15625/vap.2022.0167 VẬT LIỆU HYDROCHAR KALI TINH THỂ HÓA: ĐẶC TÍNH VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT PHÂN BÓN CHẬM TAN Nguyễn Thị Quỳnh Anh1,2, Đinh Mai Vân1, Nguyễn Thị Huế3, Nguyễn Ngọc Minh1,* 1 Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội 2 Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, 41A Phú Diễn, Bắc Từ Liêm, Hà Nội 3 Viện Địa lý, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội TÓM TẮT Rơm rạ là một composite tự nhiên chứa lignocellulose cùng các nguyên tố khoáng. Nghiên cứu này 0F 1được thực hiện nhằm chuyển hóa rơm rạ thành dạng composite hydrochar và khoáng vật chứa kali có khảnăng lưu trữ đồng thời giải phóng kali ở mức độ phù hợp với nhu cầu của cây trồng. Hydrochar được tạo ratrong môi trường thủy nhiệt ở nhiệt độ 200 oC và áp suất cao liên tục trong 24 giờ. Hydrochar sau đó tiếp tụcđược xử lý thủy nhiệt (lần 2) trong môi trường KOH 2N ở nhiệt độ 200 oC trong 10 tiếng và để yên (già hóa)trong vòng 18 tiếng. Một số vật liệu giàu silic như phytolith, silicagel và diatomite được bổ sung trong quátrình thủy nhiệt lần 2 để tăng cường quá trình tinh thể hóa hydrochar. Phân tích cấu trúc (bằng kỹ thuậtmicroCT và một số kỹ thuật bổ trợ khác) cho thấy quy trình thủy nhiệt 2 cấp tạo ra dạng vật liệu laihydrochar chứa các tinh thể kali hoặc silicate chứa kali. Cấu trúc này giàu cacbon, có độ xốp rỗng với cáctinh thể chứa kali xen kẹp. Kali cố định bởi các tinh thể silicate tan chậm và quá trình giải phóng có thể bịđiều tiết bởi cấu trúc hydrochar. Sau khi giải phóng hết kali, hydrochar còn lại vẫn có thể duy trì chức năngnhư một dạng vật liệu cải tạo đất. Từ khóa: Rơm rạ, kali, hydrochar, thủy nhiệt, tinh thể hóa. 1. MỞ ĐẦU Hydrochar là dạng vật liệu mới được nghiên cứu trong những năm gần đây và ứng dụng củahydrochar được kỳ vọng sẽ tạo động lực giải quyết các vấn đề dư thừa phụ phẩm nông nghiệp hayxử lý bùn thải giàu hữu cơ. Cacbon hóa thủy nhiệt (hydrothermal carbonization - HTC) là côngnghệ than hóa ướt dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao giúp chuyển hóa sinh khối tươi thànhhydrochar. Vật liệu đầu vào để tạo ra hydrochar có thể là các loại phụ phẩm nông nghiệp, phânchuồng hoặc bùn thải giàu chất hữu cơ. HTC thường được thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ 180-350 oC dưới áp suất (2-6 MPa) và diễn ra trong khoảng dưới 4 giờ. Quá trình chuyển hóa rắn-rắn(sinh khối-hydrochar) bản chất là một chuỗi các phản ứng nối tiếp theo 2 con đường, cụ thể như:(1) dehydrat/decacboxyl, thơm hóa, polyme hóa; (2) thủy phân, khử nước, polyme hóa và phản ứngMaillard để hình thành các hợp chất đa vòng thơm. HTC tạo ra sản phẩm chính là hydrochar, cácsản phẩm phụ dạng lỏng và khí (chủ yếu là CO2) [5]. Ưu điểm của quy trình HTC so với các quátrình nhiệt hóa thông thường (nhiệt phân, khí hóa, đốt cháy) là hiệu suất chuyển hóa (sinh khốithành hydrochar) cao hơn và ít công đoạn hơn. Một ưu điểm khác của HTC là nguyên liệu đầu vào* Tác giả liên hệ, địa chỉ email: minhnn@hus.edu.vn132 Vật liệu hydrochar kali tinh thể hóa: Đặc tính và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất phân bón chậm tankhá đa dạng, ví dụ như lignocellulose (phụ phẩm nông nghiệp, phân chuồng, bùn thải giấy) và chophép tạo ra nhiều sản phẩm cho các mục đích khác nhau như nhiên liệu rắn, vật liệu cải tạo đất, vậtliệu xử lý nước, chất xúc tác, vật liệu dự trữ CO2 [13]. Mặc dù được nghiên cứu rộng rãi trong vàinăm trở lại, hydrochar vẫn chỉ được biết đến với vai trò là vật liệu có tiềm năng để cải tạo đất. Tuynhiên, việc sử dụng hydrochar để chế tạo phân bón hoặc phối trộn với phân bón chưa được nghiêncứu hoặc ít nhất thông tin về dạng phân bón hydrochar (kali) chưa xuất hiện trong các cơ sở dữ liệutoàn cầu. Rơm rạ là một composite tự nhiên với cấu trúc lai ghép giữa lignocellulose và phytolith chứacác khoáng chất dinh dưỡng (K, P, Si, Ca, Mg…) [6, 8, 14]. Ở điều kiện đồng ruộng, khilignocellulose phân hủy và phytolith hòa tan, các khoáng chất dinh dưỡng sẽ được giải phóng. Quátrình giải phóng có thể diễn ra trong một vài tuần (khi vùi rơm rạ) hoặc chỉ trong một vài ngày (khiđốt rơm rạ). Cấu trúc lai ghép lignocellulose-phytolith có tiềm năng rất lớn để phát triển các chếphẩm phân bón thông minh (nhả chậm, nhả chậm tùy biến). Với hai thành phần chính làlignocellulose và phytolith (silic), rơm rạ có thể được xử lý để tạo thành các composite có tính chấtkhác biệt để t ...