1.2. Tổng quan về phân bón nhả chậm và phân bón nhả có kiểm soát
1.2.4. Các loại phân nhả chậm
1.2.4.1. Phân ngưng tụ ure và andehit (metylen ure)
Trong số các sản phẩm phản ứng nitơ thì ba loại có tầm quan trọng trong thực tế nhất đó là:
- Ure formaldehit (UF)
- Ure-isobutyraldehit (IBDU) - Ure-crotonaldehit (CDU)
Trong khi sản phẩm ure-formandehit có đóng góp lớn nhất trong lƣợng phân nhả chậm thương mại thì phân IBDU và CDU có mức độ sử dụng thấp hơn do giá thành của chúng cao hơn so với phân UF.
* Phân Ure-formaldehit (UF) - 38% N
Trong số các phân nhả chậm đƣợc sản xuất thì phân nhả chậm trên cơ sở UF đóng góp thị phần lớn nhất trên thế giới. Nó cũng là nhóm đầu tiên đƣợc nghiên cứu về quá trình nhả chậm nitơ. Ngay từ năm 1924, Badiche Anilin và Soda-Fabric AG [37] (ngày nay là hãng BASF) của Cộng hòa liên bang Đức đã đƣợc công nhận phát minh (DRP 431 585) về phân ngƣng tụ ure-formaldehit. Tại Mỹ họ đƣợc công nhận phát minh này vào năm 1947.
Sản phẩm này được thương mại hóa vào năm 1955 và xuất hiện 5 loại sản phẩm ure-formaldehit và hai dạng chính là rắn và lỏng.
Ure-formaldehit đƣợc tạo thành nhờ phản ứng của formaldehit với ure dưới các điều kiện được kiểm soát (pH, nhiệt độ, phần mol, thời gian phản ứng…), kết quả là thu đƣợc hỗn hợp metylen ure với chiều dài mạch khác nhau.
Nói chung phân ure-formaldehit có tốc độ giải phóng nitơ chậm và phù hợp với hầu hết các loại cây trồng. Do độ tan thấp nên chúng sẽ không làm cháy thảm thực vật cũng nhƣ không gây cản trở quá trình nảy mầm. Do có hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao nên chúng đƣợc sử dụng phổ biến hơn tại các vùng có khí hậu ấm áp.
* Phân Ure-isobutyraldehit (IBDU) – 32% N
Ure-isobutyraldehit là một sản phẩm ngƣng tụ từ phản ứng của isobutyraldehit (dạng lỏng) với ure. Kết quả của phản ứng này trái ngƣợc với phản ứng ngƣng tụ ure với formandehit ở số lƣợng mạch polyme có chiều dài khác nhau. Sản phẩm của phản ứng ngƣng tụ của ure với isobutyraldehit là các oligome đơn. Tuy nhiên, để thu đƣợc tỷ lệ IBDU tối ƣu thì điều quan trọng là phải dừng phản ứng bằng cách trung hòa tại điểm mà hầu hết sản phẩm là IBDU.
Hàm lƣợng nitơ theo lý thuyết của loại phân này là 32,18% [38], trong khi lƣợng nitơ cần thiết tối thiểu đƣợc xác định là 30%. Cơ chế nhả chậm của loại phân này dựa trên sự thủy phân từ từ của IBDU tan chậm trong nước và tạo thành ure, nó đƣợc chuyển thành ion amoni và hơn nữa là nitrat nhờ vi khuẩn trong đất. Tốc độ giải phóng nitơ là một hàm của kích thước hạt, độ ẩm, nhiệt độ và pH.
* Phân Ure-crotonaldehit (CDU) - 32,5% N
Ure-crotonaldehit là sản phẩm ngƣng tụ của phản ứng giữa ure với andehit axetic có xúc tác axit. Khi hòa tan vào nước, nó sẽ phân rã từ từ thành
ure và crotonaldehit. Như trường hợp IBUD, với CDU thì kích thước hạt cũng ảnh hưởng lớn đến tốc độ nhả nitơ (thường nhả rất chậm với hạt có kích thước lớn).
CDU bị phân rã bởi cả con đường thủy phân và vi khuẩn trong đất.
Nhiệt độ, độ ẩm, những hoạt động sinh học có ảnh hưởng lớn đến tốc độ nhả nitơ. Mặc dù vậy, trong đất có môi trường axit, CDU phân hủy chậm hơn so với IBDU. Các quá trình nông hóa của CDU trong đất là tương tự như IBDU.
1.2.4.2. Phân bọc nhả chậm
Loại phân này đƣợc tổng hợp từ nguyên liệu là phân tan truyền thống với tốc độ nhả dinh dƣỡng nhanh. Sự tích tụ hay kết tinh của lớp vỏ (không tan trong nước) đóng vai trò là lớp bảo vệ và điều khiển quá trình thấm nước vì thế kiểm soát tốc độ nhả dinh dƣỡng. Sản phẩm có chứa dinh dƣỡng tan trong nước, sự giải phóng lượng dinh dưỡng này được điểu khiển bởi lớp vỏ bọc phân.
Có ba nhóm phân bọc nhả chậm gồm có:
- Phân bọc lưu huỳnh
- Phân bọc polyme/polyolefin
- Phân bọc bằng polyme và lưu huỳnh, bao gồm cả vật liệu sáp polyme.
Các loại vật liệu chính hiện đang đƣợc sử dụng để làm vỏ bọc của phân nhả chậm là:
- Lưu huỳnh
- Polyme (ví dụ PVDC trên cơ sở đồng trùng hợp, polyolefin, polyuretan, nhựa ureformandehit, polyetylen, polyeste, nhựa ankit…)
- Muối của axit béo (ví dụ Canxistearat)
- Latex, cao su, gồm guar, các chất chống kết dính có nguồn gốc từ dầu mỏ, sáp - Ca + Mg-photphat, Mg oxit, Mg-amoni photphat + Mg – Kali photphat - Thạch cao photpho, đá photphat,khoáng sét attapulgite.
- Than bùn (viên ép đƣợc bọc trong than bùn: phân khoáng hữu cơ, OMF)
Khi so sánh với các sản phẩm phản ứng từ ure thì phân bọc, cụ thể là bọc đa lớp lưu huỳnh và vật liệu polyme là có hiệu quả kinh tế cao hơn do giá thành thấp hơn. Phương pháp sử dụng phân bọc trộn với phân thông thường theo những tỷ lệ khác nhau đang ngày càng gia tăng. Bên cạnh đó, nó cho phép điều khiển nhả chậm các loại dinh dƣỡng khác ngoài nitơ.
* Phân ure bọc lưu huỳnh
Trong nhóm phân nhả chậm bọc lưu huỳnh thì phân ure là loại phân quan trọng nhất. Lớp phủ lưu huỳnh có thể được xem là màng không thấm, nó phân hủy chậm dưới các tác nhân như: vi khuẩn, hóa chất và các tác nhân vật lý. Hàm lƣợng nitơ (và các chất dinh dƣỡng khác) có tốc độ giải phóng dinh dƣỡng khác nhau theo độ dày của lớp vỏ bọc. Tốc độ giải phóng dinh dƣỡng cũng bị ảnh hưởng bởi độ sạch của ure sử dụng.
Quá trình sản xuất cơ bản đã đƣợc nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và quy mô pilot năm 1961 bởi Scheib, R.M [39].
Có 4 lợi ích chính của phân ure-lưu huỳnh:
+ Ure với hàm lượng 46% N được cho là cao, vì thế khi có lớp vỏ lưu huỳnh thì hàm lƣợng N chỉ còn từ 30 - 40%.
+ Phân ure không bọc có khả năng thấm và thoát amoni nhanh do quá trình bay hơi. Nhưng khi có vỏ bọc lưu huỳnh thì hiện tượng trên giảm đáng kể.
+ Lưu huỳnh là loại vật liệu rẻ, dễ kiếm.
+ Lưu huỳnh còn là nguồn dinh dưỡng thứ cấp cho cây trồng.
Ure được tiến hành phun lớp lưu huỳnh nóng chảy trong thiết bị trống quay. Sau đó những vị trí bị hở hoặc gãy đƣợc bịt kín lại bằng polyme dạng sáp (chiếm khoảng 2-3% tổng khối lƣợng). Sản phẩm cuối cùng thu đƣợc có chứa 31- 42% N, 10 - 27% lưu huỳnh và khoảng 5% chất bịt lỗ hổng. Các sản phẩm phân bọc lưu huỳnh được sản xuất hiện nay có chứa từ 30 - 42% N và 6 - 30% lưu huỳnh còn lại là chất kết dính và chất điều hòa.
Quá trình nhả dinh dưỡng của mẫu là trực tiếp bị ảnh hưởng của chiều dày và chất lƣợng của lớp vỏ bọc. Đó là nguyên nhân của sự phân rã ure từ SCU vào đất bởi vi khuẩn và quá trình thủy phân phá hủy lớp vỏ lưu huỳnh.
* Phân bọc bằng polyme và lưu huỳnh
Do hiệu suất tương đối nghèo của SCU, một số nhà sản xuất trên thế giới đã giới thiệu một sản phẩm mới trong đó phân bọc lưu huỳnh được bao phủ thêm bởi một lớp mỏng polyme hữu cơ. Từ đó, một SCU bao polyme được gọi là PSCU. Theo Goetz [16] PSCU nhả phân bón cũng tương tự như CRFS phủ polyme. Lớp polyme bổ sung với tác dụng nâng cao khả năng chống tiêu hao của các hạt phân và cho thấy khả năng nhả tốt hơn phân bón bọc lưu huỳnh. Sản phẩm được sử dụng rộng rãi cho thị trường phi nông nghiệp nhƣ sân gôn, cây cảnh…