share

Vật liệu phủ thường bao gồm hai loại, cụ thể là vật liệu vô cơ và polyme hữu cơ . Vật liệu vô cơ bao gồm lưu huỳnh, bentonit và phosphogypsum trong khi polyme hữu cơ có thể là polyme tổng hợp, chẳng hạn như polyurethane, polyethylene, nhựa alkyd, v.v., hoặc polyme tự nhiên như tinh bột, chitosan, xenluloza và các loại khác. Các kết hợp khác nhau của các vật liệu này đã được khám phá để kiểm tra tác động đến tốc độ giải phóng urê và xác định khả năng của chúng làm vật liệu phủ cho CRF. Phần này phân loại các vật liệu thành bốn nhóm, cụ thể là vật liệu gốc vô cơ, vật liệu gốc polyme tổng hợp, vật liệu gốc polyme tự nhiên và các vật liệu hữu cơ khác.

a/ Lớp phủ dựa trên vật liệu gốc vô cơ:

Hầu hết các vật liệu phủ gốc vô cơ được làm từ lưu huỳnh và khoáng chất.

• Lớp phủ gốc lưu huỳnh CRF, SCU, là một trong những lớp phủ đầu tiên được Cơ quan Thung lũng Tennessee (TVA) phát triển vào năm 1961. Tuy nhiên, vì lớp phủ thường bị hư hỏng do các khuyết điểm nên việc giải phóng chất dinh dưỡng không thể đồng bộ với nhu cầu của cây và dẫn đến giải phóng ngay lập tức khi tiếp xúc với nước, được gọi là “hiệu ứng trương nở”.
• Các lớp phủ lai giữa polyme và lưu huỳnh giá rẻ (khoảng 38,5–42% N, 11–15% S và ít hơn 2% chất trám polyme) đã được phát triển để khắc phục vấn đề này, nhưng mặc dù đã có một số cải tiến, đặc điểm trương nở vẫn tồn tại.
• Các vật liệu gốc lưu huỳnh giá rẻ khác như thạch cao và phosphogypsum cũng được báo cáo trong các nghiên cứu gần đây. Chúng có lợi thế hơn lưu huỳnh vì chúng ít tan trong nước, không làm thay đổi độ pH của đất và có thể cung cấp ion sunfat dễ dàng cho cây trồng . Một báo cáo về khi thay đổi tỷ lệ thạch cao và lưu huỳnh làm vật liệu phủ và kết quả cho thấy tỷ lệ thạch cao và lưu huỳnh bằng nhau mang lại hiệu quả tốt nhất và giải phóng urê thấp nhất.
• Các khoáng chất như hydroxyapatite, bentonit, zeolit ​​và attapulgite cũng được khám phá vì chúng có thể hoạt động như chất điều hòa đất và cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của đất cũng như các tính chất trao đổi ion có lợi cho sự phát triển của cây trồng .

b/ Lớp phủ dựa trên vật liệu gốc polyme tổng hợp :

Vật liệu phủ polyme trở nên thuận lợi hơn vì chúng không nhạy cảm với các yếu tố môi trường và có thể được thay đổi để giải phóng dinh dưỡng có kiểm soát. Các kiểu giải phóng từ lớp phủ polyme phụ thuộc vào độ dày và nhiệt độ đất của chúng, điều này sẽ ảnh hưởng đến sự khuếch tán. Việc sử dụng vật liệu polyme đơn hoặc hỗn hợp đã được phát triển để giải quyết vấn đề giải phóng nitơ nhanh chóng và tức thời.

Một nghiên cứu về tổng hợp phân bón urê phủ với các mức độ kỵ nước khác nhau bằng cách đồng trùng hợp PU và polydimethylsiloxane kết thúc bằng hydroxypropyl (HP-PDMS). Việc triển khai các lớp gradient ưa nước bên trong và kỵ nước bên ngoài làm tăng khả năng chống khuếch tán của urê và cho phép giải phóng urê trong hơn 60 ngày. Các lớp phủ kỵ nước gradient cũng làm giảm độ dày lớp phủ cần thiết để đạt được cùng tốc độ giải phóng bằng lớp phủ đồng nhất, giúp giảm đáng kể chi phí.

Polyurethane (PU) là một chất tổng hợp lớp phủ gốc polyme có nguồn gốc thường được sử dụng làm vật liệu phủ cho sản xuất phân bón tan chậm có kiểm soát. Có thể kéo dài thời gian giải phóng urea cho hơn 60 ngày bằng cách thực hiện bên trong và bên ngoài ưa nước và sợ nước. Polyether sulphone được sử dụng cùng với  các chất độn nano oxit như CRF cung cấp thêm lợi ích bằng cách tăng độ dày của lớp phủ lớp này giúp làm chậm tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng

c/ Lớp phủ dựa trên vật liệu gốc polyme tự nhiên:

Mặc dù polyme tổng hợp có thể được điều chỉnh và sửa đổi để có được các đặc tính mong muốn của CRF, nhưng polyme không phân hủy sinh học có tác động tiêu cực lớn đến môi trường. Sau khi giải phóng hàm lượng dinh dưỡng của chúng, các vật liệu polyme còn lại sẽ vẫn tồn tại và tích tụ tới 50 kg/ha mỗi năm trong đất, gây ra ô nhiễm trắng. Điều này thúc đẩy sự quan tâm nghiên cứu đến các polyme tự nhiên có khả năng phân hủy sinh học và không độc hại với môi trường. Các polyme tự nhiên thường được sử dụng với các vật liệu khác để tạo thành vật liệu composite, vì riêng các polyme tự nhiên không có đủ tính toàn vẹn về mặt cơ học và các đặc tính khác lý tưởng cho CRF.

Tinh bột là polyme tự nhiên được nghiên cứu nhiều nhất cho vật liệu phủ do tính sẵn có và chi phí thấp. Một nghiên cứu về CRF dựa trên tinh bột với urê đóng vai trò là chất hóa dẻo. Người ta đã chỉ ra rằng chất hóa dẻo làm giảm hàm lượng ẩm, ảnh hưởng đến các tính chất cơ học và độ kết tinh. Hàm lượng urê cao hơn làm chậm quá trình giải phóng, nhưng có báo cáo rằng nó không đạt yêu cầu (giải phóng 75% chất dinh dưỡng trong 12 giờ) và cần phải sửa đổi thêm để tăng tính kỵ nước cho các ứng dụng dài hạn.

Nhiều CRF hydrogel gốc tinh bột đã được phát triển trong những năm gần đây do những lợi ích liên quan đến khả năng giữ nước, như đã đề cập trước đây. Jin và cộng sự đã phát triển siêu hấp thụ tinh bột/poly(axit acrylic-co-acrylamide) (SAAmF), có thể phân hủy một phần. Tăng tỷ lệ tinh bột thành poly(axit acrylic-co-acrylamide) làm giảm khả năng hấp thụ nước vì khẩu độ trong mạng lưới 3D giảm. Điều này dẫn đến giải phóng chậm hơn 55% trong 30 ngày đồng thời tạo ra tiềm năng lớn để tạo ra CRF tiết kiệm chi phí vì hàm lượng được sử dụng tối đa. Tất cả các công trình sử dụng hydrogel gốc tinh bột đều cho thấy khả năng giữ nước và giữ lại nước trong đất tốt hơn so với các công trình không sử dụng hydrogel CRF.

Cellulose và lignin là những nguyên liệu thô hấp dẫn để phủ vì chúng là nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào nhất với chi phí thấp. Xie và cộng sự đã phát triển một loại phân bón đại phân tử mới poly(dimethylurea phosphate) (PDPU) có độ hòa tan thấp hơn urê. Người ta đã chứng minh rằng riêng PDPU hoạt động như một rào cản vật lý và làm chậm quá trình giải phóng. Tuy nhiên, sử dụng lớp phủ siêu hấp thụ rơm lúa mì giúp tăng cường hiệu suất hơn nữa vì nó có thể nở ra từ từ để trở thành hydrogel và giải phóng chậm 67,6% chất dinh dưỡng trong 30 ngày.

Chitosan là một polysaccharide có nguồn gốc từ lớp vỏ ngoài của giáp xác và thành tế bào của nấm, có đặc tính kháng nấm và kháng vi-rút ở thực vật. Một vài công trình nghiên cứu đã tạo ra vật liệu phủ gốc chitosan bằng cách sử dụng các chất humic (than bùn, axit humic, humin). Có báo cáo rằng, tùy thuộc vào loại chất humic và độ pH của môi trường nước, nó sẽ ảnh hưởng đến tốc độ giải phóng khác nhau do nhóm chức năng và các tương tác có thể có của từng hợp chất với urê.

d/ Các lớp phủ hữu cơ khác:

Một số vật liệu hữu cơ khác không thuộc loại polyme đã được thảo luận. Ứng dụng của chúng cũng có thể thúc đẩy các đặc tính hóa học và sinh học của đất và trao đổi ion.

Wen và cộng sự đã chuẩn bị một CRF với biochar/polyme siêu hấp thụ ghép với bentonit để tăng tính chất giữ nước của nó. Biochar được báo cáo là có khả năng hấp phụ mạnh, phù hợp để ứng dụng CRF. Một báo cáo đã chỉ ra rằng giải phóng chậm 70% hàm lượng trong hơn một tháng.

e/Kết luận:

Theo tiêu chí của CRF do Lực lượng đặc nhiệm của Ủy ban tiêu chuẩn hóa châu Âu (CEN) khuyến nghị, không quá 75% chất dinh dưỡng được giải phóng trong vòng 28 ngày . Dựa trên tóm tắt về khung thời gian giải phóng, CRF gốc lưu huỳnh, khoáng chất và vô cơ không đáp ứng được tiêu chí vì chất dinh dưỡng được giải phóng nhanh chóng chỉ trong vài phút, vài giờ hoặc vài ngày. Điều này là do bản chất của các vật liệu chính, khiến lớp phủ dễ bị nứt. Tuy nhiên, việc sử dụng một số chất độn có đặc tính kỵ nước (Span− 80) và khả năng hấp phụ tốt (bentonite, sepiolite) đã giúp kéo dài tốc độ giải phóng.

Mặt khác, đối với CRF polyme tổng hợp và tự nhiên, các công thức đáp ứng tiêu chí giải phóng là những công thức có một số mức độ kỵ nước nhất định như polyurethane, cao su tự nhiên hoặc sự hiện diện của các gradient kỵ nước trong lớp phủ. Chất độn kỵ nước (polyurethane) và chất độn có khả năng hấp phụ tốt (bentonite, montmorillonite, than tự nhiên, than sinh học) đóng vai trò chính trong việc xác định tốc độ giải phóng phân bón. Các đặc tính lý tưởng của CRF phải đủ ưa nước và kỵ nước, và các chất dinh dưỡng phải có khả năng hấp phụ tốt trên ma trận CRF để có hiệu suất tối ưu