จลนพลศาสตร์การปลดปล่อยไนโตรเจนของปุ๋ยปลดปล่อยช้าด้วยวัสดุผสมอัลจิเนต-ทัลคัมในรูปแบบแอโรเจล | N-Release Kinetics of Slow-Release Fertilizer by Alginate-Talcum Aerogel Composite Materials
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
N-slow release fertilizer was fabricated using new materials as urea adsorbent; sodium alginate (SA) and talcum (T) were used to form aerogel beads with various SA:T ratios, that are 10:0 (T0), 10:1 (T1), 10:2 (T2), 10:5 (T5), 10:10 (T10) and 10:30 (T30). The structures of aerogel beads were characterized by XRD and FT-IR spectrometry. Regarding this our research, The N-release kinetics by Zero-order, First-order and Higuchi models. Were studied all release kinetic model results showed the release of urea in SA-T aerogel beads. The results show that the release rate of urea depends on SA:T ratios in aerogel beads. For the first-order model, it was found that the lowest urea release rate was around 0.2713 day-1 for T2, which were lower than three times of T0, free talcum. These results attributed that adding talcum into SA-T aerogel beads significantly affects the release rate of urea in the slow-release fertilizer. This research shows that N-slow release fertilizers in the form of aerogel that beads can furtherly improve the efficiency of slow-release fertilizers.
บทคัดย่อ
ปุ๋ยไนโตรเจนปลดปล่อยช้าสังเคราะห์ด้วยการใช้วัสดุชนิดใหม่ทำหน้าที่เป็นวัสดุกักเก็บไนโตรเจนคือโซเดียมอัลจิเนตและทัลคัม ซึ่งถูกนำมาขึ้นรูปในลักษณะแอโรเจลที่อัตราส่วนระหว่างโซเดียมอัลจิเนตและทัลคัมแตกต่างกัน คือ 10:0 (T0), 10:1 (T1), 10:2 (T2), 10:5 (T5), 10:10 (T10) และ 10:30 (T30) โครงสร้างของเม็ดแอโรเจลถูกนำมาตรวจสอบด้วยกระบวนการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์และกระบวนส่องผ่านแสง โดยงานวิจัยนี้มีการศึกษาจลนพลศาสตร์การปลดปล่อยปุ๋ยไนโตรเจนด้วยโมเดลทางคณิตศาสตร์หลายรูปแบบ ได้แก่ จลนพลศาสตร์การปลดปล่อยลำดับที่ศูนย์ จลนพลศาสตร์การปลดปล่อยลำดับที่หนึ่ง และ จลนพลศาสตร์การปลดปล่อยของฮิกุชิ พบว่าการปลดปล่อยไนโตรเจนจากวัสดุแอโรเจลสอดคล้องกับทุกรูปแบบของจลนพลศาสตร์การปลดปล่อย ผลการทดลองพบว่าค่าคงที่จลนพลศาสตร์การปลดปล่อยลำดับที่หนึ่งมีค่าต่ำสุดคือ 0.2713 ต่อวัน สำหรับปุ๋ยยูเรียปลดปล่อยช้าในรูปแบบแอโรเจล T2 ซึ่งพบว่ามีค่าต่ำกว่าวัสดุแอโรเจลในกรณีที่ไม่มีการเติมทัลคัม T0 ผลการทดลองอธิบายได้ว่าการเติมทัลคัมส่งผลต่อการปลดปล่อยไนโตรเจนจากปุ๋ยแอโรเจลอย่างมีนัยสำคัญ ผลการวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าปุ๋ยไนโตรเจนในรูปแบบของแอโรเจลสามารถนำมาใช้ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของปุ๋ยปลดปล่อยช้าได้มากขึ้น
Downloads
Article Details
References
Ammar, O., Bouaziz. Y.,Haddar, N. & Mnif, N. (2017) Talc as Reinforcing Filler in Polypropylene Compounds: Effect on Morphology and Mechanical Properties. Polym Sci. 3, 1-8
Balakrishnan, G., Velavana, R., Khalid Mufasa Batoob & Emad H. Raslan. (2020). Microstructure, optical and photocatalytic properties of MgO nanoparticles. Results in Physics. 16, 103013
De Oliveira Filho, J.G., Rodrigues, J.M., Fernandes Valadares, A.C., de Almeida, A.B., de Lima, T.M., Takeuchi, K.P., Fernandes Alves, C.C., de Figueiredo Sousa, H.A., da Silva, E.R., Dyszy, F.H., Egea, M. B. (2019). Active food packaging: Alginate films with cottonseed protein hydrolysates, Food Hydrocolloids. 92, 267-275.
He, Y., Wu, Z., Tu, L., Han, Y., Zhang, G. & Li, C. (2015). Encapsulation and characterization of slow-release microbial fertilizer from the composites of bentonite and alginate. Applied Clay Science, 109-110, 68-75
Huang, H., YangQiang, L., LiuLi, X. & Ding, H. (2015) Removal of ammonium from swine wastewater by zeolite combined with chlorination for regeneration. Journal of Environmental Management, 160, 333-341.
Madusanka, N., Sandaruwan, C., Kottegoda, N., Sirisena, D., Munaweera, I., De Alwis, A., Karunaratne V. & Amaratunga Gehan A.J. (2017). Urea–hydroxyapatite-montmorillonite nanohybrid composites as slow release nitrogen compositions. Applied Clay Science, 150, 303-308.
Márquez, A., Jiménez-Jorquera, C., Domínguez, C. & Muñoz-Berbel, X. (2017). Electrodepositable alginate membranes for enzymatic sensors: An amperometric glucose biosensor for whole blood analysis. Biosensors and Bioelectronics, 97, 136-142
Millar, N., Doll, J. E. and Robertsonz, G. P. (2014). Climate Change and Agriculture. Fact Sheet Series—MSU Extension Bulletin, 3152, 1-5.
Patel, S., Bajpai, A.K., Bajpai, J., Kumar, R. Saini & Acharya, S. (2017). Facile preparation of iron loaded calcium alginate nanocarriers and study of controlled release of iron. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5, 5337-5346.
Sangjan, S. & Ponsanti, K.. (2019). Adsorption and Photocatalytic Kinetic of Wastewater Treatment by Photocatalyst-Alginate/Polyvinyl Alcohol Composite Beads. Solid State Phenomena, 287, 69-74.
Sangjan, S. & Thongsamer, W. (2020). Application of Photocatalytic and Adsorption Process for Residue Organic Degradation Using Doped ZnO Composites Hydrogel Beads. Key Engineering Materials, 858, 109-115.
Sangjan, S., & Thongsamer, W. (2021). Facile Fabrication of N-Slow Release Fertilizer Hydrogel Beads by Alginate-Based Composites. Key Engineering Materials, 889, 91–97.
Siregaru, J., Sebayangl, K., Yuliarto, B., & Humaidi, S., (2019) XRD Characterization of Fe304-Zn0 Nanocomposite Material by the Hydrothermal Method. The 1st International Conference on Physics and Applied Physics (The 1st ICP&AP) AIP Conf. Proc. 2221, 110008-1-110008-4; https://doi.org/10.1063/5-0003210 Published by AIP Publishing. 978-0-7354-1980-3/S30.00
Shen, Y., Wang, H., Li, W., Liu, Z., Liu, Y., Wei, H. & Li, J. (2020). Synthesis and characterization of double-network hydrogels based on sodium alginate and halloysite for slow release fertilizers. International Journal of Biological Macromolecules, 164, 557-565.
Soumia, A., Adel, M., Amina, S., Bouhadjar, B., Amal, D., Farouk, Z., Abdelkader, B. & Mohamed, S. (2020). Fe3O4-alginate nanocomposite hydrogel beads material: One-pot preparation, release kinetics and antibacterial activity International. Journal of Biological Macromolecules. 145, 466-475.
Swietlicki, M., Chocy, D., Klepka, T., Prószynski, A., Kwasniewska, A., Borc, J., & Gładyszewski, G. (2020). The Structure and Mechanical Properties of the Surface Layer of Polypropylene Polymers with Talc Additions. Materials. 13, 698-711.
Tilmana, D., Balzer, C., Hill, J. & Befort, B. L., (2011). Global food demand and the sustainable intensification of agriculture. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108, 20260-20264
Wang, J., Yang, Q., Zhang, L., Liu, M., Hu, N., Zhang, W., Zhu, W., Wang, R., Suo, Y., Wang, J. (2018). A hybrid monolithic column based on layered double hydroxide-alginate hydrogel for selective solid phase extraction of lead ions in food and water samples. Food Chemistry. 257, 155-162.
Wu, C., Dan, Y., Tian, D., Zheng, Y., Wei, S. & Xiang, D. (2020). Facile fabrication of MOF(Fe)@alginate aerogel and its application for a high-performance slow-release N-fertilizer. International Journal of Biological Macromolecules, 145, 1073-1079.
Zhang, F., Sun, Q., Mehrabadi, M., Khoshnevisan, B., Zhang, Y., Fan, X., Zhai, L., Xia, Y., Wu, M., Liu, D., Pan, J., Rafiee, S., Liu, H., (2021). Joint analytical hierarchy and metaheuristic optimization as a framework to mitigate fertilizer-based pollution. Journal of Environmental Management, 278, 111493