Xem mẫu

  1. øng dông n¨ng l-îng nguyªn tö cho ph¸t triÓn kinh tÕ – x· héi C¸C CHÕ PHÈM C«NG NGHÖ BøC X¹ PHôC Vô N«NG NGHIÖP TS. NguyÔn Quèc HiÕn Trung t©m Nghiªn Cøu vµ TriÓn Khai C«ng nghÖ Bøc x¹ I. Më ®Çu C«ng nghÖ bøc x¹ (CNBX) lµ lo¹i h×nh c«ng nghiÖp trong ®ã bøc x¹ ion hãa ®-îc sö dông lµm nguån n¨ng l-îng trong c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. CNBX sö dông tia gamma Co-60, dßng ®iÖn tö gia tèc vµ tia X (chuyÓn ®æi tõ dßng ®iÖn tö gia tèc) ®ang ®-îc triÓn khai øng dông ë nhiÒu n-íc trªn thÕ giíi. HiÖn nay trªn thÕ giíi cã h¬n 200 nguån chiÕu x¹ gamma Co-60 vµ kho¶ng h¬n 1.000 m¸y gia tèc ®iÖn tö ho¹t ®éng cho môc ®Ých øng dông c«ng nghiÖp. Trong kho¶ng 30 n¨m qua, øng dông c«ng nghiÖp CNBX chñ yÕu trªn c¸c lÜnh vùc: 1. BiÕn tÝnh polyme nh- vËt liÖu c¸ch ®iÖn, mµng èng co nhiÖt, tiÒn l-u hãa cao su chÕ t¹o vá (lèp) « t«, l-u hãa latex, vËt liÖu biÕn tÝnh polyme hãa ghÐp,.. 2. Khö trïng dông cô y tÕ, thanh trïng d-îc phÈm, mü phÈm,.. 3. ChiÕu x¹ thùc phÈm 4. ChiÕu x¹ xö lý khÝ th¶i, n-íc th¶i. Xö lý bøc x¹ ®ang ®-îc ®¸nh gi¸ lµ mét kü thuËt ®Æc thï thuËn lîi ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm míi, s¶n phÈm cã gi¸ trÞ gia t¨ng (value added products). H¬n n÷a CNBX lµ c«ng nghÖ th©n thiÖn víi m«i tr-êng vµ tiÕt kiÖm n¨ng l-îng. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ¸p dông CNBX xö lý polyme tù nhiªn bao gåm polysacarit biÓn (alginat, chitin/chitosan, caraginan), biÕn tÝnh xenluloze, tinh bét,.. vµ c¸c dÉn xuÊt cña chóng ®Ó chÕ t¹o c¸c chÕ phÈm ®iÒu hßa t¨ng tr-ëng, b¶o vÖ thùc vËt vµ gel tr-¬ng n-íc gi÷ Èm cho ®Êt ®-îc ®¸nh gi¸ lµ rÊt triÓn väng øng dông qui m« lín. Xö lý bøc x¹ polysacarit víi môc ®Ých lµ ®iÒu chØnh gi¶m khèi l-îng ph©n tö vµ chÕ t¹o oligosacarit. §èi víi c¸c dÉn xuÊt polysacarit th× môc ®Ých chñ yÕu lµ kh©u m¹ch t¹o vËt liÖu hydrogel (vËt liÖu gel tr-¬ng n-íc). Ngoµi ra polyme hãa ghÐp bøc x¹ biÕn tÝnh polysacarit vµ dÉn xuÊt cña chóng víi c¸c lo¹i monome sÏ t¹o ra hµng lo¹t c¸c s¶n phÈm víi nhiÒu môc ®Ých øng dông kh¸c nhau. Polysacarit víi tr÷ l-îng trong tù nhiªn rÊt lín vµ cã kh¶ n¨ng t¸i t¹o. HiÖn nay trõ xenluloze vµ c¸c dÉn xuÊt, s¶n l-îng khai th¸c hµng n¨m trªn thÕ giíi ®èi víi alginat: 30.000 tÊn, chitin/chitosan: 10.000 tÊn, caraginan: 40.000 tÊn lµ nguån nguyªn liÖu dåi dµo vµ cã tiÒm n¨ng øng dông ®Ó xö lý bøc x¹ ë qui m« c«ng nghiÖp. Trong bµi nµy chóng t«i tr×nh bµy qui tr×nh chÕ t¹o chÊt t¨ng tr-ëng thùc vËt tõ alginat rong biÓn, chÊt b¶o vÖ vµ kÝch kh¸ng bÖnh thùc vËt tõ chitosan vá 1
  2. øng dông n¨ng l-îng nguyªn tö cho ph¸t triÓn kinh tÕ – x· héi t«m vµ gel tr-¬ng n-íc tõ tinh bét biÕn tÝnh ghÐp víi acrylic axÝt trªn c¬ së ¸p dông CNBX. II. C¸c chÕ phÈm c«ng nghÖ bøc x¹ phôc vô n«ng nghiÖp 1. ChÕ phÈm t¨ng tr-ëng thùc vËt tõ alginat rong biÓn Rong biÓn n©u (Brown seaweed’Sargassum) lµ nguån nguyªn liÖu dåi dµo vµ s½n cã ë n-íc ta, -íc tÝnh s¶n l-îng rong n©u hiÖn nay kho¶ng 30.000 tÊn rong t-¬i/n¨m. Hµm l-îng alginat trong rong n©u kh« kho¶ng tõ 20-40%. S¶n l-îng alginat trong rong n©u ë n-íc ta -íc tÝnh vµo kho¶ng 500 tÊn/n¨m. HiÖn t¹i ë n-íc ta ch-a cã nhµ m¸y chiÕt t¸ch alginat tõ rong n©u qui m« c«ng nghiÖp vµ nh- vËy nguån nguyªn liÖu rong n©u ch-a ®-îc sö dông hiÖu qu¶. øng dông CNBX ®Ó chÕ t¹o chÊt t¨ng tr-ëng thùc vËt tõ alginat rong biÓn n©u nh»m ®ãng gãp sö dông hiÖu qu¶ nguån nguyªn liÖu rong n©u vµ ®ãng gãp ph¸t triÓn nÒn n«ng nghiÖp sinh th¸i bÒn v÷ng. Quy tr×nh chÕ t¹o chÊt t¨ng tr-ëng thùc vËt T&D 4DD tõ alginat rong biÓn n©u b»ng kü thuËt chiÕu x¹ nh- sau: Rong biÓn n©u  Ph¬i kh«  Xay  ChiÕt alginat (Na2CO3)  ChiÕu x¹ c¾t m¹ch alginat, Co-60  Xö lý sau chiÕu x¹  ChÊt t¨ng tr-ëng thùc vËt oligoalginat,T&D 4DD (d¹ng dung dÞch) T&D 4DD chÕ t¹o tõ alginat rong biÓn chiÕu x¹ ®-îc ®¸nh gi¸ lµ lo¹i ho¹t chÊt t¨ng tr-ëng ®¬n h-íng, an toµn vµ hiÖu qu¶, ®¸p øng nhu cÇu s¶n xuÊt n«ng phÈm s¹ch vµ ph¸t triÓn n«ng nghiÖp bÒn v÷ng. Sö dông phun l¸ chÊt T&D 4DD víi ®é pha lo·ng tõ 1/500 - 1/1000 ®· lµm gia t¨ng n¨ng suÊt nhiÒu lo¹i c©y trång nh- cµ rèt, nho, chÌ, cµ chua, hµnh, ®Ëu phéng,.. tõ 10-40%. ChÊt T&D 4DD ®· ®-îc Bé NN & PTNT cÊp giÊy phÐp sö dông trªn ®ång ruéng sè 88/2000/Q§-BNN-BVTV. 80 Carot 60 Taêng NS, % Cheø 40 20 0 0 50 100 150 200 Noàng ñoä, ppm H×nh 1: HiÖu øng t¨ng tr-ëng cña T&D 4DD trªn c©y chÌ vµ cµrèt 2
  3. øng dông n¨ng l-îng nguyªn tö cho ph¸t triÓn kinh tÕ – x· héi 2. ChÕ phÈm b¶o vÖ thùc vËt tõ chitosan vá t«m (fungicide) Cã mét l-îng lín vá, ®Çu t«m ®-îc th¶i ra tõ c¸c nhµ m¸y chÕ biÕn h¶i s¶n ë n-íc ta, -íc tÝnh hµng chôc ngµn tÊn/n¨m. Trong ®ã hµm l-îng chitin/chitosan vµo kho¶ng 5-7% (tÝnh theo vá t-¬i). Nh- vËy n-íc ta mçi n¨m cã s¶n l-îng chitin/chitosan kho¶ng h¬n 1.000 tÊn/n¨m, còng ®-îc ®¸nh gi¸ lµ nguån nguyªn liÖu dåi dµo vµ s½n cã. HiÖn t¹i ë n-íc ta ®· cã nhµ m¸y s¶n xuÊt chitin/chitosan (Chitosan Cµ Mau) chñ yÕu xuÊt khÈu nªn chitin/chitosan vÉn ch-a ®-îc sö dông hiÖu qu¶ ë trong n-íc. ¸p dông CNBX ®Ó chÕ t¹o chÊt phßng trÞ nÊm bÖnh thùc vËt tõ chitin/chitosan vá t«m còng nh»m môc ®Ých ®ãng gãp sö dông hiÖu qu¶ nguån nguyªn liÖu phÕ th¶i vá t«m, ph¸t triÓn nÒn n«ng nghiÖp sinh th¸i bÒn v÷ng vµ lµm gi¶m « nhiÔm m«i tr-êng. Qui tr×nh chÕ t¹o chÊt b¶o vÖ thùc vËt tõ chitosan vá t«m b»ng kü thuËt chiÕu x¹ nh- sau: Vá t«m  ChiÕt protein (NaOH)  Khö kho¸ng (HCl)  Chitin  Deaxetyl hãa chitin (NaOH)  Chitosan  ChiÕu x¹ c¾t m¹ch chitosan, Co- 60  Xö lý sau chiÕu x¹  ChÊt b¶o vÖ thùc vËt (d¹ng dung dÞch) ChÊt phßng trÞ nÊm bÖnh thùc vËt OLICIDE 9DD dïng cho c©y chÌ vµ b¾p c¶i, GOLDRICE 8DD trÞ bÖnh ®¹o «n cho c©y lóa chÕ t¹o tõ chitosan vá t«m chiÕu x¹ ®-îc ®¸nh gi¸ lµ lo¹i thuèc b¶o vÖ thùc vËt hiÖu qu¶, ®¸p øng nhu cÇu s¶n xuÊt n«ng phÈm s¹ch vµ an toµn. ChÊt phßng trÞ nÊm bÖnh thùc vËt OLICIDE 9DD (No. 53/2002/Q§-BNN) vµ GOLDRICE 8DD (No. 49/03 SRN) ®-îc Bé NN & PTNT cho phÐp sö dông ®ång ruéng. 2.5 ÑC CSB ñaïo oân, % 2 CTS-50kGy 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 Sau xöû lyù, ngaøy H×nh 2: HiÖu øng cña GOLDRICE trÞ bÖnh ®¹o «n (Pyricularia Oryzae) trªn c©y lóa 3. ChÕ phÈm kÝch kh¸ng bÖnh thùc vËt (biotic elicitor) Oligochitosan ®-îc x¸c nhËn lµ chÊt kÝch kh¸ng bÖnh thùc vËt hiÖu qu¶ (v¾c xin thùc vËt). H¬n n÷a oligochitosan lµ chÊt kÝch kh¸ng bÖnh ngo¹i bµo 3
  4. øng dông n¨ng l-îng nguyªn tö cho ph¸t triÓn kinh tÕ – x· héi (exogenous elicitor) cã ®é nh¹y kÝch kh¸ng bÖnh cao h¬n lo¹i néi bµo (endogenous elicitor), vÝ dô oligoalginat. Qui tr×nh chÕ t¹o chÊt kÝch kh¸ng bÖnh tõ chitosan vá t«m b»ng kü thuËt chiÕu x¹ nh- sau: Chitosan  Xö lý kü thuËt  Hßa tan thµnh dung dÞch  ChiÕu x¹ c¾t m¹ch t¹o oligochitosan, Co-60  Xö lý sau chiÕu x¹  ChÊt kÝch kh¸ng bÖnh thùc vËt (d¹ng dung dÞch) B¶ng 1. HiÖu øng kÝch kh¸ng bÖnh cña chitosan chiÕu x¹ trªn c©y mÝa (VN85- 1427) MÉu ChØ sè bÖnh Th©n c©y bÞ t¨ng n¨ng ChÊt l-îng l¸, % bÖnh, % suÊt mÝa % ch÷ ®-êng, % §èi chøng 11,95 10,82 0 11,36 Chitosan, 8,10 6,16 9,3 11,65 0kGy Chitosan, 6,17 7,43 12,9 11,71 30kGy Chitosan, 6,06 3,98 21,8 11,54 50kGy ChÊt kÝch kh¸ng bÖnh sinh häc oligochitosan chÕ t¹o b»ng xö lý chiÕu x¹ ®· thÓ hiÖn hiÖu øng kÝch kh¸ng bÖnh hiÖu qu¶ ®èi víi c©y mÝa. Ngoµi ra n¨ng suÊt c©y mÝa còng t¨ng lªn ®¸ng kÓ (21,8%). HiÖn t¹i ®ang tiÕp tôc thö nghiÖm hiÖu øng kÝch kh¸ng bÖnh trªn c¸c ®èi t-îng c©y trång kh¸c nh- c©y lóa, c©y tiªu,.. . 4. Gel siªu hÊp thô n-íc ®iÒu hßa ®é Èm cho ®Êt (super-water absorbent) CNBX ®-îc sö dông hiÖu qu¶ ®Ó kh©u m¹ch c¸c polyme tæng hîp tan trong n-íc nh- polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylic axit (PAA), polyacrylamide (PAM), polyethylene glycol (PEG), .. vµ c¸c dÉn suÊt polyme cã nguån gèc tù nhiªn nh- carboxymetyl (CM) xenluloze, CM-tinh bét, CM-chitin/ chitosan ®Ó t¹o vËt liÖu hydrogel øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc. ViÖc øng dông gel siªu hÊp thô n-íc sÏ c¶i thiÖn ®-îc kh¶ n¨ng gi÷ Èm cho ®Êt. Qui tr×nh chÕ t¹o gel siªu hÊp thô n-íc nh- sau: Tinh bét  Hå hãa b»ng KOH  Trung hßa víi axit acrylic  ChiÕu x¹, Co- 60  SÊy kh«  T¹o h¹t  S¶n phÈm (gel siªu hÊp thô n-íc). 4
  5. øng dông n¨ng l-îng nguyªn tö cho ph¸t triÓn kinh tÕ – x· héi 320 Haáp phuï g(H2O)/g(gel) 240 Giaûi haáp 160 80 0 0 12 24 36 48 Thôøi gian, giôø H×nh 3. HÊp phô vµ gi¶i hÊp n-íc cña gel siªu tr-¬ng n-íc KÕt qu¶ thö nghiÖm cho thÊy chÕ phÈm nµy cã hiÖu øng gi÷ n-íc vµ ®iÒu hßa ®é Èm cho ®Êt hiÖu qu¶, ®Æc biÖt ®èi víi nh÷ng vïng kh« h¹n. B¶ng 2. §Æc tr-ng cña chÕ phÈm gel siªu tr-¬ng n-íc Tb-g-AAc ChØ tiªu KÕt qu¶ 1. TØ lÖ hîp phÇn Tb/AAc, g/g 1/2 2. §é hÊp thô n-íc, gH2O/g(gel ~ 300 kh«) 19,3 3. Hµm l-îng Kali, % 3-5 4. §é Èm, % 0,3-0,7 5. KÝch th-íc h¹t, mm Tr¾ng ®ôc 6. Mµu 7. Ph©n hñy trong ®Êt, % 46,2 - Sau 3 th¸ng 82,1 - Sau 6 th¸ng 85,5 - Sau 9 th¸ng III. NhËn xÐt chung C¸c chÕ phÈm t¨ng tr-ëng, b¶o vÖ vµ kÝch kh¸ng bÖnh sinh häc chÕ t¹o tõ polysacarit tù nhiªn (alginat, chitin/chitosan) vµ chÊt gel siªu hÊp phô n-íc tõ tinh bét biÕn tÝnh b»ng xö lý bøc x¹ rÊt cã triÓn väng øng dông réng r·i trong n«ng nghiÖp. Sö dông c¸c chÕ phÈm nµy sÏ lµm gi¶m hay h¹n chÕ viÖc sö dông c¸c lo¹i n«ng d-îc phßng trÞ bÖnh ®éc h¹i, gia t¨ng n¨ng suÊt chÊt l-îng n«ng phÈm vµ gi¶m thiÓu viÖc g©y « nhiÔm m«i tr-êng gãp phÇn ph¸t triÓn nÒn n«ng nghiÖp sinh th¸i an toµn, bÒn v÷ng. 5