Trả lời bạn đọc: Công nghệ hoạt hóa vi lượng chelated

Bạn Phan Bảo Trân ở 73 phường Vĩnh Phước, Tx Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng (Email: thanhyenxm@gmail.com) có đặt câu hỏi:

Xin tư vấn cho tôi vài công thức để pha chế phân bón chelate (dạng bột và dung dịch) để sử dụng nuôi tảo ạ! Xin chân thành cảm ơn!

www.camnangcaytrong.com trả lời:

Rất cảm ơn bạn đã gửi câu hỏi đến www.camnangcaytrong.com. Ở bài viết Cơ sở lý thuyết tạo phức Chelate và ứng dụng trong sản xuất phân bón chúng tôi đã trình bày về cơ sở lý thuyết tạo phức Chelate.

Trong bài viết này chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn đọc công thức tính lượng muối vô cơ cần lấy, lượng cân EDTA cần lấy và thực hành pha chế các dung dịch trung, vi lượng chelate đơn phục vụ cho phối trộn hỗn hợp trung vi lượng trong nuôi trồng thủy sản, dung dịch thủy canh, phân bón lá...

1. Tính toán lượng muối vô cơ theo % kim loại trong thành phẩm

Công thức 1: m (muối vô cơ A) = % (KL A/TP) / % (KL A/muối A) * mTP

Trong đó:

+ m (muối vô cơ A): Lượng muối vô cơ (của kim loại A) cần lấy.

+ % (KL A/TP): hàm lượng yếu tố kim loại A trong hỗn hợp thành phẩm.

+ % (KL/muối A): hàm lượng yếu tố kim loại A trong muối của kim loại A (VD: có 25% Cu trong CuSO₄.5H₂O)

+ mTP: Lượng hỗn hợp thành phẩm.

VD: Muốn trộn 1kg hỗn hợp thành phẩm (hoặc dung dịch) phân bón trong đó có muối CuSO₄.5H₂O sao cho thành phẩm sau khi trộn có 0,2%Cu.

Tính toán: Áp dụng công thức 1 ta có: m (CuSO₄.5H₂O) = 0,2% / 25% x 1000g = 8gam CuSO₄.5H₂O

(Ghi chú: Có thể hiểu 1kg dung dịch thành phẩm có 8g CuSO₄.5H₂O;  0,2% = 2000ppm)

2. Tính toán lượng EDTANa2 dùng để hoạt hoá muối trung, vi lượng dạng vô cơ sang dạng Chelate

EDTA (Na₂H₂Y) có công thức nguyên là: C₁₀.H₁₄.O₈N₂Na₂.2H₂O

M = 372,29; Đlg = 186,125 (g)

PTPƯ tổng quát:  Mⁿ⁺ + H₂Y^2- = MY^(n-4) + 2H⁺

Các ion kim loại không phân biệt hoá trị tạo phức với EDTANa2 theo mol là 1:1, vì vậy ta có công thức tổng quát để tính lượng EDTA cần để hoạt kim loại dạng vô cơ sang dạng chelate như  sau:

Công  thức 2: mEDTA = (m_A x M_EDTA)/M_A

Trong đó:

m_EDTA: Khối lượng EDTA cần dùng để hoạt hoá

M_EDTA: Khối lượng phân tử muối EDTA = 372,29

m_A: Khối lượng muối vô cơ cần hoạt hoá

M_A: Khối lượng phân tử của muối vô cơ

VD: Tính lượng EDTANa₂ để hoạt hóa hoàn toàn 8 gam CuSO₄.5H₂O thành dạng CuEDTA (muối Đồng Chelate), (Lưu ý để thành phẩm vẫn có hàm lượng Cu là 0,2% (2000ppm) thì chúng ta phải bớt lượng nước hoặc chất khác để đảm bảo thành phẩm không vượt quá 1kg.

Tính toán: Áp dụng công thức 2 ta có m EDTA = 8 (g) x 372,29 / 249 = 11,9 (g)

Trong đó: khối lượng phân tử CuSO₄.5H₂O = 249

Tương tự như vậy các bạn có thể tính lượng cân của bất kỳ một loại muối vô cơ nào khi biết được công thức hóa học muối vô cơ, khối lượng phân tử muối vô cơ, % kim loại trong thành phẩm. Tính được lượng cân EDTANa2 cần có để hoạt hóa muối vô cơ thành muối Chelate.

3. Thực hành pha chế dung dịch muối vi lượng chelate (hoạt hóa muối vi lượng vô cơ thành vi lượng dạng chelate)

3.1. Xác định thứ tự tạo phức chelate

• Phức Ca-EDTA

^​Phương trình tạo phức: Ca²⁺ + H₂Y^2- = CaY^2- + 2H⁺

Phức tạo thành CaY^2- tương đối không bền: [Ca2+][Y^4-]/[CaY^2-] = 2,96.10^-11

Sự tạo thành axit tự do trong quá trình phản ứng hay việc thêm nó vào dung dịch phân tích trước khi chuẩn độ làm chuyển dịch cân bằng trên về phía trái, nghĩa là vế phá huỷ phức.

Để khắc phục hiện tượng tạo thành H⁺ tự do trong quá trình phản ứng gây ảnh hưởng đến độ bền của phức, ta tạo phức Ca-EDTA bằng cách cho dung dịch EDTA dư phản ứng với CaCO₃ (bột nhẹ):

Ptpư:    H₂Y^4-  + CaCO₃ = CaY^2- + H₂O + CO₂­ (CO₂ bay hơi)

Như vậy, H⁺ tạo thành sẽ bị trung hoà hoàn toàn, mặt khác khi EDTA dư ([H₂Y^2-] lớn) sẽ làm phản ứng chuyển dịch sang phải.

• Phức Mg-EDTA

Phương trình tạo phức: Mg²⁺ + H₂Y^2- = MgY^2- + 2H⁺

Phức MgY^2- tương đối không bền: [Mg²⁺][Y^4-]/[MgY^2-] = 2,04.10^-9 nên trung hòa H⁺ bằng dung dịch KOH để phản ứng chuyển dịch sang phải.

• Phức Co-EDTA (KKB = 6,17.10^-17), Mn-EDTA (KKB = 9,12.10^-15), Cu-EDTA (KKB = 1,58.10^-19), Zn-EDTA (KKB = 3,16.10^-17): đều là các phức rất bền trong khoảng pH từ 5 - 10.
• Phức Fe(II)-EDTA (KKB = 4,68.10^-15) và Fe(III)-EDTA (KKB = 7,94.10-²⁶):

Fe²⁺ và Fe³⁺ có tích số tan tương đối bé, vì vậy ở pH > 2,3 và không có mặt của H₂Y^2- (EDTA) thì Fe²⁺ và Fe³⁺ sẽ tạo thành kết tủa Fe(OH)² (màu trắng xanh) và kết tủa Fe(OH)³ (màu nâu đỏ).

Khi có mặt của EDTA thì kết tủa Fe(OH)² và Fe(OH)³ sẽ bị hoà tan để chuyển thành phức Fe-EDTA, nhưng khi đến giá trị trị pH > 7,5 thì kết tủa Fe(OH)³ lại được tạo thành. Vì vậy pH thích hợp để tạo phức Fe-EDTA là < 7,5.

 - Như vậy để các phức trên được tạo thành trong một dung dịch đồng nhất chúng tôi đã thiết lập được thứ tự tạo phức như sau:

CaY^2- -> MgY^2- -> MnY^2- -> CoY^2- -> CuY^2- -> ZnY^2- -> FeY^2-

(giá trị pH khi kết thúc quá trình pha chế 6,5 - 7).

3.2. Mô tả quá trình pha chế dung dịch trung vi lượng chelate

- Cân và pha chế dung dịch EDTA: EDTA có dạng bột mịn màu trắng, sau khi sấy ở nhiệt độ 80^oC trong khoảng 1 - 2 giờ, được cân trên cân kỹ thuật, sau đó được hoà tan trong nước nóng, lượng nước cần dùng để hoà tan là lượng nước tối thiểu có thể để EDTA có thể tan hết (100gam EDTA cần khoảng 300 ml nước nóng để EDTA có thể tan hoàn toàn). pH của dung dịch ~ 6.

- Chuyển hoá CaCO₃ thành Ca-EDTA: Cân CaCO₃ (bột nhẹ) trên cân kỹ thuật chuyển vào bình pha chế, đổ dần dần dung dịch EDTA vừa pha chế ở trên vào bình chứa bột CaCO₃, vừa cho vừa khuấy đều dung cho lượng bột nhẹ khuyếch tán vào trong dung dịch, quan quát dung dịch ta thấy có bọt khí sủi lên và lượng CaCO₃ dần tan hết, muối CaCO₃ chuyển hoá hoàn toàn thành Ca-EDTA và giải phóng khí CO₂. (pH  ~ 6).

- Kiềm hoá dung dịch trên (Ca-EDTA và EDTA dư) bằng dung dịch KOH 2N:

+ Chuẩn bị dung dịch 200 ml KOH ~ 2 N (Cân nhanh 22 gam KOH trên cân kỹ thuật hoà tan trong 200ml nước)

+ Kiềm hoá dung dịch: Thêm từ từ dung dịch KOH vào dung dịch 3 khuấy đều, vừa cho vừa thử bằng giấy đo pH.

- Tạo phức Mg-EDTA: Cân muối MgSO₄.H₂O trên cân kỹ thuật, chuyển toàn bộ lượng cân trên vào dung dịch sau khi đã được kiềm hoá, vừa cho vừa khuấy đều đến tan hết.

- Tạo phức Mn-EDTA, Co-EDTA, Cu-EDTA, Zn-EDTA, Fe-EDTA: Tương tự như tạo phức Mg-EDTA, các muối MnSO₄.4H₂O, CoSO₄.H₂O, CuSO₄.7H₂O, ZnSO₄.7H₂O, FeSO₄.7H₂O được cân trên cân kỹ thuật và lần lượt chuyển vào dung dịch, khuấy đều để tạo phức (pH kết thúc quá trình 6 - 7).

Hướng dẫn pha chế một số vi lượng vô cơ bổ sung

- Pha chế Amoni Molipdat: Muối Amoni Molipdat (NH₄)₆Mo₇O₂₄.4H₂O là những tinh thể không màu hoặc xanh nhạt. Khi để trong không khí lên hoa, mất một phần NH₃. Trên thị trường loại tinh khiết hoá học chứa 81%MoO3 (54%Mo), loại tinh khiết cho phân tích chứa 80,5% MoO3 (53,67% Mo), loại tinh khiết chứa 80% MoO3 (53,33%Mo). Cân chính xác lượng Molipdat theo tính toán trên cân phân tích, nghiền nhỏ trong cối xứ rồi hoà tan trong nước sôi, để nguội sau đó chuyển vào dung dịch phức vi lượng vừa pha chế.

- Pha chế H₃BO₃: Axit othoboric là các tinh thể hình vảy không màu, sờ thấy nhờn mỡ, hoặc là bột tinh thể. Độ hoà tan của axit boric trong 100ml nước ở 0^OC là 1,95 gam, ở 100^OC là 39,1 gam. Trong các axit vô cơ tan kém hơn trong nước, còn các dung dịch muối thì tan nhiều hơn. Tan trong Etanol, glyxerin và ête. Dùng một trong các dung môi trên để hoà tan axít othoboric và rồi chuyển vào dung dịch hỗn hợp các muối chelate vừa pha chế bên trên.

- Pha chế selen: Selen có dạng tinh thể giòn xám đen óng ánh (99,5% Se). Cân lượng trên Se theo tính toán trên cân phân tích sau đó hoà tan trong khoảng 5 - 10ml axit nitric đậm đặc, khi Selen tan hết, pha loãng dung dịch và trung hoà bằng dung dịch KOH 2N đến pH ~ 6, sau đó chuyển toàn bộ lượng dung dịch vào hỗn hợp vi lượng trên.

4. Tham khảo công thức pha chế dung dịch thủy canh ương nuôi tảo (Theo thuysanvietnam.com.vn)

• Tảo Chlorella

Là loài đơn bào, thuộc ngành tảo lục (Chlorophyta), có dạng hình cầu, đường kính 2 - 10µm, màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll - a và b trong lục lạp.

Môi trường cơ bản: KNO₃ (20,22g/200 ml); NaH₂PO₄ (12,42g/200 ml); NaH₂PO₄.2H₂O (1,78 g/200 ml); CaCl₂H₂O (0,294 g/200 ml).

Thành phần vi lượng: H₃BO₃ 0,061g/l; MnCl.4H₂O 0,061g/l; ZnSO₄.7H₂O 0,287 g/l; CuSO₄.5H₂O 0,024 g/l; (NH₄)₆Mo.7O₂₄.4H₂O 0,01235 g/l.

Cách pha: Cân 0,005 g CH₃COONa (natri acetat) hòa tan trong 500 ml nước cất, thêm 10 ml môi trường cơ bản, 1 ml dung dịch vi lượng, thêm nước cất vào đủ 1.000 ml, điều chỉnh pH 5,5 - 7,5 (Theo Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ vi sinh tập 2. Nxb Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2006).

• Tảo Nanocholoropsis oculata

Có kích thước 2 - 5 µm, giàu axít béo họ (n-3), dễ nuôi đại trà.

Môi trường cơ bản: Dung dịch 1: KNO₃ (89,6 mg/l); KH₂PO4 (5,6 mg/l); Na₂SiO₃.9H₂O (30 mg/l); Dung dịch 2: Na₂EDTA (4,36 mg/l); FeCl₃.6H₂O (3,15 mg/l); CuSO₄.5H₂O (0,01 mg/l); ZnSO₄.H₂O (0,022 mg/l); CoCl₂.6H₂O (0.01 mg/l); MnCl₂.4H₂O (0,18 mg/l); Na₂MoO₄.6H₂O (0,006 mg/l); Vitamin: B1 (0,1 mg/l), B6 (0,0005 mg/l) và B12 (0,0005 mg/l) (Theo Guilliard, Môi trường nuôi cấy tảo và động vật phù du. Tạp chí Nghiên cứu tảo thế giới, 1975).

Kết luận: 

- Bài viết trên chỉ mang tính chất bổ sung kiến thức cơ bản và nêu nguyên lý chung cho quá trình pha chế (hoạt hóa) vi lượng vô cơ thành vi lượng dạng chelate, không nêu cụ thể "một vài công thức" như bạn Phan Bảo Trân yêu cầu được.

- Bạn Phan Bảo Trân và các bạn đọc có thể áp dụng các công thức tính toán trên để tính toán bất kỳ công thức phân bón vi lượng (phân bón rễ và phân bón lá), dung dịch thủy canh theo chất lượng sản phẩm đã công bố.

- Trong bài viết chưa nêu chi tiết công nghệ hoạt hóa vi lượng chelate dạng bột: Nếu bạn đọc quan tâm và có nhu cầu chuyển giao công nghệ xin vui lòng để lại thông tin tại mục liên hệ.

Bài viết không thể tránh khỏi những sai xót hoặc khó hiểu trong cách trình bày, rất mong nhận được ý kiến góp ý của bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn!