การพัฒนาปุ๋ยไนโตรเจนปลดปล่อยช้าจากลิกนินที่สกัดจากน้ำดำร่วมกับโซเดียม อัลจิเนต

วัชระ ทองเสมอ; นุชนาพร  พิจารณ์; สุนทรี แสงจันทร์

ผู้แต่ง

วัชระ ทองเสมอ สาขาวิชาฟิสิกส์ ภาควิชาวิทยาศาสตร์กายภาพและวัสดุศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140
นุชนาพร พิจารณ์ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี อำเภอวารินชำราบ จังหวัดอุบลราชธานี 34190
สุนทรี แสงจันทร์ สาขาวิชาฟิสิกส์ ภาควิชาวิทยาศาสตร์กายภาพและวัสดุศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140

คำสำคัญ:

ปุ๋ยปลดปล่อยช้า, ปุ๋ยควบคุมการปลดปล่อย, ลิกนิน, อัลจิเนต, ไฮโดรเจล, น้ำยางดำ

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาปุ๋ยไนโตรเจนปลดปล่อยช้าโดยประยุกต์ใช้วัสดุชีวภาพและวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษ ได้แก่ ลิกนินที่สกัดจากน้ำดำ (black liquor) ร่วมกับโซเดียมอัลจิเนต เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยและลดการสูญเสียไนโตรเจนสู่สิ่งแวดล้อม ลิกนินที่สกัดได้ถูกนำมาศึกษาสัณฐานวิทยา องค์ประกอบทางเคมี และโครงสร้างพันธะด้วยเทคนิค SEM, EDS และ FT-IR ตามลำดับ จากนั้นนำมาพัฒนาเป็นวัสดุเคลือบปุ๋ยยูเรียซึ่งมีปริมาณไนโตรเจนร้อยละ 46 โดยเตรียมปุ๋ยใน 3 รูปแบบ ได้แก่ ปุ๋ยที่ไม่ผ่านการเคลือบ ปุ๋ยเคลือบด้วยโซเดียมอัลจิเนต และปุ๋ยเคลือบด้วยสารเชิงประกอบโซเดียมอัลจิเนต/ลิกนิน (อัตราส่วน 1:1) แล้วศึกษาพฤติกรรมและจลนพลศาสตร์ การปลดปล่อยไนโตรเจนด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ 5 รูปแบบ ได้แก่ Zero-order, First-order, Higuchi, Korsmeyer–Peppas และ Hixson–Crowell ผลการศึกษาพบว่าชนิดของวัสดุเคลือบมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่ออัตราและกลไกการปลดปล่อยไนโตรเจน โดยปุ๋ยที่เคลือบด้วยสารเชิงประกอบโซเดียมอัลจิเนต/ลิกนินแสดงอัตราการปลดปล่อยไนโตรเจนช้าที่สุด และมีความสอดคล้องกับแบบจำลอง Higuchi มากที่สุด โดยมีค่าคงที่ การปลดปล่อยลดลงจาก 0.211 h^-1/2 ในสูตรที่ไม่เคลือบ เหลือ 0.1064 h^-1/2 ในสูตรที่เคลือบด้วยลิกนิน/อัลจิเนต แสดงให้เห็นว่าวัสดุเคลือบดังกล่าวสามารถชะลอการแพร่ของไนโตรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ งานวิจัยนี้สะท้อนถึงศักยภาพของการใช้วัสดุชีวภาพและของเสียจากอุตสาหกรรมในการพัฒนาปุ๋ยปลดปล่อยช้าที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและสอดคล้องกับแนวคิดเศรษฐกิจชีวภาพและเศรษฐกิจหมุนเวียนเพื่อการเกษตรอย่างยั่งยืน

เอกสารอ้างอิง

วัชระ ทองเสมอ และสุนทรี แสงจันทร์. (2565) จลนพลศาสตร์การปลดปล่อยไนโตรเจนของปุ๋ยปลดปล่อยช้าด้วยวัสดุผสมอัลจิเนต-ทัลคัมในรูปแบบแอโรเจล วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน, 11(2), 34-45

Ariyanta, H. A., Sari, F. P., Sohail, A., Restu, W. K., Septiyanti, M., Aryana, N., Fatriasari, W., & Kumar, A. (2023). Current roles of lignin for the agroindustry: Applications, challenges, and opportunities. International Journal of Biological Macromolecules, 240, 124523. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124523

Azeem, B., KuShaari, K., Man, Z. B., Basit, A., & Thanh, T. H. (2014). Review on materials & methods to produce controlled release coated urea fertilizer. Journal of Controlled Release, 181, 11–21. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2014.02.020

Belattmania, Z., Kaidi, S., El Atouani, S., Katif, C., Bentiss, F., Jama, C., Reani, A., Sabour, B., & Vasconcelos, V. (2020). Isolation and FTIR-ATR and 1H NMR Characterization of Alginates from the Main Alginophyte Species of the Atlantic Coast of Morocco. Molecules (Basel, Switzerland), 25(18), 4335. https://doi.org/10.3390/molecules25184335

Binh NTT, Luong ND, Kim DO, Lee SH, Kim BJ, Lee YS, & Nam JD. (2009). Synthesis of lignin-based thermoplastic copolyester using kraft lignin as a macromonomer. Compos Interfaces, 16(7–9), 923–935

Bonini, C., D’Auria, M., Emanuele, L., Ferri, R., Pucciariello, R., & Sabia, A. R. (2005). Polyurethanes and polyesters from lignin. Journal of Applied Polymer Science, 98(3), 1451–1456. https://doi.org/10.1002/app.22277

Cazacu G, Pascu MC, Profire L, Kowarski AI, Mihaes M, & Wasile C. (2004) Lignin role in a complex polyolefin blend. Ind Crops Prod, 20(2), 261–273

Chen, F., Miao, C., Duan, Q., Jiang, S., Liu, H., Ma, L., Li, Z., Bao, X., Lan, B., Chen, L., & Yu, L. (2022). Developing slow release fertilizer through in-situ radiation-synthesis of urea-embedded starch-based hydrogels. Industrial Crops and Products, 191, 115971. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115971

Duan, Q., Jiang, S., Chen, F., Li, Z., Ma, L., Song, Y., Yu, X., Chen, Y., Liu, H., & Yu, L. (2022). Fabrication, evaluation methodologies and models of slow-release fertilizers: A review. Industrial Crops and Products, 192, 116075. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.116075

Jabli, M. (2023). Preparation of alkali lignin extracted from ligno-cellulosic populus tremula fibers: Application to copper oxide nanoparticles synthesis, characterization, and methylene blue biosorption study. International Journal of Biological Macromolecules, 226, 956–964. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.12.097

Hatakeyama, H., & Hatakeyama, T. (2009). Lignin Structure, Properties, and Applications. Advances in Polymer Science, 232, 1-63.

Jabli, M. (2023). Preparation of alkali lignin extracted from ligno-cellulosic populus tremula fibers: Application to copper oxide nanoparticles synthesis, characterization, and methylene blue biosorption study. International Journal of Biological Macromolecules, 226, 956–964. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.12.097

Kenawy, E., Azaam, M. M., & El-Nshar, E. M. (2017). Sodium alginate-g-poly(acrylic acid-co-2-hydroxyethyl methacrylate)/montmorillonite superabsorbent composite: Preparation, swelling investigation and its application as a slow-release fertilizer. Arabian Journal of Chemistry, 12(6), 847–856. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.10.013

Liu, X., Li, Y., Meng, Y., Lu, J., Cheng, Y., Tao, Y., & Wang, H. (2021). Pulping black liquor-based polymer hydrogel as water retention material and slow-release fertilizer. Industrial Crops and Products, 165, 113445. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113445

Lu, J., Cheng, M., Zhao, C., Li, B., Peng, H., Zhang, Y., Shao, Q., & Hassan, M. (2021). Application of lignin in preparation of slow-release fertilizer: Current status and future perspectives. Industrial Crops and Products, 176, 114267. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114267

Luong, N. D., Binh, N. T. T., Duong, L. D., Kim, D. O., Kim, D., Lee, S. H., Kim, B. J., Lee, Y. S., & Nam, J. (2011). An eco-friendly and efficient route of lignin extraction from black liquor and a lignin-based copolyester synthesis. Polymer Bulletin, 68(3), 879–890. https://doi.org/10.1007/s00289-011-0658-x

Mennani, M., Benhamou, A. A., Kasbaji, M., Boussetta, A., Ablouh, E., Kassab, Z., Achaby, M. E., Boussetta, N., Grimi, N., & Moubarik, A. (2022). Insights on the physico-chemical properties of alkali lignins from different agro-industrial residues and their use in phenol-formaldehyde wood adhesive formulation. International Journal of Biological Macromolecules, 221, 149–162. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.08.191

Zhang, M., & Chen, H. (2023). Development and characterization of starch‑sodium alginate-montmorillonite biodegradable antibacterial films. International Journal of Biological Macromolecules, 233, 123462. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.123462

Zhou, T., Wang, Y., Huang, S., & Zhao, Y. (2017). Synthesis composite hydrogels from inorganic-organic hybrids based on leftover rice for environment-friendly controlled-release urea fertilizers. The Science of the Total Environment, 615, 422–430. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.084