1

Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu gel thông minh từ polyme tự nhiên cho phát triển nông nghiệp hiệu quả cao.

2

3

4

Mã số nhiệm vụ (nếu có): CT03/02-2023-3

5

Tên tổ chức chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

6

Cơ quan chủ quản: Bộ Giáo dục và Đào tạo

7

Chủ nhiệm nhiệm vụ: PGS.TS Phan Thị Tuyết Mai

8

Danh sách cá nhân tham gia nhiệm vụ: ThS. Nguyễn Thị Minh Châu TS. Ngô Hồng Ánh Thu PGS.TS. Phạm Ngọc Lân TS. Hoàng Văn Hà TS. Phạm Quang Trung TS. Phan Tuấn Ngọc TS. Nguyễn Trường Giang ThS. Đỗ Đình Khải ThS. Đặng Minh Hương Giang CN. Phan Thị Đào KS. Đình Tiến Mạnh KS. Phan Đình Tuấn CN. Nguyễn Hải Linh CN. Lê Thị Vinh

9

Mục tiêu nghiên cứu:

Mục tiêu chung:

Chế tạo được vật liệu gel thông minh có khả năng nhả dinh dưỡng phù hợp với chu kỳ sinh trưởng của cây trồng, có khả năng phân hủy tự nhiên.

Các mục tiêu cụ thể:

• Xây dựng công thức, quy trình chế tạo vật liệu gel thông minh
• Xây dựng quy trình ứng dụng vật liệu gel thông minh đối với cây trồng (cà chua, dưa chuột, dưa lưới) trong nhà lưới
• Chế tạo vật liệu gel thông minh phù hợp với công nghệ tưới nhỏ giọt trong nhà lưới (mật độ hút nước cất ≥600 g/g, độ hút dung dịch NaCl 0,9% ≥ 90 g/g; tăng năng suất cây trồng 15-20%)
• Xây dựng mô hình thử nghiệm trong nhà lưới, năng suất cây trồng tăng 15-20% so với đối chứng.

10

Tóm tắt nội dung nghiên cứu chính:

Nội dung 1:  Nghiên cứu tổng quan

Nội dung 2:  Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo vật liệu gel thông minh (S-Gel) từ phụ phẩm nông nghiệp

Nội dung 3: Chế tạo vật liệu gel thông minh phù hợp với công nghệ tưới nhỏ giọt trong nhà lưới (độ hút nước cất ≥600 g/g, độ hút dung dịch NaCl 0,9% ≥ 90 g/g)

Nội dung 4: Nghiên cứu xây dựng quy trình ứng dụng vật liệu gel thông minh cho cây cà chua trồng trong nhà lưới

Nội dung 5: Nghiên cứu xây dựng quy trình ứng dụng vật liệu gel thông minh cho cây dưa chuột trồng trong nhà lưới

Nội dung 6: Nghiên cứu xây dựng quy trình ứng dụng vật liệu gel thông minh cho cây dưa lưới trồng trong nhà lưới

Nội dung 7: Đánh giá hiệu quả kinh tế và tác động môi trường của đề tài

11

Lĩnh vực nghiên cứu: Kỹ thuật cơ khí, chế tạo máy khác

12

Mục tiêu kinh tế xã hội của nhiệm vụ:

Lợi ích kinh tế:

- Biến mục chi phí (ví dụ, xử lý chất thải) thành cơ hội tạo doanh thu tạo ra sản phẩm công nghệ cao có nhiều ứng dụng.

-Tạo ra nền nông nghiệp công nghệ cao

-Giảm lượng nước tưới, giảm phân bón cần cung cấp cho cây, giảm công chăm sóc do đó giảm giá thành sản xuất.

Đối với xã hội và môi trường

- Giúp ứng phó với sự biến đổi khí hậu đặc biệt là hạn hán, bạc màu, xói mòn

- Giảm sự phát thải phân bón cũng như các hóa chất nông nghiệp trong quá trình sản xuất.

13

Phương pháp nghiên cứu:

Thừa kế các nghiên cứu của nhóm tác giả tham gia đề tài,

Tham khảo ý kiến các nhóm nghiên cứu có chuyên ngành liên quan, 

Khai thác các nguồn thông tin qua các trang web khoa học thuộc hệ thống Elsevier, Willey, JACS… và các website cung cấp thông tin sáng chế,

Định lượng kết quả đạt được thông qua các thông số kỹ thuật cụ thể và áp dụng tối đa các phương pháp phân tích, thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam và ngoài nước, 

Phân tích, đánh giá và so sánh các kết quả nghiên cứu với các nghiên cứu trong và ngoài nước, rút ra các ưu nhược điểm để đưa ra giả pháp tối ưu hóa và cải tiến sản phẩm nghiên cứu,

Sử dụng phần mềm để xây dựng kế hoạch thực nghiệm, áp dụng phương pháp Doptimal trong việc tối ưu số lượng mẫu thực nghiệm và phân tích dữ liệu theo mô mình PLS để xác đinh điều kiện tối ưu,

Sử dụng các phương pháp phổ để nghiên cứu cấu trúc của vật liệu như phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FTIR), phổ cộng hưởng từ ¹H-NMR/¹³C. Ngoài ra, trong nghiên cứu còn sử dụng phổ FTIR để xác định độ thế DS của sản phẩm CMC

Sử dụng kính hiển vi điện tử và kính hiển vi điện tử quét để nghiên cứu hình thái bề mặt của các vật liệu,

Sử dụng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) và phương pháp phân tích nhiệt quét vi sai (DSC) để khảo sát độ bền nhiệt của vật liệu,

Sử dụng phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X để tìm hiểu cấu trúc tinh thể và những thay đổi trong cấu trúc tinh thể của vật liệu,

Sử dụng thiết bị phân tích quang phổ UV, UV-VIS để xác định khả năng hấp thụ quang của các vật liệu,

Sử dụng phương pháp khối lượng để xác định hiệu suất thu hồi cellulose, hiệu suất chuyển hóa CMC, hàm ẩm của sản phẩm CMC, độ tinh khiết của CMC, hàm lượng NaCl, hàm lượng Naglycolate,

Sử dụng phương pháp chuẩn độ để xác định độ thế DS của CMC,

Sử dụng thiết bị đo pH bằng máy đo pH,

Sử dụng kỹ thuật đo khối lượng phân tử bằng nhớt kế Ubbelohde,

Sử dụng kỹ thuật đo độ tan để xác định tính tan của sản phẩm CMC,

Sử dụng kỹ thuật Shoxhlet để xác định hàm lượng gel của vật liệu hydrogel

Sử dụng kỹ thuật cân dùng túi lọc trà để đo độ hút nước và độ hút dung dịch muối, phân bón,

Sử dụng kỹ thuật đo độ dẫn để xác định tốc độ nhả kim loại,

Sử dụng các kỹ thuật phân tích theo phương pháp chuẩn độ, đo quang, cảm quan để đánh giá các chỉ tiêu về chất lượng sản phẩm như độ Brix của quả: hàm lượng phần khô, Đo phần thịt quả Đo phần thịt quả giữa vỏ và ruột quả, đánh giá cảm quan qua màu sắc, độ giòn, thơm, ngon khi ăn thử.

14

Sản phẩm khoa học và công nghệ dự kiến:

Dạng I: Mẫu (model, maket); Sản phẩm (là hàng hoá, có thể được tiêu thụ trên thị trường); Vật liệu, Thiết bị, máy móc; Dây chuyền công nghệ; Giống cây trồng; Giống vật nuôi và các loại khác.

Vật liệu gel thông minh

Dạng II: Nguyên lý ứng dụng; Phương pháp; Tiêu chuẩn; Quy phạm; Phần mềm máy tính; Bản vẽ thiết kế; Quy trình công nghệ; Sơ đồ, bản đồ; Số liệu, cơ sở dữ liệu; Báo cáo phân tích; Tài liệu dự báo

Công thức, quy trình chế tạo vật liệu gel thông minh

Quy trình ứng dụng vật liệu gel thông minh đối với cây trồng trong nhà lưới sử dụng công nghệ tưới nhỏ giọt

Mô hình thử nghiệm vật liệu gel thông minh cho cây trồng trong giá thể trong nhà lưới sử dụng công nghệ tưới nhỏ giọt

Báo cáo tổng hợp kết quả đề tài; Báo cáo tóm tắt kết quả đề tài

Kỷ yếu hội thảo; Báo cáo thực hiện nhiệm vụ từng nội dung công việc; Phụ lục; USB

Dạng III: Bài báo; sách chuyên khảo và các sản phẩm khác

01-02 bài báo

15

Địa chỉ và quy mô ứng dụng dự kiến: Tổ chức thử nghiệm và ứng dụng 1: Vườn nhà lưới Gelponic Farm Địa chỉ: Thôn Phượng Mỹ, Xã Phượng Mỹ, Thanh Oai, Hà Nội. Hoặc tổ chức thử nghiệm và ứng dụng 2: Các hệ thống Vineco Farm, Vineco Farm Greenhouse, và một số trang trại khác tại Hà Nội.

16

Thời gian thực hiện: 24 tháng (từ 11/2023 đến 10/2025)

17

Kinh phí được phê duyệt: 2200 triệu đồng
trong đó:

18

Quyết định phê duyệt: số ngày 01 tháng Tháng 1 năm 1970

19

Hợp đồng thực hiện: số ngày 01 tháng Tháng 1 năm 1970