13تحضير بوليمرات فائقة الامتصاص (هيدروجيل) للاستخدامات الزراعية

Abstract

الخلاصة إن التقنية الجديدة أستخدام بوليمرات فائقة الامتصاص (هيدروجيل ) تكون ملائمة للبيئة العراقية لاسيما في المناطق شحيحة الأمطار. وهي مواد بوليمرية متعددة الهيدروكسيل مثل بولي فنايل الكحول وبولي أكريل أمايد، التي تمتاز بقابليتها العالية على امتصاص الماء والاحتفاظ به لفترة طويلة (قد تستمر الى ثلاثة اشهر)، هذه الخاصية يستفاد منها في تثبيت التربة الصحراوية وتغذية النبات لفترة معينة . حضر كوبوليمر بنسب وزنية مختلفة ( (1:1، ((1:3 ، (1:6 ) ، (1:9) لكل من PVA)) و(PAA) وعند درجة حرارة (90C°) بطريقة التصعيد , أجري فحص طيف الاشعة تحت الحمراء وأجري فحص امتصاصية للكوبوليمر بولي فنايل الكحول – بولي اكريل أمايد لحساب قدرة استيعاب البوليمر المحضر للماء وللنسب الوزنية ((1:1 ، ((1:3 ، (1:6) ، (1:9) . اظهرت النسبة (1:9) للكوبوليمر ((PVA و PAA)) قدرتها على امتصاص الماء بنسبة تصل الى (246 %) وهي الاعلى مقارنة ببقية النسب تعتبر جيدة. اجري فحص فقدان البوليمر المحضر للماء في درجات حرارية مختلفة أظهرت النسبة (1:9) للكوبوليمر ( (PVAو PAA)) قدرتها على الاحتفاظ بالماء (0.82 %) عند درجة حرارة (35C°) وبنسبة (0.908 % (عند درجة حرارة ((45C° وبنسبة (1.324 %) عند درجة حرارة (55C°) وبنسبة (1.398 %) عند درجة حرارة ( (65C° . إن قابلية البوليمر المحضر على الاحتفاظ بالماء تجعله مناسبا للمناطق ذات درجة الحرارة العالية . من خلال نتائج التجربة المختبرية المحاكية للتجربة الحقلية واختيار النسبة (1:9) للكوبوليمر( (PVAو (PAA) وباختيار ثلاث انواع من الترب : تربة عادية ، تربة مزيجية وتربة رملية . تبين ان اضافة البوليمر المحضر للتربة أظهر قدرة عالية على احتفاظ بالمياه ، وخصوصاً التربة الرملية التي احتفظت بالمياه بدرجة كبيرة .

الكلمات المفتاحية : البوليمرات فائقة الامتصاص ، البوليمرات المتميئة واستخداماتها الزراعية . المقدمة نظرا للموقع الجغرافي الذي يحتله العراق ، وتباين العوامل الجغرافية المؤثرة في تربته، ولما كانت الاراضي الزراعية تمثل موردا ً مهماً للنشاط الاقتصادي للبلد .يتناول البحث مشكلة التصحر وكيفية الحد من التصحر[1] باستخدام بوليمرات فائقة الامتصاص (هيدروجيل) . كما متوقع زيادة في شحة المياه بالمستقبل بسبب النمو السكاني وتغير المناخ والعوامل البيئية ذات العلاقة بالري فانه من المفيد البحث عن وسائل للحد من استهلاك المياه من خلال استخدام وسائل مترابطة من ادارة جيدة وتقنيات كفؤة وصديقة للبيئة[2] . ان التقنية الجديدة ملائمة للبيئة العراقية ولاسيما في المناطق الشحيحة الامطار وفي حالة زراعة المناطق الصحراوية التي يصعب عندها تقديم الخدمة للأشجار أو النباتات المعمرة إذ يتعذر إيصال الماء بصورة دورية [3]. البوليمرات الفائقة الامتصاص من البوليمرات التي لها خاصية استثنائية في القدرة على استيعاب كميات ضخمة من المياه. هنالك الكثير من البحوث الجارية لدراسة خصائصها واستخداماتها وفهم بنية وارتباط هذه المواد لتساعد في تفسير هذه الخصائص وتعتبر الهلاميات المائية ، مواد بوليمرية هلامية تتراوح خصائصها من الطراوة والضعف إلى القساوة والمتانة. وتكون الهلاميات ذات تراكيب متشابكة مخففة لا تسيل عندما تكون في حالة استقرار سائلة غالبا، ولكنها تتصرف مثل المواد الصلبة بسبب سلاسلها البوليمرية المتشابكة داخل السائل. إن هذا التشابك ضمن السائل الهلامي يعطي الخاصية الدبقة ( stickness) للهلام [4]. البوليمرات المتميئة هي عبارة عن بوليمرات متشابكة ، لديها مجموعات ( hydrophilic) مثال على ذلك بوليمرات تحوي على مجموعة الكاربوكسيل الحامضية مثل بولي أكريلات الصوديوم (CH2-CH-CO2 Na]n]) .تكون السلسلة البوليمرية عادةً ملفوفة بشكل عشوائي وفي حالة غياب أيون الصوديوم فان ايونات الاوكسجين تتنافر لامتلاكها نفس الشحنة . جزيئات الماء تنجذب للشحنات السالبة وتكون الاواصر الهيدروجينية في سلسلة البوليمروبهذه الحالة يمكن للبوليمر ان يمتص (500 مرة) من وزنه جزيئات الماء النقي لكن الماء المالح اقل وهذه القدرة للبوليمرعلى استيعاب المياه تجعله مفيد في العديد من التطبيقات[5]. طور هذا النوع من البوليمرات لاول مرة من قبل وزارة الزراعة الامريكية عام (1970) لتحسين الزراعة من خلال تحسين قابليته على مسك الماء في التربة لتعجيل انبات البذور وتحسين نموها[6] .

الجزء العملي - تحضير البوليمر: حضر كوبوليمر بنسب وزنية مختلفة ((1:1 ، ((1:3 ، (1:6 ) ، (1:9 ) لكل من ((PVA وPAA) ) وعند درجة حرارة ( 90C° ) بطريقة التصعيد ، وفق المعادلة التالية :

-CH2 - C - [ CH – CH- ]n CH2 –CH- + -CH2- CH- [ CH2 –CH ]n –CH2 – CH –

O= C-NH………………………..HO-CH -CH2- CH CH2 -CH2 – CH HO-CH O=C -NH

- فحص FTIR)) : أجري فحص طيف الاشعة تحت الحمراء في مركز بحوث ابن البيطار باستخدام جهاز نوع BROKER)) الماني المنشأ ، لتحديد وتشخيص المركب وتحديد المجاميع الفعالة في المركب . - فحص امتصاصية الماء : اجري فحص امتصاصية للكوبوليمر بولي فنايل الكحول – بولي أكريل أمايد ، لحساب قدرة استيعاب البوليمر المحضر للماء وللنسب الوزنية ((1:1 ، ((1:3 ، (1:6 ) ، (1:9 ) ، بأخذ وزن (25g) من البوليمر المحضر لكل من النسب واضافة الماء اليه تدريجيا وباحجام معينة ولمدة ساعتين . وكانت النتائج كما موضح في الجدول رقم (1) . - فحص فقدان الماء : أجري فحص فقدان الكوبوليمر المحضر للماء في درجات حرارية كما موضح في الجدول رقم (2) بأخذ وزن (5g) من الكوبوليمر المحضر وتعريضه للتسخين واخذ قراءة كل نصف ساعة ولمدة ساعتين ولكل النسب . - التجربة المختبرية لمحاكاة التجربة الحقلية: حضرت كمية ( 400L ) من الكوبوليمر ( ( PVA و ( PAA) للنسبة (1:9) ، بتاريخ 5/7/2015 لحساب عدد الريات لنموذج مختبري لثلاث انواع من الترب ( تربة عادية ‘ تربة مزيجية ، تربة رملية ) بوزن (Kg 1) وبنسبة اضافة (25 % ) الكوبوليمر (( PVA و ( PAA) الى التربة وحسبت النسبة الوزنية للاحتفاظ بالماء بعد مرور ساعة على الرية ولمدة شهر، والنتائج المستحصلة وضحت في الجدول رقم (3) .

النتائج والمناقشة 1- فحص FTIR)) : من خلال الشكل رقم (1) يبين فحص طيف الاشعة تحت الحمراء FTIR)) للكوبوليمر ((PVA و PAA)) ، حيث اظهرت قمم امتصاص مجاميع الفعالة وشدتها ، إن المجاميع الفعالة عائدة للكوبوليمر وإن الارتباط بين المركبين عن طريق الاصرة (-C-NH2) عند الحزمة (1891.68 cm-1 ) .

الشكل رقم (1) فحص FTIR لمادة كوبوليمر ( PVA و PAA) 2- فحص امتصاصية الماء : من خلال النتائج المبينة في الجدول رقم (1) اظهرت النسبة (1:9) للكوبوليمر ((PVA و (PAA) قدرتها على امتصاص الماء بنسبة تصل الى ( 246% ) من وزنها .كذلك النسبة (1:6) للكوبوليمر (PVA) و PAA)) قدرة امتصاص عالية تصل الى (220% ( مقارنة ببقية النسب تعتبر جيدة .

جدول رقم (1) يبين قدرة احتفاظ الكوبوليمر( PVAو PAA ) للماء

ت النسبة الوزنية لكوبوليمر ((PVA و(PAA ) نسبة الامتصاص (%) 1 1:1 164 2 1:3 189 3 1:6 220 4 1:9 246

3- فحص فقدان الماء : من خلال النتائج في الجدول رقم (2) لفحص فقدان الماء في درجات حرارة مختلفة اظهرت النسبة (1:9) للكوبوليمر ((PVA و PAA)) قدرتها على الاحتفاظ بالماء ( 0.82% ) عند درجة حرارة (35C°) وبنسبة (0.908 (عند درجة حرارة ( (45C° وبنسبة (1.324%) عند درجة حرارة (55C° ( وبنسبة (1.398 %) عند درجة حرارة 65C°)) ، إن قابلية البوليمر المحضر على الاحتفاظ بالماء تجعله مناسبا للمناطق ذات درجة الحرارة العالية . جدول رقم (2) يبين مقدار فقدان الماء للكوبوليمر( (PVA و (PAA) ت النسبة الوزنية لكوبوليمر(PVA) و(PAA) النسبة ) %( لفقدان الماء عند درجة الحرارة ) C°) 35 45 55 65 1 1:1 1.544 2.144 5.312 6.483 2 1:3 1.520 2.094 5.140 5.892 3 1:6 1.314 1.090 2.922 3.098 4 1:9 0.82 0.908 1.324 1.398

- التجربة المختبرية لمحاكاة التجربة الحقلية من خلال النتائج الموضحة في الجدول رقم (3) للتجربة المختبرية واختيار النسبة (1:9) للكوبوليمر ( (PVAو PAA)) وباختيار ثلاثة أنواع من الترب : تربة عادية ، تربة مزيجية وتربة رملية . تبين أن اضافة البوليمر المحضر اظهر قدرة عالية للتربة على الاحتفاظ بالمياه ، وخصوصاً للتربة الرملية إذ زادت قابليتها للاحتفاظ بالمياه بدرجة كبيرة بزيادة عدد الريات . الجدول(3) يبين نسبة احتفاظ التربة بالماء بعد كل رية . تسلسل الريات ظروف التجربة نسبة الاحتفاظ بالماء ) %( تاريخ التجربة درجة الحرارة درجة الرطوبة تربة عادية تربة مزيجية تربة رملية 1 5/7/2015 29Cº 31% 50 46 33 2 9/7/2015 25Cº 33% 55 46 36 3 12/7/2015 27Cº 33% 56 49 37 4 15/7/2015 29Cº 26% 59 50 39 5 23/7/2015 32Cº 28% 55 48 36 6 26/7/2015 30Cº 25% 59 52 40 7 29/7/2015 30Cº 27% 61 54 40

الاستنتاجات والتوصيات 1- من خلال النتائج المستحصل عليها للبوليمر المحضر ((PVA و PAA)) توجد امكانية استخدامه في الزراعة بسبب قدرتة على امتصاص الماء والاحتفاظ به . 2- نشر الوعي بين الفلاحين لاستخدام البوليمرات المتميئة لتقنين هدر المياه . 3- إمكانية تطعيم البوليمر بمغذيات للنبات مما يزيد من فعالية البوليمر المتميء. 4- إجراء تجربة حقلية لموسم زراعي لاستخدام البوليمر المتميء.

المصادر -1علي كريم محمد ، "دراسة التصحر والكثبان الرملية في جنوب سهل الرافدين باستعمال التحسس النائي ونظم المعلومات الجغرافية" ، مجلة جامعة بابل / العلوم الإنسانية/ المجلد 18 / العدد ( 3 ) (2010). 2-Syed K. H. Gulrez1 and Saphwan Al-Assaf," Hydrogels: Methods of Preparation, Characterization and Applications", Glyn O Phillips Hydrocolloids Research Centre Glyndwr University, Wrexham, United Kingdom,(2003). -3 علي غليس ناهي السعيدي ، " المفهوم والمنظومة الجغرافية لظاهرة التصحر" مجلة ميسان للدراسات الأكاديمية المجلد الثامن العدد الخامس عشر كانون الأول.٢٠٠٩. -4Enas M. Ahmed ," Hydrogel: Preparation,characterization ,and applica-tions", Cairo University Journal of Advanced Research(2013) -5Sangjoon Kim, Ganesh Iyer, Arunan Nadarajah,Jonathan M. Frantz, and Alison L. Spongberg , " POLYACRYLAMIDE HYDROGEL PROPERTIES FOR AORTICULTURAL APPLICATIONS" , International Journal of Polymer Anal. Charact., 15: 307–318,( 2010). -6Roqieh Barihi, Ebrahim Panahpour , Masoud Hossein Mirzaee Beni ," Super Absorbent Polymer (Hydrogel) and its Application in Agriculture" World of Sciences Journal,01:223-228(2013)