Hydrogel na bázi obnovitelných surovin pro udržitelné a ekologicky šetrné zemědělství

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F70883521%3A28610%2F21%3A63533198" target="_blank" >RIV/70883521:28610/21:63533198 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Hydrogel na bázi obnovitelných surovin pro udržitelné a ekologicky šetrné zemědělství

Popis výsledku v původním jazyce

Funkční vzorek představuje biopolymerní absorpční materiál na bázi obnovitelných surovin se schopností reverzibilně poutat a uvolňovat několikanásobné množství vody ze své trojrozměrné polymerní struktury s cílem zvýšit retenční schopnosti půdy a svým složením přispět k ekologicky šetrnému a udržitelnému zemědělství. Vyvinutý hydrogel se vyznačuje použitím přírodních a ekologicky šetrných materiálů s vysokou schopností pojmout mnohonásobné množství srážkové/závlahové vody a postupně ji uvolňovat v půdě v období sucha. Hydrogel je plně rozložitelný a nezatěžuje životní prostředí. Složky obsažené v hydrogelu navíc obohacují půdu o potřebné živiny a přispívají tak ke zkvalitnění růstu pěstovaných plodin. Základní vstupní surovinou hydrogelu je odpadní produkt mlékárenské výroby-kyselá syrovátka, která je v současnosti ekonomicky těžko využitelná. Kyselá syrovátka se vyznačuje vysokým množství živin, které mohou zlepšit kvalitu půdy a sloužit jako zdroj cenných nutrientů pro rostliny. Další komponenty hydrogelu tvoří kombinace derivátů celulózy a přírodní síťovací činidlo kyselina citronová. Pro zvýšení stability a prodloužení doby působení v půdním prostředí je hydrogel obohacen o kyselinu boritou, která působí jako konzervační antifungální látka hydrogelu, čímž je výrazně potlačen mikrobiální rozklad hydrogelu. Přídavek polylaktidu (PLA) zajistí postupné uvolňování vody/živin z hydrogelu. Vyvinutý biopolymerní hydrogel pro ekologické a udržitelné zemědělství upravuje vodní režim půdy, má vliv na propustnost a strukturu půdy, zlepšuje její kvalitu a stimuluje růst rostlin.

Název v anglickém jazyce

Hydrogel based on renewable materials for sustainable and environmentally friendly agriculture

Popis výsledku anglicky

The functional sample represents a biopolymer hydrogel based on renewable materials for sustainable agriculture. The hydrogel has the ability to reversibly bind and gradually release large amounts of water from its three-dimensional polymer network in order to improve water retention in soil. The novel hydrogel is characterized by the use of natural and environmentally friendly materials with a high ability to absorb rainwater/irrigation water and gradually release it in the soil during the dry season. The hydrogel is fully biodegradable in the soil environment and does not harm the environment with any toxic by-products. In addition, the hydrogel may enrich the soil with the valuable nutrients present in the acid whey and other hydrogel compounds and thus, contribute to improving the growth of the crops. The basic material for hydrogel preparation is a waste product of dairy production - acid whey, which is currently economically difficult to use. Acid whey is characterized by a high amount of nutrients that may improve soil quality and may serve as a source of valuable nutrients for plants. The other components of the hydrogel are a combination of cellulose derivatives and natural crosslinking agent - citric acid. To increase the stability of the hydrogel in the soil environment, the hydrogel is enriched with boric acid, which acts as antifungal preservative of the hydrogel, which significantly suppresses the microbial decomposition of the hydrogel in the soil. The introduction of the polylactide (PLA) to the hydrogel ensures the gradual release of water/nutrients from the hydrogel for longer time. The application of the biopolymer-based hydrogel in agriculture not only increases water retention capacity of soil, but also positively affects the permeability and structure of the soil, improves its quality and stimulates plant growth.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

10404 - Polymer science

Projekt

<a href="/cs/project/QK1910392" target="_blank" >QK1910392: Ekologicky šetrné materiály pro intenzifikaci rostlinné výroby s půdoochrannými vlastnostmi na bázi obnovitelných zdrojů</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2021

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

Centrum polymerních systémů

Číselná identifikace

6/2021

Technické parametry

Byl připraven polymerní roztok smícháním kyselé syrovátky s karboxymetylcelulózou a 2-hydroxyetylcelulózou v poměru 3:1 o výsledné koncentraci 3 % hm. Roztok byl míchán při teplotě 22-24 °C po dobu min. 4 hodin, dokud nedošlo ke kompletnímu rozpuštění derivátů celulózy za vzniku silně viskózního gelu. K vytvoření stabilní sítě hydrogelu byla do gelu přidána kyselina citrónová o koncentraci 10 % hm. polymeru. Ta prostřednictvím esterifikační reakce s karboxylovými skupinami celulózy vytváří stabilní trojrozměrnou strukturu hydrogelu zajišťující reversibilní schopnost absorpce vody. Pro zvýšení údržnosti hydrogelu v půdě bylo přidáno 5 % hm. kyseliny borité (hm% vztažena na hmotnost polymeru-derivátů celulózy). Vzniklé hydrogely byly následně smíchány s nízkomolekulární PLA (Mw ⁓7000 Da) (5-20 % hm. polymeru) pomocí vysokorychlostního disperzního homogenizátoru a vysušeny na tzv. xerogely v horkovzdušné sušárně při 60 °C do konstantního úbytku hmotnosti (± 24 h).

Ekonomické parametry

Hydrogel byl navržen pro aplikaci do půdy za účelem zvýšení retenčních schopností a kvality půdy včetně zvýšení podílu organické hmoty. Díky vysoké absorpční schopnosti hydrogelu se předpokládá navýšení retenčních schopností půdy o 20-40 %. Hydrogel dále vykazuje velmi dobrou schopnost postupně uvolňovat živiny, případně přidané organické látky či agro-hnojiva a tím přispět ke zvýšení kvality pěstovaných plodin. Hydrogel že obsahuje pouze přírodní, ekologicky šetrné a snadno rozložitelné suroviny nezatěžující životní prostředí s nízkými náklady na výrobní proces ve srovnání s běžnými komerčně dostupnými hydrogely na bázi polyakrylátu. Kyselá syrovátka je obtížně využitelným a likvidovatelným odpadním produktem mlékárenského průmyslu. Použitím kyselé syrovátky při výrobě hydrogelu lze významně přispět ke zvýšení její využitelnosti a bezodpadovému nakládání s odpadními produkty mlékárenského průmyslu. Nově vyvinutý hydrogel může svým složením a funkcí přispět k ekologicky šetrnému a udržitelnému zemědělství.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

70883521

Název vlastníka

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—