Chất Hóa Học - (NH4)2SO4 - amoni sulfat

Amoni sunfat là một muối sunfat vô cơ thu được bằng phản ứng của axit sunfuric với amoniac. Là chất rắn màu trắng có độ nóng chảy cao (phân hủy trên 280^oC) rất dễ hòa tan trong nước, nó được sử dụng rộng rãi làm phân bón cho đất kiềm, làm giảm độ cân bằng pH của đất, đồng thời góp nito cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Ngoài ra, nó cũng được sử dụng như một chất bổ trợ phun trong nông nghiệp cho các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và thuốc diệt nấm hòa tan trong nước. Nó còn có chức năng liên kết các cation sắt và canxi có trong cả nước giếng và tế bào thực vật. Amoni sulfat đặc biệt hiệu quả như một chất bổ trợ cho thuốc diệt cỏ 2,4-D (amin), glyphosate và glufosinate.

1. Ứng dụng

a. Sử dụng làm phân bón trong nông nghiệp

Trên các mảnh đất ruộng, phân amoni sunfat đã được chứng minh là một nguồn cung cấp dinh dưỡng thiết yếu mà cây trồng của bạn cần: amoni sunfat và sulfat lưu huỳnh giúp cho rễ cây hấp thụ và chống thất thoát nito do rửa trôi, bay hơi và khử nito. Nó là sản phẩm cung cấp phân bón có độ phân tích cao, nó đống gói tổng cộng 900 pound thức ăn thực vật mỗi tấn, giúp sử dụng hiệu quả hơn các thùng phân bón. Amoni sulfat có nhiều ưu điểm hơn so với các loại phân bón khác vì:

- Độ nhạy thấp hơn đối với sự mất nito do rửa trôi, bay hơi và khử nito

- Hiệu quả dinh dưỡng cao hơn

- Chứa lưu huỳnh có sẵn cho cây trồng.

Cụ thể, ngoài việc cung cấp dinh dưỡng với lưu huỳnh sunfat sẵn có và nito aoni cho cây trồng của bạn, phân bón amoni sunfat còn hỗ trợ cây trồng hấp thụ các chất dinh dưỡng quan trọng khác. Ở nhiều loại đất, pH đất cao làm giảm khả năng hòa tan của photpho và các vi chất dinh dưỡng quan trọng, cản trở sự hấp thu của rễ. Khi amoni được cây trồng hấp thụ, nó làm chua vùng rễ của chúng, thường mở khóa photpho và các vi chất dinh dưỡng quan trọng như kẽm, bo, sắt, đồng và mangan từ phân bón và đất. Lợi ích này, kết hợp với lợi ích của lưu huỳnh sulfat (24%) và nito amoni (21%) được tìm thấy tự nhiên trong amoni sunfat, có thể giúp cải thiện năng suất và dinh dưỡng tổng thể của cây trồng.

Amoni sunfat được sử dụng rộng rãi làm phân bón cho đất kiềm, làm giảm độ cân bằng pH của đất, đồng thời góp nito cần thiết cho sự phát triển của cây trồng.

b. Sử dụng trong phòng thí nghiệm

Kết tủa amoni sulfat là một phương pháp phổ biến để tinh chế protein bằng phương pháp kết tủa. Khi cường độ ion của dung dịch tăng lên, độ hòa tan của protein trong dung dịch đó giảm. Amoni sulfat rất dễ hòa tan trong nước do bản chất ion của nó, do đó nó có thể "muối ra" protein bằng cách kết tủa. 

Do hằng số điện môi của nước cao, các ion muối phân ly là cation amoni và anion sunfat dễ dàng bị hòa tan trong lớp vỏ hydrat hóa của các phân tử nước. Tầm quan trọng của chất này trong việc tinh chế các hợp chất bắt nguồn từ khả năng ngậm nước của nó nhiều hơn so với các phân tử không phân cực tương đối hơn và do đó các phân tử không phân cực mong muốn kết hợp lại và kết tủa ra khỏi dung dịch ở dạng cô đặc. Phương pháp này được gọi là ướp muối và yêu cầu sử dụng nồng độ muối cao có thể hòa tan một cách đáng tin cậy trong hỗn hợp nước. Thành phần phần trăm của muối đã dùng so với nồng độ tối đa của muối trong hỗn hợp có thể tan. Do đó, mặc dù nồng độ cao là cần thiết để phương pháp hoạt động, bổ sung lượng muối dồi dào, hơn 100%, Nồng độ muối cao, có thể đạt được bằng cách thêm hoặc tăng nồng độ amoni sulfat trong dung dịch, cho phép tách protein dựa trên sự giảm độ hòa tan của protein; sự phân tách này có thể đạt được bằng cách ly tâm . Sự kết tủa bởi amoni sulfat là kết quả của sự giảm độ hòa tan hơn là sự biến tính của protein, do đó protein kết tủa có thể được hòa tan thông qua việc sử dụng các bộ đệm tiêu chuẩn. Kết tủa amoni sulfat cung cấp một phương tiện thuận tiện và đơn giản để phân đoạn các hỗn hợp protein phức tạp. 

Trong phân tích mạng lưới cao su, các axit béo dễ bay hơi được phân tích bằng cách kết tủa cao su với dung dịch amoni sunfat 35%, tạo ra chất lỏng trong suốt từ đó các axit béo dễ bay hơi được tái sinh bằng axit sunfuric và sau đó được chưng cất bằng hơi nước. Kết tủa chọn lọc bằng amoni sulfat, ngược lại với kỹ thuật kết tủa thông thường sử dụng axit axetic, không gây trở ngại cho việc xác định các axit béo dễ bay hơi.

c. Phụ gia thực phẩm

Là một chất phụ gia thực phẩm, amoni sulfat thường được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ công nhận là an toàn (GRAS) và ở Liên minh Châu Âu, nó được chỉ định bằng số E E517. Nó được sử dụng như một chất điều chỉnh độ chua trong bột và bánh mì.

d. Một số ứng dụng khác

Trong điều trị của nước uống, amonium sulfate được sử dụng kết hợp với clo để tạo monochloramine để khử trùng.

Amoni sulfat được sử dụng ở quy mô nhỏ để điều chế các muối amoni khác đặc biệt là amoni persulfat.

Amonium sulfate được liệt kê như một thành phần trong nhiều loại vắc xin của Hoa Kỳ.

Dung dịch bão hòa của amoni sunfat trong nước nặng (D₂O) được sử dụng làm chất chuẩn bên ngoài trong phép đo phổ NMR lưu huỳnh ( 33 S) với giá trị dịch chuyển là 0 ppm.

Amoni sulfat cũng đã được sử dụng trong các chế phẩm chống cháy hoạt động giống như diammonium phosphat. Là chất chống cháy, nó làm tăng nhiệt độ cháy của vật liệu, giảm tỷ lệ hao hụt trọng lượng tối đa và gây ra sự gia tăng sản xuất cặn hoặc than. Hiệu quả chống cháy của nó có thể được nâng cao bằng cách trộn nó với amoni sulfamat. Nó đã được sử dụng trong chữa cháy trên không .

Amoni sulfat đã được sử dụng làm chất bảo quản gỗ, nhưng do tính chất hút ẩm của nó, việc sử dụng này phần lớn đã bị ngừng do các vấn đề liên quan đến ăn mòn kim loại, không ổn định kích thước và lỗi hoàn thiện.

2. Các mối nguy khi sử dụng

Amoni sulfat có khả năng gây nguy hiểm cho cả con người và môi trường, vì vậy cần phải cẩn thận trong quá trình sử dụng. Nó có thể gây kích ứng nghiêm trọng và viêm đường hô hấp nếu hít phải. Ăn hoặc uống amoni sulfat sẽ gây kích ứng đường tiêu hóa như buồn nôn, nôn mửa và tiêu chảy, mặc dù nó không độc trừ khi tiêu thụ với số lượng lớn. Tiếp xúc với da hoặc mắt sẽ gây kích ứng, mẩn đỏ, ngứa và đau. Nó cũng có thể là một chất độc thần kinh, có nghĩa là nó có thể gây nhầm lẫn và thay đổi hành vi.

3. Tránh phơi nhiễm

Như với bất kỳ hóa chất độc hại tiềm ẩn nào, điều quan trọng là phải thực hiện  các biện pháp phòng ngừa an toàn  khi sử dụng amoni sulfat. Chỉ sử dụng amoni sulfat ở khu vực thông gió tốt hoặc với mặt nạ phòng độc cá nhân. Đeo kính bảo hộ chống hóa chất và / hoặc tấm chắn bảo vệ toàn mặt nếu có thể bị bụi hoặc dung dịch bắn tung tóe. Ngoài ra, đi ủng, găng tay và đeo tạp dề hoặc quần yếm làm bằng vật liệu không thấm nước như PVC sẽ ngăn tiếp xúc với da. Bất kỳ khu vực làm việc nào cũng phải được trang bị bồn rửa mắt và vòi hoa sen khẩn cấp trong trường hợp vô tình tiếp xúc.

Trong khi amoni sulfat được sử dụng như một loại phân bón và do đó rất sẵn có, nó không nên được sử dụng một cách nhẹ nhàng. Thực hiện các biện pháp phòng ngừa cơ bản sẽ cho phép bạn nhận được những lợi ích của việc sử dụng amoni sulfat mà không gây rủi ro cho bản thân.

4. Sản lượng tiêu thụ amoni sulfat trên thế giới

Amoni sunfat hầu như chỉ được sử dụng làm nguyên liệu phân bón; một lượng nhỏ được sử dụng trong các ứng dụng không phân bón, bao gồm sử dụng làm chất bổ sung cho thức ăn gia súc, cho một số ứng dụng dược phẩm và chống cháy, thuộc da, khai thác kim loại đất hiếm, chế biến thực phẩm, lên men, dệt nhuộm và xử lý nước. Năm 2018, amoni sulfat được sử dụng chủ yếu (95% lượng tiêu thụ trên thế giới) làm nguyên liệu phân đạm và chiếm khoảng 4,8% thị trường phân đạm thế giới. Sử dụng amoni sulfat trong công nghiệp chỉ chiếm khoảng 5% lượng tiêu thụ trên thế giới.

Mức tiêu thụ amoni sulfat trên thế giới tập trung ở Đông Nam Á, Trung và Nam Mỹ, Trung Quốc, Tây Âu và Hoa Kỳ.

Biểu đồ hình tròn sau đây cho thấy mức tiêu thụ amoni sulfat trên thế giới:

amoni sunfat

Nhìn chung, các khu vực công nghiệp phát triển chiếm phần lớn công suất amoni sunfat trên thế giới, trong đó Tây Âu và Hoa Kỳ đã bị Trung Quốc vượt mặt trong những năm gần đây. Bởi vì phần lớn amoni sulfat được sản xuất không chủ ý dưới dạng phụ phẩm hoặc sản phẩm phụ, nên khối lượng sản xuất bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi mức sản lượng công nghiệp nói chung hơn là nhu cầu phân bón. Kết quả là, sự tăng trưởng công suất chính trong giai đoạn 2005-18; xảy ra ở Trung Quốc, và Trung Quốc được dự báo sẽ chiếm mức tăng chính trong giai đoạn dự báo, nhưng với tốc độ chậm hơn.

Amoni sulfat có hàm lượng lưu huỳnh cao ở dạng sulfat, làm cho cây trồng dễ hấp thụ. Nó có độ pH thấp, phù hợp với đất kiềm. Là một loại phân đạm, nó cạnh tranh với urê, amoni photphat và amoni nitrat. Lưu huỳnh ngày càng được công nhận là một chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của thực vật vì nó hỗ trợ quá trình tổng hợp axit amin, protein, enzym, vitamin và chất diệp lục. Nó đã được chứng minh là có lợi cho nhiều loại cây trồng, bao gồm cải dầu, cỏ linh lăng, ngô, khoai tây, gạo, rau và lúa mì.

Không có mối quan tâm nghiêm trọng về môi trường liên quan đến việc sử dụng amoni sulfat làm nguyên liệu phân bón. Tuy nhiên, mối quan tâm về môi trường đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp amoni sunfat trong đó một phần đáng kể sản lượng amoni sunfat trên thế giới là kết quả trực tiếp của sự cần thiết phải loại bỏ SO ₂ khỏi khí thải ở các hoạt động luyện kim và luyện kim loại khác nhau để phù hợp với các quy định của chính phủ về phát thải SO ₂ . Một nguồn tiềm năng lớn của việc sản xuất amoni sunfat phụ + sản ​​phẩm là thu hồi SO ₂ từ các trạm phát điện than + đốt.

Ở Trung Quốc, với sự phát triển cực kỳ nhanh chóng của ngành công nghiệp caprolactam, khối lượng sản phẩm phụ amoni sunfat đã không ngừng tăng lên. Hơn nữa, được khuyến khích bởi các chính sách bảo vệ môi trường, quá trình khử lưu huỳnh của nhà máy điện cũng đã tạo ra một khối lượng amoni sulfat ngày càng tăng nhanh. Lượng tăng chủ yếu đến xuất khẩu. Xuất khẩu amoni sulfat của Trung Quốc chiếm hơn 2/3 sản lượng ở Trung Quốc trong năm 2018, tương ứng với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm mạnh mẽ từ năm 2013 đến 2018.

Phần lớn amoni sulfat được sản xuất ở Hoa Kỳ được tạo ra dưới dạng sản phẩm phụ. Thị trường Hoa Kỳ đã trưởng thành và dự kiến ​​sẽ tăng trưởng mạnh trong vòng 5 năm tới. Vào tháng 2 năm 2017, Ủy ban Thương mại Quốc tế Hoa Kỳ .USITC / xác định rằng Hoa Kỳ bị thiệt hại nghiêm trọng do nhập khẩu amoni sulfat từ Trung Quốc, được bán tại Hoa Kỳ với giá thấp hơn giá trị hợp lý và được trợ cấp. Bị ảnh hưởng bởi điều này, nhập khẩu AS từ Trung Quốc đã giảm từ 33.528 tấn trong năm 2015 xuống gần 0 trong năm 2017, 2018 và nửa đầu năm 2019.

Mức tiêu thụ ammonium sulfate rõ ràng trên thế giới tăng đều đặn trong giai đoạn 2005-18 và được dự báo sẽ tiếp tục tăng với tốc độ tương tự trong giai đoạn 2018-23. Trong giai đoạn 2005-18, các khu vực phát triển nhanh nhất là Đông Âu, Châu Phi và Trung Quốc. Năm 2018, ba khu vực - Đông Nam Á, Trung và Nam Mỹ, và Trung Quốc - chiếm gần một nửa tổng lượng tiêu thụ thế giới. Mặc dù tổng thị trường phân bón nitơ tăng trưởng đáng kể từ năm 2005 đến năm 2018 và dự báo sẽ tăng trưởng hơn nữa vào năm 2023, phần lớn nhu cầu phân bón nitơ trên thế giới đang được lấp đầy bởi urê, một nguyên liệu phân bón rắn khác có hàm lượng nitơ cao hơn.