Üre gübresinin kontrollü salınımı için kitosan mikrokürelerinin taşıyıcı malzemeolarak hazırlanması
Preparation of chitosan microspheres as carrier material to controlled release of ureafertilizer
Yazar: BİRSEN ÇİFTÇİ
Danışman: PROF. DR. MACİD NURBAŞ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kitosan = Chitosan ; Kontrollü salım = Controlled release ; Serbest bırakma organizasyonu = Emancipation organization ; Üre = Urea ; Üre gübreleri = Urea fertilizers

Özet:
Tarım ve bahçecilikte sulama ve gübreleme, kaliteli ve verimli ürün eldesi için  önemli iki faktördür. Gün geçtikçe azalan kaynaklardan tasarruf etme amacıyla tarımda su ve gübre kullanımını verimli hale getirmek gerekmektedir. Gübrenin etkili olabilmesi için toprağa homojen olarak uygulanması ve hasat zamanına kadar tarlada yeterli miktarda ve sürekli bir şekilde bulunması gerekmektedir. Gübre toprağa doğrudan uygulandığında ise %40-70 oranında azot %80-90 oranında fosfor ve %50-70 arasında potasyum kaybı yaşanmaktadır. Gübre suyla temas eder etmez hızlı bir şekilde çözünür ve etkin toprak derinliğini geçerek etkisiz hale gelir. Bu sorunların üstesinden gelmek için gübreler farklı inorganik veya organik polimerik malzemelerle kaplanmakta ve toz veya granüI formunda üretilmekte ve piyasada kontrollü veya yavaş salıma sahip gübre adı altında satılmaktadır. Kontrollü salımlı formunda gübreler (CRF), içerdiği besinleri uzun süreliğine ve yeterli miktarda bitkilere iletebilen kaplanmış granül formunda gübrelerdir. Bu şekilde kullanılan CRF'ler, direk suda çözünür halde kullanılan gübrelerden farklı olarak besin içeriğini çok daha verimli bir şekilde toprağa iletmekte ve bitkinin/mahsülün besin talebini daha iyi karşılayabilmektedir. Bu çalışmada emülsiyon polimerizasyon yöntemiyle üre yüklü kitosan mikroküreleri hazırlanmıştır ve bu partiküllerin kullanım dayanıklığını artırmak için çapraz bağlayıcı madde olarak glutaraldehit doymuş toluen (GST) kullanılmıştır. Farklı emülsionyon ortamı (yağ ve polimer çözeltisi) oranları ve karıştırma hızlarında ideal üre yüklü kiitosan mikroküreleri elde edilerek, mikrokürelerin su absorplama özelliği morfoloji yüzeyi ve kümülatif nitrojjen salınımı incelenmiştir. Salınım testi için, toplam 9 adet üre yüklü kitosan mikroküre hazırlanmış ve 3'er saatlik salınım sürecine tabi tutulmuştur. Su absorplama özelliği, kararlı partikül boyutu, morfoloji yüzeyi ve kitosan mikroküresinden kümülatif nitrojen salınım miktarı belirlenmiştir. Salınım verimi %81.03-89.06 değerler arasında, su absorplama özeliği %61.25-68.16 değerler arasında, partikül formu yaklaşık küresel şekilde olduğu ve kümülatif salım miktarı Fickian kuralına uymayan salım mekanizmasıyla  %24.07-26.92 değerler aralığında oldoğu bulunmuştur.

Abstract:
Irrigation and fertilization in agriculture and horticulture are two important factors for obtaining quality and efficient products. It is necessary to make the use of water and fertilizer efficient in agriculture in order to save resources that are decreasing day by day. In order for the fertilizer to be effective, it must be applied homogeneously to the soil and must be present in the field in sufficient quantities and continuously until the harvest time. When fertilizer is applied directly to the soil, 40-70% nitrogen, 80-90% phosphorus and 50-70% potassium loss are experienced. As soon as the fertilizer comes into contact with water, it dissolves quickly and becomes ineffective past the effective soil depth. To overcome these problems, fertilizers are coated with different inorganic or organic polymeric materials and produced in powder or granule form and sold in the market under the name of controlled or slow release fertilizer. Fertilizers in controlled release form (CRF) are fertilizers in the form of coated granules that can deliver the nutrients they contain to plants for a long time and in sufficient quantities. CRFs used in this way, unlike fertilizers used directly in water-soluble form, transmit the nutrient content to the soil much more efficiently and can better meet the nutrient demand of the plant/crop.  In this study, urea-loaded chitosan microspheres were prepared by emulsion polymerization method and glutaraldehyde saturated toluene was used as crosslinker to increase the durability of these particles. By obtaining ideal urea-loaded chitosan microspheres at different emulsion medium (oil and polymer solution) ratios and mixing speeds, the water absorption, morphology surface and cumulative nitrogen release of the microspheres were investigated. For the release test, a total of 9 urea-loaded chitosan microspheres were prepared and subjected to a 3-hour release period. The water absorption property, stable particle size, morphology surface and cumulative nitrogen release amount from the chitosan microsphere were determined. The release efficiency was found to be between 81.03-89.06%, the water absorption property was between %61.25-68.16, the particle form was approximately spherical, and the cumulative release amount was found to be in the range of %24.07-26.9 with the release mechanism that didn't comply with the Fickian rule.