Giới thiệu về Kaolin

Cao lanh (kaolin) hay đất cao lanh, một loại đất sét màu trắng, bở, chịu lửa, với thành phần chủ yếu là khoáng vật kaolinit cùng một số khoáng vật khác như illit, montmorillonit, thạch anh,… Trong công nghiệp, cao lanh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như sản xuất đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, chất độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng,…

– Phân loại Kaolin:

Có nhiều loại kaolin khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh, mục đích sử dụng, độ chịu lửa, độ dẻo, hàm lượng các ôxít nhuộm màu,….

Dựa vào nguồn gốc phát sinh, có thể chia kaolin thành hai dạng chính là phát sinh từ các nguồn sơ cấp và phát sinh từ các nguồn thứ cấp. Kaolin sơ cấp, sinh ra từ quá trình phong hóa hóa học hay thủy nhiệt của các loại đá có chứa fenspat như rhyolit, granit, gơnai. Trong khi đó, kaolin thứ cấp được tạo ra từ sự chuyển dời của kaolin sơ cấp từ nơi nó được hình thành vì xói mòn và được vận chuyển cùng các vật liệu khác tới vị trí tái trầm lắng khác. Một số kaolinit cũng được sinh ra tại nơi tái trầm lắng do biến đổi thủy nhiệt hay phong hóa hóa học đối với acco (arkose), một dạng đá trầm tích mảnh vụn với hàm lượng fenspat trên 25% [12].

Dựa vào nhiệt độ chịu lửa, kaolin được phân thành loại chịu lửa rất cao (>1.750°C), cao (>1.730°C), vừa (>1.650°C) và thấp (>1.580°C).

Dựa vào thành phần Al₂O₃+ SiO₂ ở trạng thái đã nung nóng, cao lanh được phân thành loại siêu bazơ, bazơ cao, bazơ hoặc axít.

Trong sản xuất thuốc trừ sâu: sử dụng kaolin có độ khuếch tán lớn, sức bám tốt, trơ hóa học, hợp chất sắt thấp. Nhờ có khả năng hấp thụ đặc biệt không chỉ các chất béo, chất đạm mà còn có khả năng hấp thụ cả các loại vi rut và vi khuẩn, vì vậy, kaolinin được ứng dụng cả trong các lĩnh vực y tế, dược phẩm, mỹ phẩm…

– Tính chất lý-hóa học của kaolin:

Kaolin có cấu trúc 2 lớp 1:1 (tương tự như dickit, nacrit, halloysit)… với công thức chung là Al₂Si₂O₅(OH)₄.nH2O (n = 0, 2). Thành phần gồm: SiO₂, Al₂O₃, H₂O, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các tạp chất như Fe, Ti, K và Mg. Kaolin có màu trắng, trắng xám, dạng đặc hoặc là những khối dạng đất sáng màu, tập vảy nhỏ, tinh thể đơn vị dạng hình lục lăng liên kết thành các tấm nhỏ, mỏng, đường kính khoảng 0,2- 12 µm, khối lượng riêng khoảng 2,1-2,6 g/cm3, độ cứng 1-2,5, có khả năng trao đổi cation khoảng 2–15 meq/100g và phụ thuộc nhiều vào kích thước của hạt, nhưng các phản ứng thay thế cation xảy ra với tốc độ rất lớn.

Kaolin khi ngấm nước, có tính dẻo, nhưng không có hiện tượng co giãn. Đây là tính chất được biết đến sớm nhất của kaolin, người ta dùng nó ở dạng hồ quánh để định hình và nung thiêu kết để tạo ra các đồ gốm sứ. Nhiệt độ nóng chảy của kaolin: 1.750-1.787oC. Khi nung nóng, kaolin có hiệu ứng thu nhiệt, cao nhất ở 510-600oC điều này liên quan đến sự mất nước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật. Hai điểm toả nhiệt cực đại là từ 960oC đến 1.000oC và 1.200oC liên quan đến quá trình mulit hoá của các sản phẩm kaolin không định hình, với điểm tỏa nhiệt 1.200oC là quá trình kết tinh của oxyt silic không định hình để tạo thành cristobalit.

Những ứng dụng và tác dụng của Kaolin đối với cây trồng

Những năm gần đây, các loại hỗn hợp Kaolin đã được áp dụng rộng rãi cho các loại cây trồng khác nhau với mục đích nâng cao sức sinh trưởng – phát triển và khả năng chống chịu đối với các tác động bất lợi từ môi trường. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh, việc phun dung dịch hỗn hợp Kaolin 1-6% cho cây trồng là một phương pháp hiệu quả để kiểm soát dịch hại nông nghiệp và bảo vệ cây trồng khỏi áp lực môi trường.

Việc sử dụng các hỗn hợp của Kaolin như một loại thuốc cho cây trồng đã được nghiên cứu từ năm 1999, các kết quả đã chứng minh được rằng những thuốc phun chứa Kaolin có rất nhiều tác dụng có lợi trên thực vật và kiểm soát côn trùng gây hại. Một số thuốc phun với Kaolin là thành phần chính có thể tạo thành một lớp màng trắng phản chiếu cao với ánh sáng trên bề mặt (lá), quả cây trồng, giúp tăng cường khả năng quang hợp thực vật và giảm stress nhiệt cho cây bằng cách phản chiếu quang phổ ánh sáng hồng ngoại, từ đó cải thiện khả năng quang hợp, khả năng chống chịu, làm tăng năng suất cây trồng và chất lượng trái cây trong vườn. Một số nghiên cứu cho thấy rằng phun Kaolin cho cây Táo có thể hạn chế được gần 20% sự hấp thu ánh sáng, tăng 10% năng suất quả, chất lượng quả có màu sắc và mùi vị tốt hơn. Kaolin tạo một lớp màng trên bề mặt lá, làm tăng sự phản chiếu và giảm sự hấp thụ ánh sáng của lá, từ đó quá trình thoát hơi nước của mỗi lá đơn giảm (do nhiệt độ bề mặt lá không cao nên không cần thoát nhiều hơi nước để làm mát lá) và quang hợp của cây tăng lên đáng kể. Điều này có thể là do sự phân tán ánh sáng đều hơn nhờ tác dụng phản chiếu ánh sáng của lớp Kaolin.

Việc phun Kaolin giống như tạo ra một lớp rào cản bảo vệ bề mặt cây trước nguy cơ bệnh hại và côn trùng,… Hiện nay, Kaolin đã được ứng dụng cho nhiều loại cây khác nhau. Ví dụ, ở miền Tây Hoa Kỳ, người ta phun chế phẩm của Kaolin để bảo vệ cây Táo và Lê khỏi tác hại của cháy nắng; ngoài ra còn được sử dụng cho cả Cam, Quýt, Lựu và các loại Rau xanh có tác dụng giữ cho bề mặt quả và lá được sáng bóng và không bị tổn thương.

Kaolin sẽ giúp giảm nhiệt độ tán cây, giảm stress nước, và hạn chế được áp lực tấn công của sâu bệnh hại. Nhiệt độ tán cây giảm nhưng không ảnh hưởng đến khả năng trao đổi – hấp thu khí CO₂ của cây. Bên cạnh đó, áp lực thoát hơi nước từ lá ra không khí môi trường được hạn chế (giảm) do sự điều hòa và giảm hoạt động của hệ thống khí khổng. Điều này làm tăng hiệu quả sử dụng nước của cây. Phun kaolin sẽ làm tăng độ trắng của lá lên 62%, giảm 3oC nhiệt độ lá và giảm gần 20% áp lực thoát hơi nước từ lá ra không khí. Điều này có được là do sự điều chỉnh một cách hiệu quả của quá trình hoạt động của khí khổng, trao đổi khí CO₂ tốt hơn, làm tăng khả năng quang hợp lên gần 30%. Đồng thời hiệu quả sử dụng nước tăng lên 25%. Hơn thế nữa, kaolin có thể giúp cây hấp thu carbon tốt hơn, đặc biệt đối với những cây non và những cây tán nhỏ tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời.

Trong điều kiện cây bị stress nước (thiếu nước), phun kaolin giúp giảm tỷ lệ hô hấp, giảm nhiệt độ lá, giảm mật độ trichome, và lá mỏng hơn. Kaolin cũng giúp cải thiện chiều cao cây, chất khô, hiệu quả sử dụng nước, và tăng mật độ khí khổng.

Ứng dụng kaolin để phun cho cây trồng sẽ làm giảm nhiệt độ lá. Điều này đã được chứng minh ở nhiều loại cây trồng khác nhau như táo, nho, oliu. Cơ chế của việc giảm nhiệt độ này thường liên quan đến khả năng tăng phản chiếu ánh sáng của bề mặt lá, làm giảm lượng ánh sáng hấp thu vào lá. Tuy nhiên, chỉ số chlorophyll ở những lá được phun kaolin lại tăng lên rất nhiều, do những lá không được phun kaolin phản chiếu ánh sáng kém hơn, làm giảm các sắc tố quang hợp vì cơ chế bảo vệ chống ánh sáng trực xạ cường độ cao, lục lạp điều chỉnh làm giảm tỷ lệ chlorophyll (trích từ Anderson, 1986). Một nguyên nhân khác cũng có thể làm giảm chỉ số chlorophyll là sự stress nước. Sắc tố quang hợp có thể được phân tán đến những vùng nhạy cảm (thiếu nước), vùng bị điều kiện stress. Kaolin giúp giảm sự thoát hơi nước, lớp màng kaolin làm giảm nhiệt độ bề mặt lá, dẫn đến làm giảm áp lức thoát nước (bốc hơi) giữa mô lá và khí quyển điều này làm giảm tỷ lệ thoát nước.

Có nhiều yếu tố tác động làm giảm mật độ khí khổng trên bề mặt lá. Ảnh hưởng tiêu cực của stress nước lên mật độ khí khổng có thể là do sự giảm của sự phân chia và kích thước của tế bào. Nhiệt độ lá cũng có thể ảnh hưởng đến mật độ khí khổng.

Mật độ trichome (lông trên bề mawth lá) tăng lên trong điều kiện stress nước trichome có tiềm năng làm thay đổi sinh lý thực vật, giúp lá phản chiếu ánh sáng và có thể làm giảm sự hấp thu ánh sáng, giảm nhiệt độ hoặc giảm tỷ lệ thoát nước qua lá. Việc tăng mật độ trichome trong điều kiện hạn hán sẽ làm giảm nhiệt độ và giảm sự thoát hơi nước cho cây. Nhiệt độ lá sẽ giảm khoảng 1,5oC sau khi phun kaolin. Do đó, kaolin có thể được coi là tác nhân giúp làm số lượng khí khổng trên đơn vị mmvà giảm số lượng trichome trên đơn vị diện tích thông qua sự giảm nhiệt độ lá.

Như đã biết, độ dày của lá sẽ tăng lên như là một phản ứng của cây trong điều kiện stress nước (trích từ Nobel, 1980), nguyên nhân là do sự dày lên của lớp cutin trên bề mặt lá nhằm hạn chế sự mất nước cho tế bào. Mặt khác, độ dày của lá cũng có thể tăng lên dưới điều kiện ánh sáng bức xạ với cường độ cao. Tuy nhiên, độ dày này sẽ giảm xuống đáng kể sau khi phun kaolin.

Ứng dụng kaolin nung chảy trong sản xuất nông nghiệp (làm vườn) đã được triển khải trong sản xuất nông nghiệp sạch, nông nghiệp an toàn. Nó được sử dụng để kiểm soát sâu – bệnh hại cũng như bảo vệ cây trồng tránh bị cháy nắng hoặc stress nhiệt, đồng thời làm tăng chất lượng màu sắc quả. Kaolin nung chảy (một loại khoáng tự nhiên), khi phun lên cây, sẽ tạo một thành một màng bảo vệ trắng có thể bao phủ và bám chặt vào lá và quả, giúp xua đuổi côn trùng khỏi những bộ phận này. Có thể loại bỏ được mối đe dọa từ một số loại côn trùng như: châu chấu, ve sầu, bọ trĩ, sâu cuốn lá, một số loại bướm, các loại bọ cánh cứng,… Kaolin thường được coi là an toàn cho con người và có lịch sử lâu dài của việc sử dụng trong ngành công nghiệp sơn, nhựa, dược phẩm và giấy. thuốc xịt Kaolin được sử dụng để kiểm soát sâu bệnh và bảo vệ cháy nắng cho các loại cây trồng.

Kaolin cũng đã được phun lên cây cà phê để đánh giá phản ứng sinh lý của cây đối với với công nghệ che mát mới này. Kaolin làm giảm quang hợp, tăng cường phản xạ làm giảm sự truyền tải tia cực tím và làm giảm nhiệt độ bề mặt lá. Trong năm thứ hai ứng dụng việc phun Kaolin, quang hợp của cây tăng 71% và năng suất tăng gấp đôi. Nhiệt độ của lá giảm đáng kể nhưng tỷ lệ giữa các đồng vị carbon (C) ổn định, sử dụng nước hiệu quả hơn.

Xuất phát từ những ứng dụng và tiềm năng tạo ra một sản phẩm giúp cây trồng nói chung, cây cà phê nói riêng tăng cường sức khỏe (sức sinh trưởng – phát triển) và khả năng đối kháng với sâu bệnh hại,… của kaolin, chúng tôi đang từng bước nghiên cứu và ứng dụng sâu hơn những sản phẩm có chứa kaolin trong sản xuất cà phê bền vững.