Hoạt chất DCD là gì? Các công bố khoa học về DCD

Hoạt chất DCD là gì?

DCD (viết tắt của dicyandiamide) là một hợp chất hữu cơ chứa nitơ, công thức hóa học là $C_2H_4N_4$. Đây là chất rắn tinh thể màu trắng, tan tốt trong nước, không mùi và có tính ổn định cao trong điều kiện thường. DCD là sản phẩm trung gian trong quá trình sản xuất cyanamide và có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, hóa chất công nghiệp, vật liệu và dược phẩm.

Trong nông nghiệp, DCD được sử dụng chủ yếu như chất ức chế quá trình chuyển hóa nitơ trong đất, giúp tăng hiệu quả sử dụng phân bón đạm và giảm phát thải khí nhà kính. Trong công nghiệp, DCD là nguyên liệu thô trong tổng hợp melamine, nhựa tổng hợp, chất chống cháy và các sản phẩm công nghệ cao khác.

Cấu trúc hóa học và đặc tính lý hóa

Phân tử DCD bao gồm hai nhóm cyano (-C≡N) và một nhóm amidine. Cấu trúc của DCD có thể được mô tả bằng công thức thu gọn:

$\mathrm{HN=C(NH_2)-NH-CN}$

Đặc điểm hóa lý nổi bật của DCD:

• Khối lượng phân tử: 84.08 g/mol
• Nhiệt độ nóng chảy: 209°C (phân hủy nếu đun nóng lâu)
• Tan tốt trong nước, ít tan trong ethanol và methanol
• Không bay hơi, không mùi, không cháy
• Ổn định trong môi trường trung tính, phân hủy nhanh ở pH thấp hoặc cao

Cơ chế hoạt động trong nông nghiệp

Trong đất, quá trình chuyển hóa amoni (NH4+) sang nitrat (NO3-) do vi khuẩn nitrifier gây ra có thể dẫn đến mất mát nitơ do bay hơi (khí N2O) hoặc rửa trôi nitrat. DCD hoạt động như một chất ức chế quá trình này bằng cách làm chậm hoạt động của enzyme ammonium monooxygenase – enzyme chính của vi khuẩn Nitrosomonas.

$\mathrm{NH_4^+} \xrightarrow{Nitrosomonas} \mathrm{NO_2^-} \xrightarrow{Nitrobacter} \mathrm{NO_3^-}$

Khi DCD ức chế giai đoạn đầu, amoni tồn tại lâu hơn trong đất và giảm lượng nitrat sinh ra – yếu tố gây rửa trôi và phát thải khí nhà kính.

Lợi ích nông nghiệp của DCD

• Tăng hiệu quả sử dụng phân đạm (NUE): cây trồng hấp thu được nhiều nitơ hơn từ phân bón.
• Giảm ô nhiễm môi trường: giảm phát thải N2O – khí nhà kính mạnh hơn CO2 hàng trăm lần.
• Giảm chi phí canh tác: tiết kiệm phân bón nhờ giảm thất thoát nitơ.
• Bảo vệ nguồn nước: giảm nguy cơ nitrat thấm vào mạch nước ngầm và gây ô nhiễm.
• Gia tăng năng suất cây trồng: đặc biệt trong điều kiện đất nghèo dinh dưỡng.

Ứng dụng công nghiệp của DCD

DCD là nguyên liệu trung gian trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là hóa chất và vật liệu. Các ứng dụng tiêu biểu bao gồm:

1. Sản xuất melamine

Melamine là hợp chất được sản xuất từ DCD thông qua quá trình polycondensation. Melamine là nguyên liệu sản xuất:

• Nhựa melamine-formaldehyde (được dùng làm đồ nội thất, tấm laminate)
• Keo công nghiệp
• Bột chống cháy

2. Chất chống cháy

DCD và các dẫn xuất của nó được sử dụng làm chất phụ gia chống cháy trong ngành nhựa, cao su, dệt may. Chúng hoạt động bằng cách tạo lớp cách nhiệt khi gặp nhiệt cao, ngăn cháy lan.

3. Công nghiệp sơn và phủ

Trong ngành phủ bề mặt và vật liệu xây dựng, DCD được dùng để sản xuất nhựa epoxy có khả năng chống nước, chống mài mòn và chịu nhiệt tốt.

4. Thuốc trừ sâu và hóa chất bảo vệ thực vật

Một số dẫn xuất của DCD có hoạt tính kháng nấm và kháng khuẩn, được sử dụng làm chất trung gian trong tổng hợp thuốc bảo vệ thực vật.

Tác động môi trường và vấn đề an toàn

Theo NCBI, DCD có độc tính thấp đối với người và động vật, nhưng cần được sử dụng đúng cách để đảm bảo an toàn:

• Sinh học: không gây đột biến gen, không gây ung thư ở nồng độ sử dụng thông thường.
• Môi trường: dễ bị phân hủy sinh học trong đất sau 30–90 ngày tùy điều kiện.
• Nguy cơ: có thể tích lũy cục bộ nếu sử dụng quá mức liên tục.

Chính vì vậy, nhiều quốc gia đặt giới hạn về hàm lượng DCD trong nông sản và đất nông nghiệp. Ví dụ, New Zealand từng đình chỉ tạm thời một số sản phẩm chứa DCD sau phát hiện dư lượng trong sữa vào năm 2012 (NZ Herald).

So sánh DCD với các chất ức chế nitrat hóa khác

Liều lượng và cách sử dụng

Liều lượng DCD thường được khuyến nghị trong khoảng 5–20 kg/ha tùy theo loại cây trồng, loại đất và loại phân bón sử dụng. Có thể phối trộn DCD trực tiếp vào phân urê hoặc phân NPK trong quá trình sản xuất.

Khuyến cáo:

• Sử dụng đúng liều, tránh lạm dụng hoặc dùng liên tục trong nhiều vụ không có kiểm soát.
• Không bón phân có DCD gần nguồn nước mặt.
• Bảo quản sản phẩm có chứa DCD ở nơi khô ráo, kín gió, tránh ánh sáng trực tiếp.

Kết luận

Hoạt chất DCD là một hợp chất hữu cơ có tính ứng dụng cao trong nông nghiệp và công nghiệp. Vai trò nổi bật nhất của DCD là chất ức chế chuyển hóa nitơ, giúp tăng hiệu quả sử dụng phân đạm, bảo vệ môi trường và nâng cao năng suất cây trồng. Ngoài ra, DCD còn là nguyên liệu trung gian trong nhiều ngành công nghiệp chế biến nhựa, chất chống cháy và hóa chất chuyên dụng. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả và tính bền vững, cần sử dụng DCD đúng liều lượng, có kiểm soát và theo khuyến cáo kỹ thuật.

Tham khảo

• Wikipedia – Dicyandiamide
• ScienceDirect – Nitrification inhibitors and N2O reduction
• NCBI – Environmental implications of DCD
• NZ Herald – Fonterra suspends DCD
• FAO – Fertilizer efficiency and nitrification inhibitors