水稻产业技术体系杨越超教授团队首次制备超疏水生物基控释肥料
发布时间:2017-09-15  

 

近日,山东农业大学土肥资源高效利用国家工程实验室在新型控释肥料研究方面取得新进展,实验室新型肥料课题组利用新型超疏水技术首次制备了具有超疏水表面的生物基控释肥料,并探明了超疏水技术提高生物基控释肥料养分控释特性的机理。该成果发表在最近一期的ACS Applied Materials & Interfaces上(该杂志2016年影响因子7.504,中科院分区位于工程科学一区,Top期刊),论文通讯作者、第一作者分别为土肥资源高效利用国家工程实验室杨越超教授、2016级博士研究生解加卓。
随着人们环保意识的增强和化石资源的枯竭,可再生的、可生物降解的环境友好型生物基材料,例如:淀粉、壳聚糖、藻阮酸盐、木质素、纤维素、动物油、植物油、天冬氨酸等,被越来越多的应用于控释肥料制备领域。但是生物基控释肥料较短的养分释放特性不能满足作物长效需肥的特点,这极大限制了生物基膜材在控释肥料领域的广泛应用。因此发展新型技术以提高生物基控释肥养分释放特性,成为国内外广泛关注的研究热点。该研究首次在生物基控释膜材表面构建了微-纳米凸起及疏水基团,制备出了具有超疏水表面的生物基控释膜材,克服了生物基膜材易吸水、难成膜的缺点,并首次探明了其提高控释肥料养分控释特性的机理:低表面能的微纳米结构存在超疏水性质,水和控释肥膜壳界面会形成一层空气膜,水分子不能以液体状态浸润控释肥膜壳,只能以水蒸气扩散的方式缓慢通过控释肥膜壳进入肥料内部,从而极大提高了生物基控释肥料的养分释放特性。
该研究为制备新型生物基控释肥料奠定了理论基础,是控释肥料研究领域中的重要创新,将会促进新一代生物基控释肥的快速发展和应用,并且该研究提出的以微纳米结构和嫁接疏水基团来制备超疏水表面的方法,不仅可以应用于超疏水控释肥的制造,还可广泛应用在其他领域,例如缓释医药、沙漠集水器、自清洁涂料等,因此具有广泛的理论和实际应用价值。
该研究得到了国家自然科学基金委和山东省自然科学基金委等项目的支持。


(A-E) SEM图片和对应的静水接触角; (F)超疏水肥料表面形态示意图

超疏水控释肥料制备过程示意图

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