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  包膜控釋肥能調(diào)控養(yǎng)分釋放，提高肥料利用率和作物產(chǎn)量，并能有效減少養(yǎng)分損失對環(huán)境帶來的負(fù)面影響。但是目前市場上的包膜控釋肥采用的膜材大都來源于石油化工產(chǎn)品，價格昂貴、不易降解、不可再生。因此，來源廣泛、可再生的的生物基膜材的研發(fā)成為熱點(diǎn)。但是生物基膜材存在兩大缺點(diǎn)：一是含有親水基團(tuán)易吸水；二是生物基原料在反應(yīng)成膜過程中存在一些不參與反應(yīng)成膜的物質(zhì)，該不成膜物質(zhì)在水分進(jìn)入和養(yǎng)分溶出膜殼的過程中，會隨溶液一起溶出膜外，導(dǎo)致膜殼孔隙增大或破裂，加速了養(yǎng)分釋放，影響了其對養(yǎng)分的控釋性能，是制約生產(chǎn)的瓶頸問題。

  針對上述問題，楊越超教授團(tuán)隊(duì)從超疏水改性入手，以乙醇和水為溶劑，一步法合成了納米月桂酸銅，并將該納米材成功地用于對蓖麻油生物聚氨酯進(jìn)行改性，然后對尿素肥料進(jìn)行包膜，制得超疏水性改性的生物基包膜肥料（SBPCU）。相較于未改性的生物基包膜肥料（BPCU），SBPCU明顯提升了控釋特性，延長了釋放周期。同時，利用X射線成像技術(shù)直接觀測到超疏水表面與水接觸面有一層空氣層存在，該層空氣層使水不能直接潤濕膜材，只能以水分子的形式擴(kuò)散進(jìn)入膜內(nèi)，從而能減緩水分進(jìn)入和養(yǎng)分溶出膜外的速率，提升控釋性能。

圖1 超疏水納米月桂酸銅改性生物基包膜控釋肥制備示意圖、空氣膜圖及超疏水增效原理圖

  另外，將該材料在紙、金屬、玻璃、無紡布等不同基材上進(jìn)行噴涂包衣，均可使這些材質(zhì)表面具有超疏水性和超親油性。采用該納米材料包覆的無紡布和100目尼龍網(wǎng)可以對油水混合物進(jìn)行有效地分離，具有極高的分離效率和可重復(fù)使用性。此外，該納米材料表現(xiàn)出良好的抗菌能力和長期穩(wěn)定性，因此該材料不僅可以應(yīng)用于包膜控釋肥料，還可以應(yīng)用于各種防水涂層，油水分離和抑制土傳病害等。總的來說，這種新型的納米月桂酸銅是一種簡單易得、低成本、多功能的涂層材料，在未來有廣闊的應(yīng)用前景。

圖2 納米月桂酸銅超疏水、油水分離及抑菌功能圖示

但是，隨著他們研究的深入，雖然可以通過上述的技術(shù)措施提高生物基膜殼的疏水性，克服其易親水的缺點(diǎn)，但是很難大幅度的提高該類膜材的養(yǎng)分控釋期。主要原因是生物基膜材中的不反應(yīng)易溶物質(zhì)的溶出，會導(dǎo)致膜殼孔隙增大或破裂，這就是即使采用超疏水改性，也很難大幅度提高控釋性能的關(guān)鍵問題所在。因此，通過一系列的技術(shù)和手段，修復(fù)因不成膜物質(zhì)溶出而導(dǎo)致的膜殼微孔通道增加或膜殼破損的問題，就成為提高該類產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵問題。如果該技術(shù)和機(jī)理機(jī)制得以闡明，也就解決了制約該類肥料產(chǎn)業(yè)化的瓶頸問題。針對這一關(guān)鍵問題，他們將膜材修復(fù)劑負(fù)載到中空納米粒子中，然后將該類材料添加到生物基膜材中，在控釋肥養(yǎng)分釋放過程中，納米粒子負(fù)載的修復(fù)劑逐漸釋放到膜材中，與膜材中的固化劑迅速反應(yīng)固化形成凝膠，實(shí)現(xiàn)堵孔，大幅升了包膜控釋肥料的控釋性能。從而實(shí)現(xiàn)生物基膜殼的自修復(fù)功能。

圖3不同包膜肥料（A 3%，B 5%包膜含量）在25℃水中的氮釋放曲線。自修復(fù)改性肥料自修復(fù)前（C1-C3）和自修復(fù)后（D1-D3）材料的掃描電鏡；自修復(fù)原理圖（E）。

  以上相關(guān)成果分別發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A (J. Mate. Chem. A 2019, 7, 9503–9509) 和ACS Applied Materials and Interfaces 上。論文的第一作者均為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授張淑剛博士，通訊作者為楊越超教授。

  原文鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c06530