2020年7月7日,中国科学报以《改性生物基膜攻克控释性能难题》为题,报道山东农业大学杨越超团队在控释肥料包膜领域最新进展。
文章说,近日,山东农业大学资环学院杨越超团队利用超疏水和自修复堵孔新技术,对现有控释肥料的生物基包膜进行改性,在攻克其控释性能差这一瓶颈上取得新突破。该成果发表于《美国化学学会应用材料与界面》。
传统的控释肥料膜材主要来源于石油化工产品,生产成本高。论文通讯作者杨越超介绍,近年来,研究人员制备了新型生物基控释膜材,其来源广泛、资源可再生、价格低廉,广受行业人员青睐。
然而,生物基膜材中含有大量亲水基团,易吸水;在水分进入和养分溶出膜壳的过程中,膜材上有些物质会随溶液一起溶出膜外,导致膜壳孔隙增大或破裂。
对此,杨越超团队用一步合成法研制了一种新型、易制备、经济环保的纳米月桂酸铜,具有超疏水性和超亲油性,将其喷涂于生物基膜材形成的超疏水表面与水接触面有一层空气层存在,使水不能直接润湿膜材,只能以水分子的形式扩散进入膜内,从而减缓水分进入和养分溶出膜外的速率,使包膜内的养分释放周期增加近10倍。
将纳米月桂酸铜材料喷涂在纸、金属、玻璃、无纺布等不同基材上,均可使其表面具有超疏水性,具有极高的分离效率和可重复使用性。该纳米材料还表现出良好的抗菌能力和长期稳定性,可应用于各种防水涂层、油水分离和抑制土传病害等。
该团队在研究中还发现,在控释肥养分释放过程中,纳米粒子负载的修复剂逐渐释放到膜材中,与膜材中的固化剂迅速反应固化形成凝胶,实现堵孔,从而实现生物基膜壳的自修复功能,大幅提升包膜控释肥料的控释性能。
此项研究前后历经近10年。论文的作者本支部优秀党员。
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