山东农业大学《ACS Nano》：包覆“空气外衣”的超疏水生物基控释肥料

来源：高分子科学前沿

发展一次施肥、省工省时的包膜控释肥料，可以促进粮食的稳产和增产。利用价格低廉、可再生的天然生物基原料，制备生物基包膜控释肥料，成为控释肥料研究领域的发展趋势。目前，农作物秸秆、植物淀粉等一系列天然生物基原料已被开发利用。但是这些原料易吸水、难成膜，制备的控释肥料养分控释性能差（小于1个月），难以满足作物对养分的长效需求。

近日，山东农业大学资源与环境学院土肥资源高效利用国家工程实验室杨越超课题组，仿造“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”的荷叶特有超疏水微纳米级凸起结构，利用磁性自组装的方法制备了包覆“空气外衣”的超疏水生物基控释肥料。该工作使用猪油作为原料，首先对磁性微纳米粒子进行超疏水改性，然后将磁性微纳米粒子加入液态膜材中，在磁场中利用磁性微纳米粒子与铁质包膜机的相互磁力作用，通过肥料颗粒的不断滚动，磁性微纳米粒子自发移动到膜壳表面，有规律进行排布，在膜材固化之后，形成表面具有微纳米凸起结构的超疏水生物基控释肥料。

研究领导小组的杨越超教授和博士研究生解加卓说到，相比未改性的生物基控释肥料，磁性自组装型超疏水生物基控释肥料，其养分控释期提高了1倍左右(超过100天，与大田作物需肥期同步)。通过同步辐射X射线相称成像技术表明，水和超疏水生物基控释肥料膜壳界面处存在一层空气膜，液态水仅与膜壳表面的微纳米级凸起顶部接触(面积占比10.9%)，空气膜被嵌入到液态水下方(面积占比89.1%)。由于“空气外衣”的存在，液态水不能直接浸润超疏水生物基控释肥料膜壳，只能以水蒸气扩散的方式缓慢进入肥料，极大提高了该类超疏水生物基控释肥料的养分控释特性，揭示了空气膜延缓水分进入膜内和养分溶出膜外的机理。并且利用磁性自组装制备超疏水材料的方法，不仅可应用于超疏水控释肥料的制备，还可广泛应用于其他领域，例如缓释药物、沙漠集水器、自清洁涂料等，具有广泛的理论和实际应用价值。

研究成果已发表在ACS Nano期刊，论文通讯作者为杨越超教授，第一作者为博士研究生解加卓。该工作得到美国Florida大学和上海光源等单位的大力支持。杨越超教授作为国家“万人计划”科技创新领军人才，在新型控释肥料研发及生物基控释膜材改性机理方面，取得了一系列突破性研究成果，目前已在“ACS Nano”，“ACS Applied Materials & Interfaces”等国际顶级期刊发表SCI论文40余篇。