近日，資源與環(huán)境學(xué)院楊越超教授課題組在《Journal of Cleaner Production》在線發(fā)表了題為“Ceresin wax enhances hydrophobicity and density of bio-based polyurethane of controlled-release fertilizers: Streamlined production, improved nutrient release performance, and reduced cost”的研究論文。

生物基包膜控釋肥（BCRFs）可以顯著提高養(yǎng)分利用率，減少污染。然而，在BCRF的實(shí)際生產(chǎn)過程中，噴槍堵塞、肥料之間的粘附和撕裂等挑戰(zhàn)對(duì)其產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；此外，生物基涂料疏水性和交聯(lián)性能差，嚴(yán)重影響了BCRFs的控釋性能。盡管已經(jīng)采取了一些措施來改善上述問題，但繁瑣且昂貴的修改過程難以大規(guī)模應(yīng)用。因此，這項(xiàng)工作的主要目標(biāo)是尋找一種更直接、更有效的生產(chǎn)和改性方法，以解決上述BCRF領(lǐng)域未解決的挑戰(zhàn)。

圖1 不同控釋肥料在25 °C水下的氮釋放特性，ICRF和WBCF的養(yǎng)分釋放機(jī)理示意圖

以生物基聚酯多元醇（BPP）為基礎(chǔ)制備聚氨酯膜材，低粘度蓖麻油（CO）為改性劑，降低BPP的粘度，制備了互改性涂層控釋肥料（ICRFs），以防止噴槍堵塞。在此基礎(chǔ)上，通過微晶蠟（CW）改性制備了疏水和致密蠟基包膜肥料（WBCF），以解決包膜過程中肥料顆粒之間的粘附和撕裂難題，WBCF表現(xiàn)出顯著的控釋特性，只需要3%的涂層材料，氮（N）釋放壽命接近180天。通過蠟內(nèi)外層添加和去除對(duì)照，揭示了蠟?zāi)軌蛟谀ぶ袧B透固化以調(diào)控微孔的養(yǎng)分控釋機(jī)制。

本研究中提出的WBCF改性策略為有效解決肥料表面涂層材料生產(chǎn)過程中的撕裂和粘連挑戰(zhàn)提供了新的機(jī)會(huì)，這是CRF實(shí)際生產(chǎn)的瓶頸。此外，WBCF的成功開發(fā)為生產(chǎn)具有高控釋質(zhì)量的綠色和低成本肥料提供了寶貴的見解。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為本論文第一完成單位，楊越超教授為該論文的通訊作者，碩士研究生蘇泊寧和博士研究生楊銘傳為該論文的共同第一作者。該研究得到了“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省泰山學(xué)者等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142145.

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波