[發明專利]基于MOF(Cu)@biochar的pH/鹽敏感性多孔3D結構緩釋氮肥的制備方法

有效

• 申請號: 202011520269.4
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112608190B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 吳稱意;汪爭先;但悠夢;段正超;田大聽;向東山
• 申請（專利權）人: 湖北民族大學
• 主分類號: C05G3/40
• 分類號: C05G3/40;C05G3/80;A01C21/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 余曉雪

本發明涉及氮素肥料技術領域，具體公開了一種基于MOF(Cu)@biochar的pH/鹽敏感性多孔3D結構緩釋氮肥的制備方法。本發明的緩釋氮肥是在氯化氨存在下，通過羧甲基纖維素(CMC)、明膠和MOF(Cu)@生物炭的交聯，制備了一種新型的雜化氣凝膠(CMC/Gelatin/MOF(Cu)@生物炭）包覆的NH₄Cl，即得緩釋肥料(SRF）。本發明的緩釋氮肥的制備方法工藝簡單、成本低；制得的緩釋氮肥緩釋性能良好，并且具有優異的保肥保水能力，可用于農業和園藝，以改善土壤和提高蔬菜生產力。

技術領域

本發明涉及氮素肥料技術領域，具體涉及一種基于MOF(Cu)@biochar的pH/ 鹽敏感性多孔3D結構緩釋氮肥的制備方法。

背景技術

提高作物產量是滿足世界人口持續增長的基本目標。化肥和水是提高作物產量的兩個重要投入因素。在我國，施肥對作物產量的貢獻為56.81％。然而，約 40～70％的氮、80～90％的磷和50～70％的正常肥料鉀不能有效吸收，從而流失到周圍環境中，造成了嚴重的經濟損失和農業生態環境的破壞。因此，有必要提高它們的應用效率。緩釋肥料(SRFs)提供了一種提高養分利用率，延長肥料周期，減少養分流失造成的環境問題的策略。近年來，包封是一種常規和簡單的方法來生產與聚合物相關的緩釋N-肥料。載體材料是利用各種聚合物：從非環境可降解聚合物(聚烯烴、聚氨酯和聚磺酸鹽)到可降解聚合物(多糖和脂肪族聚酯)。此外，水對作物生長也起著不可或缺的作用，并充分發揮了肥料的作用。然而，由于一些干旱和半干旱地區缺乏水資源，SRF的應用受到限制。因此，近幾十年來發展了具有良好保水性能的SRF。

氣凝膠由三維(3D)多孔網絡構建，具有許多優良的特性，包括極低的密度(通常為0.004～0.005g·cm^-3)、大的比表面積和高孔隙度。近年來，天然親水性聚合物及其衍生物，包括黃原膠、木質素、淀粉、海藻酸鈉、殼聚糖和纖維素，是從其低成本、無毒、可再生和可生物降解的合成聚合物中選擇的。此外，這些天然親水聚合物還能形成具有良好保水能力的氣凝膠。羧甲基纖維素(CMC) 是一種陰離子線性聚合物，含有大量的羥基和羧基。它具有優異的生物相容性和生物降解性，廣泛應用于藥物載體、緩釋肥料、粘合劑、礦物去除、藥品和食品等領域。

明膠由獨特的氨基酸序列組成，富含甘氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸，是一種天然親水性聚合物，具有良好的無毒性和生物降解性。廣泛應用于工業、制藥和醫療領域。然而，在緩釋肥料中的應用未有見諸報道。

然而，氣凝膠的主要缺點是生產成本高，力學性能差，特別是在吸收高水后。混合氣凝膠由有機聚合物和無機材料組成，其有機成分具有韌性、低密度、良好的彈性和成形性，而無機成分具有剛性、硬度和熱穩定性。因此，混合氣凝膠在其有機和無機性能的基礎上被廣泛應用。金屬-有機骨架材料(MOFs)是通過金屬離子和有機配體的自組裝制備的，它們主要是羧酸鹽和磺酸鹽。由于其三維網絡、高孔隙率、比表面積、可調諧功能和生物降解性，它們被用作許多領域的吸附劑。然而，到目前為止，MOFs由于其在結構中的原子密度低，不能提供很強的色散力來結合小分子。另外，大多數MOFs在水溶液中的穩定性較差。近年來，MOF基復合材料與碳納米管、氧化石墨、金屬、活性炭等其他材料相結合，引起了人們的廣泛關注。生物炭表現出其獨特的特征，如碳含量高，比表面積大，結構穩定。此外，生物炭是由各種有機廢物原料制備的，如農業廢物和城市污水污泥，它們更容易收集。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于MOF(Cu)@biochar 的pH/鹽敏感性多孔3D結構緩釋氮肥的制備方法，其步驟如下：

(1)MOF(Cu)@biochar的制備：取生物炭分散于DMF-水混合物(優選DMF 與水按體積比1:1混合)中，在冰浴中超聲處理1h；取硝酸銅溶于水制成溶液(優選硝酸銅的濃度為1mol/L)；取對苯二甲酸(TPA)溶于DMF制成溶液(優選對苯二甲酸的濃度為1mol/L)；