山东农业大学杨越超教授团队在绿色生物基包膜控释肥料研究方面取得新进展

近日，山东农业大学资源与环境学院杨越超教授课题组在《Journal of Cleaner Production》在线发表了题为“Ceresin wax enhances hydrophobicity and density of bio-based polyurethane of controlled-release fertilizers: Streamlined production, improved nutrient release performance, and reduced cost”的研究论文。

生物基包膜控释肥（BCRFs）可以显著提高养分利用率，减少污染。然而，在BCRF的实际生产过程中，喷枪堵塞、肥料之间的粘附和撕裂等挑战对其产业发展提出了严峻的挑战；此外，生物基涂料疏水性和交联性能差，严重影响了BCRFs的控释性能。尽管已经采取了一些措施来改善上述问题，但繁琐且昂贵的修改过程难以大规模应用。因此，这项工作的主要目标是寻找一种更直接、更有效的生产和改性方法，以解决上述BCRF领域未解决的挑战。

图1 不同控释肥料在25 °C水下的氮释放特性，ICRF和WBCF的养分释放机理示意图

以生物基聚酯多元醇（BPP）为基础制备聚氨酯膜材，低粘度蓖麻油（CO）为改性剂，降低BPP的粘度，制备了互改性涂层控释肥料（ICRFs），以防止喷枪堵塞。在此基础上，通过微晶蜡（CW）改性制备了疏水和致密蜡基包膜肥料（WBCF），以解决包膜过程中肥料颗粒之间的粘附和撕裂难题，WBCF表现出显著的控释特性，只需要3%的涂层材料，氮（N）释放寿命接近180天。通过蜡内外层添加和去除对照，揭示了蜡能够在膜壳中渗透固化以调控微孔的养分控释机制。

本研究中提出的WBCF改性策略为有效解决肥料表面涂层材料生产过程中的撕裂和粘连挑战提供了新的机会，这是CRF实际生产的瓶颈。此外，WBCF的成功开发为生产具有高控释质量的绿色和低成本肥料提供了宝贵的见解。

山东农业大学为本论文第一完成单位，杨越超教授为该论文的通讯作者，硕士研究生苏泊宁和博士研究生杨铭传为该论文的共同第一作者。该研究得到了“十四五”国家重点研发计划、山东省泰山学者等项目的资助。

论文链接：

https:///10.1016/j.jclepro.2024.142145.