[发明专利]基于MOF(Cu)@biochar的pH/盐敏感性多孔3D结构缓释氮肥的制备方法

说明书

本发明涉及氮素肥料技术领域，具体公开了一种基于MOF(Cu)@biochar的pH/盐敏感性多孔3D结构缓释氮肥的制备方法。本发明的缓释氮肥是在氯化氨存在下，通过羧甲基纤维素(CMC)、明胶和MOF(Cu)@生物炭的交联，制备了一种新型的杂化气凝胶(CMC/Gelatin/MOF(Cu)@生物炭）包覆的NH₄Cl，即得缓释肥料(SRF）。本发明的缓释氮肥的制备方法工艺简单、成本低；制得的缓释氮肥缓释性能良好，并且具有优异的保肥保水能力，可用于农业和园艺，以改善土壤和提高蔬菜生产力。

技术领域

本发明涉及氮素肥料技术领域，具体涉及一种基于MOF(Cu)@biochar的pH/ 盐敏感性多孔3D结构缓释氮肥的制备方法。

背景技术

提高作物产量是满足世界人口持续增长的基本目标。化肥和水是提高作物产量的两个重要投入因素。在我国，施肥对作物产量的贡献为56.81％。然而，约 40～70％的氮、80～90％的磷和50～70％的正常肥料钾不能有效吸收，从而流失到周围环境中，造成了严重的经济损失和农业生态环境的破坏。因此，有必要提高它们的应用效率。缓释肥料(SRFs)提供了一种提高养分利用率，延长肥料周期，减少养分流失造成的环境问题的策略。近年来，包封是一种常规和简单的方法来生产与聚合物相关的缓释N-肥料。载体材料是利用各种聚合物：从非环境可降解聚合物(聚烯烃、聚氨酯和聚磺酸盐)到可降解聚合物(多糖和脂肪族聚酯)。此外，水对作物生长也起着不可或缺的作用，并充分发挥了肥料的作用。然而，由于一些干旱和半干旱地区缺乏水资源，SRF的应用受到限制。因此，近几十年来发展了具有良好保水性能的SRF。

气凝胶由三维(3D)多孔网络构建，具有许多优良的特性，包括极低的密度(通常为0.004～0.005g·cm^-3)、大的比表面积和高孔隙度。近年来，天然亲水性聚合物及其衍生物，包括黄原胶、木质素、淀粉、海藻酸钠、壳聚糖和纤维素，是从其低成本、无毒、可再生和可生物降解的合成聚合物中选择的。此外，这些天然亲水聚合物还能形成具有良好保水能力的气凝胶。羧甲基纤维素(CMC) 是一种阴离子线性聚合物，含有大量的羟基和羧基。它具有优异的生物相容性和生物降解性，广泛应用于药物载体、缓释肥料、粘合剂、矿物去除、药品和食品等领域。

明胶由独特的氨基酸序列组成，富含甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸，是一种天然亲水性聚合物，具有良好的无毒性和生物降解性。广泛应用于工业、制药和医疗领域。然而，在缓释肥料中的应用未有见诸报道。

然而，气凝胶的主要缺点是生产成本高，力学性能差，特别是在吸收高水后。混合气凝胶由有机聚合物和无机材料组成，其有机成分具有韧性、低密度、良好的弹性和成形性，而无机成分具有刚性、硬度和热稳定性。因此，混合气凝胶在其有机和无机性能的基础上被广泛应用。金属-有机骨架材料(MOFs)是通过金属离子和有机配体的自组装制备的，它们主要是羧酸盐和磺酸盐。由于其三维网络、高孔隙率、比表面积、可调谐功能和生物降解性，它们被用作许多领域的吸附剂。然而，到目前为止，MOFs由于其在结构中的原子密度低，不能提供很强的色散力来结合小分子。另外，大多数MOFs在水溶液中的稳定性较差。近年来，MOF基复合材料与碳纳米管、氧化石墨、金属、活性炭等其他材料相结合，引起了人们的广泛关注。生物炭表现出其独特的特征，如碳含量高，比表面积大，结构稳定。此外，生物炭是由各种有机废物原料制备的，如农业废物和城市污水污泥，它们更容易收集。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于MOF(Cu)@biochar 的pH/盐敏感性多孔3D结构缓释氮肥的制备方法，其步骤如下：

(1)MOF(Cu)@biochar的制备：取生物炭分散于DMF-水混合物(优选DMF 与水按体积比1:1混合)中，在冰浴中超声处理1h；取硝酸铜溶于水制成溶液(优选硝酸铜的浓度为1mol/L)；取对苯二甲酸(TPA)溶于DMF制成溶液(优选对苯二甲酸的浓度为1mol/L)；