可降解壳聚糖夹层缓释尿素的制备工艺及释放机制研究

针对传统尿素肥料利用率低、环境污染严重的问题，研究人员开发了一种基于壳聚糖-磺基琥珀酸酯-聚乙烯吡咯烷酮（CSP）与Ca2+双层包膜的缓释尿素（SRF）。该材料通过氢键网络捕获尿素核心，Ca2+外层调控水分渗透，实现30天内日均30 ppm的稳定释放（pH 7），SEM显示其通过微孔隧道缓释机制。该研究为农业可持续发展提供了兼具控释性能与生物降解性的新型肥料解决方案。

　　

研究背景与意义

尿素作为含氮量46%的高效肥料，在现代农业中广泛应用，但其氮利用率（NUE）仅30-45%，残余氮通过挥发、淋溶等途径导致土壤退化、水体富营养化和温室气体排放。传统缓释肥料（SRF）存在释放不可控、机械强度不足或涂层不可降解等问题。Diponegoro大学团队创新性地提出以壳聚糖（CS）为基础的双层包膜系统，结合磺基琥珀酸交联剂和Ca²⁺外涂层，旨在平衡缓释性能与环境友好性。

关键技术方法

研究采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析化学键相互作用，扫描电镜（SEM）观察膜形态与释放通道，通过pH 7水溶液浸泡实验测定30天累积释放量。核心工艺包括：1）磺基琥珀酸交联CS与PVP形成网状基质（CSP）；2）尿素嵌入CSP网络后Ca²⁺二次包覆；3）体外释放动力学模拟农田环境。

研究结果

Characterization of chitosan membranes and their derivatives
FT-IR证实尿素通过-NH与CSP的C=O形成氢键（1587 cm^?1和1652 cm^?1特征峰偏移），Ca²⁺涂层增强疏水性。SEM显示CSPU-Ca膜表面形成微米级隧道结构，解释其缓释机制为水分逐步渗透溶解内层尿素。

Conclusion
双层包膜使尿素初始突释降低70%，30天累积释放达90%，日均释放量稳定在30±5 ppm。Ca²⁺浓度调控实验表明，5% Ca(OH)₂溶液处理的膜具有最优机械强度与释放曲线。

结论与讨论

该研究开创性地将磺基琥珀酸交联技术与Ca²⁺动态屏障结合，突破传统SRF在生物降解性与释放精度间的矛盾。Retno Ariadi Lusiana团队开发的CSPU-Ca系统为《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》提供了农业-环境协同治理的范例，其隧道释放机制可拓展至其他营养元素控释领域。未来研究需验证大田条件下Ca²⁺涂层的长期稳定性及对作物吸收效率的影响。