改性纳米氧化锌基多功能聚合物土壤稳定剂的研发及其在水土保持与环境修复中的应用

本文创新性地通过L-天冬酰胺桥接改性纳米ZnO与丙烯酸共聚，开发出兼具抗冲刷（83小时耐久性）、高强度（无侧限抗压强度UCS提升14倍）和生态兼容性的多功能聚合物土壤稳定剂（MPSS），其0.5%添加量可使黄土侵蚀度降低55%（从100%至45%），为水土资源可持续利用提供新材料解决方案。

　　

Highlight

本研究通过"纳米ZnO表面功能化-乳液共聚"两步法，以L-天冬酰胺（DVA）为桥接单元，成功构建了具有三维空间结构的多功能聚合物土壤稳定剂（MPSS）。相较于传统物理共混方法，该策略通过羧基-羟基配位实现纳米ZnO稳定分散，其表面胺基/酰胺基赋予材料优异的植物相容性和保水能力。

Structural and morphology analyses

傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析显示（图2a）：ZnO-NH₂在3278 cm^?1处出现-NH特征峰，1662 cm^?1处为C=O伸缩振动；而MPSS中1552 cm^?1处CH=CH₂峰减弱，证实了丙烯酸的成功共聚。扫描电镜（SEM）显示MPSS形成致密网络结构，能有效包裹土壤颗粒。

Conclusions

MPSS通过物理结构优化与化学机制的协同作用显著改善黄土性能：

• 物理结构：0.5%添加量使土壤孔隙率降低62%，团聚体增加3倍

• 抗侵蚀性：抗冲刷时间延长至83小时（提升1000倍），侵蚀度降低55%

• 机械性能：无侧限抗压强度（UCS）提升14倍

• 生态功能：保水率提高40%，小麦发芽率达92%

该材料为黄土高原等生态脆弱区的水土保持与修复提供了创新性解决方案。