基于秸秆原位提取纳米SiO?改性涂层构建低成本闭环秸秆基控释肥的可持续策略

《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》：Utilizing in-situ extracted nano-SiO? from rice straw to coordinate polyol quality and sustained nutrient release of bio-based polyurethane coating for controlled-release fertilizer

　　

摘要

背景

开发秸秆基控释肥（SCFs）作为石油基产品的可持续替代品，是实现环境友好型农业集约化的一种有前景的策略。然而，秸秆及其他生物质材料的固有亲水性严重限制了SCFs的性能。此外，传统改性方法通常依赖昂贵的外部化学试剂，损害了其可持续性。此前的研究仅分别探索了ICSE用于秸秆液化或外加二氧化硅用于聚合物亲水化，但尚未有人通过ICSE回收秸秆中的原生二氧化硅，将其作为原位膜改性剂来构建低成本的闭环SCFs路线。

结果

本研究通过整合瞬间弹射蒸汽爆轰与化学脱硅技术，开发了一种稻秸秆高值化策略。该工艺使稻秸秆液化收率提高了13.09%，同时将提取的纳米SiO?用作稻秸秆基树脂膜的内在疏水改性剂。在纳米SiO?添加量为10 wt%时，膜表面生成了分级粗糙结构，从而将水接触角从84.01°提高至93.77°，并将氮（N）释放期从49天延长至77天。该设计大幅降低了对高剂量外加超疏水改性剂的依赖；原位提取的生物源纳米SiO?作为核心疏水填料，形成了一个耦合秸秆硅提取与涂层改性的互利闭环路线。生菜栽培实验进一步表明，Si改性SCF的氮素利用率高于传统秸秆基控释肥。

结论

本研究引入了一种农业废弃物转化的可持续范式，并提出了一种无需外加改性剂的方法来提升SCF性能。

图形摘要