带有席夫碱键的双响应水凝胶复合材料：保水与肥料缓释耦合

《ACS Applied Engineering Materials》：Dual-Responsive Hydrogel Composite Bearing Schiff-Base Linkages: Water Retention Coupled with Controlled Fertilizer Release

　　

摘要

传统超吸水性水凝胶大多依赖合成聚合物，且通常成本高昂、难以环境降解，而传统肥料则面临快速淋溶和挥发的问题。因此，迫切需要开发基于天然可生物降解聚合物的材料，使其既能作为储水载体，又能充当肥料。本研究报道了一种基于壳聚糖聚合物基质并掺入氧化锌（ZnO）纳米粒子的缓释肥料的开发。以对苯二甲醛作为交联剂，反应通过希夫碱缩合机理进行。合成的复合材料通过傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线衍射（XRD）以及扫描电子显微镜结合能量色散X射线分析（SEM?EDX）进行了全面表征。BET分析揭示了一种多孔结构，平均孔径为12.04 nm，证实了该材料的中孔特性。热稳定性通过热重分析（TGA）进行评估，而力学性能则通过流变学研究进行考察。该水凝胶表现出显著的pH和温度响应性溶胀行为，可归类为智能水凝胶。在中性pH条件下，最大溶胀率达到3512%，超过初始重量的1000倍，从而展示了超吸水性特征。该水凝胶复合材料的智能特性和超吸水性使其能够高效负载肥料。在不同pH条件下研究了尿素负载情况，在酸性条件下实现了高达93%的最大负载效率。释放研究采用紫外?可见光谱法进行。利用多种数学模型进行的动力学分析表明，Korsmeyer?Peppas模型拟合效果最佳。在pH 4条件下，释放曲线呈现缓释行为，相关系数（R²）为0.98，n值为0.27，表明为菲克扩散机理。此外，还使用Brassica oleracea var. viridis（白菜型甘蓝变种）和Cicer arietinum（鹰嘴豆）种子进行了对比萌发研究。载尿素超吸水复合材料在两种情况下均显著优于纯尿素，表明其在可持续农业应用方面具有广阔前景。? 2026 美国化学学会