基于多巴胺化学多功能刺激响应包膜型控释肥料的制备及性能研究

Effective fertilization is a big challenge in Xinjiang region because of it's characteristic of soil and climate. Utilization of stimulus-response control release fertilizer is the best way to resolve this problem. In this project, three kinds of multifunctional control release coated fertilizers derived from double copper potassium pyrophosphate trihydrate (KPFs) will be prepared based on bioinspired polymerization of dopamine and atom transfer radical polymerization (SI-ATRP). The effect of polymerization conditions on film structure will be studied and effects of pH and temperature on release rate of nutrients will be investigated in detail.Property of water retention and degradation by microorganism will be also studied. Finally, the relationship of structure and properties will be obtained.In order to get the most efficient stimulus-response control release fertilizer, comparison of all kinds of fertilizers will be conducted. This project will offer theory of efficient control release fertilizer and support agricultural development in Xinjiang.

针对新疆棉区土壤性质不一，农作物生长期内温度变化幅度大，干旱少雨而造成化肥肥效低下的问题，拟利用多巴胺容易氧化自聚合成膜并可以提供活性反应点的特点，通过多巴胺仿生聚合和表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）相结合的方法，以焦磷酸铜钾为模型肥料，制备三种多功能包膜型控释肥料，探索聚合条件对膜结构的影响规律并进行结构表征；研究不同pH值、温度下三种肥料中各种养分的释放规律，阐明刺激响应性膜结构和养分释放规律之间的相关性，探讨基于聚多巴胺多功能控释肥料的控制释放机理；研究保水型多功能包膜型肥料的吸水保水性能和各种肥料的微生物降解性能，得出"构-性"关系；以棉花为研究对象进行盆栽试验，研究各种控释肥料的肥效，得到适宜于新疆土壤和气候特征的控释肥料。通过本研究的实施，为研发适宜于新疆农业的高效控释肥料奠定理论基础和提供技术支持。

针对新疆棉区土壤性质不一，农作物生长期内温度变化幅度大，干旱少雨而造成施肥过程中肥效低下的问题，本研究利用多巴胺容易氧化自聚合成膜并可以提供活性反应点的特点，通过多巴胺仿生聚合和表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）相结合的方法，建立了“聚多巴胺-g-聚合物刷”控制释放型胶囊，并通过聚合方法的研究，发现了聚多巴胺具有表面自引发光接枝聚合(SIPGP)的性能，通过该种方法，成功构筑了在太阳光下在聚多巴胺层上接枝不同的聚合物刷的方法。以焦磷酸钾为模型肥料，“聚多巴胺-g-聚合物刷”为胶囊壁材，通过表面功能聚合刷的类型调整，制备了具有pH值、温度响应性以及保水性能的多功能包膜型控释肥料，结果表明，这种结构对模型肥料中的各种营养元素都具有很好的控制释放性能，且可以使之具有保水吸水功能，同时值得注意的是，该种壁材很容易被微生物降解，使其在使用中更加安全环保。同时，在多巴胺的聚合中发现，通过调整多巴胺的聚合条件和聚合速率，可以有调控的还原金属离子为纳米金属，且具有很好的催化性能，在此基础上，成功的利用一锅法制备了聚多巴胺负载的纳米金催化体系。同时，利用多巴胺的结构特点，以多巴胺作为Ag/AgCl体系的反应物和稳定剂，通过调控聚合的速率，来实现Ag/AgCl结构的可控调节。结果表明，可以通过聚合温度、浓度来调节Ag/AgCl中纳米银颗粒所占的比例和形貌，可以实现Ag/AgCl结构的可控和光催化性能的控制，且该体系稳定，具有多次循环利用的性能。通过本研究的实施，在理论上建立了基于聚多巴胺体系的控制释放体系和利用多巴胺聚合实现贵金属催化体系的调控。