乙基纤维素-磷酸/氨基甲酸酯双酯化淀粉基壳聚糖水凝胶双层缓释尿素的制备与表征

本研究创新性地采用乙基纤维素(EC)为内层包膜、磷酸/氨基甲酸酯双酯化淀粉(PCDS)交联壳聚糖(CS)水凝胶为外层包膜，成功开发出双层缓释尿素肥料(EC/PCDS-CSH/urea-SRF)。通过改性显著提升淀粉衍生物的黏度和凝胶温度，使水凝胶具有优异溶胀性能(7.88 g·g-1)和保水能力，氮素缓释率在水中48小时达61.3%，土壤中29天达52.9%。番茄盆栽实验证实其显著促进植物生长，为生物质基缓释肥料(SRF)开发提供新策略。

　　

亮点

基于天然淀粉(NS)与磷酸/氨基甲酸酯制备双酯化淀粉衍生物(PCDS)，并通过PCDS交联壳聚糖(CS)形成水凝胶(PCDS-CSH)，成功开发出以乙基纤维素(EC)为内层、PCDS-CSH为外层的双层包膜缓释尿素肥料(EC/PCDS-CSH/urea-SRF)。相较于天然淀粉，PCDS改良的黏度和凝胶温度使水凝胶具有显著提升的溶胀性能和保水能力。

材料与方法

淀粉

实验选用天津北辰方正试剂厂提供的天然淀粉(NS，分子量342.300 g·mol^-1，直链淀粉含量10–12%)，使用前未经处理。

壳聚糖

壳聚糖(CS，分子量1526.500 g·mol^-1)购自上海阿拉丁化学有限公司，脱乙酰度≥95%，粘度100–200 mPa·s。

NS与PCDS的表征

如图1a所示，NS通过乙醇溶剂热法与磷酸/尿素(生成氨基甲酸酯)发生酯化反应，在淀粉分子链的C2、C3或C6位羟基上引入磷酸基、氨基甲酸基等基团，形成多种可能的PCDS分子结构。由于不同羟基的反应活性差异和空间位阻效应，产物呈现分子多样性。

结论

我们成功开发出以EC为内层、PCDS交联CS水凝胶为外层的双层包膜缓释尿素肥料。得益于PCDS较低的糊化温度和较高粘度，所得PCDS-CSH展现出卓越的吸水性能(7.88 g·g^-1)、5倍于土壤的保水能力以及良好的生物降解性。