本發(fā)明涉及一種功能化水熱炭的應(yīng)用，尤其涉及一種質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)快速發(fā)展、人口劇增、耕地面積減少和資源短缺，環(huán)境、人口、糧食和能源等問題是當(dāng)今世界面臨的難題。農(nóng)藥的使用可保證農(nóng)產(chǎn)品免受病、蟲、草等有害生物的侵害，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)增收，緩解人口劇增引起的糧食安全問題、增加生物質(zhì)資源和能源補(bǔ)給。目前每年農(nóng)藥使用量高達(dá)數(shù)百萬噸，但農(nóng)藥利用率偏低，60％以上的農(nóng)藥通過沉降、揮發(fā)、淋溶和徑流等多種途徑進(jìn)入環(huán)境，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅，甚至可以通過食物鏈進(jìn)入人體，危及人類自身健康。因此，如何提高農(nóng)藥利用率、降低農(nóng)藥使用量和使用次數(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵問題。

2、其中，農(nóng)藥緩釋劑是根據(jù)農(nóng)藥品種的使用方法和理化性質(zhì)的不同，采用物理、化學(xué)方法，將農(nóng)藥有效活性成分存貯在經(jīng)過加工的農(nóng)藥產(chǎn)品中，然后根據(jù)植物在不同階段的需求，在特定的時(shí)間、空間和環(huán)境條件下持續(xù)穩(wěn)定地釋放其有效成分的一類農(nóng)藥新制劑。但現(xiàn)有的農(nóng)藥緩釋載體存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格高、載藥率低等缺點(diǎn)。因此，開發(fā)一種綠色、經(jīng)濟(jì)、高效農(nóng)藥緩釋載體具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明旨在提供一種質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，所述功能化水熱炭能有效控制農(nóng)藥釋放，提高農(nóng)藥利用率，降低農(nóng)藥使用量和使用次數(shù)。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭的制備方法包括如下步驟：

3、(1)將竹粉和鹽酸溶液采取水熱炭化法進(jìn)行炭化反應(yīng)，反應(yīng)所得產(chǎn)物加入堿液攪拌，抽濾并水洗至濾液為中性，獲得水熱竹炭；

4、(2)取上述水熱竹炭，加入甲基丙烯酸二甲氨乙酯，引發(fā)劑和n,n-亞甲基雙丙烯酰胺進(jìn)行球磨反應(yīng)，球磨所得產(chǎn)物加入酸溶液攪拌，抽濾并水洗至濾液為中性，將濾渣干燥后即得目標(biāo)化合物。

5、上述反應(yīng)的合成路線如下：

6、

7、進(jìn)一步地，步驟(1)所述竹粉在鹽酸溶液中的濃度為0.2-0.3g/ml，鹽酸濃度為0.5-1.0mol/l。

8、進(jìn)一步地，步驟(1)所述炭化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為200-220℃，炭化時(shí)間為12-24h，堿液攪拌時(shí)間為2-4h；所用洗滌試劑為去離子水，所述堿液為氫氧化鈉溶液，其濃度為0.2-0.25mol/l。

9、進(jìn)一步地，步驟(2)所述水熱炭、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、引發(fā)劑和n,n-亞甲基雙丙烯酰胺質(zhì)量比為8～11：18～26：1.5～2.5：0.04～0.06。

10、進(jìn)一步地，步驟(2)所述球磨反應(yīng)時(shí)間為10-15h；所用洗滌試劑為去離子水，所述酸溶液為鹽酸溶液，其濃度為0.5-1.0mol/l。

11、進(jìn)一步地，步驟(2)所述的干燥溫度為60-80℃。

12、進(jìn)一步地，所述農(nóng)藥緩釋劑包括質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭，所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭作為農(nóng)藥載體，所述農(nóng)藥為2,4-d鈉。

13、進(jìn)一步地，所述農(nóng)藥緩釋劑還包括含有cl-，so42-或hco3-等的鹽，用于調(diào)節(jié)農(nóng)藥緩釋速率。

14、進(jìn)一步地，所述農(nóng)藥緩釋劑還可以通過調(diào)節(jié)ph進(jìn)行可控釋放，ph＝5～7。

15、發(fā)明原理：本發(fā)明以過硫酸銨為引發(fā)劑，通過球磨引發(fā)甲基丙烯酸二甲氨乙酯接枝共聚在水熱炭表面制備聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭，然后質(zhì)子化反應(yīng)得到質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭載體。質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭隨著溶液ph的改變，載體表面的zeta電位隨之發(fā)生明顯的變化，通過環(huán)境ph和離子強(qiáng)度的改變影響載體和農(nóng)藥2,4-d?na之間的靜電等作用力，從而賦予農(nóng)藥緩釋劑具有ph和離子強(qiáng)度多重刺激響應(yīng)性。通過控制環(huán)境的ph或離子強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥緩釋劑的可控釋放。

16、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)所述緩釋劑載體的制備方法采用球磨法，通過球磨引發(fā)自由基聚合反應(yīng)，該反應(yīng)無需使用溶劑，綠色環(huán)保；(2)所述緩釋劑性能穩(wěn)定，本發(fā)明制得的緩釋載體在較寬ph范圍內(nèi)，對(duì)陰離子2,4-d?na表現(xiàn)出較高的負(fù)載量，保證了緩釋劑在不同環(huán)境條件下的一致性和穩(wěn)定性；(3)水熱炭緩釋劑具有ph和離子強(qiáng)度多重響應(yīng)性，可以控制環(huán)境條件實(shí)行緩釋；(4)載體采用原料為廢棄生物質(zhì)，來源廣泛和價(jià)格低廉，制備竹炭方法為水熱法，環(huán)保和節(jié)能；(5)所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭農(nóng)藥緩釋劑能高效負(fù)載農(nóng)藥，對(duì)2,4-d?na的負(fù)載率達(dá)到38％。

技術(shù)特征：

1.質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭的制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，步驟(1)所述竹粉在鹽酸溶液中的濃度為0.2-0.3g/ml，所述鹽酸溶液的濃度為0.5-1.0mol/l。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，步驟(1)所述炭化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為200-220℃，炭化時(shí)間為12-24h，堿液攪拌時(shí)間為2-4h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，步驟(1)所述堿液為氫氧化鈉溶液，其濃度為0.2-0.25mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，步驟(2)所述水熱竹炭、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、過硫酸銨和n,n-亞甲基雙丙烯酰胺質(zhì)量比為8～11：18～26：1.5～2.5：0.04～0.06。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，步驟(2)所述球磨反應(yīng)的時(shí)間為10-15h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，步驟(2)所述酸溶液為鹽酸溶液，其濃度為0.5-1.0mol/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，步驟(2)中的干燥溫度為60-80℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)子化聚[2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，其特征在于，所述農(nóng)藥緩釋劑還包括含有cl-，so42-或hco3-的鹽，所述農(nóng)藥為2,4-d鈉。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了質(zhì)子化聚[2?(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯]功能化水熱炭在制備農(nóng)藥緩釋劑中的應(yīng)用，所述功能化水熱炭的制備方法包括：將竹粉和鹽酸溶液采取水熱炭化法進(jìn)行炭化反應(yīng)，反應(yīng)所得產(chǎn)物加入堿液攪拌，抽濾并水洗至濾液為中性，獲得水熱竹炭；取上述水熱竹炭，加入甲基丙烯酸二甲氨乙酯，過硫酸銨和N,N?亞甲基雙丙烯酰胺進(jìn)行球磨反應(yīng)，球磨所得產(chǎn)物加入酸溶液攪拌，抽濾并水洗至濾液為中性，將濾渣干燥后即得目標(biāo)化合物。本發(fā)明制得的緩釋劑對(duì)除草劑的載藥量高，可達(dá)614mg/g，載藥率達(dá)到38％，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)藥分子在劑量、時(shí)間和空間上的可控釋放，在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：李兵,石玉浩,郭建忠,郇偉偉,馬中青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江農(nóng)林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2