[01271836]表面活性剂功能化蒙脱土农药缓释体系的可控构建及机制研究

本项目采用主要化学成分为硅氧铝、与土壤的成分接近且廉价无毒的蒙脱土作为农药的载体，多种带电及不带电的农药为模型，设计一种以离子响应开关控制的“智能”缓释农药。

以疏水作用、限域效应及离子交换等协同效应对农药负载量和释放速率的影响为核心，研究智能缓释农药的构筑及机理，揭示主体-客体间作用机制，探讨农药缓释机理。

包括如下3个层次的研究：构筑主体（蒙脱土）—表面活性剂—客体（农药）缓释体系。利用层间间距和表面活性剂残留量可控的功能化蒙脱土，运用表面活性剂链段与农药分子的疏水作用及蒙脱土离子交换特性，构筑一个疏水作用力驱动农药装载和离子响应释放的农药缓释体系。

建立功能化蒙脱土的改性条件与蒙脱土材料结构和性能的关系。关联蒙脱土层间结构参数、表面活性剂种类及吸附浓度与农药结构，考察农药负载方法和工艺，形成缓释农药体系。

同时面向农业农药创新和产业化发展的重大需求，针对农药分子的结构特征，基于农药载体亟待解决的价格高、载药量较低和释放难以控制的问题，设计一种以外界离子浓度为开关控制的“智能”缓释农药。

（1）研究成果情况通过离子交换将具有空轨道的过渡金属离子与带有N原子的有机农药通过配位作用增强载体-药物相互作用，同时利用水热环境中的高压将不易进入蒙脱土间层中的改性剂成功插层间层结构中，从而增强了载体对有机农药的吸附能力（吸附能力提升20%）并论述其中的构效关系，探讨蒙脱土材料孔径、孔容和比表面及表面性质的调控方法，及农药分子与载体间的作用方式和作用强度的控制问题，通过离子开关控制药物释放，获得良好的持续缓释性能并有明显的pH响应性，并将其拓展应用在其他陶土和多孔载体体系上，初步实现农药智能释放的目的。相关成果已整理成6篇论文发表在SCI收录期刊上，2篇论文发表在核心期刊上，并申请了一项专利，超额完成了项目预定目标。

（2）该技术的创新性及科学性根据农药具有疏水作用的特点，论证蒙脱土与农药间作用方式丰富和作用力增强的合理性和构建方法。采用改变表面活性剂结构及含量的方法等达到运用疏水作用有效调控主（蒙脱土）—客体（农药分子）间作用，并结合蒙脱土高比表面的特性，实现高载药量;利用蒙脱土的离子交换特性，设计制备新型的、具有能够感知和响应介质环境信号的、智能化可控释放的纳米缓释农药。

解决目前多孔载体负载和释放农药主要依赖调整孔结构、形貌等而导致的载药量不高、释放难以调控的问题利用廉价且环境无害材料蒙脱土为载体，阳离子表面活性剂为改性剂，既充分发挥农药负载体系的缓释效果，又能发挥表面活性剂的铺展性促进农药施药后的分散。

存在问题及建议本研究进一步尝试进行大田实验，目前相关的试验周期较长，因此还需在实验室阶段进一步完善蒙脱土的载药性能，以期进行后续的实际应用，真正实现研究的产业化，创造经济及社会效益。

合同规定的任务实施及完成情况任务1.利用改性后蒙脱土表面与农药间相互作用以及载体离子交换功能对农药释放的调控作用，设计合成主体（蒙脱土）—表面活性剂—客体（农药）的缓释农药体系。完成情况：已制备基于蒙脱土具有pH响应性的缓释农药体系，并应用于其他间层陶土及介孔硅材料体系。

任务2：研究蒙脱土结构控制途径及主体—客体间作用与农药负载与释放间的构效关系，获得蒙脱土表面化学组成和孔道结构特征、层间孔道内药物传输与农药装载、释放之间的内在关联规律，揭示疏水作用驱动农药装载和离子响应释放的控制机理，为研究开发新的农药载体和促进“智能”缓释农药的发展提供科学基础。

完成情况：成功制备生物多糖包覆具有配位作用的离子改性蒙脱土缓释体系，不仅显著增强了蒙脱土的吸附能力，并且体现出pH响应性，通过pH调控可实现农药可控释放。

验收指标完成情况：

申请发明专利一项，发表核心及以上论文6篇，其中SCI论文一篇，培养硕士一名。

完成情况：申请发明专利一项，发表核心论文2篇，SCI论文6篇，培养硕士一名，超额完成任务。

经济和社会效益情况：项目文章提出的缓释机理及构效关系预计5-10年内能在农药缓释剂、新型纳米材料及环保吸附剂等领域得到应用。