化学工程师
Chemical Engineer2019年第11期Sum290No.11电涌耐受能力
科研与开发
DOI：10.16247/jki.23-l171/tq.2O191116
及缓释性能研究*
王振，赵春宝，杨海潮，宋婕
(西安文理学院化学工程学院，陕西西安710065)
摘要：以氧化石墨(GO)和尿素为原料，采用水热法-浸泡法制备了三维石墨烯缓释尿素，并通过砂柱淋溶和二甲氨基苯甲醛分光光度法对其缓释性能进行了测试。测试结果表明：相比普通尿素，三维石墨烯缓释尿素具有较好的缓释效果,20d累积释放率为84.33%0
关键词：三维石墨烯；缓释尿素；砂柱淋溶法；二甲氨基苯甲醛分光光度法
中图分类号:0613文献标识码:A
Study on preparation and sustained release properties of three-dimensional graphene
sustained release urea*
WANG Zhen,ZHAO Chun-bao,YANG Hai-chao,SONG Jing
(Department of Chemistry&Chemical Engineering,Xi'an University of Arts and Science,Xi'an710065,China) Abstract:Using graphite oxide(GO)and urea as raw materials,three-dimensional graphene sustained release urea was prepared by hydrothermal-immersion method,and its sustained release performance was tested by sand column leaching and dimethylaminobenzaldehyde spectrophotometry.The results showed that compared with ordinary urea,three-dimensional graphene sustained release urea had better sustained release effect,and the cumulative release rate was84.33%in20days.
Key words:three-dimensional graphene;slow release urea;sand column leaching method;dimethyl aminobenzaldehyde spectrophotometry
针对普通尿素吸收利用低，肥效持续时间短，
大量使用对环境污染严重等问题，研究人员采用了树脂包衣、硫包衣，服酶抑制等“缓释”方法加以解决，取得了一定的效果，然而常见的缓释方法虽然一定程度上提高了氮肥利用率，但也存在缓释材料本身难以降解，长期使用会造成土壤污染，尿素释放速率与植物生长所需不同步等问题。三维石墨烯是一种新型炭材料11)，具有立体网状结构，超大比表面积和无毒无污染等特点，利用该材料制备的三维石墨烯/尿素型缓释肥，不仅不会对土壤造成二次污染，而且可以起到缓释和减少施肥量作用。
为此，本论文以氧化石墨(GO)和尿素为原料，采用水热法-浸泡法制备了三维石墨烯缓释尿素，并通过砂柱淋溶和二甲氨基苯甲醛分光光度法对
收稿日期:2019-09-02
基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目(18JK1155)；陕西省省级大学生创新创业训练计划项目(201834028)
作者简介：王振(1996-)，男，在读本科生。
通信作者：赵春宝，男，工程师，主要从事碳材料及其复合材料电化学性能研究。其缓释性能进行了测试。
1实验部分
1.1主要仪器与试剂
日本岛津UV-2550紫外可见分光光度计。
氧化石墨(自制)；无水乙醇(AR)；20.00g-L-'对二甲氨基苯甲醛乙醇溶液(PDAB);2.00mol・L“HjSO。水溶液；1.00g•L1尿素标准溶液。
1.2三维石墨烯制备
取30mg GO和10mL去离子水超声分散3h 后，在3000r•min-1离心5min，然后取上清液加入5mL无水乙醇，室温搅拌2h后加入水热反应釜, 180弋反应12h，冷冻干燥黑具有弹性的气凝胶，标记为3D-rG0o
1.2三维石墨烯缓释尿素的制备
将一定量制备的3D-rGO在尿素饱和溶液浸泡48h，取出用去离子水冲洗一次，105*烘干12h 后的黑块状固体，标记为3D-rGO-Urea 。
2019年第11期王振等：三维石墨烯缓释尿素的制备及缓释性能研究*17
监控预警1.3砂柱淋溶实验
硝酸钙溶液
取一定量砂子用水冲洗干净，110七烘干后并利用10目样品筛筛选沙粒备用。取一矿泉水瓶，分层6层组装沙柱，由下及上依次分别为5g脱脂棉、100g沙粒、0.4g3D-rGO-Urea和300g沙粒混匀物、100g沙粒、5g脱脂棉、50g碎石。同时用普通尿素和空白作为对照。取一定量蒸憎水加入砂柱，以砂柱达到水分饱和并无水渗出为标准，室温密封培养24h，加50ml蒸憎水收集滤液测定尿素含量。以此方法测定2、3、4・・・20d的尿素溶出量，并绘制尿素累积释放率。
1.4尿素标准曲线的绘制⑵
准确移取l.OOg-L-'的尿素标准溶液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL于25mL比管中，再分别加入10.00mL20-OOg-L-1PDAB、4.00mL 2.00mol・L"，用去离子水定容、摇匀、放置10min；在波长420nm处，以试剂空白作参比，用紫外可见分光光度计进行比测定。以尿素浓度为横坐标和吸光度为纵坐标绘制标准曲线。一次线性回归方程为:y=0.27486x+0.01629，相关系数为0.9997。
1.5缓释尿素的测定⑶
缓释尿素、普通尿和空白砂柱淋溶收集滤液代替尿素标准曲线中尿素标准溶液，按标准曲线测试步骤和方法，以试剂空白作参比，在波长420nm处，用紫外可见分光光度计分别对缓释尿素和普通尿素砂柱淋溶收集滤液进行比测定，并依据测试的吸光度值和标准曲线方程计算其各自尿素浓度。高楼逃生装置
2结果与讨论
2.1三维石墨烯红外光谱图-COOH的C-OH的面内弯曲振动峰和烷氧基C-0的伸缩振动峰明显减弱或消失，而在1621cm-1处吸收峰明显向低频区发生了移动，在1725和1220cm-1处的-COOH的C=0伸缩振动峰和环氧基C-O-C 的伸缩振动峰依然明显，这表明经过水热还原法可以成功移除GO表面上的径基、烷氧基，原有的石墨结构部分恢复，而GO边缘的按基和石墨片层中间环氧基未被还原。未完全除去的般基和环氧基使3D-rGO具有一定能的亲水性，为其尿素饱和溶液浸泡集取尿素提供了可能。
2.2三维石墨烯形貌
图2、3分别为3D-rGO的1：1实物图和2千倍的扫描电镜图。
图23D-rGO的实物图
Fig.2Physical Map of3D-rGO
图33D-rGO的扫描电镜图
Fig.3SEM images of3D-rGO samples
图1为GO和3D-rGO红外光谱图。
图1GO(a)和3D-rGO(b)红外光谱图Fig.l IR spectra of GO(a)and3D-rGO(b)composite
对比GO红外光谱图可以看岀,3D-rGO在
3430、1402和1047cm"处的-OH伸缩振动峰、
由图2、3可以看出,3D-rGO在宏观上呈现紧实外观，在微观上呈现连通的三维网络状，该结构为尿素的集取和缓释提供很好的物质支撑。
龙脑抑菌剂2.3三维石墨烯缓释尿素缓释性能
图4为普通尿素与三维石墨烯缓释尿素累积释放率曲线
。
18王振等：三维石墨烯缓释尿素的制备及缓释性能研究*2019年第11期
图4Ordinary urea(a)与3D-rGO-Urea(b)素累积释放率曲线Fig.4Cumulative release rate curves of ordinary urea(a)
and3D-rGO-Urea(b)
由图4曲线可以看出，两条曲线整体呈现“L”。普通尿素24h内释放率95.12%，第八天累计释放率几乎为100%。三维石墨烯缓释尿素24h内释放率为71.26%，第八天累计释放率80.6%，第二十天累计释放率84.33%，远低于普通尿素释放率。相比普通尿素，三维石墨烯包膜的尿素一定的缓释效果，但相对于日本标准规定缓释控释肥料在24h内养分溶出量不超过15%⑷，三维石墨烯缓释尿素24h 内养分溶出量远高于该值，这可能因为三维石墨烯缓释尿素的制备采用了浸泡法使得三维石墨烯表面裸露了更多的尿素，在初次砂柱淋溶实验中就被溶出，导致三维石墨烯缓释尿素24h内养分溶出量远超过15%o
3结论
本论文成功利用氧化石墨和尿素为原料，采用水热法-浸泡法制备三维石墨烯缓释尿素，缓释性能测定，该缓释尿素24h内释放率为71.26%，第二十天累计释放率84.33%，远低于普通尿素释放率。
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(上接第11页)
板剂，利用水热法成功合成超细硼酸锌，通过单因素实验方法确定合成的最佳工艺条件:B/Zn=4：1，晶化温度为180七，晶化时间为15h。 (2)通过产品的FT-IR分析可以看出，产品红外光谱结果符合文献提到的硼酸锌的分子结构。
(3)通过样品的SEM照片可以看出，合成的硼酸锌产品粒度大致在2~3|xm左右，颗粒大小均匀，分散性较好，达到对超细硼酸锌合成的要求，晶体外形呈棒状。
参考文献
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