تهیه و فرمولاسیون کود و آفت کش کپسوله شده با استفاده از نانوکامپوزیتهای پلیمرهای زیست تخریب پذیر با هدف رهایش آهسته و افزایش کارایی مواد کشاورزی

استفاده بیش از حد از مواد شیمیایی کشاورزی به منظور افزایش تولید محصولات کشاورزی باعث هدر رفتن این مواد، افزایش هزینه و نیز آلودگی محیط زیست می شود. بنابراین با در نظر گرفتن این مشکلات، تلاش برای یافتن فرمولاسیونهای کود و آفت کشهای سازگار با محیط زیست با انتخابگری و تاثیرپذیری بیشتر باعث ورود فناوری نانو به کشاورزی با معرفی فرمولاسیونهای رهایش کنترل شده در کشاورزی شد. در این راستا در طرح پژوهشی حاضر، ابتدا فرمولاسیونهای رهایش آهسته کود با تهیه نانوکامپوزیت های هیدروژلی با بکارگیری پلیمرهای زیست تخریب پذیر، نانوذرات خاک رس مونت موریلونیت و زئولیت کلینوپتیلولیت تهیه شد. شناسایی و بررسیهای خصوصیات ساختاری و مورفولوژی فرمولاسیونهای نانوکامپوزیت هیدروژل با استفاده از روشهای ft-ir، xrd و sem انجام گرفت. به عنوان یکی از مشخصات بارز هیدروژلها در کشاورزی به منظور جذب و نگهداری آب، بررسیهای تورم پذیری فرمولاسیونهای تهیه شده نیز انجام گرفت. بررسیها نشان داد که تورم پذیری وابسته به مقدار ماده شبکه ای کننده و مقدار نانوذرات مورد استفاده، همچنین ph محیط و نمکهای مختلف موجود در محیط است. مطالعات سی نتیکی تورم پذیری، سرعت جذب آب و مکانیسم جذب آب نیز انجام گرفت. بررسی رفتار نگهداری آب توسط خاک و نسبت بیشینه نگهداری آب توسط خاک در حضور فرمولاسیونهای نانوکامپوزیت هیدروژل نشان داد که فرمولاسیون تهیه شده می تواند مانند یک مخزن نگهداری آب عمل کرده و رطوبت و مواد مغذی مورد نیاز گیاه را تامین کند و بازده استفاده از آب و کود را به صورت همزمان افزایش دهد. بررسی رهایش کود از فرمولاسیونهای نانوکامپوزیت هیدروژل به داخل آب و خاک انجام گرفت. نتایج نشان داد که فرمولاسیونهای تهیه شده با استاندارد کمیته نرمالیزاسیون اروپا در مورد کودهای رهایش آهسته مطابقت داشته و می توانند به عنوان یک فرمولاسیون رهایش آهسته کود مورد استفاده قرار گیرند. داده های سی نتیکی رهایش کود از داخل فرمولاسیونهای تهیه شده به داخل آب و خاک با استفاده از مدلهای ریاضی مختلف higuchi، korsmeyer-peppas، درجه صفر و درجه اول آنالیز شدند. به عنوان یکی دیگر از اهداف کار پژوهشی حاضر فرمولاسیونهای رهایش آهسته آفت کش تهیه شده و مورد بررسی قرار گرفتند. بدین منظور فرمولاسیونهای پلی وینیل الکل/آلژینات-مونت موریلونیت برای رهایش کنترل شده آفت کش طبیعی نیم آزال به صورت دانه های کپسول پلیمری با استفاده از گلوتارآلدهید به عنوان شبکه ای کننده تهیه شدند. مطالعات شناسایی و بررسیهای خصوصیات ساختاری، مورفولوژی و تورم پذیری فرمولاسیونهای تهیه شده نیز انجام گرفت. در نهایت بررسی رهایش نیم آزال از دانه های کپسول پلیمری نشان داد که افزودن مونت موریلونیت به فرمولاسیونها باعث کاهش قابل توجه مقدار رهایش نیم آزال می شود. در قسمت دیگر از این کار، اقدام به تهیه یک فرمولاسیون رهایش کنترل شده برای علف کش پاراکوات با استفاده از خاک رس مونت موریلونیت و زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت گردید. سپس برای آهسته نمودن بیشتر رهایش پاراکوات، نانوکامپوزیت پاراکوات/کلی با پلیمر آلژینات (alg)کپسوله شد. تحت آزمایشات رهایش آفت کش، اثر نوع خاک مونت موریلونیت و کلینوپتیلولیت و همچنین اثر کپسوله نمودن نانوکامپوزیت پاراکوات/کلی در داخل آلژینات بر روی سرعت رهایش ارزیابی شد. مقایسه رهایش تجمعی پاراکوات از فرمولاسیونهای دارای مونت موریلونیت با فرمولاسیونهای دارای کلینوپتیلولیت نشان داد که در مورد فرمولاسیون دارای مونت موریلونیت مقدار پاراکوات رهایش یافته در آب کمتر می باشد. همچنین نتایج نشان داد که در مورد فرمولاسیونهای کپسوله شده در آلژینات، سرعت رهایش کندتر می باشد. داده های سی نتیکی رهایش پاراکوات به داخل آب از فرمولاسیونهای تهیه شده با استفاده از مدلهای ریاضی نیزآنالیز شدند. در بخش پایانی اقدام به تهیه یک فرمولاسیون نانو کپسول کیتوزان و کیتوزان/آلژینات برای رهایش کنترل شده پاراکوات گردید. اثر نوع پلیمر درکپسول تهیه شده و اثر افزودن مونت موریلونیت بر روی سرعت رهایش پاراکوات ارزیابی گردید. در فرمولاسیون کپسولهای کیتوزان رهایش نسبتا سریع در ساعتهای اول اتفاق افتاد. در مورد کپسولهای آلژینات/کیتوزان رهایش پاراکوات نسبت به کپسولهای کیتوزان به دلیل کراسلینک شدن یونی پلیمر آنیونی آلژینات و پلیمر کاتیونی کیتوزان و تشکیل نانوذرات کندتر بود. نتایج بدست آمده برای رهایش پاراکوات از فرمولاسیون آلژینات/کیتوزان-مونت موریلونیت حاکی از این بود که به دلیل بین لایه ای شدن مولکولهای آفت کش پاراکوات در لایه های سیلیکاتی مونت موریلونیت رهایش پاراکوات کندتر اتفاق افتاده است. در انتها مدل های سینتیکی برای بیان مکانیسم رهایش پاراکوات بکار گرفته شد.