توصيفگر ها :
نانو الياف , پلي وينيل الكل , اوره , رهايش كنترل‌شده
چكيده فارسي :
امروزه، توليد جهاني غذا به‌شدت به استفاده از كودها وابسته شده است، زيرا كودها به افزايش بازده محصولات كمك مي‌كنند . اوره يكي از مهم‌ترين كودها براي بهبود فتوسنتز و رشد گياهان است اما حل شدن سريع اوره در آب، يك مشكل اساسي براي اين كود محسوب مي‌شود به همين دليل براي رفع اين مشكل از فناوري رهايش كنترل‌شده كود استفاده مي‌شود.در اين تحقيق نانو الياف پلي وينيل الكل حاوي 0، 30، 60 و 90 درصد اوره با ميانگين قطر به ترتيب 298 ، 334،307 و345 نانومتر براي رهايش اوره الكترورريسي شد. پس از برررسي مورفولوژي و ساختار نانوالياف توليدشده،علاوه بر رهايش، مكانيسم و سينتيك رهايش كنترل‌شده بررسي شد. به‌منظور كاهش حلاليت بستر پلي وينيل الكل، پيوند هاي عرضي به كمك مخلوط گلوتارآلدهيد و هيدروكلريك اسيد در نانو الياف ايجاد شد و كاهش وزن پلي وينيل الكل در آب بعد از 24 ساعت به كمتر از 10 درصد رسيد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه الكتروريسي اوره - پلي وينيل الكل (%77 - %23)امكان‌پذير است كه به نظر ميرسد قرارگيري نانوالياف روي جمع كننده در اين نمونه تمايل به شكل‌دهي شش‌وجهي دارند وداراي ساختار متخلخل است. در ادامه تأثير غلظت اوره بر هدايت الكتريكي، گرانروي و كشش سطحي محلول‌هاي الكتروريسي و سپس تأثير اين سه پارامتر بر ميانگين قطر نانوالياف موردبررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه فقط هدايت الكتريكي نقش مهمي را در تعيين ميانگين قطر نانو الياف بر عهده دارد. طيف‌هاي مادون‌قرمز نشان دادند كه در نانو الياف پلي وينيل الكل حاوي اوره به خاطر جابه‌جايي جزئي باندها برهمكنشي بين اوره و پلي وينيل الكل رخ‌داده است .علاوه براين طيف‌هاي مادون‌قرمز شكل‌گيري پيوندهاي عرضي بين گلوتار آلدهيد و پلي وينيل الكل را بعد از ايجاد اتصالات تائيد مي‌كنند. نتايج طيف‌هاي پراش اشعه ايكس نشان داد كه در الگوهاي پراش مربوط به درصدهاي 30 و 60 قبل از ايجاد اتصالات عرضي ، پيك شاخص اوره وجود دارد و بلورهاي اوره در بستر آمورف پلي وينيل الكل پخش گرديده‌اند در صورتي كه در نمونه 90% ، اوره ديگر قادر به حفظ ساختار بلورين خود نيست. درصد كارايي بارگذاري اوره در بستر پلي وينيل الكل براي درصدهاي 30 ، 60، 90 اوره به ترتيب 76% ، 91%، 94% به دست آمد. جهت تعيين رهايش اوره از بستر نانوالياف در آب، از اسپكتروفتومتري UV-Vis استفاده شد. نمودارهاي رهايش نشان داد كه شيب اوليه هر سه نمودار تا حدود 25 دقيقه تقريباً بر هم منطبق بوده ولي بعدازآن شيب ثانويه رهايش و همچنين درصد نهايي رهايش نسبت به مقدار كل اوره حقيقي بارگذاري شده در الياف به ترتيب از 30 به 60 و سپس به 90 درصد رو به كاهش است. قابل‌توجه اينكه درصد رهايش نسبت به مقدار حقيقي اوره بارگذاري شده براي نمونه‌هاي 30، 60 و 90 درصد بين 90 تا 100 درصد است. درنهايت مشخص شد كه مكانيسم و سينتيك رهايش اوره از بستر نانوالياف پلي وينيل الكل به ترتيب از نوع فيكي و هيگوچي پيروي مي‌كند. با توجه به نتايج به‌دست‌آمده مي‌توان گفت نانو الياف پلي وينيل الكل حاوي اوره توانايي رهايش اوره به‌صورت كنترل‌شده در حدود 6 ساعت را دارد.
چكيده انگليسي :
Nowadays, global food production has become heavily dependent on fertilizers which help increase crop yields. Urea fertilizer is one of the most important fertilizers for photosynthesis and plant growth, but the rapid dissolution of urea in water is considered a major problem for this fertilizer. For this reason, the controlled release technology of fertilizer is used to solve this problem.
In this study, nanofibers made of polyvinyl alcohol containing 0%, 30%, 60%, and 90% urea were electrospun with average diameters of 298, 307, 333, and 345 nm respectively. Polyvinyl alcohol was chosen as the matrix for urea release. After examining the morphology and structure of the electrospun nanofibers, in addition to studying urea release, the mechanism and kinetics of the controlled release were investigated. To reduce and control the solubility of polyvinyl alcohol, cross-links were introduced into the nanofibers using a mixture of glutaraldehyde and hydrochloric acid. This resulted in the reduction of the weight of polyvinyl alcohol in water to less than 10% after 24 hours. Field emission scanning electron microscopy images showed that electrospinning of polyvinyl alcohol containing up to 350% urea was possible. With urea content of more than 200%, the nanofibers tended to form hexagonal shapes on the collector. These nano fibers possessed a porous structure. It is worth noting that in the course of the research, only nano fibers containing 30%, 60%, and 90% urea were examined. Subsequently, the effect of urea concentration on the electrical conductivity, viscosity, and surface tension of the electrospun solutions were studied, followed by studying the effect of these three parameters on the average diameter of the nanofibers. The results indicated that only electrical conductivity played a significant role in determining the average diameter of the nanofibers. Partial band shifting in the infrared spectra demonstrated that an interaction occurred between urea and polyvinyl alcohol. Additionally, the infrared spectra confirmed the formation of cross-links after the treatment
with glutaraldehyde. X-ray diffraction patterns revealed that with urea content of 30% and 60% before cross linking, urea crystallized in the matrix of polyvinyl alcohol nanofibers, but the sample with 90% urea, was no longer able to maintain its crystalline structure. However both 30% and 60% samples showed a decreased degree of crystallinity after cross-linking. The loading efficiency of polyvinyl alcohol nanofibers containing 30%, 60%, and 90% was 76%, 91%, and 94%, respectively. For assessing the urea release from the nanofibers into water, UV-Vis spectrophotometry was employed. Release profiles indicated that the initial slopes of all the three profiles were nearly identical for the first 25 minutes, but both the secondary slope of the release and the final percentage of release, relative to the actual amount of the loaded urea in the fibers, decreased for the samples containing 30%, 60%, and 90% urea. It is noteworthy that the percentage of release lied in the range of 90% to 100%. It was also determined that the mechanism and kinetics of the urea release from the polyvinyl alcohol nanofibers matrix followed a Fickian and Higuchi model. Finally, it is concluded that polyvinyl alcohol nanofibers containing urea have the capability of the controlled release of urea in around 6 hours.
