水和化肥是关系到植物产量的最主要的两个因素，所以提高植物对水和养分的吸收变得越来越重要。过度的化肥应用会造成对环境的污染。在水生生态系统中，过量的氮会导致水中氧含量降低、毒海藻泛滥、鱼类死亡和水质恶化。因此，含氮废水需要进行处理后再排放。传统的处理方法有沉积絮凝、超临界水氧化、化学沉积、反渗透法、生物法、电化学法和吸附法。其中，吸附法具有高效、可再生和经济的优点。近几年，生物质作为一种新型吸附剂被广泛使用。尤其是自然高分子有着丰度高、价格低廉和可降解等优点。海藻酸钠（NaAlg）表现出了很多性能上的优势，如高孔隙率和内部基质的惰性，其作为基底用于药物、蛋白和细胞的递送。水凝胶的单独使用也存在一些问题，如强度和稳定性差等，限制了其应用。无机材料常常被引入凝胶基质中提高性能。氧化石墨烯（GO）有着杰出的电导性、高机械强度和高比表面积等优点，是很多化学物质的有效载体。
　　Wu等人利用紫外辐射法制备NaAlg -聚丙烯酸（PAA）-GO复合物。制备过程中，对GO的质量分数，pH值和盐浓度进行了探究。用这种复合物作为吸附剂吸附铵根离子（NH4+）。此外还尝试将此复合物应用于氮肥缓释，并探究了其缓释性能。整个研究的计划如图1所示。

图1 NaAlg-PAA/GO的制备、吸附及缓释探究

　　实验过程首先是材料的制备，利用Hummers法制备GO得到GO粉末。复合水溶胶的制备方法如下，1 g的NaAlg，2 g的丙烯酸（AA），一定量的GO和0.1 g的双丙烯酰胺（MBA）溶于水中搅拌。2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（DMPA）加入N-甲基吡咯烷酮中作为光引发剂。通入氮气后，利用紫外光对样品进行辐射，最终得到复合物NaAlg-PAA/GO。
　　进行NaAlg-PAA/GO对NH4+的吸附性能测试。根据所测得的吸附量结果优化GO在复合物中的含量，找出吸附反应最优的pH值。结果表明，GO占比为30%时，吸附量达到最大，为6.6 mmol/g。PH为8的情况最有助于NaAlg-PAA/GO对NH4+的吸附。
　　将吸附了NH4+的NaAlg-PAA/GO复合化肥施加到土壤中，首先对化肥保水能力进行了测试。土壤自身的保水量为31.2%，添加不同占比的化肥，结果表明，土壤的持水量随着化肥添加量的增加而增大。添加了占土壤质量分数2.0%的化肥后，土壤的保水量增大到81.2%，土壤湿度有了明显的提升。化肥提升了土壤的持水能力，可以大幅提升植物对水分的吸收量。
　　缓释性能的测试持续了40天。第40天时，复合化肥含有的NH4+在土壤中的释放量为55.1%，在水中的释放量为84%。这一复合化肥体现出了对NH4+的缓慢释放的效果。利用Ritger-Peppas模型对释放数据进行模拟，计算后发现，无论是在水中的释放还是在土壤中的释放，释放过程均属于异常的传输过程。
Wu, C., Zhang, X., Li, C. et al. J PolymEnviron (2018). https://doi.org/10.1007/s10924-018-1302-8

　　来源：OIL实验室