DOI:10.1038/s41598-020-76395-6

尿素是最常见的氮肥形式。近年来，研究的重点是开发缓释系统，以延长肥料的释放，防止肥料通过淋溶和挥发而流失。本研究探讨并比较了单层和双层中空纳米纤维纱线作为包封和释放尿素的新型输送系统。采用定制的静电纺丝工艺制备了负载尿素肥料的单层中空聚乳酸（PLLA）纳米纤维纱线。通过静电纺丝制备了以聚羟基丁酸酯（PHB）纳米纤维为外层，以尿素浸渍PLLA纳米纤维为内层的双层中空纳米纤维纱线。采用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）对中空电纺纳米纤维纱线的形态进行了表征。使用总氮仪器（TNM-1）研究了单层和双层中空纳米纤维纱线在水中的尿素释放情况。借助碳氮元素分析仪测定PLLA纳米纤维样品中的包封氮含量。结果表明，与单层中空纳米纤维纱线相比，浸渍尿素的双层中空纳米纤维纱线在前12h内的氮释放量显著降低（P值=0.000）。综上所述，双层中空纳米纤维纱线有望成为当前肥料和其他植物所需化学物质缓释方法的有效替代品。

图1.本研究制备的纳米纤维的SEM显微照片。（A）负载20％尿素的5％PLLA电纺纳米纤维，（B）10％PVA电纺纳米纤维和（C）7％PHB电纺纳米纤维。

图2.扫描电子显微镜图像：（A）四层电纺纳米纤维纱线的横截面，（B）四层电纺纳米纤维纱线的表面积，以及（C）中空双层电纺纳米纤维纱线的横截面。

图3.电纺PLLA-尿素纳米纤维直径与尿素含量之间的关系。

图4.（A）含20％尿素的PLLA纳米纤维的SEM显微照片，以及（B）含20％尿素的PLLA纳米纤维的典型EDS分析。

图5.浸入0.5％尿素溶液中的纳米纤维纱线以及含10％尿素的单层和双层中空纳米纤维纱线的累积氮释放量。

图6.本研究中使用的定制静电纺丝设备的示意图。

图7.演示了如何由四层核壳纳米纤维纱线制备出负载尿素的双层中空纳米纤维。