بخشی از مقاله
چکیده
نانوتکنولوژی کاربردهای بالقوه جدیدی را برای کشاورزی فراهم میآورد که شامل طراحی، توسعه و کاربرد مواد و ابزاری در سطح ملکولی با مقیاس نانو میباشد. کاربرد نانوذرات در کشاورزی به منظور کاهش میزان مصرف آفتکشها، کاهش تلفات عناصر غذایی در کوددهی، و افزایش عملکرد از طریق مدیت بهینه عناصر غذایی میباشد. مقاله حاضر مروری بر منابع مختلف دارد که نانوذرات را از لحاظ کاربرد آنها در محصولات کشاورزی مثل کود و آفتکشها مورد بررسی قرار دادند.
نانوذرات کربن دار غیر جامد از لحاظ کاربرد در کود و آفتکش بیشترین فراوانی را به خود اختصاص داده است و به دنبال آن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، نقره، سیلیس و آلومینیوم میباشد. با این حال از لحاظ ثبت اختراعات در محصولات آفت-کش و کود این ترتیب به صورت نانوذرات کربن دار غیر جامد˂ دی اکسید تیتانیوم˂ اکسید روی و اکسید مس˂ سیلیس میباشد. نانوذرات در ترکیب آفت-کشها و کودها یا به عنوان ماده افزودنی - عمدتاً برای کنترل رهاسازی - و یا به عنوان جزء فعال استفاده میشوند که سهم آنها در بین مقالات بررسی شده 57 و 41 درصد به ترتیب میباشد.
مقدمه
توسعه و تکامل نانوتکنولوژی و ظهور نانوذرات روند جدیدی را در پیش روی کشاورزی قرار میدهد. نانوذرات - ذرات در مقیاس نانو - تودههای ملکولی یا اتمی با ابعاد بین 1 و 100 نانومتر هستند - Ball, 2002 - ، که ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی شدیدا تغییر یافته در مقایسه با مواد بالک دارند
ذکر این نکته با ارزش است که نانوذرات از انواع کاملا متفاوت مواد بالک ساخته میشود و واکنش خود را بسته به ترکیب شیمیایی و اندازه و یا شکل ذرات نشان می-دهند
کاربرد نانوذرات در کشاورزی به منظور کاهش میزان مصرف آفتکشها، کاهش تلفات عناصر غذایی در کوددهی، و افزایش عملکرد از طریق مدیت بهینه عناصر غذایی میباشد
عواملی که بر کارایی کود و آفتکشها تأثیر میگذارد میتواند توسط نانوذرات مورد توجه قرار گیرند. به عنوان مثال مواد فعال که در حین کاربرد در اثر پاشش، رواناب، تبخیر و تعرق، فتولیز و هیدرولیز و تجزیه توسط میکروارگانیزمها تلف میشوند. نانوذرات دارای سطح ویژه بالا و ویژگیهای جذب مناسب، به عنوان ماده افزودنی، تلفات را از طریق کاهش رواناب و کاهش کینتیک آزادسازی به حداقل میرساند. بنابراین نانوذرات طراحی شده با اهداف ویژه مواد فعال را از تجزیه نوری حفاظت میکند و یا میزان جذب توسط برگ و گیاه را افزایش میدهند.
همچنین نانوذرات ممکن است جایگزین حلالهای آلی موجود در برخی آفتکشها گردد و دیسپرس شدن آنها را به عنوان مثال بر روی سطح گیاه تسهیل کند . نانوذرات در صورتیکه به عنوان جزء فعال در محصولات کشاورزی بکار روند به دلیل واکنشپذیری بالای آنها در کشاورزی میزان مصرف محصولات را کاهش میدهند
کاربرد نانوذرات در کشاورزی در منابع مختلف بیان میشود. در این مقاله مروری به گردآوری سیستمی کاربرد نانوذرات در آفتکش و کودها پرداخته میشود و مواردی از اختراعات به ثبت رسیده در این کاربردها نیز آورده میشود.
طبقات مختلف نانوذرات و هدف کاربرد آنها
بطور کلی، ترکیب اصلی نانوذرات در آفت¬کش یا کودها ازکربن - مثلاً نانوتیوب کربنی - CNT - ، لیپوزومها، پلیمرهای آلی، غیره - ، اکسیدهای فلزی - مثلاً نقره - Ag - ، اکسید روی - - ZnO - ، فلزها - سیلیس - ، و غیرفلزها - سولفور - - S - میباشد - شکل . - 1 این نانوذرات از لحاظ مقدار کاربرد به ترتیب لیپیدها/پلیمرها/امولسیونها˂ دی اکسید تیتانیوم˂ نقره˂ سیلیس میباشند. این ترتیب از لحاظ اختراعات به ترتیب لیپیدها/پلیمرها/امولسیونها˂ دی اکسید تیتانیوم˂ اکسید روی و اکسید مس ˂ - CuO - سیلیس تغییر مییابد. فرمولاسیون نانوذرات در محصولات کود یا آفتکش بصورت غیر جامد یا غیر جامد می-باشد. فرمولاسیونهای غیرجامد شامل لیپیدها یا امولسیونهای روغن-آب - O/W - یا ساختارهای بر پایه پلیمر میباشد.
شکل .1 تعداد نانوذرات مورد استفاده در مقالات و اختراعات مربوط به کود و آفتکشها
محققان با بررسی هدف کاربرد نانوذرات در محصولا کود و آفتکشها بیان میکنند که در 74 درصد از مقالات محصولات آفت¬کش غالب بر محصولات کودی هستند و 35 درصد از محصولات آفت¬کش به صورت قارچکش، 33 درصد بصورت حشرهکش، 5 درصد ه صورت علفکش، و 27 درصد برای مصارف چندگانه طراحی شدند
در 57 درصد از محصولات آفت¬کش، نانوذرات ماده افزودنی بودند که به عنوان حاملهای کند رها 56 - درصد - محافظ 15 - درصد - یا عوامل پراکنده 11 - درصد - و فتوکاتالیست 11 - درصد - عمل کردند. با اینحال در 41 درصد از محصولات آفت¬کش، نانوذرات جزء فعال بودند، خصوصاً برای کاربردهای نانوذرات نقره و سولفور که نانوذرات خود به صورت قارچ- کش استفاده میشدند یا در مورد سیلیس و آلومینیوم که به عنوان حشرهکش آزمایش شدند.
نانوذرات غیر جامد
مواد فعال در آفتکشهاغالباً حلالیت کمی در آب دارند و در دمای اتاق بصورت جامد یا کریستال هستند و بنابراین به محلولهای با حلالهای آلی عمل میکنند. یک روش برای جلوگیری از استفاده از حلالهای آلی استفاده از امولسیونهای بر پایه O/W میباشد که حلالیت و ظرفیت بارگیری فرمولاسیون را برای ماده فعال افزایش میدهد و همچنین پوششدهی سطح برگ آبگریز و نفوذ ماده فعال از طریق کوتیکول را افزایش میدهد.
