利用壳聚糖或三价铁改性的蒙脱土制备甲氧咪草烟-蒙脱石复合物及其在纳米制剂上的应用

罗 健，张大侠 编译 刘 峰 校

(山东农业大学植物保护学院，泰安，271018)

利用壳聚糖或三价铁改性的蒙脱土制备甲氧咪草烟-蒙脱石复合物及其在纳米制剂上的应用

罗 健，张大侠 编译 刘 峰 校

(山东农业大学植物保护学院，泰安，271018)

在农业生产中，农药用于增加作物产量，其对解决世界人口增长带来的粮食安全问题至关重要。但是，农药使用又影响着人类健康和环境安全，因为通过土壤淋溶和地表水流等途径，使得农药在水体中广泛分布。此外，在分布过程中，农药的严重损失会导致药效降低，在大多数情况下农民不得不重新施药，又进一步增加了用药成本和环境污染。为解决上述问题，研究者提出利用控释剂型(controlled-release formulations CRFs)以降低被吸附或包裹活性成分的释放速率。纳米农药指具有至少一种纳米组分的农药制剂。除了拥有更好的环保性能，纳米农药制剂还能促进有效成分在作用靶标上的沉积。

用有机阳离子和聚合物改性的黏土已制取了缓释农药(包括酸性农药)，无机黏土也已被作为农药载体，但应用范围比有机黏土小。因为黏土具有纳米结构，所以这些黏土-农药制剂都符合纳米农药概念。与游离的化合物或商品制剂相比，纳米农药降低了农药在土壤中的迁移性能，并具有与传统剂型相当的除草活性，这已经作为酸性除草剂控释剂型的优点而被报道。此外，有机黏土对农药的吸附能力强且吸附过程不可逆，已被应用于固定或螯合土壤中的酸性除草剂，也用作吸附剂来处理污水。之前，大多数研究者使用大分子的合成有机阳离子或聚合物来对有机黏土进行改性，而现在人们更注重寻找更安全健康的吸附剂来作为天然的改性剂。经研究，Fe(III)和壳聚糖改性的蒙脱石分别具有吸附酸性除草剂2,4-D和二氯吡啶酸的能力。本研究的目的是评价被Fe(III)或聚合物壳聚糖(Ch)改性的天然蒙脱石对酸性除草剂甲氧咪草烟的吸附能力。同时，评价了改性蒙脱石对甲氧咪草烟的吸附能力和二者的相互作用机理，并获得了不同的甲氧咪草烟-蒙脱石复合物以明确它们作为缓释载体或纳米农药的性能。通过土壤消解和淋溶试验研究这些纳米制剂的环境行为。

甲氧咪草烟(图1)是咪唑啉酮类的酸性除草剂，在芽前或苗后施用，防除小麦、豆科作物、玉米和油菜田中的杂草。甲氧咪草烟是一种水溶性高，土壤中残留低的离子型除草剂。因其在土壤中具有较好的移动性，所以被认为有污染地表水和地下水的风险。该除草剂主要用于豆类、向日葵和玉米等作物田，苗前施用防治寄生性的列当属植物，这些寄生植物大部分时间生长在地下。因此，有必要开发一种缓释制剂，可通过混土或种子包衣施用，使有效成分长期对植物根部形成保护。

图1 甲氧咪草烟和壳聚糖的化学结构

1 材料和方法

1.1 天然黏土矿物、阳离子、除草剂和土壤

用于制备纳米制剂的黏土原料来自黏土资源库(The Clay Minerals Society，Purdue University，West Lafayette)中富含钠元素的怀俄明蒙脱石(SWy-2)。黏土用壳聚糖(Ch)和无机阳离子Fe3+进行改性。壳聚糖(Ch)化学结构如图1，低分子量(分子量=50 000～190 000g/mol)的壳聚糖从Sigma-Aldrich(St Louis，MO)购得。采用2种黏土改性方法，参照Celis等描述的方法进行。0.8 g黏土用0.65 g溶解在200 mL 3 mM乙酸或0.3 mM HCl中的壳聚糖处理，分别用SWCh4和SWCh6表示。2种悬浮体的初始pH均为5.0，振荡24 h后最终pH不同，SWCh4为5.0，SWCh6为7.3。根据文献的方法用Fe3+饱和蒙脱石原料：10 g黏土用100 mL 1M的FeCl3溶液处理，每24 h更换一次溶液，连续更换3次。之后，将黏土离心、洗涤和透析，直到Cl被完全去掉。所有改性过的黏土被冷冻和冻干，再用手工轻轻研磨。

分析纯甲氧咪草烟(98.5%)，购自Dr Ehrenstorfer GmbH(Augsburg，德国)，并用于配制分析甲氧咪草烟含量时用的外标液和吸附试验的初始溶液。甲氧咪草烟原药(99.5%)，由BASF(Barcelona，西班牙)提供，与改性黏土一起用于制备制剂。商品甲氧咪草烟Pulsar 40(有效成分4% w/v)由BASF提供，在释放、消解和淋溶试验中用作对照药剂。本研究中使用的土壤为采集于西班牙塞维利亚省科里亚德尔里奥的冲积土。根据质地(23.8%砂和28%黏土)，归为黏土类土壤。土壤的pH为8.3，有机碳含量1.27%，0.13%的N(凯氏定氮法)和22.6%的CaCO3。

1.2 改性黏土和制剂的特征

利用X射线荧光光谱(XRF)(Axios；PANalytical，阿尔梅罗，荷兰)分析SWy蒙脱石样品和改性样品SWCh4、SWCh6和SWFe的无机元素，计算SWFe中Fe饱和的百分率。分析有机黏土SWCh4和SWCh6(CHNS 932 elemeinorganic元素分析仪；Leco，St Joseph，MI)中的C和N元素，计算黏土中有机阳离子的饱和度。试验中所有分析均由塞维利亚大学的CITIUS服务部门完成。待测样品用Siemens D-5000衍射仪扫描，CuKa辐射测量范围从4～30°，扫描速度2θ为1.2°/min，获得X射线衍射图。将待测样品在室温下风干，或在200 ℃环境下干燥后冷却至室温，再进行X射线衍射测定。使用Jasco FT/IR 6300光谱仪(Jasco Europe s.r.l.，Cremella，Italy)，记录1%w/w样品在KBr颗粒中转换的Fourier 红外光谱[傅里叶变换红外光谱学(Fourier Transform Infrared Spectoscopy FT-IR)]。

1.3 吸附试验

1.3.1 2个初始浓度下的吸附

在2个不同除草剂初始浓度(Ci，3.3、500 μM)下测定纳米黏土对甲氧咪草烟的吸附量。将天然或改性黏土(20 mg)加入甲氧咪草烟初始溶液(8 mL)中。振荡24 h，使其达到平衡，悬浮液在Medtronic-BL-S(JP Selecta，Barcelona，Spain)台式离心机中转速2 772×g离心15 min。除去上清液，用配有Waters 996二极管阵列检测器偶联的Waters 600E高效液相色谱仪(Waters，Milford，MA) Nova-Pak C18柱(150 mm长，内径3.9 mm；Waters，Milford，MA)测定平衡浓度(Ce)。流动相H3PO4(pH=2)+乙腈(4+1，体积比)，流速1 mL/min，进样量25 μL，UV检测波长244 nm。

甲氧咪草烟吸附量Cs(μmol kg-1)的计算公式为(Ci－Ce)×V/m，其中V是加入的农药溶液的体积，m是黏土的质量。被吸附的除草剂的百分比计算式为(Ci－Ce)/ Ci×100。

1.3.2 等温吸附试验

在除草剂浓度10～500 μM内选择系列浓度，在8 mL的除草剂溶液中分别添加改性黏土(20 mg)进行等温吸附试验，每浓度重复3次。如上所述，将等温吸附数据拟合到Freundlich方程式Cs=Kf×CeNf中，计算Freundlich方程的参数Kf和Nf。

1.4 甲氧咪草烟-蒙脱石制剂的释放和淋溶试验

1.4.1 制剂的制备

利用每种改性的纳米黏土用3种方法制备蒙脱石-甲氧咪草烟复合物(2%w/w)，⑴ 研磨混合(GM)：将除草剂(10 mg)加入到改性的纳米黏土(490 mg)中并在玛瑙研钵中混合和研磨；⑵ 弱复合物(WC)：将甲醇(CH3OH)(1 mL)加入到纳米黏土(490 mg)和甲氧咪草烟(10 mg)的混合物中，振荡1 min，甲醇挥发后，在玛瑙研钵中研磨；⑶ 强复合物(SC)：与WC制备方式相同，但用5 mL甲醇振荡24 h，并且在甲醇挥发后研磨。为了利用X射线衍射(x-ray diffraction XRD)和傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectoscopy FT-IR)更好地表征改性黏土对甲氧咪草烟的吸附机制，还制备了具有较高甲氧咪草烟负载量(7.5% w/w)的SC。

1.4.2 水中释放动力学

测定了由改性黏土和除草剂不同结合程度的制剂中甲氧咪草烟在水中的释放水平。将制剂(100 mg)或含2 mg甲氧咪草烟活性成分的商品制剂加入到装有蒸馏水(250 mL)的500 mL体积的棕色玻璃瓶中，并密封。从0～168 h内在选定的时间点，手动振荡瓶子1 min并静置10 min，然后取出2 mL上清液，过滤并用HPLC分析。定期取走少量的上清液被认为对释放模型没有任何影响。在通常情况下，甲氧咪草烟的释放动力学试验重复2次。将甲氧咪草烟的水中释放数据拟合到方程Mt/Mz=ktn+c，其中Mt/Mz是在t(h)时释放的甲氧咪草烟的百分比，k、n和c是定义释放的特征常数：k(h-n)是表示高分子交联系统和活性成分关系的特征常数，n是指示释放机制的扩散参数，c是在t=0时释放的除草剂的百分比。

1.4.3 土柱淋溶试验

测定甲氧咪草烟在土壤中的迁移，在长20 cm，直径3 cm的玻璃柱中进行。在玻璃柱的底部用玻璃棉防止土壤颗粒的流失。手工装填2个土柱，每个土柱装180 g土。在土柱的顶部添加海砂，来保证除草剂在土壤表面上均匀分布。加水使土柱饱和后，将商品甲氧咪草烟制剂和不同方法制备的甲氧咪草烟-蒙脱石复合物的水溶液以有效成分1 400 g/hm2剂量加入，即相当于平均田间用量(有效成分70 g/hm2)的20倍。每天加蒸馏水15 mL到土柱的顶部，然后收集淋出液并用HPLC分析。淋溶试验在25 ℃下进行，淋溶18 d后，用H3PO4(pH=2)+ACN(4+1体积比)的混合液提取土柱中的甲氧咪草烟。预试验已证明，在土壤和提取液体积比例为1︰2时，5 g土中添加0.001 3 mg甲氧咪草烟的回收率＞99%。甲氧咪草烟商品制剂或改性甲氧咪草烟-蒙脱石复合物在土壤中降解的试验方法，详见补充材料。

1.5 生物测定

用花椰菜种子测定制剂SWCh6WC的除草活性，并与甲氧咪草烟(Pulsar 4%AI w/v)的商品制剂和空白对照比较。用土壤(200 g)填充8.5 cm直径的花盆，加水至饱和并放置48 h。将15粒花椰菜种子均匀撒在土壤表面，覆盖10 g土，除草剂有效成分用量70 g/hm2(即350 μL的Pulsar的100 mg/L溶液或1.75 mg SWCh6 WC/盆)，每处理重复3次。将花盆随机摆放在托盘上，每天用自来水浇灌。2周后，测量苗长和根长，并称苗重。在Windows v.15上使用SPSS进行统计分析(SPSS，Chicago，IL)，进行单因素方差分析，使用Tukey's HSD进行成对多重比较。当P＜0.05时，认为是统计学差异显著。

2 结果与讨论

2.1 改性黏土的表征

黏土的X射线衍射分析结果见表1，有机元素分析结果和其他相关性质见表2。与吸附能力相关的最重要性质是层间距和改性阳离子饱和度(CSt)的百分比。2种聚合物饱和的黏土SWCh4和SWCh6中C和N含量不同，因此阳离子饱和度百分比也不同。然而，由初始饱和阳离子Na+的减少来推测，生物聚合物壳聚糖并不是所有氨基都带电，同时氨基也补偿了蒙脱石的层电荷。与Celis等人报道一致，本研究也发现2种SWCh样品的层间距为15 Å，相当于单层壳聚糖的夹在蒙脱土的层间，这是由于SWy蒙脱石的低电荷造成的。结果表明，2种有机黏土具有相同的层间距，表明SWCh6中的大部分生物聚合物与蒙脱石的外表层链接，因为在合成样品的最终pH(7.3)条件下，样品中非常小的一部分NH2被质子化，另外，SWch6中极大的阳离子饱和度百分比(427%)也支持上述结果(表2)。如之前报道的扫描电镜观察结果所示，一些壳聚糖被吸附在SWCh4的外表层上，但是比SWCH6的吸附程度小。相同的差异也在Celis等的报道中出现，2个样品的zeta电位也表明，吸附在SWCh6上的聚合物主要是不带电荷的NH2。

SWFe(14Å)层间距的测定结果表明，在黏土的中间层中形成低构造的Fe柱，但Fe3+的饱和度表明存在Fe3+聚合物。SWFe(128 meq/100g)中Fe3+离子的增加与Na+(45 meq/100g)和Mg2+(17 meq/100g)(表1)的减少不匹配。据报道，Mg2+在这种蒙脱石的层状结构中，Ca2+存在于其中的杂质长石(16%)和石膏(1%)中，这2个阳离子存在于可交换的位置上，因此它们很容易被取代。然而，用1 M FeCl3溶液处理时石膏可能溶解，所以不能精确计算出石膏中的阳离子的取代量。Fe3+容易发生水解和聚合，形成聚[Fe(III)-OH]阳离子，并且还能促进水分子(H3O+)的电离，增加黏土层间的酸性。这些水合和羟基化的阳离子([Fe(III)-OH])占据SWFe上的取代位点，以此来测量层间距。然而，根据SWy中Na和Mg的减少及SWFe的出现，可以推测Fe的饱和度占最初黏土的阳离子交换量的70%～80%。

表1 最初和改性黏土的主要元素组成

表2 改性黏土的性质

2.2 改性黏土对甲氧咪草烟的吸附

2.2.1 复合物对不同浓度甲氧咪草烟样品的吸附

SWy黏土对甲氧咪草烟没有吸附作用。相比之下，在甲氧咪草烟3.3、500 μM的浓度下，改性黏土对甲氧咪草烟的吸附非常明显(图2)。在高浓度的处理中，SWCh6和SWFe的吸附非常明显。在所有处理中，改性的黏土对甲氧咪草烟的吸附都有所增加，且SWFe的吸附量最大。初始的甲氧咪草烟溶液的pH和吸附平衡的悬浮液pH见图2，随着吸附过程的进行pH发生变化：除草剂初始浓度低，有机聚合物黏土SWCh6处理的pH升高，SWFe的处理的pH降低。最终pH为4.3～6.9(图2)。甲氧咪草烟是有机酸，其电离平衡过程如图3所示，相应的pKa分别为2.3、3.3和10.8。SWCh黏土悬浮液pH=5～7，大多数除草剂为阴离子或分子形式；而SWFe处理的溶液pH较低(pH=3～4)，少量除草剂以质子化的形式存在。

根据Celis等人报道，当pH从7降低到3时，SWCh4和SWCh6中壳聚糖的NH2基团逐步质子化，最终的甲氧咪草烟吸附溶液中，SWCh4(pH6.5和4.5)比SWCh6(pH 6.9和5.6)应当有更多的NH2被质子化。因此，尽管有疏水性作用，阴离子型甲氧咪草烟还是可能通过与质子化的NH3+基团发生离子作用吸附在SWCh4和SWCh6上。因此，尽管必须考虑不带电荷的生物聚合物链分子的疏水作用，甚至一些极性羧基的相互作用和未质子化的NH2基团的作用，但阴离子甲氧咪草烟也可能主要通过与质子化NH3+基团的离子相互作用吸附在SWCh4和SWCh6上。在吸附甲氧咪草烟后，悬浮液中的pH增加，表明当吸附发生时，生物聚合物的氨基的质子化在继续进行。然而，2种有机黏土对低浓度甲氧咪草烟的吸附能力非常有限。

无机改性黏土SWFe在较高的初始溶液浓度和较低的最终pH下都具有较高的吸附性能。Fe3+离子通过水合作用产生的强极化作用增加层间的酸性，首先通过极性作用吸附的甲氧咪草烟分子可被质子化，并以阳离子吸附，可进一步促进甲氧咪草烟分子被吸附。据报道，一些碱性除草剂(例如三嗪类：莠去津和西玛津)和低溶解性的酸性除草剂2,4-滴也发生过类似情况，但没有甲氧咪草烟等水溶性酸性化合物的报道。甲氧咪草烟水溶性高，在水中的浓度较高，一旦在间层中被酸性的铁离子水溶液质子化，将通过促进亲水性的极性作用吸附极性分子。

图2 甲氧咪草烟吸附的百分比和悬浮液的最终Ph

图3 甲氧咪草烟的酸碱平衡

2.2.2 吸附等温线

测定了SWCh4、SWCh6和SWFe对甲氧咪草烟的吸附等温线。将数据以对数形式拟合到Freundlich方程后，计算吸附参数Kf和Nf，如表3所示。所有改性黏土的Nf＞1，表明随着除草剂溶液浓度和除草剂吸附量的增加，吸附作用更易进行。这也说明对甲氧咪草烟分子进行吸附，除了疏水性作用和极性作用的组合机制外，还需要额外的吸附作用，因为⑴ 一些阴离子甲氧咪草烟被吸附在SWChs中的生物聚合物(壳聚糖)被质子化的NH2基团上，⑵ 甲氧咪草烟在层间被质子化，保持阳离子状态。随着吸附进行，次级离子相互作用增强了总体吸附作用，产生高的Nf值，这也支持上述提及的相互作用复合机制。Kf值显示，无机的SWFe吸附水中甲氧咪草烟效果更好，SWCh6吸附量中等，而SWCh4吸附容量低。

表3 Freundlich拟合方程的吸附参数

2.3 甲氧咪草烟-蒙脱石复合物：纳米农药

制备了多种甲氧咪草烟-蒙脱石复合物(纳米农药)，评价了它们在水中的缓释特性。利用X射线衍射(x-ray diffraction XRD)和傅里叶变换红外光谱( Fourier Transform Infrared Spectoscopy FT-IR)进行表征，以研究甲氧咪草烟和改性蒙脱石的相互作用机制。所分析的复合物是甲氧咪草烟含量为7.5%(w/w)的强复合物，其阳离子交换量(CEC)相当于SWy黏土的三分之一。

2.3.1 X射线衍射(x-ray diffraction XRD)和傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectoscopy FT-IR)分析

用X射线衍射(x-ray diffraction XRD)和傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectoscopy FT-IR)研究吸附过程中的变化。为了获得更好的结果，以甲氧咪草烟的强复合物(SC)负载量较高(7.5%w/w)的甲氧咪草烟-蒙脱石复合物为样品。

图4为SWCh4、SWFe及其与甲氧咪草烟制备成的复合物样品分别在室温下和200 ℃加热2 h后的X射线衍射图。SWCh4 SC与空白对照(图4a)的基础层间距相同(d001=14.7 Å)，表明在层间聚合物形成的顺序很重要。测得的基础层间距符合单壳聚糖层插在蒙脱石的层间情况。SWCh4的基础层间距在加热后下降(d001=13.8 Å)，表明其具有一定程度的抗塌力，表明壳聚糖位于蒙脱石内部的脱水夹层；约10 Å的衍射值表明蒙脱石内存在部分被无机阳离子或伊利石杂质占据的未交换的层间位置。然而，SWCh4 SC-甲氧咪草烟的基础层间距在加热时没有改变，表明除了壳聚糖之外，在蒙脱石的层间中存在甲氧咪草烟分子。甲氧咪草烟与壳聚糖的相互作用使部分甲氧咪草烟分子穿透进入到层间，可能通过极性H键，甚至是通过与壳聚糖中最疏水部分的疏水作用，键合到未质子化的NH2基团上。

SWFe SC的基础层间距d001=15.7 Å，未处理黏土基础层间距d001=14.2 Å，这表明SWFe SC的层间距大(图4b)，层的堆叠具有更好的顺序，表明甲氧咪草烟均匀渗透到层间。当样品在200 ℃条件下加热时，空白样品塌陷至d001=10.2 Å，而SWFe SC表现出抗塌性(基本间距d001=14.5 Å)并保持堆积顺序，证实了甲氧咪草烟存在于SWFe的层间。

图4 X射线衍射图

含有7.5%(w/w)甲氧咪草烟的SWCh4 SC和SWFe SC复合物以及对应的空白黏土和甲氧咪草烟纯品的红外光谱图见图5。甲氧咪草烟的特征谱带已在IR谱图5中注明：⑴ 1746 cm-1带是属于内酰胺环(咪唑啉酮环)的羰基的振动；⑵ 在1 690 cm-1处的带是芳基羧基的C=O振动，而1 650 cm-1处是酸内部氢键的C=O振动；⑶ 在1 465～1 375 cm-1是属于五元杂环的环呼吸振动模。

对应于甲氧咪草烟中的咪草啶酸的羰基在1 746 cm-1处的谱带，在SWCh4-Imx SC中移动到1 760 cm-1(图5)，表明壳聚糖的NH3+和咪草啶酸的羰基共用部分质子。根据Adelino的研究，这种纳米复合物(SWCh6)制剂改变了原始样品(SWy-2)的Zeta电位值，从pH=7时的－18mV变为pH=3时的+16mV，证明壳聚糖在外表面存在一些质子化的NH2基团。因此，很可能是咪草啶酸分子通过其羧基和未质子化或质子化的NH2之间的极性键相互作用，甚至在离子态的羧酸酯和有机黏土中质子化的氨基团之间也有一些离子键可以发挥作用，目前已经用于二氯吡啶酸、2,4-滴、灭草烟和其他酸性除草剂。然而，咪草啶酸相应的羧基-羧酸酯带在SWCh4-Imx SC光谱中没有很好地显示，因为它们与壳聚糖中NH的弯曲模式和残余层间水的OH重叠。但是，SWCh4-Imx的红外光谱显示几种减弱甲氧咪草烟极性的作用，主要是与壳聚糖链上部分的疏水基团相互作用进一步降低其极性。

图5 甲氧咪草烟、SWCh4-空白(B)、SAFe-空白(B)和相应的甲氧咪草烟-蒙脱石强复合物(含7.5%甲氧咪草烟)的傅里叶变换红外光谱

在SWFe-Imx SC中，1 746 cm-1谱带向1 780 cm-1的移动，表明在Fe3+的存在下，咪唑啉酮环中更多的氮发生质子化；金属结合物和几乎不极化的水分子作为质子供体。质子也影响五元杂环的环呼吸模的谱带，使其从游离咪草啶酸状态时的1 465～1 375 cm-1移动到质子化时的1 495～1 379 cm-1。对于吸附在Fe3+型蒙脱石上的甲氧咪草烟，Pusino等人经研究也得出相同的结果。由于与改性蒙脱石中的层间水的OH弯曲一致，复合物中芳基-羧基的1 690 cm-1和1 650 cm-1处的谱带不明显。通过红外光谱学观察到的谱带变化证实了甲氧咪草烟的吸附机理，首先通过甲氧咪草烟的极性键进行吸附，然后甲氧咪草烟在SWFe的层间发生质子化。

2.4 水中释放动力学

改性黏土对甲氧咪草烟的吸附容量和吸附强度不同，本研究对除草剂复合物(GM，WC和SC)进行了水中释放动力学研究。如图6所示，为商品制剂和改性黏土制剂中的甲氧咪草烟在水中释放的情况，并将数据拟合到释放动力学方程Mt/Mz=ktn+c(表4)中。在第一取样时间(10 min)，对应表4中的常数c(初始释放量)。对于商品制剂，溶液中的甲氧咪草烟浓度为86%，GM为52%～55%，WC为33%～65%，甲氧咪草烟-蒙脱石复合物SC为27%～75%。所有被测定的GM、WC和SC都具有缓释性能，水中的甲氧咪草烟浓度逐渐增加。由表4可知，所有的复合物均显示出良好的初始释放水平(c值50%)，具有相似的释放速率k(12～22 h-n)。对于SWCh4 WC和SC，具有最低的k值或释放速率(9.5、3.2 h-n)和最大的初始释放c值(65%和75%)，这更接近商品制剂的值。由于在WC和SC混合制剂中甲醇的存在，使得甲氧咪草烟与具有低聚合物(壳聚糖)含量的SWCh4黏土发生弱相互作用。事实上，SC的c值高于WC，表明在甲醇作用下，甲氧咪草烟与黏土的长时间接触导致更多的甲氧咪草烟未结合到SWCh4黏土上。甲氧咪草烟-SWCh4中的(疏水、极性或离子)作用键由于甲醇的存在而被削弱，其在复合物制备后，可以与聚合物结合位点处的甲氧咪草烟分子一样保持溶剂化，从而增加该复合物中游离的甲氧咪草烟分子含量(c值)。由于SWCh6中聚合物含量高，因此在黏土表面有更多的键合点，可能抵消甲醇带来的溶剂化效应，并且SWCh6相应的复合物GM，WC和SC具有相似的c值和k值。最后，对于甲氧咪草烟-SWFe体系，SWFe GM与SWCh(4 6)GM具有接近的c值和k值，但在WC和SC上却呈现最低的c值，意味着初始容易释放的甲氧咪草烟只是少量的，这是因为在甲醇存在时，层间阳离子(Fe3+)与水分子发生水合作用增加层间酸性，进而促进层间中甲氧咪草烟分子的质子化，使得甲氧咪草烟变得难以解吸，所以初始释放量最低。

7 d后，从商品制剂中释放的甲氧咪草烟的总量为88%，而对于被测定的复合物，SWFe SC的总释放量达到57%，SWFe WC为72%，SWCh6 SC为86%，如图6所示。除了SWFe SC之外，上述其他制剂的最终释放量与商品制剂的释放量相当，没有因为与黏土载体强烈吸附而导致有效成份释放量减少。对于控释剂型来说，这是非常重要的特性。SWFe SC(57%)的结果表明，该复合物不适合作为控释剂(CRFs)的载体。因为甲氧咪草烟和SWFe长时间的接触，增加了吸附在该黏土层间中的质子化分子量，导致有效成份很难释放，因此它们的总释放量最低(表4)。

2.5 甲氧咪草烟-黏土复合物的的淋溶特性

处理后18 d，土柱中的甲氧咪草烟淋出曲线(BTC)和累积淋溶曲线如图7所示。当将甲氧咪草烟与黏土制备成复合物后，甲氧咪草烟的淋溶性降低。复合物中的总甲氧咪草烟损失量低于商品制剂的损失量。甲氧咪草烟制成SWCh4 WC，SWCh6和SWFe的WC和SC后，最大浓度峰发生转移(图7a和c)，说明这些纳米载体吸附了甲氧咪草烟分子。商品制剂处理的浸出液中甲氧咪草烟的最大浓度从2.34 mg/L降至WC处理的1.3～1.5 mg/L，SWCh6 SC的浸出液浓度为1.7 mg/L，SWFe SC的浸出液浓度为0.5 mg/L (分别为图7a和c)。这表明WC延缓并降低了甲氧咪草烟的淋溶。与SWFe SC相比，所有WC(弱复合物)和SWCh6 SC表现出更好的缓释性能，因为它们具有良好的释放特性，并且与商品甲氧咪草烟制剂相比，甲氧咪草烟淋溶的浓度最大值和总量降低了。累积穿透曲线(图7b和d)显示，从商品制剂或改性黏土制剂中淋溶出的甲氧咪草烟总量与在水中释放的甲氧咪草烟总量相一致(图6)。然而，SWFe SC从柱中淋出的浓度非常低，并且由于浓度太低而不具备除草活性。

图6 黏土复合物中甲氧咪草烟的水中释放动力学曲线

表4 用方程Mt/Mz=ktn+c拟合水中甲氧咪草烟释放的数据得到的参数

淋溶试验后，从土柱中提取甲氧咪草烟并对其进行含量分析，除了SWFe SC(提取了20%)的土柱，其他所有处理回收的除草剂量都可忽略不计。甲氧咪草烟商品制剂处理的回收总量非常高(96%：96%淋溶，0%提取)，这表明甲氧咪草烟的降解量和被土壤不可逆吸附的量很低(4%)。因此，施用除草剂的SWFe SC(85%：65%淋溶，20%提取)土柱中的甲氧咪草烟的总回收率略低，这表明除草剂被改性黏土吸附是不可逆的，有效成分不能再被植物根系吸收和发挥除草效果。

土壤中的降解结果表明，商品制剂和甲氧咪草烟-黏土复合物在土壤中残留时间无差异，因此不需考虑更多的残留问题。

2.6 生物测定结果

由于SWCh6 WC复合物与其他复合物(所有GM复合物、SWCh4和SWFe 的WC复合物以及SWCh SC复合物)在水中和土壤中的行为基本一致，只进行了SWCh6 WC复合物的生物活性测定。生测结果见表5，与对照相比，商品制剂和SWCh6 WC处理的芽长度在统计学上差异显著。然而，商品制剂和SWCh6 WC处理的根长或生物量的差异不显著，但均低于对照。与商品制剂和SWCh6 WC处理过的植物的根相比，对照组植物的根更长，根的分支更多。由此可见，SWCh6 WC复合物与商品制剂对花椰菜有同样的除草效果。

4 结 论

用壳聚糖和Fe(III)对蒙脱石改性，改性后的蒙脱石对甲氧咪草烟的吸附效率增加了，在中等除草剂浓度和pH条件下吸附率较低，而在低pH和高除草剂浓度下吸附效率较高，在所有改性的蒙脱土中，铁离子改性的蒙脱土(SWFe)的吸附效率最高。

图7 甲氧咪草烟的释放曲线或累积释放曲线

X射线衍射和傅里叶变换红外光谱结果表明，(a)甲氧咪草烟通过极性作用以分子形式吸附在SWFe上，并通过质子化和离子作用进一步增强了在层间的结合强度；(b)SWCh对甲氧咪草烟的吸附是由于弱极性的疏水作用以及离子作用所致。

表5 商品甲氧咪草烟和SWCh6 WC制剂处理花椰菜的芽长、根长和生物量a

制备的各种类型的甲氧咪草烟-黏土复合物，均在水中表现出控释剂型的释放特征，并且释放总量和释放速率与除草剂-黏土相互作用有关。与商品制剂相比，所有复合物中除草剂在水中的释放速率和在土壤中的淋溶性都降低了。相比于制备方法对该性质的影响，不同甲氧咪草烟-蒙脱石复合物的作用机制影响更大。SWCh6 WC-甲氧咪草烟复合物与商品制剂具有相似的除草活性，但前者的总土壤淋溶损失比后者降低15%，淋溶浸出液中浓度的最大值降低了40%。对于SWFe和SWCh4的甲氧咪草烟WC(弱复合物)和SWCh的SC(强复合物)，在水中的释放和土柱淋溶性也符合纳米农药和控释剂型的特征，另外，所使用的纳米载体为天然土壤成分，对环境友好也是其重要的优点。

国务院常务会议审议通过《农药管理条例（修订草案）》

2017年2月8 日，李克强总理主持召开国务院常务会议，通过《农药管理条例（修订草案）》，这标志着我国农药管理工作和行业发展即将面临深刻调整，进入新的发展时期。现行《农药管理条例》于1997年发布施行，并于2001年修订。此次修订，立足农药管理工作实际情况，针对当前存在的问题，顺应行政体制改革和行业发展要求，对农药管理的体制、制度、措施等进行了重要调整。(中国农药信息网)

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.01.06

TQ450.6

A

1009-6485(2017)01-0026-08

罗健，E-mail: fliu@sdau.edu.cn。

2016-12-26。