Эмульсии пестицидов на масляной основе широко используются в сельском хозяйстве, хотя они могут представлять собой экологическую опасность, поскольку из-за своей гидрофобной природы отскакивают от поверхности растений, что приводит к загрязнению воды и почвы Разработанная на основе нанотехнологий формула на водной основе является более экологичной и эффективной, чем традиционные методы доставки сельскохозяйственных пестицидов.
Эмульсионные спреи играют важную роль в сельском хозяйстве, и обычно в их состав входят эмульсии типа «масло в воде», содержащие эмульгируемые концентраты с активным пестицидным компонентом в масляной фазе, смешанной с водой. В этом случае капли масла обычно имеют микронный размер, поэтому эмульсии можно распылять на растения. Однако низкая стойкость сельскохозяйственных спреев к гидрофобным растениям является серьезным ограничением, которое может привести к масштабному загрязнению.
Новое решение, разработанное в Университете Ватерлоо, значительно улучшает сцепление пестицидов с листьями растений — даже при ветре и дожде — минимизируя разбрызгивание и сток, которые приводят к дорогостоящим отходам и загрязнению окружающей среды.
Исследование под названием «Самоорганизация нанокристаллов целлюлозы для подавления брызг и повышения эффективности доставки пестицидов на гидрофобные поверхности» опубликовано в журнале Journal of Colloid and Interface Science.
В ходе первых полевых испытаний на капустных полях, проведенных совместно с промышленным партнером в Сингапуре, разработанная формула превзошла традиционные системы доставки, использующие химические вещества и растворители для обеспечения прилипания капель к листьям, обеспечивая более эффективный контроль вредителей при меньшем количестве пестицидов.
«Благодаря нашей новой формуле пестицид растворяется в воде. Мы распыляем воду, а не растворитель, что делает этот подход вполне соответствующим целям устойчивого сельского хозяйства», — сказал доктор Майкл Там, профессор химической инженерии в Университете Ватерлоо.
Эффективная доставка пестицидов к сельскохозяйственным культурам является одной из главных проблем в сельском хозяйстве. В настоящее время жидкие пестициды обычно вводятся с помощью форсунок, распылителей и с самолетов.
Эти методы часто не позволяют точно нанести пестициды туда, где они необходимы. Капли могут отскакивать от поверхности листьев, уноситься ветром или смываться в почву и водоемы.
Для решения этих проблем исследователи из Университета Ватерлоо тщательно модифицировали поверхность частиц, известных как нанокристаллы целлюлозы (НКЦ), чтобы создать наноструктурированную формулу, которая стабилизирует капли пестицидов без использования химикатов или растворителей. В формуле используются углеродно-нейтральные НКЦ, полученные из воды, пестицидов, а также неорганических и металлических наночастиц.
«Эта уникальная наноструктура значительно повышает прочность капель, подавляя их разбрызгивание в процессе удара», — сказал Там, отметив, что высокоскоростная съемка подтвердила их эффективность.
Вместо того чтобы разбрызгиваться, разлетаться на фрагменты или отскакивать от листьев, капли остаются целыми при ударе, сплющиваясь в пленку в форме блина, которая прочно прилипает. Этот метод стабилизации работает даже при снижении поверхностного натяжения из-за дождя и ветра, что является ключевым отличием от существующих технологий. В настоящее время исследователи ищут промышленных партнеров для масштабирования и коммерциализации своих инноваций.
Источник: University of Waterloo. На фото: доктор Майкл Там, профессор химической инженерии в Университете Ватерлоо, в своей лаборатории. Фото: Университет Ватерлоо.