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Biodegradable Polymer-Metal-Organic Framework (MOF) Composites for Controlled and Sustainable Pesticide Delivery
Advanced Sustainable Systems ( IF 6.5 ) Pub Date : 2023-10-04 , DOI: 10.1002/adsu.202300269 Roberta A. dos Reis 1, 2 , Lila A. M. Mahmoud 1, 3, 4 , Evdokiya H. Ivanovska 1 , Richard Telford 1 , Matthew A. Addicoat 5 , Lui R. Terry 4 , Valeska P. Ting 4, 6 , Sanjit Nayak 1
Advanced Sustainable Systems ( IF 6.5 ) Pub Date : 2023-10-04 , DOI: 10.1002/adsu.202300269 Roberta A. dos Reis 1, 2 , Lila A. M. Mahmoud 1, 3, 4 , Evdokiya H. Ivanovska 1 , Richard Telford 1 , Matthew A. Addicoat 5 , Lui R. Terry 4 , Valeska P. Ting 4, 6 , Sanjit Nayak 1
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Due to high surface area, loading capacity, and selectivity, Metal-Organic Frameworks (MOFs) have shown much promise recently for potential applications in extraction and delivery of agrochemicals for environmental remediation and sustainable release, respectively. However, application of MOFs for pesticide delivery in wider agricultural context can be restricted by their granular form. Herein, an alternative approach is studied using biodegradable polymer-MOF composites to address this limitation. The loading and release of a widely used pesticide, 2,4-dichloropheoxycetic acid (2,4-D), is studied using two MOFs, UiO-66 and UiO-66-NH2, and the 2,4-D-loaded MOFs are incorporated into biodegradable polycaprolactone composites for convenient handling and minimizing runoff. The MOFs are loaded by in-situ, and post-synthetic methods, and characterised thoroughly to ensure successful synthesis and loading of 2,4-D. The pesticide release studies are performed on the MOFs and composites in distilled water, and analysed using UV-Vis spectroscopy, demonstrating sustained-release of 2,4-D over 16 days. The loaded MOF samples show high loading capacity, with up to 45 wt% for the in-situ loaded UiO-66. Release kinetics show more sustained release of 2,4-D from UiO-66-NH2 compared to UiO-66, which can be due to supramolecular interactions between the NH2 group of UiO-66-NH2 and 2,4-D. This is further supported by computational studies.
中文翻译：
用于可控和可持续农药输送的可生物降解聚合物-金属-有机框架 (MOF) 复合材料
由于具有高表面积、负载能力和选择性，金属有机框架（MOF）最近在农用化学品的提取和输送方面显示出很大的应用前景，分别用于环境修复和可持续释放。然而，MOF 在更广泛的农业环境中用于农药输送的应用可能会受到其颗粒形式的限制。在此，研究了一种使用可生物降解聚合物-MOF 复合材料的替代方法来解决这一限制。使用两种 MOF（UiO-66 和 UiO-66-NH 2 ）研究了广泛使用的农药 2,4-二氯苯氧乙酸 (2,4-D) 的负载和释放，以及 2 ,4-D 负载 MOF 被纳入可生物降解的聚己内酯复合材料中，以方便处理并最大限度地减少径流。 MOF 通过原位和合成后方法进行负载，并进行彻底表征，以确保 2,4-D 的成功合成和负载。农药释放研究是在蒸馏水中对 MOF 和复合材料进行的，并使用紫外-可见光谱进行分析，证明 2,4-D 在 16 天内持续释放。负载的 MOF 样品显示出高负载能力，原位负载的 UiO-66 高达 45 wt%。释放动力学显示，与 UiO-66 相比，UiO-66-NH 2 的 2,4-D 释放更持久，这可能是由于 NH 2 基团之间的超分子相互作用所致。 UiO-66-NH 2 和 2,4-D。计算研究进一步支持了这一点。
更新日期：2023-10-04
中文翻译：
用于可控和可持续农药输送的可生物降解聚合物-金属-有机框架 (MOF) 复合材料
由于具有高表面积、负载能力和选择性，金属有机框架（MOF）最近在农用化学品的提取和输送方面显示出很大的应用前景，分别用于环境修复和可持续释放。然而，MOF 在更广泛的农业环境中用于农药输送的应用可能会受到其颗粒形式的限制。在此，研究了一种使用可生物降解聚合物-MOF 复合材料的替代方法来解决这一限制。使用两种 MOF（UiO-66 和 UiO-66-NH 2 ）研究了广泛使用的农药 2,4-二氯苯氧乙酸 (2,4-D) 的负载和释放，以及 2 ,4-D 负载 MOF 被纳入可生物降解的聚己内酯复合材料中，以方便处理并最大限度地减少径流。 MOF 通过原位和合成后方法进行负载，并进行彻底表征，以确保 2,4-D 的成功合成和负载。农药释放研究是在蒸馏水中对 MOF 和复合材料进行的，并使用紫外-可见光谱进行分析，证明 2,4-D 在 16 天内持续释放。负载的 MOF 样品显示出高负载能力，原位负载的 UiO-66 高达 45 wt%。释放动力学显示，与 UiO-66 相比，UiO-66-NH 2 的 2,4-D 释放更持久，这可能是由于 NH 2 基团之间的超分子相互作用所致。 UiO-66-NH 2 和 2,4-D。计算研究进一步支持了这一点。
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