将农药和肥料包封在水凝胶中可以控制和减缓它们的释放,提高它们的利用率。而使用掺杂了光催化剂的水凝胶可以有效地去除废水中染料,净化农业灌溉用水资源。本文以提高农用化学品的使用效率及改善农业灌溉用水资源的水质为研究目的,通过在海藻酸钠基复合水凝胶基体中掺杂一系列不同特性的无机纳米粒子,制备了多种环境友好型有机无机复合水凝胶,并分别研究了它们的控缓释性能及去除废水中染料的性能。基于天然土壤胶体和天然多糖（海藻酸钠）,我们开发了一系列环境友好型互穿聚合物网络水凝胶。采用简单环保的方法提取了天然土壤胶体,其具有大比表面积(48.70±0.82 m²·g^-1),小粒径（262.00±22.86 nm）和层状结构。FTIR光谱证实,土壤胶体掺入水凝胶的聚合物基质中且它们之间形成氢键。X射线衍射图显示土壤胶体片层在水凝胶中的剥离。复合水凝胶的形貌表征显示土壤胶体的片层成功地嵌入水凝胶的基体中。热重分析表明土壤胶体的存在增强了水凝胶的热稳定性。溶胀特性实验表明,土壤胶体的存在加速了水凝胶对水的吸收,这表现为动力学常数k的增加。由于所有水凝胶的扩散指数n均小于0.5,水凝胶的溶胀过程符合Fickian扩散。不含土壤胶体的纯水凝胶在10.5小时内释放了58.0%的农药,而掺杂了天然土壤胶体的复合水凝胶在54小时内缓慢释放出34.4%的农药。释放数据表明土壤胶体的存在阻碍了水凝胶中的农药向水中的扩散。水凝胶释放农药的行为同时符合一级和二级释放动力学。基于这些结果,我们认为本章合成的水凝胶可望作为现代农业和园艺业中农药的理想控释载体。此外,据我们所知,在此前的文献中没有发现利用天然土壤胶合成复合材料。我们使用一系列掺杂了土壤胶体的环境友好型互穿聚合物网络水凝胶作为肥料的载体,研究其控缓释肥料的性能。其中,不含土壤胶体的纯水凝胶在9小时内释放了69.1%的肥料,而掺杂了天然土壤胶体的复合水凝胶在30.5小时内以最慢的释放速率释放出44.5%的肥料。释放数据表明土壤胶体的存在延缓了水凝胶中肥料向水中的扩散。水凝胶的释放肥料行为复合二级释放动力学。基于这些结果,我们认为本章合成的水凝胶还可望作为现代农业和园艺业中肥料的理想控释载体。农药和肥料这两种现代农业和园艺业中必不可少的农用化学品,均可以被此复合水凝胶负载并被可控地和持续地释放。基于光催化剂（TiO₂）和天然多糖（海藻酸钠）,我们开发了一系列环境友好型互穿聚合物网络水凝胶,研究其去除染料废水的性能。掺杂纳米TiO₂不仅可以增加水凝胶对染料的吸附能力,还能通过水凝胶基体中掺杂的纳米TiO₂有效地降解染料分子,进而使得水凝胶对染料的总去除能力大大提高。基于这些结果,我们认为本章合成的水凝胶可以应用于废水处理领域,有效地净化农业灌溉用水资源。以光引发聚合的方式,合成了一系列掺杂g-C₃N₄纳米片的环境友好型互穿聚合物网络水凝胶膜,随后研究其对水溶液中亚甲基蓝的去除能力。X射线衍射图显示g-C₃N₄纳米片存在于水凝胶膜中。力学性能测试结果显示,g-C₃N₄纳米片/聚丙烯酰胺/海藻酸钠水凝胶膜的拉伸强度为368 KPa,断裂伸长率为28.8;g-C₃N₄纳米片/聚丙烯酰胺水凝胶膜的拉伸强度为54.2 KPa,断裂伸长率为18;具有IPN结构的g-C₃N₄纳米片/聚丙烯酰胺/海藻酸钠水凝胶膜的力学性能远优于g-C₃N₄纳米片/聚丙烯酰胺水凝胶膜。分散稳定性实验显示,添加了海藻酸钠的g-C₃N₄纳米片水分散液的稳定性大大提高,在水凝胶膜合成过程中其可保持稳定,进而制得g-C₃N₄纳米片均匀分散的水凝胶膜。水凝胶膜的降解染料特性实验表明,在可见光照射下,g-C₃N₄纳米片/聚丙烯酰胺/海藻酸钠水凝胶膜可以有效地吸附和降解染料分子,实现吸附富集和光降解的协同效应,使得其对染料具有良好的去除效果。此外,在可见光照射下,g-C₃N₄纳米片/聚丙烯酰胺/海藻酸钠水凝胶膜对水溶液中亚甲基蓝的去除能力明显强于块状水凝胶。基于这些结果,我们认为本章合成的水凝胶膜可以应用于废水处理领域,有效地净化农业灌溉用水资源。