CN104790379A - 一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺，其使用水溶性无毒可交联保湿剂，掺上交联剂，通过交联剂选择与用量控制交联时间。将该混合药剂喷洒到要保护的土地满足絮凝、湿润与粘结功能，该药剂被吸收后经过一定时间后转化为不溶解性高吸水性树脂，利用其一定的强度与高吸水性、不溶性实现对土地的较长期保护，且成本低廉，实用性较强。本发明工艺利用原位生成高吸水性树脂需要一段时间的原理，通过时间尺度调度的办法，来兼顾抑尘与长效保水双重目的，已分别在内蒙古毛乌素沙地、江西乐平市水成沙洲、福建泉州市海滨沙地、山地与农田经放大使用成功。

Description

一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺
技术领域
本发明涉及土地防尘保水领域，具体是一种土地防尘保水工艺。
背景技术
化学抑尘技术是从粉尘特征与起尘机理出发，通过乳化、增溶与粘结、润湿、保水作用达到抑制尘土飞扬的功能的，目前化学抑尘技术使用的是各种表面活性剂:
1、常见的阴离子表面活性剂：高级脂肪酸盐，磺酸盐，硫酸酯盐，脂肪酸酰氯与蛋白水解缩合物，膦酸酯类。这部分比较大量用于矿山建筑与粉体加工业中，不用于对难降解物质敏感、成本要求严格的土地防尘保水工艺。
2、常见的阳离子表面活性剂：目前因毒性与高成本罕见使用。目前可查索到的是Howells.M的煤尘抑制剂，是一季胺、环氧乙烷、絮凝剂等配置的水溶液。
3、两性表面活性剂：因高成本目前罕见使用。可查索到的是Yartsev.V.A等人使用酰胺基甜菜碱、三乙醇胺烷基硫酸盐等配置的抑尘剂。
4、各种非离子表面活性剂：主要有聚乙二醇型、多元醇型及其他非离子表面活性剂。这部分是抑尘剂的主流，价格略高但基本无毒，被广泛使用。
5、各种高分子粘结剂：包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等多种合成高分子与糊精、海藻酸钠、淀粉、蛋白质、树胶等。其中聚丙烯酰胺水溶液被大量使用在各种抑尘乃至防水土流失方面，但均为直接使用。
上述为传统化学抑尘技术，已形成巨大的市场。然而从理论上看，乳化润湿保水与耐降水和耐灌溉是一对矛盾：乳化润湿保水性能的溶液均为高亲水性溶液，很容易被地表水冲走，或在胶体湿润的土壤团块中迁移。只能作为临时性的治理扬尘手段，例如传统的仅使用聚丙烯酰胺溶液喷洒在沙地防起尘的方法，时间稍长就降解失效及被流水带走，且不能保水，需经常撒播使用。要避免该问题的产生，相应需要的是抑尘药剂不溶于水且呈轻度交联状况存在。
土地保湿技术中，1961年由美国Fanta等人首先提出并已大量推广与农林、医药建材行业的方法是使用高吸水性树脂与土地混合，土地用高吸水性树脂常见有交联聚丙烯酰胺类、交联海藻酸类、交联淀粉及纤维素类，其特点为不溶于水且在土地中可保持1-12个月不被微生物和紫外线分解，起到保水、缓释肥料、改善土壤结构等作用。但这些高吸水性树脂可吸水但不溶于水，不能作为抑尘剂使用。
针对目前我国在黄土高原防水土流失、沙地治理与农业化、华北平原春旱起尘、矿山保护与防尘、公路及建筑等行业对低成本长效抑尘技术的急切需要，申请人对此进行深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种可兼顾抑尘与长效保水的基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺，将固含量为0.02-0.3％的聚丙烯酰胺类物质的水溶液与柠檬酸铝在pH值为5-7的条件下，按二者摩尔比为10-80：1的比例进行混合，混合后24小时内对土地进行喷洒，此24小时内显示出聚丙烯酰胺的强絮凝作用，能将尘土絮凝捕捉使之不受风蚀起尘，超过36小时后絮凝粉尘能力下降，3-7天后自然逐渐转化为不溶解性高吸水性树脂，使尘土粘结湿润在地表，能耐受较高强度降雨或浇灌。
一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺，将固含量为0.5％-5％的淀粉溶液或改性淀粉溶液，内掺占淀粉溶液或改性淀粉溶液重量0.01％-0.05％的聚乙二醇或腐殖酸盐作为保湿剂，占淀粉溶液或改性淀粉溶液重量0-0.5％的聚乙烯醇作为膜面增强剂，共同作为甲组分；硼酸盐玻璃粉悬浊液为乙组分；使用前，在pH值为5-9的条件下，按(淀粉或改性淀粉+聚乙烯醇)：硼酸根的摩尔比为10-80:1的比例将甲组分和乙组分进行混合，混合后喷洒到土地上，能使地面尘土被粘结不受风蚀起尘，并在0.1-1小时内转化为不溶解性高吸水性树脂，能耐受较弱的降雨、滴灌或渗灌。
采用上述方案后，本发明使用水溶性无毒可交联保湿剂，掺上交联剂，通过交联剂选择与用量控制交联时间。将该混合药剂喷洒到要保护的土地满足絮凝、湿润与粘结功能，该药剂被吸收后经过一定时间后转化为不溶解性高吸水性树脂，利用其一定的强度与高吸水性、不溶性实现对土地的较长期保护，且成本低廉，实用性较强。本发明工艺利用原位生成高吸水性树脂需要一段时间的原理，通过时间尺度调度的办法，来兼顾抑尘与长效保水双重目的，已分别在内蒙古毛乌素沙地、江西乐平市水成沙洲、福建泉州市海滨沙地、山地与农田经放大使用成功。
具体实施方式
实施例一：
一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺，将固含量为0.02-0.3％(重量比)的聚丙烯酰胺类物质的水溶液与柠檬酸铝在pH值为5-7的条件下，按二者摩尔比为10-80：1的比例进行混合，混合后24小时内对土地进行喷洒，此24小时内显示出聚丙烯酰胺的强絮凝作用，能将尘土絮凝捕捉使之不受风蚀起尘，超过36小时后絮凝粉尘能力下降，3-7天后自然逐渐转化为不溶解性高吸水性树脂，使尘土粘结湿润在地表，能耐受较高强度降雨(指正常气象意义的中雨)、浇灌等农业行为。野外实验显示0.5-1年有效。本实施例中使用的上述各物质均可降解，对土壤和作物发芽生长无害。该工艺防法尘保水性能较好，适合各种状况的土地抑尘防流失使用。尤其前期絮凝捕尘与后期交联后捕捉露水致湿能力均很强，在沙地治理、石壁护坡方面使用意义很大。
本实施例中，聚丙烯酰胺类物质可采用聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺或淀粉接枝—丙烯酰胺共聚物；碱性土壤可选用丙烯酸—丙烯酰胺共聚物。
实施例二：
一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺，将固含量为0.5％-5％(重量比)的淀粉溶液或改性淀粉溶液，内掺占淀粉溶液或改性淀粉溶液重量0.01％-0.05％的聚乙二醇或腐殖酸盐作为保湿剂，以及占淀粉溶液或改性淀粉溶液重量0-0.5％(重量比)的聚乙烯醇作为膜面增强剂，共同作为甲组分；硼酸盐玻璃粉悬浊液为乙组分；使用前，在pH值为5-9的条件下，按(淀粉或改性淀粉+聚乙烯醇)：硼酸根的摩尔比为10-80:1的比例将甲组分和乙组分进行混合，混合后(以混合后10分钟内为宜)喷洒到土地上，能使地面尘土被粘结不受风蚀起尘，并在0.1-1小时内转化为不溶解性高吸水性树脂，能耐受较弱的降雨(指正常气象意义的小雨)、滴灌、渗灌等冲刷行为。野外实验2-3个月有效，本实施例中使用的上述各物质均可降解，对土壤和作物发芽生长无害，且可辅助土壤微生物群的复壮，有利于生态体系构建，价格低廉，适合农林牧业春旱土地沙地和矿山治理。
本实施例中，硼酸盐玻璃粉作为一种硼酸的缓释剂使用，可避免甲组分迅速凝固。硼酸盐玻璃粉与磷酸盐玻璃粉共同称为玻璃肥料(1992年中国《中国化肥手册》)，农业上作为微量元素肥料使用。由于矿物原料的不确定成分导致该硼酸盐玻璃粉没有具体配比，因此本发明中用硼酸根比例来作为配比计算。本发明中使用的硼酸盐玻璃粉为按合适比例用硼镁矿、钾长石、磷矿石等廉价天然矿石熔融后淬水，行星球磨机研磨而得。
具体应用例：
1、2003年毛乌素沙地蘑菇滩村。
使用生活污泥/土改性后铺设沙丘，表面喷洒固含量为0.1％的聚丙烯酰胺与柠檬酸铝混合物(混合后24小时内进行喷洒)，pH为中性，二者摩尔比为20:1。
喷洒后可发现沙丘表面可捕捉尘土，随后数天转化为不溶解性高吸水性树脂，照片跟踪观察发现沙丘清晨时吸收露水保持湿土状态，空白组则为干燥状态；在半年干旱状态下，次年4-5月份有大量菊科和藜科植物在沙丘生长。对比未喷洒区域极少植物生长，未改造沙丘基本寸草不生。改造后土层未出现明显的风蚀现象，证实该保护层有较高机械强度。
2、2004年江西乐平市沙洲与泉州某疏松红土山地护坡实验。
在改造后的沙洲土地上，喷洒固含量为0.05％的聚丙烯酰胺与柠檬酸铝混合物(混合后24小时内进行喷洒)，pH近中性，二者摩尔比15:1。
喷洒后发现浇灌时泥土呈絮凝状态不散开流动，土壤团块形成；随后数天后转化为不溶解性高吸水性树脂，照片跟踪经过3个月灌溉未出现土壤流失状态，土壤保湿性能远优于未喷洒区。该现象在泉州清源山下南少林寺边玄武岩风化形成的疏松红土山地(坡度约20度)3-11月份的护坡实验被重现。
3、2004年泉州赤湖海滨沙地
泉州赤湖海滨沙地因常年强风起尘严重，选择6月份旱季开始时在生活污泥碎块改造后的海滨沙地。
以1％煮沸冷却后的淀粉溶液，掺0.1％腐殖酸铵作为保湿剂，0.2％聚乙烯醇作为膜面增强剂，为甲溶液；硼酸盐玻璃粉悬浊液为乙溶液；按(淀粉+聚乙烯醇)：硼酸根的摩尔比20:1将甲、乙溶液进行混合，混合后喷洒于所选的沙面(预先铺设上少量木屑落叶)使之潮湿，数小时后转化为不溶解性高吸水性树脂，地表抗海滨强风不起沙尘，早晨发现喷洒药剂的沙地湿度明显高于空白沙地，一周后沙地取土可闻到明显微生物发育的霉土味道。效果：禾本科种子发芽率远高于未喷洒沙地；扦插番薯藤存活率与长势明显优于未喷洒沙地。约2-3个月后分解消失。
本发明使用水溶性无毒可交联保湿剂，掺上交联剂，通过交联剂选择与用量控制交联时间。将该混合药剂喷洒到要保护的土地满足絮凝、湿润与粘结功能，该药剂被吸收后经过一定时间后转化为不溶解性高吸水性树脂，利用其一定的强度与高吸水性、不溶性实现对土地的较长期保护。基于这个发明思路，与秸秆、森林凋落物复合使用也在本专利保护范围。

Claims (2)

1.一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺，其特征在于：将固含量为0.02-0.3％的聚丙烯酰胺类物质的水溶液与柠檬酸铝在pH值为5-7的条件下，按二者摩尔比为10-80：1的比例进行混合，混合后24小时内对土地进行喷洒，此24小时内显示出聚丙烯酰胺的强絮凝作用，能将尘土絮凝捕捉使之不受风蚀起尘，超过36小时后絮凝粉尘能力下降，3-7天后自然逐渐转化为不溶解性高吸水性树脂，使尘土粘结湿润在地表，能耐受较高强度降雨或浇灌。
2.一种基于缓慢生成保水凝胶基础的土地防尘保水工艺，其特征在于：将固含量为0.5％-5％的淀粉溶液或改性淀粉溶液，内掺占淀粉溶液或改性淀粉溶液重量0.01％-0.05％的聚乙二醇或腐殖酸盐作为保湿剂，占淀粉溶液或改性淀粉溶液重量0-0.5％的聚乙烯醇作为膜面增强剂，共同作为甲组分；硼酸盐玻璃粉悬浊液为乙组分；使用前，在pH值为5-9的条件下，按淀粉或改性淀粉与聚乙烯醇的和与硼酸根的摩尔比为10-80:1的比例将甲组分和乙组分进行混合，混合后喷洒到土地上，能使地面尘土被粘结不受风蚀起尘，并在0.1-1小时内转化为不溶解性高吸水性树脂，能耐受较弱的降雨、滴灌或渗灌。
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