CN104861985A - 有机环保固沙剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机环保固沙剂，以造纸废水中的木质素为原料，首先与醛类物质反应，使其形成更多的活性基团，然后与交联剂、醛类物质和固化剂进一步反应，得到有机环保固沙产品，其中各组分按重量比关系为：木质素：水：醛类物质：交联剂：固化剂=1:1：0.2-0.24:0.04-0.08:0.1-0.2。本发明易溶于水，粘结性能强、强度高、抗风蚀、抗水分蒸发效果好、无污染、环保。喷施于沙土地面后形成沙结皮，既吸收地上水分，又减少地下水分蒸发，能够满足实际固沙应用中的要求，还能提高沙土中的氮、磷、钾和微量元素及有机质的含量，改良土壤，促进植物生长；在短时间内能够降解。喷施量为25-30g/m2，成本低，施工简单，易于推广。本发明还公开了一种有机环保固沙剂的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗沙漠化的固沙材料，具体是指一种有机环保固沙剂及制备方法。
背景技术
土地荒漠化是当今世界面临的最大环境问题之一，自1949年以来，我国先后研制出了100多种工程固沙和生物固沙模式，但都不同程度地存在着成本高、见效慢、效益低和施工缓慢等缺点。化学防治技术是荒漠化治理的一种主要途径，其优点是成本低，见效快，施工简便。国外在上世纪30年代开始研究化学固沙，50年代得到了较大的发展，到目前为止，已经研制出了150多种化学固沙剂，一部分投入到了实践中，用于防沙、固沙，改善沙土地。我国在上世纪60年代对化学固沙技术取得了一定成果。
传统的固沙剂有：石油产品类、水泥浆类、水玻璃类和高分子聚合物高吸水树脂类。新型固沙剂有：无机类、有机类、有机-无机合成复合类、微生物类和生态环境类。固沙剂具有固沙、防尘的作用而被广泛应用。中国专利201310554598.4公开了一种利用糠醛废液制备固沙剂的方法，但方法复杂。木质素磺酸盐是造纸工业的副产品，我国年产量约 l5万吨，另外还有很多造纸企业的制浆废液不经过回收处理而直接排放，造成了极大的污染和浪费。将木质素磺酸钙（钠）改性制备固沙剂，既有效地利用了木质素磺酸钙（钠），减轻造纸企业污染问题，又可以变废为宝，增加企业收入，同时又达到了防风固沙的目的，同时可以降低由于大风天气引起的沙尘暴。另外，与其他有机固沙剂相比，木质素磺酸钙固沙剂由天然产物制得，产品无毒无害，而且可生物降解，因此在固沙应用过程中不会造成污染。产品具有较好的稳定性、粘结性、保水性和压缩强度能够满足实际固沙应用中的要求，可以作为很好的防风固沙材料，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能够充分地利用资源，有效固沙的有机环保固沙剂。
本发明还提供了一种有机环保固沙剂的制备方法。
为达到上述目的，本发明所提供的技术方案如下：
一种有机环保固沙剂，经过木质素水溶液中加醛类物质的初始反应、再加交联剂、醛类物质和固化剂的第二步反应，最后干燥制得，其中各组分按重量比关系为：
木质素：水：醛类物质：交联剂：固化剂=1:1：0.2-0.24:0.04-0.08:0.1-0.2，
所述的木质素为亚硫酸法造纸制浆产生的废料木质素磺酸钙或木质素磺酸钠，
所述的醛类物质为甲醛或乙醛，
所述的交联剂为0.1-0.3% 的聚丙烯酰胺，
所述的固化剂为甲基纤维素钠或羟丙基纤维素钠、羧甲基淀粉钠。
进一步地，所述初始反应的pH值控制在7.5-9.5，所述第二步反应的pH值控制在5.0-6.5。
进一步地，所述的初始反应和第二步反应的时间分别控制在2h-2.5h，反应温度均控制在60-90℃。
进一步地，所述的交联剂缓慢滴加，速度控制在3-5d/min。
进一步地，所述的干燥为喷雾干燥法。
一种如上所述的有机环保固沙剂的制备方法，由下列步骤组成：
①初始反应：木质素加水配成水溶液，加热，温度控制在60-90℃，在不断搅拌下，缓慢滴加醛类物质，控制pH值在7.5-9.5之间，反应2h-2.5h；
②第二步反应：在上述初始反应的溶液中缓慢滴加交联剂、醛类物质， pH值控制在5.0-6.5之间，温度控制在60-90℃，再缓慢滴加固化剂，反应2h-2.5h，停止加热；
③干燥：上述第二步反应的产物用喷雾干燥法干燥。
进一步地，一种有机环保固沙剂的制备方法，所述的交联剂缓慢滴加，速度控制在3-5d/min。
本发明以亚硫酸盐法造纸废水中的木质素磺酸钙（钠）为原料，首先与醛类物质反应，在弱碱性条件下改性，使其形成更多的活性基团，然后与丙烯酰胺和醛类物质发生反应，以羧甲基纤维素钠（羟丙基纤维素钠或羧甲基淀粉钠）为固化剂，得到具有共混、接枝、嵌段聚合物优异性能的固沙剂产品。固沙剂产品易溶于水，粘结性能更强、强度更高、抗风蚀、抗水分蒸发效果更好、无污染、环保，能够降解的固沙剂产品。本发明有机环保固沙剂，喷施于沙土地面后形成沙结皮，既能吸收地上水分，又能减少地下水分蒸发，具有较好的稳定性、粘结性、保水性和压缩强度；不仅能够满足实际固沙应用中的要求，而且还能提高了沙土中的氮、磷、钾和微量元素以及有机质的含量，改良土壤；在短时间内能够降解，无污染，环保。喷施后，可以促进植物生长。喷施量为25-30g/m2，成本低，施工简单，易于推广。
具体实施方式
实施例1
首先，配制溶液：1）将氢氧化钾溶于20-50mL，配成10%的溶液；
2）将0.1-0.3g聚丙烯酰胺溶解在60-70℃的100mL水中，搅拌均匀；
3）将羧甲基纤维素钠0.5-1g溶于20-30mL水中，搅拌均匀；
其次，初始反应：4) 将木质素磺酸钙50g加入四口瓶中，加入50-60mL水，搅拌均匀；
5）加热，控制温度在60-90℃，在不断搅拌下，往四口瓶中缓慢滴加5-7mL甲醛，再加入溶液10%氢氧化钾3-4.5mL，控制pH值在7.5-9.5之间，反应2h；
再次，第二步反应：6） 往四口瓶中缓慢滴加0.1-0.3%聚丙烯酰胺2-4mL，甲醛5mL，再加入1：6（体积比）的硫酸3-7mL，pH值在5.0-6.5之间，反应1h，聚丙烯酰胺缓慢滴加的速度控制在3-5d/min；
7）往四口瓶中缓慢滴加甲基纤维素钠5-10mL，继续反应1h，第二步反应的温度控制在60-90℃，然后停止加热；
最后，干燥：8）为有利于储存和运输方便，将上述产物喷雾干燥，即可得到固沙剂产品。
将得到固沙剂配成3%的溶液喷施到沙层表面，形成5mm厚致密薄壳，采用堆载法测定抗压强度为0.63MPa。
实施例2
首先，配制溶液：1）将氢氧化钾溶于20-50mL，配成10%的溶液；
2）将0.1-0.3g聚丙烯酰胺溶解在60-70℃的100mL水中，搅拌均匀；
3）将羟丙基甲基纤维素钠0.5-1g溶于20-30mL水中，搅拌均匀；
其次，初始反应：4) 将木质素磺酸钙50g加入四口瓶中，加入50-60mL水，搅拌均匀；
5）加热，控制温度在60-90℃，在不断搅拌下，往四口瓶中缓慢滴加5-7mL甲醛，再加入溶液10%氢氧化钾3-4.5mL，控制pH值在7.5-9.5之间，反应2h；
再次，第二步反应：6） 往四口瓶中缓慢滴加0.1-0.3%聚丙烯酰胺2-4mL，甲醛5mL，再加入1：6（体积比）的硫酸3-7mL，pH值在5.0-6.5之间，反应1h，聚丙烯酰胺缓慢滴加的速度控制在3-5d/min；
7）往四口瓶中缓慢滴加羟丙基甲基纤维素钠5-10mL，继续反应1h，第二步反应的温度控制在60-90℃，然后停止加热；
最后，干燥：8）为有利于储存和运输方便，喷雾干燥，即可得到固沙剂产品。
将得到固沙剂配成3%的溶液喷施到沙层表面，形成5mm厚致密薄壳，采用堆载法测定抗压强度为0.89MPa。
实施例3
首先，配制溶液：1）将氢氧化钾溶于20-50mL，配成10%的溶液；
2）将0.1-0.3g聚丙烯酰胺溶解在60-70℃的100mL水中，搅拌均匀；
3）将羧甲基淀粉钠0.5-1g溶于20-30mL水中，搅拌均匀；
其次，初始反应：4) 将木质素磺酸钙50g加入四口瓶中，加入50-60mL水，搅拌均匀；
5）加热，控制温度在60-90℃，在不断搅拌下，往四口瓶中缓慢滴加5-7mL甲醛，再加入溶液10%氢氧化钾3-4.5mL，控制pH值在7.5-9.5之间，反应2h；
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最后，干燥：8）为有利于储存和运输方便，喷雾干燥，即可得到固沙剂产品。
将得到固沙剂配成3%的溶液喷施到沙层表面，形成5mm厚致密薄壳，采用堆载法测定抗压强度为0.43MPa。
实施例4
首先，配制溶液：1）将氢氧化钾溶于20-50mL，配成10%的溶液；
2）将0.1-0.3g聚丙烯酰胺溶解在60-70℃的100mL水中，搅拌均匀；
3）将羧甲基纤维素钠0.5-1g溶于20-30mL水中，搅拌均匀；
其次，初始反应：4) 将木质素磺酸钙50g加入四口瓶中，加入50-60mL水，搅拌均匀；
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7）往四口瓶中缓慢滴加羧甲基纤维素钠5-10mL，继续反应1h，第二步反应的温度控制在60-90℃，然后停止加热；
最后，干燥：8）为有利于储存和运输方便，喷雾干燥，即可得到固沙剂产品。
将得到固沙剂配成3%的溶液喷施到沙层表面，形成5mm厚致密薄壳，采用堆载法测定抗压强度为0.61MPa。
实施例5
首先，配制溶液：1）将氢氧化钾溶于20-50mL，配成10%的溶液；
2）将0.1-0.3g聚丙烯酰胺溶解在60-70℃的100mL水中，搅拌均匀；
3）将羟丙基甲基纤维素钠0.5-1g溶于20-30mL水中，搅拌均匀；
其次，初始反应：4) 将木质素磺酸钠50g加入四口瓶中，加入50-60mL水，搅拌均匀；
5）加热，控制温度在60-90℃，在不断搅拌下，往四口瓶中缓慢滴加5-7mL乙醛，再加入溶液10%氢氧化钾1.5-3mL，控制pH值在7.5-9.5之间，反应2h；
再次，第二步反应：6）往四口瓶中缓慢滴加0.1-0.3%聚丙烯酰胺2-4mL，乙醛5mL，再加入1：6（体积比）的硫酸5-9mL，控制pH值在5.0-6.5之间，反应1h，聚丙烯酰胺缓慢滴加的速度控制在3-5d/min；
7）往四口瓶中缓慢滴加羟丙基甲基纤维素钠5-10mL，继续反应1h，第二步反应的温度控制在60-90℃，然后停止加热；
最后，干燥：8）为有利于储存和运输方便，喷雾干燥，即可得到固沙剂产品。
将得到固沙剂配成3%的溶液喷施到沙层表面，形成5mm厚致密薄壳，采用堆载法测定抗压强度为0.81MPa。
实施例6
首先，配制溶液：1）将氢氧化钾溶于20-50mL，配成10%的溶液；
2）将0.1-0.3g聚丙烯酰胺溶解在60-70℃的100mL水中，搅拌均匀；
3）将羧甲基淀粉钠0.5-1g溶于20-30mL水中，搅拌均匀；
其次，初始反应：4) 将木质素磺酸钠50g加入四口瓶中，加入50-60mL水，搅拌均匀；
5）加热，控制温度在60-90℃，在不断搅拌下，往四口瓶中缓慢滴加5-7mL乙醛，再加入溶液10%氢氧化钾1.5-3mL，控制pH值在7.5-9.5之间，反应2h；
再次，第二步反应：6）往四口瓶中缓慢滴加0.1-0.3%聚丙烯酰胺2-4mL，乙醛5mL，再加入1：6（体积比）的硫酸5-9mL，控制pH值在5.0-6.5之间，反应1h，聚丙烯酰胺缓慢滴加的速度控制在3-5d/min；
7）往四口瓶中缓慢滴加羧甲基淀粉钠5-10mL，继续反应1h，第二步反应的温度控制在60-90℃，然后停止加热；
最后，干燥：8）为有利于储存和运输方便，喷雾干燥，即可得到固沙剂产品。
将得到固沙剂配成3%的溶液喷施到沙层表面，形成5mm厚致密薄壳，采用堆载法测定抗压强度为0.38MPa。
上述说明仅是对本发明实施例的详细描述，但本发明并不限定于上述实施方式。在权利要求书和说明书技术方案所示的范围之内通过一些修改，可实现不同的实施方式，而这种修改应属于本发明的范围。
Claims (7)
1.一种有机环保固沙剂，经过木质素水溶液中加醛类物质的初始反应、再加交联剂、醛类物质和固化剂的第二步反应以及最后干燥制得，其中各组分按重量比关系为：
木质素：水：醛类物质：交联剂：固化剂=1:1：0.2-0.24:0.04-0.08:0.1-0.2，
所述的木质素为亚硫酸法造纸制浆产生的废料木质素磺酸钙或木质素磺酸钠，
所述的醛类物质为甲醛或乙醛，
所述的交联剂为0.1-0.3% 的聚丙烯酰胺，
所述的固化剂为甲基纤维素钠或羟丙基纤维素钠、羧甲基淀粉钠。
2.根据权利要求1所述的一种有机环保固沙剂，其特征在于所述初始反应的pH值控制在7.5-9.5，所述第二步反应的pH值控制在5.0-6.5。
3.根据权利要求1所述的一种有机环保固沙剂，其特征在于所述的初始反应和第二步反应的时间分别控制在2h-2.5h，反应温度均控制在60-90℃。
4.根据权利要求1所述的一种有机环保固沙剂，其特征在于所述的交联剂缓慢滴加，速度控制在3-5d/min。
5.根据权利要求1所述的一种有机环保固沙剂，其特征在于所述的干燥为喷雾干燥法。
6.一种如权利要求1所述的有机环保固沙剂的制备方法，由下列步骤组成：
①初始反应：木质素加水配成水溶液，加热，温度控制在60-90℃，在不断搅拌下，缓慢滴加醛类物质，控制pH值在7.5-9.5之间，反应2h-2.5h；
②二步反应：在上述初始反应的溶液中缓慢滴加交联剂、醛类物质， pH值控制在5.0-6.5之间，温度控制在60-90℃，再缓慢滴加固化剂，反应2h-2.5h，停止加热；
③干燥：上述第二步反应的产物用喷雾干燥法干燥。
7.根据权利要求6所述的一种有机环保固沙剂的制备方法，其特征在于所述的交联剂缓慢滴加，速度控制在3-5d/min。
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