CN105154091B - 一种高盐碱沙漠地固沙剂 - Google Patents
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Abstract
一种高盐碱沙漠地固沙剂，由浓度0.5～5.0％的非离子表面活性剂溶液5～25份、浓度30～40％的固沙乳液1～8份均匀混合得到的组合物，将其均匀喷覆在含盐量为3％左右的沙土表面，待自然风干后，其共混物会形成一种具有高强度耐盐碱的固结层。本产品对高盐碱沙地具有优异的粘结性能、抗风蚀性强、不污染环境、减少沙地水分蒸发、不影响沙土微生物生长、且生产成本低，制备方法简便，适合大规模化固沙等优点，可用于高盐碱沙地的沙漠化防治。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种沙漠固沙剂，确切地说是一种高盐碱沙漠地固沙剂。
二、技术背景
盐碱地沙漠化作为极其重要的环境和社会问题正困扰着当今世界，威胁着人类的生存和发展，世界各国都把遏制盐碱地沙漠化作为生态环境建设和可持续发展的重要课题。
国外对改良盐碱地的研究较早，美国、原苏联、澳大利亚、以色列、日本等国学者在20世纪30年代就开始对土壤盐碱化进行研究。前苏联学者就是否采用人工排水防治土壤次生盐碱化的问题展开过激烈的争论：以B.A.萨乌缅为代表的学者认为，防治的主要措施应该是控制用水和草田轮作；而以B.A.柯夫达为代表的学者，则建议将修建排水网作为防治的主要手段。此外，巴基斯坦、印度、埃及、以色列及澳大利亚等国的科学家在植物方面开展了大量的研究，以提高植物的耐盐碱适应能力。
我国盐碱地面积约为9913×104hm2,其中现代盐碱地约3.693×107hm2，残余盐碱地约4.487×107hm2，并且尚有1.733×107hm2的潜在盐渍土，主要分布在全国5大区的23个省、市、自治区的平原，包括滨海盐碱土区、黄淮海平原盐碱土区、西北半干旱盐碱土区和干旱盐碱土区以及东北盐碱土区。因此，治理和改良盐碱地沙漠化问题已经成为我国发展农业、改善生态环境、促进经济与生态可持续发展的重要任务。
我国对盐碱地进行大规模的研究和开发治理工作始于20世纪50年代，多采用水利、农业、物理、化学等单项措施进行改良。60年代中期，在熊毅等人倡导下，利用井灌井排取得很好的效果。虽然这些水利工程措施在降低地下水位、防治土壤盐碱化方面起到一定的作用，但灌溉冲洗与排水需要有淡水资源和大量投资，且用于维护与管理的代价也较大，最重要的是，这些措施均未从根本上解决盐碱地沙漠化问题。
长期以来，在采用化学固沙材料进行高盐碱地沙漠化治理的实践中，一直存在着固沙材料耐盐碱性能差的问题。迄今为止，还没有可对高盐碱地沙漠化进行治理的有效材料。日本东丽公司研制的聚氨酯固沙剂，虽已成功应用于我国多个地区的固沙试验，但在青海盐碱沙漠地区，一直未能取得好的效果。面对我国盐碱地沙漠化面积仍在扩大的严峻态势，开发出能有效遏制高盐碱地沙漠化的适用材料及方法，是一项十分紧迫的艰巨任务。
当土壤含盐量为0.1％，或土壤pH值为8.0时，就属于盐碱土，本申请涉及盐含量为3％，属于高盐碱土。
三、发明内容
本发明针对目前的固沙材料不耐高盐碱的缺陷，旨在提供一种适用于高盐碱沙漠地固沙的固沙材料(固沙剂)，所要解决的技术问题是固沙材料在高盐碱地易粉化的问题。
本固沙剂的技术方案是由浓度为0.5～5.0％的非离子表面活性剂溶液5～25份、浓度为30～40％的固沙乳液1～8份混合均匀的组合物即是固沙剂。
所述的浓度为质量百分浓度，所述的份为质量份。
所述的非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪醇聚氧化乙烯醚、聚氧乙烯单月桂酸酯、(聚氧乙烯-聚氧丙烯)嵌段聚醚L35、L45、F68及吐温20、吐温40、吐温60、吐温80中的一种或两种以上。
所述的固沙乳液选自阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液、两性型聚醋酸乙烯酯共聚乳液、非离子型聚(醋酸乙烯酯-乙烯)共聚乳液、阴离子型聚丙烯酸酯共聚乳液、两性型聚丙烯酸酯共聚乳液中一种或两种以上。
上述共聚乳液是乳液聚合得到的浓度为30～40％的共聚乳液。优选31～35％，以33％为佳。
使用时将固沙剂均匀喷覆在含盐量为3％左右的沙土表面，自然风干后即形成一层具有良好承压性和优异抗风蚀效果的固结层。
本固沙剂的作用原理：
化学固沙机理：固沙乳液多为共聚乳液，具有粘接性能。沙粒之间虽然是紧密堆砌在一起，但仍存在着微小的通道，一旦该乳液喷覆至沙地表面，一部分液滴便渗入到沙体内，与沙粒胶结在一起，而剩余大部分的液滴则在沙地表面形成结皮，待其固化后，沙地得以固定。除了固沙乳液的粘接作用外，还存在一些复杂的固沙因素，如该乳液颗粒表面带有电荷，它们与沙粒之间会通过电荷间相互作用，影响相邻表面沙粒之间的“吸引-排斥”力，同时该乳液分子中所含的官能团会产生分子内作用，形成连续或非连续网状结构，将沙粒牢固地粘结在一起。本固沙剂对沙粒实现了连续网状由表及里的固定，所以团结强度高。
耐盐机理：由于NaCl具有高吸湿性，空气中少量水分子的存在就可使NaCl粒子间在毛细管作用下形成氢键，产生硬团聚结合体。乳液在固化过程中，硬团聚体的形成将严重破坏高分子乳液的连续相，使得乳液的机械性能下降，从而降低了固沙效果。而非离子表面活性剂的加入，减小了形成晶核的界面能，提高了成核速率，减小了NaCl晶粒尺寸；同时，非离子表面活性剂还可以在NaCl的微晶粒表面形成疏水性保护膜，以阻止NaCl粒子的吸湿结块，减少NaCl团聚体对胶膜的破坏，这就有效地解决了固化膜的粉化问题，从而提高了乳液在高盐碱地的固沙性能。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)该法简单，易于操作，可大大降低固沙的施工成本，提高了野外固沙施工的可操作性。
(2)非离子表面活性剂的加入，极大地提高了高盐碱沙漠地的固沙效果；
(3)非离子表面活性剂与固结层均能有效抑制沙地下部水分的蒸发，增强保水性，有利于耐盐碱植物的种植，可加快高盐碱沙漠地的生态恢复。
四、附图说明
图1为NaCl在不同浓度非离子表面活性剂(聚醚L35)溶液中结晶情况的照片。
图2为本发明实施例1中不同浓度非离子表面活性(聚醚L35)剂对沙土微生物生长的影响。
图3为本发明实施例1中不同浓度的非离子表面活性剂(聚醚L35)与阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液的结合使用后对沙土抗压强度的影响。
图4为本发明实施例1中含不同浓度的非离子表面活性剂(聚醚L35)与阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液的结合使用后的沙土的保水性能。
图5为本发明实施例1中含不同浓度的非离子表面活性剂(聚醚L35)与阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液复配物喷洒后沙土表面的固结情况的照片。
五、具体实施方式
非限定实施例叙述如下：
为了更好的理解本发明，下面实施例是对本发明的进一步说明，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。
实施例1
将聚醚L35用水溶解配制成不同质量分数的溶液后备用，按各原料所占质量的份数计，该方法是由聚醚L35溶液10份、阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液3份，经混合均匀后，将其均匀喷覆在含盐量为3％的沙土表面，待混合物自然风干后形成一层具有良好承压性和优异抗风蚀效果的固结层。
沙模的制备：将聚醚L35用水溶解配成质量分数为0.5％、1.0％、2.0％、3.0％、4.0％溶液，然后分别利用上述聚醚L35溶液，将阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液稀释至固含量为3％的稀释液；称取10g含盐量为3％的沙土与1.0g上述稀释液混合均匀制备沙模(直径为2.0cm，高度为2.2cm)，自然条件下干燥，即得沙模。
图1为NaCl在不同浓度聚醚L35溶液中结晶情况，从图中可以看出，非离子表面活性剂的加入极大地减小了NaCl的晶粒尺寸，阻止了硬团聚体的形成，晶粒尺寸的减小意味着微粒对乳液连续相的破坏相对降低，从而提高了固结层的固结强度，表明该非离子表面活性剂的加入能够提高固沙材料的耐盐碱性。
图2为不同浓度聚醚L35溶液对沙土微生物生长的影响，从图中可以看出，随着非离子表面活性剂含量的增加，沙土微生物数量变化不大，即在实验所测的浓度范围内，聚醚L35基本上不影响微生物的生长，进而为非离子表面活性剂/阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液在高盐碱沙地的生态固沙提供了可行性。
图3为采用含不同浓度的聚醚L35与阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液混合，固定沙模后，沙模的抗压强度。从图中可以看出，聚醚L35的加入极大地提高了沙模的抗压强度，抗压强度大意味着固结层不容易受外力破坏。表明该非离子表面活性剂的加入，能够提高固沙材料的耐盐碱性，使固沙材料能经受高盐碱沙漠环境应力的影响。
图4为含不同浓度的非离子表面活性剂(聚醚L35)与阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液的结合使用后的沙土的保水性能，从图中可以看出，聚醚L35的加入，降低了沙漠水分的蒸发，极大地提高了沙漠的保水能力，在一定程度上增加了水分的利用，为植物和微生物的生长提高了更为有利的环境，促进了沙土向土壤的转变，加速了沙漠的生态修复。
图5为含不同浓度的非离子表面活性剂(聚醚L35)与阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液复配物喷洒后，在自然条件下干燥，沙土表面的固结情况，从图中可以看出，随着聚醚L35含量的增加，沙土表面固结层粉化程度逐渐降低，在聚醚L35的浓度达到3.0％时，沙土表面形成较为致密的且具有较高硬度的固结层，使得固沙材料能经受住高盐碱沙漠环境外力的变化。
实施例2
将烷基酚聚氧乙烯醚用水溶解配制成不同质量分数的溶液后备用，按各原料所占质量的份数计，该方法是由烷基酚聚氧乙烯醚溶液8份、非离子型聚(醋酸乙烯酯-乙烯)共聚乳液5份，经混合均匀后，将其均匀喷覆在含盐量为3％的沙土表面，待混合物自然风干后形成一层具有良好承压性和优异抗风蚀效果的固结层。
实施例3
将脂肪醇聚氧化乙烯醚用水溶解配制成不同质量分数的溶液后备用，按各原料所占质量的份数计，该方法是由脂肪醇聚氧化乙烯醚溶液15份、非离子型聚(醋酸乙烯酯-乙烯)共聚乳液4份，经混合均匀后，将其均匀喷覆在含盐量为3％左右的沙土表面，待混合物自然风干后形成一层具有良好承压性和优异抗风蚀效果的固结层。
实施例4
将聚醚F68用水溶解配制成不同质量分数的溶液后备用，按各原料所占质量的份数计，该方法是由聚醚F68溶液12份、非离子型聚(醋酸乙烯酯-乙烯)共聚乳液6.5份，经混合均匀后，将其均匀喷覆在含盐量为3％左右的沙土表面，待混合物自然风干后形成一层具有良好承压性和优异抗风蚀效果的固结层。
实施例5
将聚醚L45用水溶解配制成不同质量分数的溶液后备用，按各原料所占质量的份数计，该方法是由聚醚L45溶液9份、两性型聚丙烯酸酯乳液6份，经混合均匀后，将其均匀喷覆在含盐量为3％左右的沙土表面，待混合物自然风干后形成一层具有良好承压性和优异抗风蚀效果的固结层。
实施例6
将吐温60用水溶解配制成不同质量分数的溶液后备用，按各原料所占质量的份数计，该方法是由吐温60溶液7份、两性型聚醋酸乙烯酯酯乳液5.5份，经混合均匀后，将其均匀喷覆在含盐量为3％左右的沙土表面，待混合物自然风干后形成一层具有良好承压性和优异抗风蚀效果的固结层。
Claims (3)
1.一种高盐碱沙漠地固沙剂，其特征在于：本固沙剂是由浓度为0.5～5.0％的非离子表面活性剂溶液5～25份、浓度为30～40％的固沙乳液1～8份混合均匀的组合物；
所述非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧化乙烯醚、聚氧乙烯单月桂酸酯、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段聚醚L35、L45、F68及吐温20、吐温40、吐温60、吐温80中的一种或两种以上；
所述的固沙乳液选自阴离子型聚醋酸乙烯酯共聚乳液、两性型聚醋酸乙烯酯共聚乳液、非离子型聚醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液、阴离子型聚丙烯酸酯共聚乳液、两性型聚丙烯酸酯共聚乳液中的一种或两种以上；
所述的高盐碱沙漠地是含盐量为3％的沙漠地。
2.根据权利要求1所述的固沙剂，其特征在于：固沙乳液浓度为31～35％。
3.根据权利要求2所述的固沙剂，其特征在于：固沙乳液浓度为33％。
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