CN107557014A - 一种酸性氢氧化镁铝及其制备方法和在盐碱土改良的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酸性氢氧化镁铝及其制备方法和在滨海盐碱土改良的应用。该酸性氢氧化镁铝改良剂是MgCl₂和AlCl₃按照1：3的摩尔比在稀释3倍的氨水滴加下通过共沉淀的方法制得。本发明从土壤微观双电层角度利用负电荷盐碱土壤胶体和制得的正电荷氢氧化镁铝胶体间扩散层的重叠来降低土壤对盐基阳离子吸附能力从而实现盐碱土的脱盐改良。该酸性氢氧化镁铝能够显著改善滨海盐碱土，促进土壤团聚、促进盐碱土中盐分的脱出、降低土壤pH，在不引入新的污染物质的前提下通过对土壤的改性实现盐碱土的改良。该材料不但能够解决土壤盐碱化问题，还能有效预防土壤的盐渍化，是一种绿色环保型材料。

Description

一种酸性氢氧化镁铝及其制备方法和在盐碱土改良的应用

技术领域

本发明属于土壤改良领域，特别涉及一种酸性氢氧化镁铝及其制备方法和在滨海盐碱土改良方面的应用。

背景技术

土地盐渍化问题在世界范围内广泛存在，是由自然或人类活动引起的一种环境问题。全球土地面积13.2×10⁹ha，其中可耕种的土地7×10⁹ha，已耕种土地1.5×10⁹ha。已耕土地中约0.34×10⁹ha(23％)为盐土、0.56×10⁹ha(37％)为碱土，分布于100多个国家。而我国盐渍土总面积约3.6×10⁷ha，占全国可利用土地面积的4.88％,其中滨海盐碱土约1.3×10⁶ha。我国人多地少，耕地资源非常紧张，人均耕地仅0.09ha，不到世界平均水平的40％。因此，为了解决我国的耕地问题以及其它用地问题，滨海盐碱土可作为我国重要的盐碱土开发利用资源。我国拥有长达18000km的海岸线和众多岛屿，海岸带盐土资源十分丰富，主要分布在渤海西岸、东南沿海各省市，多属中国沿海经济发达地区。滨海盐碱土主要受海水的浸渍而成，沿海地区海拔低，淤泥土层较薄，盐分易升至地表，导致土壤盐碱化，植被容易被破坏，形成盐碱地。

天津滨海地区属于海退地和吹填造陆区，土壤和地下水原生含盐量较高，加上地势低平，地下水位埋深浅，在半干旱气候条件下，蒸发强烈，盐分大量向土壤表层累积，导致土壤次生盐渍化现象分布广泛，滨海地区盐渍化土壤占该地区总面积的74.7％。土壤盐渍化对土地资源造成了破坏，同时也对区域的生态环境构成了威胁。因此，寻找一种有效的改良方法成为亟待解决的问题。

盐碱土的改良一直是土壤科研工作者们所面临的重大科研难题，目前所采用的改良措施有物理、水利、化学和生物四大类，这些方法都各存利弊。物理方法相对简单、可操作性强、适用范围广，但发展空间有限、成本高；水利方法发展比较成熟、适用范围广，但是技术创新有限、需消耗大量水资源；化学方法一直以来是高效优质改良技术的重点和有效途径，投资性小、见效快，但是需要合理选择改良剂、使用不当可能造成二次污染；生物方法是改良、开发和利用盐碱土的有效途径，但是适用范围相对较窄。这些方法都存在一个共同的问题，大都没有针对土壤自身的特性、忽视问题的主体—土壤，改良存在片面性，不能解决根本性问题。滨海盐碱土中的盐分离子主要以两种形式存在土壤中，一种是存在于土壤溶液中的游离态，一种是靠静电作用吸附在土壤胶体上的可交换态，第二种可交换态离子很难靠水的淋洗脱除。从微观层面，土壤胶体上的可交换性离子与土壤胶体带电性能及其所形成的双电层有关。但大部分的改良方法都没有深入土壤的微观层面和土壤双电层，改良存在局限性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种酸性氢氧化镁铝及其制备方法，克服现有技术中改良剂存在污染风险、应用范围窄、针对性不强等问题。

本发明的技术方案为：

一种酸性氢氧化镁铝，所述酸性氢氧化镁铝由MgCl₂、AlCl₃和氨水通过共沉淀的方法制得，其中MgCl₂和AlCl₃的摩尔比为1：3，浓氨水稀释3倍。

一种酸性氢氧化镁铝的制备方法，包括如下步骤：将MgCl₂、AlCl₃和氨水通过共沉淀、搅拌、胶溶、离心洗涤、真空干燥制得酸性氢氧化镁铝。

所述酸性氢氧化镁铝的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)按摩尔比为1：3在超纯水中加入化学纯级别的MgCl₂和AlCl₃，固定总离子溶度0.5mol/L；

(2)搅拌步骤(1)中的混合液同时缓慢滴加稀释3倍的浓氨水，直至无新沉淀产生为止，形成白色混合液；

(3)继续缓慢搅拌步骤(2)中制得的白色混合液2h；

(4)将按步骤(3)搅拌后的混合液在70-80℃水浴锅中胶溶9h；

(5)将按步骤(4)胶溶后的混合液离心洗涤数次得到氢氧化镁铝胶体，再在70℃下真空干燥后保存备用。

一种酸性氢氧化镁铝在滨海盐碱土改良方面的应用，该酸性氢氧化镁铝改良剂应用于滨海盐碱土脱盐改良方面，氢氧化镁铝的添加量为10mg/g。

本发明的有益效果为：

①本发明中使用的改良剂氢氧化镁铝是一类水滑石的物质，属于一种粘土矿物，在实施过程中绿色无污染，同时拓宽了该类物质的使用领域；

②本发明是针对盐碱土的本体—土壤实施改良，是从土壤的微观的双电层的角度，利用带负电荷的盐碱土壤胶体和制得的正电荷氢氧化镁铝胶体之间扩散层重叠现象，降低土壤表面的有效负电荷的密度，进而降低盐碱土对盐基阳离子吸附能力，从而实现盐碱土的高效脱盐改良，为盐碱土改良提供一种新思路、新方向；

③本发明见效快、成本低，能促进土壤团聚、降低盐碱土的pH和所含的盐分，实现土壤的快速脱盐，降低土壤对盐分离子的吸附能力，有效预防土壤的再次盐渍化，并且不会引入其他杂质离子。

附图说明

图1为氢氧化镁铝添加量对盐碱土团粒结构的影响；

其中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)SEM图分别对应代表着0、10、25、50、75、100mg/g添加量下的盐碱土的SEM图；

图2为氢氧化镁铝添加量对盐碱土溶液pH的影响；

图3为氢氧化镁铝添加量对盐碱土溶出全盐量的影响；

图4为氢氧化镁铝添加量对盐碱土溶出Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺含量的影响；

图5为氢氧化镁铝添加量对盐碱土溶出Cl^-、SO₄ ^2-、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-含量的影响。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步详细说明。以下实验将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

实施例1

土壤采集时按S形线路使用小土铲采集了5点表层0-20cm的天津滨海盐碱土，土样为棕色粘壤质土壤，将其置于室内通风处风干一周，风干后的土样碾碎混匀后过2mm标准筛。采集的风干土样的基本性质见表1。

表1

盐碱土改良剂氢氧化镁铝是由MgCl₂、AlCl₃按摩尔比为1：3和氨水通过共沉淀、搅拌、胶溶、离心洗涤、真空干燥制得。具体包括如下步骤：

(1)按摩尔比为1：3在超纯水中加入化学纯级别的MgCl₂和AlCl₃，固定总离子溶度0.5mol/L；

(2)搅拌步骤(1)中的混合液同时缓慢滴加稀释3倍的浓氨水，直至无新沉淀产生为止，形成白色混合液；

(3)继续缓慢搅拌步骤(2)中制得的白色混合液2h；

(4)将按步骤(3)搅拌后的混合液在70-80℃水浴锅中胶溶9h；

(5)将按步骤(4)胶溶后的混合液离心洗涤得到氢氧化镁铝胶体，再在70℃下真空干燥后保存备用。制得氢氧化镁铝的基本性质见表2。

表2

溶出试验：在50mL塑料离心管中加入1g土样，在分别加入0，10、25、50、75、100mg的上述氢氧化镁铝材料，最后加入25mL超纯水混合均匀，25℃恒温振荡2h，在8500r/min离心15min后测定其上部水溶液的pH、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-以及观察土壤的微观团粒结构。

实验例1

对实施例1的实验效果进行测定分析。

当以酸性氢氧化镁铝为改良剂时，图1为不同氢氧化镁铝添加量下土壤的SEM图，可以看出土壤的微观团聚性。

如图1所示，其中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)SEM图分别对应代表着0、10、25、50、75、100mg/g添加量下的盐碱土的SEM图，从SEM图中可以看出添加了氢氧化镁铝改良剂的盐碱土的团粒体明显比对照组的大，说明加入改良剂后可以促进盐碱土的团聚，对于盐碱土团聚性的改良效果50mg/g>25mg/g>10mg/g，而继续随着添加量的增大，75mg/g和100mg/g添加量对于盐碱土团聚性的改良效果与50mg/g的相比变化并不显著。

图2和图3分别为氢氧化镁铝添加量对盐碱土溶液pH及其含盐量的影响，间接反映了不同氢氧化镁铝添加量下盐碱土pH和含盐量的变化情况。

如图2所示，氢氧化镁铝的加入有利于降低土壤溶液的pH，随着添加量的增加土壤溶液的pH逐渐下降，而且随着添加量的增加pH下降的速度变慢，说明低添加量下，盐碱土的pH的改良效果更加显著。

如图3所示，随着氢氧化镁铝的添加，土壤溶液的含盐量显著增加，也就是说明从土壤中脱出的盐分随着氢氧化镁铝的添加而增加。

图4和图5分别是氢氧化镁铝的添加量对盐碱土中阳离子(Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺)、阴离子(Cl^-、SO₄ ^2-、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-)溶出含量的影响。

如图4所示，盐碱土中四种主要阳离子Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的溶出量随着氢氧化镁铝的添加均有一定的增加。其中对盐碱土危害性最大的Na⁺溶出量在氢氧化镁铝的添加下有所提升，但添加量的变化对其溶出情况影响并不显著，在添加量10mg/g下就几乎能达到最大溶出量，比对照组提升了0.5mg/g；而K⁺的溶出量随着氢氧化镁铝的添加几乎不变；其中变化最显著的是Ca²⁺，随着添加量的增加呈线性增加；而Mg²⁺的溶出量的变化幅度不大，在氢氧化镁铝的添加量下有小幅度提升，在最大添加量下的溶出量相对于对照组也仅仅只提升了0.3mg/g。

如图5所示，随着氢氧化镁铝的添加，盐碱土中四种主要阴离子Cl^-、SO₄ ^2-、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-溶出情况变化不一致，Cl^-的溶出量显著呈线性增加，SO₄ ^2-的溶出量减少，HCO₃ ^-、CO₃ ^2-的溶出量变化不显著。

因此，综合考虑氢氧化镁铝添加量对滨海盐碱土的微观团粒结构、pH、含盐量及主要阴阳离子的改良效果，最佳的改良方案：按配比为10mg/g添加镁铝摩尔比为1：3的酸性氢氧化镁铝。

Claims (4)

1.一种酸性氢氧化镁铝，其特征在于，所述酸性氢氧化镁铝由MgCl₂、AlCl₃和氨水通过共沉淀的方法制得，其中MgCl₂和AlCl₃的摩尔比为1：3，浓氨水稀释3倍。

2.一种酸性氢氧化镁铝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将MgCl₂、AlCl₃和氨水通过共沉淀、搅拌、胶溶、离心洗涤、真空干燥制得酸性氢氧化镁铝。

3.根据权利要求2所述的酸性氢氧化镁铝的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)按摩尔比为1：3在超纯水中加入化学纯级别的MgCl₂和AlCl₃，固定总离子溶度0.5mol/L；

(2)搅拌步骤(1)中的混合液同时缓慢滴加稀释3倍的浓氨水，直至无新沉淀产生为止，形成白色混合液；

(3)继续缓慢搅拌步骤(2)中制得的白色混合液2h；

(4)将按步骤(3)搅拌后的混合液在70-80℃水浴锅中胶溶9h；

(5)将按步骤(4)胶溶后的混合液离心洗涤得到氢氧化镁铝胶体，再在70℃下真空干燥后保存备用。

4.一种酸性氢氧化镁铝在滨海盐碱土改良方面的应用，其特征在于，该酸性氢氧化镁铝改良剂应用于滨海盐碱土脱盐改良方面，氢氧化镁铝的添加量为10mg/g。