CN107827647A - 一种用于沙漠滩涂土壤改良剂 - Google Patents

一种用于沙漠滩涂土壤改良剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及土壤改良技术领域，公开了一种用于沙漠滩涂土壤改良剂。该沙漠滩涂土壤改良剂包括作物秸秆50~60份、粉煤灰10~20份、磷矿粉5~6份、蟹壳12~18份和改性蒙脱石8~12份，其中蟹壳经过预处理，先对蟹壳进行酸碱处理得到甲壳素，然后将丙烯酰胺接枝到甲壳素上形成亲水性的高分子聚合物，蒙脱石经过椰油酰胺丙基氧化胺改性处理得到的超亲水的蒙脱石，甲壳素和改性蒙脱石混合形成具有夹层结构的保水剂。本发明改良剂能使沙漠土壤具有较好的肥力和保水效果。

Description

一种用于沙漠滩涂土壤改良剂
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，尤其是涉及一种可以明显改善沙漠滩涂土壤质量的土壤改良剂。
背景技术
沙漠及荒漠化土地严重威胁着人类生存环境，以往改造沙漠的作法主要是在沙漠边缘种植沙生植被及种植防护林，并逐步向沙漠腹地推进。由于沙漠地区干旱少雨，沙生植被成活率不高，尽管人们在种植植被方面采取了多种技术手段和措施，但收效不大。沙漠及荒漠化的土地的大面积存在，直接导致城市的而空气质量变差和环境的恶化，如今年来不断发生的沙尘暴，将大量的沙子带到了城市。所以，如何保持沙漠土壤含水量和提高沙漠土壤肥力保证沙生植物的存活率成了人门关注的焦点。
发明内容
本发明是为了克服现有沙漠中植物存活率低的技术问题，提供一种可以提高沙漠土壤的含水量和肥力的土壤改良剂，提高植物的存活率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆 50～60份
粉煤灰 10～20份
磷矿粉 5～6份
蟹壳 12～18份
改性蒙脱石 8～12份。
本发明沙漠土壤改良剂采用作物秸秆为主要原料，作物秸秆在提高土壤肥力，不会对环境造成污染，粉煤灰可以为植物提供生长必须的碳、氮、钾等营养元素，在本发明土壤改良剂中起到提高土壤肥力的作用，磷矿粉中含有丰富的植物生产所必须的磷养分，可以促进植物的生长，进一步增加的土壤的肥力。蟹壳和改性蒙脱石具有较好的沙漠土壤保水效果，可以提高沙漠土壤的含水量，保证植物生长所必须的水分。
作为优选，所述蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
(1)将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过50～60目筛，得到蟹壳粉料；将蟹壳烘干，除去蟹壳中的水分，避免蟹壳中残留的水分对后续反应产生影响。
(2)向过筛蟹壳粉料中加入其体积10～100倍且质量浓度为5～50％的氢氧化钠溶液，在加热条件下，静置8～12h，过滤得到滤渣；
将蟹壳先用氢氧化钠碱液进行处理，除去蟹壳中的蛋白质和脂质。
(3)向滤渣中加入质量分数为80-90％的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:1～100g/mL，放入超声清洗机中，在温度为15-35℃的条件下进行超声，再加入蟹壳粉料质量30～50％的丙烯酰胺，在温度为20-60℃下连续反应24-48h；
使用磷酸处理蟹壳，除去蟹壳中的碳酸钙等物质，使用磷酸相比其它酸处理比较环保，蟹壳经过酸碱处理后得到甲壳素，甲壳素与丙烯酰胺发生接枝反应，由于丙烯酰胺上带有大量的氨基亲水基团，生成的高聚物具有极好的吸水能力，从而使土壤具有保水性能。
(4)将反应液依次进行过滤、脱水、研磨得到预处理的蟹壳粉末。
作为优选，所述步骤(2)中加热温度为30～50℃。
作为优选，所述步骤(3)中进行超声10～20h。
作为优选，所述步骤(4)中脱水过程中温度控制在100～300℃，研磨后过100～200目筛。
作为优选，所述改性蒙脱石的制备方法包括以下步骤：
(a)将5～8g蒙脱石和160～180mL去离子水加入锥形瓶中，加热搅拌2～4h，然后加入0.025～0.04mol的椰油酰胺丙基氧化胺，搅拌反应3～4h；
(b)将反应液过滤得到滤渣，将滤渣放入70～80℃的真空干燥箱中干燥4～6h；
(c)将干燥后的滤渣进行粉碎研磨后得到改性蒙脱石。
蒙脱石是一种电荷不平衡矿物质，由于类质同象转换，造成层状组织的表面带负电荷，必须吸附阳离子才能达到平衡，因此蒙脱石具有一定的亲水性能，能够提高土壤的保湿效果；使用椰油酰胺丙基氧化胺对蒙脱石进行接枝，由于椰油酰胺丙基氧化胺具有较长的碳链结构，减少了蒙脱石的表面能，使蒙脱石与其它改良剂成分更容易混合；另一方面，椰油酰胺丙基氧化胺具有亲水性能，进一步提高了蒙脱石的亲水性，增加沙漠土壤的保水性能。蒙脱石是具有层状结构的硅酸盐，层间有可交换的阳离子，而蟹壳中的甲壳素与丙烯酰胺发生聚合反应后生成高分子聚合物，其在与改性蒙脱石混合后，甲壳素高分子聚合物会插进层状结构的蒙脱石中，形成具有特殊层状包夹结构的甲壳素-蒙脱石保水剂，由于预处理甲壳素和改性蒙脱石均具有较高的亲水性，所以甲壳素-蒙脱石保水剂具有较好的保水性能；层状包夹结构的甲壳素-蒙脱石保水剂保水原理是，先通过改性蒙脱石吸收水分，将水分运输到其夹层结构中，甲壳素高分子将水分进行储藏，由于沙漠环境比较干旱，水分容易蒸发，具有夹层结构的蒙脱石，保护了夹层中的甲壳素高分子储藏的水分不会被轻易蒸发掉，具有较好的储水能力，当植物需要水分时，植物的根系触及甲壳素-蒙脱石保水剂即可吸取保存的水分。
作为优选，所述步骤(a)中加热到80～90℃。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)将作物秸秆、粉煤灰和磷矿粉加入到土壤改性剂中，使土壤具有较好的保肥效果；(2)甲壳素与丙烯酰胺发生接枝反应，由于丙烯酰胺上带有大量的氨基亲水基团，生成的高聚物具有极好的吸水能力，从而使土壤具有保水性能；(3)具有夹层结构的蒙脱石，保护了夹层中的甲壳素高分子储藏的水分不会被轻易蒸发掉，具有较好的储水能力。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆 50份
粉煤灰 10份
磷矿粉 5份
蟹壳 12份
改性蒙脱石 8份。
其中，蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
(1)将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过50目筛，得到蟹壳粉料；
(2)向过筛蟹壳粉料中加入其体积10倍且质量浓度为5％的氢氧化钠溶液，加热到30℃，静置8h，过滤得到滤渣；
(3)向滤渣中加入质量分数为80％的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:1g/mL，放入超声清洗机中，在温度为15℃的条件下进行超声10h，再加入蟹壳粉料质量30％的丙烯酰胺，在温度为20℃下连续反应24h；
(4)将反应液依次进行过滤、脱水、研磨，脱水过程中温度控制在100℃，研磨后过100目筛。
其中，改性蒙脱石的制备方法包括以下步骤：
(a)将5g蒙脱石和160mL去离子水加入锥形瓶中，加热到80℃，搅拌2h，然后加入0.025mol的椰油酰胺丙基氧化胺，搅拌反应3h；
(b)将反应液过滤得到滤渣，将滤渣放入70℃的真空干燥箱中干燥4h；
(c)将干燥后的滤渣进行粉碎研磨后得到改性蒙脱石。
实施例2
一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆 52份
粉煤灰 13份
磷矿粉 5份
蟹壳 14份
改性蒙脱石 9份。
其中，蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
(1)将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过52目筛，得到蟹壳粉料；
(2)向过筛蟹壳粉料中加入其体积20倍且质量浓度为10％的氢氧化钠溶液，加热到35℃，静置9h，过滤得到滤渣；
(3)向滤渣中加入质量分数为82％的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:10g/mL，放入超声清洗机中，在温度为20℃的条件下进行超声12h，再加入蟹壳粉料质量35％的丙烯酰胺，在温度为30℃下连续反应30h；
(4)将反应液依次进行过滤、脱水、研磨，脱水过程中温度控制在150℃，研磨后过120目筛。
其中，改性蒙脱石的制备方法包括以下步骤：
(a)将6g蒙脱石和165mL去离子水加入锥形瓶中，加热到82℃，搅拌2.5h，然后加入0.03mol的椰油酰胺丙基氧化胺，搅拌反应3.2h；
(b)将反应液过滤得到滤渣，将滤渣放入72℃的真空干燥箱中干燥4.5h；
(c)将干燥后的滤渣进行粉碎研磨后得到改性蒙脱石。
实施例3
一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆 55份
粉煤灰 15份
磷矿粉 5.5份
蟹壳 15份
改性蒙脱石 10份。
其中，蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
(1)将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过55目筛，得到蟹壳粉料；
(2)向过筛蟹壳粉料中加入其体积50倍且质量浓度为20％的氢氧化钠溶液，加热到40℃，静置10h，过滤得到滤渣；
(3)向滤渣中加入质量分数为85％的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:50g/mL，放入超声清洗机中，在温度为25℃的条件下进行超声15h，再加入蟹壳粉料质量40％的丙烯酰胺，在温度为40℃下连续反应35h；
(4)将反应液依次进行过滤、脱水、研磨，脱水过程中温度控制在200℃，研磨后过150目筛。
其中，改性蒙脱石的制备方法包括以下步骤：
(a)将6.5g蒙脱石和170mL去离子水加入锥形瓶中，加热到85℃，搅拌3h，然后加入0.035mol的椰油酰胺丙基氧化胺，搅拌反应3.5h；
(b)将反应液过滤得到滤渣，将滤渣放入75℃的真空干燥箱中干燥5h；
(c)将干燥后的滤渣进行粉碎研磨后得到改性蒙脱石。
实施例4
一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆 58份
粉煤灰 17份
磷矿粉 6份
蟹壳 16份
改性蒙脱石 11份。
其中，蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
(1)将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过58目筛，得到蟹壳粉料；
(2)向过筛蟹壳粉料中加入其体积70倍且质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，加热到45℃，静置11h，过滤得到滤渣；
(3)向滤渣中加入质量分数为88％的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:80g/mL，放入超声清洗机中，在温度为30℃的条件下进行超声18h，再加入蟹壳粉料质量45％的丙烯酰胺，在温度为50℃下连续反应40h；
(4)将反应液依次进行过滤、脱水、研磨，脱水过程中温度控制在250℃，研磨后过180目筛。
其中，改性蒙脱石的制备方法包括以下步骤：
(a)将7g蒙脱石和175mL去离子水加入锥形瓶中，加热到88℃，搅拌3.5h，然后加入0.038mol的椰油酰胺丙基氧化胺，搅拌反应3.8h；
(b)将反应液过滤得到滤渣，将滤渣放入78℃的真空干燥箱中干燥5.5h；
(c)将干燥后的滤渣进行粉碎研磨后得到改性蒙脱石。
实施例5
一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆 60份
粉煤灰 20份
磷矿粉 6份
蟹壳 18份
改性蒙脱石 12份。
其中，蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
(1)将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过60目筛，得到蟹壳粉料；
(2)向过筛蟹壳粉料中加入其体积100倍且质量浓度为50％的氢氧化钠溶液，加热到50℃，静置12h，过滤得到滤渣；
(3)向滤渣中加入质量分数为90％的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:100g/mL，放入超声清洗机中，在温度为35℃的条件下进行超声20h，再加入蟹壳粉料质量50％的丙烯酰胺，在温度为60℃下连续反应48h；
(4)将反应液依次进行过滤、脱水、研磨，脱水过程中温度控制在300℃，研磨后过200目筛。
其中，改性蒙脱石的制备方法包括以下步骤：
(a)将8g蒙脱石和180mL去离子水加入锥形瓶中，加热到90℃，搅拌4h，然后加入0.04mol的椰油酰胺丙基氧化胺，搅拌反应4h；
(b)将反应液过滤得到滤渣，将滤渣放入80℃的真空干燥箱中干燥6h；
(c)将干燥后的滤渣进行粉碎研磨后得到改性蒙脱石。
对比例1
一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆 55份
粉煤灰 15份
磷矿粉 5.5份
蟹壳 15份
蒙脱石 10份。
其中，蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
(1)将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过55目筛，得到蟹壳粉料；
(2)向过筛蟹壳粉料中加入其体积50倍且质量浓度为20％的氢氧化钠溶液，加热到40℃，静置10h，过滤得到滤渣；
(3)向滤渣中加入质量分数为85％的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:50g/mL，放入超声清洗机中，在温度为25℃的条件下进行超声15h，再加入蟹壳粉料质量40％的丙烯酰胺，在温度为40℃下连续反应35h；
(4)将反应液依次进行过滤、脱水、研磨，脱水过程中温度控制在200℃，研磨后过150目筛。
对比例2
一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆 55份
粉煤灰 15份
磷矿粉 5.5份
蟹壳 15份。
其中，蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
(1)将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过55目筛，得到蟹壳粉料；
(2)向过筛蟹壳粉料中加入其体积50倍且质量浓度为20％的氢氧化钠溶液，加热到40℃，静置10h，过滤得到滤渣；
(3)向滤渣中加入质量分数为85％的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:50g/mL，放入超声清洗机中，在温度为25℃的条件下进行超声15h，再加入蟹壳粉料质量40％的丙烯酰胺，在温度为40℃下连续反应35h；
(4)将反应液依次进行过滤、脱水、研磨，脱水过程中温度控制在200℃，研磨后过150目筛。
实施例1～5和对比例1～2(对比例1中蒙脱石未进行改性，对比例2中未加入改性蒙脱石)中土壤改良剂对沙漠土壤的N、P、K的影响如下表：
由测试数据可以得到，沙漠土壤经过施加土壤改良剂后，土壤中的矿物质成分含量明显增加，给植物生长提供必要的养分。
实施例1～5和对比例1～2的沙漠改良剂加入到分别加入到7份土壤样品中，浇水后称重，放在温度为25℃环境中5天，称重并计算样品中水分的损失率。
由测试数据可以得到，土壤改良剂中不加蒙脱石的土壤样品水分损失率较大，蒙脱石加入改良剂中使土壤具有较好的保水效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，其特征在于，由以下重量份数配比的原料制成：
作物秸秆50~60份
粉煤灰10~20份
磷矿粉5~6份
蟹壳12~18份
改性蒙脱石8~12份。
2.根据权利要求1所述的一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，其特征在于，所述蟹壳经过预处理，预处理方法包括以下步骤：
（1）将蟹壳放入烘箱中烘干，然后放入粉碎机中进行粉碎，过50~60目筛，得到蟹壳粉料；
（2）向过筛蟹壳粉料中加入其体积10~100倍且质量浓度为5~50%的氢氧化钠溶液，在加热条件下，静置8~12h，过滤得到滤渣；
（3）向滤渣中加入质量分数为80~90%的磷酸，其中蟹壳粉料的质量与磷酸的体积比为1:1~100g/mL，放入超声清洗机中，在温度为15~35℃的条件下进行超声，再加入蟹壳粉料质量30~50%的丙烯酰胺，在温度为20~60℃下连续反应24~48h；
（4）将反应液依次进行过滤、脱水、研磨得到预处理的蟹壳粉末。
3.根据权利要求2所述的一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，其特征在于，所述步骤（2）中加热温度为30~50℃。
4.根据权利要求2所述的一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，其特征在于，所述步骤（3）中进行超声10~20h。
5.根据权利要求2所述的一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，其特征在于，所述步骤（4）中脱水过程中温度控制在100~300℃，研磨后过100~200目筛。
6.根据权利要求1~5任一权利要求所述的一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，其特征在于，所述改性蒙脱石的制备方法包括以下步骤：
（a）将5~8g蒙脱石和160~180mL去离子水加入锥形瓶中，加热搅拌2~4h，然后加入0.025~0.04mol的椰油酰胺丙基氧化胺，搅拌反应3~4h；
（b）将反应液过滤得到滤渣，将滤渣放入70~80℃的真空干燥箱中干燥4~6h；
（c）将干燥后的滤渣进行粉碎研磨后得到改性蒙脱石。
7.根据权利要求6所述的一种用于沙漠滩涂土壤改良剂，其特征在于，所述步骤（a）中加热到80~90℃。
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