CN108841395A - 一种土壤固沙剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤固沙剂，属于环保领域。本发明以蔗渣、羟丙基淀粉作为原料，其具有可降解的特性，羟丙基淀粉具有较强的吸水性能，通过引发交联剂，通过接枝共聚反应，先接枝丙烯酸，再添加高岭土和柠檬酸来改善，加入丙烯酰胺引发接枝，形成嵌段式高吸水的添加物，柠檬酸中的羧基与形成的添加物中大量的羟基具有较强的吸水性能，辅助添加高岭土对吸水添加物的基体物进行改性，其比表面积大、吸附性强，加入后能增强固沙剂形成的吸水物质的力学性能和机械强度，提高抗压能力，通过吸收空气中的水分，对沙粒表面进行润湿，防止扬尘。本发明解决了目前固沙剂固沙能力差，固沙持续时间短的问题。

Description

一种土壤固沙剂

技术领域

本发明属于环保领域，具体涉及一种土壤固沙剂。

背景技术

沙漠化是当前人类面临的重大全球性生态环境问题，困扰着人类社会的生存和发展，给工农业生产、人民生活及人体健康带来了严重的影响，而不断加剧的沙尘暴和沙化土地的扩展更使得生态环境雪上加霜，给国民经济和社会发展造成了极大的危害。同时在沙漠及荒漠接壤地带还常伴有强风流沙、地表干旱和水土流失等系列生态问题。由此引发的一系列农林业问题，严重阻碍了绿化植物和农作物的生长发育，造成缺苗、减产和死亡等现象，浪费了大量土地资源和宝贵水资源。

固定流沙的方法有三种，即机械固沙、化学固沙和植物固沙。机械固沙如设置沙障、草方格等，特点见效快，但投入较大，不适合大范围使用；植物固沙主要是在沙漠的边缘或腹地种植防护林或者在沙面上进行植物结皮，降低沙漠的风速，防止沙漠起沙，进而达到固沙的目的。国内外防沙治沙研究结果表明，在各项防治技术措施中，以植物治沙应用最为普遍。但对于自然条件恶劣，遭受流沙侵害严重而需要局部迅速固沙的地方，植物固沙在短时期内难以起到作用，甚至被风沙吹蚀殆尽。化学固沙，是指在沙漠化土地表层施用有机或无机沙土稳定材料，以提高沙土的稳定性和保水性，或对盐碱化土地进行脱盐处理，从而达到改良和治理沙漠化土地的目的。化学防治技术的优点是施工简便、成本低、见效快，可迅速改良沙漠化土地，为植物生长创造良好的水土条件，提高生态环境工程建设的质量和效率。因此固沙剂由于具有防尘、固沙的作用而被广泛应用。目前固沙剂所采用的固沙材料有乳化沥青、酚醛树脂、脲醛树脂、聚丙烯酰胺、丁苯胶乳等，虽然可以起到防风固沙的目的，但是目前存在的固沙剂制备方法较为复杂，并且其固沙能力不够。因此，生产出一种能解决上述问题的固沙剂具有很大的市场需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前固沙剂固沙能力差，固沙持续时间短的问题，提供一种土壤固沙剂。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种土壤固沙剂，其特征在于，按重量份数计包括如下组分：40~50份吸水添加物、12~15份吸水辅剂、8~20份表面活性添加物、25~30份持水活性物混合，即得土壤固沙剂；

所述吸水添加物的制备方法，包括如下步骤：

（1）取蔗渣按质量比2~5：3~7：9~12加入羟丙基淀粉、蒸馏水混合，于60~65℃超声20~30min，得混合物，取丙烯酸按质量比6~12：1~3加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌混合20~30min，得搅拌混合物，按质量份数计，取20~25份混合物、12~15份搅拌混合物、0.2~0.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合40~50min，再加入混合物质量1~3%的过硫酸钾，于45~55℃搅拌混合1~2h，得基体物；

（2）取柠檬酸按质量比2~5：9~15加入蒸馏水，再加入柠檬酸质量2~4倍的高岭土，搅拌混合20~30min，得混合物A，按质量份数计，取8~10份混合物A、15~20份基体物、6~9份丙烯酰胺、2~5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，再加入混合物A质量0.3~0.6%的过硫酸铵，升温至60~70℃搅拌混合1~2h，冷却至室温，冷冻干燥，粉碎过80目筛，收集过筛颗粒，即得吸水添加物。

所述步骤（1）中基体物的搅拌条件为：于45~55℃搅拌混合1~2h。

所述吸水辅剂为：取醋酸钙镁按质量比3~7：2~4加入硅酸钠混合，即得。

所述表面活性添加物的制备方法，包括如下步骤：

S1.取十二酸按质量比2~5：3~8加入 N,N-二甲基-1,3-丙二胺，通入氮气保护，再加入十二酸质量1~3%的氟化钠搅拌混合，冷却至室温，得冷却物，取冷却物按质量1~3：12~18：1~4加入丙酮、水，静置，抽滤，得抽滤渣；

S2.取水杨酸钠按质量比1~3：8~10加入水，于35~40℃搅拌混合，得水杨酸钠溶液，取抽滤渣按质量比2~5：1~3加入水杨酸钠溶液搅拌混合，得表面活性添加物。

所述步骤S1中冷却物制得的条件为：升温至145~155℃搅拌混合8~12h，冷却至室温。

所述持水活性物的制备方法，包括如下步骤：

取羧甲基壳聚糖按质量比1~3：10~15加入质量分数为6%的醋酸溶液搅拌混合，得液体a，取β-甘油磷酸钠按质量比3~5：5~8加入去离子水混合，得溶液b，取溶液b滴入溶液a搅拌混合，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比5~9：2~5加入甘油混合，即得持水活性物。

根据权利要求6所述的土壤固沙剂，其特征在于，所述溶液b与溶液a的质量比为2~5：3~7。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以蔗渣、羟丙基淀粉作为原料，其具有可降解的特性，羟丙基淀粉具有较强的吸水性能，通过引发交联剂，通过接枝共聚反应，先接枝丙烯酸，再添加高岭土和柠檬酸来改善，加入丙烯酰胺引发接枝，形成嵌段式高吸水的添加物，柠檬酸中的羧基与形成的添加物中大量的羟基具有较强的吸水性能，辅助添加高岭土对吸水添加物的基体物进行改性，其比表面积大、吸附性强，加入后能增强固沙剂形成的吸水物质的力学性能和机械强度，提高抗压能力，通过吸收空气中的水分，对沙粒表面进行润湿，防止扬尘；

（2）本发明以十二酸、N,N-二甲基-1,3-丙二胺为原料进行反应，得到含酰胺基团的表面活性物质，当土壤中的活性微生物进行呼吸作用时会产生大量的二氧化碳，具有较好的去质子化性能，加入固沙剂后，其中的叔胺基团与二氧化碳通过质子化作用形成碳酸氢盐，在沙粒与表面活性物质的接触面形成紧密、刚性的界面吸附膜，表面张力降低，而形成的短碳链更易于与水结合，使得水与沙粒的润湿性能增强，在接触二氧化碳后，加入水杨酸钠作为有机盐反离子进行复配，叔胺基团由于质子化带正电荷，在静电作用下，带负电荷的水杨酸钠作用，形成胶束，固沙剂的粘度增大，使得固沙剂能更牢固的附着于土壤，增强了固沙效果；

（3）本发明以壳聚糖为原料加入醋酸溶解，加入β-甘油磷酸钠，在土壤中形成致密的薄膜，在吸水活性剂吸入大量水分对沙粒进行固沙后，延缓水分的蒸发，增大了水分气液传输的传质阻力，具有保水性能同时又不影响氧气与二氧化碳的透过，延长了固沙时间；

（4）本发明加入醋酸钙镁，在低温环境下与水接触时放热的钙和镁的氧化物，降低冰点，固沙剂的抗冻性能提高，低温条件下，吸水添加物依然能正常运行，对土壤中的沙粒进行固沙，同时加入硅酸钠进行复配，适量的无机盐可以使溶液的表面张力和临界胶束浓度会明显降低，增强了表面活性添加物的表面活性，而钠、钙、镁离子提供土壤所需的营养物质，也能被作物吸收，对土壤不造成污染。

具体实施方式

吸水添加物：

（1）取蔗渣按质量比2~5：3~7：9~12加入羟丙基淀粉、蒸馏水混合，于60~65℃超声20~30min，得混合物，取丙烯酸按质量比6~12：1~3加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌混合20~30min，得搅拌混合物，按质量份数计，取20~25份混合物、12~15份搅拌混合物、0.2~0.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合40~50min，再加入混合物质量1~3%的过硫酸钾，于45~55℃搅拌混合1~2h，得基体物；

（2）取柠檬酸按质量比2~5：9~15加入蒸馏水，再加入柠檬酸质量2~4倍的高岭土，搅拌混合20~30min，得混合物A，按质量份数计，取8~10份混合物A、15~20份基体物、6~9份丙烯酰胺、2~5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，再加入混合物A质量0.3~0.6%的过硫酸铵，升温至60~70℃搅拌混合1~2h，冷却至室温，冷冻干燥，粉碎过80目筛，收集过筛颗粒，即得吸水添加物。

吸水辅剂：取醋酸钙镁按质量比3~7:2~4加入硅酸钠混合，即得。

表面活性添加物：S1.取十二酸按质量比2~5：3~8加入N,N-二甲基-1,3-丙二胺，通入氮气保护，再加入十二酸质量1~3%的氟化钠，升温至145~155℃搅拌混合8~12h，冷却至室温，得冷却物，取冷却物按质量1~3：12~18：1~4加入丙酮、水，静置4~5h，抽滤，得抽滤渣；

S2.取水杨酸钠按质量比1~3：8~10加入水，于35~40℃搅拌混合20~30min，得水杨酸钠溶液，取抽滤渣按质量比2~5：1~3加入水杨酸钠溶液，搅拌混合30~40min，得表面活性添加物。

持水活性物：取羧甲基壳聚糖按质量比1~3:10~15加入质量分数为6%的醋酸溶液，搅拌混合30~40min，得液体a，取β-甘油磷酸钠按质量比3~5:5~8加入去离子水混合，得溶液b，取溶液b按质量比2~5:3~7滴入溶液a，搅拌混合20~30min，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比5~9:2~5加入甘油混合，即得持水活性物。

一种土壤固沙剂，按质量份数计，包括40~50份吸水添加物、12~15份吸水辅剂、8~20份表面活性添加物、25~30份持水活性物混合，即得土壤固沙剂。

吸水添加物：

（1）取蔗渣按质量比2：3：9加入羟丙基淀粉、蒸馏水混合，于60℃超声20min，得混合物，取丙烯酸按质量比6：1加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌混合20min，得搅拌混合物，按质量份数计，取20份混合物、12份搅拌混合物、0.2份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合40min，再加入混合物质量1%的过硫酸钾，于45℃搅拌混合1h，得基体物；

（2）取柠檬酸按质量比2：9加入蒸馏水，再加入柠檬酸质量2倍的高岭土，搅拌混合20min，得混合物A，按质量份数计，取8份混合物A、15份基体物、6份丙烯酰胺、2份N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，再加入混合物A质量0.3%的过硫酸铵，升温至60℃搅拌混合1h，冷却至室温，冷冻干燥，粉碎过80目筛，收集过筛颗粒，即得吸水添加物。

吸水辅剂：取醋酸钙镁按质量比3:2加入硅酸钠混合，即得。

表面活性添加物：S1.取十二酸按质量比2：3加入N,N-二甲基-1,3-丙二胺，通入氮气保护，再加入十二酸质量1%的氟化钠，升温至145℃搅拌混合8h，冷却至室温，得冷却物，取冷却物按质量1：12：1加入丙酮、水，静置4h，抽滤，得抽滤渣；

S2.取水杨酸钠按质量比1：8加入水，于35℃搅拌混合20min，得水杨酸钠溶液，取抽滤渣按质量比2：1加入水杨酸钠溶液，搅拌混合30min，得表面活性添加物。

持水活性物：取羧甲基壳聚糖按质量比1:10加入质量分数为6%的醋酸溶液，搅拌混合30min，得液体a，取β-甘油磷酸钠按质量比3:5加入去离子水混合，得溶液b，取溶液b按质量比2:3滴入溶液a，搅拌混合20min，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比5:2加入甘油混合，即得持水活性物。

一种土壤固沙剂，按质量份数计，包括40份吸水添加物、12份吸水辅剂、8份表面活性添加物、25份持水活性物混合，即得土壤固沙剂。

吸水添加物：

（1）取蔗渣按质量比5：7：12加入羟丙基淀粉、蒸馏水混合，于65℃超声30 min，得混合物，取丙烯酸按质量比12：3加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌混合30min，得搅拌混合物，按质量份数计，取25份混合物、15份搅拌混合物、0.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合50min，再加入混合物质量3%的过硫酸钾，于55℃搅拌混合2h，得基体物；

（2）取柠檬酸按质量比5：15加入蒸馏水，再加入柠檬酸质量4倍的高岭土，搅拌混合30min，得混合物A，按质量份数计，取10份混合物A、20份基体物、9份丙烯酰胺、5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，再加入混合物A质量0.6%的过硫酸铵，升温至70℃搅拌混合2h，冷却至室温，冷冻干燥，粉碎过80目筛，收集过筛颗粒，即得吸水添加物。

吸水辅剂：取醋酸钙镁按质量比7:4加入硅酸钠混合，即得。

表面活性添加物：S1.取十二酸按质量比5：8加入N,N-二甲基-1,3-丙二胺，通入氮气保护，再加入十二酸质量3%的氟化钠，升温至155℃搅拌混合12h，冷却至室温，得冷却物，取冷却物按质量3：18：4加入丙酮、水，静置5h，抽滤，得抽滤渣；

S2.取水杨酸钠按质量比3：10加入水，于40℃搅拌混合30min，得水杨酸钠溶液，取抽滤渣按质量比5：3加入水杨酸钠溶液，搅拌混合40min，得表面活性添加物。

持水活性物：取羧甲基壳聚糖按质量比3:15加入质量分数为6%的醋酸溶液，搅拌混合40min，得液体a，取β-甘油磷酸钠按质量比5:8加入去离子水混合，得溶液b，取溶液b按质量比5:7滴入溶液a，搅拌混合30min，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比9:5加入甘油混合，即得持水活性物。

一种土壤固沙剂，按质量份数计，包括50份吸水添加物、15份吸水辅剂、20份表面活性添加物、30份持水活性物混合，即得土壤固沙剂。

吸水添加物：

（1）取蔗渣按质量比3：5：11加入羟丙基淀粉、蒸馏水混合，于63℃超声25min，得混合物，取丙烯酸按质量比9：2加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌混合25min，得搅拌混合物，按质量份数计，取23份混合物、13份搅拌混合物、0.3份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合45min，再加入混合物质量2%的过硫酸钾，于50℃搅拌混合1h，得基体物；

（2）取柠檬酸按质量比3：12加入蒸馏水，再加入柠檬酸质量3倍的高岭土，搅拌混合25min，得混合物A，按质量份数计，取9份混合物A、17份基体物、7份丙烯酰胺、3份N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，再加入混合物A质量0.5%的过硫酸铵，升温至65℃搅拌混合1h，冷却至室温，冷冻干燥，粉碎过80目筛，收集过筛颗粒，即得吸水添加物。

吸水辅剂：取醋酸钙镁按质量比5:3加入硅酸钠混合，即得。

表面活性添加物：S1.取十二酸按质量比4：5加入N,N-二甲基-1,3-丙二胺，通入氮气保护，再加入十二酸质量2%的氟化钠，升温至150℃搅拌混合10h，冷却至室温，得冷却物，取冷却物按质量2：15：3加入丙酮、水，静置4h，抽滤，得抽滤渣；

S2.取水杨酸钠按质量比2：9加入水，于37℃搅拌混合25min，得水杨酸钠溶液，取抽滤渣按质量比4：2加入水杨酸钠溶液，搅拌混合35min，得表面活性添加物。

持水活性物：取羧甲基壳聚糖按质量比2:13加入质量分数为6%的醋酸溶液，搅拌混合35min，得液体a，取β-甘油磷酸钠按质量比4:6加入去离子水混合，得溶液b，取溶液b按质量比3:5滴入溶液a，搅拌混合25min，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比7:3加入甘油混合，即得持水活性物。

一种土壤固沙剂，按质量份数计，包括45份吸水添加物、13份吸水辅剂、14份表面活性添加物、27份持水活性物混合，即得土壤固沙剂。

对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少吸水添加物、吸水辅剂。

对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少持水活性物。

对比例3：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少表面活性添加物。

对比例4：深圳市某公司生产的固沙剂。

将实施例与对比例的固沙剂分别进行对抗风蚀性能风洞实验，在尺寸为31cm×21cm×4cm铁盘模型内，装满沙丘沙并将之摊平，将不同种类的固沙剂用水稀释成质量浓度为10％，用喷枪均匀喷洒在沙盘上，喷洒的量为2kg/m²，其中，喷洒的量为稀释后的质量；自然风干后，将模型固沙试样均置于实验段进行吹蚀实验，具体测试结果如表1。

表1：

综合上述，本发明所制备的固沙剂综合效果最好，与市售产品相比，本发明的产品各项性能均表现优异，值得大力推广。

Claims (7)

1.一种土壤固沙剂，其特征在于，按重量份数计包括如下组分：40~50份吸水添加物、12~15份吸水辅剂、8~20份表面活性添加物、25~30份持水活性物混合，即得土壤固沙剂；

所述吸水添加物的制备方法，包括如下步骤：

（1）取蔗渣按质量比2~5：3~7：9~12加入羟丙基淀粉、蒸馏水混合，于60~65℃超声20~30min，得混合物，取丙烯酸按质量比6~12：1~3加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液，搅拌混合20~30min，得搅拌混合物，按质量份数计，取20~25份混合物、12~15份搅拌混合物、0.2~0.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合40~50min，再加入混合物质量1~3%的过硫酸钾，于45~55℃搅拌混合1~2h，得基体物；

（2）取柠檬酸按质量比2~5：9~15加入蒸馏水，再加入柠檬酸质量2~4倍的高岭土，搅拌混合20~30min，得混合物A，按质量份数计，取8~10份混合物A、15~20份基体物、6~9份丙烯酰胺、2~5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，再加入混合物A质量0.3~0.6%的过硫酸铵，升温至60~70℃搅拌混合1~2h，冷却至室温，冷冻干燥，粉碎过80目筛，收集过筛颗粒，即得吸水添加物。

2.根据权利要求1所述的土壤固沙剂，其特征在于，所述步骤（1）中基体物的搅拌条件为：于45~55℃搅拌混合1~2h。

3.根据权利要求1所述的土壤固沙剂，其特征在于，所述吸水辅剂为：取醋酸钙镁按质量比3~7：2~4加入硅酸钠混合，即得。

4.根据权利要求1所述的土壤固沙剂，其特征在于，所述表面活性添加物的制备方法，包括如下步骤：

S1.取十二酸按质量比2~5：3~8加入 N,N-二甲基-1,3-丙二胺，通入氮气保护，再加入十二酸质量1~3%的氟化钠搅拌混合，冷却至室温，得冷却物，取冷却物按质量1~3：12~18：1~4加入丙酮、水，静置，抽滤，得抽滤渣；

S2.取水杨酸钠按质量比1~3：8~10加入水，于35~40℃搅拌混合，得水杨酸钠溶液，取抽滤渣按质量比2~5：1~3加入水杨酸钠溶液搅拌混合，得表面活性添加物。

5.根据权利要求4所述的土壤固沙剂，其特征在于，所述步骤S1中冷却物制得的条件为：升温至145~155℃搅拌混合8~12h，冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的土壤固沙剂，其特征在于，所述持水活性物的制备方法，包括如下步骤：

取羧甲基壳聚糖按质量比1~3：10~15加入质量分数为6%的醋酸溶液搅拌混合，得液体a，取β-甘油磷酸钠按质量比3~5：5~8加入去离子水混合，得溶液b，取溶液b滴入溶液a搅拌混合，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比5~9：2~5加入甘油混合，即得持水活性物。

7.根据权利要求6所述的土壤固沙剂，其特征在于，所述溶液b与溶液a的质量比为2~5：3~7。