CN109097061A - 一种含植物脲酶的防风固沙剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含植物脲酶的防风固沙剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含植物脲酶的防风固沙剂及其制备方法和应用，属于沙漠治理技术领域，首先离心豆粉溶液提取植物脲酶酶液，再配制含有尿素和氯化钙的无机处理液，将植物脲酶酶液与无机处理液按一定体积比例混合均匀后即制备而成含植物脲酶的防风固沙剂。本发明提供的一种含植物脲酶的防风固沙剂及其制备方法和应用，在沙漠地区喷洒处理后，可将沙土颗粒胶结在一起，形成一定强度的硬壳层，具有良好的防风固沙效果且耐久性好，本发明的防风固沙剂绿色环保，对生态环境几乎没有影响，成本低廉且制备与应用方法简易，适用于大规模实际应用。

Description

一种含植物脲酶的防风固沙剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及沙漠治理技术领域，具体涉及一种含植物脲酶的防风固沙剂及其制备方法和应用。
背景技术
土地沙漠化是我国当前最为严重的生态环境问题之一，给我国国民经济和社会发展带来了极大的危害。因此，通过防风固沙的技术手段遏止沙漠化进程，保护生态环境，迫在眉睫。
传统的防风固沙治措施主要包括物理固沙措施、生物固沙措施、化学固沙措施等。其中化学固沙措施实施方法简单有效，是指利用各类无机材料、有机石油类产品和高分子聚合物作为防风固沙剂，通过与沙粒发生化学或物理化学作用等，使松散沙粒粘结成整体，达到固沙的效果。然而，常用的化学物质，例如水泥、环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂等，成本较高，在一定程度上都具有毒性或者危险性，会对周围环境、地下水资源、人畜等产生有害影响，不利于大规模使用。因此，寻找一种绿色安全、对环境影响小且行之有效的治沙方法迫在眉睫。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种含植物脲酶的防风固沙剂及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种含植物脲酶的防风固沙剂，由体积配比为1:1-1:5的植物脲酶酶液和无机处理液配制而成。
进一步的，包括以下步骤：
步骤一、制备植物脲酶酶液和无机处理液：
称取干燥豆类，置于粉碎机中粉碎，过筛网得到豆粉，随后称取适量豆粉溶于水中制成豆粉浓度20-160 g/L的豆粉溶液，进行离心处理，弃置底部沉淀物，取上层清液得到所需植物脲酶酶液；
将浓度0.05-0.5 mol/L的尿素与浓度0.05-0.5 mol/L的钙盐均匀混合，得到所需无机处理液；
步骤二、制备防风固沙剂：
将步骤一制备得到的植物脲酶酶液与无机处理液按体积配比1:1-1:5混合均匀，得到所需含植物脲酶的防风固沙剂。
进一步的，步骤一中，豆粉由干燥的豆类植物中的至少一种经粉碎机粉碎后过100目筛网而得，过筛网得到的豆粉需低温干燥、密封储藏，以防变质，低温干燥温度控制在4-25℃。
进一步的，步骤一中，豆粉溶液采用低温高速离心机进行离心处理，离心温度为2-6 ℃，转速为3000-6000 r/min，离心时间为10-30 min。
进一步的，步骤一中，无机处理液中尿素与钙盐的浓度比为2:1-1:1。
进一步的，步骤一中，钙盐为氯化钙、硝酸钙、氯化钙中的至少一种。
进一步的，将含植物脲酶的防风固沙剂倒入喷洒器中，按1-5 L/m2的用量向沙土表层均匀喷洒，用于将沙土颗粒胶结在一起并形成具有一定强度的硬壳层，降低风蚀量。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的防风固沙剂喷洒在沙土表面后，可将沙土颗粒胶结在一起，形成具有一定强度的硬壳层，耐久性好，防风固沙效果良好，此外，形成的硬壳层具有缓渗作用，有利于沙漠治理后期植物的种植；
(2)相较于传统的防风固沙剂，本发明的防风固沙剂所含化学物质成分少，浓度低，无毒性和危险性，植物脲酶生命周期有限，在发挥固化作用后，活性会逐渐消失，可自然降解，对生态环境无任何影响，绿色环保；
(3)本发明的防风固沙剂作用原理是生物水泥技术，相较于采用细菌产生的脲酶诱导碳酸钙固沙技术，采用植物内提取出的脲酶诱导碳酸钙技术固化沙土，省去了大量的细菌培养工作，并且植物脲酶来源广泛，提取简易，成本大大降低；
(4)本发明的防风固沙剂制备方法简易，应用时仅需直接喷洒，处理周期短且难度小，不需要投入大量的人力物力，适用于大规模处理。
附图说明
图1为本发明实施例2中沙土试样风蚀量与防风固沙剂中尿素浓度的关系曲线图；
图2为本发明实施例2中沙土试样贯入强度与防风固沙剂中尿素浓度的关系曲线图；
图3为处理前的试验场地图；
图4为经本发明的防风固沙剂处理后48h的试验场地图；
图5为经本发明的防风固沙剂大规模处理后300天的试验场地图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-5所示，一种含植物脲酶的防风固沙剂，由体积配比为1:1-1:5的植物脲酶酶液和无机处理液配制而成。
一种含植物脲酶的防风固沙剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备植物脲酶酶液和无机处理液：
称取干燥豆类，置于粉碎机中粉碎，过筛网得到豆粉，随后称取适量豆粉溶于水中制成豆粉浓度20-160 g/L的豆粉溶液，进行离心处理，弃置底部沉淀物，取上层清液得到所需植物脲酶酶液；
将浓度0.05-0.5 mol/L的尿素与浓度0.05-0.5 mol/L的钙盐均匀混合，得到所需无机处理液；
步骤二、混合：
将步骤一制备得到的植物脲酶酶液与无机处理液按体积配比1:1-1:5混合均匀，得到所需防风固沙剂。
步骤一中，豆粉由干燥的豆类植物中的至少一种经粉碎机粉碎后过100目筛网而得，过筛网得到的豆粉需低温干燥、密封储藏，以防变质，低温干燥温度控制在4-25℃。
步骤一中，豆粉溶液采用低温高速离心机进行离心处理，离心温度为2-6 ℃，转速为3000-6000 r/min，离心时间为10-30 min。
步骤一中，无机处理液中尿素与钙盐的浓度比为2:1-1:1。
步骤一中，钙盐为氯化钙、硝酸钙、氯化钙中的至少一种。
一种含植物脲酶的防风固沙剂的应用，将含植物脲酶的防风固沙剂倒入喷洒器中，按1-5 L/m2的用量向沙土表层均匀喷洒，用于将沙土颗粒胶结在一起并形成具有一定强度的硬壳层，降低风蚀量。
实施例1
一种含植物脲酶的防风固沙剂，由体积配比为1:1-1:5的植物脲酶酶液和无机处理液配制而成。
一种含植物脲酶的防风固沙剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)植物脲酶酶液的提取：用电子天平称取100 g干燥黄豆，置于粉碎机中粉碎，过100目筛网得到所需豆粉，制备的豆粉需低温干燥、密封储藏，以防变质，低温干燥温度控制在4-25℃，备用；随后向烧杯内加入40 g豆粉与960 mL去离子水，通过磁力搅拌器充分搅拌均匀，豆粉溶液的浓度为40 g/L，12 h后将烧杯内的溶液倒入1000 mL离心管中，置于低温高速离心机内，在温度4 ℃、转速3000 r/min的条件下离心15 min，弃置离心管底部沉淀物，取离心管内上层清液，得到植物脲酶酶液，此处为大豆脲酶酶液；
(2)无机处理液的制备：无机处理液中尿素与钙盐的浓度比定为1:1。通过容量瓶配置4份体积为500 mL、尿素与氯化钙的浓度均为0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.5 mol/L的无机处理液；
(3)混合：使用前将大豆脲酶酶液与4份体积为500 mL的无机处理液按体积比1：1混合制成4份含植物脲酶的防风固沙剂，4份防风固沙剂中的尿素与氯化钙的浓度均对应变为0.025mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.25 mol/L，尿素与钙盐的浓度比为1:1。
实施例2
采用上述实施例1制成的4种不同尿素浓度的防风固沙剂，进行室内防风固沙试验，试验步骤如下：
(1)配制试样：试验所用原料土为从腾格里沙漠东部现场所取的风积沙，将沙土倒入长×宽×高为26 cm×18 cm×5 cm的不锈钢托盘内，并将试样表面处理平整，配置5份相同的试样，置于电子天平上，依次称取各试样质量，其中1份不作处理，作为对照试样。
(2)喷洒：将4种不同尿素浓度的防风固沙剂倒入喷壶等喷洒器内，分别向步骤（1）中的4份沙土试样表面喷洒，用量为4 L/m2；喷洒后，将4份沙土试样置于试验桌上48 h，确保固沙剂在沙土表面反应完全；最后再将试样置于温度为60 ℃烘箱内24 h，烘干试样。
(3)风洞试验：将烘干的试样放置于风洞试验洞室中，调节风速为15 m/s，10 min后结束试验，取出试样，称取风洞试验后试样的质量，计算试样单位面积损失量，4份处理后的试样风蚀量如图1所示，未处理的对照试样的风蚀量为6628.21 g/m2。如图1所示，采用本发明的防风固沙剂处理的试样风蚀量都显著减小，尤其是当防风固沙剂中尿素浓度大于0.05mol/L时，整个试样被吹走的沙土质量几乎为0。
(4)贯入试验：对4份处理后的试样以及另1份未处理的对照试样进行贯入试验，贯入强度通过平底圆柱形贯入仪测得，贯入仪圆柱杆直径为6 mm，贯入速度为3 mm/min，处理后的试样贯入强度如图2所示，未处理的对照试样的贯入强度为60.02 kPa。如图2所示，当防风固沙剂中尿素浓度大于0.05mol/L时，试样贯入强度显著提升，可达800 kPa左右。
实施例3
制备含植物脲酶的防风固沙剂，进行现场试验，试验场地为腾格里沙漠东部，试验场地尺寸为2 m×2 m。
含植物脲酶的防风固沙剂由体积比为1:1的大豆脲酶酶液与无机处理液混合而成，大豆脲酶酶液即浓度为40 g/L的豆粉溶液离心后的上清液，离心条件为温度4 ℃，转速3000 r/min，离心时间为15 min；无机处理液为等摩尔浓度的尿素与氯化钙的混合溶液；
预先配置0.2 mol/L的无机处理液，后期防风固沙剂需在试验前即时混合大豆脲酶酶液与无机处理液，混合后尿素与氯化钙的浓度均为0.1 mol/L。
余同实施例1。
对现场场地平整后，将制备好的防风固沙剂倒入喷洒器内进行喷洒处理，喷洒量为4 L/m2。图3和图4分别为处理前的试验场地与由防风固沙剂处理后48h的试验场地图，如图3所示，未处理的沙土表面有明显风吹过的波纹，存在风蚀现象，如图4所示，处理后的沙土表面一直保持平整，无明显波纹及风蚀现象，可将沙土颗粒胶结在一起并形成具有一定强度的硬壳层，由此可知，本发明的防风固沙剂具有防风固沙的可行性与有效性。
实施例4
采用实施例3所用的防风固沙剂对腾格里沙漠东部试验场地进行大规模处理，处理面积为1200 m2，图5为处理后300天的试验场地图，如图5所示，处理后的试验场地近一年后都无明显风蚀现象，此外场地中有大量甘草生长，且长势良好，可见本发明的防风固沙剂有明显的固沙效果，耐久性好，并且对植物生长无任何影响，有利于沙漠治理后一阶段植物的种植，适用于大规模处理。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种含植物脲酶的防风固沙剂，其特征在于，由体积配比为1:1-1:5的植物脲酶酶液和无机处理液配制而成。
2.一种含植物脲酶的防风固沙剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备植物脲酶酶液和无机处理液：
称取干燥豆类，置于粉碎机中粉碎，过筛网得到豆粉，随后称取适量豆粉溶于水中制成豆粉浓度20-160 g/L的豆粉溶液，进行离心处理，弃置底部沉淀物，取上层清液得到所需植物脲酶酶液；
将浓度0.05-0.5 mol/L的尿素与浓度0.05-0.5 mol/L的钙盐均匀混合，得到所需无机处理液；
步骤二、制备防风固沙剂：
将步骤一制备得到的植物脲酶酶液与无机处理液按体积配比1:1-1:5混合均匀，得到所需含植物脲酶的防风固沙剂。
3.根据权利要求2所述的一种含植物脲酶的防风固沙剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，豆粉由干燥的豆类植物中的至少一种经粉碎机粉碎后过100目筛网而得，过筛网得到的豆粉需低温干燥、密封储藏，以防变质，低温干燥温度控制在4-25℃。
4.根据权利要求2所述的一种含植物脲酶的防风固沙剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，豆粉溶液采用低温高速离心机进行离心处理，离心温度为2-6 ℃，转速为3000-6000r/min，离心时间为10-30 min。
5.根据权利要求2所述的一种含植物脲酶的防风固沙剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，无机处理液中尿素与钙盐的浓度比为2:1-1:1。
6.根据权利要求2所述的一种含植物脲酶的防风固沙剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，钙盐为氯化钙、硝酸钙、氯化钙中的至少一种。
7.一种含植物脲酶的防风固沙剂的应用，其特征在于，将含植物脲酶的防风固沙剂倒入喷洒器中，按1-5 L/m2的用量向沙土表层均匀喷洒，用于将沙土颗粒胶结在一起并形成具有一定强度的硬壳层。
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