CN109970379B - 一种具有肥效缓释性能的可降解骨料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于植生生态混凝土领域，具体涉及一种具有肥效缓释性能的可降解骨料及其制备方法。按重量份计，所述组合物包括：2‑5份纤维素醚、2‑10份可溶性淀粉、75‑91份酒石酸、45‑60份氧化镁粉、15‑25份磷酸二氢铵、2‑8份脂肪酸钠、5‑10份铝粉、5‑10份碳酸氢钠和5‑15份硅酸盐水泥。本发明以六水磷酸铵镁为主要成分，通过酒石酸的包膜厚度和骨料的孔隙率来调控酒石酸释放速率，进而改变骨料孔隙中水溶液的pH值，使得制备的骨料具有优异的肥效缓释和可降解性能。
Description
技术领域
本发明属于植生生态混凝土领域，具体涉及一种具有肥效缓释性能的可降解骨料及其制备方法。
背景技术
本发明背景技术中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
植生生态混凝土，是指通过材料筛选、添加功能性添加剂、采用特殊工艺制造出来的具有特殊结构与功能的混凝土，具有生物相容性和生态效应，可以生长生物、影响生物，能减少环境负荷，提高与生态环境的相协调性。在水利、交通、能源、城市扩张等开发行为中，自然地形地貌及原有植被覆盖层被破坏，导致水土流失、局部小气候被改变及生物链被切断。面对严重恶化的生态环境形势，植生生态混凝土逐渐被应用，并取得了一定的工程效益、生态效益和社会效益。但是，混凝土服役一段时间后，植物根系和雨水冲刷的泥沙进入混凝土内部导致孔隙率降低，从而引起混凝土开裂。同时，种植植物所施加的肥料在雨水冲刷和植物吸收的作用下也日渐稀薄，不能满足植物需求。因此，需要研制具有肥效缓释性能的可降解骨料。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种具有肥效缓释性能的可降解骨料及其制备方法。本发明以六水磷酸铵镁为主要成分，通过酒石酸的包膜厚度和骨料的孔隙率来调控酒石酸释放速率，进而改变骨料孔隙中水溶液的pH值，使得制备的骨料具有优异的肥效缓释和可降解性能。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
本发明的第一目的：提供一种用于制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的组合物，按重量份计，所述组合物包括：2-5份纤维素醚、2-10份可溶性淀粉、75-91份酒石酸、45-60份氧化镁粉、15-25份磷酸二氢铵、2-8份脂肪酸钠、5-10份铝粉、5-10份碳酸氢钠和5-15份硅酸盐水泥；所述组合物中的各组分分开存放。
进一步地，所述用于制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的组合物还包括：24-54份水；且所述水和组合物中的各组分分开存放。
优选地，按重量份计，所述组合物包括：2-3份纤维素醚、2-5份可溶性淀粉、75-80份酒石酸、45-50份氧化镁粉、15-20份磷酸二氢铵、2-6份脂肪酸钠、5-7份铝粉、5-8份碳酸氢钠、5-12份硅酸盐水泥和24-54份水；所述组合物中的各组分分开存放。试验显示：当各组分含量处在上述范围内时，得到的骨料的总氮累积释放率以及总磷累积释放率更为显著。
优选地，按重量份计，所述组合物包括：3-5份纤维素醚、5-10份可溶性淀粉、80-91份酒石酸、50-60份氧化镁粉、20-25份磷酸二氢铵、6-8份脂肪酸钠、7-10份铝粉、8-10份碳酸氢钠、12-15份硅酸盐水泥和44-54份水；所述组合物中的各组分分开存放。试验显示：当各组分含量处在上述范围内时，得到的骨料具有更优异的降解率等性能指标。
本发明的第二目的，是提供所述具有肥效缓释性能的可降解骨料的制备方法，包括如下步骤：
按比例，将纤维素醚、份可溶性淀粉和份水混合均匀后，加入酒石酸并搅拌，烘干后粉磨，得到包膜酒石酸；
按比例，将氧化镁粉、份磷酸二氢铵、水和脂肪酸钠在设定温度的氨气气氛中搅拌，将得到的沉淀物烘干、粉磨，得到六水磷酸铵镁粉；
按比例，将铝粉和水混合，搅拌后加入所述六水磷酸铵镁粉、包膜酒石酸、份碳酸氢钠和硅酸盐水泥，进得到的混合物搅拌均匀，然后成型为圆粒，养护，即得所述具有肥效缓释性能的可降解骨料。
进一步地，所述制备包膜酒石酸的步骤中，所述水的加入量为5-10份水，且所述酒石酸分次加入，可选地，所述酒石酸分为2-6次加入。
进一步地，所述制备六水磷酸铵镁粉的步骤中，所述水的加入量为17-38份水。
进一步地，所述制备铝粉和水混合的步骤中，所述水的加入量为2-6份水。
进一步地，所述制备包膜酒石酸的步骤中，烘干的条件为：在60-80℃烘干10-30分钟；所述搅拌的时间为15-60分钟；所述粉磨的时间为10-30分钟。
进一步地，所述制备六水磷酸铵镁粉的步骤中，封闭容器内的温度为30-50℃；所述粉磨的时间为10-30分钟。
进一步地，所述制备铝粉和水混合的步骤中，所述搅拌时间为5-10分钟；所述圆粒的粒径为直径0.4-1.2cm；所述养护的条件为：在40-60℃的温度下和60-90％的相对湿度下，养护10-30分钟。
在本发明中，采用的纤维素醚主要起到增稠作用，其能够调控包膜材料中拌合水的添加量，从而控制包膜材料的孔隙率和溶解速率，进而控制酒石酸释放速率。所述氧化镁与磷酸二氢铵的主要作用是在本发明提供的条件下生成六水磷酸铵镁。所述碳酸氢钠的作用是为铝粉的发泡提供特殊的反应条件，因为铝粉在碱性条件下才能发泡，碳酸氢钠能够有效调整碱度控制铝粉发泡速率；铝粉发泡过程中剧烈放热，该热能促进碳酸氢钠的分解，产生二氧化碳气体，也能形成骨料孔隙。
本发明的第三目的，是提供所述用于制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的组合物及其制备的骨料，以及所述骨料的制备方法在植生生态混凝土制备中的应用。本发明制备的具有肥效缓释性能的可降解骨料具有优异的肥效缓释和可降解性能，显著适用于植生生态混凝土的制备。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明所提供的骨料以六水磷酸铵镁为主要成分，通过酒石酸的包膜厚度和骨料的孔隙率来调控酒石酸释放速率，进而改变骨料孔隙中水溶液的pH值，使骨料获得显著的肥效缓释和可降解性能。
(2)本发明以可溶性淀粉包覆酒石酸，以铝粉作发泡剂在骨料内部形成孔隙，通过酒石酸的包膜厚度和骨料的孔隙率来调控酒石酸释放速率。
(3)本发明在氨气气氛和30-50℃的封闭容器内搅拌过程中得到的六水磷酸铵镁沉淀物以絮凝状沉淀物为主，结构疏松，活性高，使制备的骨料获得更好的肥效缓释和可降解性能。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，混凝土服役一段时间后，植物根系和雨水冲刷的泥沙进入混凝土内部导致孔隙率降低，从而引起混凝土开裂。同时，种植植物所施加的肥料在雨水冲刷和植物吸收的作用下也日渐稀薄，不能满足植物需求。因此，本发明提出一种具有肥效缓释性能的可降解骨料及其制备方法；现结合具体实施方式对本发明进一步进行说明。
下列实施例中，所述硅酸盐水泥购自济南世纪创新水泥有限公司,其强度等级为42.5。
实施例1
一种具有肥效缓释性能的可降解骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将2份纤维素醚、2份可溶性淀粉和5份水混合均匀后，再分2次加入75份酒石酸并搅拌过程15分钟，在60℃烘干10分钟，再粉磨10分钟得到包膜酒石酸；
(2)将45份氧化镁粉、15份磷酸二氢铵、17份水和2份脂肪酸钠在氨气气氛和30℃的封闭容器内搅拌，直至出现大量六水磷酸铵镁沉淀物，烘干再粉磨10分钟得到六水磷酸铵镁粉；
(3)将5份铝粉和2份水搅拌5分钟，加入50份六水磷酸铵镁粉、5份包膜酒石酸、5份碳酸氢钠和5份硅酸盐水泥搅拌，并成型为直径0.4cm的圆粒，在40℃和相对湿度90％养护10分钟，得到骨料。
实施例2
一种具有肥效缓释性能的可降解骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将5份纤维素醚、10份可溶性淀粉和10份水混合均匀后，再分6次加入91份酒石酸并搅拌过程60分钟，在80℃烘干30分钟，再粉磨30分钟得到包膜酒石酸；
(2)将60份氧化镁粉、25份磷酸二氢铵、38份水和8份脂肪酸钠在氨气气氛和50℃的封闭容器内搅拌，直至出现大量六水磷酸铵镁沉淀物，烘干再粉磨30分钟得到六水磷酸铵镁粉；
(3)将10份铝粉和6份水搅拌10分钟，加入75份六水磷酸铵镁粉、10份包膜酒石酸、10份碳酸氢钠和15份硅酸盐水泥搅拌，并成型为直径1.2cm的圆粒，在60℃和相对湿度60％养护30分钟，得到骨料。
实施例3
一种具有肥效缓释性能的可降解骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将3份纤维素醚、5份可溶性淀粉和8份水混合均匀后，再分4次加入80份酒石酸并搅拌过程45分钟，在70℃烘干20分钟，再粉磨20分钟得到包膜酒石酸；
(2)将50份氧化镁粉、20份磷酸二氢铵、32份水和6份脂肪酸钠在氨气气氛和40℃的封闭容器内搅拌，直至出现大量六水磷酸铵镁沉淀物，烘干再粉磨20分钟得到六水磷酸铵镁粉；
(3)将7份铝粉和4份水搅拌6分钟，加入60份六水磷酸铵镁粉、7份包膜酒石酸、8份碳酸氢钠和12份硅酸盐水泥搅拌，并成型为直径1.0cm的圆粒，在50℃和相对湿度70％养护20分钟，得到骨料。
实验例1
一种具有肥效缓释性能的可降解骨料的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)中不加入可溶性淀粉，以验证可溶性淀粉包覆酒石酸对骨料肥效缓释的影响。
实验例2
一种具有肥效缓释性能的可降解骨料的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(2)中不在氨气气氛和40℃的封闭容器内搅拌，而是在室温、空气条件下进行搅拌，以验证制备的六水磷酸铵镁沉淀物对骨料肥效缓释和可降解性能的影响。
实验例3
一种具有肥效缓释性能的可降解骨料的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(3)中不加入铝粉，以验证对骨料肥效缓释性能的影响。
性能测试：
按照GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》检测实施例1-3和试验例1-3制备的骨料的压碎指标为和吸水率。
参照GBT11894-89《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》和GB100893-89《水质总磷的测定钼酸铵分光度法》测量实施例1-3和试验例1-3浸泡28天的25℃恒温水溶液中总氮、总磷含量。将骨料浸泡于25℃恒温水中60天测定降解率。结果如表1所示。
表1
从表1中测试结果可以看出，相对于实施例1，实验例1中因为没有淀粉在酒石酸表层形成包膜控制其释放速率，导致快速释放的酒石酸降低了溶液pH值和六水磷酸铵镁快速溶解，骨料的降解率、总氮和总磷累计释放率快速增长，无法实现缓释的目的。实验例2中的得到的六水磷酸铵镁非絮状，多为晶体，活性差，实验例3中无铝粉发泡调控孔隙率故得到的骨料的降解率和累计释放率指标均出现了大幅度的下降。本发明制备所述可降解骨料的六水磷酸铵镁能溶解于pH值小于8.5的水溶液，并释放出铵根和磷酸根。同时，本发明通过酒石酸调控骨料pH值，在骨料制备过程中采用铝粉发泡在其内部形成孔隙；当雨水冲刷时，雨水进入孔隙并将酒石酸表层的可溶性淀粉溶解释放，当pH值小于8.5时，六水磷酸铵镁溶解释放出铵根和磷酸根，满足植物生长的需求。随着服役时间的延长，六水磷酸铵镁持续溶解，骨料尺寸减小。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种用于制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的组合物，其特征在于，按重量份计，所述组合物包括：2-5份纤维素醚、2-10份可溶性淀粉、75-91份酒石酸、45-60份氧化镁粉、15-25份磷酸二氢铵、2-8份脂肪酸钠、5-10份铝粉、5-10份碳酸氢钠和5-15份硅酸盐水泥；
将氧化镁粉、磷酸二氢铵、水和脂肪酸钠在氨气气氛的封闭容器内搅拌，将得到的沉淀物烘干、粉磨，得到六水磷酸铵镁粉；
封闭容器内的温度为30-50℃。
2.如权利要求1所述的用于制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的组合物，其特征在于，还包括：24-54份水。
3.如权利要求2所述的用于制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的组合物，其特征在于，所述水和组合物中的各组分分开存放。
4.如权利要求2所述的用于制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的组合物，其特征在于，按重量份计，所述组合物包括：2-3份纤维素醚、2-5份可溶性淀粉、75-80份酒石酸、45-50份氧化镁粉、15-20份磷酸二氢铵、2-6份脂肪酸钠、5-7份铝粉、5-8份碳酸氢钠、5-12份硅酸盐水泥和24-54份水。
5.如权利要求2所述的用于制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的组合物，其特征在于，按重量份计，所述组合物包括：3-5份纤维素醚、5-10份可溶性淀粉、80-91份酒石酸、50-60份氧化镁粉、20-25份磷酸二氢铵、6-8份脂肪酸钠、7-10份铝粉、8-10份碳酸氢钠、12-15份硅酸盐水泥和44-54份水。
6.利用权利要求2所述的组合物制备具有肥效缓释性能的可降解骨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按比例，将纤维素醚、可溶性淀粉和水混合均匀后，加入酒石酸并搅拌，烘干后粉磨，得到包膜酒石酸；
按比例，将氧化镁粉、磷酸二氢铵、水和脂肪酸钠在氨气气氛的封闭容器内搅拌，将得到的沉淀物烘干、粉磨，得到六水磷酸铵镁粉；
按比例，将铝粉和水混合，搅拌后加入所述六水磷酸铵镁粉、包膜酒石酸、碳酸氢钠和硅酸盐水泥，将得到的混合物搅拌均匀，然后成型为圆粒，养护，即得所述具有肥效缓释性能的可降解骨料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备包膜酒石酸的步骤中，所述水的加入量为5-10份水。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述酒石酸分次加入。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述酒石酸分为2-6次加入。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备六水磷酸铵镁粉的步骤中，所述水的加入量为17-38份水。
11.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铝粉和水混合的步骤中，所述水的加入量为2-6份水。
12.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备包膜酒石酸的步骤中，烘干的条件为：在60-80℃烘干10-30分钟。
13.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述粉磨的时间均为10-30分钟。
14.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备六水磷酸铵镁粉的步骤中所述粉磨的时间为10-30分钟。
15.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铝粉和水混合的步骤中，所述搅拌时间为5-10分钟。
16.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述圆粒的粒径为直径0.4-1.2cm。
17.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述养护的条件为：在40-60℃的温度下和60-90%的相对湿度下，养护10-30分钟。
18.如权利要求6-17任一项所述的制备方法制备的骨料在植生生态混凝土制备中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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