CN110079331B - 一种水溶性环保固沙剂的制备及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水溶性环保固沙剂的制备及应用方法，其特征在于：利用水浸法制备天然籽胶溶液后加入腐殖酸、氮肥得到混合液，应用方法为：每亩喷洒3000‑5000kg的混合液，可根据流动沙地地表起伏状况，采用带状喷洒铺设或流沙表面全部喷洒铺设。本发明所述固沙剂制备方法简单，无需特殊设备，适宜野外现场制备，原料廉价易得，固沙效果明显，且不影响植物生长，同时具有较高的耐盐性能。本发明所述固沙剂应用方式灵活，固沙效果保持时间长。固沙造林后利用该环保固沙剂设置沙障不会因风蚀而导致根系裸露死亡，达到雨养条件下低成本综合治理流动沙地的口的，并体现出实用、简单、廉价、高效持久的特点。

Description

一种水溶性环保固沙剂的制备及应用方法

技术领域

本发明涉及一种固沙材料，尤其涉及一种水溶性环保固沙剂的制备方法；本发明同时还涉及该固沙剂的应用方法，属于水土保持和荒漠化防治领域。

背景技术

荒漠化(desertification)是由于干旱少雨、植被破坏、大风吹蚀、流水侵蚀、土壤盐渍化等因素造成的大片土壤生产力下降或丧失的自然或非自然现象。中国是世界上荒漠化严重的国家之一。因此，防沙治沙是防治荒漠化的重要手段。

固定流动沙丘是防沙治沙工程建设中最重要的内容，一方面，因流动沙丘的流动性强，危害性较大，必须得到有效的治理和控制。另一方面，流动沙丘中的水分相对较好，但风蚀严重，建立人工植被时成活容易、保存难。所以，采取有效技术措施控制流动沙地风蚀，并有效减少沙障间风蚀凹面深度是建立植被、控制流动危害的关键环节。

化学固沙剂是指采用有机和无机、天然和人工合成胶质物质，喷洒到流沙表面，渗入沙层间隙，固化后能在沙面上形成一层保护壳，防止气流对松散沙面的直接吹蚀，起到防止地表风蚀、固定流沙、防止沙丘移动作用，以达到控制和改善沙害环境，提高沙地生产力的技术措施。从20世纪30年代开始，化学固沙剂的研究已经悄然兴起，我国的研究始于20世纪60年代。目前，已有百余种化学固沙剂用于防风固沙，传统的化学固沙材料可分为水泥浆类、水玻璃类、石油产品类、合成高分子聚合物和高吸水树脂类以及资源类固沙材料等6大类。利用化学材料进行喷洒固沙的方法见效快，而且固沙剂几乎都采用化学合成或改性(非水溶性)这种化学合成的技术路线，其生产工艺复杂，限制了化学固沙材料的应用。

随着科学技术的发展，环保型固沙材料研究取得了长足进步，适应了保护环境、保护土地资源和防沙治沙工程建设的需要，同时也充分体现生态产业发展的技术需求，它是固定流沙、在短期内即能阻止流沙危害最有效的固沙产品之一。例如，利用黄原胶(XG)、瓜尔胶(GG)、黄土(loess)和丙烯酸为原料，采用水溶液聚合法制备了GG-g-PAA/loess和XG-g-PAA/loess有机-无机复合固沙剂。利用固沙植物沙蒿的种籽所提取的沙蒿胶通过羧甲基化改性可使沙蒿胶的水不溶物含量由原来的55％降至4％，其表观粘度可提高两倍以上，且改性沙蒿胶的耐温性能和抗剪切性能也较好，但改性产物仍存在不易交联等缺陷，并且沙蒿胶的固沙效果，认为沙蒿胶喷洒质量分数以0.20％为宜。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种水溶性环保固沙剂的制备及应用方法，以解决现有的化学合成或改性技术生产的高分子聚合物类固沙剂成本高、水溶性差、生产工艺复杂、对环境不友好等技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采取以下方案来实现：一种水溶性环保固沙剂的制备方法，其特征在于：

第一步：在pH＝7的中性条件下，室温20-25℃，将胡麻种籽饼粕与水按照1∶100-3∶100的比例(质量体积比)进行浸泡，浸泡24-72h后，提取含有植物籽胶的上清液备用，这种植物籽胶的特点是亲水，水是其唯一溶剂，且该胶液随着放置时间的延长其粘度逐渐增高。

第二步：在第一步得到的上清液中加入腐殖酸、氮肥得到混合液，腐殖酸添加比例为0.01％-0.15％，氮肥添加比例为0.1％-0.2％。

其中，所述胡麻种籽饼粕为胡麻籽经压榨脱脂后的副产品；所述氮肥为磷酸二氢铵或碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵。

经测定，第一步所述的上清液中天然籽胶干物质浓度平均含量为0.02％-0.03％，含有鼠李糖11.5-12.6％，阿拉伯糖6.3-7.0％，岩藻糖3.5-4.8％，木糖12.0-13.0％，甘露糖3.0-4.0％，葡萄糖9.5-10.5％，半乳糖14.0-15.9％。

一种水溶性环保固沙剂的应用方法，其特征在于：

每亩沙地喷洒3000-5000kg的混合液。根据流动沙地地表起伏状况，采用带状喷洒铺设或流沙表面全部喷洒铺设。

带状喷洒的具体方法：带宽1-2m，带间距2-3m。在自然条件下经过2-3天形成1.5-3cm的胶沙结壳，硬度0.2-1.46kg/cm²。

本发明所述固沙剂制备方法简单，原料廉价易得，固沙效果明显，且不影响植物生长。采取中性条件下水浸法从油料植物种籽饼粕(种籽经脱油后的副产品)提取天然籽胶作为固沙剂原料，使用材料来源广泛，提取籽胶工艺简单、环保。植物胶液遇水能溶胀水合形成高粘度的溶胶液，其粘度随粉剂浓度增加而显著增加，籽胶液属于非牛顿型流体，粘度随剪切速度增高而降低，固沙效果突出。水溶性籽胶中性多糖比酸性多糖具有更高的特性粘度，在溶液中表现出明显的剪切变稀的特性和粘弹性，在pH 5.0～9.0内表现出稳定的粘性，且在很低的浓度就具有很高的粘度，当浓度低于1～2g/L时，能够完全溶解，克服了很多高分子固沙剂水溶性差，喷洒后入渗浅的弊病(即使改性的高分子固沙剂也同样存在这些问题)。此外，该环保型固沙剂具有较高的耐盐性能，由于其非离子性，该固沙剂一般不受阴、阳离子的影响，不产生盐析现象。本发明所述固沙剂随水入渗快而深，并且胶沙结壳遇到水后水分能够快速下渗，待沙土表面干燥后胶沙结壳又能重新形成。因此，这种水溶性籽胶固沙喷洒平铺沙障不影响固沙植物生长。

本发明所述固沙剂应用方式灵活，固沙效果保持时间长。平缓流动沙地可以采用机械喷洒，流动沙丘可以采用人工喷洒，并且喷洒用量较小，且在流沙表面形成1.5-3cm胶沙结壳可持续保持0.5-2年。固沙造林后利用该环保固沙剂设置沙障不会因风蚀而导致根系裸露死亡，达到雨养条件下低成本综合治理流动沙地的目的，并体现出实用、简单、廉价、高效持久的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：实验例2不同料液比对沙胶结壳厚度的影响

图2：实验例2不同料液比对沙胶结壳硬度的影响

图3：实验例3固沙剂喷洒用量对沙胶结壳硬度的影响

图4：实验例3固沙剂喷洒用量对沙胶结壳厚度的影响

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚地展示，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

一种水溶性环保固沙剂的制备方法：

1、原料：①胡麻籽饼粕(种籽经脱油后的副产品)

②腐殖酸

③磷酸二氢铵(也可用碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵)

2、制备方法：

第一步：水浸法提取胡麻籽胶干物质：在pH＝7的中性条件下，室温20-25℃，取胡麻籽饼粕1.75g与水350mL按照质量与体积比0.5∶100(料液比0.5％)分别浸泡24、48、72h后，提取上清液。

第二步：在上清液中添加腐殖酸0.035g、磷酸二氢铵3.5g得到混合液。腐殖酸可以使肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。磷酸二氢铵的作用为增加土壤氮、磷养分，促进植物生长。添加比例为：1kg上清液添加腐殖酸0.1g，添加磷酸二氢铵或碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵10g。

实施例二

一种水溶性环保固沙剂的制备方法：

1、原料：①胡麻籽饼粕(种籽经脱油后的副产品)

②腐殖酸

③磷酸二氢铵(也可用碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵)

2、制备方法：

第一步：水浸法提取胡麻籽胶干物质：在pH＝7的中性条件下，室温20-25℃，取胡麻籽饼粕3.5g与水350mL按照质量与体积比1∶100(料液比1％)分别浸泡24、48、72h后，提取上清液。

第二步：在上清液中添加腐殖酸0.525g、磷酸二氢铵7g得到混合液。腐殖酸可以使肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。磷酸二氢铵的作用为增加土壤氮、磷养分，促进植物生长。添加比例为：1kg上清液添加腐殖酸1.5g，添加磷酸二氢铵或碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵20g。

实施例三

一种水溶性环保固沙剂的制备方法：

1、原料：①胡麻籽饼粕(种籽经脱油后的副产品)

②腐殖酸

③磷酸二氢铵(也可用碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵)

2、制备方法：

第一步：水浸法提取胡麻籽胶干物质：在pH＝7的中性条件下，室温20-25℃，取胡麻籽饼粕5.25g与水350mL按照质量与体积比1.5∶100(料液比1.5％)分别浸泡24、48、72h后，提取上清液。

第二步：在上清液中添加腐殖酸0.035g、磷酸二氢铵3.5g得到混合液。腐殖酸可以使肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。磷酸二氢铵的作用为增加土壤氮、磷养分，促进植物生长。添加比例为：1kg上清液添加腐殖酸0.1g，添加磷酸二氢铵或碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵10g。

实施例四

一种水溶性环保固沙剂的制备方法：

1、原料：①胡麻籽饼粕(种籽经脱油后的副产品)

②腐殖酸

③磷酸二氢铵(也可用碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵)

2、制备方法：

第一步：水浸法提取胡麻籽胶干物质：在pH＝7的中性条件下，室温20-25℃，取胡麻籽饼粕7g与水350mL按照质量与体积比2∶100(料液比2％)分别浸泡24、48、72h后，提取上清液。

第二步：在上清液中添加腐殖酸0.035g、磷酸二氢铵3.5g得到混合液。腐殖酸可以使肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。磷酸二氢铵的作用为增加土壤氮、磷养分，促进植物生长。添加比例为：1kg上清液添加腐殖酸0.1g，添加磷酸二氢铵或碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵10g。

实施例五

一种水溶性环保固沙剂的制备方法：

1、原料：①胡麻籽饼粕(种籽经脱油后的副产品)

②腐殖酸

③磷酸二氢铵(也可用碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵)

2、制备方法：

第一步：水浸法提取胡麻籽胶干物质：在pH＝7的中性条件下，室温20-25℃，取胡麻籽饼粕10g与水333mL按照质量与体积比3∶100(料液比3％)分别浸泡24、48、72h后，提取上清液。

第二步：在上清液中添加腐殖酸0.5g、磷酸二氢铵6.5g得到混合液。腐殖酸可以使肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。磷酸二氢铵的作用为增加土壤氮、磷养分，促进植物生长。添加比例为：1kg上清液添加腐殖酸1.5g，添加磷酸二氢铵或碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵20g。

实施例六

一种水溶性环保固沙剂的应用方法：

喷洒实施例4中浸泡时间为24h的混合液：每亩沙地喷洒3000-5000kg的混合液。根据流动沙地地表起伏状况，可采用带状喷洒铺设或流沙表面全部喷洒铺设。若沙地地表起伏较大，可采用带状喷洒：带宽1-2m，带间距2-3m。

实验例一

以下对本发明实施例1-5中第一步所制备的提取液进行成分含量的定量实验。

经过自然静止、分离，固体物下沉，取固体物干燥后测得固体物即浸出物干重，经计算，得出浸出物的浓度及浸出物效率，如表1所示。经过对浸出物的进一步检测，含有鼠李糖11.5-12.6％，阿拉伯糖6.3-7.0％，岩藻糖3.5-4.8％，木糖12.0-13.0％，甘露糖3.0-4.0％，葡萄糖9.5-10.5％，半乳糖14.0-15.9％。

表1.室温条件浸提时间对饼粕浸出物的影响

从表1可以看出，料液比在0.5％-1.5％时，提取72h，杂多糖籽胶干物质含量最高，变化范围3.23％-3.24％，提取24h籽胶干物质含量变化范围2.75％-2.88％，提取48h籽胶干物质含量变化范围2.52％-2.79％。而料液比在2.0％-3.0％时，随着提取时间延长籽胶干物质含量呈现出增加的趋势，并且提取72h籽胶干物质含量变化范围2.92％-3.06％。说明室内条件下，从胡麻脱脂饼粕中提取的天然杂多糖籽胶含量多少或浸出物浓度和料液比有密切关系，或者通过增加浸时间，在室温条件下浸出籽胶浓度、浸出籽胶率也能够取得较理想的效果。

实验例二

以下对本发明实施例2-5所制备的固沙剂进行喷洒后的结壳定量实验。

具体实验方法为：将风沙土放置于若干个长宽高30×20×10cm的pvc盒中，将实施例2-5所得到的混合液分别均匀喷洒在盒中，静置3天后测量形成的硬沙胶壳的厚度和硬度。

如图1所示，本发明固沙剂喷洒在流动风沙土表面后迅速入渗并在几天内形成硬沙胶结壳，从而起到控制风蚀的固沙作用。

如图2所示，随着料液比的增加，流动风沙土表面喷洒籽胶固沙剂后形成的沙胶结壳硬度呈现显著的增加趋势，而沙胶结壳硬度并未随提取时间的增加而现显著增加。

实验例三

以下对本发明实施例6中浸泡时间为24h所制备的固沙剂按照不同喷洒量进行喷洒后的结壳定量实验。

具体实验方法为：将风沙土放置于4个长宽高30×20×10cm的pvc盒中，将实施例4(料液比为2％)中浸泡时间为24h所得到的混合液分别取0.3kg、0.48kg、0.72kg、0.84kg均匀喷洒在4个盒中的风沙土表面，静置3天后测量形成的硬沙胶壳的厚度和硬度。

如图3、图4所示，随着固沙剂喷洒用量的增加，沙胶结壳硬度、厚度均呈现出增加的趋势，其变化关系分别为线性方程，即y＝0.442x+0.17(R²＝0.9918)、y＝0.38x+1.85(R²＝0.9757)。

如图4所示，本发明固沙剂喷洒用量由5kg/m²增加到8kg/m²，沙胶结壳厚度则由2.2cm增加到2.6cm，增加11.5％，当籽胶固沙剂喷洒用量由8kg/m²增加到12kg/m²、14kg/m²，沙胶结壳厚度则由2.6cm增加到3.1cm、3.3cm，分别增加了16.1％、21.2％，表明单纯增加籽胶固沙剂喷洒用量对形成沙胶结壳厚度的影响有限，尽管其增加的幅度逐渐增加。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本发明的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种水溶性环保固沙剂的制备方法，其特征在于：

第一步：将胡麻种籽饼粕与水按照1∶100-3∶100的质量体积比进行浸泡，浸泡24-72h后，提取上清液备用；

第二步：在第一步得到的上清液中加入腐殖酸、氮肥得到混合液，腐殖酸添加比例为0.01％-0.15％，氮肥添加比例为0.1％-0.2％。

2.根据权利要求1所述的一种水溶性环保固沙剂的制备方法，其特征在于：所述胡麻种籽饼粕为胡麻籽经压榨脱脂后的副产品。

3.根据权利要求1所述的一种水溶性环保固沙剂的制备方法，其特征在于：所述氮肥为磷酸二氢铵或碳酸铵或硫酸铵或尿素或磷酸三铵。

4.根据权利要求1所述的一种水溶性环保固沙剂的制备方法，其特征在于：所述第一步中水的pH＝7。

5.根据权利要求1所述的一种水溶性环保固沙剂的制备方法，其特征在于：所述第一步在室温20-25℃的环境下进行。

6.一种由权利要求1所述的水溶性环保固沙剂的制备方法制得的水溶性环保固沙剂的应用方法，其特征在于：每亩沙地喷洒3000-5000kg的混合液；根据流动沙地地表起伏状况，采用带状喷洒铺设或流沙表面全部喷洒铺设。

7.根据权利要求6所述的水溶性环保固沙剂的应用方法，其特征在于：带状喷洒的带宽1-2m，带间距2-3m。

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