CN110228968A

CN110228968A - 一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法

Info

Publication number: CN110228968A
Application number: CN201910549690.9A
Authority: CN
Inventors: 雷自强; 刘晓梅; 程莎; 赵俊吉; 仇雪雁
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2019-09-13

Abstract

本发明公开了一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法，是将红土与生物胶粉末混合均匀，加入蒸馏水搅拌使其充分混匀，在室温反应10~15h，然后压制成型，干燥即得红土基高分子防渗漏隔层。本发明以天然的红土作为原料，可以很好的降低土基高分子防渗漏材料的生产成本；生物胶作为红土结构改良剂或稳定剂，可以增加红土壤颗粒间的粘结力，使颗粒间空隙减小，防止蓄集水发生渗漏；红土基高分子防渗漏材料具有土层较好的相容性，能有效防止蓄集水渗漏，避免水质恶化以及防渗漏材料对环境造成二次污染。

Description

一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种防渗漏材料的制备方法，尤其涉及一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法，属于复合材料领域和节水灌溉领域。

背景技术

淡水资源的短缺，是全球面临的一个严峻的问题。我国西北地区深居内陆，占全国面积的35.9%，而水资源总量仅占全国的5.7%。西北地区属于大陆性干旱半干旱气候区，常年气候干旱，大部分地区平均降雨量在400mm以下，而水面蒸发量却高达1000~ 2800mm，降水量少而蒸发量大，使得西北地区水资源一直比较匮乏。并且西北地区也是我国时空变率最大的地区，降雨主要集中在夏秋季节，且多暴雨，与农作物的生长发育需水期严重错位，所以水资源不仅不能满足农业灌溉和工业生产的需要，甚至许多地方人畜用水也发生困难，严重制约了当地社会经济发展和生态环境可持续发展。

面对水资源分布不均，为了我国生态文明建设，制备一些防渗漏材料，集水节水，进行水资源时空调控，已经成为近年来人们研究的热点。长期以来，人们通过水窖、蓄水池等集水设施对雨水、冰川融水和季节性洪水等水资源进行蓄集利用，但是，这些设施中的一些如水窖等容量小，只能应急解决短期饮用水；另一些如集水池建筑材料一般是水泥，与土层相容性差，容易坍塌，水泥集水池不但水质不能保证，而且建造成本也高，存在推广困难。我国有大面积的漏水沙地，少量降雨会快速渗漏损失，使得土壤缺水，无法满足植被或作物的需求，所以防止集水设施的渗漏及灌溉节水对缺水地区而言有着十分重要的意义。

目前，防渗材料种类较多，由早期的压实土、三合土到目前的混凝土、土工膜、土壤固化剂、砖砌防渗和塑料膜防渗等。这些防渗漏材料虽都具有一定的防渗漏效果，但是它们存在着铺设条件苛刻、价格昂贵、材料存在环境风险及容易导致水资源变质等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种成本低廉、环境友好、制作工艺简单的红土基高分子防渗漏材料的制备方法。

一、红土基高分子防渗漏材料的制备

本发明制备红土基高分子防渗漏材料的方法，是将红土与生物胶粉末混合均匀，加入蒸馏水搅拌使其充分混匀，在室温反应10~15h，然后压制成型，干燥，即得红土基高分子防渗漏隔层。

所述生物胶为羟丙基瓜尔胶、胡麻胶、沙蒿胶、黄原胶和田菁胶中的至少一种；生物胶的加入量为红土质量的0.05~4.5%。生物胶作为土壤结构改良剂或稳定剂，具有较高的粘性，可以增加红土壤颗粒间的粘结力，使颗粒间空隙减小，防止蓄集水发生渗漏。因此，在蓄集水设施和漏水沙地中具有广阔的应用前景。

蒸馏水的加入量为红土质量的35~75%。为了使红土与生物胶粉末等能够充分作用并完全反应，上述搅拌转速控制在300~600r/min，搅拌时间为30~60min。

二、红土基高分子防渗漏材料的结构与性能

图1为本发明制备的红土基羟丙基瓜尔胶的红外光谱图。a曲线（红土）在1451 cm^-1处的吸收峰归属于C-OH 的弯曲振动，该显著的特征吸收峰在红土基羟丙基瓜尔胶的红外光谱图（曲线c）中明显减弱。此外，a曲线（红土）中位于1028cm^-1处的强吸收峰归属于=Si-O的伸缩振动，该吸收峰在c曲线中出现；同时在471cm^-1处的吸收峰为Si-O-Si的弯曲振动峰，也出现在c曲线中。b曲线（羟丙基瓜尔胶）在3407cm^-1处的吸收峰归属于-OH 的伸缩振动，2906cm^-1的吸收峰归属于C-H 的伸缩振动；这些特征吸收峰在c曲线中发生偏移且明显减弱。以上结果表明红土与羟丙基瓜尔胶发生了相互作用。

图2为本发明中红土基胡麻胶防渗漏材料的红外光谱图。图中，a曲线（红土）在1451cm^-1处的吸收峰归属于C-OH 的弯曲振动，该显著的特征吸收峰在红土基胡麻胶防渗漏材料的红外光谱图（曲线c）中明显减弱。此外，a曲线（红土）中位于1028cm^-1处的强吸收峰归属于=Si-O的伸缩振动，该吸收峰在c曲线中出现；同时在471cm^-1处的吸收峰为Si-O-Si的弯曲振动峰，出现在了c曲线中。b曲线为胡麻胶的红外光谱图，在3426cm^-1处的吸收峰为-OH的伸缩振动，在2906cm^-1的吸收峰归属于C-H 的伸缩振动，这些吸收峰在c曲线中明显减弱。以上结果表明红土与胡麻胶发生了相互作用。

图3为本发明中红土基黄原胶防渗漏材料的红外光谱图。图3中，a曲线（红土）在1451 cm^-1处的吸收峰归属于C-OH 的弯曲振动，该显著的特征吸收峰在红土基黄原胶防渗漏材料的红外光谱图（曲线c）中明显减弱。此外，a曲线（红土）中位于1028cm^-1处的强吸收峰归属于=Si-O的伸缩振动，该吸收峰在c曲线中出现；同时在471cm^-1处的吸收峰归属于Si-O-Si的弯曲振动峰，出现在了c曲线中。b曲线为黄原胶的红外光谱图，3440cm^-1处的宽峰为-OH的伸缩振动，2920cm^-1的吸收峰归属于C-H 的伸缩振动，-C=O的特征峰出现在1624cm^-1，1262~762cm^-1处出现非对称的C-O-C伸缩振动、C-O伸缩及骨架振动峰、-CH₂振动吸收峰，这些吸收峰在c曲线中明显减弱或消失。以上结果表明红土与黄原胶发生了相互作用。

图4为未添加高分子和添加高分子后红土基防渗漏材料的粒径分布图。其中a、b、c、d分别为红土和红土基沙蒿胶防渗漏材料、红土和红土基胡麻胶防渗漏材料、红土和红土基黄原胶、红土和红土基羟丙基瓜尔胶防渗漏材料的粒径分布图。从图4中可以看出，红土基高分子防渗漏材料主要粒径分布明显变大，表明高分子和红黏土之间通过弱的相互作用发生团聚，增大了黏土颗粒之间的体积，空隙减小，一定程度上阻碍了水分通过，从而达到防渗漏的效果。

图5为未添加高分子和添加高分子后红土基防渗漏材料的扫描电镜图。其中，a、b、c、d分别为红土、红土基沙蒿胶防渗漏材料、红土基羟丙基瓜尔胶防渗漏材料、红土基田菁胶防渗漏材料的扫描电镜图。从图5中可以看出，红土基高分子防渗漏材料的表面形貌均因生物胶的加入而发生了改变，红土的表面形貌相对疏松，而添加了生物胶之后，其微观表面形貌变得相对紧密，颗粒之间的粘结性增强，孔隙减小，一定程度上阻碍水分通过土基高分子防渗漏材料，从而达到防渗漏的效果。

三、红土基高分子防渗漏材料的防渗漏性能

取13个规格相同的塑料杯，在杯底打一定数量的均匀分布的孔径为2mm的小孔，然后取等量防渗漏样品，分别压制在样品杯中，使其表面平整光滑，放置12h后，在装样品的容器中加入100mL自来水，用保鲜膜将容器口密封，然后将其嵌入另一个容器中，底部容器与大气相通。在自然条件下，每隔12小时用电子天平称量容器中漏水的质量，记录数据。

图6为不同剂量沙蒿胶作用下红土基防渗漏材料渗水量随时间变化曲线。从图6可以看出，与红土相比，添加沙蒿胶制备的红土基防渗漏材料的防渗漏性能更加优异。不同添加量不同添加量沙蒿胶作用下红土基防渗漏材料的防渗漏效果为：1.2~3.5%>0.3~0.65%>0.15~0.25%>0.08~0.125%>0.8~1.15%>0.3~0.65%>0.35~0.5%>0.025~0.075%>0%。

图7为不同剂量田菁胶作用下红土基防渗漏材料的漏水率随时间变化曲线。从图6可以看出，与红土相比，添加田菁胶制备的红土基防渗漏材料的防渗漏性能比添加沙蒿胶的更加优异，不同添加量田菁胶作用下红土基防渗漏材料的防渗漏效果为：0.8~1.15%>0.3~0.65%>0.025~0.075%>0.3~0.65%>0.08~0.125%>0%>0.15~0.25%>0.35~0.5%。

图8为不同剂量羟丙基瓜尔胶作用下红土基防渗漏材料渗水量随时间变化曲线。从图7可以看出，与红土相比，添加羟丙基瓜尔胶制备的红土基防渗漏材料的防渗漏性能比添加田菁胶的性能更加优异。不同添加量羟丙基瓜尔胶作用下红土基防渗漏材料的防渗漏效果为：0.8~3.5%>0.55~0.75%>0.025~0.075%>0.3~0.65%>0.08~0.125%>0.15~0.25%>0.35~0.5%>0%。

综上所述，本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、以天然的红土作为原料，可以很好的降低土基高分子防渗漏材料的生产成本；

2、生物胶作为土壤结构改良剂或稳定剂，可以增加土层颗粒间的凝聚力，减小土颗粒之间的空隙，有效防止水分发生渗漏；

3、红土基高分子防渗漏材料与周围沙土层具有较好的相容性，能有效防止蓄集水渗漏，避免水质恶化以及防渗漏材料对环境造成二次污染，此外，还可以有效防止沙地中水分发生深层渗漏，给植被或作物提供一个良好的生长环境，促进植被或作物的生长。

附图说明

图1为本发明制备的红土基羟丙基瓜尔胶防渗漏材料的红外光谱图。

图2为本发明中红土基胡麻胶防渗漏材料的红外光谱图。

图3为本发明中红土基黄原胶防渗漏材料的红外光谱图。

图4为未添加高分子和添加高分子后红黏土高分子粒径分布图。

图5为未添加高分子和添加高分子后红土基高分子防渗漏材料的扫描电镜图。

图6为不同剂量沙蒿胶作用下红土基防渗漏材料渗水量随时间变化曲线。

图7为不同剂量田菁胶作用下红土基防渗漏材料渗水量随时间变化曲线。

图8为不同剂量羟丙基瓜尔胶作用下红土基防渗漏材料渗水量随时间变化曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的红土基高分子防渗漏材料的制备和应用作进一步说明。

实施例一、红土基羟丙基瓜尔胶防渗漏材料的制备和性能

取一定量的红土，分别加入其质量0.80%的羟丙基瓜尔胶，混合均匀后加入红土质量30%的蒸馏水，在400 r/min的搅拌速度下搅拌40 min，然后压制成厚度为2 cm阻隔层，干燥。1200h时，纯红土漏水高达53.7g，而该红土基防渗漏材料未发生渗漏情况。

根据国家标准GB 5749-2006对制备的防渗漏材料蓄集水的水质进行了检测，pH：6.7；浊度：3度；COD_Mn：2.5mg/L；各项指标均达到国家标准。

实施例二、红土基沙蒿胶防渗漏材料的制备和性能测试

取一定量的红土，分别加入其质量1.20%的沙蒿胶，混合均匀后加入红土质量25%的蒸馏水，在400 r/min的搅拌速度下搅拌40 min，然后压制成厚度为2 cm阻隔层，干燥。1000h时，纯红土漏水高达53.7g，而该红土基防渗漏材料未发生漏水情况。

根据国家标准GB 5749-2006对制备的防渗漏材料蓄集水的水质进行了检测，pH：6.5；浊度：3度；COD_Mn：3.5mg/L；各项指标均达到国家标准。

实施例三、红土基田菁胶防渗漏材料的制备和性能测试

取一定量的红土，分别加入其质量1.0%的田菁胶，混合均匀后加入红土质量20%的蒸馏水，在400 r/min的搅拌速度下搅拌40 min，然后压制成厚度为2 cm阻隔层，干燥。1100h时，纯红土漏水高达53.7g，而该红土基防渗漏材料未发生漏水。

根据国家标准GB 5749-2006对制备的防渗漏材料蓄集水的水质进行了检测，pH：6.3；浊度：3度；COD_Mn：3.0mg/L;各项指标均达到国家标准。

Claims

1.一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法，是将红土与生物胶粉末混合均匀，加入蒸馏水搅拌使其充分混匀，在室温反应10~15h，然后压制成型，干燥，即得红土基高分子防渗漏隔层。

2.如权利要求1所述一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法，其特征在于：所述生物胶为羟丙基瓜尔胶、胡麻胶、沙蒿胶、田菁胶和黄原胶中的至少一种。

3.如权利要求1所述一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法，其特征在于：所述生物胶的加入量为红土质量的0.05%~4.5%。

4.如权利要求1所述一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法，其特征在于：所述蒸馏水的加入量为红土质量的35%~75%。

5.如权利要求1所述一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法，其特征在于：所述搅拌的转速为300~600r/min，搅拌时间为30~60min。

6.如权利要求1所述一种红土基高分子防渗漏材料的制备方法，其特征在于：得到的防渗漏隔层的厚度为1~2cm。