CN110330980A - 一种可降解的自修复保水固沙剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土壤修复环境工程技术领域，具体涉及一种可降解的自修复保水固沙剂及其制备方法。自修复保水固沙剂包括如下重量份的组分：水凝胶20~30份，微胶囊5~10份,无机物粉末3‑5份；所述水凝胶为黄原胶/丙烯酸/丙烯酰胺三元水凝胶；所述微胶囊的芯材为水性聚氨酯粉，所述微胶囊的壁材为糊化淀粉。制备方法包括：溶解制备水凝胶；水性聚氨酯粉与糊化淀粉液混合、喷雾干燥得微胶囊；将水凝胶和微胶囊、无机物粉混合搅拌即得固沙剂。本发明解决了现有技术中化学固沙剂自身难降解以及会对沙漠地区造成污染的问题，提供的可降解的自修复保水固沙剂具有可降解、可修复、固沙效果良好以及应用范围广的优点。

Description

一种可降解的自修复保水固沙剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤修复环境工程技术领域，具体涉及一种可降解的自修复保水固沙剂及其制备方法。
背景技术
土地沙漠化是当今世界面临的最大环境和社会经济问题之一，也是我国荒漠化类型中面积最大、危害最严重的一种。土地沙漠化不仅使原本脆弱的生态环境更加恶化，而且给沙漠化地区的工农业生产和人民生活带来了严重影响。沙漠化土地面积的迅速扩张，造成环境恶化和巨大的经济损失，成为全球广泛关注的热点。要遏止日益猖獗的沙漠化势头，就必须进行固沙。土地沙漠化：包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化.狭义的荒漠化（即：沙漠化）乃是指在脆弱的生态系统下，由于人为过度的经济活动，破坏其平衡，使原非沙漠的地区出现了类似沙漠景观的环境变化过程. 土地荒漠化： 指干旱和半干旱地区，由于自然因素和人类活动的影响而引起生态系统的破坏，使原来非沙漠地区出现了类似沙漠环境的变化.在干旱和亚干旱地区，在干旱多风和具有疏松沙质地表的情况下，由于人类不合理的经济活动，使原非沙质荒漠的地区，出现了以风沙活动、沙丘起伏为主要标志的类似沙漠景观的环境退化过程。土地沙漠化和土地荒漠化差别不大，但荒漠化严重程度要高。
现今固沙方式主要有三种：工程固沙、植物（生物）固沙和化学固沙。工程固沙如设置沙障、草方格等，特点见效快，但投入较大，不适合大范围使用；化学固沙，在沙面形成一种不透性的薄膜，进而起到沙面固定的作用，特点是见效快，便于机械化作业，但投入大；植物（生物）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，植物防风固沙具有成本低、效果好。在各项防治技术措施中，以植物治沙应用最为普遍。利用植物治理流沙，最重要的问题是如何使植物在流沙上成活和保 存。众所周知，许多植物必须是在沙障的保护下，才能在流动沙丘上生长。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。
化学固沙是在流动的沙地上喷洒有机或无机化学黏结材料，在流动沙表面形成覆盖层，或渗入表层沙中，把松散的沙粒粘结起来形成具有一定抗风蚀性能的固结层（硬壳），从而防止风力对沙粒的吹扬和搬运，提高沙土的稳定性和保水性，达到固定流沙、防治沙害，进而改良和治理荒漠化土地的目的。
目前报道的固沙剂大都是有机高分子产品，施用以后虽然可以起到防风固沙的目的，例如将高分子聚合物高吸水树脂类材料用于沙漠化防治中，形成的固结层具有诸多的优点，如固化迅速、良好的粘结性、较高的强度和优异的吸水保水性。此外，部分的此类固沙材料还具有良好的弹性和高温稳定性，然而高分子固沙材料在风沙气流较强的环境下于凝结初期抗压强度差、易破裂，使固沙效果受到一定影响，所以制备一种自修复长效型固沙材料很有必要。
但是，目前固沙剂自修复组分中使用了大量难降解的高分子材料，它们自身都难以在自然界中降解，会对沙漠地区造成污染，这在一定程度上限制了化学固沙的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可降解的自修复保水固沙剂及其制备方法，解决了现有技术中化学固沙剂自身难降解以及会对沙漠地区造成污染的问题，提供的可降解的自修复保水固沙剂具有可降解、可修复、固沙时间长效、固沙效果良好以及应用范围广的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种可降解的自修复保水固沙剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、制备水凝胶：将重量份丙烯酰胺10~15份，黄原胶3~5份，丙烯酸8~10份，水100~150份混合,加入混合物质量0.5%的引发剂过硫酸钾, 加入混合物质量0.3%的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,搅拌至少10min，得到水凝胶待用；
步骤二、制备微胶囊：将水性聚氨酯粉末与硬脂酸细化改性，然后加入糊化淀粉液，喷雾干燥，即得微胶囊待用；
步骤三、制备可降解的自修复保水固沙剂：将步骤一中的水凝胶20-30重量份、步骤二中的微胶囊5-10重量份、无机粉末3-5重量份混合搅拌至少20min，即得可降解的自修复保水固沙剂。
水性聚氨酯粉末与硬脂酸的质量比为100:5，采用涡旋气流机细化改性。经过涡旋气流改性，使得水性聚氨酯粉末表面裹覆疏水的硬脂酸，一方面保证使用时缓释，达到自修复，另一方面避免在制备胶囊时不会被淀粉糊液中的水溶解，使聚氨酯粉较完整的留在内核，以便于固化土壤后逐步释放聚氨酯的粘接成膜性，达到后期自修复的目的。优选的，涡旋气流细化机转速控制在300-500rpm。
细化改性水性聚氨酯粉末与糊化淀粉液的质量比为3:2，其中糊化淀粉液的质量浓度为8%。
喷雾干燥的温度为80~100℃。
所述无机粉末选用具有空隙的硅藻土、沸石粉中的至少一种。
进一步提供由上述方法制备得到的一种可降解的自修复保水固沙剂，通过配制在黄原胶/丙烯酸/丙烯酰胺三元水凝胶中分散可降解淀粉包覆的水性聚氨酯份自修复微胶囊，当固沙地膜表面因风蚀破裂时引发微胶囊破裂，释放出易固化的水性聚氨酯，在遇水时对地膜进行快速修复，可长时间储存供植物生长所需的水分和固沙，固沙时间长效，固沙效果良好，并且所用材料具有生物降解性，拓宽了固沙剂的应用范围。
本发明的有益效果是：通过在水性聚氨酯粉表面裹覆硬脂酸，其具有疏水性，在利用淀粉糊裹覆时聚氨酯不会被溶解，保持良好的粉末态，进一步在黄原胶/丙烯酸/丙烯酰胺三元水凝胶中分散，当用于固沙地膜表面因风蚀破裂时引发微胶囊破裂，释放出易固化的水性聚氨酯，对地膜进行快速修复，可长时间储存供植物生长所需的水分和固沙，固沙时间长效，固沙效果良好，并且所用材料具有生物降解性，拓宽了固沙剂的应用范围。
附图说明
图1为固沙剂对失水率的影响曲线图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
步骤一、制备水凝胶：将重量份丙烯酰胺10份，黄原胶3份，丙烯酸10份，水100份混合,加入混合物质量0.5%的引发剂过硫酸钾, 加入混合物质量0.3%的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,搅拌20min，得到水凝胶待用；
步骤二、制备微胶囊：将水性聚氨酯粉末与硬脂酸质量比为100:5混合，经涡旋气流细化机转速300rpm处理，使硬脂酸充分包裹水性聚氨酯粉，然后加入质量浓度为8%的糊化淀粉液，细化改性水性聚氨酯粉末与糊化淀粉液的质量比为3:2；在100℃喷雾干燥，即得微胶囊待用；
步骤三、制备可降解的自修复保水固沙剂：将步骤一中的水凝胶30重量份、步骤二中的微胶囊5重量份、沸石粉5重量份混合搅拌30min，即得可降解的自修复保水固沙剂。
实施例2
步骤一、制备水凝胶：将重量份丙烯酰胺15份，黄原胶5份，丙烯酸8份，水110份混合,加入混合物质量0.5%的引发剂过硫酸钾, 加入混合物质量0.3%的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,搅拌至少10min，得到水凝胶待用；
步骤二、制备微胶囊：将水性聚氨酯粉末与硬脂酸质量比为100:5混合，经涡旋气流细化机转速300rpm处理，使硬脂酸充分包裹水性聚氨酯粉，然后加入质量浓度为8%的糊化淀粉液，细化改性水性聚氨酯粉末与糊化淀粉液的质量比为3:2；在100℃喷雾干燥，即得微胶囊待用；
步骤三、制备可降解的自修复保水固沙剂：将步骤一中的水凝胶30重量份、步骤二中的微胶囊8重量份、硅藻土5重量份混合搅拌30min，即得可降解的自修复保水固沙剂。
实施例3
步骤一、制备水凝胶：将重量份丙烯酰胺15份，黄原胶5份，丙烯酸10份，水150份混合,加入混合物质量0.5%的引发剂过硫酸钾, 加入混合物质量0.3%的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,搅拌至少10min，得到水凝胶待用；
步骤二、制备微胶囊：将水性聚氨酯粉末与硬脂酸质量比为100:5混合，经涡旋气流细化机转速500rpm处理，使硬脂酸充分包裹水性聚氨酯粉，然后加入质量浓度为8%的糊化淀粉液，细化改性水性聚氨酯粉末与糊化淀粉液的质量比为3:2；在100℃喷雾干燥，即得微胶囊待用；
步骤三、制备可降解的自修复保水固沙剂：将步骤一中的水凝胶25重量份、步骤二中的微胶囊9重量份、沸石粉3重量份混合搅拌30min，即得可降解的自修复保水固沙剂。
实施例4
步骤一、制备水凝胶：将重量份丙烯酰胺15份，黄原胶5份，丙烯酸8份，水100份混合,加入混合物质量0.5%的引发剂过硫酸钾, 加入混合物质量0.3%的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,搅拌至少10min，得到水凝胶待用；
步骤二、制备微胶囊：将水性聚氨酯粉末与硬脂酸质量比为100:5混合，经涡旋气流细化机转速500rpm处理，使硬脂酸充分包裹水性聚氨酯粉，然后加入质量浓度为8%的糊化淀粉液，细化改性水性聚氨酯粉末与糊化淀粉液的质量比为3:2；在100℃喷雾干燥，即得微胶囊待用；
步骤三、制备可降解的自修复保水固沙剂：将步骤一中的水凝胶30重量份、步骤二中的微胶囊10重量份、硅藻土3重量份混合搅拌30min，即得可降解的自修复保水固沙剂。
对比例1
对比例1直接将聚氨酯与糊化淀粉液混合均匀喷雾干燥处理，其他原料和工艺与实施例2一致。由于聚氨酯受到糊化淀粉的溶解，在后期没有二次成膜功能，自修复功能基本丧失。
将上述可降解的自修复保水固沙剂均匀铺洒于沙质土壤沙面，形成1.5mm厚层，等结膜后，洒水养护，施水量为3L/m2，放置在干燥的室外风蚀4 个月后，将不喷洒固沙剂的沙盘作为空白对照；将6个沙盘放入烘箱，每平米洒水量为0.2升，在45℃条件下测定失水率，结果如图1和表1所示。结果表明不添加固沙剂的沙盘失水最快，保水效果很差，其次为对比例1，本发明的可降解的自修复保水固沙剂具有良好的自修复保水效果。
表

Claims (6)

1.一种可降解的自修复保水固沙剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、制备水凝胶：将重量份丙烯酰胺10~15份，黄原胶3~5份，丙烯酸8~10份，水100~150份混合,加入混合物质量0.5%的引发剂过硫酸钾, 加入混合物质量0.3%的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,搅拌至少10min，得到水凝胶待用；
步骤二、制备微胶囊：将水性聚氨酯粉末与硬脂酸细化改性，然后加入糊化淀粉液，喷雾干燥，即得微胶囊待用；
步骤三、制备可降解的自修复保水固沙剂：将步骤一中的水凝胶20-30重量份、步骤二中的微胶囊5-10重量份、无机粉末3-5重量份混合搅拌至少20min，即得可降解的自修复保水固沙剂。
2.根据权利要求1所述的一种可降解的自修复保水固沙剂的制备方法，其特征在于，水性聚氨酯粉末与硬脂酸的质量比为100:5，采用涡旋气流机细化改性。
3.根据权利要求1所述的一种可降解的自修复保水固沙剂的制备方法，其特征在于，细化改性水性聚氨酯粉末与糊化淀粉液的质量比为3:2，其中糊化淀粉液的质量浓度为8%。
4.根据权利要求1所述的一种可降解的自修复保水固沙剂的制备方法，其特征在于，喷雾干燥的温度为80~100℃。
5.根据权利要求1所述的一种可降解的自修复保水固沙剂的制备方法，其特征在于，所述无机粉末选用具有空隙的硅藻土、沸石粉中的至少一种。
6.一种可降解的自修复保水固沙剂，其特征是由权利要求1-5任一项所述的方法制备得到。
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