CN111826165A - 一种酸化土壤纤维素基改良剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤改良领域，公开了一种酸化土壤纤维素基改良剂及制备方法。包括如下制备过程：（1）配制纤维素分散液；（2）向纤维素分散液中加入沉析剂加热搅拌，添加完毕后继续搅拌制得混合溶液1；（3）将碱性肥料钙镁磷肥、草木灰溶于水后加入到混合溶液1中搅拌均匀，制得混合溶液2；（4）将混合溶液2加热搅拌并加入沉析剂，加完后继续搅拌至微小颗粒沉析，即得酸化土壤纤维素基改良剂。本发明采用由碱性肥料与纤维素为原料制备酸化土壤纤维素基改良剂，不但可以调节土壤pH值，有效缓解土壤酸化，增强改良剂的缓冲能力和长效性，同时实现了纤维素的高值化利用，生产成本低，环境友好，生产工艺简单，原料易得，便于进行工业化大生产。

Description

一种酸化土壤纤维素基改良剂及制备方法

技术领域

本发明涉及土壤改良领域，公开了一种酸化土壤纤维素基改良剂及制备方法。

背景技术

随着经济社会的高速发展，酸化、盐碱化、元素失衡、流失及污染等土壤退化问题日益突出，严重制约了土地生产力的发展。作为其重要指标之一，土壤酸化加速了土壤酸度的提高、造成大量营养元素有效性的下降，土壤供肥保肥的能力降低，严重影响作物的产量及品质。

酸性土壤在我国表现出强度高、面积大、分布广等特性，就目前来看还是以分布在长江以南热带、亚热带两大地区为主。大部分酸性地区土壤pH值范围在4.5~5.5之间，属于强酸段，而酸化更为严重的地区pH值甚至小于4.5。而且酸化面积及酸化强度仍呈现上升趋势。为了提升耕地土壤地力，实现农业的可持续发展，必须采取有效措施对酸性土壤进行改良和恢复。

土壤酸化的原因主要包括自然酸化和人为酸化。其中，自然酸化的原因主要包括强烈的风化作用、酸性硫酸盐土、土壤母质中碱性阳离子的缺乏和自然降雨。而人为酸化呃因素主要包括人类活动引起的酸沉降和不当的农业措施。

酸性土壤改良和修复的方法主要有控制酸雨、使用土壤改良剂、生物改良和农业措施等。其中，使用土壤改良剂成为重要而有效的方法。目前常用的土壤改良剂主要有石灰改良剂、矿物和工业废弃物改良剂、微生物肥料、有机物料、生物质炭等。

中国发明专利申请号201710141599.4公开了一种酸化土壤改良剂，由以下重量份配比的原材料组成：贝壳粉30~60重量份；羧甲基纤维素12~20重量份；聚甲基丙烯酸甲脂8~15重量份；氰氨化钙5~20重量份；纳米二氧化硅溶液10~25重量份。该发明以贝壳粉作为土壤结构改良剂，添加一定量的化学成分，调节土壤体系的酸碱度，同时杀去土壤中的有害菌，养护有益菌群，从而达到土壤结构、微生物环境和酸碱度的改良，另外还可为土壤提供必要的钙元素和硅元素，一次施用长期有效。

中国发明专利申请号201910072416.7公开了一种酸化土壤改良剂，是由以下按照重量份的组分组成：竹炭52~58重量份、微生物菌剂1~5重量份、羟甲基纤维素2~4重量份、膨润土11~15重量份、粪肥10~14重量份、聚甲基丙烯酸钾2~6重量份、纳米二氧化硅粉末1~5重量份、脲酶抑制剂2~4重量份、碳氮化钙3~5重量份、纳米氧化锌粉末2~4重量份以及碱性辅料3~5重量份。该改良剂安全、有效，既能对酸化土壤有很好的改良效果，长期施用也不会对土壤造成影响，低成本、无毒害，促进农业可持续发展，适用于大范围推广应用。

根据上述，寻找合适的方法或途径进行酸性土壤改良成为众多科研工作者的研究课题，改良酸性土壤也成为农业可持续发展的一个重要内容，为了寻找合适的方法进行酸化土壤改良，本发明提出了一种酸化土壤纤维素基改良剂及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前我国土壤酸化面积大，酸化土壤的危害较大，为了寻找合适的方法进行酸化土壤改良，特别是近年来将纤维素用于土壤改良的技术研究较少。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，制备的具体过程为：

（1）将一定量的纤维素加入溶剂中，混合搅拌均匀，制得纤维素分散液；

（2）先向步骤（1）制得的纤维素分散液中匀速加入预热的由溶剂和非溶剂混合的沉析剂，在第一时间段内控制第一搅拌速度和沉析温度，使得沉析剂中溶剂与非溶剂的质量比例达到近沉析点比例，然后待沉析剂添加完毕后，再继续搅拌一定时间，制得混合溶液1；

（3）先将碱性肥料钙镁磷肥、草木灰研磨成粉末状，然后加入水中，再加入到步骤（2）制得的混合溶液1中，搅拌均匀，制得混合溶液2；

（4）先将步骤（3）制得的混合溶液2进行加热搅拌，控制第二搅拌速度和沉析温度，同时在第二时间段内匀速加入沉析剂，使得最终溶液中溶剂与非溶剂的质量比例达到沉析比例，待加完沉析剂后继续搅拌一定时间，直到有微小颗粒沉析出来，过滤、收集，即得酸化土壤纤维素基改良剂。

纤维素作为世界上最丰富的天然可再生的多糖物质，具有可再生，价格便宜，密度低，具有好的加工灵活性，更重要的是其亲水性和广泛的化学修饰能力，呈纤维状多毛细管的立体规整性的优点，且具有多孔和比表面积大的特性，使得纤维素成为吸附剂不可或缺的原料。本发明通过将纤维素用于制备酸化土壤改良剂，利用纤维素的吸附性，可以吸附碱性肥料中的盐基离子，并且得到的纤维素颗粒具有多孔和比表面积大的特性，从而进一步提高改良剂吸附氢离子以及络合铝离子等致土壤酸化的盐离子的能力，进一步增强了酸化土壤改良剂的缓冲能力和长效性。作为本发明的优选，步骤（1）所述纤维素为甲基纤维素、二醋酸纤维素、木质纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素中的一种；溶剂为铜氨溶液、铜乙二胺溶液、醋酸中的至少一种；所述纤维素分散液的浓度为10%。

作为本发明的优选，步骤（2）所述沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，所述溶剂为醋酸，所述非溶剂为乙醇。

作为本发明的优选，所述沉析剂的预热温度为60~80℃。

作为本发明的优选，所述沉析剂的近沉析点比例为40~50:50~60。

作为本发明的优选，所述沉析剂的加入量为纤维素分散液质量的90~180%。

作为本发明的优选，步骤（2）所述第一搅拌速度为1000~3000r/min，沉析温度为70~90℃，第一时间段为10~25min，继续搅拌的时间为10~30min。

本发明通过将纤维素和碱性肥料复合制成土壤改良剂，碱性肥料呈弱碱性，能够中和酸化土壤。同时，碱性肥料可提供酸化土壤缺乏的营养元素和盐基离子，其中钙镁磷肥属于生理碱性肥料，可以补充土壤中的磷元素，同时土壤吸收磷酸根的过程中会释放出OH^-，可以使改良剂缓解土壤酸化具有长效性；而草木灰能中和土壤中的活性酸和交换性酸，能调节酸性土壤pH值，并提供营养元素钾，成为良好的酸化土壤改良肥料。作为本发明的优选，步骤（3）所述各原料配比为，按重量份计，钙镁磷肥10~20重量份、草木灰5~12重量份、水15~20重量份、混合溶液1 60~80重量份。

作为本发明的优选，步骤（4）所述沉析剂沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，所述溶剂为醋酸，所述非溶剂为乙醇。

作为本发明的优选，所述沉析剂的沉析点比例为30~40:60~80。

作为本发明的优选，所述沉析剂的加入量为混合溶液2质量的80~220%。。

作为本发明的优选，步骤（4）所述第二搅拌速度为1500~2500r/min，沉析温度为65~90℃，第二时间段为20~50min，继续搅拌时间为10~30min。

由上述方法制备得到的一种酸化土壤纤维素基改良剂，其不但可以有效改良酸化土壤，而且可以实现纤维素的高值化利用。

本发明提供的一种酸化土壤纤维素基改良剂及制备方法，配制一定浓度的纤维素分散液，搅拌均匀，加热到沉析温度；在第一个搅拌速度及沉析温度的条件下，在第一时间段内以均匀的速度向纤维素分散液中加入预热的由溶剂和非溶剂混合得到的沉析剂，使溶剂与非溶剂的质量比例达到近沉析点比例，沉析剂添加完毕后，继续以第一个搅拌速度搅拌；将碱性肥料钙镁磷肥和草木灰研磨成粉末状溶于水，加入到制备的溶液中，得到混合溶液；将混合溶液进行搅拌，速度调整到第二个搅拌速度，保持沉析温度，在第二时间段内以均匀的速度加入沉析剂，使得最终溶液中溶剂与非溶剂的质量比例达到沉析比例，加完沉析剂后继续搅拌，直到有微小颗粒沉析出来，即可。

本发明提供了一种酸化土壤纤维素基改良剂及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了采用由碱性肥料与纤维素为原料制备酸化土壤纤维素基改良剂的方法。

2、通过在土壤改良剂中加入碱性肥料，不然可以提供酸化土壤缺乏的营养元素和盐基离子，其中钙镁磷肥属于生理碱性肥料，可以补充土壤中的磷元素，同时土壤吸收磷酸根的过程中会释放出OH^-，可以使改良剂缓解土壤酸化具有长效性；草木灰能中和土壤中的活性酸和交换性酸，能调节酸性土壤pH值，并提供营养元素钾。

3、本发明利用沉析法制得纤维素颗粒，吸附了碱性肥料中的盐基离子，纤维素颗粒具有多孔和比表面积大的特性，从而进一步提高改良剂吸附氢离子以及络合铝离子等致土壤酸化的盐离子的能力，进一步增强了改良剂的缓冲能力和长效性。

4、本发明实现了纤维素的高值化利用， 生产成本低，且对环境友好，并且生产工艺简单，原料易得，便于进行工业化大生产。

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

（1）将一定量的纤维素加入溶剂中，混合搅拌均匀，制得纤维素分散液；纤维素为甲基纤维素；溶剂为铜氨溶液；纤维素分散液的浓度为10%；

（2）先向步骤（1）制得的纤维素分散液中匀速加入预热的由溶剂和非溶剂混合的沉析剂，在第一时间段内控制第一搅拌速度和沉析温度，使得沉析剂中溶剂与非溶剂的质量比例达到近沉析点比例，然后待沉析剂添加完毕后，再继续搅拌一定时间，制得混合溶液1；沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，溶剂为醋酸，非溶剂为乙醇；沉析剂的预热温度为70℃；沉析剂的近沉析点比例为45:55；沉析剂的加入量为纤维素分散液质量的135%；第一搅拌速度为2000r/min，沉析温度为78℃，第一时间段为18min，继续搅拌的时间为18min；

（3）先将碱性肥料钙镁磷肥、草木灰研磨成粉末状，然后加入水中，再加入到步骤（2）制得的混合溶液1中，搅拌均匀，制得混合溶液2；各原料配比为，按重量份计，钙镁磷肥16重量份、草木灰7重量份、水17重量份、混合溶液1 68重量份；

（4）先将步骤（3）制得的混合溶液2进行加热搅拌，控制第二搅拌速度和沉析温度，同时在第二时间段内匀速加入沉析剂，使得最终溶液中溶剂与非溶剂的质量比例达到沉析比例，待加完沉析剂后继续搅拌一定时间，直到有微小颗粒沉析出来，过滤、收集，即得酸化土壤纤维素基改良剂；沉析剂沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，溶剂为醋酸，非溶剂为乙醇；沉析剂的沉析点比例为36:67；沉析剂的加入量为混合溶液2质量的150%；第二搅拌速度为1900r/min，沉析温度为70℃，第二时间段为33min，继续搅拌时间为18min。

实施例2

（1）将一定量的纤维素加入溶剂中，混合搅拌均匀，制得纤维素分散液；纤维素为二醋酸纤维素；溶剂为铜乙二胺溶液；纤维素分散液的浓度为10%；

（2）先向步骤（1）制得的纤维素分散液中匀速加入预热的由溶剂和非溶剂混合的沉析剂，在第一时间段内控制第一搅拌速度和沉析温度，使得沉析剂中溶剂与非溶剂的质量比例达到近沉析点比例，然后待沉析剂添加完毕后，再继续搅拌一定时间，制得混合溶液1；沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，溶剂为醋酸，非溶剂为乙醇；沉析剂的预热温度为65℃；沉析剂的近沉析点比例为42:58；沉析剂的加入量为纤维素分散液质量的100%；第一搅拌速度为1500r/min，沉析温度为75℃，第一时间段为15min，继续搅拌的时间为25min；

（3）先将碱性肥料钙镁磷肥、草木灰研磨成粉末状，然后加入水中，再加入到步骤（2）制得的混合溶液1中，搅拌均匀，制得混合溶液2；各原料配比为，按重量份计，钙镁磷肥12重量份、草木灰7重量份、水16重量份、混合溶液1 75重量份；

（4）先将步骤（3）制得的混合溶液2进行加热搅拌，控制第二搅拌速度和沉析温度，同时在第二时间段内匀速加入沉析剂，使得最终溶液中溶剂与非溶剂的质量比例达到沉析比例，待加完沉析剂后继续搅拌一定时间，直到有微小颗粒沉析出来，过滤、收集，即得酸化土壤纤维素基改良剂；沉析剂沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，溶剂为醋酸，非溶剂为乙醇；沉析剂的沉析点比例为32:78；沉析剂的加入量为混合溶液2质量的120%；第二搅拌速度为1800r/min，沉析温度为80℃，第二时间段为30min，继续搅拌时间为15min。

实施例3

（1）将一定量的纤维素加入溶剂中，混合搅拌均匀，制得纤维素分散液；纤维素为木质纤维素；溶剂为醋酸；纤维素分散液的浓度为10%；

（2）先向步骤（1）制得的纤维素分散液中匀速加入预热的由溶剂和非溶剂混合的沉析剂，在第一时间段内控制第一搅拌速度和沉析温度，使得沉析剂中溶剂与非溶剂的质量比例达到近沉析点比例，然后待沉析剂添加完毕后，再继续搅拌一定时间，制得混合溶液1；沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，溶剂为醋酸，非溶剂为乙醇；沉析剂的预热温度为75℃；沉析剂的近沉析点比例为48:53；沉析剂的加入量为纤维素分散液质量的160%；第一搅拌速度为2500r/min，沉析温度为85℃，第一时间段为20min，继续搅拌的时间为15min；

（3）先将碱性肥料钙镁磷肥、草木灰研磨成粉末状，然后加入水中，再加入到步骤（2）制得的混合溶液1中，搅拌均匀，制得混合溶液2；各原料配比为，按重量份计，钙镁磷肥18重量份、草木灰10重量份、水19重量份、混合溶液1 65重量份；

（4）先将步骤（3）制得的混合溶液2进行加热搅拌，控制第二搅拌速度和沉析温度，同时在第二时间段内匀速加入沉析剂，使得最终溶液中溶剂与非溶剂的质量比例达到沉析比例，待加完沉析剂后继续搅拌一定时间，直到有微小颗粒沉析出来，过滤、收集，即得酸化土壤纤维素基改良剂；沉析剂沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，溶剂为醋酸，非溶剂为乙醇；沉析剂的沉析点比例为37:63；沉析剂的加入量为混合溶液2质量的200%；第二搅拌速度为2200r/min，沉析温度为85℃，第二时间段为40min，继续搅拌时间为15min。

实施例4

（1）将一定量的纤维素加入溶剂中，混合搅拌均匀，制得纤维素分散液；纤维素为羟丙基甲基纤维素；溶剂为醋酸；纤维素分散液的浓度为10%；

（2）先向步骤（1）制得的纤维素分散液中匀速加入预热的由溶剂和非溶剂混合的沉析剂，在第一时间段内控制第一搅拌速度和沉析温度，使得沉析剂中溶剂与非溶剂的质量比例达到近沉析点比例，然后待沉析剂添加完毕后，再继续搅拌一定时间，制得混合溶液1；沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，溶剂为醋酸，非溶剂为乙醇；沉析剂的预热温度为60℃；沉析剂的近沉析点比例为40: 60；沉析剂的加入量为纤维素分散液质量的90%；第一搅拌速度为1000r/min，沉析温度为70℃，第一时间段为25min，继续搅拌的时间为30min；

（3）先将碱性肥料钙镁磷肥、草木灰研磨成粉末状，然后加入水中，再加入到步骤（2）制得的混合溶液1中，搅拌均匀，制得混合溶液2；各原料配比为，按重量份计，钙镁磷肥10重量份、草木灰5重量份、水15重量份、混合溶液1 80重量份；

（4）先将步骤（3）制得的混合溶液2进行加热搅拌，控制第二搅拌速度和沉析温度，同时在第二时间段内匀速加入沉析剂，使得最终溶液中溶剂与非溶剂的质量比例达到沉析比例，待加完沉析剂后继续搅拌一定时间，直到有微小颗粒沉析出来，过滤、收集，即得酸化土壤纤维素基改良剂；沉析剂沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，溶剂为醋酸，非溶剂为乙醇；沉析剂的沉析点比例为30: 80；沉析剂的加入量为混合溶液2质量的80%；第二搅拌速度为1500r/min，沉析温度为65℃，第二时间段为50min，继续搅拌时间为30min。

对比例1

对比例2为钙镁磷肥、草木灰按照质量比2:1预配得到。

性能指标的测试方法：

酸化土壤改良效果：以本发明实施例和对比例的酸化土壤改良剂作为试验样品，试验土壤为四川某地pH值为5.4的严重酸化土壤，设立试验田，分别施用本发明制得的改良剂和对比例的肥料，用量为35kg/亩。深翻15cm施肥。测试土壤酸性随时间的变化。如表1。

表1：

性能指标	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1
						15天后pH值	5.9	5.8	5.9	6.0	6.2
30天后pH值	6.1	6.0	6.0	6.2	6.6
						45天后pH值	6.3	6.2	6.2	6.2	6.6

通过实验测试，发明利用沉析法制得纤维素颗粒，吸附了碱性肥料中的盐基离子，纤维素颗粒具有多孔和比表面积大的特性，逐步对酸化土壤进行改进，具有良好的缓冲能力和长效性。

Claims (9)

1.一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：

（1）将一定量的纤维素加入溶剂中，混合搅拌均匀，制得纤维素分散液；

（2）先向步骤（1）制得的纤维素分散液中匀速加入预热的由溶剂和非溶剂混合的沉析剂，在第一时间段内控制第一搅拌速度和沉析温度，使得沉析剂中溶剂与非溶剂的质量比例达到近沉析点比例，然后待沉析剂添加完毕后，再继续搅拌一定时间，制得混合溶液1；

（3）先将碱性肥料钙镁磷肥、草木灰研磨成粉末状，然后加入水中，再加入到步骤（2）制得的混合溶液1中，搅拌均匀，制得混合溶液2；

（4）先将步骤（3）制得的混合溶液2进行加热搅拌，控制第二搅拌速度和沉析温度，同时在第二时间段内匀速加入沉析剂，使得最终溶液中溶剂与非溶剂的质量比例达到沉析比例，待加完沉析剂后继续搅拌一定时间，直到有微小颗粒沉析出来，过滤、收集，即得酸化土壤纤维素基改良剂。

2.根据权利要求1所述一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述纤维素为甲基纤维素、二醋酸纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素中的一种；溶剂为铜氨溶液、铜乙二胺溶液、醋酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述纤维素分散液的浓度为10%。

4.根据权利要求1所述一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，所述溶剂为醋酸，所述非溶剂为乙醇；所述沉析剂的预热温度为60~80℃；所述沉析剂的近沉析点比例为40~50:50~60；所述沉析剂的加入量为纤维素分散液质量的90~180%。

5.根据权利要求1所述一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述第一搅拌速度为1000~3000r/min，沉析温度为70~90℃，第一时间段为10~25min，继续搅拌的时间为10~30min。

6.根据权利要求1所述一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述各原料配比为，按重量份计，钙镁磷肥10~20重量份、草木灰5~12重量份、水15~20重量份、混合溶液1 60~80重量份。

7.根据权利要求1所述一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述沉析剂沉析剂由溶剂和非溶剂混合制得，所述溶剂为醋酸，所述非溶剂为乙醇；所述沉析剂的沉析点比例为30~40:60~80；所述沉析剂的加入量为混合溶液2质量的80~220%。

8.根据权利要求1所述一种酸化土壤纤维素基改良剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述第二搅拌速度为1500~2500r/min，沉析温度为65~90℃，第二时间段为20~50min，继续搅拌时间为10~30min。

9.权利要求1~8任一项所述方法制备得到的一种酸化土壤纤维素基改良剂。