CN114540038A - 一种适用于高海拔地区的生态修复材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高海拔地区的生态修复材料及在无加压条件下的其制备方法，该材料由生物聚合物：1～5份；不同分子量的同系物水性高分子：6～12份；小分子有机酸：0.05～0.1份；聚丙烯酸胺：0.01‑0.5份组成。该材料的制备温度为30℃～80℃，因而可在高海拔地区采用无加压设备就地生产，以大幅度降低生态修复材料的运输成本，制备材料无重金属离子、无有机溶剂，施用后可促进沙土微生物的生长以及对无机离子生物转化，因而可作为液体膜用于高海拔地区退化草地的生态修复、沙化土地的改良、风蚀地的植被再造等，该制备材料兼具了较长的使用周期和良好的生物降解性。

Description

一种适用于高海拔地区的生态修复材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生态修复材料的技术领域，更具体的说是涉及一种适用于高海拔地区的生态修复材料及其制备方法。
背景技术
地处高海拔地区的青藏高原，气候条件恶劣，风期长，风力大，降水量低，紫外线辐照强烈，致使可利用草地退化严重，不但严重影响了当地经济的发展，而且进一步加剧了原有生态系统的脆弱性，实践证明，生态修复材料的使用，可大幅度提高退化草地生态修复的速度与效率，由于高海拔地区退化草地的生态恢复所需时间远长于其他地域，对生态修复材料的需求量极大，因而开发出适合与高海拔地域的生态修复材料并实现规模化生产势在必行。
高海拔地区多处在我国边陲，与内地路途遥远，虽然我国目前的运输条件已得到大幅度改善，使运输期限进一步缩短，但昂贵的运输费用仍将显著提高生态修复的成本，加之长途运输过程中因气候变化对材料性能带来的不可逆转的负面影响，常会导致材料的失效，因而就地、就近制备生态修复材料，是促进高海拔地区的生态修复的有效措施。
生态修复材料多以水为溶剂，高海拔地区空气稀薄，水的沸点不高，这对在无加压条件下生态修复材料的制备带来极大的障碍，将会因低温下能量的低传递性而影响制备材料的使用性能，因而，对在高海拔地区就地就近制备生态修复材料，需要新思路、新技术，以及切实可行的制备方案。
发明内容
本发明为了解决高海拔地区生态修复对绿色生态修复材料的规模化需求、降低生态修复材料的运输成本以及长途运输对材料性能带来的不可逆负面影响，提供一种适用于高海拔地区的生态修复材料及其制备方法。
本发明通过下述技术方案实现：
该种适用于高海拔地区的生态修复材料，包括以下组分：
生物聚合物：1～5份；不同分子量的同系物高分子：6～12份；小分子有机酸：0.05～ 0.1份；聚丙烯酸胺：0.01-0.5份组成。
优选的，所述的生物聚合物为海藻酸钠、明胶、瓜儿胶、黄原胶、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素中的一种或多种。
优选的，不同分子量的同系物高分子为聚乙烯醇和聚氧化乙烯，其中聚乙烯醇的平均分子量为13000～106000，醇解度为88％～99％；聚氧化乙烯的分子量为1*105～1*106。
优选的，所述聚丙烯酸胺的聚合度为150万～180万，离子类型包括非离子、阳离子及阴离子。
优选的，所述的小分子有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、丁二酸、己酸中的一种或多种。
上述生态修复材料的施用浓度在1.0～4.0％之间，施用方法可采用喷洒法或浇灌法，施用量为1～2kg/M2。
提供一种基于上述生态修复材料的制备方法，在无加压条件下制备，包括以下步骤：
S1：将小分子有机酸完全溶于高海拔地区的25℃～30℃的水中制得溶剂；
S2：制备基础母液；
S3：根据气候、土质条件将基础母液制备成生态修复液；
其中S2中的基础母液如下：
4份聚乙烯醇母液：平均分子量分别为1300、44000、75000、106000，浓度分别为15％、 10％、10％、5％；
2份聚氧化乙烯母液：平均分子量为100000、1000000，浓度分别为10％、5％；
3份聚丙烯酰胺母液：分子量为160-180万的聚丙烯酰胺，溶液浓度为1～1.5％；
1份黄原胶母液：黄原胶有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下的水中溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度为30rpm～80rpm；
1份瓜儿胶母液：瓜儿胶有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度为30rpm～80rpm；
具体的，聚乙烯醇母液的制备方法：在反应器中加入溶剂，搅拌状态下将称量好的聚乙烯醇加入反应器中，高速分散1h后逐渐升温至沸腾温度(75℃～80℃)，保持溶解时间为 2-8小时，其固含量控制在8～15％；
聚氧化乙烯母液的制备方法：在反应器中加入溶剂，搅拌状态下将称量好的聚氧化乙烯加入反应器中，高速分散1h后逐渐升温至沸腾温度(75℃～80℃)，保持溶解时间为2-8小时，其固含量控制在8～15％
聚丙烯酰胺母液的制备方法：在反应器中加入常温水，搅拌状态下缓慢加入分子量为 160-180万的聚丙烯酰胺，低速(30rpm)间隙搅拌，时间大于8小时，溶液浓度为1～1.5％。
黄原胶母液的制备方法：在反应器中加入常温水，搅拌状态下加入黄原胶,黄原胶的有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度为30 rpm～80rpm；
瓜儿胶母液的制备方法：在反应器中加入常温水，搅拌状态下加入瓜儿胶,瓜儿胶的有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度为30 rpm～80rpm。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明公开的生态修复材料无重金属离子、无有机溶剂，施用后可促进沙土微生物的生长以及对无机离子生物转化，因而可作为液体膜用于高海拔地区退化草地的生态修复、沙化土地的改良、风蚀地的植被再造等。
2、该制备材料兼具了较长的使用周期和良好的生物降解性。
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明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种适用于高海拔地区的生态修复材料，包括以下组分：
生物聚合物：1～5份；不同分子量的同系物高分子：6～12份；小分子有机酸：0.05～ 0.1份；聚丙烯酸胺：0.01-0.5份组成＝。
作为上述实施例的优选方案，所述的生物聚合物为海藻酸钠、明胶、瓜儿胶、黄原胶、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素中的一种或多种。
作为上述实施例的优选方案，不同分子量的同系物高分子为聚乙烯醇和聚氧化乙烯，其中聚乙烯醇的平均分子量为13000～106000，醇解度为88％～99％；聚氧化乙烯的分子量为 1*105～1*106。
优选的，不同分子量的同系物高分子为聚乙烯醇，同系物之间的比例为1:1:1～1:2:1。
作为上述实施例的优选方案，所述聚丙烯酸胺的聚合度为150万～180万，离子类型包括非离子、阳离子及阴离子。
作为上述实施例的优选方案，所述的小分子有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、丁二酸、己酸中的一种或多种。
上述生态修复材料的施用浓度在1.0～4.0％之间，施用方法可采用喷洒法或浇灌法，施用量为1～2kg/M2。
实施例2：
在实施例1的基础上，提供一种在无加压条件下制备上述生态修复材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将小分子有机酸完全溶于高海拔地区的25℃～30℃的水中制得溶剂；
S2：制备基础母液；
S3：根据气候、土质条件将基础母液制备成生态修复液；
其中S2中的基础母液如下：
包括4份聚乙烯醇母液：平均分子量分别为1300、44000、75000、106000，浓度分别为15％、10％、10％、5％；
2份聚氧化乙烯母液：平均分子量为100000、1000000，浓度分别为10％、5％；
3份聚丙烯酰胺母液：分子量为160-180万的聚丙烯酰胺，溶液浓度为1～1.5％；
1份黄原胶母液：黄原胶有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下的水中溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度约80rpm；
1份瓜儿胶母液：瓜儿胶有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度约80rpm；
具体的，聚乙烯醇母液的制备方法：在反应器中加入溶剂，搅拌状态下将称量好的聚乙烯醇加入反应器中，高速分散1h后逐渐升温至沸腾，在75℃～80℃之间，保持溶解时间为 2-8小时，其固含量控制在8～15％；
聚氧化乙烯母液的制备方法：在反应器中加入溶剂，搅拌状态下将称量好的聚氧化乙烯加入反应器中，高速分散1h后逐渐升温至沸腾，保持溶解时间为2-8小时，其固含量控制在 8～15％
聚丙烯酰胺母液的制备方法：在反应器中加入常温水，搅拌状态下缓慢加入分子量为 160-180万的聚丙烯酰胺，低速(30rpm)间隙搅拌，时间大于8小时，溶液浓度为1～1.5％。
黄原胶母液的制备方法：在反应器中加入常温水，搅拌状态下加入黄原胶,黄原胶的有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度80rpm
瓜儿胶母液的制备方法：在反应器中加入常温水，搅拌状态下加入瓜儿胶,瓜儿胶的有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度80rpm。
实施例3：
在实施例2的基础上，所配置的基础母液中：4份聚乙烯醇母液依次为PVA 1、PVA2、 PVA 3和PVA 4，平均分子量依次为为1300、44000、75000、106000的聚乙烯醇得到，浓度分别为15％、10％、10％、5％；
2份聚氧化乙烯母液依次为聚氧化乙烯-1和聚氧化乙烯-2，平均分子量依次为100000、 1000000的聚氧化乙烯得到聚氧化乙烯-1和聚氧化乙烯-1，浓度依次为10％、5％；
3份聚丙烯酰胺母液依次为聚丙烯酰胺-1、聚丙烯酰胺-2和聚丙烯酰胺-3，分子量依次为160万、170万、180万，溶液浓度依次为1％、1.25％和1.5％；
根据不同气候、土质条件制备的部分生态修复液示例。
Figure RE-GDA0003596279860000061
以上溶液配制好后，用水稀释至固含量为2-4％之间使用；
对修复液SX-1～SX-5进行抗风蚀性能测定：
测定方法：取西藏林芝朗县土壤修复地土壤10g，分别用上述混合溶液1g，混合均匀后，在内径为2cm的管中用相同力度压实，于烘箱中80℃干燥2h，取出置干燥器内冷却，在拉力机上测定压缩强度，以此作为其对待修复地抗风蚀性能的相对强度指标；
配置的生态修复液SX-1～SX-5的抗风蚀性能如下表：
Figure RE-GDA0003596279860000062
1、使用这种方法所获得数据的可使用性，均基于我们前期大量的风洞试验基础数据；
2、由于所使用的土壤来源不同(在盐碱度、含沙量、粒度、表面电荷上的差别，以及生态修复地区域的风力、风期、年降雨量的差别)，所测得数据将有很大的差别，需要使用者根据需要进行组分的调配，得到适合修复目的的生态修复液。
修复液SX-1～SX-5对保水性能的影响测定：
测定方法：在杯状试验盆中，加入待测西藏林芝朗县土壤200g，按土壤质量的15％加入制备的修复液30g，做平行样，在自然环境中置放1周，测定保水率，并与用水浇灌的土壤作为对照，具体数据如下表：
Figure RE-GDA0003596279860000071
此处需说明的是：
1、使用这种方法所获得数据的可使用性，均基于我们前期大量的风洞试验基础数据；
2、由于所使用的土壤来源不同(在盐碱度、含沙量、粒度、表面电荷上的差别，以及生态修复地区域的风力、风期、年降雨量的差别)，所测得数据将有很大的差别，需要使用者根据需要进行组分的调配，得到适合修复目的的生态修复液。
修复液SX-1～SX-5对土壤微生物生长的影响的测定：
测定方法：取西藏林芝朗县土壤1g，加水50ml，搅拌均匀，取0.5m l加入LB液体培养基中，于37℃水浴摇床培养14h，采用分光光度计于590nm测定其OD值，具体数据如下表：
Figure RE-GDA0003596279860000072
Figure RE-GDA0003596279860000081
多次实验结果表明，制备的生态修复液可在一定程度上促进土壤微生物的生长。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于高海拔地区的生态修复材料，其特征在于，包括以下重量分：
生物聚合物：1～5份；不同分子量的同系物高分子：6～12份；小分子有机酸：0.05～0.1份；聚丙烯酸胺：0.01-0.5份组成。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高海拔地区的生态修复材料，其特征在于，所述的生物聚合物为海藻酸钠、明胶、瓜儿胶、黄原胶、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高海拔地区的生态修复材料，其特征在于，不同分子量的同系物高分子为聚乙烯醇和聚氧化乙烯，其中聚乙烯醇的平均分子量为13000～106000，醇解度为88％～99％；聚氧化乙烯的分子量为1*105～1*106。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高海拔地区的生态修复材料，其特征在于，所述聚丙烯酸胺的聚合度为150万～180万，离子类型包括非离子、阳离子及阴离子。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高海拔地区的生态修复材料，其特征在于，所述的小分子有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、丁二酸、己酸中的一种或多种。
6.一种基于根据权利要求1-5任一所述的适用于高海拔地区的生态修复材料，其特征在于，生态修复材料的施用浓度在1.0～4.0％之间。
7.一种生态修复材料的使用方法，基于根据权利要求6所述的生态修复材料，其特征在于，采用喷洒法或浇灌法，施用量为1～2kg/M2。
8.一种生态修复材料的制备方法，基于权利要求7所述的适用于高海拔地区的生态修复材料，其特征在于，在无加压条件下制备，包括以下步骤：
S1：将小分子有机酸完全溶于高海拔地区的25℃～30℃的水中制得溶剂；
S2：制备基础母液；
S3：根据气候、土质条件将基础母液制备成生态修复液。
9.根据权利要求8所述的一种生态修复材料的制备方法，其特征在于，所述的基础母液如下：
4份聚乙烯醇母液：平均分子量分别为1300、44000、75000、106000，浓度分别为15％、10％、10％、5％；
2份聚氧化乙烯母液：平均分子量为100000、1000000，浓度分别为10％、5％；
3份聚丙烯酰胺母液：分子量为160-180万的聚丙烯酰胺，溶液浓度为1～1.5％；
1份黄原胶母液：黄原胶有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下的水中溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度为30rpm～80rpm；
1份瓜儿胶母液：瓜儿胶有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度为30rpm～80rpm。
10.根据权利要求9所述的一种生态修复材料的制备方法，其特征在于，聚乙烯醇母液的制备方法：在反应器中加入溶剂，搅拌状态下将称量好的聚乙烯醇加入反应器中，高速分散1h后逐渐升温至沸腾，保持溶解时间为2-8小时，其固含量控制在8～15％；
聚氧化乙烯母液的制备方法：在反应器中加入溶剂，搅拌状态下将称量好的聚氧化乙烯加入反应器中，高速分散1h后逐渐升温至沸腾，保持溶解时间为2-8小时，其固含量控制在8～15％；
聚丙烯酰胺母液的制备方法：
黄原胶母液的制备方法：在反应器中加入常温水，搅拌状态下加入黄原胶,黄原胶的有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度为30rpm～80rpm；
瓜儿胶母液的制备方法：在反应器中加入常温水，搅拌状态下加入瓜儿胶,瓜儿胶的有效成分含量为0.5～1.0％，于30℃～50℃下溶解均匀；溶解时间1-2小时，搅拌速度为30rpm～80rpm。
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