CN115299313B - 一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土及其制备方法；包括以下重量份数原料：土壤100‑120份、硬脂酸盐微粉2‑5份、纤维15‑20份、改性纤维素1‑2份、种子0.2‑0.5份；通过混有交联羧甲基纤维素钠的海藻酸钙纤维做内芯与苎麻纤维捻制得到的，苎麻纤维具有良好的活性空腔导液纤维结构可以有效将土壤中的降水导入内芯中，内芯含有的海藻酸钙具有良好的溶胀吸水性能，交联羧甲基纤维素钠具有良好的崩解性能，因此被捻制包裹的内芯材料在降水后将会发生强烈的膨胀，导致苎麻纤维捻绳开捻，进而导致其向四周散开，从而形成以芯线为中心大量苎麻纤维环绕的加固体系，较无序分布的纤维土而言其保土能力得到了显著的提升。

Description

一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土及其制备方法
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域，具体涉及一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土及其制备方法。
背景技术
在坡面修复工程中，为使植物在坡面上生长，需在坡面上覆盖一层可供植物生长的基质层。基质层可以是熟土，也可以是掺混了粘合剂、肥料等的混合基质。植物从基质层获取养分、水分等供应生长。在较短的时间内达到绿化效果。
在坡面修复方法中，需要使修复坡面的基质层附着于坡面上，但基质层自身的附着能力较差，易被冲刷滑落；特别是遇到大雨天气，难以抵抗雨水冲刷。现有技术中，为增加基质层的附着力度，技术人员多通过增加水泥、混凝土、铁丝网等手段来增强基质粘附能力，这样容易破坏土壤的结构和性能，不利与土壤的性状恢复。也有的技术人员向基质中添加增粘剂等胶类材料或者植物纤维材料；但基质层的附着力度并不理想。而且，传统的胶类材料会使基质的空隙度大大降低，影响植物生长，而传统的纤维材料容易造成喷播设备，特别是管件、喷头的堵塞，导致喷播施工效率大大降低，甚至无法通过喷播来施工。同时，传统的纤维材料疏水性强，会加快基质的水分散失。
上述现有技术中修复坡面的技术手段，虽然增强了基质粘附能力，但并不利于改良边坡原土，植物根系只能在基质层中生长，无法深入到边坡原土中生长，无法改良边坡原土。
现有的修复坡面技术中较为高效的方法是采用纤维土喷播的方法进行，目的是为了通过土壤内纤维提高土壤的抗冲刷能力，但现有技术仍存在一定的不足，具体来说现有的纤维土是通过一段段独立的纤维各自起到增强筋的作用，从而将土壤联系结合，所提供的抗冲刷能力仍然较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土及其使用方法，解决以下技术问题：
(1)现有的纤维土是通过一段段独立的纤维各自起到增强筋的作用，从而将土壤联系结合，所提供的抗冲刷能力仍然较低。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土，包括以下重量份数原料：土壤 100-120份、硬脂酸盐微粉2-5份、纤维15-20份、改性纤维素1-2份。
作为本发明进一步的方案：所述硬脂酸盐微粉为硬脂酸锌或硬脂酸镁。
作为本发明进一步的方案：所述纤维为苎麻纤维捻制缠绕内芯纤维得到的复合纤维。
作为本发明进一步的方案：所述纤维由以下步骤制成：
S1.将重量份50-55份的海藻酸钠溶于水中，搅拌均匀得到混合液A；
S2.将重量份1-2份的交联羧甲基纤维素钠或低取代丙基纤维素加入混合液A中，搅拌均匀后得到混合液B；
S3.将混合液B经过滤、脱泡后得到纺丝液；
S4.将纺丝液加压仅喷丝孔喷至氯化钙溶液中，经水洗分切后得到内芯纤维；
S5.将苎麻纤维捻制成捻线并将苎麻纤维捻线绞绕于内芯纤维上，得到复合纤维。
作为本发明进一步的方案：所述改性纤维素通过以下步骤制得：
P1.在氢氧化钠溶液中加入纤维素和二硫化碳，得到反应物1；
P2.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物1，搅拌后加入2-溴异丁酸甲酯，反应4-8h后加入甲醇，过滤后得到反应物2；
P3.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物2和丙烯腈，于保护气氛下加入偶氮二异丁腈，反应后冷却并加入丙酮，过滤后清洗沉淀得到反应物3；
P4.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物3，充分溶胀后加入盐酸羟胺，加热反应后，加入甲醇进行沉淀，过滤滤渣并用甲醇洗涤后得到改性纤维素。
作为本发明进一步的方案：所述反应物1与2-溴异丁酸甲酯的质量比为2：3-7。
作为本发明进一步的方案：所述土壤采用黑土或红土。
本发明还公开了一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土的制备方法,按重量份数称取土壤、硬脂酸盐微粉、纤维和改性纤维素，将各组分充分混合后得到。
本发明的有益效果：
(1)本申请中的纤维是通过混有交联羧甲基纤维素钠或低取代丙基纤维素的海藻酸钙纤维做内芯与苎麻纤维捻制得到的，苎麻纤维具有良好的活性空腔导液纤维结构可以有效将土壤中的降水导入内芯中，内芯含有的海藻酸钙具有良好的溶胀吸水性能，交联羧甲基纤维素钠或低取代丙基纤维素则也具有良好的崩解性能，因此被捻制包裹的内芯材料在降水后将会发生强烈的膨胀，导致苎麻纤维捻绳开捻，进而导致其向四周散开，从而形成以芯线为中心大量苎麻纤维环绕的加固体系，较无序分布的纤维土而言其保土能力得到了显著的提升；
(2)由于本申请的纤维需要遇水方能散开，因此在喷播初期土壤仍较为松散，有利于种子的生根发芽，很好地平衡了植物生长和保土的需求；
(3)由于本申请的苎麻纤维分散是依靠内芯的膨胀进行的，因此本发明的苎麻纤维是随着内芯膨胀程度变化而变化的，当降水量大时苎麻纤维更加分散，提供的加固能力更强，反之亦然。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土，包括以下重量份数原料：黑土 100份、硬脂酸锌微粉5份、纤维15份、改性纤维素2份。
纤维为苎麻纤维捻制缠绕内芯纤维得到的复合纤维。
改性纤维素通过以下步骤制得：
P1.在过量氢氧化钠稀溶液(0.5mol/L)中加入纤维素和二硫化碳，得到反应物1，纤维素和二硫化碳的质量比为7:2；
P2.在过量N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物1，搅拌6h后加入 2-溴异丁酸甲酯，反应6h后加入甲醇，过滤后甲醇洗涤沉淀得到反应物 2，2-溴异丁酸甲酯与反应物1的质量比为7:3，本步骤中添加甲醇至溶液析出大量沉淀；
P3.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物2和丙烯腈，于保护气氛下保持60℃并加入偶氮二异丁腈，反应10h后冷却并加入丙酮，过滤后清洗沉淀得到反应物3，所述偶氮二异丁腈、丙烯腈和反应物2的质量比为1：50:100；
P4.在过量N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物3，充分溶胀后加入盐酸羟胺，加热至80℃反应20h后，加入甲醇进行沉淀，过滤滤渣并用甲醇洗涤后得到改性纤维素，本步骤中反应物3和盐酸羟胺的质量比为2： 5。
纤维由以下步骤制成：
S1.将重量份50份的海藻酸钠溶于水中，搅拌均匀得到混合液A；
S2.将重量份2份的交联羧甲基纤维素钠加入混合液A中，搅拌均匀后得到混合液B；
S3.将混合液B经过滤、脱泡后得到纺丝液；
S4.将纺丝液加压仅喷丝孔喷至氯化钙溶液中，经水洗分切后得到内芯纤维；
S5.将苎麻纤维捻制成捻线并将苎麻纤维捻线绞绕于内芯纤维上，得到复合纤维。
实施例2
一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土，包括以下重量份数原料：红土 120份、硬脂酸镁微粉2份、纤维20份、改性纤维素1份。
纤维为苎麻纤维捻制缠绕内芯纤维得到的复合纤维。
改性纤维素通过以下步骤制得：
P1.在过量氢氧化钠稀溶液(0.5mol/L)中加入纤维素和二硫化碳，得到反应物1，纤维素和二硫化碳的质量比为7:2；
P2.在过量N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物1，搅拌6h后加入 2-溴异丁酸甲酯，反应6h后加入甲醇，过滤后甲醇洗涤沉淀得到反应物 2，2-溴异丁酸甲酯与反应物1的质量比为7:3，本步骤中添加甲醇至溶液析出大量沉淀；
P3.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物2和丙烯腈，于保护气氛下保持60℃并加入偶氮二异丁腈，反应10h后冷却并加入丙酮，过滤后清洗沉淀得到反应物3，所述偶氮二异丁腈、丙烯腈和反应物2的质量比为1：50:100；
P4.在过量N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物3，充分溶胀后加入盐酸羟胺，加热至80℃反应20h后，加入甲醇进行沉淀，过滤滤渣并用甲醇洗涤后得到改性纤维素，本步骤中反应物3和盐酸羟胺的质量比为2： 5。
纤维由以下步骤制成：
S1.将重量份50份的海藻酸钠溶于水中，搅拌均匀得到混合液A；
S2.将重量份2份的交联羧甲基纤维素钠加入混合液A中，搅拌均匀后得到混合液B；
S3.将混合液B经过滤、脱泡后得到纺丝液；
S4.将纺丝液加压仅喷丝孔喷至氯化钙溶液中，经水洗分切后得到内芯纤维；
S5.将苎麻纤维捻制成捻线并将苎麻纤维捻线绞绕于内芯纤维上，得到复合纤维。
实施例3
一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土，包括以下重量份数原料：黑土 110份、硬脂酸锌微粉4份、纤维18份、改性纤维素1.5份。
纤维为苎麻纤维捻制缠绕内芯纤维得到的复合纤维。
改性纤维素通过以下步骤制得：
P1.在过量氢氧化钠稀溶液(0.5mol/L)中加入纤维素和二硫化碳，得到反应物1，纤维素和二硫化碳的质量比为7:2；
P2.在过量N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物1，搅拌6h后加入 2-溴异丁酸甲酯，反应6h后加入甲醇，过滤后甲醇洗涤沉淀得到反应物 2，2-溴异丁酸甲酯与反应物1的质量比为7:3，本步骤中添加甲醇至溶液析出大量沉淀；
P3.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物2和丙烯腈，于保护气氛下保持60℃并加入偶氮二异丁腈，反应10h后冷却并加入丙酮，过滤后清洗沉淀得到反应物3，所述偶氮二异丁腈、丙烯腈和反应物2的质量比为1：50:100；
P4.在过量N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物3，充分溶胀后加入盐酸羟胺，加热至80℃反应20h后，加入甲醇进行沉淀，过滤滤渣并用甲醇洗涤后得到改性纤维素，本步骤中反应物3和盐酸羟胺的质量比为2： 5。
纤维由以下步骤制成：
S1.将重量份50份的海藻酸钠溶于水中，搅拌均匀得到混合液A；
S2.将重量份2份的交联羧甲基纤维素钠加入混合液A中，搅拌均匀后得到混合液B；
S3.将混合液B经过滤、脱泡后得到纺丝液；
S4.将纺丝液加压仅喷丝孔喷至氯化钙溶液中，经水洗分切后得到内芯纤维；
S5.将苎麻纤维捻制成捻线并将苎麻纤维捻线绞绕于内芯纤维上，得到复合纤维。
实施例4
一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土，包括以下重量份数原料：红土 100份、硬脂酸镁微粉2份、纤维20份、改性纤维素2份。
纤维为苎麻纤维捻制缠绕内芯纤维得到的复合纤维。
改性纤维素通过以下步骤制得：
P1.在过量氢氧化钠稀溶液(0.5mol/L)中加入纤维素和二硫化碳，得到反应物1，纤维素和二硫化碳的质量比为7:2；
P2.在过量N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物1，搅拌6h后加入2-溴异丁酸甲酯，反应6h后加入甲醇，过滤后甲醇洗涤沉淀得到反应物 2，2-溴异丁酸甲酯与反应物1的质量比为7:3，本步骤中添加甲醇至溶液析出大量沉淀；
P3.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物2和丙烯腈，于保护气氛下保持60℃并加入偶氮二异丁腈，反应10h后冷却并加入丙酮，过滤后清洗沉淀得到反应物3，所述偶氮二异丁腈、丙烯腈和反应物2的质量比为1：50:100；
P4.在过量N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物3，充分溶胀后加入盐酸羟胺，加热至80℃反应20h后，加入甲醇进行沉淀，过滤滤渣并用甲醇洗涤后得到改性纤维素，本步骤中反应物3和盐酸羟胺的质量比为2： 5。
纤维由以下步骤制成：
S1.将重量份50份的海藻酸钠溶于水中，搅拌均匀得到混合液A；
S2.将重量份2份的交联羧甲基纤维素钠加入混合液A中，搅拌均匀后得到混合液B；
S3.将混合液B经过滤、脱泡后得到纺丝液；
S4.将纺丝液加压仅喷丝孔喷至氯化钙溶液中，经水洗分切后得到内芯纤维；
S5.将苎麻纤维捻制成捻线并将苎麻纤维捻线绞绕于内芯纤维上，得到复合纤维。
实施例5
本发明还公开了一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土的制备方法,按实施例1-4的重量份数称取土壤、硬脂酸盐微粉、纤维和改性纤维素，将各组分充分混合后得到实施例1-4对应产物。
对比例1
与实施例3的组分区别在于未添加纤维，经实施例5相同的制备方法制备得到产物。
对比例2
与实施例3的组分区别在于添加纤维为苎麻纤维捻绳，经实施例5相同的制备方法制备得到产物。
对实施例1-4和对比例1-2制备的样品进行测试；
测试样品的抗冲刷能力，抗冲刷能力的测试方法为：将各实施例与对比例制备的样品均匀撒在倾斜角分别为15°、30°和45°的混凝土斜坡上，样品播撒厚度为20cm，并在播撒前对各自样品进行称重；播撒后于室温下静止一天，一天后进行喷淋降水检测，于24h内垂直降水50mm，喷淋降水检测结束后将混凝土斜坡上的样品取下并进行称重，计算喷淋降水前后的重量损失率＝(喷淋前质量-喷淋后质量)/喷淋前质量*100％；
下表为本发明各实施例在抗冲刷能力实验中的实验结果：
Figure BDA0003822593610000091
由上表的对比例1、2可知土壤在添加苎麻纤维后，抗冲刷性能得到了明显的提升，比较对比例2和实施例1则可发现本发明制备的纤维可进一步提升土壤的抗冲刷性能。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土，其特征在于，包括以下重量份数原料：土壤100-120份、硬脂酸盐微粉2-5份、纤维15-20份、改性纤维素1-2份、种子0.2-0.5份；所述纤维为苎麻纤维捻制缠绕内芯纤维得到的复合纤维；
所述纤维由以下步骤制成：
S1.将重量份50-55份的海藻酸钠溶于水中，搅拌均匀得到混合液A；
S2.将重量份1-2份的交联羧甲基纤维素钠或低取代丙基纤维素加入混合液A中，搅拌均匀后得到混合液B；
S3.将混合液B经过滤、脱泡后得到纺丝液；
S4.将纺丝液加压进喷丝孔喷至氯化钙溶液中，经水洗分切后得到内芯纤维；
S5.将苎麻纤维捻制成捻线并将苎麻纤维捻线绞绕于内芯纤维上，得到复合纤维。
2.根据权利要求1所述的生态复绿喷播吸附生物基纤维土,其特征在于，所述硬脂酸盐微粉为硬脂酸锌或硬脂酸镁。
3.根据权利要求1所述的生态复绿喷播吸附生物基纤维土,其特征在于，所述改性纤维素通过以下步骤制得：
P1.在氢氧化钠溶液中加入纤维素和二硫化碳，得到反应物1；
P2.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物1，搅拌后加入2-溴异丁酸甲酯，反应4-8h后加入甲醇，过滤后得到反应物2；
P3.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物2和丙烯腈，于保护气氛下加入偶氮二异丁腈，反应后冷却并加入丙酮，过滤后清洗沉淀得到反应物3；
P4.在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中加入反应物3，充分溶胀后加入盐酸羟胺，加热反应后，加入甲醇进行沉淀，过滤滤渣并用甲醇洗涤后得到改性纤维素。
4.根据权利要求3所述的生态复绿喷播吸附生物基纤维土,其特征在于，所述反应物1与2-溴异丁酸甲酯的质量比为2：3-7。
5.根据权利要求1任一所述的生态复绿喷播吸附生物基纤维土,其特征在于，所述土壤采用黑土或红土。
6.根据权利要求1所述的一种生态复绿喷播吸附生物基纤维土的制备方法,其特征在于，按重量份数称取土壤、硬脂酸盐微粉、纤维、种子和改性纤维素，将各组分充分混合后得到生态复绿喷播吸附生物基纤维土。
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