CN117511557B - 一种复合型土壤保水抗渗剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种复合型土壤保水抗渗剂及其应用，属于土壤保水防渗技术领域，所述复合型土壤保水抗渗剂包括以下重量份的组分：微纳米纤维微球5~10重量份；双组分吸水纤维20~30重量份；酵母菌粉15~20重量份；沸石粉10~15重量份。利用丝素纤维微球的强吸水性在土壤中可以快速吸水，将水分截留在保水层，本申请还利用双组分吸水纤维与纤维微球的协同作用实现保水层的快速吸水和抗渗效果，并通过保水层中酵母菌粉和沸石粉的协同作用避免保水层土壤形成板结。本申请提供的复合型土壤保水抗渗剂原料和施工成本低，施工简单。
Description
技术领域
本申请涉及一种复合型土壤保水抗渗剂及其应用，属于土壤保水防渗技术领域。
背景技术
我国农业用水占全社会总用水量70%，减少农田土壤水分的蒸发和流失，增加土壤保水能力至关重要，采取土壤改良剂、土壤保水抗渗剂、膜料防渗等措施，均可以保留更多水分供作物使用，有助于作物根系的吸水，并且增加作物产量。但是现有技术中土壤改良剂的长时间使用，容易对对土壤的生态造成影响，进而对作物生长起到负面作用；土壤保水剂通常稳定性和耐盐性较差、使用寿命短，并且抗渗效果不佳；膜防渗技术，虽然抗渗效果好，但是施工和维护成本高，且在大量降雨时极容易致内涝发生。目前现有技术中，仍没有兼具防渗、低成本且对大量降雨时不易内涝的土壤防渗产品。
发明内容
为解决前述现有技术中土壤防渗技术存在的防渗效果、低成本和抗内涝难以兼容的问题，根据本申请的一个方面，提供了一种复合型土壤保水抗渗剂。
本申请采用如下技术方案：
一种复合型土壤保水抗渗剂，所述复合型土壤保水抗渗剂包括以下重量份的组分：
微纳米纤维微球 5~10重量份；
双组分吸水纤维 20~30重量份；
酵母菌粉15~20重量份；
沸石粉10~15重量份；
所述微纳米纤维微球由蓬松的纳米纤维作为球形骨架，呈现蓬松的网状球状结构，所述纳米纤维表面包裹有多糖；
所述双组分吸水纤维为并列型或偏心型皮芯结构复合纤维，所述皮芯结构包括树脂芯层、含有含高吸水性树脂的树脂皮层。
可选地，所述微纳米纤维微球选自丝素微纳米纤维微球；
所述微纳米纤维微球的直径为0.5~3mm。
所述双组分吸水纤维的长度为10~55mm。
可选地，所述芯层包括芯材树脂基体、增容剂、无机纳米颗粒；
所述皮层包括皮材树脂基体、高吸水性树脂、增容剂、无机纳米颗粒。
可选地，所述芯材树脂基体选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物中的至少一种；
所述皮材树脂基体选自聚乙烯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物中的至少一种。
可选地，所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸盐类高分子化合物、聚丙烯酰胺类树脂、聚酰胺类树脂中的至少一种。
可选地，所述增容剂选自马来酸二丁酯接枝聚合物、 马来酸酐接枝聚合物中的一种。
可选地，所述无机纳米颗粒选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氯化铝中的至少一种。
根据本申请的另一方面，提供了一种上述复合型土壤保水抗渗剂在土壤保水抗渗中的应用，包括如下步骤：
将待施工土地剥离表层5至30cm土壤，暴露施工作业面，将所述复合型土壤保水抗渗剂，均匀喷洒覆盖施工作业面，并耕犁土壤，使土壤与复合型土壤保水抗渗剂混合均匀形成保水抗渗层，然后回填剥离的土壤，并碾压夯实土壤。
可选地，所述保水抗渗层的厚度为2~10cm。
可选地，所述复合型土壤保水抗渗剂的总用量为10~20kg/m2。
本申请中，微纳米纤维微球选自丝素微纳米纤维微球，众多纤维连结形成蓬松的网状球形结构，内部孔隙结构丰富，具有超高吸水率，多糖包裹在丝素纤维的表面，有助于使其结构更牢固、网状结构的孔隙分布均匀、提高吸水率，还有利于细胞在微球表面进行粘附与增殖。
本申请中，双组分吸水纤维，由于是偏芯型或并列型的双组分纤维，当皮层材料具有超强吸水性，而芯层的材料不是强吸水材料时，皮层和芯层会产生吸水溶胀度的差值，吸水后会产生不均匀的膨胀，因此在与水接触时双组分吸水纤维机会发生卷曲。
本申请中，酵母菌是以芽殖为主，形态结构简单的一类真菌，酵母菌是兼性厌氧生物，在有氧环境和无氧环境都能生存。酵母菌在分解污染物时会放出二氧化碳，可以增加土壤透气性，避免产生板结，利于其他微生物的生长。
本申请中，沸石粉作为土质调节剂可以调节土壤固体颗粒粒度，使土壤粒度更均匀，含氧量更高，能够打破土壤板结、疏松土壤、提高土壤透气性，促进土壤微生物活性。
本申请能产生的有益效果包括：
本申请提供的复合型土壤保水抗渗剂，利用丝素纤维微球的强吸水性在土壤中可以快速吸水，将水分截留在保水层，本申请还利用双组分吸水纤维皮层和芯层吸水性的差距使得在接触水时纤维会发生卷取等变形，众多的纤维在土壤中吸水变形时会起到紧固土壤的作用，同时在复合型土壤保水抗渗剂施用过程中，丝素纤维微球和双组分吸水纤维混合后，部分双组分吸水纤维的端头会插入丝素纤维微球中，在丝素纤维微球吸水膨胀后会拉紧插入的双组分吸水纤维，加之双组分吸水纤维自身的吸水卷曲变形，由土壤中丝素纤维微球和双组分吸水纤维组成的骨架网络，骨架网络吸水缩紧协同土壤形成紧密的保水层，进而在大量灌溉或下雨时具有良好的抗渗效果，此外，保水层中酵母菌粉和沸石粉的协同作用避免保水层土壤形成板结。本申请提供的复合型土壤保水抗渗剂原料和施工成本低，施工简单。
附图说明
图1为本申请复合型土壤保水抗渗剂在土壤中形成保水抗渗层的示意图。
附图标识：
1.表层土壤；2.微纳米纤维微球；3.酵母菌粉和沸石粉；4.双组分吸水纤维；5.保水抗渗层土壤；6.深层土壤。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料和土壤含水量测试仪均通过商业途径购买。
如无特别说明，测试方法均采用常规方法，土壤含水量测试仪均采用均厂家推荐的设置，测试土壤为北方耕地有代表性的东北平原辽宁省大连市普通黑土耕地。
本申请的实施例中分析方法如下：
利用土壤含水量测试仪进行土壤含水量分析，取重量百分含量。
本申请的实施例中土壤含水量计算如下：
土壤含水量=水分重/烘干土重×100%
本申请中粒径分布指标D50由激光粒度仪测得。
本申请中，所述微纳米纤维微球采用公开号为CN113117132A的专利中纤维粉状材料的制备方法制备得到。
制备例1 配制复合型土壤保水抗渗剂
根据本申请的一种实施方式，提供了一种复合型土壤保水抗渗剂，按如下重量比配制100kg复合型土壤保水抗渗剂：
微纳米纤维微球、双组分吸水纤维、假丝酵母菌粉、沸石粉的重量比为1：2.5：2：1。
配置的复合型土壤保水抗渗剂，记为S1。
本实施例中，所述微纳米纤维微球的具体制备方法为：
（1）制备丝素微纳米纤维悬浮液：
将氯化钙、乙醇和水按照1:2:8的摩尔比混合后配制成三元混合溶液，再将20kg脱胶蚕丝按照1:250kg/L的浴比置于该三元混合溶液中，在45℃下处理6小时；再将处理过的丝素纤维加水后置于纤维筛分仪在功率为1000W的条件下处理15分钟后，收集所得溶液，经抽滤干燥后配制成丝素微纳米纤维悬浮液，在4℃下保存备用；
（2）制备多糖溶液：取1kg透明质酸粉末，加入100L水中，缓慢搅拌6小时后，得到质量分数为1wt％的透明质酸溶液，作为多糖溶液在4℃下密封保存备用。
（3）制备丝素微纳米纤维微球：将步骤S1制得的丝素微纳米纤维悬浮液与步骤S2制得的多糖溶液按溶质质量比90:10混合，充分搅拌后得到总溶质的质量百分数为0.3wt％的混合液；再向该混合液中依次加入预定量的吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，使其占混合液的质量百分数分别为10wt％、10wt％和20wt％，充分搅拌后使其在冰浴下充分反应2h，得到反应液。将反应液通过静电喷射法使微球成型，并使用液氮进行收集；然后将其先置于-80℃下冷冻24小时，再置于冷冻干燥机中，在-50℃下减压干燥48小时后，得到丝素微纳米纤维微球。
本实施例中，所述双组分吸水纤维参考公开号为CN113136636A中的制备方法获得，具体的制备方法为：
按如下重量份配置皮层和芯层纺丝原料：芯层原料为聚丙烯160kg、聚乙烯20kg、马来酸酐接枝聚丙烯14kg、纳米二氧化硅6kg，皮层原料为聚乙烯120kg、乙烯-醋酸乙烯共聚物22kg、马来酸二丁酯接枝聚丙烯12kg、聚丙烯酸钠高吸水性树脂36kg、纳米二氧化硅6kg、纳米三氯化铝10kg。其中，聚乙烯为茂金属线性低密度聚乙烯，马来酸酐接枝聚丙烯的马来酸酐接枝率为3.8%，马来酸二丁酯接枝聚丙烯的马来酸二丁酯接枝率为2.8%，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中单体单元乙烯和醋酸乙烯的摩尔比为1：0.38，聚丙烯酸钠高吸水性树脂、纳米二氧化硅、三氯化铝是通过高速粉碎机中粉碎混合均匀并过1000目筛的粉体；
制备步骤包括：将配置好的芯层原料混合均匀，送入单螺杆挤出机，熔融成聚丙烯混合熔体，进入复合纺丝机；
配置好的皮层原料混合均匀，送入单螺杆挤出机，熔融成聚乙烯混合熔体，进入复合纺丝机；
聚丙烯混合熔体和聚乙烯混合熔体进入复合纺丝机后，经熔体分配后，按芯层和皮层的体积比为1：2.63从复合喷丝板中喷出，形成具有皮芯结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、卷绕、集束、拉伸、热定型、卷曲、切断，得到复合纤维初品，浸入无水乙醇进行浸泡洗涤，将所述复合纤维初品中的三氯化铝洗去82％以上，得到双组分吸水纤维。
制备例2 配制复合型土壤保水抗渗剂S2（不加微纳米纤维微球）
配置方法与实施例1相同，区别在于微纳米纤维微球替换为尺寸相近的聚丙烯酸钾树脂球，配置的复合型土壤保水抗渗剂，记为S2。
制备例3 配制复合型土壤保水抗渗剂S3（不加双组分吸水纤维）
配置方法与实施例1相同，区别在于双组分吸水纤维替换为单组分纤维，材质与实施例1中芯层材质相同且为相同条件的熔融纺丝工艺制备，配置的复合型土壤保水抗渗剂，记为S3。
实施例1
将制备例1中的复合型土壤保水抗渗剂S1进行投放施工，施工土壤面积为10m2，复合型土壤保水抗渗剂的总用量为10kg/m2，步骤为：
将待施工土地剥离表层10cm土壤，暴露施工作业面，将所述复合型土壤保水抗渗剂，均匀喷洒覆盖施工作业面，并耕犁土壤，使土壤与复合型土壤保水抗渗剂混合均匀形成保水抗渗层，然后回填剥离的土壤，并碾压夯实土壤。记为#1土壤。
对比例1
将制备例2中的复合型土壤保水抗渗剂S2进行投放施工，施工土壤面积为10m2，复合型土壤保水抗渗剂的总用量为10kg/m2，步骤为：
将待施工土地剥离表层10cm土壤，暴露施工作业面，将所述复合型土壤保水抗渗剂，均匀喷洒覆盖施工作业面，并耕犁土壤，使土壤与复合型土壤保水抗渗剂混合均匀形成保水抗渗层，然后回填剥离的土壤，并碾压夯实土壤。记为#2土壤。
对比例2
将制备例3中的复合型土壤保水抗渗剂S3进行投放施工，施工土壤面积为10m2，复合型土壤保水抗渗剂的总用量为10kg/m2，步骤为：
将待施工土地剥离表层10cm土壤，暴露施工作业面，将所述复合型土壤保水抗渗剂，均匀喷洒覆盖施工作业面，并耕犁土壤，使土壤与复合型土壤保水抗渗剂混合均匀形成保水抗渗层，然后回填剥离的土壤，并碾压夯实土壤。记为#3土壤。
测试例1
待实施例1和对比例1~2施工后1周后，对#1~#3土壤进行防渗效果测试，对照土地不做防渗处理，表层土平均含水量的数据结果如表1所示：
表1 表层土平均含水量
对比测试可以明显看出实施例1的保水作用好于对比例1~2，可见由土壤与复合型土壤保水抗渗剂混合均匀形成保水抗渗层具有良好的保水抗渗效果。30天后重复进行测试，仍然具有明显的防渗作用。
测试例2
待实施例1和对比例1~2施工后1周后，对#1~#3土壤进行防渗效果测试，采用大量灌溉模拟集中连续降雨或集中暴雨的情况，对照土地在土壤表层以下10cm铺设塑料膜防渗层（与水泥等不透水层的现有技术效果一样），表层土平均含水量的数据结果如表2所示：
表2表层土平均含水量
对比测试可以明显看出实施例1的防渗层起到保水作用好于对比例1~2，可见由土壤与复合型土壤保水抗渗剂混合均匀形成保水抗渗层具有良好的保水抗渗效果。在大量灌溉模拟集中连续降雨或集中暴雨的情况下，对照土地（塑料膜防渗层）24小时无法排斥过量的水，48小时未降到30%内涝安全线以下（一般土壤含水量15%~20%是比较理想的状态，小于12%就属于干燥土壤，大于30%属于含水量高，对于有些不耐涝作物有发生减产的风险）。而本实施例可以在24小时内将超过的水分排出，且8小时仍保留的足够的水分供作物生长，对于水中的肥料避免浪费流水启动了重要作用。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (7)
1.一种复合型土壤保水抗渗剂，其特征在于，所述复合型土壤保水抗渗剂包括以下重量份的组分：
微纳米纤维微球 5~10重量份；
双组分吸水纤维 20~30重量份；
酵母菌粉15~20重量份；
沸石粉10~15重量份；
所述微纳米纤维微球由蓬松的纳米纤维作为球形骨架，呈现蓬松的网状球状结构，所述纳米纤维表面包裹有多糖；
所述微纳米纤维微球选自丝素微纳米纤维微球；
所述双组分吸水纤维为并列型或偏心型皮芯结构复合纤维，所述皮芯结构包括树脂芯层、含有含高吸水性树脂的树脂皮层；
所述芯层包括芯材树脂基体、增容剂、无机纳米颗粒；
所述皮层包括皮材树脂基体、高吸水性树脂、增容剂、无机纳米颗粒；
所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸盐类高分子化合物、聚丙烯酰胺类树脂、聚酰胺类树脂中的至少一种；
丝素微纳米纤维微球和双组分吸水纤维混合后，部分双组分吸水纤维的端头会插入丝素微纳米纤维微球中，在丝素微纳米纤维微球吸水膨胀后会拉紧插入的双组分吸水纤维，加之双组分吸水纤维自身的吸水卷曲变形，由土壤中丝素微纳米纤维微球和双组分吸水纤维组成骨架网络，骨架网络吸水缩紧协同土壤形成紧密的保水层。
2.根据权利要求1所述的复合型土壤保水抗渗剂，其特征在于，所述微纳米纤维微球的直径为0.5~3mm。
3.根据权利要求1所述的复合型土壤保水抗渗剂，其特征在于，所述双组分吸水纤维的长度为10~55mm。
4.根据权利要求1所述的复合型土壤保水抗渗剂，其特征在于，所述芯材树脂基体选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物中的至少一种；
所述皮材树脂基体选自聚乙烯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物中的至少一种。
5.权利要求1至4任一项所述复合型土壤保水抗渗剂在土壤保水抗渗中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
将待施工土地剥离表层5至30cm土壤，暴露施工作业面，将所述复合型土壤保水抗渗剂，均匀喷洒覆盖施工作业面，并耕犁土壤，使土壤与复合型土壤保水抗渗剂混合均匀形成保水抗渗层，然后回填剥离的土壤，并碾压夯实土壤。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述保水抗渗层的厚度为2~10cm。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述复合型土壤保水抗渗剂的总用量为10~20kg/m2。
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2024
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