CN1249199C - 一种多功能固沙保水剂生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明以风化煤和废弃塑料为主原料，采用液相化学方法，微乳化、高剪切和非均相混聚技术，制备集固沙、保水、赋肥、改良土壤作用于一体的多功能固沙保水剂，用于荒漠化和沙化土地修复，沙质土壤改良，旱地农业和林木、草坪保水、节水，保水型缓/控释肥料包膜胶结剂等。
Description
本发明所涉及的一种多功能固沙保水剂是以风化煤和废弃塑料为主原料，采用液相化学方法，微乳化、高剪切和非均相混聚技术，加工而成的胶团结构产品，用于荒漠化土地修复和农业领域。
对于防沙治沙，国外研究较早，而且已广泛应用。按其防沙治沙类型，可分为物理治沙、植物治沙和化学治沙。
物理治沙有两种：一是在风沙地带设置屏障，防止起尘。二是在沙地上设置卵石层，防止起尘。
植物治沙，是指在沙地上种草植树，覆盖沙地，削弱风速，使沙丘和沙地不再经受风蚀，得以永久固定。
化学固沙(或治沙)起源于二十世纪三十年代，沙漠中的钻井和勘探人员为了防治风沙的危害，采用原油喷洒周围沙丘，以保护井架、设备和人员的安全与生产。随着科学技术的发展，化学治沙材料种类越来越多，按原料的来源，可归纳为以下几类：
(1)天然化学治沙材料
指天然物质或已有的化工产品，不需要加工即可直接用于治沙的材料。如泥炭、粘土、水泥、水玻璃、高炉矿渣、原油、沥青、纸浆废液、污泥、畜禽粪便等。
(2)人工配制化学治沙材料
是指经化学处理或乳化而成的材料，如硅酸盐乳液，乳化沥青或乳化石油产品，改性水玻璃浆液等。
(3)合成化学治沙材料
利用现代化工合成技术，将某类或某几类材料单体聚合或缩合而成。如聚丙烯酸钠，聚丙烯腈，脲甲醛树脂，聚醋酸乙烯乳液，聚乙烯醇，甲基丙烯酸酯，聚酯树脂，聚氨酯树脂，合成橡胶乳液等。
近年来，我国铁道部门也在使用国外进口的化学治沙材料，由于成本太高，只在局部重风沙区应用。
总结国内外的经验，大面积、大范围的防沙治沙，必须采用化学固沙与植物治沙相结合的方法，也就是采用化学制剂首先将沙固定，然后建立人工植被或恢复天然植被。在土壤沙化地区，由于降水量少，土壤含水量低，因此在研制化学治沙剂时，必须具备固沙和保水双重功能，才能创造稳定的生态环境。同时，有机-无机复合化学固沙材料将成为研究热点，有机材料和无机材料的复合，优势互补，可提高固沙材料的性能。有机物的加入降低了无机物的脆性，提高了韧性，而无机物又提高了有机物的高温稳定性和抗老化性。
本发明的目的 是为寻找一种廉价实用的有机材料和无机材料的复合物作为固沙保水剂用于治沙生产实践。
本发明是通过采用液相化学方法，微乳化、高剪切和非均相混聚技术，以风化煤和废弃塑料为主原料来制备成多功能固沙保水剂水溶液，主要用于荒漠化和沙化土地修复，也可用于沙质土壤改良，旱地农业和林木、草坪保水、节水，保水型缓/控释肥料包膜胶结剂，种子包衣剂，高速公路边坡绿化。
本发明的详细描述
1腐殖酸混聚物生产工艺
1.1原料选择
(1)风化煤 腐殖酸含量45％以上，Ca含量5％以上，Si含量1％以上。目前尚未制定风化煤的国家标准，按《GB8173-87农用粉煤灰中污染物控制标准》对原料成分分析，重金属含量必须符合国家标准。
(2)塑料 选择废弃的聚苯乙烯泡沫塑料、塑料薄膜(包括食品袋)和混合塑料制品。
2生产工艺
(1)原料烘干，球磨机粉碎，过200目筛孔(筛孔直径0.074mm)
(2)在带搅拌装置的反应釜中加入20％稀硫酸和10％稀盐酸混合酸溶液，盐酸加入量视钙、硅化合物含量而定，风化煤与H2SO4-HCl质量比为1∶2，反应时间1.5～2.0h。化学反应结束后，用石灰乳液中和至pH 7.0左右。
(3)加入分散剂十二烷基苯磺酸钠，加入量为5％～10％，搅拌均匀。
(4)上述反应生成物放入高剪切设备(见本发明人2002年7月2日提交的02123522.8发明专利申请书)，转速3万r/min，高剪切时间10min左右，即生成腐殖酸混聚物。
2废弃塑料-淀粉混聚物生产工艺
(见本发明人2002年7月26日提交的02125678.0发明专利申请书)
(1)废弃塑料分选，洗净，干燥，粉碎。
(2)溶剂溶解：本工艺选用乙酸乙酯作溶剂，混合塑料用乙酸乙酯与二甲苯混合溶液(比例1∶1)溶解。均放置12～24h。
(3)乳化：聚苯乙烯塑料的乙酸乙酯溶液加吐温-80表面活性剂乳化，边加边搅拌，至溶液颜色发白为止，吐温-80加入量为1％～5％；混合废塑料溶液加入吐温-60表面活性剂乳化，加入量为1％～5％。
(4)塑料水溶液的制备 在高剪切设备(本发明人2002年7月2日提交的02123522.8发明专利申请)中，一边高速剪切(1万r/min)，一边加入5％～10％十二烷基苯磺酸钠水溶液，加入量与塑料乳化溶液的体积基本相当(1∶1)。继续高剪切(3万r/min)10～15min。
(5)交联淀粉溶液的制备
A.淀粉糊化：用冷水将淀粉(小麦、玉米、马铃薯)分散(淀粉浓度为15％～20％)，在搅拌下加热60～90℃(视淀粉种类不同，温度稍有差异，)糊化1h，再冷却至室温(20～35℃)。
B.交联淀粉：用硫酸调pH至2.0～3.0，再慢慢加入40％的工业甲醛，加入量为淀粉量的0.7％～0.8％，升温至40℃左右，搅拌30～60min。冷却后加入氨水调pH至/左右，多余的甲醛与NH3起反应。
(6)塑料-淀粉胶团混聚物制备
将废弃塑料水溶液与交联淀粉溶液混合，容积比例为1∶1，在高速剪切设备中(3万r/min)高剪切5～10min，即成为废弃塑料-淀粉胶团混聚水溶液。为防止液面上结皮，加0.01％丁酮肟。
3氮、磷、钾肥料混合水溶液制备
(1)原料：尿素，磷酸-铵，氯化钾
(2)比例：N-P2O5-K2O＝1-0.5-0.5
(3)混合后放入70-80℃热水中，边搅拌边溶解，直至完全溶解为止。
4多功能固沙保水剂生产工艺
在高速乳化分散器中，分别加入腐殖酸混聚物、塑料-淀粉混聚物和氮磷钾肥料水溶液，比例为1∶0.3-0.6∶0.5-1(氮磷钾水溶液加入量视固沙保水剂固形物含量而定)，在2万r/min条件下，搅拌15～20min，即生成非均相多功能固沙保水剂。
5多功能固沙保水剂质量指标
表1 固沙保水剂质量指标
| 项目 | 多功能固沙保水剂指标 |
| 外观 | 半透明黑色粘液 |
| 固形物含量(％) | 20～25 |
| 水溶性 | 全水溶 |
| 粘度(涂-4杯，Pa.s) | 20～22 |
| pH值 | 7.0 |
| 颗粒度(nm) | 20～100 |
| 燃烧性 | 不燃烧 |
| 稳定性(-10～70℃) | 无沉淀 |
| 保存期(月，20℃) | 6 |
| N、P2O5、K2O含量(％) | N2.0％，P2O5 1.0％，K2O 1.0％ |
附图说明
图1多功能固沙保水剂生产工艺流程图
图2多功能固沙保水剂电镜照片(5-100nm)
本发明的优点
(1)本技术产品集固沙、保水、赋肥、改良沙质土地于一体。
(2)荒漠化和沙化土地，沙粒之间是有孔隙的，经测定，其孔隙大小在8μm以上，水分很容易通过，保水能力很差。本固沙保水剂胶团直径均在100nm以内，除了与沙粒粘结、减少孔隙外，固沙保水剂胶团含有功能团或存在电性，它们与沙粒之间会产生电荷作用、分子内力作用，形成连续或非连续网状结构，从而延缓水分蒸发，具有较好的保水功能。
(3)本技术采用风化煤和废弃塑料为固沙保水剂的主原料，风化煤含有丰富的腐殖酸有机物，又含有钙和硅无机成分，在制作过程中以石灰乳中和酸碱度，增强了材料的抗压强度。加入废弃塑料-淀粉混聚物，是为了提高其粘结和保水性能。
实验1
多功能固沙保水剂修复荒漠化土地试验
1固结层抗压强度
选用内蒙古自治区荒漠化土壤，栗钙土，质地为沙壤，制备成固沙标准试件。固沙剂使用量为0.3g/cm2时，固结层抗压强度为6.36Mpa；使用量0.4g/cm2时抗压强度为9.83Mpa；使用量0.5g/cm2时抗压强度可达16.10Mpa。均超过国际上对固沙强度1Mpa的要求。
2稳定性
在-10～70℃范围内反复试验12次，未发现沉淀现象。
3固结层抗冻融性能
将固沙标准试件放置在-20℃冰室中6h，拿出后再放入60±1℃恒温室中放置6h，反复12次。试验结果，标准试件的重量无损失。抗压强度增加5.5％～10.2％。
4耐老化性能
经过紫外线连续照射300h，固沙标准试件重量损失率为0.2～0.5％，抗压强度损失率为1.0％～1.3％，无论是试件的颜色还是外形均无变化，显示了优良的抗老化性。
5保水性
试验设在本所网室内，土壤取自北京昌平国家土壤肥力与肥料效益监测基地，褐潮土，质地粉砂壤土。
5.1无种植条件下土壤水分蒸发试验 空白对照在10天时间水分蒸发95.8％，15天累计蒸发了99.8％。多功能固沙保水剂处理65天累计蒸发97.4％。
5.2种植条件下保水试验 在种植黑麦草条件下，在60天时间内，空白对照土壤水分损失率为57.28％，多功能固沙保水剂处理组土壤水分损失率为14.10％。
黑麦草鲜草产量的趋势与土壤水分蒸发损失率相反，多功能固沙保水剂处理产量最高，为14.5kg/池，对照平均产量为3.6kg/池(水泥池长×宽×深＝70cm×70cm×150cm)。处理组比对照增产3倍。在等N、P、K养分的条件下，对照产量最低，其根本原因在于土壤含水量的多寡，说明本多功能固沙保水剂的保水效果；另外，处理中的N、P、K养分与纳米胶团形成络合物，具有缓释作用，提高了肥料利用率。
6风洞试验
土壤取自内蒙古自治区荒漠化土地，质地沙土，沙盘按标准尺寸制作(沙盘外尺寸为35×35cm，盘内尺寸30×30，内高4.0cm)。将多功能固沙保水剂用水稀释5倍，喷洒于沙盘表面，用量0.40g/cm2(母液)，放置24h，在风速15m/s、25m/s(相当于8级风)连续吹30min，风速30m/s(相当于11级风)吹5min，未见起尘及风蚀现象。
Claims (1)
1.一种多功能固沙保水剂的生产方法，其特征是其生产方法主要是由以下过程组成：
(1)将风化煤烘干磨细过200目筛孔，筛孔直径相当于0.074mm，在反应釜中加入稀20％H2SO4-10％HCl混合酸溶液，HCl加入量视风化煤中Ca、Si化合物含量而定，边搅拌边加入粉碎后的风化煤，风化煤与稀H2SO4-HCl溶液的质量比为1∶2，反应时间1.5～2h，化学反应结束后用石灰乳液中和至pH7.0左右，再加入分散剂十二烷基苯磺酸钠，加入量5％～10％，搅拌均匀后放入高剪切设备中，以3万r/min高剪切10min左右，即生成腐殖酸混聚物；
(2)将废弃塑料分选、洗净、干燥、粉碎，溶解后加入乳化剂乳化，乳化后放入高剪切设备中，一边以1万r/min的速度高速剪切，一边按1∶1的比例加入5％～10％十二烷基苯磺酸钠水溶液，然后以3万r/min继续高剪切10～15min，即为塑料胶团水溶液，再加入交联淀粉溶液，容积比例为1∶1，在高速剪切设备中3万r/min高剪切5～10min，即成为废弃塑料-淀粉混聚物水溶液；
(3)在高速乳化分散器中，按1∶0.5∶0.5的比例分别加入腐殖酸混聚物、废弃塑料-淀粉混聚物，氮磷钾肥料水溶液，在高速乳化分散器中2万r/min条件下，搅拌15～20min，即生成非均相多功能固沙保水剂。
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