专利名称：一种lsa降水促渗剂的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种降水促渗剂产品的制造。
民众对环境污染问题的关注程度正在日益提高，工业生产等固定点源污染排放已经得到很大程度的控制，然而环境污染问题特别是各类水体污染依然严重，水体水质下降、水资源短缺的问题日渐成为经济可持续发展的重要制约因素并危及人类健康。城市化进程的加快导致可渗透地面大幅度减少，不适当的农业活动严重地危害土壤生态环境平衡，各种污染物晴天随机积累、降雨溶出并随降水径流迁移形成面源污染源头。面源污染已经成为我国水环境质量降低、水资源短缺加重的主要原因之一。地表可渗透面积减少、土壤侵蚀是面源污染的重要成因，通过提高降雨渗透量、延缓地表降水产流并削减径流量、是削减面源污染的必要技术措施。
土壤在降雨作用下，表面会形成结皮，导致严重降低土壤对降水的入渗率，加重地表降水径流和土壤侵蚀。采用有机高分子聚合物改良土壤结构、提高土壤降水入渗率，进而达到削减降水径流的目的。目前，国内外提高土壤水渗透性的研究与应用较多的是聚丙烯酰胺(PAM)。它能明显地吸附土壤表面的颗粒，使土壤颗粒粘结在一起抵御降水雨滴的侵蚀破坏作用，防止土壤表面粘粒的化学分离，阻碍土壤结皮的形成，提高土壤水入渗率。PAM具有稳定和加强土壤团聚体的作用，促使土壤表面团聚体的颗粒加大，进而削减土壤被侵蚀的危害。然而，PAM在实际生产应用中具有不可克服的缺陷，既生产成本高，价格高昂，经济投入大。另一方面，PAM在环境中不易降解，长期使用可能造成土壤板结影响而导致新的土壤危害。本发明提供一种降水促渗性能好、生产成本低、经济实用且具有环境友好性的降水促渗剂的制造方法，这种促渗剂能改良土壤结构，具有稳定和促成土壤团聚体、提高土壤降水渗透量、增加土壤有机质等多重复合功效，为充分利用降水资源、削减降水径流造成面源污染危害、缓解水资源短缺提供物质支持。
本发明的特点在于利用酸析法从造纸制浆黑液中回收的碱木质素为主要原料之一，与从农产品中提取的可溶性淀粉等为原料生产一种性能优良的降水促渗剂产品，简称为‘LSA’。碱木质素和淀粉均属天然有机高分子化合物，均属可自然再生的生物质资源，来源丰富，价廉易得。通过木质素和淀粉与丙烯酰胺接枝共聚反应获得的LSA降水促渗剂的性能与PAM相近，具有优良的粘结土壤颗粒和吸水保水性能，能有效地提高降水在土壤中的运移能力，对促进降水向土壤中渗透、削减降水地表径流及径流造成的面源污染具有很高的实效性。LSA降水促渗剂生产原料成本低，工艺简短，具有在土壤中能够降解，提高土壤有机质含量的特点。
本发明的目的通过下述步骤实现(1)LSA降水促渗剂制备方法的特征在于，原料木质素∶淀粉∶丙烯酰胺∶卤化物盐类∶引发剂的重量比例分别为7-13∶2-7∶50-75∶2-3∶1-2；(2)原料木质素是指通过酸析、沉淀、分离、干燥处理碱法制浆造纸黑液获得的碱木质素产品，木质素的含量80％±10％，细度20目-200目；(3)引发剂选自钾或铵的过硫酸盐、钠的硫代硫酸盐、铵、铈复合硝酸盐、钠、铵、铈硫代硫酸盐与过硫酸盐的复合物；(4)卤化物盐类选自钙或钠的卤化盐；(5)原料木质素和淀粉与反应液体积的固液比例为1∶(25-100)；(6)反应温度50℃-90℃，反应时间为4h-12h；(7)无氧反应环境是通过氮气实现；(8)中止反应剂选自对苯二酚；(9)用丙酮沉淀、分离聚合反应产物，在低于60℃温度下干燥得到固体产品。
本发明制得的LSA降水促渗剂具有优良的粘结土壤颗粒和吸水持水的性能，可维护并有效促进土壤团聚体形成和阻碍土壤结皮作用，提高土壤持水、保肥能力，增加土壤表面水的渗透率，显著削减降水地表径流和水土流失作用。
LSA降水促渗剂实施例如下实施例1取木质素10克，淀粉10克，加适量水使其分散均匀，装入配有搅拌机和通氮气装置的反应器中。另取75克丙烯酰胺，3克钙氯化盐溶于水中，转入反应器并加水至总体积1000毫升。通入氮气并在连续搅拌的条件下升温并控制反应温度60℃±5℃，持续1小时后，加入5％铵铈复合硝酸盐溶液50毫升，继续反应6小时。冷却至室温，用丙酮沉淀分离共聚产物，低温下干燥得到固体产品。
实施例2取木质素15克，淀粉5克，加适量水分散，转入配有搅拌器和通氮气通路的反应器中。另取85克丙烯酰胺，3克钙氯化盐溶于水中，转至反应器中，并加水至总体积1000毫升，在通入氮气和连续搅拌条件下，升温并控制反应温度70℃±5℃，再持续1小时后，加入5％钾的过硫酸盐溶液60毫升。在上述条件下反应8小时，冷却，用丙酮沉淀分离共聚物，低温干燥得到固体产品。
LSA降水促渗剂施用效果1.土壤渗透性影响分别定量称取过2mm筛土壤装入等容积容器中，LSA降水促渗剂用自来水稀释至使用浓度，按3kg/ha用量喷施于土壤表面；对照喷施等量自来水。按‘渗透桶法’测定土壤渗透性。施用LSA降水促渗剂的土壤水渗透性(水温10℃)较对照0.12mm/min提高到2.70mm/min；2.地表径流削减自然环境条件下，在经2mm筛处理后的土壤表面分别喷施3kg/ha LSA降水促渗剂和等量的自来水，喷施LSA降水促渗剂后土壤的降水地表径流减少了26.00％-83.40％(历时3个月雨季自然环境条件下的降雨观测结果)，总平均削减地表径流量63.79％，径流液中TSS、TN、TP、CODcr等污染物的总量分别得到减少。
3.LSA降水促渗剂与PAM使用效果对比LSA降水促渗剂与PAM影响土壤降水渗透性的观测结果的说明书附图
见LSA降水促渗剂对土壤降水渗透性的影响趋势图。
权利要求
1.本发明涉及一种降水促渗剂的制备方法，其特征在于，以木质素、淀粉、丙烯酰胺，卤化物的盐类和引发剂组成的混合物，在无氮环境下进行接枝共聚反应，制得降水促渗剂(简称‘LSA’)产品。
2.权利要求1的方法，其特征在于，原料木质素、淀粉、丙烯酰胺、卤化物盐类和引发剂的重量比分别为7-13∶2-7∶50-75∶2-3∶1-2。
3.权利要求1的方法，其特征在于，原料木质素是指通过酸析、沉淀、分离、干燥处理碱法制浆造纸黑液获得的产品，木质素的含量80％±10％，细度20目-200目。
4.权利要求1的方法，其特征在于，卤化物盐类选自钙或钠的卤化盐。
5.权利要求1的方法，其特征在于，引发剂选自钾或铵的过硫酸盐、钠的硫代硫酸盐、铵、铈复合硝酸盐、钠、铵、铈硫代硫酸盐与过硫酸盐的复合物。
6.权利要求1的方法，其特征在于，土壤促渗剂的制备是通过下述步骤实现(1)按木质素、淀粉与反应溶液体积的固液比1∶(25-100)的比例，置于配有搅拌器和通有氮气通路的反应器中，将混合物均匀分散；(2)丙烯酰胺和卤化物盐类溶于水中后转移至反应器中，加热并控制温度50℃-90℃，通入氮气连续搅拌反应0.5h-1h。再将引发剂加入混合物中；(3)在氮气保护下，保持上述反应温度，连续搅拌反应器中的混合物4h-12h；(4)完成上述操作后加入少量对苯二酚中止反应，冷却至室温，用丙酮沉淀、分离共聚产物，于＜60℃温度下干燥固体产品。
全文摘要
本发明提供一种削减降水地表径流面源污染的降水促渗剂(简称‘LSA’)的制造方法。LSA降水促渗剂具有稳定和促成土壤团聚体、提高土壤降水渗透量、延缓高强度降雨地表产流、减少径流产量的性能。LSA降水促渗剂利用碱木质素、淀粉为主要原料组分，产品生产成本低，实效性强、实际应用经济投入低，是一种环境友好性材料。降雨观测结果表明，3kg/ha用量下LSA降水促渗剂使地表径流量平均减少63.79％，径流液中TSS、TN、TP、CODcr等污染物的发生量分别得到削减。LSA降水促渗剂是提高降水资源利用率、削减降水地表径流造成面源污染对水体环境质量危害的物质支持。
文档编号C09K17/14GK1618928SQ200410080209
公开日2005年5月25日 申请日期2004年9月28日 优先权日2004年9月28日
发明者穆环珍, 郑涛, 黄衍初, 张春萍 申请人:中国科学院生态环境研究中心