专利名称：一种生态友好型固沙抑尘剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及固沙抑尘剂制备，特别是一种生态友好型固沙抑尘剂及其制备方法。使用生物质材料加工而成，高效、节能、环保，主要用于防治土壤风蚀，控制土地沙化，抑制扬尘等方面，属于环境污染治理技术领域。
背景技术：
我国是世界上荒漠化、沙化面积最大的国家，虽然近年来土地沙化得到一定程度的遏制，但仍然是当前最为严重的生态问题。土地沙化可直接导致草原松散土和城市郊区土壤风蚀，在风力作用下引起沙尘天气，造成城市地区风沙尘污染。化学固沙是目前控制土壤风蚀比较常用的措施，它是指利用化学物质喷洒或干撒 于沙土或松散土表面形成固结层从而达到固沙目的。传统的化学固沙抑尘剂可分为水泥浆类、水玻璃类、石油产品类和高分子聚合物高吸水树脂类。这些抑尘剂能够使地表松散沙土得以固定，具有一定的稳定性和保水性，从而达到固定流沙和治理土地荒漠化的目的。但是有的原材料成本高，有的不能为植物生长创造良好的水土环境，有的甚至会对环境造成污染。比如，石油产品类抑尘剂施用后难以降解，长期滞留于表层沙土中，造成环境二次污染。而新型化学固沙抑尘剂除了要解决传统化学固沙抑尘剂的弊端外，更为重视抑尘剂制备和使用过程中的生态环境协调性，使其具有使用性能好、资源与能源消耗少、与生态环境相容性好等诸多优点。所以，新型化学固沙抑尘剂具有更大的发展潜力和实用性。新型化学固沙抑尘剂包括对工农林业副产品进行改性处理的生态固沙抑尘剂、利用微生物技术的微生物固沙抑尘剂等。
发明内容
本发明目的是克服了传统抑尘剂存在的缺陷，提供一种无毒无害、环境友好、成本低廉、方便生产的生态友好型固沙抑尘剂及其制备方法。本发明的技术方案一种生态友好型固沙抑尘剂，是由以下重量百分比的原料混合配制而成生物质材料I. 6-2. 0%，表面活性剂O. 6-1. 0%，水溶性聚合物羧甲基纤维素钠I. 2-1. 5%，水溶性聚合物聚乙烯醇O. 8-1. 2%，保湿剂O. 8-1. 0%，防腐剂O. 8-1. 0%，其余为水；所得固沙抑尘剂为深棕色乳状液体，常温下粘度为50-80厘泊；所述生物质材料为植物种子经压榨榨油处理或溶剂浸提后所剩的固体饼渣，所述植物种子为盐地碱蓬种子、翅碱蓬种子、角碱蓬种子和硬枝碱蓬种子中的一种或两种以上任意比例的混合物，所述水溶性聚合物为羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(LAS)、十二烷基硫酸钠和聚丙烯酰胺中的一种或两种以上任意比例的混合物，所述保湿剂为氯化镁、氯化钙、硫酸钠、硅酸钠、聚丙烯酸钾中的一种或两种以上任意比例的混合物，所述防腐剂为山梨酸钾、苯甲酸钠中的一种或两种任意比例的混合物。
一种所述生态友好型固沙抑尘剂的制备方法，步骤如下I)将生物质材料破碎、研磨，过100-120目筛，得到生物质粉料；2)将上述生物质粉料在沸水中蒸煮30_40min使之膨化，然后停止供热，降温至65-75°C，得到生物质膨化溶液，生物质粉料与水的用量比为I. 6-2. 0g/100mL ；3)在搅拌速度为150-300r/min条件下，将表面活性剂均匀地撒到生物质膨化溶液中以降低溶液的表面张力，表面活性剂与生物质膨化溶液的用量比为O. 6-1. 0g/100mL,IOmin后，将搅拌速度调至1500-2000r/min，迅速将羧甲基纤维素钠均匀地撒入上述溶液中以防止凝聚结团，羧甲基纤维素钠与上述溶液的用量比为1.2-1.58/1001^，搅拌401^11，再缓缓加入浓度为4. 0-6. 0g/100ml的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液与上述溶液的用量比为lml/5mL，搅拌IOmin后停止，得到反应液，整个反应过程温度控制在65_75°C ；4)静置上述反应液并降至室温后，先后加入保湿剂和防腐剂，保湿剂和防腐剂与反应液的质量百分比均为0. 8-1%，搅拌5min，即得所述生态友好型固沙抑尘剂。 一种所述生态友好型固沙抑尘剂的应用，用于固沙、抑尘，方法是可直接喷洒使用或按照固沙抑尘剂与水的质量比为1:0. 5-5的比例稀释后喷洒使用。本发明的优点是I)本发明采用碱蓬籽饼柏为主要原料，增加了碱蓬籽饼柏的应用领域，在一定程度上，能够减少碱蓬籽饼柏这一庞大的农副资源的浪费，使之变废为宝；2)环保无污染，不会对环境造成危害；因其含有丰富的生物质成分，还会为植物生长提供少量营养；3)在保护期内对土壤颗粒粘结能力强，具有良好的固沙作用；随着土壤水分的变化，可逐渐被土壤微生物降解，不会长期滞留于土壤之中，与土壤生态环境相容性好，可作为很好的土壤改良剂；4)该固沙抑尘剂施用后，会在松散土表面形成平整而带有微孔隙的高强度固结层，可起到很好的防风固沙作用；5)该制备方法工艺简单、成本低廉且节能环保等。
具体实施例方式实施例I :一种所述生态友好型固沙抑尘剂的制备方法，步骤如下I)将盐地碱蓬籽饼破碎、研磨，过120目筛，得到生物质粉料；2)将上述8. Og生物质粉料在500mL沸水中蒸煮30min使之膨化，然后停止供热，降温至65-75°C，得到生物质膨化溶液；3)在搅拌速度为150r/min条件下，将4. Og十二烷基苯磺酸钠均匀地撒到上述生物质膨化溶液中以降低溶液的表面张力，IOmin后，将搅拌速度调至2000r/min，迅速将
6.Og羧甲基纤维素钠均匀地撒入上述溶液中以防止凝聚结团，搅拌40min，再缓缓地将预先配制好的4. 0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，搅拌IOmin后停止，得到反应液，整个反应过程温度控制在65-75°C ；4)静置上述反应液并降至室温后，先后加入5. Og硅酸钠保湿剂和5. Og苯甲酸钠防腐剂，搅拌5min，即得所述生态友好型固沙抑尘剂。
实施例2 一种所述生态友好型固沙抑尘剂的制备方法，步骤如下I)将翅碱蓬籽饼破碎、研磨，过100目筛，得到生物质粉料；2)将上述8. Og生物质粉料在500mL沸水中蒸煮30min使之膨化，然后停止供热，降温至65-75°C，得到生物质膨化溶液；3)在搅拌速度为150r/min条件下，将5. Og十二烷基苯磺酸钠均匀地撒到生物质膨化溶液中以降低溶液的表面张力，IOmin后，将搅拌速度调至2000r/min，迅速将7. 5g羧甲基纤维素钠均匀地撒入上述溶液中以防止凝聚结团，搅拌40min，再缓缓地将预先配制好的4. 0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，搅拌IOmin后停止，得到反应液，整个反应过程温度控制在65-75 °C ； 4)静置上述反应液并降至室温后，先后加入5. Og硅酸钠保湿剂和5. Og苯甲酸钠防腐剂，搅拌5min，即得所述生态友好型固沙抑尘剂。实施例3 一种所述生态友好型固沙抑尘剂的制备方法，步骤如下I)将硬枝碱蓬籽饼破碎、研磨，过120目筛，得到生物质粉料；2)将上述8. Og生物质粉料在500mL沸水中蒸煮40min使之膨化，然后停止供热，降温至65-75°C，得到生物质膨化溶液；3)在搅拌速度为150r/min条件下，将4. 5g十二烷基硫酸钠均匀地撒到生物质膨化溶液中以降低溶液的表面张力，IOmin后，将搅拌速度调至2000r/min，迅速将7. Og羧甲基纤维素钠均匀地撒入上述溶液中以防止凝聚结团，搅拌40min，再缓缓地将预先配制好的5. 0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，搅拌IOmin后停止，得到反应液，整个反应过程温度控制在65-75 °C ；4)静置上述反应液并降至室温后，先后加入4. 5g氯化镁保湿剂和5. Og山梨酸钾防腐剂，搅拌5min，即得所述生态友好型固沙抑尘剂。实施例4 一种所述生态友好型固沙抑尘剂的制备方法，步骤如下I)将角碱蓬籽饼破碎、研磨，过120目筛，得到生物质粉料；2)将上述8. Og生物质粉料在500mL沸水中蒸煮40min使之膨化，然后停止供热，降温至65-75°C，得到生物质膨化溶液；3)在搅拌速度为150r/min条件下，将4. 5g十二烷基硫酸钠均匀地撒到生物质膨化溶液中以降低溶液的表面张力，IOmin后，将搅拌速度调至2000r/min，迅速将7. Og羧甲基纤维素钠均匀地撒入上述溶液中以防止凝聚结团，搅拌40min，再缓缓地将预先配制好的
5.0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，搅拌IOmin后停止，得到反应液，整个反应过程温度控制在65-75 °C ；4)静置上述反应液并降至室温后，先后加入4. 5g氯化钙保湿剂和5. Og山梨酸钾防腐剂，搅拌5min，即得所述生态友好型固沙抑尘剂。实施例5 一种所述生态友好型固沙抑尘剂的制备方法，步骤如下I)将角碱蓬籽饼破碎、研磨，过100目筛，得到生物质粉料；
2)将上述8. Og生物质粉料在500mL沸水中蒸煮30min使之膨化，然后停止供热，降温至65-75°C，得到生物质膨化溶液；3)在搅拌速度为150r/min条件下，将4. 5g十二烷基硫酸钠均匀地撒到生物质膨化溶液中以降低溶液的表面张力，IOmin后，将搅拌速度调至2000r/min，迅速将6. Og羧甲基纤维素钠均匀地撒入上述溶液中以防止凝聚结团，搅拌40min，再缓缓地将预先配制好的4. 0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，搅拌IOmin后停止，得到反应液，整个反应过程温度控制在65-75 °C ；4)静置上述反应液并降至室温后，先后加入4. 5g硫酸钠保湿剂和5. Og苯甲酸钠防腐剂，搅拌5min，即得所述生态友好型固沙抑尘剂。实施例6 一种所述生态友好型固沙抑尘剂的制备方法，步骤如下I)将盐地碱蓬籽饼破碎、研磨，过100目筛，得到生物质粉料；2)将上述8. Og生物质粉料在500mL沸水中蒸煮30min使之膨化，然后停止供热，降温至65-75°C，得到生物质膨化溶液；3)在搅拌速度为150r/min条件下,将4. Og十二烧基硫酸钠均勻地撒到生物质膨化溶液中以降低溶液的表面张力，IOmin后，将搅拌速度调至2000r/min，迅速将6. Og羧甲基纤维素钠均匀地撒入上述溶液中以防止凝聚结团，搅拌40min，再缓缓地将预先配制好的
4.0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，搅拌IOmin后停止，得到反应液，整个反应过程温度控制在65-75 °C ；4)静置上述反应液并降至室温后，先后加入5. Og硫酸钠保湿剂和5. Og苯甲酸钠防腐剂，搅拌5min，即得所述生态友好型固沙抑尘剂。上述制备的固沙抑尘剂的应用实例I :将粒径小于0. Imm的细土壤颗粒平铺于22cmX32cm的不锈钢沙盘中，将所制备的生态友好型固沙抑尘剂原液利用喷洒设备，按照I. 5L/m2-2. OL/m2的用量，分别喷洒在粒径小于0. Imm的细土壤颗粒表面，抑尘剂与细土壤颗粒粘合，待风干后，形成一层3-5_厚紧密且连续的固结层。然后，将其置于NK-I型可移动式风蚀风洞中进行风蚀实验，分别以6m/s、9m/s、12m/s、15m/s、18m/s的风速逐次提高,进行间歇式吹蚀，每个风速吹蚀5min,吹蚀结束后，通过称量集沙仪中收集到的土壤颗粒，计算得到每平方米面积累积吹蚀的土壤颗粒的损失量仅为0. 435g，与喷洒等量自来水以及未喷洒任何试剂的样品进行对比，抑尘效率均提高了 99%以上。实例2 :将粒径小于0. Imm的细土壤颗粒平铺于22cmX 32cm的不锈钢沙盘中，将所述制备的生态友好型固沙抑尘剂分别按照与水的质量比为1:0.5、1:1、1:2、1:5的比例进行稀释，然后利用喷洒设备，按照I. 5L/m2-2. OL/m2的用量，分别喷洒在粒径小于0. Imm的细土壤颗粒表面,抑尘剂与细土壤颗粒粘合,待风干后，分别形成一层3-5mm、3-4mm、2-4mm、2-3_厚的紧密的固结层。然后，将其置于NK-I型可移动式风蚀风洞中进行风蚀实验，分别以6m/s、9m/s、12m/s、15m/s、18m/s的风速逐次提高,进行间歇式吹蚀，每个风速吹蚀5min,吹蚀结束后，通过称量集沙仪中收集到的土壤颗粒，计算得到每平方米面积累积吹蚀的土壤颗粒的损失量为O. 417g-l. 491g，与喷洒等量自来水以及未喷洒任何试剂的样品进行对比，抑尘效率均提高了 99%以上。有效地抑制了土壤的吹蚀，该生态友好型固沙抑尘剂具有良好的防风固沙作用，能够有效控制扬尘。实例3 取2个Φ 30 X IOcm的种植花盆，在每个种植花盆中填装等量同种农田土壤(取自天津大港实验基地)，种植绿豆种子，每间隔2-3cm投放3粒种子，种好后将土壤表面摊平，然后在表面铺洒大约5mm厚的通过60目筛的细土壤颗粒,之后向其中一个盆中按照2. OL/m2的剂量在其表面喷洒该生态友好型固沙抑尘剂，在另外I个盆中喷洒等量的自来水作空白对照，之后每隔两天浇一次水(每次浇水IOOmL),其它的实验条件控制一致。结果发现，喷洒过该生态环保型抑尘剂的绿豆苗长势明显好于喷洒自来水的绿豆苗；喷洒过该生态环保型固沙抑尘剂的绿豆苗成活率可以达到95. 6%，远远高于喷洒自来水的绿豆苗的成活率38. 9%。喷洒该生态环保型固沙抑尘剂能够促进植物的生长发育，对农作物的生长具有一定的促进作用。 实例4 把该生态环保型固沙抑尘剂按照2. OL/m2的剂量喷洒在土壤表面，同时在另一块土壤表面喷洒等量的自来水作为空白对照，45天后分别在喷洒该抑尘剂和自来水的土壤中采集5-lOcm深度的土层样品，然后放在沙盘中自然条件下风干，研磨，过筛，然后分别对土壤有机质、全氮、重碳酸根、钾、钙、镁以及微量元素包括铅、镉、汞、铬、铜、锌、铁、锰、硼、砷、硒等的含量进行测定，喷洒该生态环保型抑尘剂的土样与喷洒等量自来水的土样相比，其中全氮含量增加了 100多倍，重碳酸根、钾、钙、镁的含量分别有不同程度的增加，微量元素锌、汞、硼的含量有略微增加，而铅、镉、铬、铜、铁、锰等微量元素含量有所减少，砷、硒的含量基本保持不变。喷洒该生态环保型固沙抑尘剂对土壤土质不仅没有任何危害，而且在一定程度上具有改良土壤土质的作用，比如喷洒该生态环保型固沙抑尘剂使全氮的含量有了显著的增加，此外，重碳酸根、钾、钙、镁的含量也分别有不同程度的增加。
权利要求
1.一种生态友好型固沙抑尘剂，其特征在于由以下重量百分比的原料混合配制而成生物质材料I. 6-2. 0%，表面活性剂O. 6-1. 0%，水溶性聚合物羧甲基纤维素钠I. 2-1. 5%，水溶性聚合物聚乙烯醇O. 8-1. 2%，保湿剂O. 8-1. 0%，防腐剂O. 8-1. 0%，其余为水；所得固沙抑尘剂为深棕色乳状液体，常温下粘度为50-80厘泊；所述生物质材料为植物种子经压榨榨油处理或溶剂浸提后所剩的固体饼渣，所述植物种子为盐地碱蓬种子、翅碱蓬种子、角碱蓬种子和硬枝碱蓬种子中的一种或两种以上任意比例的混合物；所述水溶性聚合物为羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(LAS)、十二烷基硫酸钠和聚丙烯酰胺中的一种或两种以上任意比例的混合物；所述保湿剂为氯化镁、氯化钙、硫酸钠、硅酸钠、聚丙烯酸钾和淀粉接枝丙烯酸盐中的一种或两种以上任意比例的混合物；所述防腐剂为山梨酸钾和苯甲酸钠中的一种或两种任意比例的混合物。
2.一种如权利要求I所述生态友好型固沙抑尘剂的制备方法，其特征在于步骤如下 1)将生物质材料破碎、研磨，过100-120目筛，得到生物质粉料； 2)将上述生物质粉料在沸水中蒸煮30-40min使之膨化，然后停止供热，降温至65-75°C，得到生物质膨化溶液，生物质粉料与水的用量比为I. 6-2. 0g/100mL ； 3)在搅拌速度为150-300r/min条件下，将表面活性剂均匀地撒到生物质膨化溶液中以降低溶液的表面张力，表面活性剂与生物质膨化溶液的用量比为O. 6-1. 0g/100mL, IOmin后，将搅拌速度调至1500-2000r/min，迅速将羧甲基纤维素钠均匀地撒入上述溶液中以防止凝聚结团，羧甲基纤维素钠与上述溶液的用量比为1.2-1.58/1001^，搅拌401^11，再缓缓加入浓度为4. 0-6. 0g/100ml的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液与上述溶液的用量比为lml/5mL，搅拌IOmin后停止，得到反应液，整个反应过程温度控制在65_75°C ； 4)静置上述反应液并降至室温后，先后加入保湿剂和防腐剂，保湿剂和防腐剂与反应液的质量百分比均为0. 8-1%，搅拌5min，即得所述生态友好型固沙抑尘剂。
3.—种如权利要求I所述生态友好型固沙抑尘剂的应用，其特征在于用于固沙、抑尘，方法是直接喷洒使用或按照固沙抑尘剂与水的质量比为1:0. 5-5的比例稀释后喷洒使用。
全文摘要
一种生态友好型固沙抑尘剂，是由生物质材料、表面活性剂、水溶性聚合物、保湿剂、防腐剂和水混合配制而成的深棕色乳状液体，常温下粘度为50-80厘泊；所述生物质材料为植物种子经压榨榨油处理或溶剂浸提后所剩的固体饼渣，所述水溶性聚合物为羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇，所述保湿剂为氯化镁、氯化钙、硫酸钠、硅酸钠等。本发明所得抑尘剂是一种生态友好型固沙抑尘剂，其制备工艺简单，流程短，易于操作，本发明的优点是该固沙抑尘剂能有效控制土壤风蚀及土地沙化，能够减少扬尘天气的发生，可明显起到固沙、防尘、抑尘的作用，且绿色环保、无毒、无污染，可广泛用于城市郊区农田、荒地、退化草原或荒漠沙地等风蚀严重的地区。
文档编号C09K17/32GK102863965SQ201210389640
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者姬亚芹, 张雷波, 赵雪艳 申请人:南开大学