防止裸露土扬尘和防止流沙的固沙剂及制备方法与应用与流程

文档序号:14749927发布日期:2018-06-22 11:40阅读:406来源:国知局

本发明涉及防沙、治沙领域,具体而言,涉及一种防止裸露土扬尘和防止流沙的固沙剂及其制备方法与应用。



背景技术:

当今世界面临森林植被破坏严重,土壤沙化、荒漠化严重的生态问题,对社会的可持续发展带来严重威胁。我国沙漠总面积达130.8万平方公里,占全国土地总面积的13.6%。沙漠化不仅使原本脆弱的生态环境更加恶化,而且给沙漠化地区的工农业生产和人民生活带来影响,严重制约了社会经济的发展,成为全国性重大生态环境问题。从世界范围来看,联合国在巴西正式启动“联合国荒漠及防治荒漠化十年(2010-2020年)”计划,以进一步提高世界各国人民对荒漠化、土地退化以及旱灾威胁可持续发展及脱贫进程的认识。

固沙方式主要有工程固沙、生物固沙和化学固沙。工程固沙普遍是建立沙障阻止沙丘移动;生物固沙即通过栽种植物等手段,达到防治沙漠、稳定绿洲、提高沙区环境质量的方法,但其治沙效果慢且部分自然条件恶劣的地区难以提供植物赖以生存的基本条件;化学固沙是通过喷洒化学粘合剂,以提高沙土的稳定性和保水性,化学防治技术的优点是施工简便、见效快,可迅速改良荒漠化土地,为植物生长创造良好的水土条件,提高生态环境工程建设的质量和效率。但是化学防治的技术效果不够明显,只是采用简单的化学粘结剂并不能达到理想的固沙效果。

有鉴于此,特提出本发明。



技术实现要素:

本发明的第一目的在于提供一种防止裸露土扬尘和防止流沙移动的固沙剂,所述固沙剂通过将高分子聚合物、酯类以及碱类以一定的比例进行搭配后制成水溶液,这样通过在土壤中的胶结物质的含量达到一定数量时,能够实现把土壤颗粒粘结成团聚体结构,从而达到固沙的效果,而这种组合以及各个成分之间的配比关系,均是现有技术中没有记载的,具有开拓性的意义。

本发明的第二目的在于提供一种上述固沙剂的配套制备方法,该方法形成了一整套完整的工艺流程,方法简便,操作步骤前后衔接紧密,通过对具体工艺参数进行精准控制,使得制备出的固沙剂的各方面性能俱佳,尤其能够达到良好的固沙效果。

本发明的第三目的在于提供上述固沙剂的进一步应用,应用范围比较广泛,尤其适用于沙漠化比较严重的土壤的治理,治理效果显著。

为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:

本发明实施例提供了一种防止裸露土扬尘和防止流沙移动的固沙剂,其特征在于,主要包括以下组分:以质量份数计,高分子聚合物类0.01-15份,碱类0.01-15份,和酯类0.01-15份,水适量。

现有技术中,固沙方式主要有工程固沙、生物固沙和化学固沙。工程固沙普遍是建立沙障阻止沙丘移动;生物固沙即通过栽种植物等手段,达到防治沙漠、稳定绿洲、提高沙区环境质量的方法,但其治沙效果慢且部分自然条件恶劣的地区难以提供植物赖以生存的基本条件;化学固沙是通过喷洒化学粘合剂,以提高沙土的稳定性和保水性,化学防治技术的优点是施工简便、见效快,但是化学防治的技术效果不够明显,只是采用简单的化学粘结剂并不能达到理想的固沙效果。

本发明为了解决上述技术问题,提供了一种固沙效果比较优异的化学固沙剂,主要组成为高分子聚合物以及碱类、酯类,高分子聚合物类型的固沙剂本身属于一种新型的沙漠治理方法,其处理工艺简单和使用方便,可改善劳动条件和缩短工期,且效果较显著、稳定,因而引起人们普遍重视。

本发明的固沙剂配方虽然比较简单,但是固沙效果比较优异,相较于现有技术中普通的化学固沙剂,土壤的结层比较坚硬没有散沙,对土壤的性质有一定的绿化改善作用,防止土壤发生板结,种植植物后出芽率高,植物容易存活,从根本上达到治理土壤的效果。

一般来说,沙漠化土壤结构松散,容易受到风蚀和水蚀的侵害,从而导致沙区植被很难正常生长,因此在植树种草治理沙漠化的同时有必要提高沙土稳定性。土壤中团聚体的形成是保持土壤有机质和土壤肥力的基础,只有当土壤团聚体含量达到一定数量时,才能发挥土壤的功能,且不容易受风蚀和水蚀的侵害。因此本发明的发明人通过采用大量的创造性劳动,使用木质素磺酸钠、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯等大分子天然高分子物质,采用碱类以及酯类配合,对土壤颗粒进行胶连,形成稳定性团聚体,在固沙的同时还能改善土壤本身的肥力,抑制土壤发生板结的速度,起到了固沙与改良土壤的双重效果。

为了提高组分之间的组配增效性,各组分的配比优选为:高分子聚合物类1-10份,碱类1-10份,和酯类1-10份,水适量。

优选地,本发明采用的高分子聚合物可以为木质素磺酸钠、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种的混合。

碱类可以为氢氧化钠、氢氧化钾、碱金属硅酸盐、碱金属碳酸盐、碳酸钠、硅酸钠、硫化钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、氧化钙中的一种或几种的混合。

酯类可以为甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、丙烯酸甲酯中的一种或几种的混合。

通过选择不同的碱类、酯类以及高分子聚合物类的具体类型,经过挑选优化后,能够使得固沙剂的效果最优。

优选地,水的质量与酯类的质量比控制在(95-100):1之间,优选为(96-98):1之间,更优为97:1,这样一来,将几种物质以一定的比例与水均匀混合后形成均一的水溶液,使得高分子聚合物、碱和酯能够充分互相溶解,更有利于后续应用,所得到的溶液可直接喷洒于裸露土表面或沙子表面,可以防止裸露土扬尘,并具有快速固沙、防止流沙移动的效果,是一种成本较低的固沙材料。本发明的化学固沙剂施用简便、见效快,具有良好的固沙性能。

本发明实施例除了提供了一种固沙剂,还提供了上述固沙剂的制备方法,包括如下步骤:

将高分子聚合物类、酯类、碱类与水混合搅拌均匀后,形成固沙剂,即可。

本发明实施例提供的制备方法,形成了一整套完整的工艺流程,前后加料顺序控制精准,使得制备出的固沙剂的各方面性能俱佳。

优选地,在进行制备的过程中最好按照一定的加料顺序,将碱类、酯类与水混合后,添加高分子聚合物,即可。将一种或几种高分子聚合物溶于一定比例的酯类碱溶液中,可以使得溶解更加完全,因此最好是先将碱、酯类形成水溶液后,再将高分子聚合物加入,按照这样的顺序添加可以保证物料之间互相融合形成均一的溶液,也可以进而提升固沙剂本身的性能。

另外,对制备方法中的各个操作参数也进行了优化,混合搅拌的时间最好控制在1-2h,混合搅拌的温度最好控制在20-80℃。

本发明在制备固沙剂的过程中,每个步骤均有详细的工艺参数的控制,而且工艺参数的具体取值需根据组份的自身性质的不同加以调节,最终通过精确控制整个工艺流程,以使得制备出的固沙剂性能优越。

最后,本发明还对固沙剂的进一步应用进行了说明,本发明的固沙剂可以达到防止裸露土扬尘和防止流沙移动的效果,具体应用时,每平方米的待处理裸露土采用固沙剂的用量为1-15L,更优地固沙剂的用量为3-10L。

通过采用本发明的固沙剂,湿润待处理裸露土的厚度控制在0.5-5cm之间,可以起到固沙的效果。可见,本发明的固沙剂应用广泛,使用方法简单,将固沙剂按照每平方米1-15L施撒到沙子的表面,就可以达到固沙的效果,并且通过后续的试验数据可以证明其固沙效果的优异性能。

与现有技术相比,本发明的有益效果为:

(1)本发明的防止裸露土扬尘和防止流沙移动的固沙剂通过将高分子聚合物、酯类以及碱类以一定的比例进行搭配后制成水溶液,这样通过在土壤中的胶结物质的含量达到一定数量时,能够实现把土壤颗粒粘结成团聚体结构,从而达到固沙的效果,而这种组合以及各个成分之间的配比关系,均是现有技术中没有记载的,具有开拓性的意义;

(2)本发明的固沙剂的制备方法操作简单,操作步骤前后衔接紧密,通过对具体工艺参数进行精准控制,使得制备出的固沙剂的各方面性能俱佳,尤其能够达到良好的固沙效果;

(3)创造性的发明了一种新型固沙剂,使得制备出的固沙剂在各个方面均能满足更高标准的领域的需要。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

将木质素磺酸钠0.01kg、氢氧化钠10kg、甲酸甲酯5kg与水500kg混合搅拌均匀后,得到固沙剂,将固沙剂按照每平方米1L喷施到已撒播沙打旺种子的沙子表面,撒播的厚度为沙子厚度的1cm。

实施例2

将木质素磺酸钠、羧甲基纤维素15kg、氢氧化钾0.01kg、乙酸异丙酯0.01kg与水0.96kg混合搅拌均匀后,得到固沙剂,将固沙剂按照每平方米15L喷施到已撒播沙打旺种子的沙子表面,撒播的厚度为沙子厚度的5cm。

实施例3

将聚丙烯酰胺、聚丙烯酸1kg、氢氧化钠15kg、甲酸甲酯15kg与水1400kg混合搅拌均匀后,得到固沙剂,将固沙剂按照每平方米10L喷施到已撒播沙打旺种子的沙子表面,撒播的厚度为沙子厚度的0.5cm。

实施例4

将木质素磺酸钠、羧甲基纤维素15kg、氢氧化钾0.01kg、乙酸异丙酯0.01kg与水0.96kg混合搅拌均匀后,混合搅拌的时间为1h,温度为20℃,得到固沙剂,将固沙剂按照每平方米5L喷施到已撒播沙打旺种子的沙子表面,撒播的厚度为沙子厚度的2cm。

实施例5

将木质素磺酸钠、羧甲基纤维素共10kg、碱金属硅酸盐、硫化钠共1kg、乙酸乙酯、甲酸乙酯共1kg与水95kg混合搅拌均匀后,混合搅拌的时间为2h,温度为30℃,得到固沙剂,将固沙剂按照每平方米8L喷施到已撒播沙打旺种子的沙子表面,撒播的厚度为沙子厚度的4cm。

实施例6

将碱金属硅酸盐、硫化钠共10kg、乙酸乙酯、甲酸乙酯共10kg与水970kg混合搅拌均匀后,混合搅拌的时间为2h,温度为25℃,然后添加木质素磺酸钠、羧甲基纤维素共1kg得到固沙剂,然后将固沙剂按照每平方米8L喷施到已撒播沙打旺种子的沙子表面,撒播的厚度为沙子厚度的3cm。

实施例7

将碳酸钠、硅酸钠共8kg、丙烯酸甲酯5kg与水490kg混合搅拌均匀后,混合搅拌的时间为2h,温度为25℃,然后添加聚丙烯酸5kg得到固沙剂,然后将固沙剂按照每平方米8L喷施到已撒播沙打旺种子的沙子表面,撒播的厚度为沙子厚度的3cm。

比较例1

具体方案与实施例1一致,只是不添加酸。

比较例2

具体方案与实施例2一致,只是不添加碱。

比较例3

具体方案与实施例3一致,只是碳酸钠、硅酸钠共8kg、丙烯酸甲酯5kg。

比较例4

具体方案与实施例7一致,只是碳酸钠、硅酸钠20kg、丙烯酸甲酯30kg、聚丙烯酸0.005kg。

实验例1

将本发明实施例1-7与比较例1-4的固沙性能进行对比,具体试验结果如下:

实施例1:待沙层表面的湿润的固沙剂自然干燥后,沙层表面以30°角置于吹风机前约20cm,进行风蚀实验30s。在结束风蚀试验后继续进行水蚀实验,用喷壶模拟自然降雨过程,水流与沙样呈45°角,观察并记录沙层表面的变化情况:

(1)结层性质与种子出芽情况:固结层坚硬无散沙,大量沙打旺种子发芽;

(2)稳定性团聚体含量:反映土壤稳定性的重要指标,也可以作为沙土抗风蚀能力的衡量因素,因为沙土颗粒越大,单粒沙土越重,沙土被风扬起所需要的起动风速越高,即沙土的抗风蚀能力越强。喷施固沙高分子材料后沙样中>0.3mm稳定性团聚体含量由46.9%提高到61.1%,可能原因是材料中的羧基、羟基等可与沙子颗粒中的无机矿物质离子结合,从而提高沙子的稳定性;

(3)风蚀实验:结层完好无变化;

(4)水蚀实验:沙层表面完好无损;

(5)保水功能:沙漠地区水是植物生长的限制因素,因此沙漠地区植被大多是抗旱品种,种类少且盖度低。实验表明喷施固沙高分子材料的沙土试样48h水分蒸发率为47.5%,相对于喷施等量水的沙土试样水分蒸发率降低13.8%。可能原因是固沙材料可以迅速吸收水分,降低水分渗出量,且防止流沙移动的高分子材料中可能含有亲水基团,不易使水分子蒸发,从而达到缓释水分的目的。这种保水性能对缺水的沙漠化地区起到稳定植物生长,增加地表植被覆盖度,从而能减轻地表的风蚀,大大提高沙漠化治理的成果。

通过试验发现实施例2-7的试验结果与实施例1一致,比较例1-4风蚀试验后,结层表面有变化并不能完好无损,保水性能上,48h水分蒸发率为60%左右,蒸发率相较于喷施等量水的沙土试样水分蒸发率仅降低1-2%,固沙效果依然不好。

通过上述实施例与比较例的试验结果,发现只有采用本发明特定的配方才能达到理想的固沙效果。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明,然而应意识到,在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此,这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

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