本发明属于水土保持工程材料技术领域，具体涉及一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂。
背景技术：
崩岗是山坡土石体和受冲刷而产生的水土流失现象，在我国南方广泛分布，造成严重的耕地破坏、农田减产，严重的崩岗侵蚀还易引发地质灾害。崩岗侵蚀治理的难点主要在于其粗颗粒含量高且土壤贫瘠保水性差，这就导致了崩岗侵蚀区的土壤极易崩解且植被不易生长发育，从而崩岗侵蚀难以自然恢复。另外，崩岗区存在大量的崩塌面，这些崩塌面往往较为陡倾，常规的固沙剂产品不易固捉，使得固沙剂施用困难。
现有的土壤固沙剂主要是针对道路、建筑工程的土壤固沙剂，这类固沙剂会渗入水泥等水硬性材料中，主要改善的是沙土的硬化，无法使土壤保持原有的生态环境，不适于崩岗侵蚀区的治理：公开号为cn107032710a的中国专利公开了一种复合型土壤固沙剂，公开号为cn107973571a的中国专利公开了一种土壤固化剂，上述的土壤固沙剂虽然能改善土体结构、提高土体强度，但由于这种土壤固化剂也会渗入水泥等水硬性材料，无法在保证土体抗崩解性的同时，仍旧保持土壤原有生态环境。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂，利用磺化和改性的木质素作为主要原料，制成的木质素固沙剂除了具备一般固沙剂的固沙、抗侵蚀和抗崩解的性能外，还能够保持土壤原有的生态环境。
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂，由以下重量份的组分制成：复合粘结剂55～65份、增强剂18～20份、保水剂15～17份和分散剂5～7份；所述复合粘结剂由重量份为15～27份的改性酸性木质素、15～27份改性碱性木质素以及25～30份聚丙烯酰胺配制而成。
进一步的，所述增强剂为粉煤灰。
进一步的，所述保水剂为复合保水剂，由重量份为8～10份的木质素磺酸盐和7～9份的聚氨酯混合交联而成。
进一步的，所述分散剂为羟乙基纤维素。
进一步的，所述改性酸性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸盐10～15份和丙烯酰胺单体5～12份。
进一步的，所述改性碱性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸盐10～15份、甲醛3～5份和苯酚3～5份。
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂的制备方法，具体包括如下步骤：
s1、改性酸性木质素：将10～15份的木质素磺酸盐溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸盐溶液，调节溶液的ph为3～4，加入5～12份的丙烯酰胺单体，搅拌均匀后加入质量分数为1～2％的过氧化氢溶液，加热至90～100℃，反应30min以上，使单体完全溶解充分反应，得到改性酸性木质素；
s2、改性碱性木质素：将10～15份的木质素磺酸盐溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸盐溶液，调节溶液的ph呈碱性，加入3～5份的甲醛、3～5份的苯酚，在碱的催化下发生缩合反应，生成木质素酚醛树脂和木质素-苯酚缩合物，得到改性碱性木质素；
s3、制备复合粘结剂：取经过步骤s1制得的改性酸性木质素15～27份、经过步骤s2制得的改性碱性木质素15～27份以及聚丙烯酰胺25～30份，混合搅拌转速为200～300r/min，温度为50～80℃，混合搅拌2～3h后制得复合粘结剂；
s4、制备固沙剂：取经过步骤s3制得的复合粘结剂55～65份、增强剂18～20份、保水剂15～17份和分散剂5～7份混合，在常温下加入去离子水100～150份充分搅拌2～3h，搅拌转速为300～400r/min，制得木质素固沙剂。
进一步的，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠或木质素磺酸胺中的一种或多种混合物。
进一步的，经过所述步骤s3制得的复合粘结剂的含水量为70～90％；经过所述步骤s4制得的木质素固沙剂的含水量为35～40％。
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂在崩岗侵蚀区域防治工程中的应用，所述木质素固沙剂的掺入量为固沙目标试样的重量的1.4～3％。
本发明的有益效果：
1、本发明中适用于崩岗侵蚀防治的固沙剂是以木质素为主要原料配制而成的。木质素通过磺化和酸碱性改性，使其形成具有粘结力的复合粘结剂，在此基础上加入增强剂、保水剂和分散剂等成分，木质素固沙剂中的各成分在固化土壤中起到协同作用，使得木质素固沙剂具有固沙、抗侵蚀、抗崩解、保水、保肥、调节土壤生态环境等效果，在保证崩岗区土体水稳定性的同时，还能促进植被生长，有机质含量，进而促进区域生态恢复。
2、本发明对木质素进行了酸性改性和碱性改性，并在最后混合形成复合粘结剂，复合粘结剂中的改性酸性木质素和改性碱性木质素主要通过填充土壤颗粒间孔隙、改善土体对水的吸附性和增加土体的密实度进而提高土体的工程性质，总体上是通过土壤颗粒间的刚性胶结提供粘结力，聚丙烯酰胺拥有较好的成膜性、粘结性、凝聚作用，而且由于反应分子粘度大，生成的聚合物不容易扩散，增加物质的强度，从而能够有效包裹细颗粒土体，形成团聚体，提高土体的整体强度，复合粘结剂中的三种成分互为补充，综合作用下可以大幅度提高土体强度和粘聚力。
3、本发明复合粘结剂中改性酸性木质素和改性碱性木质素的比例和添加量可以根据施用土壤的酸碱程度进行调节，施用后能够使得土壤达到合理的酸碱性。
4、本发明中使用粉煤灰作为增强剂可以加大固沙剂在斜坡体上的附着性，木质素磺酸盐和聚氨酯混合交联产物作为保水剂，可以保持土壤含水率，并使土壤有机质不易流失，具有保水、保肥效果。
5、本发明制得的木质素固沙剂具有良好的附着性，能够稳定的附着于斜坡表面，不受地表水的冲刷和侵蚀。
6、本发明中使用的木质素的主要来源是工业纸浆废液，本身是一种污染物，木质素的使用为固体废弃循环利用的节能环保举措，同时在一定程度上节约木质素污染物的治理成本。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以详细说明。
实施例1
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂，由以下重量份的组分制成：复合粘结剂55份、粉煤灰18份、保水剂15份和羟乙基纤维素5份；所述复合粘结剂由重量份为18份的改性酸性木质素、25份改性碱性木质素以及25份聚丙烯酰胺配制而成，聚丙烯酰胺的阴离子分子量在300-2200万。
进一步的，所述保水剂为复合保水剂，由重量份为8份的木质素磺酸钙和7份的聚氨酯混合交联而成。
进一步的，所述改性酸性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸钙10份和丙烯酰胺单体5份。
进一步的，所述改性碱性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸钙10份、甲醛3份和苯酚3份。
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂的制备方法，具体包括如下步骤：
s1、改性酸性木质素：将10份的木质素磺酸钙溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸钙溶液，调节溶液的ph为3，加入5份的丙烯酰胺单体，搅拌均匀后加入质量分数为1％的过氧化氢溶液，加热至90℃，反应50min以上，使单体完全溶解充分反应，得到改性酸性木质素；
s2、改性碱性木质素：将10份的木质素磺酸钙溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸钙溶液，调节溶液的ph呈碱性，加入3份的甲醛、3份的苯酚，在碱的催化下发生缩合反应，生成木质素酚醛树脂和木质素-苯酚缩合物，得到改性碱性木质素；
s3、制备复合粘结剂：取经过步骤s1制得的改性酸性木质素18份、经过步骤s2制得的改性碱性木质素25份以及聚丙烯酰胺25份，混合搅拌转速为200r/min，温度为50℃，混合搅拌2h后制得复合粘结剂；
s4、制备固沙剂：取经过步骤s3制得的复合粘结剂55份、粉煤会18份、保水剂15份和羟乙基纤维素5份混合，在常温下加入去离子水110份充分搅拌2h，搅拌转速为300r/min，制得木质素固沙剂。
实施例2
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂，由以下重量份的组分制成：复合粘结剂60份、粉煤灰20份、保水剂17份和羟乙基纤维素6份；所述复合粘结剂由重量份为20份的改性酸性木质素、20份改性碱性木质素以及27份聚丙烯酰胺配制而成，聚丙烯酰胺的阴离子分子量在300-2200万。
进一步的，所述保水剂为复合保水剂，由重量份为9份的木质素磺酸钠和8份的聚氨酯混合交联而成。
进一步的，所述改性酸性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸钠15份和丙烯酰胺单体12份。
进一步的，所述改性碱性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸钠15份、甲醛5份和苯酚5份。
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂的制备方法，具体包括如下步骤：
s1、改性酸性木质素：将15份的木质素磺酸钠溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸钠溶液，调节溶液的ph为4，加入12份的丙烯酰胺单体，搅拌均匀后加入质量分数为1.5％的过氧化氢溶液，加热至100℃，反应60min，使单体完全溶解充分反应，得到改性酸性木质素；
s2、改性碱性木质素：将15份的木质素磺酸钠溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸钠溶液，调节溶液的ph呈碱性，加入5份的甲醛、5份的苯酚，在碱的催化下发生缩合反应，生成木质素酚醛树脂和木质素-苯酚缩合物，得到改性碱性木质素；
s3、制备复合粘结剂：取经过步骤s1制得的改性酸性木质素20份、经过步骤s2制得的改性碱性木质素20份以及聚丙烯酰胺27份，混合搅拌转速为300r/min，温度为80℃，混合搅拌2h后制得复合粘结剂；
s4、制备固沙剂：取经过步骤s3制得的复合粘结剂60份、粉煤灰20份、保水剂17份和羟乙基纤维素6份混合，在常温下加入去离子水140份充分搅拌3h，搅拌转速为400r/min，制得木质素固沙剂。
实施例3
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂，由以下重量份的组分制成：复合粘结剂65份、粉煤灰19份、保水剂16份和羟乙基纤维素7份；所述复合粘结剂由重量份为27份的改性酸性木质素、15份改性碱性木质素以及15份聚丙烯酰胺配制而成，聚丙烯酰胺的阴离子分子量在300-2200万。
进一步的，所述保水剂为复合保水剂，由重量份为10份的木质素磺酸胺和9份的聚氨酯混合交联而成。
进一步的，所述改性酸性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸胺12份和丙烯酰胺单体8份。
进一步的，所述改性碱性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸胺13份、甲醛4份和苯酚4份。
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂的制备方法，具体包括如下步骤：
s1、改性酸性木质素：将12份的木质素磺酸胺溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸钙溶液，调节溶液的ph为3，加入8份的丙烯酰胺单体，搅拌均匀后加入质量分数为2％的过氧化氢溶液，加热至95℃，反应40min，使单体完全溶解充分反应，得到改性酸性木质素；
s2、改性碱性木质素：将13份的木质素磺酸钙溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸钙溶液，调节溶液的ph呈碱性，加入4份的甲醛、4份的苯酚，在碱的催化下发生缩合反应，生成木质素酚醛树脂和木质素-苯酚缩合物，得到改性碱性木质素；
s3、制备复合粘结剂：取经过步骤s1制得的改性酸性木质素27份、经过步骤s2制得的改性碱性木质素15份以及聚丙烯酰胺15份，混合搅拌转速为250r/min，温度为60℃，混合搅拌2h后制得复合粘结剂；
s4、制备固沙剂：取经过步骤s3制得的复合粘结剂65份、粉煤灰19份、保水剂16份和羟乙基纤维素7份混合，在常温下加入去离子水120份充分搅拌3h，搅拌转速为350r/min，制得木质素固沙剂。
实施例4
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂，由以下重量份的组分制成：复合粘结剂60份、粉煤灰20份、保水剂15份和羟乙基纤维素6份；所述复合粘结剂由重量份为22份的改性酸性木质素、22份改性碱性木质素以及30份聚丙烯酰胺配制而成。
进一步的，所述保水剂为复合保水剂，由重量份为8～10份的木质素磺酸钠和木质素磺酸胺的混合物和7～9份的聚氨酯混合交联而成。
进一步的，所述改性酸性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸钠和木质素磺酸胺的混合物15份和丙烯酰胺单体10份。
进一步的，所述改性碱性木质素由以下重量份的组份制成：木质素磺酸钠和木质素磺酸胺的混合物12份、甲醛5份和苯酚3份。
一种适用于崩岗侵蚀防治的木质素固沙剂的制备方法，具体包括如下步骤：
s1、改性酸性木质素：将15份的木质素磺酸钠和木质素磺酸胺的混合物溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸盐溶液，调节溶液的ph为4，加入10份的丙烯酰胺单体，搅拌均匀后加入质量分数为2％的过氧化氢溶液，加热至100℃，反应60min以上，使单体完全溶解充分反应，得到改性酸性木质素；
s2、改性碱性木质素：将12份的木质素磺酸钠和木质素磺酸胺的混合物溶解在水中形成质量分数为30％的木质素磺酸盐溶液，调节溶液的ph呈碱性，加入5份的甲醛、3份的苯酚，在碱的催化下发生缩合反应，生成木质素酚醛树脂和木质素-苯酚缩合物，得到改性碱性木质素；
s3、制备复合粘结剂：取经过步骤s1制得的改性酸性木质素22份、经过步骤s2制得的改性碱性木质素22份以及聚丙烯酰胺30份，混合搅拌转速为300r/min，温度为80℃，混合搅拌3h后制得复合粘结剂；
s4、制备固沙剂：取经过步骤s3制得的复合粘结剂60份、粉煤灰20份、保水剂15份和羟乙基纤维素6份混合，在常温下加入去离子水100份充分搅拌3h，搅拌转速为400r/min，制得木质素固沙剂。
综上所述，经过实施例1-4制得的复合粘结剂的含水量为70～90％，木质素固沙剂的含水量为35～40％；利用实施例1-4制得的木质素固沙剂应用与在崩岗侵蚀区域防治工程中，木质素固沙剂的掺入量为固沙目标试样的重量的1.4～3％。
本发明也可用于相类似的沙土地区固沙工程，也可作为边坡复绿工程中客土添加剂，以及道路、堤坝工程中的土体固化剂等，可替代相似的固沙剂产品。
对比实施例1
采用常规的聚丙烯酰胺固化剂，包括聚丙烯酰胺60份、增强剂19份、分散剂6份；将粘结剂、增强剂、保水剂、分散剂按比例混合，在常温下加水120份搅拌，搅拌转速为300-400r/min，搅拌时间为2h，制得聚丙烯酰胺固化剂。
对比实施例2
未添加固化剂的崩岗区原状土体
实验测试数据：
1、崩解试验：
崩解试验主要反映土体在浸水状态下的水稳性，良好的水稳性是土体抵抗水蚀崩解作用的基础，也是固沙剂在长期水蚀作用下耐久性的体现。崩解试验方法分为以下几步：
(1)通过环刀采取崩壁表层土体样本，制作成直径63.5mm，高度80mm的圆柱型土体试样。将实施例和对比例喷洒于试样上，在20℃左右的常温下养护28d，制成崩解试验试样；
(2)将4种试样分别放置于2mm的网格筛上，并将网格筛挂于称量装置下方。将吊挂的网格筛迅速放入注满水的玻璃水槽内，记录其崩解后试样重量，计算崩解率；
(3)崩解率按下式计算：
式中，at表示试样在时间t时的崩解量(％)；r0表示试验开始时称量装置的稳定读数(cm)；rt表示试样在时间t时浮筒齐水面处的刻度读数(cm)。
(4)根据不同时间段下的崩解率可评判固化剂的固化效果，试验结果如下：
表1崩解试验结果
通过表1试验结果可以看出采用本发明的木质素固化剂可以有效提高土体稳定性，大幅度提高土体在浸水状态下的崩解时间，从而抵御地表水侵蚀，较传统的聚丙烯酰胺固化剂具有明显优势。根据实施例2-4的配比，在木质素固沙剂的制备过程中，去离子水的掺量是逐渐减少的，在实施例2的制备过程中掺入140份去离子水，在实施例3的制备过程中掺入120份去离子水，在实施例4的制备过程中掺入100份去离子水，表明从实施例2-4中制备的木质素固沙剂浓度相对增高，从表1中可以看出其崩解的时间也相应增加，由此可见，木质素固沙剂的浓度越高，固化效果越明显。
2、盆栽试验
试验方法：培育植物选定为狗牙根、黑麦草和高羊茅，将上述植被草种撒播于添加实施例固化剂的土壤开展试验。其中，种子播撒密度为1颗/cm2，每份盆栽播撒20颗种子。盆栽在户外天然状态下培育，培育地点属于亚热带季风气候区，温度10-30℃、湿度50-75％、光照时间约10h/d。植被采用人工浇灌养护，平均每3日浇水一次。试验结果如下：
表2盆栽试验结果
通过表2试验结果可以看出采用本发明的木质素固化剂可以有效提高植物生长效率，尤其对于植被初期生长型英雄尤为明显，较传统的聚丙烯酰胺固化剂具有明显优势。根据实施例配比，实施例1代表碱性固沙剂(改性碱性木质素的添加量大于改性酸性木质素的添加量)、实施例3代表酸性固沙剂(改性酸性木质素的添加量大于改性碱性木质素的添加量)、实施例2和实施例4代表中性固沙剂。从植株生长效果看，相对耐碱性的狗牙根在碱性固化剂中生长相对较好，相对喜酸性土的黑麦草和高羊茅在酸性固化剂的实施例土体中生长效果较好。中性土壤则差异不大。由此可见，可调节酸碱性的木质素固化剂可根据植被生长条件，通过合理配比，调节土壤酸碱性，从而达到更为有效的促进植被生长
3、野外样方试验：
试验方法：在野外斜坡开辟试验大田样方，样方各小区面积一致，均为30m2，坡度为30°。根据实施例的方案，采用1.25kg/m2的用量喷洒实施例1至4的木质素固沙剂产品，并保留两处未喷洒本发明木质素固沙剂的样方小区，对其喷洒对比实施例1的固沙剂以及不喷洒固沙剂处理。采用100颗/m2的播种密度种植黑麦草草籽，草籽浸泡一天，均匀播种。试验期间监测区域每场较大型降雨的雨量值，并采集相应降雨后的集水井中的泥沙含量，并记录汇总不同降雨量区间的平均砂土侵蚀量，借以评价不同小区的侵蚀情况。试验结果如下：
表3野外样方试验结果
通过表3试验结果可以看出，喷洒本发明中实施例1-4的木质素固沙剂的样方小区在降雨过程中的产沙量要明显低于喷洒对比实施例1固沙剂的样方小区和不喷洒固沙剂的样方小区。由此可见，木质素固化剂在实际工程实践中可以较好的发挥固化效果，防止斜坡土体遭受降雨侵蚀，较传统的聚丙烯酰胺固化剂具有明显优势。
综上所述，由试验1-3测试结果可知，本发明的木质素固沙剂具有较好的固化沙土的效果，能够在较大程度上提高土体的抗崩解性能，并能在此基础上，调节土壤生态环境，保水，保肥，促进植被生长，是一种高效的沙土固化剂，适用于崩岗侵蚀区域防治。
以上所述仅为本发明的实施例，仅用以说明本发明的技术方案，并非因此限制本发明的专利范围；在不背离本发明的精神和范围的情况下，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。