一种盐碱土提取分离盐碱和土壤改良的方法

1.本发明涉及盐碱地土壤改良技术领域，更具体的说是涉及一种盐碱土提取分离盐碱和土壤改良的方法。


背景技术：

2.盐碱地是盐类集积的一个种类，是指土壤里面所含的盐分影响到作物的正常生长，根据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计，全世界盐碱地的面积为9.5438亿公顷，其中我国为9913万公顷。我国碱土和碱化土壤的形成，大部分与土壤中碳酸盐的累计有关，因而碱化度普遍较高，严重的盐碱土壤地区植物几乎不能生存。
3.目前，国内盐碱地土壤改良方法归纳起来大致有四种：物理改良、水利改良、化学改良以及生物改良。以上这些方法对改良盐碱地和农业生产方面都曾经起到重要的作用，并带来了较大的效益，但是，单一的盐碱土改良方式都存在着种种的缺陷。例如，物理改良是利用深耕、疏松土壤等方式增加土壤的孔隙度，利于盐分脱除，但是如果没有化学改良方法(离子代换)，被土壤胶体吸附的盐离子很难被脱除，疏松土壤也只是暂时的；生物改良是利用生物(植物或者微生物)将土壤中的盐分固定或者吸收在植物体内，但是被固定或者吸收的盐分还存在这一土壤区域内，如果没有后续措施，随时会导致土壤次生盐碱化的风险。
4.因此，如何有效地实现盐碱地的土壤改良是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种盐碱土提取分离盐碱和土壤改良的方法，以解决现有技术中的不足。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种盐碱土提取分离盐碱和土壤改良的方法，具体包括以下步骤：
8.(1)在盐碱地上开挖基坑，筑起四方形凸边，四周内侧设置筒状隔板，加硝酸溶液或磷酸溶液，得到盐碱池；
9.(2)在盐碱池的四周设置槽沟，且槽沟底面低于盐碱池平面；和/或，在盐碱池中心设置圆筒；
10.(3)将原矿蛭石膨胀得到膨胀蛭石前驱体，加入催化剂和吸光材料后混合均匀，再进行催化，得到蒸发材料；
11.(4)先在槽沟两侧放置沟槽侧面隔板和底部开孔的沟槽底面隔板，再在沟槽侧面隔板或底部开孔的沟槽底面隔板中铺设塑料包裹材料，然后将蛭石或蒸发材料均匀地铺设在塑料包裹材料上；和/或，将蛭石或蒸发材料加入圆筒中；盐碱土在太阳光的照射下吸热蒸发析出盐碱并富集在蛭石或蒸发材料上，得到蛭石或蒸发材料盐碱混合物；
12.(5)将蛭石或蒸发材料盐碱混合物进行溶解分离洗涤，得到盐碱溶液和蛭石或蒸发材料循环使用；
13.(6)将蛭石或蒸发材料返回盐碱池重复步骤(4)和步骤(5)三次以上，将盐碱土中
盐碱离子富集，混合收集备用，实现盐碱土中盐碱基本完全的分离提取；
14.(7)向多次回收的盐碱溶液中加入碱液和插层剂进行反应，得到插层 mg-al水滑石；再晶化，得到层状插层水滑石功能材料mgal-ldhs；
15.(8)将膨胀蛭石进行改性粉碎过筛得到细颗粒蛭石，再加入层状插层水滑石功能材料mgal-ldhs和有机质返回盐碱池，对盐碱土进行综合改良，实现盐碱地的治理。
16.进一步，上述步骤(1)中，盐碱池的面积为1-200m2；筒状隔板伸进土壤的深度为0.5-3m，内侧伸出的高度为0.1-5m，外侧一面凸出底面1-5cm；加硝酸溶液或磷酸溶液后的水位高度为0.01-2m。
17.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，通过水流通道的控制，使盐碱池中的盐碱离子均匀富集到沟槽中。
18.进一步，上述步骤(1)中，硝酸溶液和磷酸溶液的浓度为0.001-0.1mol/l。
19.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，加入硝酸溶液或磷酸溶液，一方面是释放土壤中的碳酸根离子进而构建离子通道实现盐碱离子的输送，另一方面为土壤中增加氮肥或磷肥。
20.进一步，上述步骤(2)中，槽沟的宽度为0.1-5m；槽沟底面低于盐碱池平面0.1-1m。
21.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，利用高度差(压力差)实现盐碱离子的快速输送，达到盐碱离子的快速富集。
22.进一步，上述步骤(2)中，圆筒底部还设置有若干个圆筒底板，圆筒底板设置于盐碱土中。
23.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，圆筒底板是中空的，其中填充有亲水的蒸发材料或吸附材料，具有超强的毛细管现象，起到输送液体的作用。
24.进一步，上述步骤(3)中，膨胀的温度为500-1000℃；催化剂为二茂铁、铁、钴和镍中的至少一种；吸光材料为钛和/或硒。
25.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，催化剂制备蛭石碳纳米管有机无机复合材料，实现多空材料的高效吸附，碳纳米管黑色有助于吸光转化为热量，再加上吸光材料加入更可以更好的吸热，有助于水分的蒸发，更好的析出富集盐碱。
26.进一步，上述步骤(4)中，塑料包裹材料为多孔包裹材料或者黑色塑料编织袋，且透水透气，能够快速输送盐离子水溶液。
27.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，黑色塑料编织袋可以更好的吸热，置于蛭石或蒸发材料之下，最为重要的是便于回收利用蛭石或蒸发材料，且能够实现盐碱水溶液的输送，价格低廉易于回收。
28.进一步，上述步骤(4)中，还包括：在四周隔板和圆筒上放置太阳能基板，把太阳能转化为电能储存，同时在蛭石或蒸发材料中布置电加热丝，夜晚通过电加热丝继续蒸发。
29.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，实现盐碱连续24小时快速富集。
30.进一步，上述步骤(7)中，碱液为尿素、氢氧化钠、氨水和氢氧化钾中的至少一种，浓度为0.1-1mol/l；插层剂为氮磷钾硫的有机物，钙、镁、铁、锌、铜、锰、钼、硼的至少一种，浓度为0.1-1mol/l。
31.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，能够更好的形成插层mg-al 水滑石，含有大量作物生长所需要的营养成分，有助于盐碱地的综合改良。
32.进一步，上述步骤(8)中，细颗粒蛭石和有机物过筛的筛网目数为10 目、20目、40目、60目和80目中的至少一种；有机质为木醋液、有机肥、土壤调节剂、赖氨酸、动物粪便、生物质炭和秸秆树叶灰中的至少一种。
33.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，通过细颗粒蛭石提供大的孔隙率，实现土壤的透气和保湿的功能，为作物提供良好的生长空间；有机质可以改善土壤的肥力特性，促进植物的生理活性和改善生态环境，实现盐碱地的快速改良和治理，缩短治理周期。
34.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
35.本发明实现盐碱土中盐碱的分离，改良了盐碱土，且工艺简单，效果显著，能耗低，提取分离快速，克服了以往以水压盐效率低的难题，进而实现实现盐碱地的治理；本发明将有力推动盐碱地的开发与利用。
附图说明
36.图1为本发明提供的盐碱土提取分离盐碱和土壤改良的工艺流程图；
37.图2为本发明提供的仅沟槽中放置有蛭石或蒸发材料时的结构示意图
38.图3为本发明提供的仅圆筒中放置有蛭石或蒸发材料时的结构示意图；
39.图4为本发明提供的沟槽和圆筒中同时放置有蛭石或蒸发材料时的结构示意图。
40.其中，1-筒状隔板，2-沟槽底面隔板，3-沟槽侧面隔板，4-蛭石或蒸发材料，5-黑色塑料编织袋，6-太阳能基板，7-盐碱土，8-地平线，9-加热丝，10
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圆筒，11-圆筒底板。
具体实施方式
41.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.性能测试
43.1、预实验：
44.(1)称取50g轻盐碱土，放置于烧杯中加200ml水，烧杯置于50℃水浴锅中搅拌30min，结束后倒入离心管中，8000r/min离心10min，取出上层盐溶液置于干净的烧杯中备用，底部的盐碱土再次置于烧杯中加200ml水，重复上述操作三次，把水洗三次后的上层盐溶液放置90℃的烘箱24h，蒸干水分析出盐碱，称得盐碱1.2g，故含盐量为2.4％。
45.(2)称取50g轻盐碱土，放置于烧杯中加200ml水和10ml浓度为65％的hno3溶液，烧杯置于50℃水浴锅中搅拌30min，结束后倒入离心管中， 8000r/min离心10min，取出上层盐溶液置于干净的烧杯中备用，底部的盐碱土再次置于烧杯中加200ml水和10ml浓度为65％的hno3溶液，重复上述操作三次，把酸洗三次后的上层盐溶液放置90℃的烘箱24h，蒸干水分析出盐碱，称得盐碱7.42g，故含盐量为14.84％。
46.(3)称取50g重盐碱土，放置于烧杯中加200ml水，烧杯置于50℃水浴锅中搅拌30min，结束后倒入离心管中，8000r/min离心10min，取出上层盐溶液置于干净的烧杯中备用，底部的盐碱土再次置于烧杯中加200ml水，重复上述操作三次，把水洗三次后的上层盐溶液放置90℃的烘箱24h，蒸干水分析出盐碱，称得盐碱26.21g，故含盐量为52.42％。
47.(4)称取50g重盐碱土，放置于烧杯中加200ml水和10ml浓度为65％的hno3溶液，烧杯置于50℃水浴锅中搅拌30min，结束后倒入离心管中， 8000r/min离心10min，取出上层盐溶液置于干净的烧杯中备用，底部的盐碱土再次置于烧杯中加200ml水和10ml浓度为65％的hno3溶液，重复上述操作三次，把酸洗三次后的上层盐溶液放置90℃的烘箱24h，蒸干水分析出盐碱，称得盐碱39.43g，故含盐量为78.76％。
48.预实验表明：酸洗比水洗更容易完全析出盐碱，且轻盐碱土含盐量为 14.84％，重盐碱土含盐量为78.76％。
49.实施例1
50.盐碱土提取分离盐碱和土壤改良的方法，如图1和图2所示，具体包括以下步骤：
51.(1)在盐碱地上开挖基坑，筑起四方形凸边，四周内侧设置沟槽隔板1，沟槽隔板1伸进土壤的深度为0.5m，伸出的高度为1m，加水至水位高度为 0.1m，得到如图2所示面积为1m2的盐碱池；
52.(2)在盐碱池的四周设置宽度为0.1m的槽沟，且槽沟底面低于盐碱池平面0.1m；
53.(3)将原矿蛭石在900℃温度下膨胀得到膨胀蛭石，加入铁催化剂和钛吸光材料得到膨胀蛭石前驱体，再进行催化得到(蛭石基碳纳米管复合盐碱土吸附)蒸发材料4；
54.(4)先在槽沟两侧放置沟槽侧面隔板3和底部开孔的沟槽底面隔板2，再在沟槽侧面隔板3和底部开孔的沟槽底面隔板2中铺设透水透气的黑色塑料编织袋5，然后将蒸发材料4均匀地铺设在黑色塑料编织袋5上，盐碱池四周槽沟里的盐碱土7在经太阳能板反射太阳光的照射下吸热蒸发析出盐碱并富集在蒸发材料4上，得到蒸发材料盐碱混合物；
55.并在筒状隔板1上放置太阳能基板6，把太阳能转化为电能储存，同时在蒸发材料4中布置电加热丝9，夜晚通过电加热丝9继续蒸发；
56.(5)将蒸发材料盐碱混合物进行溶解分离洗涤，得到盐碱溶液和蒸发材料4循环使用；
57.(6)将蒸发材料4返回盐碱池重复步骤(4)和步骤(5)三次以上，将盐碱土7中盐碱离子富集，混合收集备用，实现盐碱土7中盐碱基本完全的分离提取；
58.(7)向多次回收的盐碱溶液中加入浓度为0.1mol/l的氢氧化钠溶液和浓度为0.1mol/l的稀土元素插层剂进行反应，得到插层mg-al水滑石；再晶化，得到层状插层水滑石功能材料mgal-ldhs；
59.(8)将膨胀蛭石进行改性粉碎过50目筛得到细颗粒蛭石，再加入层状插层水滑石功能材料mgal-ldhs和有机肥返回盐碱池，对盐碱土7进行综合改良，实现盐碱地的治理。
60.(9)称取50g轻盐碱土，总含盐量：1.06g，利用实施例1方法，第一次提取盐量：0.39g，除盐率：36.79％；第二次提取盐量：0.15g，除盐率：14.15％；第三次提取盐量：0.11g，除盐率：10.38％；第四次提取盐量：0.05g，除盐率： 4.72％；第五次提取盐量：0.01g，除盐率：0.94％；总除盐率：66.98％。称取 50g重盐碱土，总含盐量：30.53g；利用实施例1方法，第一次提取盐量：15.49g，除盐率：50.74％；第二次提取盐量：4.77g，除盐率：15.62％；第三次提取盐量：1.59g，除盐率：5.21％；第四次提取盐量：0.22g，除盐率：0.72％；第五次提取盐量：0.03g，除盐率：0.01％；总除盐率：72.39％。
61.实施例2
62.盐碱土提取分离盐碱和土壤改良的方法，如图1和图3所示，具体包括以下步骤：
63.(1)在盐碱地上开挖基坑，筑起四方形凸边，四周内侧设置隔板，隔板伸进土壤的深度为3m，伸出的高度为5m，加水至水位高度为2m，得到如图 2所示面积为200m2的盐碱池；
64.(2)在盐碱池中心设置圆筒10，圆筒10底部还设置有若干个圆筒底板 11，圆筒底板11设置于盐碱土7中；
65.(3)将原矿蛭石在1000℃温度下膨胀得到膨胀蛭石，加入钴催化剂和硒吸光材料得到膨胀蛭石前驱体，再进行催化得到(蛭石基碳纳米管复合盐碱土吸附)蒸发材料4；
66.(4)将蒸发材料4加入圆筒10中，盐碱池底下盐碱土7在经太阳能板反射太阳光的照射下吸热蒸发析出盐碱并富集在蒸发材料4上，得到蒸发材料盐碱混合物；
67.并在筒状隔板1上放置太阳能基板6，把太阳能转化为电能储存，同时在蒸发材料4中布置电加热丝9，夜晚通过电加热丝9继续蒸发；
68.(5)将蒸发材料盐碱混合物进行溶解分离洗涤，得到盐碱溶液和蒸发材料4循环使用；
69.(6)将蒸发材料4返回盐碱池重复步骤(4)和步骤(5)三次以上，将盐碱土7中盐碱离子富集，混合收集备用，实现盐碱土7中盐碱基本完全的分离提取；
70.(7)向多次回收的的盐碱溶液中加入浓度为1mol/l的氨水和浓度为 1mol/l的有机物插层剂进行反应，得到插层mg-al水滑石；再晶化，得到层状插层水滑石功能材料mgal-ldhs；
71.(8)将膨胀蛭石进行改性粉碎过120目筛得到细颗粒蛭石，再加入层状插层水滑石功能材料mgal-ldhs和动物粪便返回盐碱池，对盐碱土7进行综合改良，实现盐碱地的治理。
72.(9)称取50g轻盐碱土，总含盐量：1.06g，利用实施例2方法，第一次提取盐量：0.43g，除盐率：40.57％；第二次提取盐量：0.17g，除盐率：16.04％；第三次提取盐量：0.13g，除盐率：12.26％；第四次提取盐量：0.08g，除盐率： 7.55％；第五次提取盐量：0.02g，除盐率：1.89％；总除盐率：78.30％。称取 50g重盐碱土，总含盐量：30.53g；利用实施例2方法，第一次提取盐量：17.52g，除盐率：57.39％；第二次提取盐量：4.90g，除盐率：16.05％；第三次提取盐量：1.62g，除盐率：5.31％；第四次提取盐量：0.23g，除盐率：0.75％；第五次提取盐量：0.04g，除盐率：0.01％；总除盐率：79.63％。
73.实施例3
74.盐碱土提取分离盐碱和土壤改良的方法，如图1和图4所示，具体包括以下步骤：
75.(1)在盐碱地上开挖基坑，筑起四方形凸边，四周内侧设置沟槽隔板1，沟槽隔板1伸进土壤的深度为2m，伸出的高度为3m，加水至水位高度为1m，得到如图2所示面积为100m2的盐碱池；
76.(2)在盐碱池的四周设置宽度为3m的槽沟，且槽沟底面低于盐碱池平面0.5m；并在盐碱池中心设置圆筒10，圆筒10底部还设置有若干个圆筒底板11，圆筒底板11设置于盐碱土7中；
77.(3)将原矿蛭石在800℃温度下膨胀得到膨胀蛭石，加入二茂铁催化剂和钛吸光材料得到膨胀蛭石前驱体，再进行催化得到(蛭石基碳纳米管复合盐碱土吸附)蒸发材料4；
78.(4)先在槽沟两侧放置沟槽侧面隔板3和底部开孔的沟槽底面隔板2，再在沟槽侧面隔板3和底部开孔的沟槽底面隔板2中铺设透水透气的黑色塑料编织袋5，然后将蒸发材料4均匀地铺设在黑色塑料编织袋5上；并将蒸发材料4加入圆筒10中；盐碱池四周槽沟和盐
碱池底下的盐碱土7在经太阳能板反射太阳光的照射下吸热蒸发析出盐碱并富集在蒸发材料4上，得到蒸发材料盐碱混合物；
79.并在筒状隔板1上放置太阳能基板6，把太阳能转化为电能储存，同时在蒸发材料4中布置电加热丝9，夜晚通过电加热丝9继续蒸发；
80.(5)将蒸发材料盐碱混合物进行溶解分离洗涤，得到盐碱溶液和蒸发材料4循环使用；
81.(6)将蒸发材料4返回盐碱池重复步骤(4)和步骤(5)三次以上，将盐碱土7中盐碱离子富集，混合收集备用，实现盐碱土7中盐碱基本完全的分离提取；
82.(7)向多次回收的盐碱溶液中加入浓度为0.5mol/l的尿素溶液和浓度为 0.5mol/l的铝插层剂进行反应，得到插层mg-al水滑石；再晶化，得到层状插层水滑石功能材料mgal-ldhs；
83.(8)将膨胀蛭石进行改性粉碎过80目筛得到细颗粒蛭石，再加入层状插层水滑石功能材料mgal-ldhs和木醋液返回盐碱池，对盐碱土7进行综合改良，实现盐碱地的治理。
84.(9)称取50g轻盐碱土，总含盐量：1.06g，利用实施例3方法，第一次提取盐量：0.49g，除盐率：46.23％；第二次提取盐量：0.20g，除盐率：18.87％；第三次提取盐量：0.16g，除盐率：15.09％；第四次提取盐量：0.11g，除盐率： 10.38％；第五次提取盐量：0.04g，除盐率：3.78％；总除盐率：94.34％。称取50g重盐碱土，总含盐量：30.53g；利用实施例3方法，第一次提取盐量： 19.71g，除盐率：64.56％；第二次提取盐量：5.08g，除盐率：16.64％；第三次提取盐量：1.66g，除盐率：5.44％；第四次提取盐量：0.25g，除盐率：0.82％；第五次提取盐量：0.05g，除盐率：0.02％；总除盐率：87.62％。
85.以上实验表明：本装置对于重盐碱土更有利于析出盐碱。
86.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。