一种生态环境固沙材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种材料及其制备方法，尤其涉及一种生态环境固沙材料及其制备方法，属于沙漠化环境治理技术领域。

背景技术：

截至2009年底，全国荒漠化土地总面积262.37万平方公里，占国土总面积的27.33％，分布于北京、天津、河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、山东、河南、海南、四川、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆18个省(自治区、直辖市)的508个县(旗、区)。干旱区荒漠化土地面积115.86万平方公里，占荒漠化土地总面积的44.16％；半干旱区荒漠化土地面积97.16万平方公里，占37.03％；亚湿润干旱区荒漠化土地面积49.35万平方公里，占18.81％。

世界各地存在着大片沙漠，而且还在迅速扩展,沙尘暴发生的频率也越来越高，造成的危害也越来越大。尽管社会各界对防沙治沙事业日益关注，也耗费了大量资金用于防沙治沙，但是从总体上看，治理速度还赶不上沙漠化速度，整体恶化的趋势仍在延续，沙进人退的局面仍没有从根本上得到遏制。现有治理沙漠主要包括物理技术、化学技术和生物技术，物理技术中的机械沙障是最常用的固沙方法，但这种方法存在费时、费力、费资本，且易倒伏、易被沙漠掩埋等问题，而且无法阻止沙漠水分蒸发，沙土流失，因此收效不大。人们还提出了使用添加化学剂的化学固沙方法，但这些方法只能在风沙移动速度缓慢的区域内短时间的发挥作用，无法长时间为植物提供合适的生长环境。

沙漠沙化固定和绿化，目前普遍认为在沙漠上种树和其他植物，就可以使得土地沙化程度降低，我们认为植树只能防风，能够减轻风对沙漠的危害，但从另外的角度看，本来沙漠地带就少水，树木要吸收大量的水源，不能从根本上解决沙漠的治理问题，还有就是利用网格化治理沙漠，同样也是只能防风，与种树的道理一样也达不到根治沙漠的问题。我国多年来治沙的结果成效有限，这些多方面缺点，如工序复杂、成本高、易被掩埋、时效短，且景观和视觉效果差等。传统治沙结果往往是沙漠面积依旧扩大，且植被存活率低，造成这种结果的主要原因是传统治沙手段的固沙效果差，沙地营养贫瘠，植物不能正常生长，双重因素导致固沙效果不显著甚至无任何效用。综上，在极度频繁的风沙区域，仅靠单一的防风手段而不能将沙土固定，一旦风速加大，沙土还会移动，导致周围土地沙化，因此固沙是最有效的方法，沙土被固定后，经过若干年后，土壤环境就可以得到改善，植被正常生长，结合生物治沙才能够取得永久时效，因此，研发一种沙漠固沙绿化方法是本领域技术人员需要解决的技术问题。

固化过程是化学固沙剂在沙面固结的主要环节。固沙剂喷洒到沙面后，就会渗入到沙层一定厚度(1-5mm)形成湿润薄沙层，能够有效的降低水的表面张力，增加对沙土亲和力，提高水的渗透能力从而增强水的捕沙能力。固沙剂与沙粒之间按照不同机理，通过不同的物理及化学方式，形成连续的片状的沙面固沙层。而那些化学胶结物质则滞留于一定的厚度(1-5mm)的沙层间隙中，将单粒的沙子胶结成一层保护壳，这个由湿润层变为满足性能要求沙面固结层的过程可称为“固化”。固结层以此来隔开气流与松散沙面的直接接触，从而起到防治风蚀的作用。固沙剂由喷洒到沙面形成的湿层，水分蒸发以后逐渐变为干层，在一定程度上促使固沙剂快速的成膜，还能增加固沙剂的抗碾压强度，从而提高固沙剂的固沙性能。

化学固沙剂是一种强亲水性的高分子材料，分子结构中含有大量的亲水基团。亲水基团不仅使固沙剂具有水溶性，而且还具有化学反应功能。固沙剂通过交联作用、吸附和架桥等物理化学作用于沙粒，使相邻的松散细沙颗粒由高分子链相互搭接，大分子链把沙土粒联结成一个整体；同时，高分子链之间又互相交叉缠绕、联结成网状立体结构，从而增强了沙的强度和稳定性。但是，目前传统的固沙剂还存在保水性能不佳的问题，因此，对于化学固沙剂的研究十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种固沙效果良好的兼具固沙和保水双重功能的生态环境固沙材料及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种生态环境固沙材料，由高分子材料和辅助试剂制备而成，所述高分子材料包括聚酰胺类高分子材料、羧甲基纤维素和淀粉，具体步骤如下：

(1)配制淀粉溶液；

(2)在持续搅拌的条件下将聚酰胺类高分子材料和羧甲基纤维素加入到淀粉溶液中；

(3)向步骤(2)中的溶液中加入辅助试剂搅拌均匀得到生态环境固沙材料。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述辅助试剂包括蛋白酶类或淀粉酶类、石灰水和植物粘性液，且蛋白酶类或淀粉酶类：石灰水：植物粘性液为0.5：2：1；

2.所述辅助试剂浓度为0.5～1％；

3.聚酰胺类高分子材料：羧甲基纤维素：淀粉为1-5：1-5：0.5-2且高分子材料的浓度不超过5％；

一种生态环境固沙材料的制备方法，所述固沙材料由高分子材料和辅助试剂混合制成，包括如下步骤：

(1)配制淀粉溶液；

(2)在持续搅拌的条件下将聚酰胺类高分子材料和羧甲基纤维素加入到淀粉溶液中；

(3)向步骤(2)中的溶液中加入辅助试剂搅拌均匀得到生态环境固沙材料。

所述辅助试剂包括蛋白酶类或淀粉酶类、石灰水和植物粘性液，蛋白酶类或淀粉酶类：石灰水：植物粘性液为0.5：2：1；

所述辅助试剂浓度为0.5～1％；

羧甲基纤维素：淀粉为1-5：1-5：0.5-2且高分子材料的浓度不超过5％。

一种固沙效果良好的兼具固沙和保水双重功能的沙漠沙化土地的固化剂，本发明采用的主要粘接剂有聚酰胺类高分子和几种其他类高分子材料，这几种聚合高分子均具有溶于水的特点，采用的羧甲基纤维素可以是长链的也可以是短链的，加入淀粉是为了在砂石固化时保证有一定的养分，利于草类生长。这些高分子的总量不超过3～5％(与水的比例)；辅助试剂有蛋白酶类或淀粉酶类、石灰水和植物粘性液等，这类助剂的总量不超过水量的0.5～1％；根据权利2、3的要求，三种高分子材料的比例1：1：0.5，三种辅助试剂的比例为0.5：2：1；在治理沙漠使用时，采用喷洒的方式，自然条件下固化沙土。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明羧甲基纤维素(cmc)是一种阴离子水溶性天然聚合物衍生物，由于其增粘性能，可以使松散的沙粒之间联结成一个整体，高分子链之间又互相交叉缠绕、联结成网状立体结构，从而增强了沙的强度和稳定性。羧甲基纤维素(cmc)的吸水性取决于聚合物中存在的极性亲水基团以及羧甲基纤维素的超分子结构。羧甲基纤维素的低吸水性是由于纤维素大分子中缺乏亲水基团。可以在水中结合的羧基量太少而不能产生令人满意的吸水性。从以上考虑，通过向羧甲基纤维素中引入含有大量亲水基团的另一种聚合物(如聚丙烯酰胺等)，可以改善吸水性。已经尝试通过将酰胺类高分子接枝到羧甲基纤维素上来解决这个问题。且此聚合物随时间延长，可缓慢降解，降解后作为肥料，有益于沙漠中植物生长，对环境无害。

附图说明

图1是实验室试验照片；

图2是实验室试验完全固化沙土照片；

图3a是未治理沙漠化照片；

图3b是未治理沙漠化照片；

图4是固沙后的照片；

图5是一个月后有草长出；

图6是半年后长草情况；

图7是一年后长草情况；

图8是两年后长草情况。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种保水固沙材料及其制备方法与其应用，以克服现有固沙材料污染环境、不能有效为植物提供生长所需的环境、且经济成本高的技术问题。

所述固沙剂由羧甲基纤维素(cmc)和酰胺类混合并配以微量辅助试剂制备。

具体制备过程为：

1.将1-10g淀粉溶解在5l常温水中，得到淀粉溶液，在持续搅拌的情况下，向其中加入1-20g聚酰胺类高分子材料和1-20g羧甲基纤维素。

实施例1

本发明还提供了所述高分子材料制备的固沙剂在沙堆的模拟固沙过程，所述应用具体为：将1g淀粉溶解在5l常温水中，得到淀粉溶液，在持续搅拌的情况下，向其中加入1g聚酰胺类和1g羧甲基纤维素。用长度为50cm，宽为10cm的木条做成50cm×50cm模具，取黑龙江省泰来县的细沙放置在50cm×50cm模具中，将我们制备的固沙溶剂倒入磨具中，分别在1、2、3、4、5天后观察模具中细沙的固定情况。5天后，发现细沙未被完全固定，在模拟固沙装置如图1所示。

实施例2

本发明还提供了所述高分子材料制备的固沙剂在沙堆的模拟固沙过程，所述应用具体为：将1g淀粉溶解在5l常温水中，得到淀粉溶液，在持续搅拌的情况下，向其中加入2g聚丙烯酰胺和2g羧甲基纤维素。用长度为50cm，宽为10cm的木条做成50cm×50cm模具，取黑龙江省泰来县的细沙放置在50cm×50cm模具中，将我们制备的固沙溶剂倒入磨具中，分别在1、2、3、4、5天后观察模具中细沙的固定情况。5天后，发现细沙基本被完全固定，在模拟固沙装置如图2所示。

实施例3

本发明还提供了所述高分子材料制备的固沙剂在沙堆的模拟固沙过程，所述应用具体为：将1g淀粉溶解在5l常温水中，得到淀粉溶液，在持续搅拌的情况下，向其中加入5g聚丙烯酰胺和5g羧甲基纤维素。用长度为50cm，宽为10cm的木条做成50cm×50cm模具，取黑龙江省泰来县的细沙0.2m³放置在50cm×50cm模具中，将我们制备的固沙溶剂倒入磨具中，分别在1、2、3、4、5天后观察模具中细沙的固定情况。5天后，发现细沙基本被完全固定，在模拟固沙装置如图2所示。

实施例4

扩大固沙剂的配比，将100g淀粉溶解在5m³自来水中，得到淀粉溶液，在持续搅拌的情况下，向其中加入500g酰胺类高分子和500g羧甲基纤维素得到固沙剂应用到黑龙江省泰来县300亩沙化地中，未治理沙漠化照片如图3，经过10天后，如图4所示，我们发现沙化地中的沙子被固定，在30天后发现沙化地中长出绿苗(如图5所示)，在90天后发现大片的草长出(如图6所示)，一年后长草情况如图7所示，两年后长草情况如图8所示。

综上所述：本发明公开了一种生态环境固沙材料及其制备方法，属于沙漠化环境治理技术领域。这种固沙材料除了具有对沙漠中的沙土有良好的粘接作用，同时具有良好的储存水的功能。首先这种保水固沙材料是主要以羧甲基纤维素和酰胺类高分子溶解在淀粉溶液中并配以其他微量的辅助材料而制备，羧甲基纤维素的增粘性能可使松散的沙粒之间通过交联作用以及微量辅助试剂能够固化沙土，本发明的固沙材料通过交联架桥等物理化学作用联结成为一个整体，同时，高分子链之间又互相交叉缠绕、联结成网状立体结构，从而增强了沙的强度和稳定性。羧甲基纤维素与含有大量亲水基团的酰胺类高分子相结合，使该固沙材料具有很好的保水性能。本发明所得固沙材料(实验室固沙实际效果图见附图)固化时间短，固沙效果好，并且该固沙材料随时间延长，可缓慢降解，降解后作为肥料，在为植物生长创造良好的水土环境的同时,可有效改善生态环境,有利于沙漠植物生长，对环境无害。该固沙材料的制备方法简单，对设备要求低，节约了能耗，每亩沙地的成本低于120元，大大的降低了成本。