阅读说明：本技术 一种可降解型沙漠固沙剂 (Degradable desert sand fixation agent ) 是由 王伟华 刘江鸿 李莉 于 2019-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可降解型沙漠固沙剂,主要解决现有沙漠固沙剂耐风蚀能力差、不容易降解的问题,通过采用可降解型沙漠固沙剂,其原料各组分质量百分含量为：高吸水剂10%~40%、生物有机质5%~25%、膨润土5%~25%、营养元素混合物5%~25%、有机肥5%~25%的技术方案,较好地解决了该技术问题,可用于沙漠绿化生态恢复中。(The invention relates to a degradable desert sand fixing agent, which mainly solves the problems that the existing desert sand fixing agent has poor wind erosion resistance and is difficult to degrade, and the degradable desert sand fixing agent is adopted, and comprises the following raw materials in percentage by mass: the technical scheme is that the high water absorbent is 10% -40%, the biological organic matter is 5% -25%, the bentonite is 5% -25%, the nutrient element mixture is 5% -25%, and the organic fertilizer is 5% -25%, so that the technical problem is well solved, and the ecological restoration method can be used for desert greening ecological restoration.)

一种可降解型沙漠固沙剂

技术领域

本发明涉及一种可降解型沙漠固沙剂其制备方法以及在沙漠绿化中的应用。

背景技术

土地沙漠化已经成为威胁人类生存环境和影响社会可持续发展的重大环境和社会问题。世界受沙漠化影响的土地占全球陆地面积的1/4，受荒漠化影响人口的数量占世界总人口的1/3。截至2014年我国荒漠化土地总面积已经达到261.16万平方公里，占国土总面积的27.20%，其中新疆地区受沙漠化的影响最为严重，荒漠化土地面积已经达到107.06万平方公里。大风、沙尘暴、扬沙、浮尘等风沙危害对沙漠化人民生产生活和经济发展、政治稳定等方面均产生巨大影响。

固沙剂的作用包含了沙地固结和保水增肥两方面，主要是利用具有粘接作用的化学材料，在流动的沙地上形成有一定强度的防护层，隔开气流对沙面的直接作用，提高沙面的耐风蚀性能。这种防护层还能在一定的程度上保持水分和改良沙地性质，提高植物成活率，达到控制和改善沙地环境、提高沙地生产力的目的。中国科学院原兰州沙漠所以聚乙烯醇、聚乙烯乙酸酯和聚丙烯酰胺作为固沙剂，均取得了一定的成效。Bakass M等使用高吸水树脂保水，促进植物的生长，实现固沙。CN104788619公开了一种星型网状有机-无机复合型超强吸水剂及其制备方法，常温状态下即可制备超强吸水剂，具有稳定优异的吸水保水性能，具有很好的耐盐性，可用于干旱/半干旱地区的防沙治沙、农业种植庄稼等方面。目前的研究对化学固沙材料的环境友好性以及综合性能给予了极大的重视，因此生物降解的固沙材料是当前该领域的研究热点，尤其是高分子聚合物类。

高吸水剂是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并具有一定交联度的水溶胀型的高分子聚合物，既不溶于水也不溶于有机溶剂，能够吸收自身重量的几百倍甚至上千倍的水，无毒、无害、无污染，且吸水膨胀后生成的凝胶具有良好的保水性和耐候性，可反复释水、吸水，重复利用。高吸水剂在农林园艺及荒漠化治理方面具有较大的潜力，在土壤中可形成团粒结构，使土壤白天和晚上的温差缩小，还能吸收肥料、农药、水、防止流失，增强肥料、农药效果，及抗旱效果。高吸水剂按原料来源分为淀粉类、纤维素类、及合成树脂类。淀粉来源广泛、产量丰富、价格低廉、材料无毒、生物相容性好、在自然界中可生物降解等特性，可得到环保、吸水率高、耐盐性好的高吸水剂。纤维素原料来源广，能与多种低分子反应，但吸水能力不强。而合成树脂类高吸水剂可以根据性能需要，比较方便的调整结构，实现吸水性能的调控。聚合工艺简单、单体转化率高、吸水能力高、保水能力强。本研究将淀粉与丙烯酸类接枝共聚而形成高吸水剂，同时在表面进行交联形成特殊的网络结构，具有优异的吸水能力和很好的保水能力，及耐风蚀能力，而且在土壤中可生物降解，减少环境污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是现有沙漠固沙剂耐风蚀能力差、不容易降解的问题，提供一种新的可降解型沙漠固沙剂，该固沙剂具有耐风蚀能力好，容易降解的特点。

本发明要解决的技术问题之二是上述技术问题之一所述可降解型沙漠固沙剂的制备方法。

本发明所要解决的技术问题之三是上述问题之一所述新的可降解型沙漠固沙剂在沙漠绿化中的应用。

为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：

可降解型沙漠固沙剂，其原料各组分质量百分含量为：高吸水剂10%~40%、生物有机质5%~25%、膨润土5%~25%、营养元素混合物5%~25%、有机肥5%~25%。

上述技术方案中，高吸水剂是通过淀粉与丙烯酸单体聚合反应制备，淀粉与丙烯酸单体质量百分比为1%-50%。

上述技术方案中，淀粉选自小麦淀粉、糯米淀粉、粘米淀粉、绿豆淀粉、玉米淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、莲藕淀粉中的一种或多种。

上述技术方案中，生物有机质选自煤灰粉、灰渣、秸秆、木屑、树叶、杂草、蔗渣、木质素、纤维素、玉米芯中的一种或多种，pH根据沙质情况调节为5~9。

上述技术方案中，营养元素混合物包含大量元素氮磷钾化合物（≥90%），及少量铁、锌、锰、铜、钼、硼、氯等微量元素化合物（≤10%）。

上述技术方案中，有机肥是选自鸡粪、鸭粪、狗粪、猪粪、牛粪、羊粪、马粪、人粪便、味精渣等农产品加工废弃物中的一种或多种。

为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案如下：

上述技术问题之一的技术方案中任一项所述的可降解型沙漠固沙剂的制备方法，包括：

高吸水剂的制备；

高吸水剂与其他原料混合；

造粒成型。

上述技术方案中，所述高吸水剂制备时的聚合方法可以是但不限于本体聚合、反相乳液聚合、溶液聚合和反相悬浮聚合。

上述技术方案中，聚合反应中各原料组分溶解步骤没有特别的限制，具体溶解的程序和工艺条件本领域技术人员可以合理选择。

上述技术方案中，高吸水剂与其他原料的混合顺序、条件及方法没有特别限制，只要能够把上述固沙剂原料混合均匀即可，本领域技术人员对此可以对混合顺序、条件及方法进行合理选择并且不必付出创造性劳动。

上述技术方案中，造粒成型后可降解型沙漠固沙剂粒径形状没有明确的限制，仅作为举例，固沙剂粒径为0.1~10mm，固沙剂形状为球型、正方体、长方体、圆柱体、锥型、拉西环等，具体造粒方法和工艺条件本领域技术人员可以合理选择。

上述技术方案中，所述的可降解型沙漠固沙剂可以采用如下的方式制备，具体如下：

1、高吸水剂的制备

将高分子单体分别溶解后混合，分别加入聚合剂，交联剂，控制合适的条件进行聚合反应，得到透明凝胶块。干燥，得到高吸水剂前体。干燥的温度可以是但不限于30~150℃，干燥的时间例如可以是但不限于1~30小时。将高吸水剂前体粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水剂。

2、高吸水剂与其他原料混合

将所需的原料生物有机质、膨润土、营养元素混合物、有机肥按照一定配比与高吸水剂加入混合机中，控制条件及混合时间使其混合均匀。混合机转速可以是但不限于1~100r/min，混合时间可以是但不限于1~30小时。

3、造粒成型

将步骤2混合原料接入造粒机中，调节造粒条件，使得粒径控制在1~5mm。造粒机内物料温度可以是但不限于30~100℃。再干燥处理，得到可降解型沙漠固沙剂。干燥的温度可以是但不限于30~150℃，干燥的时间例如可以是但不限于1~30小时。

上述高吸水剂的制备技术方案中，聚合剂包括选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化二碳酸二异丙酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或多种；交联剂使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

上述技术方案中，作为优选的技术方案之一，聚合剂优选同时包括过硫酸钠与过氧化二碳酸二异丙酯，过硫酸钠与过氧化二碳酸二异丙酯在耐风蚀性方面具有协同增效作用。

上述技术方案中，作为优选的技术方案之二，聚合剂优选同时包括过硫酸钠与偶氮二异丁酸二甲酯，过硫酸钠与偶氮二异丁酸二甲酯在耐风蚀性方面具有协同增效作用。

上述技术方案中，作为优选的技术方案之三，聚合剂优选同时包括过氧化二碳酸二异丙酯与偶氮二异丁酸二甲酯，过氧化二碳酸二异丙酯与偶氮二异丁酸二甲酯在耐风蚀性方面具有协同增效作用。

上述技术方案中，作为更加优选的技术方案，聚合剂优选同时包括过硫酸钠、过氧化二碳酸二异丙酯和偶氮二异丁酸二甲酯，三者在耐风蚀性方面具有三元组合协同增效作用。

通过此方式制备的可降解型沙漠固沙剂在耐风蚀性方面出奇地好。

为解决上述技术问题之三，本发明的技术方案如下：上述技术问题之一的技术方案中任一项所述的可降解型沙漠固沙剂在沙漠绿化中的应用。

本发明的技术关键是可降解型沙漠固沙剂的选择，对于具体应用的方法和工艺条件本领域技术人员可以合理选择并且不需付出创造性劳动，例如可以是：

可降解型沙漠固沙剂，包括在上述技术问题之一的技术方案中任一项所述可降解型沙漠固沙剂存在下，沙漠中的流沙可以形成具有一定结构和强度的固结层，能够防止风力吹蚀、又可保持下层水分，可大幅度提高植被的成活率，保护植被正常生长，有利于沙漠绿化及生态恢复。

上述技术方案中，为了使可降解型沙漠固沙剂更好地发挥作用，优选在配合工程施工条件下进行，施工中应该避免超过10m/s以上的大风及高温、低温天气。

上述技术方案中，可降解型沙漠固沙剂与沙粒混合后，需要用水将其渗透，可以通过喷灌、滴灌、微喷等方式，从经济方面考虑，大面积区域优选滴灌，小面积区域优选微喷。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的沙漠固沙剂具有较高的耐风蚀能力，如在一些具体的实施例中，最高耐风蚀的风速大于20 m/s；

（2）本发明的沙漠固沙剂具有较小的吹蚀量，当风速为25m/s时（相当于10级狂风）吹蚀量达到0.01 g/m²/min；

（3）本发明应用方法制得的固沙剂完全可以降解，因而可用于沙漠绿化生态恢复。

附图说明

图1为使用不同聚合剂制得的沙漠固沙剂的最高耐风蚀风速和吹蚀量（风速25m/s）对比。

具体实施方式

下面结合具体实施方式及实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的实施方式及实施例仅用于说明和解释本发明，其并不用于限定本发明。

以下实施例中使用的沙漠固沙剂评价方法为：

通过模拟不同的风速，观察使用固沙剂后的沙粒损失情况，判断最高可以耐风蚀的风速，风速越高，吹蚀量越少，固沙剂效果越好。如下所示：

仪器 ：德国大马力出风机，风速仪出风机到固沙处距离：5米；

风速设定：5m/s~26m/s，每隔1m/s递增；

吹蚀时间：1min；

【实施例1】

1、高吸水剂的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将50g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g，中和后一并转入到三口烧瓶中。再分别加入1.0g过硫酸钠和0.3g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，将系统内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应2小时后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水剂前体。再将其粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水剂。

2、高吸水剂与其他原料混合

将50g生物有机质、50g膨润土、50g营养元素混合物、50g有机肥与50g高吸水剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间2小时使其混合均匀。

3、造粒成型

将步骤2混合原料接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到固沙剂。

通过前述评价方法对所得沙漠固沙剂进行测评，结果如图1所示。

【实施例2】

1、高吸水剂的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将50g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g，中和后一并转入到三口烧瓶中。再分别加入1.0g过氧化二碳酸二异丙酯和0.3g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，将系统内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应2小时后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水剂前体。再将其粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水剂。

2、高吸水剂与其他原料混合

将50g生物有机质、50g膨润土、50g营养元素混合物、50g有机肥与50g高吸水剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间2小时使其混合均匀。

3、造粒成型

将步骤2混合原料接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到固沙剂。

通过前述评价方法对所得沙漠固沙剂进行测评，结果如图1所示。

【实施例3】

1、高吸水剂的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将50g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g，中和后一并转入到三口烧瓶中。再分别加入1.0g偶氮二异丁酸二甲酯和0.3g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，将系统内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应2小时后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水剂前体。再将其粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水剂。

2、高吸水剂与其他原料混合

将50g生物有机质、50g膨润土、50g营养元素混合物、50g有机肥与50g高吸水剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间2小时使其混合均匀。

3、造粒成型

将步骤2混合原料接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到固沙剂。

通过前述评价方法对所得沙漠固沙剂进行测评，结果如图1所示。

【实施例4】

1、高吸水剂的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将50g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g，中和后一并转入到三口烧瓶中。再分别加入0.5g过硫酸钠、0.5g过氧化二碳酸二异丙酯和0.3g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，将系统内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应2小时后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水剂前体。再将其粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水剂。

2、高吸水剂与其他原料混合

将50g生物有机质、50g膨润土、50g营养元素混合物、50g有机肥与50g高吸水剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间2小时使其混合均匀。

3、造粒成型

将步骤2混合原料接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到固沙剂。

通过前述评价方法对所得沙漠固沙剂进行测评，结果如图1所示。

【实施例5】

1、高吸水剂的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将50g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g，中和后一并转入到三口烧瓶中。再分别加入0.5g过硫酸钠、0.5g偶氮二异丁酸二甲酯和0.3g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，将系统内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应2小时后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水剂前体。再将其粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水剂。

2、高吸水剂与其他原料混合

将50g生物有机质、50g膨润土、50g营养元素混合物、50g有机肥与50g高吸水剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间2小时使其混合均匀。

3、造粒成型

将步骤2混合原料接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到固沙剂。

通过前述评价方法对所得沙漠固沙剂进行测评，结果如图1所示。

【实施例6】

1、高吸水剂的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将50g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g，中和后一并转入到三口烧瓶中。再分别加入0.5g过氧化二碳酸二异丙酯、0.5g偶氮二异丁酸二甲酯和0.3g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，将系统内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应2小时后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水剂前体。再将其粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水剂。

2、高吸水剂与其他原料混合

将50g生物有机质、50g膨润土、50g营养元素混合物、50g有机肥与50g高吸水剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间2小时使其混合均匀。

3、造粒成型

将步骤2混合原料接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到固沙剂。

通过前述评价方法对所得沙漠固沙剂进行测评，结果如图1所示。

【实施例7】

1、高吸水剂的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将50g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g，中和后一并转入到三口烧瓶中。再分别加入0.4g过硫酸钠、0.3g过氧化二碳酸二异丙酯、0.3g偶氮二异丁酸二甲酯和0.3g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，将系统内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应2小时后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水剂前体。再将其粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水剂。

2、高吸水剂与其他原料混合

将50g生物有机质、50g膨润土、50g营养元素混合物、50g有机肥与50g高吸水剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间2小时使其混合均匀。

3、造粒成型

将步骤2混合原料接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到固沙剂。

通过前述评价方法对所得沙漠固沙剂进行测评，结果如图1所示。