專利名稱：一種lsa降水促滲劑的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種降水促滲劑產品的制造。
民眾對環境污染問題的關注程度正在日益提高，工業生產等固定點源污染排放已經得到很大程度的控制，然而環境污染問題特別是各類水體污染依然嚴重，水體水質下降、水資源短缺的問題日漸成為經濟可持續發展的重要制約因素并危及人類健康。城市化進程的加快導致可滲透地面大幅度減少，不適當的農業活動嚴重地危害土壤生態環境平衡，各種污染物晴天隨機積累、降雨溶出并隨降水徑流遷移形成面源污染源頭。面源污染已經成為我國水環境質量降低、水資源短缺加重的主要原因之一。地表可滲透面積減少、土壤侵蝕是面源污染的重要成因，通過提高降雨滲透量、延緩地表降水產流并削減徑流量、是削減面源污染的必要技術措施。
土壤在降雨作用下，表面會形成結皮，導致嚴重降低土壤對降水的入滲率，加重地表降水徑流和土壤侵蝕。采用有機高分子聚合物改良土壤結構、提高土壤降水入滲率，進而達到削減降水徑流的目的。目前，國內外提高土壤水滲透性的研究與應用較多的是聚丙烯酰胺(PAM)。它能明顯地吸附土壤表面的顆粒，使土壤顆粒粘結在一起抵御降水雨滴的侵蝕破壞作用，防止土壤表面粘粒的化學分離，阻礙土壤結皮的形成，提高土壤水入滲率。PAM具有穩定和加強土壤團聚體的作用，促使土壤表面團聚體的顆粒加大，進而削減土壤被侵蝕的危害。然而，PAM在實際生產應用中具有不可克服的缺陷，既生產成本高，價格高昂，經濟投入大。另一方面，PAM在環境中不易降解，長期使用可能造成土壤板結影響而導致新的土壤危害。本發明提供一種降水促滲性能好、生產成本低、經濟實用且具有環境友好性的降水促滲劑的制造方法，這種促滲劑能改良土壤結構，具有穩定和促成土壤團聚體、提高土壤降水滲透量、增加土壤有機質等多重復合功效，為充分利用降水資源、削減降水徑流造成面源污染危害、緩解水資源短缺提供物質支持。
本發明的特點在于利用酸析法從造紙制漿黑液中回收的堿木質素為主要原料之一，與從農產品中提取的可溶性淀粉等為原料生產一種性能優良的降水促滲劑產品，簡稱為‘LSA’。堿木質素和淀粉均屬天然有機高分子化合物，均屬可自然再生的生物質資源，來源豐富，價廉易得。通過木質素和淀粉與丙烯酰胺接枝共聚反應獲得的LSA降水促滲劑的性能與PAM相近，具有優良的粘結土壤顆粒和吸水保水性能，能有效地提高降水在土壤中的運移能力，對促進降水向土壤中滲透、削減降水地表徑流及徑流造成的面源污染具有很高的實效性。LSA降水促滲劑生產原料成本低，工藝簡短，具有在土壤中能夠降解，提高土壤有機質含量的特點。
本發明的目的通過下述步驟實現(1)LSA降水促滲劑制備方法的特征在于，原料木質素∶淀粉∶丙烯酰胺∶鹵化物鹽類∶引發劑的重量比例分別為7-13∶2-7∶50-75∶2-3∶1-2；(2)原料木質素是指通過酸析、沉淀、分離、干燥處理堿法制漿造紙黑液獲得的堿木質素產品，木質素的含量80％±10％，細度20目-200目；(3)引發劑選自鉀或銨的過硫酸鹽、鈉的硫代硫酸鹽、銨、鈰復合硝酸鹽、鈉、銨、鈰硫代硫酸鹽與過硫酸鹽的復合物；(4)鹵化物鹽類選自鈣或鈉的鹵化鹽；(5)原料木質素和淀粉與反應液體積的固液比例為1∶(25-100)；(6)反應溫度50℃-90℃，反應時間為4h-12h；(7)無氧反應環境是通過氮氣實現；(8)中止反應劑選自對苯二酚；(9)用丙酮沉淀、分離聚合反應產物，在低于60℃溫度下干燥得到固體產品。
本發明制得的LSA降水促滲劑具有優良的粘結土壤顆粒和吸水持水的性能，可維護并有效促進土壤團聚體形成和阻礙土壤結皮作用，提高土壤持水、保肥能力，增加土壤表面水的滲透率，顯著削減降水地表徑流和水土流失作用。
LSA降水促滲劑實施例如下實施例1取木質素10克，淀粉10克，加適量水使其分散均勻，裝入配有攪拌機和通氮氣裝置的反應器中。另取75克丙烯酰胺，3克鈣氯化鹽溶于水中，轉入反應器并加水至總體積1000毫升。通入氮氣并在連續攪拌的條件下升溫并控制反應溫度60℃±5℃，持續1小時后，加入5％銨鈰復合硝酸鹽溶液50毫升，繼續反應6小時。冷卻至室溫，用丙酮沉淀分離共聚產物，低溫下干燥得到固體產品。
實施例2取木質素15克，淀粉5克，加適量水分散，轉入配有攪拌器和通氮氣通路的反應器中。另取85克丙烯酰胺，3克鈣氯化鹽溶于水中，轉至反應器中，并加水至總體積1000毫升，在通入氮氣和連續攪拌條件下，升溫并控制反應溫度70℃±5℃，再持續1小時后，加入5％鉀的過硫酸鹽溶液60毫升。在上述條件下反應8小時，冷卻，用丙酮沉淀分離共聚物，低溫干燥得到固體產品。
LSA降水促滲劑施用效果1.土壤滲透性影響分別定量稱取過2mm篩土壤裝入等容積容器中，LSA降水促滲劑用自來水稀釋至使用濃度，按3kg/ha用量噴施于土壤表面；對照噴施等量自來水。按‘滲透桶法’測定土壤滲透性。施用LSA降水促滲劑的土壤水滲透性(水溫10℃)較對照0.12mm/min提高到2.70mm/min；2.地表徑流削減自然環境條件下，在經2mm篩處理后的土壤表面分別噴施3kg/ha LSA降水促滲劑和等量的自來水，噴施LSA降水促滲劑后土壤的降水地表徑流減少了26.00％-83.40％(歷時3個月雨季自然環境條件下的降雨觀測結果)，總平均削減地表徑流量63.79％，徑流液中TSS、TN、TP、CODcr等污染物的總量分別得到減少。
3.LSA降水促滲劑與PAM使用效果對比LSA降水促滲劑與PAM影響土壤降水滲透性的觀測結果的說明書附圖
見LSA降水促滲劑對土壤降水滲透性的影響趨勢圖。
權利要求
1.本發明涉及一種降水促滲劑的制備方法，其特征在于，以木質素、淀粉、丙烯酰胺，鹵化物的鹽類和引發劑組成的混合物，在無氮環境下進行接枝共聚反應，制得降水促滲劑(簡稱‘LSA’)產品。
2.權利要求1的方法，其特征在于，原料木質素、淀粉、丙烯酰胺、鹵化物鹽類和引發劑的重量比分別為7-13∶2-7∶50-75∶2-3∶1-2。
3.權利要求1的方法，其特征在于，原料木質素是指通過酸析、沉淀、分離、干燥處理堿法制漿造紙黑液獲得的產品，木質素的含量80％±10％，細度20目-200目。
4.權利要求1的方法，其特征在于，鹵化物鹽類選自鈣或鈉的鹵化鹽。
5.權利要求1的方法，其特征在于，引發劑選自鉀或銨的過硫酸鹽、鈉的硫代硫酸鹽、銨、鈰復合硝酸鹽、鈉、銨、鈰硫代硫酸鹽與過硫酸鹽的復合物。
6.權利要求1的方法，其特征在于，土壤促滲劑的制備是通過下述步驟實現(1)按木質素、淀粉與反應溶液體積的固液比1∶(25-100)的比例，置于配有攪拌器和通有氮氣通路的反應器中，將混合物均勻分散；(2)丙烯酰胺和鹵化物鹽類溶于水中后轉移至反應器中，加熱并控制溫度50℃-90℃，通入氮氣連續攪拌反應0.5h-1h。再將引發劑加入混合物中；(3)在氮氣保護下，保持上述反應溫度，連續攪拌反應器中的混合物4h-12h；(4)完成上述操作后加入少量對苯二酚中止反應，冷卻至室溫，用丙酮沉淀、分離共聚產物，于＜60℃溫度下干燥固體產品。
全文摘要
本發明提供一種削減降水地表徑流面源污染的降水促滲劑(簡稱‘LSA’)的制造方法。LSA降水促滲劑具有穩定和促成土壤團聚體、提高土壤降水滲透量、延緩高強度降雨地表產流、減少徑流產量的性能。LSA降水促滲劑利用堿木質素、淀粉為主要原料組分，產品生產成本低，實效性強、實際應用經濟投入低，是一種環境友好性材料。降雨觀測結果表明，3kg/ha用量下LSA降水促滲劑使地表徑流量平均減少63.79％，徑流液中TSS、TN、TP、CODcr等污染物的發生量分別得到削減。LSA降水促滲劑是提高降水資源利用率、削減降水地表徑流造成面源污染對水體環境質量危害的物質支持。
文檔編號C09K17/14GK1618928SQ200410080209
公開日2005年5月25日 申請日期2004年9月28日 優先權日2004年9月28日
發明者穆環珍, 鄭濤, 黃衍初, 張春萍 申請人:中國科學院生態環境研究中心