專利名稱：一種生態友好型固沙抑塵劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及固沙抑塵劑制備，特別是一種生態友好型固沙抑塵劑及其制備方法。使用生物質材料加工而成，高效、節能、環保，主要用于防治土壤風蝕，控制土地沙化，抑制揚塵等方面，屬于環境污染治理技術領域。
背景技術：
我國是世界上荒漠化、沙化面積最大的國家，雖然近年來土地沙化得到一定程度的遏制，但仍然是當前最為嚴重的生態問題。土地沙化可直接導致草原松散土和城市郊區土壤風蝕，在風力作用下引起沙塵天氣，造成城市地區風沙塵污染。化學固沙是目前控制土壤風蝕比較常用的措施，它是指利用化學物質噴灑或干撒 于沙土或松散土表面形成固結層從而達到固沙目的。傳統的化學固沙抑塵劑可分為水泥漿類、水玻璃類、石油產品類和高分子聚合物高吸水樹脂類。這些抑塵劑能夠使地表松散沙土得以固定，具有一定的穩定性和保水性，從而達到固定流沙和治理土地荒漠化的目的。但是有的原材料成本高，有的不能為植物生長創造良好的水土環境，有的甚至會對環境造成污染。比如，石油產品類抑塵劑施用后難以降解，長期滯留于表層沙土中，造成環境二次污染。而新型化學固沙抑塵劑除了要解決傳統化學固沙抑塵劑的弊端外，更為重視抑塵劑制備和使用過程中的生態環境協調性，使其具有使用性能好、資源與能源消耗少、與生態環境相容性好等諸多優點。所以，新型化學固沙抑塵劑具有更大的發展潛力和實用性。新型化學固沙抑塵劑包括對工農林業副產品進行改性處理的生態固沙抑塵劑、利用微生物技術的微生物固沙抑塵劑等。

發明內容
本發明目的是克服了傳統抑塵劑存在的缺陷，提供一種無毒無害、環境友好、成本低廉、方便生產的生態友好型固沙抑塵劑及其制備方法。本發明的技術方案一種生態友好型固沙抑塵劑，是由以下重量百分比的原料混合配制而成生物質材料I. 6-2. 0%，表面活性劑O. 6-1. 0%，水溶性聚合物羧甲基纖維素鈉I. 2-1. 5%，水溶性聚合物聚乙烯醇O. 8-1. 2%，保濕劑O. 8-1. 0%，防腐劑O. 8-1. 0%，其余為水；所得固沙抑塵劑為深棕色乳狀液體，常溫下粘度為50-80厘泊；所述生物質材料為植物種子經壓榨榨油處理或溶劑浸提后所剩的固體餅渣，所述植物種子為鹽地堿蓬種子、翅堿蓬種子、角堿蓬種子和硬枝堿蓬種子中的一種或兩種以上任意比例的混合物，所述水溶性聚合物為羧甲基纖維素鈉和聚乙烯醇，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、十二烷基硫酸鈉和聚丙烯酰胺中的一種或兩種以上任意比例的混合物，所述保濕劑為氯化鎂、氯化鈣、硫酸鈉、硅酸鈉、聚丙烯酸鉀中的一種或兩種以上任意比例的混合物，所述防腐劑為山梨酸鉀、苯甲酸鈉中的一種或兩種任意比例的混合物。
一種所述生態友好型固沙抑塵劑的制備方法，步驟如下I)將生物質材料破碎、研磨，過100-120目篩，得到生物質粉料；2)將上述生物質粉料在沸水中蒸煮30_40min使之膨化，然后停止供熱，降溫至65-75°C，得到生物質膨化溶液，生物質粉料與水的用量比為I. 6-2. 0g/100mL ；3)在攪拌速度為150-300r/min條件下，將表面活性劑均勻地撒到生物質膨化溶液中以降低溶液的表面張力，表面活性劑與生物質膨化溶液的用量比為O. 6-1. 0g/100mL,IOmin后，將攪拌速度調至1500-2000r/min，迅速將羧甲基纖維素鈉均勻地撒入上述溶液中以防止凝聚結團，羧甲基纖維素鈉與上述溶液的用量比為1.2-1.58/1001^，攪拌401^11，再緩緩加入濃度為4. 0-6. 0g/100ml的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液與上述溶液的用量比為lml/5mL，攪拌IOmin后停止，得到反應液，整個反應過程溫度控制在65_75°C ；4)靜置上述反應液并降至室溫后，先后加入保濕劑和防腐劑，保濕劑和防腐劑與反應液的質量百分比均為0. 8-1%，攪拌5min，即得所述生態友好型固沙抑塵劑。 一種所述生態友好型固沙抑塵劑的應用，用于固沙、抑塵，方法是可直接噴灑使用或按照固沙抑塵劑與水的質量比為1:0. 5-5的比例稀釋后噴灑使用。本發明的優點是I)本發明采用堿蓬籽餅柏為主要原料，增加了堿蓬籽餅柏的應用領域，在一定程度上，能夠減少堿蓬籽餅柏這一龐大的農副資源的浪費，使之變廢為寶；2)環保無污染，不會對環境造成危害；因其含有豐富的生物質成分，還會為植物生長提供少量營養；3)在保護期內對土壤顆粒粘結能力強，具有良好的固沙作用；隨著土壤水分的變化，可逐漸被土壤微生物降解，不會長期滯留于土壤之中，與土壤生態環境相容性好，可作為很好的土壤改良劑；4)該固沙抑塵劑施用后，會在松散土表面形成平整而帶有微孔隙的高強度固結層，可起到很好的防風固沙作用；5)該制備方法工藝簡單、成本低廉且節能環保等。
具體實施例方式實施例I :一種所述生態友好型固沙抑塵劑的制備方法，步驟如下I)將鹽地堿蓬籽餅破碎、研磨，過120目篩，得到生物質粉料；2)將上述8. Og生物質粉料在500mL沸水中蒸煮30min使之膨化，然后停止供熱，降溫至65-75°C，得到生物質膨化溶液；3)在攪拌速度為150r/min條件下，將4. Og十二烷基苯磺酸鈉均勻地撒到上述生物質膨化溶液中以降低溶液的表面張力，IOmin后，將攪拌速度調至2000r/min，迅速將
6.Og羧甲基纖維素鈉均勻地撒入上述溶液中以防止凝聚結團，攪拌40min，再緩緩地將預先配制好的4. 0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，攪拌IOmin后停止，得到反應液，整個反應過程溫度控制在65-75°C ；4)靜置上述反應液并降至室溫后，先后加入5. Og硅酸鈉保濕劑和5. Og苯甲酸鈉防腐劑，攪拌5min，即得所述生態友好型固沙抑塵劑。
實施例2 一種所述生態友好型固沙抑塵劑的制備方法，步驟如下I)將翅堿蓬籽餅破碎、研磨，過100目篩，得到生物質粉料；2)將上述8. Og生物質粉料在500mL沸水中蒸煮30min使之膨化，然后停止供熱，降溫至65-75°C，得到生物質膨化溶液；3)在攪拌速度為150r/min條件下，將5. Og十二烷基苯磺酸鈉均勻地撒到生物質膨化溶液中以降低溶液的表面張力，IOmin后，將攪拌速度調至2000r/min，迅速將7. 5g羧甲基纖維素鈉均勻地撒入上述溶液中以防止凝聚結團，攪拌40min，再緩緩地將預先配制好的4. 0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，攪拌IOmin后停止，得到反應液，整個反應過程溫度控制在65-75 °C ； 4)靜置上述反應液并降至室溫后，先后加入5. Og硅酸鈉保濕劑和5. Og苯甲酸鈉防腐劑，攪拌5min，即得所述生態友好型固沙抑塵劑。實施例3 一種所述生態友好型固沙抑塵劑的制備方法，步驟如下I)將硬枝堿蓬籽餅破碎、研磨，過120目篩，得到生物質粉料；2)將上述8. Og生物質粉料在500mL沸水中蒸煮40min使之膨化，然后停止供熱，降溫至65-75°C，得到生物質膨化溶液；3)在攪拌速度為150r/min條件下，將4. 5g十二烷基硫酸鈉均勻地撒到生物質膨化溶液中以降低溶液的表面張力，IOmin后，將攪拌速度調至2000r/min，迅速將7. Og羧甲基纖維素鈉均勻地撒入上述溶液中以防止凝聚結團，攪拌40min，再緩緩地將預先配制好的5. 0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，攪拌IOmin后停止，得到反應液，整個反應過程溫度控制在65-75 °C ；4)靜置上述反應液并降至室溫后，先后加入4. 5g氯化鎂保濕劑和5. Og山梨酸鉀防腐劑，攪拌5min，即得所述生態友好型固沙抑塵劑。實施例4 一種所述生態友好型固沙抑塵劑的制備方法，步驟如下I)將角堿蓬籽餅破碎、研磨，過120目篩，得到生物質粉料；2)將上述8. Og生物質粉料在500mL沸水中蒸煮40min使之膨化，然后停止供熱，降溫至65-75°C，得到生物質膨化溶液；3)在攪拌速度為150r/min條件下，將4. 5g十二烷基硫酸鈉均勻地撒到生物質膨化溶液中以降低溶液的表面張力，IOmin后，將攪拌速度調至2000r/min，迅速將7. Og羧甲基纖維素鈉均勻地撒入上述溶液中以防止凝聚結團，攪拌40min，再緩緩地將預先配制好的
5.0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，攪拌IOmin后停止，得到反應液，整個反應過程溫度控制在65-75 °C ；4)靜置上述反應液并降至室溫后，先后加入4. 5g氯化鈣保濕劑和5. Og山梨酸鉀防腐劑，攪拌5min，即得所述生態友好型固沙抑塵劑。實施例5 一種所述生態友好型固沙抑塵劑的制備方法，步驟如下I)將角堿蓬籽餅破碎、研磨，過100目篩，得到生物質粉料；
2)將上述8. Og生物質粉料在500mL沸水中蒸煮30min使之膨化，然后停止供熱，降溫至65-75°C，得到生物質膨化溶液；3)在攪拌速度為150r/min條件下，將4. 5g十二烷基硫酸鈉均勻地撒到生物質膨化溶液中以降低溶液的表面張力，IOmin后，將攪拌速度調至2000r/min，迅速將6. Og羧甲基纖維素鈉均勻地撒入上述溶液中以防止凝聚結團，攪拌40min，再緩緩地將預先配制好的4. 0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，攪拌IOmin后停止，得到反應液，整個反應過程溫度控制在65-75 °C ；4)靜置上述反應液并降至室溫后，先后加入4. 5g硫酸鈉保濕劑和5. Og苯甲酸鈉防腐劑，攪拌5min，即得所述生態友好型固沙抑塵劑。實施例6 一種所述生態友好型固沙抑塵劑的制備方法，步驟如下I)將鹽地堿蓬籽餅破碎、研磨，過100目篩，得到生物質粉料；2)將上述8. Og生物質粉料在500mL沸水中蒸煮30min使之膨化，然后停止供熱，降溫至65-75°C，得到生物質膨化溶液；3)在攪拌速度為150r/min條件下,將4. Og十二燒基硫酸鈉均勻地撒到生物質膨化溶液中以降低溶液的表面張力，IOmin后，將攪拌速度調至2000r/min，迅速將6. Og羧甲基纖維素鈉均勻地撒入上述溶液中以防止凝聚結團，攪拌40min，再緩緩地將預先配制好的
4.0g/100mL的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，攪拌IOmin后停止，得到反應液，整個反應過程溫度控制在65-75 °C ；4)靜置上述反應液并降至室溫后，先后加入5. Og硫酸鈉保濕劑和5. Og苯甲酸鈉防腐劑，攪拌5min，即得所述生態友好型固沙抑塵劑。上述制備的固沙抑塵劑的應用實例I :將粒徑小于0. Imm的細土壤顆粒平鋪于22cmX32cm的不銹鋼沙盤中，將所制備的生態友好型固沙抑塵劑原液利用噴灑設備，按照I. 5L/m2-2. OL/m2的用量，分別噴灑在粒徑小于0. Imm的細土壤顆粒表面，抑塵劑與細土壤顆粒粘合，待風干后，形成一層3-5_厚緊密且連續的固結層。然后，將其置于NK-I型可移動式風蝕風洞中進行風蝕實驗，分別以6m/s、9m/s、12m/s、15m/s、18m/s的風速逐次提高,進行間歇式吹蝕，每個風速吹蝕5min,吹蝕結束后，通過稱量集沙儀中收集到的土壤顆粒，計算得到每平方米面積累積吹蝕的土壤顆粒的損失量僅為0. 435g，與噴灑等量自來水以及未噴灑任何試劑的樣品進行對比，抑塵效率均提高了 99%以上。實例2 :將粒徑小于0. Imm的細土壤顆粒平鋪于22cmX 32cm的不銹鋼沙盤中，將所述制備的生態友好型固沙抑塵劑分別按照與水的質量比為1:0.5、1:1、1:2、1:5的比例進行稀釋，然后利用噴灑設備，按照I. 5L/m2-2. OL/m2的用量，分別噴灑在粒徑小于0. Imm的細土壤顆粒表面,抑塵劑與細土壤顆粒粘合,待風干后，分別形成一層3-5mm、3-4mm、2-4mm、2-3_厚的緊密的固結層。然后，將其置于NK-I型可移動式風蝕風洞中進行風蝕實驗，分別以6m/s、9m/s、12m/s、15m/s、18m/s的風速逐次提高,進行間歇式吹蝕，每個風速吹蝕5min,吹蝕結束后，通過稱量集沙儀中收集到的土壤顆粒，計算得到每平方米面積累積吹蝕的土壤顆粒的損失量為O. 417g-l. 491g，與噴灑等量自來水以及未噴灑任何試劑的樣品進行對比，抑塵效率均提高了 99%以上。有效地抑制了土壤的吹蝕，該生態友好型固沙抑塵劑具有良好的防風固沙作用，能夠有效控制揚塵。實例3 取2個Φ 30 X IOcm的種植花盆，在每個種植花盆中填裝等量同種農田土壤(取自天津大港實驗基地)，種植綠豆種子，每間隔2-3cm投放3粒種子，種好后將土壤表面攤平，然后在表面鋪灑大約5mm厚的通過60目篩的細土壤顆粒,之后向其中一個盆中按照2. OL/m2的劑量在其表面噴灑該生態友好型固沙抑塵劑，在另外I個盆中噴灑等量的自來水作空白對照，之后每隔兩天澆一次水(每次澆水IOOmL),其它的實驗條件控制一致。結果發現，噴灑過該生態環保型抑塵劑的綠豆苗長勢明顯好于噴灑自來水的綠豆苗；噴灑過該生態環保型固沙抑塵劑的綠豆苗成活率可以達到95. 6%，遠遠高于噴灑自來水的綠豆苗的成活率38. 9%。噴灑該生態環保型固沙抑塵劑能夠促進植物的生長發育，對農作物的生長具有一定的促進作用。 實例4 把該生態環保型固沙抑塵劑按照2. OL/m2的劑量噴灑在土壤表面，同時在另一塊土壤表面噴灑等量的自來水作為空白對照，45天后分別在噴灑該抑塵劑和自來水的土壤中采集5-lOcm深度的土層樣品，然后放在沙盤中自然條件下風干，研磨，過篩，然后分別對土壤有機質、全氮、重碳酸根、鉀、鈣、鎂以及微量元素包括鉛、鎘、汞、鉻、銅、鋅、鐵、錳、硼、砷、硒等的含量進行測定，噴灑該生態環保型抑塵劑的土樣與噴灑等量自來水的土樣相比，其中全氮含量增加了 100多倍，重碳酸根、鉀、鈣、鎂的含量分別有不同程度的增加，微量元素鋅、汞、硼的含量有略微增加，而鉛、鎘、鉻、銅、鐵、錳等微量元素含量有所減少，砷、硒的含量基本保持不變。噴灑該生態環保型固沙抑塵劑對土壤土質不僅沒有任何危害，而且在一定程度上具有改良土壤土質的作用，比如噴灑該生態環保型固沙抑塵劑使全氮的含量有了顯著的增加，此外，重碳酸根、鉀、鈣、鎂的含量也分別有不同程度的增加。
權利要求
1.一種生態友好型固沙抑塵劑，其特征在于由以下重量百分比的原料混合配制而成生物質材料I. 6-2. 0%，表面活性劑O. 6-1. 0%，水溶性聚合物羧甲基纖維素鈉I. 2-1. 5%，水溶性聚合物聚乙烯醇O. 8-1. 2%，保濕劑O. 8-1. 0%，防腐劑O. 8-1. 0%，其余為水；所得固沙抑塵劑為深棕色乳狀液體，常溫下粘度為50-80厘泊；所述生物質材料為植物種子經壓榨榨油處理或溶劑浸提后所剩的固體餅渣，所述植物種子為鹽地堿蓬種子、翅堿蓬種子、角堿蓬種子和硬枝堿蓬種子中的一種或兩種以上任意比例的混合物；所述水溶性聚合物為羧甲基纖維素鈉和聚乙烯醇；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、十二烷基硫酸鈉和聚丙烯酰胺中的一種或兩種以上任意比例的混合物；所述保濕劑為氯化鎂、氯化鈣、硫酸鈉、硅酸鈉、聚丙烯酸鉀和淀粉接枝丙烯酸鹽中的一種或兩種以上任意比例的混合物；所述防腐劑為山梨酸鉀和苯甲酸鈉中的一種或兩種任意比例的混合物。
2.一種如權利要求I所述生態友好型固沙抑塵劑的制備方法，其特征在于步驟如下 1)將生物質材料破碎、研磨，過100-120目篩，得到生物質粉料； 2)將上述生物質粉料在沸水中蒸煮30-40min使之膨化，然后停止供熱，降溫至65-75°C，得到生物質膨化溶液，生物質粉料與水的用量比為I. 6-2. 0g/100mL ； 3)在攪拌速度為150-300r/min條件下，將表面活性劑均勻地撒到生物質膨化溶液中以降低溶液的表面張力，表面活性劑與生物質膨化溶液的用量比為O. 6-1. 0g/100mL, IOmin后，將攪拌速度調至1500-2000r/min，迅速將羧甲基纖維素鈉均勻地撒入上述溶液中以防止凝聚結團，羧甲基纖維素鈉與上述溶液的用量比為1.2-1.58/1001^，攪拌401^11，再緩緩加入濃度為4. 0-6. 0g/100ml的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液與上述溶液的用量比為lml/5mL，攪拌IOmin后停止，得到反應液，整個反應過程溫度控制在65_75°C ； 4)靜置上述反應液并降至室溫后，先后加入保濕劑和防腐劑，保濕劑和防腐劑與反應液的質量百分比均為0. 8-1%，攪拌5min，即得所述生態友好型固沙抑塵劑。
3.—種如權利要求I所述生態友好型固沙抑塵劑的應用，其特征在于用于固沙、抑塵，方法是直接噴灑使用或按照固沙抑塵劑與水的質量比為1:0. 5-5的比例稀釋后噴灑使用。
全文摘要
一種生態友好型固沙抑塵劑，是由生物質材料、表面活性劑、水溶性聚合物、保濕劑、防腐劑和水混合配制而成的深棕色乳狀液體，常溫下粘度為50-80厘泊；所述生物質材料為植物種子經壓榨榨油處理或溶劑浸提后所剩的固體餅渣，所述水溶性聚合物為羧甲基纖維素鈉和聚乙烯醇，所述保濕劑為氯化鎂、氯化鈣、硫酸鈉、硅酸鈉等。本發明所得抑塵劑是一種生態友好型固沙抑塵劑，其制備工藝簡單，流程短，易于操作，本發明的優點是該固沙抑塵劑能有效控制土壤風蝕及土地沙化，能夠減少揚塵天氣的發生，可明顯起到固沙、防塵、抑塵的作用，且綠色環保、無毒、無污染，可廣泛用于城市郊區農田、荒地、退化草原或荒漠沙地等風蝕嚴重的地區。
文檔編號C09K17/32GK102863965SQ201210389640
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者姬亞芹, 張雷波, 趙雪艷 申請人:南開大學