一種黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種黏土基熱相變多功能固沙材料，屬于防沙固沙技術(shù)領(lǐng)域。該方法是先將生物質(zhì)廢棄物粉碎成碎渣；再將生物質(zhì)可降解原料與生物質(zhì)廢棄物碎渣按一定的比例高速混合，然后真空浸漬處理，得到熱相變儲能添加劑；最后將熱相變儲能添加劑與黏土按一定的比例混合均勻后，鋪撒在流動沙丘表面，并在其上噴灑水，使水滲入表面并結(jié)皮。本發(fā)明在黏土基固沙材料的基礎(chǔ)上，通過加入化學(xué)固沙的理念，引入相對廉價的熱儲能相變材料及保水材料，制備的儲能熱相變多功能黏土基固沙材料兼顧物理固沙，化學(xué)固沙及植物固沙的優(yōu)點(diǎn)，固沙效果好，成本低；同時克服了單純的物理固沙、化學(xué)固沙存在的問題，也解決了植物固沙的難點(diǎn)，使得黏土固沙能夠更加全面的推廣和應(yīng)用。
【專利說明】
一種黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種黏土基固沙材料，尤其涉及一種黏土基熱相變多功能固沙材料的制備，屬于防沙固沙技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國西部地區(qū)的極端天氣發(fā)生較為頻繁，其中沙塵暴天氣居多。流動的沙丘極易引起風(fēng)沙危害。風(fēng)沙能埋沒農(nóng)作物、侵蝕土壤、降低土壤肥力等。作物長期遇風(fēng)沙，會使其根系暴露，影響作物生長發(fā)育。風(fēng)沙還可以使作物發(fā)育延遲。例如風(fēng)沙使冬季小麥抽穗延遲3?7天，使大豆初花期延遲7?14天。冬小麥出苗后7?14天(秋季)受風(fēng)沙危害，可減少第二年收獲物的干重，出苗后7天受風(fēng)沙災(zāi)害的麥苗小穗數(shù)最少且重量最輕。春季早期受到風(fēng)沙危害，也會使小穗數(shù)量大大減少。
[0003]此外更重要的是，人的生命的損失。例如1993年5月5日黑風(fēng)中共死亡85人，傷264人，失蹤31人。此外，死亡和丟失大牲畜12萬頭，農(nóng)作物受災(zāi)560萬畝，沙埋干旱地區(qū)的生命線水渠總長2000多公里，蘭新鐵路停運(yùn)31小時?？偨?jīng)濟(jì)損失超過5.4億元。
[0004]2016年，敦煌的超大風(fēng)沙天氣，引起了廣泛的國際關(guān)注，中央電視臺也進(jìn)行了報(bào)道。諸如此類的危害嚴(yán)重威脅著我國西部地區(qū)的生態(tài)和人民生命安全。
[0005]近年來，各種防風(fēng)固沙的措施層出不窮，又稱之為防風(fēng)固沙工程。具體有:1、物理工程:利用物理原理，建設(shè)工程以增加風(fēng)沙流的運(yùn)動阻力，促使沙粒沉積。常見的有設(shè)置高立式沙障、柵欄、擋沙墻等。2、化學(xué)工程:利用化學(xué)材料與工藝，對易產(chǎn)生沙害的沙丘或沙質(zhì)地表建造一層能夠防止風(fēng)力吹揚(yáng)又具有保持水分和改良沙地性質(zhì)的固結(jié)層，以達(dá)到控制和改善沙害環(huán)境。常見的有噴灑各種化學(xué)加固劑，如前蘇聯(lián)研制使用的瀝青化合物。3、植物工程:通過播種一些耐干旱的沙生植物，改善沙漠化土地，控制和固定流沙。之所以其能固定流沙，是因?yàn)樯成参镉邪l(fā)達(dá)的根系，能固結(jié)沙粒，加上枯枝落葉腐爛后有機(jī)質(zhì)聚集，促進(jìn)了沙的成土作用，改變沙地性質(zhì)，使得流沙趨向固定。具體方法有建立防護(hù)林帶、封沙育草等等。
[0006]但其中任何一種固沙方法都不能單獨(dú)的、有效的解決風(fēng)沙危害問題。例如草方格固沙，尼龍網(wǎng)固沙，廢舊塑料瓶固沙及其他植物秸桿固沙，這些僅僅是物理固沙，起不到從根本解決問題的作用，并且像尼龍網(wǎng)固沙，在2?3年后極易造成環(huán)境的二次污染；中國科學(xué)院提出的化學(xué)固沙，存在破壞沙生植物生長的副作用，也不能全面的推廣;植物固沙是最能解根源問題的措施，主要其優(yōu)勢有:植物以其茂密的枝葉和聚積的枯枝落葉，不僅可以庇護(hù)地表沙粒，避免風(fēng)的直接作用，同時植物作為沙地上一種具有可塑性結(jié)構(gòu)的障礙物，使地面粗糙度增大，大大降低了近地表風(fēng)速。植被覆蓋度越大，降低風(fēng)速效果越明顯，據(jù)測定，當(dāng)植被蓋度大于30%時，可降低風(fēng)速40%以上;植被對區(qū)域內(nèi)小氣候具有一定的改善作用；改善土壤的機(jī)械組成及比例，增強(qiáng)土壤的結(jié)構(gòu)性能。但植物固沙存在前期成活率的問題，主要是因?yàn)槿彼瑫円箿夭畲笠约傲魃城治g其根部等。為了解決植物固沙的問題，眾多科研人員探討了大量的措施，其中西北師范大學(xué)發(fā)明的黏土基固沙材料(201110122445.3)，能夠從根源上解決流沙移動的問題，也能夠?yàn)橹参锏拇婊钐峁┮欢ǖ臓I養(yǎng)，但是對地表溫度的調(diào)控，水分的調(diào)控仍然不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種顧物理固沙、化學(xué)固沙、植物固沙的黏土基熱相變多功能固沙材料及其制備方法。
[0008]一、黏土基熱相變多功能固沙材料的制備
本發(fā)明黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
(I)將生物質(zhì)廢棄物粉碎成0.5?Icm碎渣。其中生物質(zhì)廢棄物為各種農(nóng)作物秸桿、樹葉、樹皮，馬鈴薯淀粉廢渣，醋渣，酒渣，動物糞便。
[0009](2)將生物質(zhì)可降解原料與生物質(zhì)廢棄物碎渣按1:5?1:50的質(zhì)量比高速混合，真空浸漬處理I?3小時，得到熱相變儲能添加劑。
[0010]其中，生物質(zhì)可降解原料為聚己內(nèi)酯、聚己二醇及聚丙烯酰胺的混合物?；旌衔镏?，聚己內(nèi)酯與聚己二醇的質(zhì)量比為1:1?1:5，聚己內(nèi)酯與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:1?4:1。真空浸漬是在高壓反應(yīng)釜中，于60?90°C，真空度在-0.1MPa以下，攪拌速度為800?1500r/min下進(jìn)行。
[0011 ] (3)將上述熱相變儲能添加劑與黏土按1:10-1:50的質(zhì)量比混合均勻后，鋪撒在流動沙丘表面(厚度為2?5cm)，并在其上噴灑水，使水滲入表面并形成黏土結(jié)皮。
[0012]二、黏土基熱相變多功能固沙材料的結(jié)構(gòu)和性能 1.DSC分析
對熱相變儲能添加劑與黏土的混合物進(jìn)行DSC分析，隨著添加比例的不同，其相變溫度在30°055°C之間，相變焓在69.4J/g?102J/g，屬于固-固相變材料。
[0013]2.保水性分析
實(shí)驗(yàn)人員對植物根部區(qū)域水分含量的監(jiān)測發(fā)現(xiàn):相對直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域，使用本材料能夠有效阻止水分蒸發(fā)，在同樣澆水30天后，相對對照試驗(yàn)，使用本材料的植物根部含水量高出90%。
[0014]3.保溫性分析
實(shí)驗(yàn)人員對植物根部區(qū)域離地表5?20cm位置的溫度變化監(jiān)測發(fā)現(xiàn):相對直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域，使用本材料:夏季沙漠地表溫度達(dá)到60°C時，5?20cm位置的溫度比直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域低10?25°C。
[0015]4.固沙效果介紹
本產(chǎn)品在甘肅民勤，敦煌的試驗(yàn)表明，該產(chǎn)品完全達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠有效地調(diào)節(jié)植物根部的溫度，減少巨大晝夜溫差給植物生長帶來的傷害;能夠較好的阻止水分的蒸發(fā);有良好的固沙能力，在沒有外力破壞的區(qū)域，均未發(fā)現(xiàn)砂層表面大面積的裸露現(xiàn)象；在使用該材料后，與同區(qū)域的純黏土對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沙生植物的成活率提高了 20%以上。
[0016]綜上所述，本發(fā)明在黏土基固沙材料的基礎(chǔ)上，通過加入化學(xué)固沙的理念，引入相對廉價的熱儲能相變材料及保水材料，制備的儲能熱相變多功能黏土基固沙材料兼顧物理固沙(利用黏土的表面覆蓋作用，阻止流沙移動)，化學(xué)固沙(引入熱相變儲能材料及保水材料，解決晝夜溫差大對植物存活的影響，以及通過保水材料減緩水分的蒸發(fā))及植物固沙(黏土固定了流沙的移動，防止了流沙對植物根部的侵蝕，黏土也能為植物提供營養(yǎng)，提高存活率)的優(yōu)點(diǎn)，固沙效果好，成本低；同時克服了單純的物理固沙、化學(xué)固沙存在的問題，使得黏土固沙能夠更加全面的推廣。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明黏土基熱相變多功能固沙材料制備及其效果作進(jìn)一步的說明。
[0018]實(shí)施例一
1、黏土基熱相變多功能固沙材料的制備
(1)將生物質(zhì)廢棄物(玉米秸桿)粉碎成0.5?Icm碎渣；
(2)取生物質(zhì)可降解原料聚己內(nèi)酯I份、聚己二醇I份、聚丙烯酰胺0.1份，植物秸桿碎渣按10.5份，混合后于高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行真空浸漬處理:加熱溫度60°C，真空度在-0.1MPa以下，攪拌速度為1000r/min，處理時間3小時;得到熱相變儲能添加劑；
(3)將熱相變儲能添加劑與黏土按1:10的質(zhì)量比混合均勻后，鋪撒在流動沙丘表面(厚度為2?5cm)，并在其上噴灑水(用水量以滲入表面Icm左右為宜)，使水滲入表面并形成黏土結(jié)皮。
[0019]2、黏土基熱相變多功能固沙材料的性能
(I)相變溫度和相變焓:相變溫度在31°C左右，相變焓74.5 J/g，屬于固-固相變材料。
[0020](2)保水性:相對直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域，使用本材料能夠有效阻止水分蒸發(fā)，在同樣澆水30天后，相對對照試驗(yàn)，使用本材料的植物根部含水量高出90%。
[0021](3)保溫性:夏季沙漠地表溫度達(dá)到60 °C時，對植物根部區(qū)域離地表5?20cm位置的溫度比直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域低10°c。
[0022](4)固沙效果:本產(chǎn)品在甘肅民勤，敦煌的試驗(yàn)表明，該產(chǎn)品與同區(qū)域的純黏土對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沙生植物的成活率提高了 25%。
[0023]實(shí)施例二
1、黏土基熱相變多功能固沙材料的制備
(1)將生物質(zhì)廢棄物(馬鈴薯淀粉廢渣)粉碎成0.5?Icm碎渣；
(2)取生物質(zhì)可降解原料聚己內(nèi)酯I份、聚己二醇5份、聚丙烯酰胺0.25份，植物秸桿碎渣按312.5份，混合后于高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行真空浸漬處理:加熱溫度90 V，真空度在-0.1MPa以下，攪拌速度為1000r/min，處理時間I小時;得到熱相變儲能添加劑；
(3)將熱相變儲能添加劑與黏土按1:50的質(zhì)量比混合均勻后，鋪撒在流動沙丘表面(厚度為2?5cm)，并在其上噴灑水(用水量以滲入表面Icm左右為宜)，使水滲入表面并形成黏土結(jié)皮。
[0024]2、黏土基熱相變多功能固沙材料的性能
(I)相變溫度和相變焓:相變溫度在55 0C左右，相變焓102 J/g，屬于固-固相變材料。
[0025](2)保水性:相對直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域，使用本材料能夠有效阻止水分蒸發(fā)，在同樣澆水30天后，相對對照試驗(yàn)，使用本材料的植物根部含水量高出90%。
[0026](3)保溫性:夏季沙漠地表溫度達(dá)到60 °C時，對植物根部區(qū)域離地表5?20cm位置的溫度比直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域低25°C。
[0027](4)固沙效果:本產(chǎn)品在甘肅民勤，敦煌的試驗(yàn)表明，該產(chǎn)品與同區(qū)域的純黏土對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沙生植物的成活率提高了 30%。
[0028]實(shí)施例三
1、黏土基熱相變多功能固沙材料的制備
(1)將生物質(zhì)廢棄物(羊糞)粉碎成0.5?Icm碎渣；
(2)取生物質(zhì)可降解原料聚己內(nèi)酯I份、聚己二醇3份、聚丙烯酰胺0.5份，植物秸桿碎渣180份，，混合后于高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行真空浸漬處理:加熱溫度60°C，真空度在-0.1MPa以下，攪拌速度為1000r/min，處理時間2小時;得到熱相變儲能添加劑；
(3)將熱相變儲能添加劑與黏土按1:40的質(zhì)量比混合均勻后，鋪撒在流動沙丘表面(厚度為2?5cm)，并在其上噴灑水(用水量以滲入表面Icm左右為宜)，使水滲入表面并形成黏土結(jié)皮。
[0029]2、黏土基熱相變多功能固沙材料的性能
(I)相變溫度和相變焓:相變溫度在45 0C左右，相變焓80 J/g，屬于固-固相變材料。
[0030](2)保水性:相對直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域，使用本材料能夠有效阻止水分蒸發(fā)，在同樣澆水30天后，相對對照試驗(yàn)，使用本材料的植物根部含水量高出90%。
[0031](3)保溫性:夏季沙漠地表溫度達(dá)到60 °C時，對植物根部區(qū)域離地表5?20cm位置的溫度比直接使用純黏土固沙材料的區(qū)域低15°C。
[0032](4)固沙效果:本產(chǎn)品在甘肅民勤，敦煌的試驗(yàn)表明，該產(chǎn)品與同區(qū)域的純黏土對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沙生植物的成活率提高了 24%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法，包括以下工藝步驟: (1)將生物質(zhì)廢棄物粉碎成0.5?ICm碎渣； (2)將生物質(zhì)可降解原料與生物質(zhì)廢棄物碎渣按1:5?1: 50的質(zhì)量比高速混合，真空浸漬處理I?3小時，得到熱相變儲能添加劑； (3)將上述熱相變儲能添加劑與黏土按1:10?1:50的質(zhì)量比混合均勻后，鋪撒在流動沙丘表面，并在其上噴灑水，使水滲入表面并形成黏土結(jié)皮。2.如權(quán)利要求1所述黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法，其特征在于:所述生物質(zhì)廢棄物為各種農(nóng)作物秸桿、樹葉、樹皮，馬鈴薯淀粉廢渣，醋渣，酒渣，動物糞便。3.如權(quán)利要求1所述黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法，其特征在于:所述生物質(zhì)可降解原料為聚己內(nèi)酯、聚己二醇及聚丙烯酰胺的混合物。4.如權(quán)利要求3所述黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法，其特征在于混合物中，聚己內(nèi)酯與聚己二醇的質(zhì)量比為1:1?1:5，聚己內(nèi)酯與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:1?4:1。5.如權(quán)利要求1所述黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法，其特征在于:所述真空浸漬是在高壓反應(yīng)釜中，于60?90°C，真空度在-0.1MPa以下，攪拌速度為800?1500r/min下進(jìn)行。6.如權(quán)利要求1所述黏土基熱相變多功能固沙材料的制備方法，其特征在于:熱相變儲能添加劑與黏土混合均勻后鋪撒在流動沙丘表面的厚度為2?5cm。
【文檔編號】C09K5/02GK106010551SQ201610358361
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】雷自強(qiáng), 張哲 , 趙睿, 馬國富, 楊志旺
【申請人】西北師范大學(xué)