CN110746230A - 一种环保型土壤改良剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保型土壤改良剂，主要解决现有土壤改良剂不易降解、对土壤产生污染的问题，通过采用环保型土壤改良剂，其各组分通式表示为SAaBbCcDd，其中S为高吸水性树脂，A为生物有机质，B为膨润土，C为营养元素混合物，D为有机肥的技术方案，较好地解决了该技术问题，可用于沙漠、耕地、盐碱地、重金属污染地等土壤改良中。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保型土壤改良剂其制备方法以及在沙漠、耕地、盐碱地、重金属污染地等土壤中的应用。
背景技术
土壤污染是由于人类活动产生的污染物进入土壤长时间积累后，引起土壤质量恶化。当今社会，城市污水排入地下，大量工业生产废水排入农田，大量化肥、农药进入到农地中，破坏了土壤的生态平衡，引起土壤污染。土壤污染会导致地下水受到污染，农产品农药残留富集，尤其是重金属元素及不能降解的白色污染。土壤污染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，因而土壤污染急需要得到解决。
土壤改良剂的作用包含了降解白色污染和保水增肥两方面。一方面，土壤改良剂中具有粘接作用，在土壤中可形成有一定强度的防护层，隔开气流对土壤的直接作用，在一定的程度上保持水分及肥料，提高植物成活率。另一方面，土壤改良剂中的微生物对土壤中白色污染物进行吸收、氧化、还原和降解等，降低或消除土壤中污染物的毒性，达到控制和改善土壤环境的目的。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。
高吸水性树脂是一种含有羧基、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，无毒、无害、无污染，可反复释水、吸水，重复利用。环境友好型的高分子聚合物类材料是当前生物降解领域的研究热点。本研究将海藻酸钠与甲基丙烯酸甲酯接枝共聚而形成高吸水性树脂，同时在表面进行交联形成特殊的网络结构，并将有机质、微生物包覆在网络结构中，具有优异的吸水和保水能力，且在土壤中生物降解，改善被污染的土壤环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是现有土壤改良剂不易降解、对土壤产生污染的问题，提供一种新的环保型土壤改良剂，该改良剂具有易降解、对土壤无污染的特点。
本发明要解决的技术问题之二是上述技术问题之一所述环保型土壤改良剂的制备方法。
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环保型土壤改良剂在沙漠、耕地、盐碱地、重金属污染地等土壤中的应用。
为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：
一种环保型土壤改良剂，其各组分通式表示为SAaBbCcDd，其中S为高吸水性树脂；A为生物有机质，包括选自煤灰粉、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；B为膨润土，包括选自钠基膨润土、钙基膨润土、氢基膨润土、有机膨润土中的一种或多种；C为营养元素混合物，包含选自大量元素氮磷钾化合物，及少量铁、锌、锰、铜、钼、硼、氯等微量元素化合物中的一种或多种；D为有机肥，选自包含鸡粪、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。a为生物有机质与高吸水性树脂的质量比，a取值0.1 ~ 2.0；b为膨润土与高吸水性树脂的质量比，b取值0.1 ~ 2.0；c为营养元素混合物与高吸水性树脂的质量比，c取值0.1 ~ 1.0；d为有机肥与高吸水性树脂的质量比，d取值0.1 ~ 2.0。
上述技术方案中，高吸水性树脂是通过海藻酸钠与甲基丙烯酸甲酯单体聚合反应制备，海藻酸钠与甲基丙烯酸甲酯单体质量百分比为1%~40%。
上述技术方案中，营养元素混合物中，大量元素氮磷钾化合物所占比例为90%以上。
上述技术方案中，pH根据土壤情况要求调节为5~9。
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环保型土壤改良剂的制备方法，包括：
高吸水性树脂的制备；
各原料混合；
造粒成型。
上述技术方案中，所述高吸水性树脂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，造粒成型后环保型土壤改良剂粒径和形状没有明确的限制，仅作为举例，土壤改良剂粒径可以为0.1~10mm，土壤改良剂形状可以为球型、正方体、长方体、圆柱体、锥型、拉西环。
上述技术方案中，所述的环保型土壤改良剂可以采用如下的方式制备，具体如下：
1、高吸水性树脂的制备
将高分子单体分别溶解后混合，分别加入引聚剂，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，得到高吸水性树脂前体。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。将高吸水性树脂前体粉碎，过目筛，得到无色透明粒状高吸水性树脂。
2、各原料混合
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性树脂加入混合机中，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，得到土壤改良剂。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。
上述技术方案中，引聚剂包括选自二甲基甲酰胺、过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二特丁基、过氧化苯甲酰叔丁酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉、偶氮二异丁腈、偶氮二氰基戊酸中的一种或多种；交联剂使用N-羟甲基丙烯酰胺。
上述技术方案中，作为优选的技术方案之一，引聚剂优选同时包括二甲基甲酰胺与过氧化苯甲酰叔丁酯，二甲基甲酰胺与过氧化苯甲酰叔丁酯在土壤改良剂降解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，引聚剂优选同时包括二甲基甲酰胺与偶氮二异丁腈，二甲基甲酰胺与偶氮二异丁腈在土壤改良剂降解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，引聚剂优选同时包括过氧化苯甲酰叔丁酯与偶氮二异丁腈，过氧化苯甲酰叔丁酯与偶氮二异丁腈在土壤改良剂降解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，引聚剂优选同时包括二甲基甲酰胺、过氧化苯甲酰叔丁酯和偶氮二异丁腈，三者在土壤改良剂降解方面具有三元组合协同增效作用。
通过此方式制备的土壤改良剂在生物降解性、土壤改良方面出奇地好。
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环保型土壤改良剂在沙漠、耕地、盐碱地、重金属污染地等土壤中的应用。
本发明的技术关键是环保型土壤改良剂的选择，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：
环保型土壤改良剂，包括在上述技术问题之一的技术方案中任一项所述环保型土壤改良剂存在下，土壤中不易降解的白色污染、重金属等均可逐步生物降解，使土壤有机质增多，保水增肥，土壤环境得到有效改善，可大幅度提高植被的成活率，保护植被正常生长，改善生态环境。
上述技术方案中，为了使环保型土壤改良剂更好地发挥作用，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以上的风及高温、低温天气。
上述技术方案中，环保型土壤改良剂与土壤沙粒混合后，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。
采用本发明环保型土壤改良剂，聚氯乙烯部分得到降解，降解率随着时间逐渐增加。而土壤改良剂本身也受到微生物侵噬，分解产生促进剂，与土壤中的重金属盐发生反应，高分子链不断被切断，分子量降低，低聚体最后逐步降解成二氧化碳和水。本发明环保型土壤改良剂取得了较好的技术效果，可以在沙漠、耕地、盐碱地、重金属污染地等土壤中进行应用。
附图说明
图1为使用不同引聚剂制得的土壤改良剂生物降解性的评价结果。
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土壤改良剂评价方法为：
将不易降解的聚氯乙烯材料处理成粉末，按照一定比例与土壤改良剂混合均匀后，轻压成型为等重量的长方体条状（质量m1）。将各条状放入疏松的土壤中，约离地面20cm，定时取出1个条状进行清洗、烘干、称量，并记录残留质量m2。降解率=(m1-m2)/m1。
【实施例1】
1、高吸水性树脂的制备
将50g甲基丙烯酸甲酯加入三口烧瓶中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g进行中和。再加入20g 30%的海藻酸钠水溶液，搅拌速度300r/min，再加入1.0g二甲基甲酰胺，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g N-羟甲基丙烯酰胺，继续反应1h后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水性树脂前体。再将其粉碎，过目筛，得到透明粒状高吸水性树脂。
2、各原料混合
将40g生物有机质、40g膨润土、20g营养元素混合物、40g有机肥与60g高吸水性树脂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1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，得到环保型土壤改良剂。
通过前述评价方法对所得土壤改良剂进行测评，结果如图1所示。
【实施例2】
1、高吸水性树脂的制备
将50g甲基丙烯酸甲酯加入三口烧瓶中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g进行中和。再加入20g 30%的海藻酸钠水溶液，搅拌速度300r/min，再加入1.0g过氧化苯甲酰叔丁酯，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g N-羟甲基丙烯酰胺，继续反应1h后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水性树脂前体。再将其粉碎，过目筛，得到透明粒状高吸水性树脂。
2、各原料混合
将40g生物有机质、40g膨润土、20g营养元素混合物、40g有机肥与60g高吸水性树脂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1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，得到环保型土壤改良剂。
通过前述评价方法对所得土壤改良剂进行测评，结果如图1所示。
【实施例3】
1、高吸水性树脂的制备
将50g甲基丙烯酸甲酯加入三口烧瓶中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g进行中和。再加入20g 30%的海藻酸钠水溶液，搅拌速度300r/min，再加入1.0g偶氮二异丁腈，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g N-羟甲基丙烯酰胺，继续反应1h后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水性树脂前体。再将其粉碎，过目筛，得到透明粒状高吸水性树脂。
2、各原料混合
将40g生物有机质、40g膨润土、20g营养元素混合物、40g有机肥与60g高吸水性树脂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1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，得到环保型土壤改良剂。
通过前述评价方法对所得土壤改良剂进行测评，结果如图1所示。
【实施例4】
1、高吸水性树脂的制备
将50g甲基丙烯酸甲酯加入三口烧瓶中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g进行中和。再加入20g 30%的海藻酸钠水溶液，搅拌速度300r/min，再加入0.5g二甲基甲酰胺和0.5g过氧化苯甲酰叔丁酯，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g N-羟甲基丙烯酰胺，继续反应1h后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水性树脂前体。再将其粉碎，过目筛，得到透明粒状高吸水性树脂。
2、各原料混合
将40g生物有机质、40g膨润土、20g营养元素混合物、40g有机肥与60g高吸水性树脂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1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，得到环保型土壤改良剂。
通过前述评价方法对所得土壤改良剂进行测评，结果如图1所示。
【实施例5】
1、高吸水性树脂的制备
将50g甲基丙烯酸甲酯加入三口烧瓶中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g进行中和。再加入20g 30%的海藻酸钠水溶液，搅拌速度300r/min，再加入0.5g二甲基甲酰胺和0.5g偶氮二异丁腈，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g N-羟甲基丙烯酰胺，继续反应1h后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水性树脂前体。再将其粉碎，过目筛，得到透明粒状高吸水性树脂。
2、各原料混合
将40g生物有机质、40g膨润土、20g营养元素混合物、40g有机肥与60g高吸水性树脂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1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，得到环保型土壤改良剂。
通过前述评价方法对所得土壤改良剂进行测评，结果如图1所示。
【实施例6】
1、高吸水性树脂的制备
将50g甲基丙烯酸甲酯加入三口烧瓶中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g进行中和。再加入20g 30%的海藻酸钠水溶液，搅拌速度300r/min，再加入0.5g过氧化苯甲酰叔丁酯和0.5g偶氮二异丁腈，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g N-羟甲基丙烯酰胺，继续反应1h后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水性树脂前体。再将其粉碎，过目筛，得到透明粒状高吸水性树脂。
2、各原料混合
将40g生物有机质、40g膨润土、20g营养元素混合物、40g有机肥与60g高吸水性树脂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1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，得到环保型土壤改良剂。
通过前述评价方法对所得土壤改良剂进行测评，结果如图1所示。
【实施例7】
1、高吸水性树脂的制备
将50g甲基丙烯酸甲酯加入三口烧瓶中，再加入20%的氢氧化钠溶液50g进行中和。再加入20g 30%的海藻酸钠水溶液，搅拌速度300r/min，再加入0.4g二甲基甲酰胺、0.3g过氧化苯甲酰叔丁酯和0.3g偶氮二异丁腈，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g N-羟甲基丙烯酰胺，继续反应1h后得到透明凝胶块。在烘箱80℃干燥5小时，得到高吸水性树脂前体。再将其粉碎，过目筛，得到透明粒状高吸水性树脂。
2、各原料混合
将40g生物有机质、40g膨润土、20g营养元素混合物、40g有机肥与60g高吸水性树脂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1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，得到环保型土壤改良剂。
通过前述评价方法对所得土壤改良剂进行测评，结果如图1所示。
Claims (10)
1.一种环保型土壤改良剂，其各组分通式表示为SAaBbCcDd，其中S为高吸水性树脂；A为生物有机质，包括选自煤灰粉、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；B为膨润土，包括选自钠基膨润土、钙基膨润土、氢基膨润土、有机膨润土中的一种或多种；C为营养元素混合物，包含选自大量元素氮磷钾化合物，及少量铁、锌、锰、铜、钼、硼、氯等微量元素化合物中的一种或多种；D为有机肥，选自包含鸡粪、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。
2.根据权利要求1所述的环保型土壤改良剂，其特征是，a为生物有机质与高吸水性树脂的质量比，a取值0.1 ~ 2.0；b为膨润土与高吸水性树脂的质量比，b取值0.1 ~ 2.0；c为营养元素混合物与高吸水性树脂的质量比，c取值0.1 ~ 1.0；d为有机肥与高吸水性树脂的质量比，d取值0.1 ~ 2.0。
3.根据权利要求1所述的环保型土壤改良剂，其特征是，高吸水性树脂是由海藻酸钠与甲基丙烯酸甲酯单体聚合反应制备，海藻酸钠与甲基丙烯酸甲酯单体质量百分比为1%~40%。
4.根据权利要求1所述的环保型土壤改良剂，其特征是，营养元素混合物中，大量元素氮磷钾化合物所占比例为90%以上。
5.根据权利要求1所述的环保型土壤改良剂，其特征是，pH根据土壤情况要求调节为5~9。
6.根据权利要求1所述的环保型土壤改良剂，其特征是环保型土壤改良剂的制备方法包括如下步骤：
高吸水性树脂的制备；
各原料混合；
造粒成型。
7.根据权利要求5所述的制备方法，高吸水性树脂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。
8.根据权利要求5所述的制备方法，环保型土壤改良剂形状可以是但不限于球型、正方体、长方体、圆柱体、锥型、拉西环。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是环保型土壤改良剂优选配合工程施工，可以通过但不限于喷灌、滴灌、微喷的方式进行水渗透。
10.权利要求1所述的环保型土壤改良剂在沙漠、耕地、盐碱地、重金属污染地等土壤中的应用。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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