CN114538881A - 一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性植物纤维‑矿物复合土壤改良材料，该土壤改良材料的配方包括以下组份：基础A组分65％～75％，基础B组分10％‑30％，稳定剂0.1％～0.3％以及结构调整剂5％～15％，本发明还公开了一种改性植物纤维‑矿物复合土壤改良材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：结构调整剂改性酸化处理，结构调整剂改性聚合反应，结构调整剂改性钝化处理，选材破碎，混合粉磨，复配备用；使用改性植物纤维‑矿物复合土壤改良材料的西安河道疏浚淤泥的P和W含量明显减少，土壤入渗率得到大幅提升，且阳离子交换量增加迅猛，并且土壤含盐量明显减少，以及重金属浸出浓度含量指标大幅下降。

Description

一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及土壤改良材料制备技术领域，具体为一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料及其制备方法。

背景技术

随着国家“双碳”目标的逐步落实，对于细颗粒废弃物(淤泥、淤泥质土、污泥、沙漠砂、矿山尾砂等)的资源化再利用逐步得到充分认识。由于近年来大规模的河湖整治工程、港口航道建设和维护工程，产生大量的疏浚淤泥若处置不当，将带来占用土地、污染河流、影响水体生态环境等严重的环境问题。

现有技术中，使用胶结固化的处理方法，能将软土中有毒有害物质封固在晶体结构中，将淤泥改性成为满足工程用土，同时也将使其结构发生不可逆的变化，且碱性过高导致种植性能丧失。使用土壤改良的处理方式，能将淤泥中的水分控制在合理的范围，形成疏松的土壤结构，使其恢复成植生性良好的种植土。

但是，我国细颗粒废弃物(淤泥、淤泥质土、污泥、沙漠砂、矿山尾砂等)资源化再利用的任务严峻，传统胶结固化的治理方式对土壤结构的扰动过大，破坏了原土地资源的生态环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的传统胶结固化的治理方式对土壤结构的扰动过大，破坏了原土地资源的生态环境的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，该土壤改良材料的配方包括以下组份：基础A组分65％～75％，基础B组分10％-30％，稳定剂0.1％～0.3％以及结构调整剂5％～15％。

优选的，所述基础A组分为：粒化高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、偏高岭土、膨润土、高温电厂底灰中的任意一种或两种硅铝基工业废渣。

优选的，所述基础B组分为：硅酸钠、水泥熟料、石膏的任意两种或三种。

优选的，所述稳定剂为：聚乙烯醇、壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、异丁基壳聚糖、羟丙基壳聚糖的任意一种或两种。

优选的，所述结构调整剂为：天然植物纤维经酸化处理和聚合反应后，再经羧甲基纤维素钠和氢氧化铝进行表面改性的改性植物纤维。

优选的，所述植物纤维为：谷物秸秆、剑麻、黄麻、椰树壳、竹、甘蔗渣、香蕉茎、玉米芯、菠萝渣等天然植物纤维的任意一种或两种。

一种如上所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

结构调整剂改性酸化处理，将天然植物纤维放入反应釜中，加入浓度为2.3‰的稀盐酸，将反应釜加热至100℃，反应24小时，再在室温下冷却后抽滤，使用去离子水进行多次冲洗，直至pH测试为中性；再将产物放入60℃的烘箱中干燥存储备用，得到酸化处理的纤维素；

结构调整剂改性聚合反应，将丙烯酸和氢氧化钠以1:2的比例加入反应釜中；随后分别酸化处理的纤维素、丙烯酰胺、过硫酸钾、过硫酸铵、氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠将按比例加入到反应釜溶液中，添加比例为酸化处理的纤维素:丙烯酰胺:过硫酸钾:过硫酸铵＝15:15:3.5:3.5，使用搅拌棒将物料搅拌均匀；再按比例加入氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠，添加比例为氢氧化铝:经羧甲基纤维素钠＝1:2；最后，在反应釜中装上搅拌器、氮气导管，在氮气的保护下，持续搅拌缓慢加热到70℃，在产品变成较为粘稠时停止加热，然后把所得的聚合物样品用剪刀剪碎，放置于60℃的烘箱中干燥备用；

结构调整剂改性钝化处理，聚合反应结束后，使用去离子水进行多次清洗，以去除未反应的单体，再进行冷冻干燥，最终得到结构调整剂；

选材破碎，选择基础A组分、B组分中的不同矿物，分别放入破碎机中进行破碎，再使用孔径为20mm的筛子进行筛分，筛上物返回再破碎，筛下物备用；

混合粉磨，将各原材料烘干，然后将干燥的基础A组分、B组分磨至比表面积≥280m²/kg，得到矿物粉末；再按一定比例将矿物粉末与稳定剂混合后，将其放入粉磨机进行二次粉末粉磨，磨至200目筛余5％即可；

复配备用，将上述粉体材料与结构调整剂按一定比例混合复配，储存备用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该土壤改良材料以改性植物纤维、硅铝基矿物为主要原材料，均对自然土体无毒害，且价格低廉、来源广泛；该土壤改良材材料复合了改性植物纤维的结构优势和硅铝基矿物的反应活性优势，添加后将促使惰性细粒料形成具有一定固结强度的疏松结构体，确保改良后土体的稳定性和可种植性；使用改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料的西安河道疏浚淤泥的P和W含量明显减少，土壤入渗率得到大幅提升，且阳离子交换量增加迅猛，并且土壤含盐量明显减少，以及重金属浸出浓度含量指标大幅下降。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料及其制备方法，改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料的组分及其含量为：

一种如上所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

结构调整剂改性酸化处理，将天然植物纤维放入反应釜中，加入浓度为2.3‰的稀盐酸，将反应釜加热至100℃，反应24小时，再在室温下冷却后抽滤，使用去离子水进行多次冲洗，直至pH测试为中性；再将产物放入60℃的烘箱中干燥存储备用，得到酸化处理的纤维素；

结构调整剂改性聚合反应，将丙烯酸和氢氧化钠以1:2的比例加入反应釜中；随后分别酸化处理的纤维素、丙烯酰胺、过硫酸钾、过硫酸铵、氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠将按比例加入到反应釜溶液中，添加比例为酸化处理的纤维素:丙烯酰胺:过硫酸钾:过硫酸铵＝15:15:3.5:3.5，使用搅拌棒将物料搅拌均匀；再按比例加入氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠，添加比例为氢氧化铝:经羧甲基纤维素钠＝1:2；最后，在反应釜中装上搅拌器、氮气导管，在氮气的保护下，持续搅拌缓慢加热到70℃，在产品变成较为粘稠时停止加热，然后把所得的聚合物样品用剪刀剪碎，放置于60℃的烘箱中干燥备用；

结构调整剂改性钝化处理，聚合反应结束后，使用去离子水进行多次清洗，以去除未反应的单体，再进行冷冻干燥，最终得到结构调整剂；

选材破碎，选择基础A组分、B组分中的不同矿物，分别放入破碎机中进行破碎，再使用孔径为20mm的筛子进行筛分，筛上物返回再破碎，筛下物备用；

混合粉磨，将各原材料烘干，然后将干燥的基础A组分、B组分磨至比表面积≥280m²/kg，得到矿物粉末；再按一定比例将矿物粉末与稳定剂混合后，将其放入粉磨机进行二次粉末粉磨，磨至200目筛余≤1％即可；

复配备用，将上述粉体材料与结构调整剂按一定比例混合复配，储存备用。

实施例二

本发明提供一种技术方案：一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，该土壤改良材料的配方包括以下组份：

一种如上所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

结构调整剂改性酸化处理，将天然植物纤维放入反应釜中，加入浓度为2.3‰的稀盐酸，将反应釜加热至100℃，反应24小时，再在室温下冷却后抽滤，使用去离子水进行多次冲洗，直至pH测试为中性；再将产物放入60℃的烘箱中干燥存储备用，得到酸化处理的纤维素；

结构调整剂改性聚合反应，将丙烯酸和氢氧化钠以1:2的比例加入反应釜中；随后分别酸化处理的纤维素、丙烯酰胺、过硫酸钾、过硫酸铵、氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠将按比例加入到反应釜溶液中，添加比例为酸化处理的纤维素:丙烯酰胺:过硫酸钾:过硫酸铵＝15:15:3.5:3.5，使用搅拌棒将物料搅拌均匀；再按比例加入氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠，添加比例为氢氧化铝:经羧甲基纤维素钠＝1:2；最后，在反应釜中装上搅拌器、氮气导管，在氮气的保护下，持续搅拌缓慢加热到70℃，在产品变成较为粘稠时停止加热，然后把所得的聚合物样品用剪刀剪碎，放置于60℃的烘箱中干燥备用；

结构调整剂改性钝化处理，聚合反应结束后，使用去离子水进行多次清洗，以去除未反应的单体，再进行冷冻干燥，最终得到结构调整剂；

选材破碎，选择基础A组分、B组分中的不同矿物，分别放入破碎机中进行破碎，再使用孔径为20mm的筛子进行筛分，筛上物返回再破碎，筛下物备用；

混合粉磨，将各原材料烘干，然后将干燥的基础A组分、B组分磨至比表面积≥280m²/kg，得到矿物粉末；再按一定比例将矿物粉末与稳定剂混合后，将其放入粉磨机进行二次粉末粉磨，磨至200目筛余≤3％即可；

复配备用，将上述粉体材料与结构调整剂按一定比例混合复配，储存备用。

实施例三

本发明提供一种技术方案：一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，该土壤改良材料的配方包括以下组份：

一种如上所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

结构调整剂改性酸化处理，将天然植物纤维放入反应釜中，加入浓度为2.3‰的稀盐酸，将反应釜加热至100℃，反应24小时，再在室温下冷却后抽滤，使用去离子水进行多次冲洗，直至pH测试为中性；再将产物放入60℃的烘箱中干燥存储备用，得到酸化处理的纤维素；

结构调整剂改性聚合反应，将丙烯酸和氢氧化钠以1:2的比例加入反应釜中；随后分别酸化处理的纤维素、丙烯酰胺、过硫酸钾、过硫酸铵、氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠将按比例加入到反应釜溶液中，添加比例为酸化处理的纤维素:丙烯酰胺:过硫酸钾:过硫酸铵＝15:15:3.5:3.5，使用搅拌棒将物料搅拌均匀；再按比例加入氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠，添加比例为氢氧化铝:经羧甲基纤维素钠＝1:2；最后，在反应釜中装上搅拌器、氮气导管，在氮气的保护下，持续搅拌缓慢加热到70℃，在产品变成较为粘稠时停止加热，然后把所得的聚合物样品用剪刀剪碎，放置于60℃的烘箱中干燥备用；

结构调整剂改性钝化处理，聚合反应结束后，使用去离子水进行多次清洗，以去除未反应的单体，再进行冷冻干燥，最终得到结构调整剂；

选材破碎，选择基础A组分、B组分中的不同矿物，分别放入破碎机中进行破碎，再使用孔径为20mm的筛子进行筛分，筛上物返回再破碎，筛下物备用；

混合粉磨，将各原材料烘干，然后将干燥的基础A组分、B组分磨至比表面积≥280m²/kg，得到矿物粉末；再按一定比例将矿物粉末与稳定剂混合后，将其放入粉磨机进行二次粉末粉磨，磨至200目筛余≤1％即可；

复配备用，将上述粉体材料与结构调整剂按一定比例混合复配，储存备用。

对比例一

选用西安河道疏浚淤泥。

上述三组实施例不同配比制备的改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，分别与对比例一的西安河道疏浚淤泥(其理化指标见下表所示)，掺量均为总物料质量的5％。均匀搅拌后，至于70.7×70.7×70.7mm的试模中，振捣成型，1天后拆模，并放在标准养护条件下养护7天，分别检测三种配料的改性土的理化指标、植生性指标，以及重金属浸出毒性指标，具体实验对比值见下表所示。

各实施例的改良土检测表

由上述表格对比得出，使用改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料的西安河道疏浚淤泥的P和W含量明显减少，土壤入渗率得到大幅提升，且阳离子交换量增加迅猛，并且土壤含盐量明显减少，以及重金属浸出浓度含量指标大幅下降。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，其特征在于；该土壤改良材料的配方包括以下组份：基础A组分65％～75％，基础B组分10％-30％，稳定剂0.1％～0.3％以及结构调整剂5％～15％。

2.根据权利要求1所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，其特征在于：所述基础A组分为：粒化高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、偏高岭土、膨润土、高温电厂底灰中的任意一种或两种硅铝基工业废渣。

3.根据权利要求1所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，其特征在于：所述基础B组分为：硅酸钠、水泥熟料、石膏的任意两种或三种。

4.根据权利要求1所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，其特征在于：所述稳定剂为：聚乙烯醇、壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、异丁基壳聚糖、羟丙基壳聚糖的任意一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，其特征在于：所述结构调整剂为：天然植物纤维经酸化处理和聚合反应后，再经羧甲基纤维素钠和氢氧化铝进行表面改性的改性植物纤维。

6.根据权利要求5所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料，其特征在于：所述植物纤维为：谷物秸秆、剑麻、黄麻、椰树壳、竹、甘蔗渣、香蕉茎、玉米芯、菠萝渣等天然植物纤维的任意一种或两种。

7.一种如权利要求1-6任意一条所述的一种改性植物纤维-矿物复合土壤改良材料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

结构调整剂改性酸化处理，将天然植物纤维放入反应釜中，加入浓度为2.3‰的稀盐酸，将反应釜加热至100℃，反应24小时，再在室温下冷却后抽滤，使用去离子水进行多次冲洗，直至pH测试为中性；再将产物放入60℃的烘箱中干燥存储备用，得到酸化处理的纤维素；

结构调整剂改性聚合反应，将丙烯酸和氢氧化钠以1:2的比例加入反应釜中；随后分别酸化处理的纤维素、丙烯酰胺、过硫酸钾、过硫酸铵、氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠将按比例加入到反应釜溶液中，添加比例为酸化处理的纤维素:丙烯酰胺:过硫酸钾:过硫酸铵＝15:15:3.5:3.5，使用搅拌棒将物料搅拌均匀；再按比例加入氢氧化铝、经羧甲基纤维素钠，添加比例为氢氧化铝:经羧甲基纤维素钠＝1:2；最后，在反应釜中装上搅拌器、氮气导管，在氮气的保护下，持续搅拌缓慢加热到70℃，在产品变成较为粘稠时停止加热，然后把所得的聚合物样品用剪刀剪碎，放置于60℃的烘箱中干燥备用；

结构调整剂改性钝化处理，聚合反应结束后，使用去离子水进行多次清洗，以去除未反应的单体，再进行冷冻干燥，最终得到结构调整剂；

选材破碎，选择基础A组分、B组分中的不同矿物，分别放入破碎机中进行破碎，再使用孔径为20mm的筛子进行筛分，筛上物返回再破碎，筛下物备用；

混合粉磨，将各原材料烘干，然后将干燥的基础A组分、B组分磨至比表面积≥280m²/kg，得到矿物粉末；再按一定比例将矿物粉末与稳定剂混合后，将其放入粉磨机进行二次粉末粉磨，磨至200目筛余5％即可；

复配备用，将上述粉体材料与结构调整剂按一定比例混合复配，储存备用。