專利名稱：納米荒漠治理材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種納米荒漠治理材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
荒漠治理已成為世界各國在環(huán)保領(lǐng)域越來越重視的問題，且各國的治理模式因各自的國情而各不相同。例如蘇聯(lián)植物治沙的基本模式是在草原地帶，配合尖葉柳等中生灌木營造松樹；在半荒漠地帶，大面積種草(巨野麥等)并結(jié)合種植旱生灌木；在荒漠地帶主要是栽植梭梭、沙拐棗等旱生、強旱生灌木。而美國治沙主要集中在五大湖周圍沙丘和東西兩大洋的海岸沙丘，先栽植海岸草將流沙固定，然后種豆科植物或灌木進一步改良土壤，最后栽植松樹；而對氣候干旱的內(nèi)陸沙丘主要是利用雨季播種草本植物。澳大利亞對年降水量大于500mm的海岸沙丘先種草使流沙固定，然后種豆科等植物，最后種喬木和灌木；對內(nèi)陸沙丘的治理，限于年降水量超過250mm的地區(qū)，主要措施是種草。阿聯(lián)酋因其巨大的石油收入，采用海水淡化實施沙漠灌溉，同時選擇沙漠適生植物大規(guī)模種植，收效甚佳，只是成本很高，非一般國家所能采用。以色列的滴灌和電腦控制下的精細農(nóng)牧業(yè)技術(shù)，也是投入極高，效果當然也好。伊朗以浙青層墊底，上面植樹再進行灌溉。
各個國家因為沙化土地的干旱程度不同而采取不同的治沙技術(shù)，共同點均為采取植物治沙，即在沙漠上形成植被，防止沙化擴展，以改善生態(tài)環(huán)境。其技術(shù)發(fā)展的主要方面 一是單一的營造植被，向植建多元(立體)植被方向發(fā)展；二是從單施肥料向施肥與施用固水、固肥材料配合的方向發(fā)展；三是向植被種植與合理利用結(jié)合的方向發(fā)展，防治荒漠既要解決沙化的擴散，又要能鞏固治沙成果并促進經(jīng)濟發(fā)展和社會的穩(wěn)定。
但是，在現(xiàn)有的治理荒漠的方式中，沙土、養(yǎng)分的穩(wěn)固仍無法有效保證，在大風(fēng)等惡劣天氣下，仍會被吹起大量揚塵。無法從根本上解決沙漠、沙土蓄水、蓄肥、固沙、固水、固肥的問題，所有這些方法都只能治標而不治本。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種納米荒漠治理材料及其制備方法，能夠更好地蓄水、蓄肥、固水、固肥。
本發(fā)明提供了一種納米荒漠治理材料，包括
層狀硅酸鹽1-8份，有機質(zhì)4份及以上，微生物菌10-20份，腐植酸5_7份。
在本發(fā)明的各實施例中，優(yōu)選地，所述層狀硅酸鹽包括磷石膏和高磷土。
在本發(fā)明的各實施例中，優(yōu)選地，所述腐植酸為5. 8份。
在本發(fā)明的各實施例中，優(yōu)選地，所述的納米荒漠治理材料進一步包括
粉煤灰10-20份，所述粉煤灰的細度為300-500目。
在本發(fā)明的各實施例中，優(yōu)選地，所述的納米荒漠治理材料進一步包括
無機鹽6-15份。
在本發(fā)明的各實施例中，`優(yōu)選地，所述無機鹽包括等重量比混合的氮鹽、鉀鹽和磷鹽。
在本發(fā)明的各實施例中，優(yōu)選地，所述納米荒漠治理材料的PH為5. 5-8。
在本發(fā)明的各實施例中，優(yōu)選地，所述納米荒漠治理材料的PH為5. 5-6. 5 ；
或
所述納米荒漠治理材料的PH為7-8。
本發(fā)明還提供了一種如前述的納米荒漠治理材料的制備方法，包括
在氟磷酸鈣礦漿與硫酸反應(yīng)生成的混合酸中，將層狀硅酸鹽料漿由控制的78°C以上降至65°C以下時，加入細度為60目的層狀硅酸鹽，同時加入含NH4+的銨鹽，得到層狀硅酸鹽；
將秸桿進行第一發(fā)酵，得到所述有機質(zhì)及所述腐植酸；
將所述層狀硅酸鹽與所述有機質(zhì)及所述腐植酸進行混合，并加入所述微生物菌， 進行第二發(fā)酵。
在本發(fā)明的各實施例中，優(yōu)選地，進一步包括將氟磷酸鈣與硫酸在83°C以上的環(huán)境中進行反應(yīng)，且持續(xù)該反應(yīng)一段時間，生成磷石膏，并將其降溫至60°C以下時加入所述層狀硅酸鹽；
和/ 或；
將秸桿在15_35°C條件下，以固、水比為5 :2加入菌種，進行所述第一發(fā)酵，該第一發(fā)酵持續(xù)98-128小時，將所得物在48-68°C的溫度條件下、在Ph為3. 5-7. 5的環(huán)境下加入所述層狀硅酸鹽中；
和/ 或；
所述第二發(fā)酵在15_35°C的溫度環(huán)境下進行，所述第二發(fā)酵的持續(xù)時間為3-5天。
通過本發(fā)明的各實施例提供的納米荒漠治理材料及其制備方法，能夠帶來以下有益效果
1.能夠更好地蓄水、蓄肥、固水、固肥。本發(fā)明提供的納米荒漠治理材料中包括的層狀硅酸鹽是天然的、無機的、結(jié)構(gòu)片層具有納米尺度特性良好的材料，其具有吸水倍率高、易于插層復(fù)合的特點，能夠?qū)⑺I養(yǎng)物質(zhì)、沙土吸附于其片層之間。由于層狀硅酸鹽的材質(zhì)具有納米級別，所以片層間的吸附作用較強勁，使得水、營養(yǎng)物質(zhì)、沙土不會因為大風(fēng)而被刮走，進而有效地蓄水、蓄肥、固水、固肥。這樣就可從根本上解決水、肥、沙土的流失， 從而可以得到更好的荒漠治理效果。
2.進一步提高層狀硅酸鹽的片層間的吸附能力。本發(fā)明的實施例可以利用磷石膏的“晶核”應(yīng)用，使層狀硅酸鹽片層間形成剛性柱撐。在有機酸的輔助作用下，利用磷石膏晶粒的“晶核”特性，使層狀硅酸鹽層間形成剛性柱撐，層狀不易塌陷，多孔化大幅度提高了材料的比表面積，為嵌套水份和營養(yǎng)基，制備具有保水蓄肥、緩釋和改善土壤結(jié)構(gòu)功能的全天然生態(tài)防治荒漠新材料提供技術(shù)基礎(chǔ)。
3.提供綠色肥料，有效避免二次污染。在防治荒漠材料基材的選擇，其他原輔材料的選用上首先考慮的是必須符合環(huán)保要求，而有機肥的合理搭配使用，則復(fù)合這一要求。綠肥、廄肥經(jīng)采用市售的菌種進行發(fā)酵過程，就成了本荒漠治理材料最好的輔助材料。本發(fā)明的有機肥為秸桿發(fā)酵所得，為純正的綠色生物有機肥。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，以下描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。
圖1為本發(fā)明的層狀硅酸鹽的片層結(jié)構(gòu)的示意圖2為本發(fā)明的納米荒漠治理材料的制備方法的一種實施例的流程圖3為本發(fā)明的納米荒漠治理材料的制備方法的另一種實施例的流程圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明各實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。
實施例一
在本發(fā)明的實施例一中，納米荒漠治理材料包括層狀硅酸鹽1-8份，有機質(zhì)4份及以上，微生物菌10-20份，腐植酸5-7份。
在實施例一中，層狀硅酸鹽具有層狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)可參照圖1所示的層狀硅酸鹽的結(jié)構(gòu)，層狀硅酸鹽可以是I份或2份或3份或4份或5份或6份或7份或8份。有機質(zhì)是有機營養(yǎng)物質(zhì)，優(yōu)選地可以是4-40份。微生物菌是有益微生物菌，可以是10份或11份或12份或13份或14份或15份或16份或17份或18份或19份或20份。腐植酸是自然界中廣泛存在的大分子有機物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于農(nóng)林牧、石油、化工、建材、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保等各個領(lǐng)域，橫跨幾十個行業(yè)。特別是眼下提倡生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、無公害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、綠色食品、無污染環(huán)保產(chǎn)品等，更使〃腐植酸〃備受推崇，可以是5份或6份或7份，優(yōu)選地為5. 8份。
在實施例一的基礎(chǔ)上，層狀硅酸鹽主要選擇蒙脫土，可以從高磷土(也叫高嶺土) 中獲得。磷石膏是使層狀硅酸鹽的片層間形成剛性柱撐而加入的。磷石膏是指在磷酸生產(chǎn)中用硫酸處理磷礦時產(chǎn)生的固體廢渣，其主要成分為硫酸鈣。磷石膏主要成份為 CaS04 · 2H20，此外還含有多種其他雜質(zhì)。同時，生產(chǎn)過程中，溶液中的HP04-2根取代石膏晶格中部分S04-2。
在實施例一的基礎(chǔ)上，納米荒漠治理材料中還可加入粉煤灰10-20份，其細度為 300-500目。粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為Si02、A1203、Fe0、Fe203、Ca0、Ti02 等。由于粉煤灰的細度較高，加入粉煤灰后可增強吸附作用，粉煤灰細度的要求也是為了使其具有納米級別。
在實施例一的基礎(chǔ)上，優(yōu)選地，納米荒漠治理材料還包括無機鹽6-15份，優(yōu)選地， 該無機鹽包括等重量比混合的氮鹽、鉀鹽和磷鹽。
在實施例一的基礎(chǔ)上，優(yōu)選地，所述納米荒漠治理材料的PH為5. 5-8?？筛鶕?jù)不同地區(qū)土壤的酸堿度來調(diào)整核心材料的配方，當待治理的荒漠為酸性土壤時，采用PH值為 7-8的核心材料；而當待治理的荒漠為堿性土壤時，采用PH值為5. 5-6. 5之間的核心材料。
本發(fā)明采用納米插層復(fù)合技術(shù)以實現(xiàn)基礎(chǔ)材料的多孔化大比表面，為蓄水蓄肥、 固水固肥、水肥緩釋及吸附沙塵微粒提供基礎(chǔ)條件；采用現(xiàn)代生物技術(shù)為天然有機物轉(zhuǎn)化為植物生長用營養(yǎng)物質(zhì)及土壤改良用因子提供了基礎(chǔ)；采用鹽肥柱撐技術(shù)為基礎(chǔ)材料對水、肥的吸附穩(wěn)定及緩釋提供了保證；采用穿流式分散技術(shù)為多相均勻接觸、快速實現(xiàn)插層復(fù)合提供了支持；植物組培及立體植建、時空屏蔽技術(shù)為治理施工、植被的迅速形成和穩(wěn)定提供了必要措施；研究基礎(chǔ)材料層間距和孔隙率則是對防治荒漠材料基本功能(吸水、固肥和緩釋水肥)的獲得所進行的最優(yōu)化選擇過程。這些技術(shù)的集成是在研究分析了國內(nèi)外的現(xiàn)有治沙材料技術(shù)，總結(jié)了前人所作的大量研究工作基礎(chǔ)上為盡快地、更好地用于沙漠化土地的治理，實現(xiàn)沙化土地的標本兼治而提出并實施。最終建起一個有充分發(fā)展空間和應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)平臺。
層狀硅酸鹽片層間由于有較大的初始間距而可以通過離子交換，用較大的分子、 離子進入片層間實現(xiàn)插層，從而制備所需要的復(fù)合材料。根據(jù)這一理論支撐，在充分分析國內(nèi)外現(xiàn)有防防治荒漠有機、無機材料缺陷和建立在我們已經(jīng)在聚合物/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的研究取得了一些進展的基礎(chǔ)上，選定以土壤主要成分層狀無機硅酸鹽作為基質(zhì)研究開發(fā)新的防治荒漠的材料，采用技術(shù)手段有效地解決無機材料吸水保肥性差和避免高分子吸水材料會帶來二次污染的問題。防治荒漠的材料所用的主要原料為層狀硅酸鹽，該材料是天然的、無機的、結(jié)構(gòu)片層具有納米尺度特性良好的材料，利用其吸水倍率高、易于插層復(fù)合的特點，采用多學(xué)科綜合技術(shù)合成，研制成生態(tài)環(huán)保的、具有保水固肥緩釋作用的新型生態(tài)防治荒漠材料。
較優(yōu)的層狀硅酸鹽為蒙脫土，其基本結(jié)構(gòu)單元是由一片鋁氧八面體夾在兩片硅氧八面體之間靠共用氧原子而形成的層狀結(jié)構(gòu)(2 1型夾心粘土礦物)，每個片層的厚度約為 lnm，長和寬各約lOOnm。晶層間能吸附和排出水分子、陽離子和有機分子。其結(jié)構(gòu)特性為采用插層技術(shù)，即采用較大分子進入層間撐開片層、形成具有可嵌套其他物質(zhì)的多層、多孔狀提供了基礎(chǔ)條件(如圖1所示)。
層狀硅酸鹽礦一般為白色，淡黃，因含鐵量變化又呈淡灰，淡綠，粉紅，黑雜等色， 具蠟狀，塊狀，油脂光澤，硬度為1，密度約2g/cm3。
由于層狀硅酸鹽間有K+、Na+、Mg2+、Ca2+、H+等交換陽離子的存在，使層狀硅酸鹽對陽離子有吸附作用，并容易使顆粒分裂成很細的帶電粒子，適合于變成理想的溶膠，使得層狀硅酸鹽有多種性能，如遇水膨脹性，分散性，懸浮性，粘結(jié)性，觸變性，潤滑性，可塑性， 層間陽離子的可交換性。
蒙脫土是層狀硅 酸鹽中最常見的一種物質(zhì)，由于蒙脫土單晶胞是由Si—O四面體中夾Al — (O, OH)八面體所組成的平行層狀結(jié)構(gòu)，晶層間能吸附和排出水分子，陽離子和有機分子，隨著這些離子含量的增加，晶層間距加大，膨脹倍數(shù)增加。由于鈣基和鈉基的存在而具有很高的活化能、陽離子交換容量(CEC)和反應(yīng)活性，即很好的親水性。
層狀硅酸鹽中的Na20、CaO的含量對層狀硅酸鹽的物化性質(zhì)和工藝性質(zhì)影響頗大，一般鈉基層狀硅酸鹽優(yōu)于鈣基層狀硅酸鹽，主要表現(xiàn)在吸水率和膨脹倍數(shù)大，陽離子交換量高，在水介質(zhì)中分散性好，膠質(zhì)懸浮液觸變性，粘度，潤滑性好，PH值高。因此，在兼顧成本的前提下，采用儲量豐富的層狀硅酸鹽制備生態(tài)治沙材料的過程中，同時進行了鈉基化改性，只是這種改性因材料的最終使用不同于用在聚合物/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備，因而有所不同
蒙脫土層間無機化合物主要是利用蒙脫土的層狀結(jié)構(gòu)的可膨脹性，陽離子的可交換性能，將一些無機陽離子插入其層間，把蒙脫土的層與層撐開而形成的化合物。本項目中蒙脫土層間無機/有機化合物的制備是先用聚合羥基陽離子取代蒙脫土層間陽離子， 再用有機物進行覆蓋處理或在聚合羥基陽離子插層劑中首先加入一定量的有機物形成無機-有機絡(luò)合物，再與蒙脫土作用，從而完成插層和蒙脫土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。
磷石膏是磷酸廠、磷肥廠及某些合成洗滌劑廠排出的工業(yè)廢渣。排放數(shù)量巨大(例如磷酸廠每生產(chǎn)一噸磷酸要排放4. 5噸磷石膏)，往往堆積如山，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染。
利用磷石膏晶粒的“晶核”特性，在有機酸的輔助作用下，使層狀硅酸鹽層間形成剛性柱撐，層狀不易塌陷，多孔化大幅度提高了材料的比表面積，為嵌套水份和營養(yǎng)基，制備具有保水蓄肥、緩釋和改善土壤結(jié)構(gòu)功能的全天然生態(tài)防治荒漠新材料提供技術(shù)基礎(chǔ)。
植物生長的基礎(chǔ)營養(yǎng)成分是N、P、K。而有機肥(主要指天然肥料)則是最不易造成土壤環(huán)境條件惡化的肥料。防治荒漠材料是通過確保植物生長初期對水、肥的需求，通過土壤改良而培育植物生存、生長及繁衍的能力，快速恢復(fù)或形成植被。在進行防治荒漠材料及技術(shù)的研究開發(fā)中優(yōu)先考慮的是在荒漠治理時絕不造成污染。因此，在防治荒漠材料基材的選擇，其他原輔材料的選用上首先考慮的是必須符合環(huán)保要求，而有機肥的合理搭配使用，則復(fù)合這一要求。綠肥、廄肥經(jīng)采用市售的菌種進行發(fā)酵過程，就成了本荒漠治理材料最好的輔助材料。
不同氣候類型的適用 性研究土地退化、沙化、板結(jié)、鹽堿化有2大類原因即環(huán)境因素和人為因素。現(xiàn)階段，人類沒有改變自然環(huán)境的技術(shù)條件和物質(zhì)條件，而土地土墑地力條件的良性循環(huán)體系的建立，必須在環(huán)境因素參與的情況下，通過人為技術(shù)和材料的干涉，建立一個新的良性循環(huán)基本圈。
在此技術(shù)支撐下，我們對該材料及配套技術(shù)在佳木斯、內(nèi)蒙古、青海、寧夏、四川、 甘肅、新疆、西藏不同區(qū)域的退化耕地、沙地、鹽堿地進行了歷時9年的適應(yīng)性研究，建立了野外試驗基地29個，實現(xiàn)了 26個物種，48個的品種應(yīng)用研究。
高寒沙化、板塊、鹽堿地的應(yīng)用研究。從2003 2009年，同西藏自治區(qū)山南地區(qū)及那曲地區(qū)發(fā)改委合作，對高寒的退化、板結(jié)、鹽堿化草地和耕地進行了材料和配套技術(shù)的應(yīng)用性研究，取得了當年建設(shè)，當年獲得穩(wěn)定植被的效果。
本發(fā)明還提供了制備如前述的納米荒漠治理材料的一種方法，參照圖2，包括
步驟201 :在氟磷酸鈣礦漿與硫酸反應(yīng)生成的混合酸中，將層狀硅酸鹽料漿由控制的78°C以上降至65°C以下時，加入細度為60目的層狀硅酸鹽，同時加入含NH4+的銨鹽， 得到層狀硅酸鹽；
步驟202 :將秸桿進行第一發(fā)酵，得到所述有機質(zhì)及所述腐植酸；
步驟203 :將所述層狀硅酸鹽與所述有機質(zhì)及所述腐植酸進行混合，并加入所述微生物菌，進行第二發(fā)酵。
在上述方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提出了制備納米荒漠治理材料的另一種更優(yōu)的方法，參照圖3,包括
步驟301 :在氟磷酸鈣礦漿與硫酸反應(yīng)生成的混合酸中，將層狀硅酸鹽料漿由控制的78°C以上降至65°C以下時，加入細度為60目的層狀硅酸鹽，同時加入含NH4+的銨鹽，得到層狀硅酸鹽；
步驟302 :將氟磷酸鈣與硫酸在83°C以上的環(huán)境中進行反應(yīng)，且持續(xù)該反應(yīng)一段時間，生成磷石膏，并將其降溫至60°C以下時加入所述層狀硅酸鹽；
步驟303 :將秸桿在15_35°C條件下，以固、水比為5 2加入菌種，進行第一發(fā)酵， 該第一發(fā)酵持續(xù)98-128小時，得到所述有機質(zhì)及所述腐植酸；
步驟304 :將所述有機質(zhì)及所述腐植酸在48-68 °C的溫度條件下、在Ph為3. 5-7. 5 的環(huán)境下加入所述層狀硅酸鹽中進行混合，并加入所述微生物菌，進行第二發(fā)酵；其中，所述第二發(fā)酵在15_35°C的溫度環(huán)境下進行，所述第二發(fā)酵的持續(xù)時間為3-5天。
以下詳述本發(fā)明的制備方法。
由于天然的蒙脫土片層在形成的過程中，一部分位于中心層的Al被低價的金屬離子(如Fe、Cu等)同心置換，導(dǎo)致各片層呈現(xiàn)出弱的電負性，因此在片層的表面往往吸附著金屬陽離子(1(+、似+、]\%2+、032+、!1+等)以維持整個礦物結(jié)構(gòu)的電中性。這些金屬陽離子是被很弱的電場作用力吸附在片層表面，因此很容易被無機金屬離子、有機陽離子型活性劑交換出來，屬于可交換陽離子。層狀硅酸鹽吸附的HA、HR與層狀硅酸鹽中原有Al、Si反應(yīng)形成有機硅和有機鋁復(fù)合體；加入特定比例的A13+，Si2+調(diào)整有機鋁和有機硅比，在加 ΛΝΗ+4的條件下形成羥基聚合陽離子交聯(lián)劑。調(diào)整參數(shù)可獲得不同性質(zhì)的陽離子膠聯(lián)劑， 與層狀硅酸鹽交聯(lián)插層反應(yīng)后層狀硅酸鹽層間距比原來的距離更大，從而形成柱撐反應(yīng)將其層間撐開，調(diào)整工藝條件可以調(diào)整其層間距，使其適應(yīng)于水分子和不同無機離子(植物營養(yǎng)元素)和細小沙粒的吸附(風(fēng)沙的主要因素)，從而形成多孔層狀硅酸鹽的基礎(chǔ)材料。這類基礎(chǔ)材料進入沙漠土壤后，其特殊的交聯(lián)柱撐形成的不同孔道和層間結(jié)構(gòu)通過電吸附、鍵接合又能捕獲自然界中的HA、HR形成第二次的羥基交聯(lián)柱撐過程，改善沙漠土壤同時又形成更多的孔狀和層間撐開的硅酸鹽，吸附更多的水和無機離子以及形成風(fēng)沙的細小沙粒， 達到土壤改良的目的。
攪拌的作用是使所攪拌的系統(tǒng)達到均勻的組成，用以改變物相關(guān)系，促進化學(xué)或物理反應(yīng)。因此，如何在結(jié)構(gòu)簡單的攪拌裝置中，在輸入較小的能量下獲取較好的攪拌效果是攪拌研究的主攻方向。采用穿流式分散技術(shù)是本項目實施過程中、治沙材料生產(chǎn)過程中采用的一項專利技術(shù)。其目的在于通過特殊結(jié)構(gòu)的攪拌設(shè)計，以最為節(jié)能的方法，在有限容積中實現(xiàn)最大化的多相分散，增加不同物質(zhì)的表面接觸，有利于通過調(diào)整工藝條件來達到促進離子交換、促進插層復(fù)合的目的。其主要機理是
傳統(tǒng)的攪拌槳是利用流體的繞流一一流體沿固體壁的流動，形成渦流；而穿流式攪拌槳是利用工程上的另一類流動一一射流為主產(chǎn)生渦流。射流對于周圍的流體具有強烈的卷吸作用，這與前面的繞流是根本不同的，并且其形成旋渦的強度前者也遠遠大于后者。由于卷吸，使得射流寬度沿流動方向不斷增加。在槳面上開孔后，當攪拌槳運動時，槳的前面(抑液體面)形成超壓，槳的后面形成負壓，槳面前后形成的壓差，迫使液體通過孔道流動，形成射流。射流的重要特點是卷吸周圍流體。射流自噴嘴射出， 在緊靠噴嘴的一個相當短的過渡區(qū)域內(nèi)，高速射流造成剪切層，由于剪切層自然不穩(wěn)定性的迅速增長，形成渦旋。正是由于渦旋，導(dǎo)致射流對周圍流體的卷吸。
穿流式分散技術(shù)，使流體在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片作用下，穿過葉片上的若干小孔產(chǎn)生無數(shù)射流，強力撕裂流體原來的狀態(tài)，改變了傳統(tǒng)攪拌混合過程由宏觀混合產(chǎn)生渦流擴散達到消除Ac (濃度差)、At (溫度差)、Ae (能量差)的機理過程，通過射流卷吸過程直接產(chǎn)生強烈的渦流擴散，形成在微小尺寸上(甚至在納米尺度上)多種組分的充分接觸， 建立新的能量場，實現(xiàn)起于微觀終于宏觀的理想均勻混合，并且起到明顯的節(jié)能作用。穿流式分散技術(shù)尤其適用于高粘度流體中多相均勻分散的技術(shù)要求。
開孔的穿流式槳形成眾多的能量高的穩(wěn)定小渦旋群能保證良好的消除局部過濃， 能提供一個良好的循環(huán)流動育晶的環(huán)境，當攪拌葉片端點速度達到13米 18米/秒時，由穿流式攪拌器的高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的無數(shù)射流，使流動達到十分理想的混合及相分散作用。
秸桿是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)物，也是一種寶貴的生物資源。長期以來，在廣大的農(nóng)村地區(qū)，秸桿主要被作為廢棄物，采用最為簡單的焚燒方式予以處理，造成污染又浪費資源，尤其是大城市周邊和交通干道附近，焚燒秸桿嚴重地污染大氣和影響交通安全，各地政府相繼出臺禁止焚燒秸桿的決定，但效果并不如人意。大量地利用秸桿，采用生物發(fā)酵技術(shù)分解纖維素，半纖維素和木質(zhì)素并轉(zhuǎn)化為有機肥，無疑是一項化害為利的有利措施。
在將秸桿進行發(fā)酵轉(zhuǎn)化為有機肥的過程中，通過對已經(jīng)獲得農(nóng)業(yè)部批準并在市場銷售的發(fā)酵菌種的篩選，通過對發(fā)酵工藝條件的控制，對轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的胡敏酸和胡里酸進行不同級分指數(shù)的調(diào)整，獲得最佳比例以保證被層狀硅酸鹽的最穩(wěn)定吸附。
秸桿轉(zhuǎn)化造成的有機肥，富含氮、磷、鉀營養(yǎng)成分，這是國內(nèi)外許許多多的研究成果和千百年民間采用的最為原始的“慪肥”所達到的結(jié)果·，為植物生長所必須。而上述控制發(fā)酵工藝、調(diào)整所獲得的有機酸(胡里酸和胡敏酸)不同成分的比例，以層狀硅酸鹽為載體， 通過與層狀硅酸鹽中的Al、Si成分結(jié)合形成有機硅和有機鋁復(fù)合體，從而促進礦物的溶解，最終實現(xiàn)層狀硅酸鹽2 1結(jié)構(gòu)向1:1的高嶺石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，則是本項目實施中利用和研究現(xiàn)代生物技術(shù)，研究巖-土轉(zhuǎn)化機理所獲得的一項技術(shù)成果，是本項目集成技術(shù)的組成部分。最為現(xiàn)實的意義在于對大量流失粘土質(zhì)的沙地提供了改良土壤結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)和使用技術(shù)，同時也為土地石漠化的治理提供了借鑒。
各技術(shù)材料及荒漠治理材料合成的制備方法
層狀硅酸鹽預(yù)處理工藝條件
層狀硅酸鹽料漿(固液比2 :4)在氟磷酸鈣(200目)礦漿與硫酸反應(yīng)生成的混合酸 (HF、H2S04, H3P04)由控制的78°C以上降至65°C以下時，加入細度為60目的層狀硅酸鹽， 同時加入含NH4+的銨鹽，如碳胺等。
秸桿發(fā)酵及層狀硅酸鹽反應(yīng)的工藝條件
秸桿發(fā)酵的目的是最終得到理想的胡里酸與胡敏酸，這一過程的控制受到的影響因素較多。兩種有機酸都來源于腐殖質(zhì)形成的過程中，碳源物質(zhì)被生物酶分解成較小的單元格而轉(zhuǎn)化成的酚類、醌類物質(zhì)，這些物質(zhì)又在自然環(huán)境和人工環(huán)境調(diào)控下聚合而成，兩者的分別在于聚合度的不同，而聚合度較高的胡敏酸對于土壤極具重要性。因此，在秸桿的發(fā)酵及使用上，經(jīng)研究得到的工藝條件為
粉碎的秸桿在15_35°C條件下，以固、水比為5 2加入菌種，發(fā)酵98-128小時，得到的主要成分是被層狀硅酸鹽吸附量最大的級分為5. 4級的胡敏酸及少量的胡里酸。
在48_68°C的條件下，層狀硅酸鹽對胡敏酸的吸附量最大。
選擇PH=3. 5-7. 5，可以很好地在發(fā)酵后的秸桿粉加入到層狀硅酸鹽料漿中形成羥基聚合陽離子，從而實現(xiàn)插層復(fù)合，形成層狀硅酸鹽的多孔化。
磷石膏“晶核”作用及剛性柱撐形成的工藝條件
根據(jù)研究得到的技術(shù)數(shù)據(jù)表明，磷礦石粉(氟磷酸鈣)在硫酸的作用下生成的磷石膏與產(chǎn)生的混合酸同時存在，而控制其反應(yīng)溫度高于83°C并維持一段時間后，可以提高磷石膏晶核的改性特質(zhì)性和“晶核”作用，這對于隨之降溫至60°C以下加入層狀硅酸鹽，達到以磷石膏“晶核”為核心形成剛性柱撐是十分重要的。
該過程也是一個發(fā)酵處理的過程，在加入發(fā)酵菌種后，堆放發(fā)酵，隨季節(jié)和溫度的變化而決定熟化過程的長短，一般以15-35°C氣溫下3-5天即可。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的治理荒漠的技術(shù)和材料，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、荒漠土壤微生態(tài)環(huán)境的改善
納米荒漠治理材料在設(shè)計上，除了考慮肥效外，著重考慮為微生物構(gòu)筑生長繁殖活動的微環(huán)境，用高技術(shù)支撐微生物，微生物支撐植物。納米荒漠治理選育和培育的優(yōu)勢菌群，施入土壤后，會進一步繁殖、增加數(shù)量，持續(xù)增加土壤腐殖質(zhì)，土壤團粒結(jié)構(gòu)得到改善， 形成良好的自適應(yīng)微循環(huán)系統(tǒng)，土壤的化學(xué)、物理、生物肥力均得到增強。
2、荒漠治理材料含補充土壤團粒結(jié)構(gòu)基質(zhì)-經(jīng)特殊工藝處理的具有固水、固肥、硅酸膠結(jié)特性的硅酸鹽復(fù)合成分，可從本質(zhì)上改善荒漠土壤的物理特性。
3、荒漠治理材料的創(chuàng)新
自主開發(fā)的鹽肥柱撐技術(shù)與納米插層復(fù)合技術(shù)、現(xiàn)代生物技術(shù)、化工工程技術(shù)、高分子材料技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)的集合
使層狀硅酸鹽多孔化，其結(jié)構(gòu)片層間形成剛性柱撐而不易塌陷，從而賦予層狀硅酸鹽以固水、蓄肥和水肥緩釋的功能，
通過對層狀硅酸鹽層間距和孔隙率的研究，實現(xiàn)水分吸附和為滿足不同地區(qū)治理的營養(yǎng)基嵌套設(shè)計，
完成植物纖維向腐殖酸的轉(zhuǎn)化及各種腐殖酸不同級分指數(shù)的合理搭配。
以秸桿生態(tài)種植繩為實物載體，將根系立體配置和生態(tài)方格種植技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)植被的迅速恢復(fù)和資源綜合利用。
4、荒 漠治理技術(shù)的創(chuàng)新
開發(fā)出植物活體沙障(生態(tài)草方格)技術(shù)，改內(nèi)外單用的植物秸桿埋插沙障為作物植建活體方格，后者強大的植物根系固沙能力大大增強。
開發(fā)出立體根系時空屏蔽技術(shù)，以一年生植物生長速度更快的特點，形成活體生態(tài)方格，保護多年生植物安全越冬，其地下根系形成了一個立體的有機固沙網(wǎng)絡(luò)。
開發(fā)出秸桿生態(tài)種植繩技術(shù)，集水、肥(速效與長效)于一體，實現(xiàn)播種、澆水、施肥、免耕一體化。
本發(fā)明提供的各種實施例可根據(jù)需要以任意方式相互組合，通過這種組合得到的技術(shù)方案，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種納米荒漠治理材料，其特征在于，包括層狀硅酸鹽1-8份，有機質(zhì)4份及以上，微生物菌10-20份，腐植酸5-7份。
2.如權(quán)利要求1所述的納米荒漠治理材料，其特征在于，所述層狀硅酸鹽包括磷石膏和聞憐土。
3.如權(quán)利要求1所述的納米荒漠治理材料，其特征在于，所述腐植酸為5.8份。
4.如權(quán)利要求1所述的納米荒漠治理材料，其特征在于，進一步包括粉煤灰10-20份，所述粉煤灰的細度為300-500目。
5.如權(quán)利要求1所述的納米荒漠治理材料，其特征在于，進一步包括無機鹽6-15份。
6.如權(quán)利要求5所述的納米荒漠治理材料，其特征在于，所述無機鹽包括等重量比混合的氮鹽、鉀鹽和磷鹽。
7.如權(quán)利要求1所述的納米荒漠治理材料，其特征在于，所述納米荒漠治理材料的PH 為 5. 5-8。
8.如權(quán)利要求7所述的納米荒漠治理材料，其特征在于，所述納米荒漠治理材料的PH 為 5. 5-6. 5 ；或所述納米荒漠治理材料的PH為7-8。
9.如權(quán)利要求1-8任一項所述的納米荒漠治理材料的制備方法，其特征在于，包括 在氟磷酸鈣礦漿與硫酸反應(yīng)生成的混合酸中，將層狀硅酸鹽料漿由控制的78°C以上降至65°C以下時，加入細度為60目的層狀硅酸鹽，同時加入含NH4+的銨鹽，得到層狀硅酸鹽；將秸桿進行第一發(fā)酵，得到所述有機質(zhì)及所述腐植酸；將所述層狀硅酸鹽與所述有機質(zhì)及所述腐植酸進行混合，并加入所述微生物菌，進行第二發(fā)酵。
10.如權(quán)利要求9所述的納米荒漠治理材料的制備方法，其特征在于，進一步包括將氟磷酸鈣與硫酸在83°C以上的環(huán)境中進行反應(yīng)，且持續(xù)該反應(yīng)一段時間，生成磷石膏，并將其降溫至60°C以下時加入所述層狀硅酸鹽；和/或；將秸桿在15-35°C條件下，以固、水比為5 :2加入菌種，進行所述第一發(fā)酵，該第一發(fā)酵持續(xù)98-128小時，將所得物在48-68°C的溫度條件下、在Ph為3. 5-7. 5的環(huán)境下加入所述層狀硅酸鹽中；和/或；所述第二發(fā)酵在15_35°C的溫度環(huán)境下進行，所述第二發(fā)酵的持續(xù)時間為3-5天。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種納米荒漠治理材料及其制備方法。其中，納米荒漠治理材料包括層狀硅酸鹽1-8份，有機質(zhì)4份及以上，微生物菌10-20份，腐植酸5-7份。其中，制備方法包括在氟磷酸鈣礦漿與硫酸反應(yīng)生成的混合酸中，將層狀硅酸鹽料漿由控制的78℃以上降至65℃以下時，加入細度為60目的層狀硅酸鹽，同時加入含NH4+的銨鹽，得到層狀硅酸鹽；將秸稈進行第一發(fā)酵，得到所述有機質(zhì)及所述腐植酸；將所述層狀硅酸鹽與所述有機質(zhì)及所述腐植酸進行混合，并加入所述微生物菌，進行第二發(fā)酵。通過本發(fā)明提供的納米荒漠治理材料及其制備方法，能夠更好地蓄水、蓄肥、固水、固肥。
文檔編號C05G3/00GK103044158SQ20131002885
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者謝戎, 鐘鼎, 李湧濤 申請人:四川華訊資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司