專利名稱：一種lsa降水促滲劑的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降水促滲劑產(chǎn)品的制造。
民眾對環(huán)境污染問題的關(guān)注程度正在日益提高，工業(yè)生產(chǎn)等固定點源污染排放已經(jīng)得到很大程度的控制，然而環(huán)境污染問題特別是各類水體污染依然嚴重，水體水質(zhì)下降、水資源短缺的問題日漸成為經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素并危及人類健康。城市化進程的加快導(dǎo)致可滲透地面大幅度減少，不適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)活動嚴重地危害土壤生態(tài)環(huán)境平衡，各種污染物晴天隨機積累、降雨溶出并隨降水徑流遷移形成面源污染源頭。面源污染已經(jīng)成為我國水環(huán)境質(zhì)量降低、水資源短缺加重的主要原因之一。地表可滲透面積減少、土壤侵蝕是面源污染的重要成因，通過提高降雨滲透量、延緩地表降水產(chǎn)流并削減徑流量、是削減面源污染的必要技術(shù)措施。
土壤在降雨作用下，表面會形成結(jié)皮，導(dǎo)致嚴重降低土壤對降水的入滲率，加重地表降水徑流和土壤侵蝕。采用有機高分子聚合物改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤降水入滲率，進而達到削減降水徑流的目的。目前，國內(nèi)外提高土壤水滲透性的研究與應(yīng)用較多的是聚丙烯酰胺(PAM)。它能明顯地吸附土壤表面的顆粒，使土壤顆粒粘結(jié)在一起抵御降水雨滴的侵蝕破壞作用，防止土壤表面粘粒的化學(xué)分離，阻礙土壤結(jié)皮的形成，提高土壤水入滲率。PAM具有穩(wěn)定和加強土壤團聚體的作用，促使土壤表面團聚體的顆粒加大，進而削減土壤被侵蝕的危害。然而，PAM在實際生產(chǎn)應(yīng)用中具有不可克服的缺陷，既生產(chǎn)成本高，價格高昂，經(jīng)濟投入大。另一方面，PAM在環(huán)境中不易降解，長期使用可能造成土壤板結(jié)影響而導(dǎo)致新的土壤危害。本發(fā)明提供一種降水促滲性能好、生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟實用且具有環(huán)境友好性的降水促滲劑的制造方法，這種促滲劑能改良土壤結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定和促成土壤團聚體、提高土壤降水滲透量、增加土壤有機質(zhì)等多重復(fù)合功效，為充分利用降水資源、削減降水徑流造成面源污染危害、緩解水資源短缺提供物質(zhì)支持。
本發(fā)明的特點在于利用酸析法從造紙制漿黑液中回收的堿木質(zhì)素為主要原料之一，與從農(nóng)產(chǎn)品中提取的可溶性淀粉等為原料生產(chǎn)一種性能優(yōu)良的降水促滲劑產(chǎn)品，簡稱為‘LSA’。堿木質(zhì)素和淀粉均屬天然有機高分子化合物，均屬可自然再生的生物質(zhì)資源，來源豐富，價廉易得。通過木質(zhì)素和淀粉與丙烯酰胺接枝共聚反應(yīng)獲得的LSA降水促滲劑的性能與PAM相近，具有優(yōu)良的粘結(jié)土壤顆粒和吸水保水性能，能有效地提高降水在土壤中的運移能力，對促進降水向土壤中滲透、削減降水地表徑流及徑流造成的面源污染具有很高的實效性。LSA降水促滲劑生產(chǎn)原料成本低，工藝簡短，具有在土壤中能夠降解，提高土壤有機質(zhì)含量的特點。
本發(fā)明的目的通過下述步驟實現(xiàn)(1)LSA降水促滲劑制備方法的特征在于，原料木質(zhì)素∶淀粉∶丙烯酰胺∶鹵化物鹽類∶引發(fā)劑的重量比例分別為7-13∶2-7∶50-75∶2-3∶1-2；(2)原料木質(zhì)素是指通過酸析、沉淀、分離、干燥處理堿法制漿造紙黑液獲得的堿木質(zhì)素產(chǎn)品，木質(zhì)素的含量80％±10％，細度20目-200目；(3)引發(fā)劑選自鉀或銨的過硫酸鹽、鈉的硫代硫酸鹽、銨、鈰復(fù)合硝酸鹽、鈉、銨、鈰硫代硫酸鹽與過硫酸鹽的復(fù)合物；(4)鹵化物鹽類選自鈣或鈉的鹵化鹽；(5)原料木質(zhì)素和淀粉與反應(yīng)液體積的固液比例為1∶(25-100)；(6)反應(yīng)溫度50℃-90℃，反應(yīng)時間為4h-12h；(7)無氧反應(yīng)環(huán)境是通過氮氣實現(xiàn)；(8)中止反應(yīng)劑選自對苯二酚；(9)用丙酮沉淀、分離聚合反應(yīng)產(chǎn)物，在低于60℃溫度下干燥得到固體產(chǎn)品。
本發(fā)明制得的LSA降水促滲劑具有優(yōu)良的粘結(jié)土壤顆粒和吸水持水的性能，可維護并有效促進土壤團聚體形成和阻礙土壤結(jié)皮作用，提高土壤持水、保肥能力，增加土壤表面水的滲透率，顯著削減降水地表徑流和水土流失作用。
LSA降水促滲劑實施例如下實施例1取木質(zhì)素10克，淀粉10克，加適量水使其分散均勻，裝入配有攪拌機和通氮氣裝置的反應(yīng)器中。另取75克丙烯酰胺，3克鈣氯化鹽溶于水中，轉(zhuǎn)入反應(yīng)器并加水至總體積1000毫升。通入氮氣并在連續(xù)攪拌的條件下升溫并控制反應(yīng)溫度60℃±5℃，持續(xù)1小時后，加入5％銨鈰復(fù)合硝酸鹽溶液50毫升，繼續(xù)反應(yīng)6小時。冷卻至室溫，用丙酮沉淀分離共聚產(chǎn)物，低溫下干燥得到固體產(chǎn)品。
實施例2取木質(zhì)素15克，淀粉5克，加適量水分散，轉(zhuǎn)入配有攪拌器和通氮氣通路的反應(yīng)器中。另取85克丙烯酰胺，3克鈣氯化鹽溶于水中，轉(zhuǎn)至反應(yīng)器中，并加水至總體積1000毫升，在通入氮氣和連續(xù)攪拌條件下，升溫并控制反應(yīng)溫度70℃±5℃，再持續(xù)1小時后，加入5％鉀的過硫酸鹽溶液60毫升。在上述條件下反應(yīng)8小時，冷卻，用丙酮沉淀分離共聚物，低溫干燥得到固體產(chǎn)品。
LSA降水促滲劑施用效果1.土壤滲透性影響分別定量稱取過2mm篩土壤裝入等容積容器中，LSA降水促滲劑用自來水稀釋至使用濃度，按3kg/ha用量噴施于土壤表面；對照噴施等量自來水。按‘滲透桶法’測定土壤滲透性。施用LSA降水促滲劑的土壤水滲透性(水溫10℃)較對照0.12mm/min提高到2.70mm/min；2.地表徑流削減自然環(huán)境條件下，在經(jīng)2mm篩處理后的土壤表面分別噴施3kg/ha LSA降水促滲劑和等量的自來水，噴施LSA降水促滲劑后土壤的降水地表徑流減少了26.00％-83.40％(歷時3個月雨季自然環(huán)境條件下的降雨觀測結(jié)果)，總平均削減地表徑流量63.79％，徑流液中TSS、TN、TP、CODcr等污染物的總量分別得到減少。
3.LSA降水促滲劑與PAM使用效果對比LSA降水促滲劑與PAM影響土壤降水滲透性的觀測結(jié)果的說明書附圖
見LSA降水促滲劑對土壤降水滲透性的影響趨勢圖。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種降水促滲劑的制備方法，其特征在于，以木質(zhì)素、淀粉、丙烯酰胺，鹵化物的鹽類和引發(fā)劑組成的混合物，在無氮環(huán)境下進行接枝共聚反應(yīng)，制得降水促滲劑(簡稱‘LSA’)產(chǎn)品。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，原料木質(zhì)素、淀粉、丙烯酰胺、鹵化物鹽類和引發(fā)劑的重量比分別為7-13∶2-7∶50-75∶2-3∶1-2。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，原料木質(zhì)素是指通過酸析、沉淀、分離、干燥處理堿法制漿造紙黑液獲得的產(chǎn)品，木質(zhì)素的含量80％±10％，細度20目-200目。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，鹵化物鹽類選自鈣或鈉的鹵化鹽。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，引發(fā)劑選自鉀或銨的過硫酸鹽、鈉的硫代硫酸鹽、銨、鈰復(fù)合硝酸鹽、鈉、銨、鈰硫代硫酸鹽與過硫酸鹽的復(fù)合物。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，土壤促滲劑的制備是通過下述步驟實現(xiàn)(1)按木質(zhì)素、淀粉與反應(yīng)溶液體積的固液比1∶(25-100)的比例，置于配有攪拌器和通有氮氣通路的反應(yīng)器中，將混合物均勻分散；(2)丙烯酰胺和鹵化物鹽類溶于水中后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)器中，加熱并控制溫度50℃-90℃，通入氮氣連續(xù)攪拌反應(yīng)0.5h-1h。再將引發(fā)劑加入混合物中；(3)在氮氣保護下，保持上述反應(yīng)溫度，連續(xù)攪拌反應(yīng)器中的混合物4h-12h；(4)完成上述操作后加入少量對苯二酚中止反應(yīng)，冷卻至室溫，用丙酮沉淀、分離共聚產(chǎn)物，于＜60℃溫度下干燥固體產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明提供一種削減降水地表徑流面源污染的降水促滲劑(簡稱‘LSA’)的制造方法。LSA降水促滲劑具有穩(wěn)定和促成土壤團聚體、提高土壤降水滲透量、延緩高強度降雨地表產(chǎn)流、減少徑流產(chǎn)量的性能。LSA降水促滲劑利用堿木質(zhì)素、淀粉為主要原料組分，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，實效性強、實際應(yīng)用經(jīng)濟投入低，是一種環(huán)境友好性材料。降雨觀測結(jié)果表明，3kg/ha用量下LSA降水促滲劑使地表徑流量平均減少63.79％，徑流液中TSS、TN、TP、CODcr等污染物的發(fā)生量分別得到削減。LSA降水促滲劑是提高降水資源利用率、削減降水地表徑流造成面源污染對水體環(huán)境質(zhì)量危害的物質(zhì)支持。
文檔編號C09K17/14GK1618928SQ200410080209
公開日2005年5月25日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者穆環(huán)珍, 鄭濤, 黃衍初, 張春萍 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心