一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法
技术领域
本发明涉及盐碱地改良剂制备领域，具体涉及一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法。
背景技术
土地是人们赖以生存的生产要素，但是随着人口数量的剧增，对土地和环境的不合理开发利用，造成耕地面积的不断减少，淡水资源也极度匮乏，土壤盐渍化问题严重。目前盐碱地在土地中占有较大比例，具有很大的开发利用价值，但是盐碱地具有理化性质差、肥力低下、板结严重等缺点，因此对于盐碱地土壤十分不利于植物的生长。为了缓解我国土地资源的紧张，实现生态环境的可持续发展，需要对盐碱地土壤进行改良、再利用。对盐碱地土壤改良的方法主要有：水利改良法：利用水利工程对灌溉水和地下水进行调控，从而降低盐碱地土壤中盐分的含量；物理改良法：对盐碱地土壤进行深耕、平整土地、地表覆盖等，该方法可以改善盐碱地土壤的水、气、热等状况从而对盐碱地进行改良。还有一种方法是在盐碱地土壤中加入土壤改良剂，其通过改变盐碱地土壤的理化性质。该方法操作简单，周期短，效果明显，被广泛应用。
土壤改良剂分为水溶性和油溶性两类，施于土壤中可以起到固沙、固土、改良土壤的作用，也可以有效改善农作物的产量。土壤改良剂主要从以下两个方面来改性盐碱地：一是可以有效凝聚盐碱地土壤颗粒，改善盐碱地土壤结构，增加盐碱地土壤的孔隙度，从而改善盐碱地土壤的通透性；二是可以有效置换土壤中的Na+，促进盐分的淋洗，从而减少盐碱地土壤中盐分的含量。目前的改良剂主要有无机固体废弃物、有机固体废弃物、天然高分子化合物、有机质物料、合成土壤改良剂、生物改良剂以及合成改良剂。上述改良剂可以有效改善盐碱地土壤的结构，提高土壤的保水保肥能力，还可以在一定程度上修复土壤中的重金属污染，但是当其单一使用时效果不佳，常常需要多种改良剂复配使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法，该方法操作简单，制得的改良剂稳定性好，用于土壤盐碱地改良时可以有效改善土壤的理化结构，促进土壤中盐分的淋洗，盐害离子脱除率高。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将造纸污泥干燥，研磨处理，处理后过200目筛，制得造纸污泥颗粒；将造纸污泥颗粒与蛭石粉、粘土、草木灰混合后加入去离子水搅拌混合均匀，然后制得粒径大小为2～5mm的混合颗粒，将混合颗粒置于马弗炉内，惰性气体保护下煅烧处理30～40min；煅烧结束后冷却至室温，制得无机复合物颗粒；
(2)将上述制得的无机复合物颗粒在十二烷基硫酸钠的作用下分散于去离子水中，制得分散液；将丙烯酸、丙烯酰胺、span80和去离子水混合搅拌均匀后，加入上述制得的分散液，混合均匀后，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，并升温至60～80℃，反应1～3h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得复合添加剂；
(3)将上述制得的复合添加剂、无机肥料、微量元素肥料、微生物菌剂、腐植酸混合均匀，制得土壤改良剂。
作为一种优选的技术方案，步骤(1)中，所述造纸污泥颗粒的含水率为3wt％～5wt％。
作为一种优选的技术方案，步骤(1)中，所述造纸污泥颗粒、蛭石粉、粘土、草木灰、去离子水的用量以重量份计，分别为造纸污泥颗粒1～3份、蛭石粉1～2份、粘土7～11份、草木灰3～5份、去离子水8～10份。
作为一种改进的技术方案，步骤(1)中，所述煅烧处理的条件为：首先在300～400℃下煅烧10min；然后在700～800℃下煅烧20～30min。
作为一种优选的技术方案，步骤(2)中，所述无机复合物颗粒、十二烷基硫酸钠的质量比为1：(0.0015～0.02)。
作为一种优选的技术方案，步骤(2)中，所述丙烯酸、丙烯酰胺、span80、去离子水、无机复合物颗粒、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾的用量以重量份计分别为：丙烯酸6～12份、丙烯酰胺1～3份、span80%200.15～0.35份、去离子水8～15份、无机复合物颗粒0.8～1.2份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.01～0.05份、过硫酸钾0.01～0.04份。
作为一种改进的技术方案，步骤(3)中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合添加剂1～5份、无机肥料7～15份、微量元素肥料0.5～1.5份、微生物菌剂0.01～0.03份、腐植酸10～20份。
作为一种优选的技术方案，步骤(3)中，所述无机肥料为氯化铵、磷酸钾、尿素、磷酸氢二铵、硝酸钾中的一种或多种混合。
作为一种优选的技术方案，步骤(3)中，所述微量元素肥料为七水硫酸锌、硫酸锰、硫酸铜、钼酸铵中的一种或多种混合。
作为一种优选的技术方案，步骤(3)中，所述微生物菌剂为固氮菌、解磷菌、解钾菌、嗜盐细菌中的一种或多种混合。
造纸污泥是造纸废水处理过程中产生的固体废物，具有含水量高、纤维含量大、产泥率高的特点，其组成以纤维类的有机物为主，其次为黏土类的无机物，无机物主要为氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化镁等。为了减少造纸污泥对环境的危害，常常采用填埋的方式处理，但是该处理方式不仅占用土地资源、还会对环境造成二次污染。本发明对造纸污泥进行处理，然后与其他无机物一起进行煅烧处理，制得比表面积大、活性高的物质，用于盐碱地改良时可有效改善土壤的理化性状。
蛭石粉是一种水合物，高温灼烧后可膨胀，富含氮、磷、钾、铝、铁、镁、硅酸盐等成分，具有较高的阳离子交换容量和较强的阳离子吸附能力，水肥吸附性能好，将其加入到盐碱地土壤中，在土壤中可有效形成隔盐层，有效改善盐碱地土壤的环境，降低盐碱地土壤的pH。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供的土壤改良剂以无机肥料、腐植酸为主要组分，并辅助添加微量元素肥料、微生物菌剂以及自制的复合添加剂，制得的土壤改良剂稳定性好，用于盐碱地改良时，一方面可以改善盐碱地土壤的成分和结构，增加土壤的渗透性能，加速土壤中盐分的淋洗；另一方面可以提高盐碱地土壤的肥力，减少地表水分蒸发，抑制返盐现象的发生。
本发明自制的复合添加剂是以造纸污泥、蛭石粉、粘土和草木灰为主要原料，加水混合造粒，制得混合颗粒，并在一定条件下进行煅烧处理，制得无机复合物颗粒，其具有多孔结构，比表面积大，力学性能好，可有效提高土壤的孔隙度，加快土壤中盐分的淋洗。为了进一步提高无机复合物颗粒的性能，本发明将制得的无机复合物颗粒在十二烷基硫酸钠的作用下分散于去离子水中形成分散液；然后以丙烯酸、丙烯酰胺为聚合单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸钾为引发剂聚合反应，制得复合添加剂，丙烯酸中的离子性基团与丙烯酰胺中的非离子基团相互协同，有利于耐盐性的提高；本发明制得的无机复合物颗粒表面吸附有十二烷基硫酸钠的大分子链，在聚合反应中一定程度上也可以起到交联剂的作用，从而形成以无机复合物颗粒为核心的聚合物，制得了耐盐性和保水性俱佳的复合添加剂。
本发明公开的盐碱地土壤改良剂的制备方法操作简单，采用的原料价廉易得，制备成本大大降低，节能环保。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将造纸污泥干燥，研磨处理，处理后过200目筛，制得含水率为含水率为3wt％的造纸污泥颗粒；以重量份计，将1份造纸污泥颗粒与1份蛭石粉、7份粘土、3份草木灰混合后加入8份去离子水搅拌混合均匀，然后制得粒径大小为2mm的混合颗粒，将混合颗粒置于马弗炉内，惰性气体保护下，首先在300℃下煅烧10min，然后在700℃下煅烧20min，煅烧结束后冷却至室温，制得无机复合物颗粒；
(2)将1份上述制得的无机复合物颗粒在0.0015份十二烷基硫酸钠的作用下分散于去离子水中，制得分散液；将6份丙烯酸、1份丙烯酰胺、0.15份span80和8份去离子水混合搅拌均匀后，加入上述制得的分散液，混合均匀后，加入0.01份N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.01份过硫酸钾，并升温至60℃，反应1h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得复合添加剂；
(3)将上述制得的1份复合添加剂、7份无机肥料、0.5份微量元素肥料、0.01份微生物菌剂、10份腐植酸混合均匀，制得土壤改良剂。
实施例2
一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将造纸污泥干燥，研磨处理，处理后过200目筛，制得含水率为含水率为5wt％的造纸污泥颗粒；以重量份计，将3份造纸污泥颗粒与2份蛭石粉、11份粘土、5份草木灰混合后加入10份去离子水搅拌混合均匀，然后制得粒径大小为5mm的混合颗粒，将混合颗粒置于马弗炉内，惰性气体保护下，首先在400℃下煅烧10min，然后在800℃下煅烧30min，煅烧结束后冷却至室温，制得无机复合物颗粒；
(2)将1份上述制得的无机复合物颗粒在0.02份十二烷基硫酸钠的作用下分散于去离子水中，制得分散液；将12份丙烯酸、3份丙烯酰胺、0.35份span80和15份去离子水混合搅拌均匀后，加入上述制得的分散液，混合均匀后，加入0.05份N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.04份过硫酸钾，并升温至80℃，反应3h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得复合添加剂；
(3)将上述制得的5份复合添加剂、15份无机肥料、1.5份微量元素肥料、0.03份微生物菌剂、20份腐植酸混合均匀，制得土壤改良剂。
实施例3
一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将造纸污泥干燥，研磨处理，处理后过200目筛，制得含水率为含水率为3.5wt％的造纸污泥颗粒；以重量份计，将1.5份造纸污泥颗粒与1份蛭石粉、8份粘土、3份草木灰混合后加入8份去离子水搅拌混合均匀，然后制得粒径大小为3mm的混合颗粒，将混合颗粒置于马弗炉内，惰性气体保护下，首先在350℃下煅烧10min，然后在700℃下煅烧20min，煅烧结束后冷却至室温，制得无机复合物颗粒；
(2)将1份上述制得的无机复合物颗粒在0.0016份十二烷基硫酸钠的作用下分散于去离子水中，制得分散液；将7份丙烯酸、1份丙烯酰胺、0.2份span80和9份去离子水混合搅拌均匀后，加入上述制得的分散液，混合均匀后，加入0.02份N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.02份过硫酸钾，并升温至60℃，反应3h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得复合添加剂；
(3)将上述制得的2份复合添加剂、8份无机肥料、0.7份微量元素肥料、0.015份微生物菌剂、12份腐植酸混合均匀，制得土壤改良剂。
实施例4
一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将造纸污泥干燥，研磨处理，处理后过200目筛，制得含水率为含水率为3.5wt％的造纸污泥颗粒；以重量份计，将2份造纸污泥颗粒与2份蛭石粉、9份粘土、3.5份草木灰混合后加入8.5份去离子水搅拌混合均匀，然后制得粒径大小为3mm的混合颗粒，将混合颗粒置于马弗炉内，惰性气体保护下，首先在300℃下煅烧10min，然后在800℃下煅烧20min，煅烧结束后冷却至室温，制得无机复合物颗粒；
(2)将1份上述制得的无机复合物颗粒在0.0017份十二烷基硫酸钠的作用下分散于去离子水中，制得分散液；将8份丙烯酸、2份丙烯酰胺、0.25份span80和10份去离子水混合搅拌均匀后，加入上述制得的分散液，混合均匀后，加入0.03份N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.02份过硫酸钾，并升温至70℃，反应1.5h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得复合添加剂；
(3)将上述制得的3份复合添加剂、11份无机肥料、0.9份微量元素肥料、0.01份微生物菌剂、14份腐植酸混合均匀，制得土壤改良剂。
实施例5
一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将造纸污泥干燥，研磨处理，处理后过200目筛，制得含水率为含水率为4wt％的造纸污泥颗粒；以重量份计，将2份造纸污泥颗粒与1份蛭石粉、9份粘土、4份草木灰混合后加入9份去离子水搅拌混合均匀，然后制得粒径大小为3mm的混合颗粒，将混合颗粒置于马弗炉内，惰性气体保护下，首先在400℃下煅烧10min，然后在700℃下煅烧20min，煅烧结束后冷却至室温，制得无机复合物颗粒；
(2)将1份上述制得的无机复合物颗粒在0.0018份十二烷基硫酸钠的作用下分散于去离子水中，制得分散液；将10份丙烯酸、2份丙烯酰胺、0.3份span80和12份去离子水混合搅拌均匀后，加入上述制得的分散液，混合均匀后，加入0.04份N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.03份过硫酸钾，并升温至65℃，反应2h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得复合添加剂；
(3)将上述制得的4份复合添加剂、11份无机肥料、1.1份微量元素肥料、0.02份微生物菌剂、16份腐植酸混合均匀，制得土壤改良剂。
实施例6
一种基于造纸污泥和蛭石粉的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将造纸污泥干燥，研磨处理，处理后过200目筛，制得含水率为含水率为4.5wt％的造纸污泥颗粒；以重量份计，将2.5份造纸污泥颗粒与2份蛭石粉、10份粘土、3份草木灰混合后加入9.5份去离子水搅拌混合均匀，然后制得粒径大小为2mm的混合颗粒，将混合颗粒置于马弗炉内，惰性气体保护下，首先在400℃下煅烧10min，然后在750℃下煅烧25min，煅烧结束后冷却至室温，制得无机复合物颗粒；
(2)将1份上述制得的无机复合物颗粒在0.0019份十二烷基硫酸钠的作用下分散于去离子水中，制得分散液；将11份丙烯酸、2.5份丙烯酰胺、0.33份span80和14份去离子水混合搅拌均匀后，加入上述制得的分散液，混合均匀后，加入0.04份N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.035份过硫酸钾，并升温至75℃，反应2h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得复合添加剂；
(3)将上述制得的4.5份复合添加剂、14份无机肥料、1.3份微量元素肥料、0.025份微生物菌剂、18份腐植酸混合均匀，制得土壤改良剂。
对比例
土壤改良剂中添加等量的聚丙烯酸树脂来替代复合添加剂，其他条件和实施例6相同。
一、下面对于本发明制得的复合添加剂进行性能测试。
1、吸水性能
分别称取质量为m1的实施例1～实施例6以及对比例中制得的土壤改良剂作为样品，置于一定体积的去离子水中，吸水饱和后，经100目网筛沥去多余的水分后称取样品的质量，记为m2，按照Q＝(m2-m1)/m1计算样品的吸水性能；式中，Q为复合添加剂的吸水倍率，m1为复合添加剂吸水前的质量；m2为复合添加剂吸水后的质量。
2、保水性能
将吸水饱和后的样品置于温度为150℃的烘箱中，2h后称重，保水性能可用保水率来衡量，按R＝m2'/m1'×100％计算保水率，式中，R表示保水率，m1'为复合添加剂在吸水后脱水前的质量；m2'为复合添加剂吸水后再脱水后的质量。
测试结果如表1所示。
表1
从上述表1测试结果来看，本发明制得的无机复合物颗粒在一定程度上可提高复合添加剂的吸水性能和保水性能，这主要是由于本发明制得的无机复合物颗粒具有多孔结构，比表面积大，表面具有亲水性基团，吸水能力强，从而提高了复合添加剂的吸水性能。
分别选取667hm2的滨海盐碱地作为试验区，试验区平均海拔为3m，年平均降水量360～960mm，试验区土壤的pH为8，全盐含量为7.07g/kg，HCO3-含量为0.330g/kg，Cl-含量为3.19g/kg，SO42-含量为1.22g/kg，K+含量为0.043g/kg，Na+含量为1.83g/kg，Ca2+含量为0.24g/kg，Mg2+0.148g/kg。
二、将本发明实施例1～实施例6以及对比例中制得的土壤改良剂施入到试验区的土壤中，然后整地，灌溉后种植农作物，农作物生长两个周期后，在试验区随机选择区域采集0～10cm的土壤，进行测试，CO32-、HCO3-含量采用双指示剂-中和滴定法测定，Cl－含量采用AgNO3滴定法测定，SO42－含量采用EDTA间接络合滴定法测定，Ca2+、Mg2+含量采用EDTA络合滴定法测定，K+、Na+含量使用火焰光度计测定，全盐量为各离子含量之和。pH值使用pH计(上海三信mp521)测定，脱盐率＝(1-处理后土壤含盐量)/处理前土壤含盐量×100％。测试结果如表2所示。
表2
从上述表2测试结果来看，本发明实施例1～实施例6中的土壤改良剂用于盐碱地改良时，可有效降低土壤中的盐含量，相对于对比例，盐含量的去除率提高了近一倍。
此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
