一种调控多孔材料保水能力的方法及其产品

技术领域

本发明属于多孔介质渗透性能调控技术领域，具体涉及一种调控多孔材料保水能力的方法及其产品。

背景技术

多孔介质的渗透性能由孔隙率、迂曲度、孔隙半径、比表面积等多种性质共同决定。多孔介质的结构复杂，排列随机无序，例如孔隙的大小与分布，导致渗透性能的机理和应用研究进展缓慢。近年来，分形理论在多孔介质渗透性能方面的应用获得了国内外学者的广泛关注，并由此提出了一些经验模型。但是，这些模型仅仅依靠分散介质的一些物理性质获得，而不能阐述这些物理性质改变的机制问题。因此，基于此所获得的方法，也只是一些外部控制方法和技术。目前市面上传统的多孔介质渗透材料多是利用像膨润土和季铵盐类物质来改变多孔介质的分形结构、比表面和孔隙状况等性质来调节其渗透性能。沙漠属于一种具有很多大孔隙的多孔介质。但是由于缺乏机理与理论基础，其调控能力多是通过经验关系获得，难以根据需要对渗透性能进行目标调控来提高沙漠地区的保水能力。对于大孔隙含量多的沙漠，更难以实现在沙漠中任意深度制备一个防水层或保水层，防止水分持续向下入渗而损失。

因此，为了有针对性的调控多孔材料保水能力，对其进行深入的研究和探索，寻找一种调控多孔材料保水能力的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种调控多孔材料保水能力的方法；本发明的目的之二在于提供一种调控多孔材料保水能力的方法制备的产品。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种调控多孔材料保水能力的方法，所述方法具体为：向多孔介质的基质材料中添加含盐量≥1％的盐碱土、含盐量≥1％的盐碱土和黏土矿物组成的混合物或含盐量≥1％的盐碱土、黏土矿物和阴离子型聚丙烯酰胺组成的混合物中的任意一种，搅拌使其混合均匀即可。

优选的，所述多孔介质的基质材料为沙漠中的沙粒。

优选的，向所述多孔介质的基质材料中添加含盐量≥1％的盐碱土时所述盐碱土与基质材料的质量比为1～20:100。

优选的，向所述多孔介质的基质材料中添加含盐量≥1％的盐碱土和黏土矿物组成的混合物时所述盐碱土、黏土矿物与基质材料的质量比为1～20:1～5:100。

优选的，向所述多孔介质的基质材料中添加含盐量≥1％的盐碱土、黏土矿物和阴离子型聚丙烯酰胺时所述盐碱土、黏土矿物、阴离子型聚丙烯酰胺与基质材料的质量比为1～20:1～5:1～5:100。

优选的，所述阴离子型聚丙烯酰胺的分子量为200万～1800万。

优选的，所述搅拌使其混合均匀具体为：以200rpm的转速在搅拌器中搅拌30min至混合均匀为止。

优选的，所述黏土矿物为高岭石或蒙脱石。

2.根据上述方法制备的具有保水能力的多孔材料。

3.上述具有保水能力的多孔材料在制备沙漠保水保肥的渗透调节剂中的应用。

本发明的有益效果在于：

本发明公开了一种调控多孔材料保水能力的方法，从多孔介质中颗粒内部作用力调控这一新的视角出发，向多孔介质的基质材料中添加含盐量≥1％的盐碱土可以达到调节多孔介质中颗粒表面的电化学性质的目的、向多孔材料中添加含盐量≥1％的盐碱土和黏土矿物组成的混合物可以改变多孔介质中溶液的电解质组成、向多孔材料中添加含盐量≥1％的盐碱土、黏土矿物和阴离子型聚丙烯酰胺可以调节多孔介质中溶液的电解质浓度，以便最终达到调节多孔介质中颗粒间的相互作用力，进而定向改变多孔介质的孔隙状态，从而达到定向调节多孔介质渗透性能的目的，使其制备的具有保水能力的多孔材料能够作为渗透调节剂以实现沙漠保水保肥的目的。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为实施例1～8中的方法制备的具有保水能力的多孔材料和沙漠土(沙漠中的沙粒)的渗透性能测试对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种通过调节多孔介质中颗粒间相互作用力来调控多孔材料保水能力的方法，具体为：

将含盐量为6.02％的盐碱土与沙漠土(沙漠中的沙粒)按照1:10的质量比混合，置于搅拌器中以200rpm的速度搅拌30min即可。

实施例2

一种通过调节多孔介质中颗粒间相互作用力来调控多孔材料保水能力的方法，具体为：

将含盐量为6.02％的盐碱土、蒙脱石与沙漠土(沙漠中的沙粒)按照10:1:100的质量比混合，置于搅拌器中以200rpm的速度搅拌30min即可。

实施例3

一种通过调节多孔介质中颗粒间相互作用力来调控多孔材料保水能力的方法，具体为：

将含盐量为6.02％的盐碱土与沙漠土(沙漠中的沙粒)按照2:10的质量比混合，置于搅拌器中以200rpm的速度搅拌30min即可。

实施例4

一种通过调节多孔介质中颗粒间相互作用力来调控多孔材料保水能力的方法，具体为：

将含盐量6.02％的盐碱土、蒙脱石与沙漠土(沙漠中的沙粒)按照10:2:100的质量比混合，置于搅拌器中以200rpm的速度搅拌30min即可。

实施例5

一种通过改变多孔介质中颗粒间相互作用力来调控多孔材料保水能力的方法，具体为：

将含盐量为6.02％的盐碱土、蒙脱石、分子量为800万的阴离子型聚丙烯酰胺与沙漠土(沙漠中的沙粒)按照1:1:1:100的质量比混合，置于搅拌器中以200rpm的速度搅拌30min即可。

实施例6

一种通过改变多孔介质中颗粒间相互作用力来调控多孔材料保水能力的方法，具体为：将含盐量为6.02％的盐碱土、蒙脱石、分子量为800万的阴离子型聚丙烯酰胺与沙漠土(沙漠中的沙粒)按照10:1:1:100的质量比混合，置于搅拌器中以200rpm的速度搅拌30min即可。

实施例7

一种通过改变多孔介质中颗粒间相互作用力来调控多孔材料保水能力的方法，具体为：

将含盐量为6.02％的盐碱土、蒙脱石、分子量为800万的阴离子型聚丙烯酰胺与沙漠土(沙漠中的沙粒)按照10:2:2:100的质量比混合，置于搅拌器中以200rpm的速度搅拌30min即可。

实施例8

一种通过改变多孔介质中颗粒间相互作用力来调控多孔材料保水能力的方法，具体为：

将含盐量为6.02％的盐碱土、蒙脱石、分子量为800万的阴离子型聚丙烯酰胺与沙漠土(沙漠中的沙粒)按照20:5:5:100的质量比混合，置于搅拌器中以200rpm的速度搅拌30min即可。

渗透性能测试：

将按照实施例1～8中的方法制备的具有保水能力的多孔材料和沙漠土(沙漠中的沙粒)在同样的条件下进行渗透性能测试，测试结果如图1所示，测试的方法为：

首先将待测产品按照相同的一定容重(1.2g/cm

其次向土柱顶部倒入一定高度(3cm)的自来水(或其它实际应用的溶液也可)，立即开始计时，并同时观察记录入渗高度随时间的变化，入渗过程中保持水头(3cm)不变。

从图1的测试结果可知，只含有沙漠土的多孔介质渗透能力最强，这是因为体系中细小颗粒的含量太少、大孔隙较多，从而使其渗透性能最大，其保水能力最差；当向沙漠土中加入一定量的盐碱土时，其渗透性能有所降低，且随着盐碱土含量的增加而降低更多(实施例1和例3)，保水能力有所增强；同样继续向沙漠土和盐碱土的混合物中加入蒙脱石，其渗透性能进一步减小，且随着蒙脱石含量的增加而降低更多(实施例2和例4)；最后向沙漠土、盐碱土和蒙脱石的混合介质中再加入聚丙烯酰胺，其渗透性能进一步减小，且随着聚丙烯酰胺含量的增加而降低更多(实施例5和实施例8)。另外还发现，当向沙漠土中加入盐碱土、蒙脱石和聚丙烯酰胺时，构建了沙漠土中距离表层约5cm(实施例8中沙漠土:盐碱土:蒙脱石:聚丙烯酰胺＝100:20:5:5)、7.5cm(实施例7中沙漠土:盐碱土:蒙脱石:聚丙烯酰胺＝100:10:2:2)和14cm(实施例6中沙漠土:盐碱土:蒙脱石:聚丙烯酰胺＝100:10:1:1)处的保水层，从而实现了保水保肥的目的。由此可以推测，本发明可以根据实际需要，实现任意深度沙漠土的保水层。例如，在沙漠、荒漠生态修复中，保水层在作物根系区或耕作层保持水肥，有利于作物充分吸收而减少损失。

另外上述实施例中采用的盐碱土含盐量≥1％均适用、粘土矿物除了采用实施例中的蒙脱石外还可以采用高岭土、阴离子型聚丙烯酰胺的分子量可以在200万～1800万之间，将其按照组成添加到多孔介质的基质材料都能够达到调控其保水能力的目的。

本发明调控多孔材料保水能力的主要原理在于：多孔介质的渗透性能取决于介质的孔隙状况，而孔隙状况的关键则取决于该多孔介质中固体颗粒处于凝聚还是分散状态，多孔介质中固体颗粒的凝聚或分散则是受颗粒间的相互作用力决定。根据胶体与界面化学理论，颗粒间主要相互作用力包括长程范德华引力、静电排斥力以及短程的水合排斥力。因此通过调节颗粒间的相互作用力来控制颗粒的凝聚或分散来调节多孔介质的孔隙状况，进而调节多孔介质的渗透性能。对于给定的材料，颗粒间的长程分子引力可看成常数，而水合排斥力仅为短程作用力，其影响程度有限。因此，静电排斥力成为颗粒之间处于凝聚还是分散状况的关键因素。本发明通过理论研究表明：钠离子(Na

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。