一种硅溶胶改性纤维素基粘结剂、环保储水型固沙板及其制备方法技术

本发明专利技术属于沙漠化治理领域，公开一种硅溶胶改性纤维素基粘结剂、环保储水型固沙板及其制备方法。取秸秆将其干燥，粉碎过筛；将所得秸秆粉在2~6 wt%碱溶液中浸润并煮沸，取出冷却后加入浓硝酸和无水乙醇的混合溶液进行酸解，然后用水洗至中性，之后糊化；向糊化产物中加入二氧化硅溶胶，控制在2.94~9.81 Mpa、40~60℃下反应0.5~1.0 h，加入三乙胺反应1~2 h，再加入乙二胺反应4~8 h，加水搅拌乳化，即得硅溶胶改性纤维素基粘结剂。将无机土、保水剂、肥料和硅溶胶改性纤维素基粘结剂，混合均匀，压制成型，放入耐旱植物种子，即得固沙板。本发明专利技术硅溶胶改性纤维素基粘结剂为发明专利技术人自主研发，粘结效果好，环保无毒；所制得的环保储水型固沙板强度高，具有良好的固沙能力。

A Silica Sol Modified Cellulose-based Binder, Environmental Water Storage Sand-fixing Board and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of desertification control, and discloses a silica sol modified cellulose-based binder, an environmentally friendly water storage sand-fixing board and a preparation method thereof. The straw was dried, crushed and sifted; the straw powder was soaked and boiled in 2-6 wt% alkali solution, then acidified with concentrated nitric acid and anhydrous ethanol mixed solution after cooling, then washed with water to neutral, then gelatinized; silica sol was added to the gelatinized product, and the reaction was controlled at 2.94-9.81 Mpa, 40-60 C for 0.5-1.0 h, triethylamine for 1-2 h, and then gelatinized. Silica sol modified cellulose-based binder was prepared by adding ethylenediamine for 4-8 h and stirring emulsification with water. Cellulose-based binder was modified by inorganic soil, water-retaining agent, fertilizer and silica sol. The binder was mixed evenly, pressed and shaped, and put into the seeds of drought-tolerant plants, which resulted in sand-fixing board. The silica sol modified cellulose-based binder of the invention is independently developed by the inventor, with good bonding effect, environmental protection and non-toxicity, and the prepared environment-friendly water storage sand-fixing board has high strength and good sand-fixing ability.

【技术实现步骤摘要】
一种硅溶胶改性纤维素基粘结剂、环保储水型固沙板及其制备方法
本专利技术属于沙漠化治理
，具体涉及一种硅溶胶改性纤维素基粘结剂、环保储水型固沙板及其制备方法。
技术介绍
目前全球有三分之二的国家受到土地荒漠化的影响，陆地总面积的四分之一是荒漠化土地，高达3600万km2，约六分之一的全球人口受到荒漠化的直接威胁。尽管各国采取了各种各样的措施对荒漠化进行了治理，但全球的荒漠化面积仍以50000~70000m2/年高速增长。目前治理土地荒漠化的方法主要有机械工程固沙技术、植物固沙技术和化学固沙技术。机械工程固沙优点在于不受材料的限制，可大面积应用，缺点：其防护高度和年限有限，容易被流沙掩埋。植物固沙优点在于环境友好，没有污染压力，缺点：受气候条件限制，适宜植物种类稀少且成活率低，生长周期长。化学固沙主要是在流沙表面喷洒化学试剂形成一层具有一定强度、能够防止风沙吹蚀、又可保持下层水分的固结层以达到固沙效果的一种方法，缺点：成本略高、不宜大面积推广。在治理土地荒漠化的过程中，近些年兴起的草方格沙障因其具有一定的效果和低成本得到了大面积的推广。草方格沙障主要是由麦秸、芦苇、稻草等材料组成。其原理是在流动沙层的表面形成一道挡风墙，借以消减风力侵蚀，并兼有截留雨水的作用，提高沙丘的含水率，促进植物的生长。但草方格沙障具有使用年限短、保水能力差、易被风沙掩埋等缺点，这极大地限制了草方格沙障的应用。因此，研究一种使用年限高、保水能力强的储水型固沙板显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硅溶胶改性纤维素基粘结剂、环保储水型固沙板及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下∶一种硅溶胶改性纤维素基粘结剂的制备方法，包括以下步骤：S1、取秸秆将其干燥，并进行粉碎、过筛；S2、将S1所得秸秆粉在2~6wt%碱溶液中浸润并煮沸，取出冷却后加入浓硝酸和无水乙醇的混合溶液进行酸解，然后用水洗涤至中性，之后将其在微波反应器中糊化；其中，以质量比计，秸秆粉∶浓硝酸和无水乙醇的混合溶液=1∶（5~15），浓硝酸∶无水乙醇=（15~30）∶100；S3、向S2所得糊化产物中加入二氧化硅溶胶，控制在2.94~9.81Mpa、40~60℃下反应0.5~1.0h，之后加入三乙胺反应1~2h，再加入乙二胺反应4~8h，加水在搅拌下将其乳化，即得产品；其中，以质量比计，糊化产物∶二氧化硅溶胶∶乙三胺∶乙二胺∶水=（9.0~11.5）∶（1.0~2.0）∶（0.5~3.0）∶（0.25~1.5）∶（0.5~3.0）。较好地，S1中，所述秸秆为小麦秸秆或稻草秸秆，20~40℃下干燥10~30min，30~60目筛子过筛。较好地，S2中，所述碱液为NaOH溶液，煮沸0.5~2h，酸解1.5~3.5h，在功率为500~700W的微波反应器中糊化5~7min。较好地，S3中，二氧化硅溶胶的平均粒径为45~75nm，搅拌速率为300~700rpm。一种利用前述制备方法制备的硅溶胶改性纤维素基粘结剂。一种利用所述硅溶胶改性纤维素基粘结剂制备环保储水型固沙板的方法，包括以下步骤：第一步，将无机土、保水剂和肥料混合均匀，球磨后过筛，得混合物1；其中，以质量比计，无机土∶保水剂∶肥料=（0.5~1.5）∶（2~5）∶（0.2~0.5）；第二步，将秸秆切成2~6cm的短块，与混合物1混合均匀，之后加入硅溶胶改性纤维素基粘结剂，再混合均匀，得混合物2；其中，以质量比计，混合物1∶秸秆块∶硅溶胶改性纤维素基粘结剂=（0.1~1.5）∶（1~2）∶（1~3.5）；第三步，使用热压机在模具中将混合物2压制成型板材，成型冷却之后、未干燥前在板材的长度与厚度所构成的侧面或者宽度与厚度所构成的侧面距表层1cm以内的位置放入耐旱植物种子，即得固沙板。较好地，第一步中，所述无机土为膨润土，所述肥料为尿素，500~700目筛子过筛。较好地，第二步中，所述秸秆为小麦秸秆或稻草秸秆。较好地，第三步中，所述模具为方形槽，模具的规格为长*宽*厚度=（1~2）m*（1~2）m*（2~5）cm，所得固沙板的密度为200~400kg/m3。较好地，第三步中，所述耐旱植物为沙柳。本专利技术中，保水剂可市购获得，或者按现有技术制备获得。本专利技术中的硅溶胶改性纤维素基粘结剂为专利技术人自主研发，粘结效果好，环保无毒；所制得的环保储水型固沙板强度高，具有良好的固沙能力；水溶性硅溶胶基粘结剂、保水剂和无机土的引入使环保储水型固沙板遇水迅速膨胀，使其具有良好的保水能力；且对环境无任何伤害，为全球土地荒漠化的治理提供一种新的方法。附图说明图1：固沙板的结构示意图；图2：十字方格的布置模型图；其中附图标记为：1-固沙板，2-沙柳种子，a-固沙板的长度，b-固沙板的宽度，c-固沙板的厚度。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术的范围。实施例1一种环保储水型固沙板的制备方法，包括如下步骤：第一步，将膨润土、保水剂和尿素混合均匀，用干式球磨机球磨20min，使用600目筛子过筛，得混合物1；其中，以质量比计，膨润土∶保水剂∶尿素=1∶2∶0.2；第二步，将小麦秸秆切成长度为2cm的短块，然后将秸秆块与混合物1混合搅拌30min，之后加入硅溶胶改性纤维素基粘结剂，再搅拌10min，得混合物2；其中，以质量比计，混合物1∶秸秆块∶硅溶胶改性纤维素基粘结剂=1∶2∶2；第三步，使用热压机在模具（模具为正方形槽，模具的规格为长*宽*厚度=1m*1m*2cm）中将混合物2压制成型为密度为200~400kg/m3的板材，成型冷却之后、未干燥前在板材的长度与厚度所构成的侧面距表层1cm以内的位置均匀地放入沙柳种子（10颗/100cm2），即得固沙板，如图1所示。本实施例中，所述保水剂按下述方法制备获得：（1）、取小麦秸秆将其在40℃下干燥30min，并用粉碎机进行粉碎、使用40目筛子进行过筛；（2）、将（2）所得秸秆粉在5wt%NaOH溶液中浸润并煮沸0.5h，除去绝大多数的半纤维素，取出冷却后加入浓硝酸（质量分数约为68%，下同）和无水乙醇的混合溶液进行酸解2h，然后洗涤至中性，之后将其在微波反应器（功率为500W）中糊化5min；其中，以质量比计，秸秆粉∶浓硝酸和无水乙醇的混合溶液=1∶10，浓硝酸∶无水乙醇=25∶100；（3）、在（2）所得糊化产物中依次加入中和度80%的丙烯酸、丙烯酰胺、聚乙二醇2000、磷酸二氢钾、腐殖酸混合均匀，再加入过硫酸钾和丙三醇，搅拌均匀；其中，以质量比计，糊化产物∶中和度80%的丙烯酸∶丙烯酰胺∶聚乙二醇2000∶磷酸二氢钾∶腐殖酸∶过硫酸钾∶丙三醇=5∶2∶1∶0.05∶0.02∶0.04∶0.16∶0.04；（4）、将（3）所得体系迅速放置在微波反应器（功率为500W）中反应30min，将反应后的产品在70℃干燥箱中干燥，直至样品变干硬；（5）、将制得的样品用干式球磨机粉碎30min并过500目筛，即得到所需要的保水剂。本实施例中，所述硅溶胶改性纤维素基粘结剂，按下述方法制备获得：S1、取小麦秸秆将其在40℃下干燥30min，并用粉碎机进行粉碎、使用40目筛子进行过筛；S2、将S1所得秸秆粉在5wt%NaO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅溶胶改性纤维素基粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取秸秆将其干燥，并进行粉碎、过筛；S2、将S1所得秸秆粉在2~6 wt%碱溶液中浸润并煮沸，取出冷却后加入浓硝酸和无水乙醇的混合溶液进行酸解，然后用水洗涤至中性，之后将其在微波反应器中糊化；其中，以质量比计，秸秆粉∶浓硝酸和无水乙醇的混合溶液=1∶（5~15），浓硝酸∶无水乙醇=（15~30）∶100；S3、向S2所得糊化产物中加入二氧化硅溶胶，控制在2.94~9.81 Mpa、40~60 ℃下反应0.5~1.0 h，之后加入三乙胺反应1~2 h，再加入乙二胺反应4~8 h，加水在搅拌下将其乳化，即得产品；其中，以质量比计，糊化产物∶二氧化硅溶胶∶乙三胺∶乙二胺∶水=（9.0~11.5）∶（1.0~2.0）∶（0.5~3.0）∶（0.25~1.5）∶（0.5~3.0）。

【技术特征摘要】
1.一种硅溶胶改性纤维素基粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取秸秆将其干燥，并进行粉碎、过筛；S2、将S1所得秸秆粉在2~6wt%碱溶液中浸润并煮沸，取出冷却后加入浓硝酸和无水乙醇的混合溶液进行酸解，然后用水洗涤至中性，之后将其在微波反应器中糊化；其中，以质量比计，秸秆粉∶浓硝酸和无水乙醇的混合溶液=1∶（5~15），浓硝酸∶无水乙醇=（15~30）∶100；S3、向S2所得糊化产物中加入二氧化硅溶胶，控制在2.94~9.81Mpa、40~60℃下反应0.5~1.0h，之后加入三乙胺反应1~2h，再加入乙二胺反应4~8h，加水在搅拌下将其乳化，即得产品；其中，以质量比计，糊化产物∶二氧化硅溶胶∶乙三胺∶乙二胺∶水=（9.0~11.5）∶（1.0~2.0）∶（0.5~3.0）∶（0.25~1.5）∶（0.5~3.0）。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S1中，所述秸秆为小麦秸秆或稻草秸秆，20~40℃下干燥10~30min，30~60目筛子过筛。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S2中，所述碱液为NaOH溶液，煮沸0.5~2h，酸解1.5~3.5h，在功率为500~700W的微波反应器中糊化5~7min。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S3中，二氧化硅溶胶的平均粒径为45~75nm，搅拌速率为300~700rpm。5.一种利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：马源，王海旺，张煜垲，王冠琦，张乾康，房子凱，徐武嘉贝，徐海超，蒲泓沁，杨如桐，高德宽，刘子逸，吴正杰，田嘉琪，霍原非，熊昕宇，曹昌乾，袁毅，冀成，张睿毅，李国辉，翁国明，李明智，王柄筑，魏新芳，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13