黏土基高分子防渗漏复合材料的制备及性能研究

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我国西北地区深居内陆,是水资源时空变率最高的地区,大部分地区年平均降水量低于400 mm。降雨主要集中在夏秋两季,且常年暴雨,与植被或农作物的生长发育需水期存在严重错位。因此,水资源不但无法满足工农业的发展需求,而且还对许多地方的人畜用水造成困难。而一些如集水池建筑材料一般是水泥,与土层相容性差,容易坍塌。水泥集水池不但水质不能保证,而且建造成本也高,存在推广困难。水泥集水池区域的土地不能复耕,生态难以恢复,这严重制约了当地社会经济发展和生态环境可持续发展。此外,我国存在大面积的漏水沙地,水分快速渗漏使得沙土的含水量无法满足植被或农作物的生长需求,使得这些沙地难以耕种。因此,防止蓄水设施和沙地的水分渗漏迫在眉睫。基于上述存在的问题,本论文以来源广泛、成本低廉的黏土为主要原料,添加天然高分子或环境友好型的高分子材料,制备黏土基防渗漏复合材料,并考察其防渗漏性能,具体内容如下:1.以红土(Laterite)、纤维素及植物胶为原料,通过多位点原位缩聚法制备了一系列红土基防渗漏复合材料;利用红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)和粒径分析仪对材料的结构和形貌进行了测试;考察了高分子组分和结构对所制备材料防渗漏性能和储水水质的影响。结果表明,添加不同含量纤维素制备的防渗漏复合材料,其防渗漏性能均较优异。其中,添加0.2%羟丙基甲基纤维素(HPMC)制备的防渗漏复合材料,在自然条件下放置1008 h,相比纯红土制备的防渗漏材料,其渗水率降低了32.3%;添加不同含量植物胶制备的防渗漏复合材料,其防渗漏效果也比较明显。其中,当羟丙基瓜尔胶的添加量为0.05%时,在自然条件下放置1008 h,相比纯红土制备的防渗漏材料,其渗水率降低了28.6%。同时,添加纤维素和植物胶制备的防渗漏复合材料对储存水质没有影响。2.以田菁胶(SG)、部分中和的丙烯酸(AA)和乙酸乙烯酯为原料,通过自由基聚合法制备了田菁胶-接枝-聚(丙烯酸-共聚-乙酸乙烯酯)乳液;优化了反应条件对乳液粘度的影响。通过FTIR、XRD、SEM和热分析仪对材料的结构、形貌和热稳定性进行了表征。且选取红土为主要原料,添加该乳液制备了红土基防渗漏复合材料,考察了乳液含量对防止土壤水分渗漏的影响和保水性能。结果表明,该材料具有较好的保水性能,且能有效防止土壤水分发生深层渗漏。3.以羟乙基纤维素(HEC)、丙烯酸丁酯(BA)和乙酸乙烯酯(VAc)为原料,在乳化剂十二烷基苯磺酸钠存在下,通过自由基乳液聚合法制备了羟乙基纤维素-接枝-聚(丙烯酸丁酯-共聚-乙酸乙烯酯)乳液;优化了反应条件。通过FTIR、XRD、TEM、SEM和水接触角测试仪对材料的结构、形貌性进行了表征。且选取凹凸棒石为主要原料,添加该乳液制备了凹凸棒石基防渗漏复合材料,考察了乳液含量对防止土壤水分渗漏的影响和保水性能。结果表明,该材料保水性能较好,且能有效防止土壤水分发生深层渗漏。4.以海藻酸丙二醇酯(PGA)、部分中和的丙烯酸(AA)和丙烯酸丁酯(BA)为原料,通过自由基聚合法制备了海藻酸丙二醇酯-接枝-聚(丙烯酸-共聚-丙烯酸丁酯)乳液;优化了反应条件。通过FTIR、XRD、TEM和水接触角测试仪,分别对材料的结构与表面润湿性进行了表征。且选取钠基膨润土为主要原料,添加该乳液制备了钠基膨润土基防渗漏复合材料,研究了该材料的最大持水量,乳液含量对防止土壤水分渗漏的影响和保水性能。结果表明,该材料具有较好的持水性;不同温度下,其保水性较好,且能有效防止土壤水分发生深层渗漏。因此,该材料在干旱地区集水节水、旱地水资源调控方面具有重要意义。
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