聚丙烯酰胺在水土保持中的应用研究
【摘要】：随着人口的增长和人民生活水平的提高,人类对自然资源的需求日益增大,对自然环境的压力也随之增强。为了保障粮食的需求,必须开垦新的耕地或强化农业生产以提高单位面积的粮食产量。倘若管理不善,均会造成严重的水土流失和生态环境退化,进而影响社会发展的可持续性。因而,保护生态环境和自然资源,减少水土流失,增强土地生产力是我国发展经济和提高人民生活水平的根本保障。
在探索有机高分子化合物(聚丙烯酰胺即PAM)在减少水体污染、改良土壤、控制水土流失中的应用研究,探讨不同类型PAM和不同粘土矿物的交互作用机制。
因PAM的理化性质不同(如：电量、电性、分子量的差异),控制水土流失和减少地表水中泥沙浑浊度的能力亦不同。同样由于自然土壤有着区域性、特质性的差别,土壤中粘土矿物的种类和理化性质均存在差异,也会影响PAM的有效性。
我们选用了不同电性、电量及分子量的PAM,首先用两种典型的纯净粘土矿物样本,对PAM的吸附、反吸附及对分散的粘土颗粒的凝聚能力和机制进行了定量研究。然后将实验扩展到含有不同粘土矿物的天然土壤,将PAM对区域性土壤的凝聚能力做了详细的定量分析,为该区域未来的水土保持提供理论依据。
纯净粘土矿物试验的结果表明,在没有阳离子桥的情况下,三种PAM的凝聚能力依次为阳离子非离子阴离子,阳离子为有效的絮凝剂,而阴离子则为分散剂。试验证明了：(1)PAM所带电荷的性质及数量是影响粘土胶体凝聚与分散的主要因素。阳离子桥的存在是用阴离子PAM作为凝聚剂的充分必要条件。(2)粘土矿物对PAM的吸附量除与PAM的电性关系非常密切外,也受到粘土矿物本身特性的影响,尤其是所带电荷的性质与数量及表面面积的大小。(3)PAM一旦被粘粒所吸附,反吸附几乎是不可能的。(4)进一步揭示了粘土矿物和PAM分子间的氢键结合和在范德华力作用下的物理吸附是不可逆吸附的根源。(5)PAM与粘土间复杂错综的交互作用关系构成了PAM在土壤改良、混水净化应用中的理论基础。
天然土壤样品的试验表明：(1)不同电荷密度和分子量的PAM均对粘粒(高岭土)和粉砂粒含量较高的粘土和壤土的凝聚作用极为显著,其最佳的絮凝浓度为1—3ppm之间,表明少许PAM就可以快速地降低地表水的浑浊度。(2)所用PAM对粘粒(蒙脱石)含量低的砂土凝聚效果较差,需加入少许溶质以加快凝聚速度。(3)当PAM的浓度高于最佳絮凝浓度时,由于粘粒对PAM分子的吸附量随PAM浓度的增加而增大,过量吸附阴离子PAM会使粘粒---PAM复合体的负电量增加,进而增加复合体的排斥力,凝聚力反而会下降。故在用PAM澄清地表水时,切勿过量施放。
总之,用PAM改良土壤,提高水质的潜力很大,前景广阔。但由于PAM的种类繁多；不同区域土壤中粘土矿物复杂多样；PAM和粘土矿物间交互作用复杂,今后还需继续做大量的试验才能确定PAM特征和不同区域土壤特性间的最佳组配关系及最佳的使用浓度。
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