黃小鴻,楊豆豆

(隴南師范高等專科學校 農(nóng)林技術(shù)學院,甘肅 隴南 742500)

鹽堿地是較普遍存在的土壤類型之一,是土地資源中的重要組成部分,世界性的資源和生態(tài)問題之一.我國地大物博,但是人口數(shù)量巨大,人均耕地面積少,鹽堿地的改良與治理對于我國這樣一個農(nóng)業(yè)大國來說意義重大,鹽堿性水質(zhì)不利植物生長,所以鹽堿地的改良與治理也必然成了農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)領(lǐng)域一個極其重要的研究內(nèi)容,我國生態(tài)建設與實現(xiàn)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的當務之急是如何更好地治理鹽堿地和植物利用鹽堿地[1-2].這是現(xiàn)在和未來科研人員關(guān)注的重點問題.

1860年,俄羅斯學者薩夫欽科夫(Tsavtchenkov)在烏拉爾坡縷縞斯克(Palygorsk)礦區(qū)的熱液蝕變帶中首次發(fā)現(xiàn)了一種礦物,以及中國學者許冀泉 1976 年在中國的江蘇省六合區(qū)竹鎮(zhèn)小盤山也發(fā)現(xiàn)了該礦物(凹凸棒土)[3].該礦物為一種層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁的硅酸鹽粘土礦物[4-6].

江娜等[8]制備一種復合凹凸棒鹽堿地微環(huán)境改良劑,是由凹凸棒土、有機高分子、磷石膏和風化煤等制備而成的納米復合物.通過離子交換、鈍化和酸堿調(diào)節(jié)等作用來改善作物根系附近微環(huán)境的鹽堿土,降鹽壓堿,促進作物生長,提高作物耐鹽堿性.李蕾等[9]將污泥與鹽堿地土壤進行了復配,對好氧堆肥污泥添加量為10%、20%、30%的復配土壤的電導率進行優(yōu)化實驗,結(jié)果表明當向這三種復配土中加入凹凸棒粉有降低復配土壤電導率的作用,凹凸棒粉的添加量為5%時效果最好.

本文中研究了納米凹凸棒土與石英石混合后在一定比例下對鹽堿水進行處理,當凹凸棒與石英石的質(zhì)量比為20∶3時與其他質(zhì)量比的樣品比較有更高的性價比，此時達到最佳的降鹽降堿效果.

1 實驗

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

X400型凹凸棒土(常州鼎邦礦產(chǎn)品科技);RJHB-1型石英石(鞏義市潤佳凈水材料銷售有限公司);碳酸氫鈉(分析純,天津市河東區(qū)紅巖試劑廠).

1.1.2 實驗儀器

AE100S型分析天平(上海精密科學儀器有限公司);DHG-9240A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海精密科學儀器有限公司);TCL-16K型離心機(上海精密科學儀器有限公司);DDS-307型電導儀(上海精密科學儀器有限公司);FE-20K型pH計(上海精密科學儀器有限公司);IS1型傅立葉變換紅外光譜儀(日本Shimadzu島津公司).

1.2 水處理凹凸棒的制備

水處理凹凸棒是由凹凸棒土和120目的石英石按照一定的質(zhì)量比混合而成.其具體制備過程如下:

(i)將石英砂在120 ℃烘箱內(nèi)烘干3 h備用;

(ii)實驗系統(tǒng)如下.將凹凸棒土和石英石按照不同質(zhì)量比混合成多個組分,其中石英石質(zhì)量不變,為20 g,凹凸棒添加量分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 g,記為CK、T05、T10、T15、T20、T25、T30、T35.

1.3 組成性能表征

在進行凹凸棒的降鹽降堿性能研究之前,首先有必要對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進行介紹.本文通過傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜儀(FTIR)測試方法,對凹凸棒進行了基本的化學組成性能表征.

1.4 性能研究

首先將干凈的50 mL離心管底部扎一個直徑約2 mm的孔(先在底部少量墊上一些脫脂棉,防止凹凸棒混合物從小孔漏到燒杯中,影響試驗各項數(shù)值,凹凸棒混合物上面再覆一層薄脫脂棉,隔離鹽堿水和混合物);然后將20 g干的石英砂和一定比例凹凸棒混合均勻加入該離心管中(石英石混合凹凸棒可以使混合物更疏松,便于鹽堿水滲透);接下來將整個離心管豎直固定在鐵架臺上,用固定在上端的滴液漏斗滴加0.1 mol·L的碳酸氫鈉30 mL.這里用碳酸氫鈉水溶液模擬鹽堿水;離心管下方用小燒杯接凹凸棒處理后的鹽堿水,0.5 h后離心管中的液體基本滴完;最后測此燒杯中清液的電導率和pH值.平行實驗三次.

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外譜圖分析

圖1 凹凸棒紅外吸收光譜圖

由圖1可知當波函數(shù)為400 cm-1左右的吸收峰為Si-O的對稱吸收峰,當波函數(shù)為1000 cm-1左右的吸收峰為Si-O-S的反對稱吸收峰,波函數(shù)為3400 cm-1左右的吸收峰為O-H的彎曲震動峰.凹凸棒在水相中能通過氫鍵、范德華力和粘滯力等進行弱相互作用[10].凹凸棒和其他離子的這種相互作用,能夠使水相的離子含量和堿性有所降低.

2.2 凹凸棒處理過后鹽堿水的電導率和pH值規(guī)律

處理后鹽堿水的電導率和pH值如圖2和圖3.由圖2可知隨著凹凸棒添加量的增加,被凹凸棒處理后鹽堿水的pH值隨之減小.當添加量為3.0 g后pH值降低幅度很小,基本保持不變.

圖2 鹽堿水的pH值

由圖3可知,隨著凹凸棒添加量的增加,凹凸棒處理后的鹽堿水的電導率值下降,添加量達到3.0 g以后電導率值下降幅度很小,基本保持不變.

圖3 鹽堿水的電導率值

表1 鹽堿水的電導率值和pH值

由表1可知凹凸棒處理后的鹽堿水電導率和pH值隨著凹凸棒添加量的增加而減小,這與凹凸棒的吸附量有關(guān),凹凸棒特有的結(jié)構(gòu)使它具有吸附和離子交換作用,可吸附多種陰、陽離子,使鹽堿水中的離子數(shù)目下降,從而達到離子含量和堿性降低.當凹凸棒的添加量增加達到一定量后,吸附等作用也基本達到飽和,電導率和pH值隨凹凸棒添加量而降低的程度很小,電導率和pH值基本不變.因此,處理鹽堿水時,此型號的凹凸棒的理論最佳添加量為石英石∶凹凸棒=20∶3,再增加凹凸棒的添加量,對理化性質(zhì)改變不大,反而造成成本的浪費.

2.3 凹凸棒對鹽堿水的降鹽率

降鹽率用以下方法得到,CK與凹凸棒添加量不同時處理后鹽堿水的電導率的差值,與CK之比得到降鹽率

(1)

(1)式中△i為CK與不同質(zhì)量凹凸棒添加量處理后鹽堿水電導率的差值.

由圖4可知,△i越大降鹽率越大，即,凹凸棒的添加量越大時，處理后鹽堿水的電導率越小，鹽堿水中離子越少,證明了增加凹凸棒添加量,可以達到使鹽堿水的離子含量減少降鹽堿的目的,當凹凸棒添加量達到3.0 g時效果最好，再添加凹凸棒質(zhì)量降鹽率基本保持不變.

圖4 降鹽率隨的變化規(guī)律

從表2可知,本文中得到此試驗裝置處理鹽堿水的凹凸棒的最佳添加量為3.0 g,此時得到降鹽率結(jié)果為21.92%.

表2 不同質(zhì)量比處理后鹽堿水與空白樣電導率差值和降鹽率

3 結(jié)論

一款型號為X400的凹凸棒與石英石混合,考察了此型號凹凸棒對鹽堿水的降鹽堿效果.設計了一套凹凸棒水處理鹽堿水試驗裝置,發(fā)現(xiàn)用凹凸棒處理鹽堿水,確有降鹽堿效果;處理后鹽堿水的電導率由未添加凹凸棒的6160 us·cm-1下降到凹凸棒添加量為3.0 g時的4810 us·cm-1,凹凸棒處理后的鹽堿水的pH值由未添加凹凸棒時的8.93下降到添加量為3.0 g時的8.22.石英石和凹凸棒的質(zhì)量比為20∶3時為最佳添加量.再增加凹凸棒質(zhì)量,電導率值和pH值變化不明顯,此最佳添加量時的降鹽堿率為21.92%.