【论文精选】改性纤维素类聚合物固沙剂的吸附力学及崩解特性试验

来源：农业工程学报

《农业工程学报》2019年第35卷第21期刊载了成都理工大学袁进科、裴向军、叶长文、杨晴雯与陈杰的论文——“改性纤维素类聚合物固沙剂的吸附力学及崩解特性试验”。该研究由国家自然科学基金（项目号：41702318）等资助。

生态环境问题包括水土流失、污染、沙化、生物多样性减少等，最主要的是水土流失问题。传统的植物固沙的生态效益相对迟缓，工程固沙措施往往只考虑到整个坡体是否稳定而忽视了坡面的抗水蚀能力，在长期裸露情况下会引起结构脱落，化学固沙具备迅速固定流沙、机械化程度高的特点。目前，对聚丙烯酰胺（PAM）、羧甲基纤维素钠（CMC）进行的固沙试验较多，主要是以单个固沙材料进行，有的也只是在过去的材料中加以改进，而对于2种材料进行组合的吸附力学以及混合后固沙的水稳定性研究较少。由于对这类固沙剂的固化机理研究不足，很难根据使用效果对固沙剂进行针对性的改进以满足现场的使用要求。

本研究以九寨沟景区震后边坡的松散沙土体为研究对象，以CMC为基础并结合PAM研发的改性纤维素类固沙剂对沙土体的调控效应，采用吸附试验和崩解试验，分析改性纤维素固沙剂的吸附量以及吸附力学行为，探讨不同胶结特征和养护环境下沙土固化体的崩解性和水稳定性团聚体的变化规律。试验所用固沙材料为自主研发的改性纤维素类固沙剂（GCMC），由CMC和PAM这2种有机高分子材料组成。该溶液由纤维素化合物和有机高分子絮凝剂组成，具有普适性，为有机溶液，pH值为6~7，密度为1.01g/cm3，黏度为78 mPa·s，无毒无味无公害，具有吸附能力强、吸附速度快、良好持水性以及适宜植被生长等优点，属于绿色环保化学品。

研究表明，通过高分子聚合物多分子链上的羟基和羧甲基等官能团“去氢键”反应与沙土颗粒表面游离的阳离子产生化学络合形成化学吸附键，然后靠化学吸附键的吸附作用将松散颗粒以“包被”效应和“织状”效应包裹连接形成整体。研究中GCMC固沙剂添加到沙土后将松散细颗粒胶结凝聚成较大颗粒，从而可以形成较大粒径的水稳性团聚体，显著提高沙土体团聚度，增强整体结构稳定性，抗蚀能力得到提高。GCMC具有较强的竞争吸附能力，吸附速度快，其对颗粒物质的吸附作用强。由于GCMC固沙剂分子链上丰富的羧基和羟基使其易于进行接枝改性形成不溶于水的水凝胶，同时胶体三维网状结构对离子具有保蓄能力，且具有很大的内外表面积，这些性质决定了GCMC固沙剂具有较高的离子交换量和很强的吸附能力。GCMC具有良好的固沙能力和保水性，该研究可为沙土流失地区的水土保持提供应用经验。