生物型凹凸棒基高分子固沙材料的制備與性能研究.pdf

1、沙漠化是當(dāng)今全球面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題之一，不但對社會經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響，還嚴(yán)重威脅到人類的生存和可持續(xù)發(fā)展。由于生態(tài)環(huán)境的破壞，目前我國成為世界上沙漠化面積較大及危害程度較嚴(yán)重的國家之一。因此，研制各項(xiàng)新型固沙材料對于沙漠化的防治具有重要的理論及實(shí)際意義。生物結(jié)皮是由土壤微生物、藻類結(jié)皮、地衣結(jié)皮和苔蘚結(jié)皮等與土壤形成的一個復(fù)合的生物土壤層，它的存在、發(fā)展對于沙漠化環(huán)境的改善具有重要價(jià)值，如可以加強(qiáng)沙漠化土壤表面的抗侵蝕能力，

2、保持沙漠化土壤水分，改善沙漠化土壤的養(yǎng)分條件，為沙漠化地區(qū)植被的恢復(fù)創(chuàng)造有利條件等，因此一直是沙漠學(xué)研究的重要領(lǐng)域，受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。凹凸棒土特殊的鏈層狀晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使凹凸棒土具有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，凹凸棒土經(jīng)酸改性后帶有活性羥基，可通過吸附架橋作用引入不同的高分子，生成帶有某些特定官能團(tuán)的高分子，從而賦予凹凸棒土新的性能，使其具有更好的吸水性、保水性和吸附性。由于沙漠地區(qū)較高的晝夜氣溫差異和較大范圍的溫度波動，使單純的生物

3、結(jié)皮在干燥的環(huán)境條件下存活率下降，從而影響其固沙效果。但將制備的復(fù)合高分子材料（過硫酸鉀—丙烯酰胺—凹凸棒土復(fù)合物）與人工生物結(jié)皮按一定質(zhì)量比配比、在系列環(huán)境條件下進(jìn)行復(fù)配，是否能制備出對環(huán)境無二次污染，更具有營養(yǎng)性及固沙性的新型固沙材料呢？因此，本研究擬以人工培養(yǎng)的沙漠生物結(jié)皮、功能化的凹凸棒土及高分子材料為材料，通過實(shí)驗(yàn)測定其生物活性和不同環(huán)境條件下的自繁殖能力，探索沙漠生物結(jié)皮的優(yōu)化擴(kuò)增基質(zhì)和控制因素，確定功能化凹凸棒土與高分子材

4、料的優(yōu)化復(fù)合條件。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將生物結(jié)皮、功能化的凹凸棒土、高分子材料三者進(jìn)行優(yōu)化復(fù)配，制備具有自繁殖能力的生物型高分子固沙材料。主要研究內(nèi)容如下:
　　通過將藍(lán)藻結(jié)皮和苔蘚結(jié)皮接種到5種不同的培養(yǎng)液(MS、Knop、Beneck、BG11和BBM)中生長15天，依據(jù)藍(lán)藻結(jié)皮和苔蘚結(jié)皮生長狀況，用光鏡觀察細(xì)胞的死亡，破損、污染數(shù)量和污染程度，確定藍(lán)藻結(jié)皮和苔蘚結(jié)皮的培養(yǎng)基為BBM和MS，然后在光照培養(yǎng)箱中大量培養(yǎng)。
　　

5、通過不同時間、溫度和光照強(qiáng)度對藍(lán)藻結(jié)皮的葉綠素a含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白含量以及可溶性糖含量的變化分析，得出25℃的溫度和120μE·m-2·s-1的光照強(qiáng)度是光照培養(yǎng)箱內(nèi)適合藍(lán)藻結(jié)皮生長的最佳環(huán)境條件，在此環(huán)境條件下藍(lán)藻結(jié)皮受到的環(huán)境脅迫最小并且能夠快速生長。
　　通過不同時間、溫度和光照強(qiáng)度對苔蘚結(jié)皮的葉綠素a含量、MDA含量、可溶性蛋白含量以及可溶性糖含量的變化分析，得出30℃的溫度和120μE·m-2·s-1

6、的光照強(qiáng)度是光照培養(yǎng)箱內(nèi)適合苔蘚結(jié)皮生長的最佳環(huán)境條件，在此環(huán)境條件下苔蘚結(jié)皮受到的環(huán)境脅迫最小并且能夠快速生長。
　　通過用1 mol·L-1、2 mol·L-1、3 mol·L-1、4 mol·L-1、5 mol·L-1和6 mol·L-1硫酸改性凹凸棒土，研究其吸水性能、保水性能及pH變化對吸水率的影響，得出4 mol·L1硫酸改性的凹凸棒土具有最好的吸水性能和保水性能，4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒土的吸水率受pH值的

7、變化影響最大;并進(jìn)一步用X衍射以及掃描電鏡分析其表征，得出3 mol·L-1和4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒土具有最好的吸附性。
　　通過研究不同濃度的硫酸改性凹凸棒基高分子固沙材料的吸水性能、保水性能及pH值變化對吸水率的影響，得出4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒基高分子固沙材料具有最好的吸水性能和保水性能，4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒基高分子固沙材料的吸水率受pH值的變化影響最大;并進(jìn)一步用X衍射以及掃描電鏡分析不

8、同濃度硫酸改性的凹凸棒基高分子固沙材料的表征，得出3 mol·L-1和4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒基高分子固沙材料具有最好的吸附性。
　　通過藍(lán)藻結(jié)皮和4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以不同質(zhì)量比復(fù)配后的生物活性的研究，得出藍(lán)藻結(jié)皮與4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以1∶3質(zhì)量比配比生長情況最佳;進(jìn)一步研究400 g·m-2和500 g·m-2兩種噴灑量對結(jié)皮生長過程中葉綠素a含量、M

9、DA含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量產(chǎn)生不同影響，得出噴灑量為500 g·m-2的藍(lán)藻結(jié)皮復(fù)配4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料的生理特性最好。
　　通過苔蘚結(jié)皮和4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以不同質(zhì)量比復(fù)配后的生物活性的研究，得出苔蘚結(jié)皮與4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以1∶4質(zhì)量比配比生長情況最佳;進(jìn)一步研究400 g·m-2和500 g·m-2兩種噴灑量對結(jié)皮