张永政+张增志+李亚男

摘 要：本文针对严重的土地沙化问题提出一种可用于沙漠种植的渗灌器件。通过使用有机泡沫浸渍法制备多孔陶瓷与导水涂层相复合，同时通过模拟沙漠环境对材料进行导水性能的测试。试验结果表明，含有质量分数为1.2%的蒙脱土MMT和浓度为0.5%聚丙烯酰胺PAM的复合导水涂层导水曲线变化趋势最为明显，随着时间增加液面差减小，起到了缓控释水的目的。

关键词：多孔陶瓷；导水涂层；导水速率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.198

1 引言

土地沙漠化问题已经成为21世纪中国面临的环境问题之一，为了解决这个问题，科学家相继提出了喷灌、滴灌等节水灌溉技术，但是这些技术在节水方面都不是很理想，并且仍存在一些尚未解决的问题，其中最大的技术问题就是渗灌管堵塞以及灌水均匀度不一[1-3]。根据这些情况，生态功能材料研究所研究并制备一种具有缓控释水功能的多孔陶瓷渗灌材料，直接应用于植物的根部，在保证植物正常生长的情况下达到节水的目的。

2 多孔陶瓷渗灌材料的制备

2.1 多孔陶瓷的制备

本实验通过有机泡沫浸渍法制备多孔陶瓷，这种陶瓷为开孔网状骨架结构，具有很大的表面积，在后期制备渗灌材料过程中与聚丙烯酰胺接触效率高[4]。主要制备过程是以经过一系列预处理的聚氨酯海绵作为前驱体，再与陶瓷浆料进行浸渍处理得到陶瓷坯体， 最后陶瓷坯体在一定的烧成制度下进行烧制得到多孔陶瓷。具体的多孔陶瓷的试验粉体配方如表1。

2.2 导水胶体溶液的配置

通过黏结剂PAM 溶液与MMT 悬浮液以3种不同的比例配制成胶体溶液，具体配比如下：将PAM的含量（wt%）分别为0.3、0.5、1.0的溶液与质量分数为1.2%的50mlMMT悬浮液均匀混合，并进行机械搅拌20min。将上面得到的多孔陶瓷与导水胶体溶液通过压力注射的方法制备出多孔陶瓷渗灌材料。

3 渗灌材料的导水性能分析

3.1 能谱分析

本试验通过确定多孔陶瓷上附着物质的成分进而验证聚丙烯酰胺和蒙脱土是否均匀分布，对上述材料进行了能谱分析，其中a-c分别为聚丙烯酰胺浓度为0.3%、0.5%、1.0%时的多孔陶瓷表面EDS数据情况。

从上面的数据可以看出，几种浓度下多孔陶瓷表面涂层所含元素均为Na、Al、Si、O四种，由于导水涂层中只含聚丙烯酰胺及蒙脱土两种物质，说明蒙脱土均匀分散在聚丙烯酰胺中并且均匀涂覆在陶瓷表面及孔隙中。

3.2 导水情况分析

通过在昌平生产试验基地模仿沙漠环境进行渗水试验。主要方法是将多孔陶瓷接入导水管的一端，并将此端完全埋于含水量很少的沙子中，将导水管的另一端连接一个装满水并且带刻度的玻璃管中，每隔一段时间观察玻璃管中液面下降高度逐一记录，在此测量过程中温度保持在室溫20℃，沙子的初始湿度为3%，根据实验结果作图如下：

从图2可以看出，在含有相同质量分数的蒙脱土和不同浓度聚丙烯酰胺的组合中，多孔陶瓷在相同的时间内液面下降高度有所不同。2号曲线变化趋势最为明显，随着时间增加，液面差减小。这是由于随着时间增加土壤湿度不断增加，导水涂层的缓控释水功能起到了调节水分释放速度的目的，即聚丙烯酰胺浓度为0.5%，压力注射方式复合可以达到最好的效果。1号曲线整体呈现下降趋势，但是曲线忽高忽低，没有呈现像2号一样的规律性，说明其聚丙烯酰胺浓度较低，附着在表面及内部的导水颗粒蒙脱石较少，水分的导出还是有较大部分是依靠多孔陶瓷的孔隙渗出。3号曲线同样呈现下降趋势，但是下降速度较慢，很难保证植物生长所需水量。4号是单纯的多孔陶瓷，该曲线变化比较平缓，渗水比较均匀，没有根据环境变化而变化，可见其内部孔隙几乎全为开孔，可以达到均匀渗水的目的。

4 结论

复合导水涂层缓控释水作用最为显著的是质量分数为1.2%的MMT和浓度为0.5% PAM的组合，PAM浓度小于0.5%的作用效果不明显，上下波动比较严重。而当PAM浓度大于0.5%时，虽然随着浓度的增加缓控释水的作用依然存在，但效果减弱，渗水量会逐渐减少，对于一般植物可能无法维持正常生长，应用范围受到局限。

参考文献：

[1]王忠波，王晓斌，肖建民.渗灌技术研究[J].农机化研究，2004（05）：115-117.

[2]康银红，马孝义，李娟等.地下滴渗灌灌水技术研究进展[J]. 灌溉排水学报，2007，26（06）：34-40.

[3]杨海峰.浅谈我国灌溉节水技术[J].吉林水利，2014（04）：49-50.

[4]席本强.多孔材料的特性分析[J].科技信息，2007（03）：316-317.