多孔陶瓷滲灌材料的導水性能研究

張永政+張增志+李亞男

摘 要：本文針對嚴重的土地沙化問題提出一種可用于沙漠種植的滲灌器件。通過使用有機泡沫浸漬法制備多孔陶瓷與導水涂層相復合，同時通過模擬沙漠環境對材料進行導水性能的測試。試驗結果表明，含有質量分數為1.2%的蒙脫土MMT和濃度為0.5%聚丙烯酰胺PAM的復合導水涂層導水曲線變化趨勢最為明顯，隨著時間增加液面差減小，起到了緩控釋水的目的。

關鍵詞：多孔陶瓷；導水涂層；導水速率

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

1 引言

土地沙漠化問題已經成為21世紀中國面臨的環境問題之一，為了解決這個問題，科學家相繼提出了噴灌、滴灌等節水灌溉技術，但是這些技術在節水方面都不是很理想，并且仍存在一些尚未解決的問題，其中最大的技術問題就是滲灌管堵塞以及灌水均勻度不一[1-3]。根據這些情況，生態功能材料研究所研究并制備一種具有緩控釋水功能的多孔陶瓷滲灌材料，直接應用于植物的根部，在保證植物正常生長的情況下達到節水的目的。

2 多孔陶瓷滲灌材料的制備

2.1 多孔陶瓷的制備

本實驗通過有機泡沫浸漬法制備多孔陶瓷，這種陶瓷為開孔網狀骨架結構，具有很大的表面積，在后期制備滲灌材料過程中與聚丙烯酰胺接觸效率高[4]。主要制備過程是以經過一系列預處理的聚氨酯海綿作為前驅體，再與陶瓷漿料進行浸漬處理得到陶瓷坯體， 最后陶瓷坯體在一定的燒成制度下進行燒制得到多孔陶瓷。具體的多孔陶瓷的試驗粉體配方如表1。

2.2 導水膠體溶液的配置

通過黏結劑PAM 溶液與MMT 懸浮液以3種不同的比例配制成膠體溶液，具體配比如下：將PAM的含量（wt%）分別為0.3、0.5、1.0的溶液與質量分數為1.2%的50mlMMT懸浮液均勻混合，并進行機械攪拌20min。將上面得到的多孔陶瓷與導水膠體溶液通過壓力注射的方法制備出多孔陶瓷滲灌材料。

3 滲灌材料的導水性能分析

3.1 能譜分析

本試驗通過確定多孔陶瓷上附著物質的成分進而驗證聚丙烯酰胺和蒙脫土是否均勻分布，對上述材料進行了能譜分析，其中a-c分別為聚丙烯酰胺濃度為0.3%、0.5%、1.0%時的多孔陶瓷表面EDS數據情況。

從上面的數據可以看出，幾種濃度下多孔陶瓷表面涂層所含元素均為Na、Al、Si、O四種，由于導水涂層中只含聚丙烯酰胺及蒙脫土兩種物質，說明蒙脫土均勻分散在聚丙烯酰胺中并且均勻涂覆在陶瓷表面及孔隙中。

3.2 導水情況分析

通過在昌平生產試驗基地模仿沙漠環境進行滲水試驗。主要方法是將多孔陶瓷接入導水管的一端，并將此端完全埋于含水量很少的沙子中，將導水管的另一端連接一個裝滿水并且帶刻度的玻璃管中，每隔一段時間觀察玻璃管中液面下降高度逐一記錄，在此測量過程中溫度保持在室溫20℃，沙子的初始濕度為3%，根據實驗結果作圖如下：

從圖2可以看出，在含有相同質量分數的蒙脫土和不同濃度聚丙烯酰胺的組合中，多孔陶瓷在相同的時間內液面下降高度有所不同。2號曲線變化趨勢最為明顯，隨著時間增加，液面差減小。這是由于隨著時間增加土壤濕度不斷增加，導水涂層的緩控釋水功能起到了調節水分釋放速度的目的，即聚丙烯酰胺濃度為0.5%，壓力注射方式復合可以達到最好的效果。1號曲線整體呈現下降趨勢，但是曲線忽高忽低，沒有呈現像2號一樣的規律性，說明其聚丙烯酰胺濃度較低，附著在表面及內部的導水顆粒蒙脫石較少，水分的導出還是有較大部分是依靠多孔陶瓷的孔隙滲出。3號曲線同樣呈現下降趨勢，但是下降速度較慢，很難保證植物生長所需水量。4號是單純的多孔陶瓷，該曲線變化比較平緩，滲水比較均勻，沒有根據環境變化而變化，可見其內部孔隙幾乎全為開孔，可以達到均勻滲水的目的。

4 結論

復合導水涂層緩控釋水作用最為顯著的是質量分數為1.2%的MMT和濃度為0.5% PAM的組合，PAM濃度小于0.5%的作用效果不明顯，上下波動比較嚴重。而當PAM濃度大于0.5%時，雖然隨著濃度的增加緩控釋水的作用依然存在，但效果減弱，滲水量會逐漸減少，對于一般植物可能無法維持正常生長，應用范圍受到局限。

參考文獻：

[1]王忠波，王曉斌，肖建民.滲灌技術研究[J].農機化研究，2004（05）：115-117.

[2]康銀紅，馬孝義，李娟等.地下滴滲灌灌水技術研究進展[J]. 灌溉排水學報，2007，26（06）：34-40.

[3]楊海峰.淺談我國灌溉節水技術[J].吉林水利，2014（04）：49-50.

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