一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法与流程

本发明属于沙漠治理，具体涉及一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法。

背景技术：

1、生物成岩成矿作用是一种自然现象，它在地球形成的历史起了重要作用，这是近三十年地球化学的研究成果。重新认识生物成岩成矿的作用和地位，对岩土工程技术发展具有重要意义。其原理是通过微生物生长繁殖过程中产生脲酶，不断分解尿素，形成co32-，在菌体细胞膜界面处带负电荷的水溶液中，与有机质不断螯合环境中的ca2+，诱导出局部的晶体阴离子(co32-)，随着co32-浓度进一步增大，吸引更多的ca2+，直至晶体表面caco3浓度增大到不断核化，最终沉积出caco3颗粒。正是利用微生物诱导碳酸钙这一原理进行固化砂土。

2、实际工况中，需要加固土体所处的环境错综复杂，例如在石油与天然气的开采过程中就会经常遇到高温环境60-80℃，夏季白天沙漠地表温度可达70℃～80℃，在高温环境下如何应用eicp是亟待解决的问题。脲酶活性是eicp反应最核心的物质，它决定酶促反应的速率，最终反映在碳酸钙的生成量及其生成速率上。酶作为一种蛋白质，高温会影响其活性甚至使其失活，影响eicp在高温环境下的应用。

3、国外学者whiffinvs在文章《microbial caco3 precipitation fortheproduction ofbiocement》中指出温度对脲酶活性的影响。文献指出，脲酶活性在15-25℃保持稳定，在25-60℃之间随温度增加线性增长，在75℃时达到峰值，在温度达到75℃后失活，温度越高失活速率越快。对此，有必要开发一种基于高温沙漠地区的高效固沙方法迫在眉睫。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷的不足，本发明提供了一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法。

2、为了达到上述目的，一方面，本发明提供一种固沙剂，关键在于：包括体积比为1：(1-1.5)的脲酶液和胶凝液；所述胶凝液包括以下的组分，尿素的终浓度为0.5-1.5mol/l、钙盐的终浓度为0.5-1.5mol/l、木质素磺酸钠的终浓度为15-20g/l。优选的方案中，脲酶液和胶凝液的体积比为1：(1-1.5)；更优选的方案中，脲酶液和胶凝液的体积比为1：(1-1.1)。

3、进一步地，所述脲酶液为浓度为20-100g/l的大豆溶液离心分离得到。

4、进一步地，所述脲酶液采用以下方法制得：将粒径在5-20μm的大豆粉溶于水中制成浓度20-200g/l的大豆溶液，将大豆溶液搅拌均匀后离心处理，弃置底部沉淀物，取上层清液得到脲酶液。

5、进一步地，所述大豆溶液的离心转速为3000-6000r/min，离心时间为10-30min。

6、进一步地，所述胶凝液采用以下方法制得：将尿素与钙盐溶于蒸馏水中，再加入木质素磺酸钠，搅拌均匀，制得。

7、进一步地，所述钙盐为氯化钙、硝酸钙、氯化钙、碳酸钙中的至少一种。

8、另一方面，本发明提供一种高温沙漠地区高效固沙方法，关键在于：将以上所述固沙剂喷洒于高温沙漠中，进行生物矿化固沙。

9、进一步地，将体积比为1：(1-1.5)脲酶液和胶凝液混合后，按1-5l/m2的用量向沙土表层均匀喷洒，用于将沙土颗粒胶结在一起并形成具有一定强度的硬壳层。

10、本发明的有益效果是：通过在胶凝液中加入木质素磺酸钠，作为脲酶活性的保护剂，确保在高温条件下能维持脲酶的活性，使其能高温条件下，经济高效地生成碳酸钙，提高高温沙漠地区固沙效果，工艺简单，成本低廉，资源丰富，环境友好，蕴含着巨大的社会、生态和经济效益。

技术特征：

1.一种固沙剂，其特征在于：包括体积比为1：(1-1.5)的脲酶液和胶凝液；所述胶凝液中，尿素的终浓度为0.5-1.5mol/l、钙盐的终浓度为0.5-1.5mol/l、木质素磺酸钠的终浓度为15-20g/l。

2.根据权利要求1所述的一种固沙剂，其特征在于：所述脲酶液为浓度为20-100g/l的大豆溶液离心分离得到。

3.根据权利要求1或2所述的一种固沙剂，其特征在于，所述脲酶液采用以下方法制得：将粒径在5-20μm的大豆粉溶于水中制成浓度20-200g/l的大豆溶液，将大豆溶液搅拌均匀后离心处理，弃置底部沉淀物，取上层清液得到脲酶液。

4.根据权利要求3所述的一种固沙剂，其特征在于，所述大豆溶液的离心转速为3000-6000r/min，离心时间为10-30min。

5.根据权利要求1或2所述的一种固沙剂，其特征在于，所述胶凝液采用以下方法制得：将尿素与钙盐溶于蒸馏水中，再加入木质素磺酸钠，搅拌均匀，制得。

6.根据权利要求1或2所述的一种固沙剂，其特征在于：所述钙盐为氯化钙、硝酸钙、氯化钙、碳酸钙中的至少一种。

7.将权利要求1-6任一项所述固沙剂喷洒于高温沙漠中，进行生物矿化固沙。

8.据权利要求5所述的一种基于高温沙漠地区高效固沙方法，其特征在于：将体积比为1：(1-1.5)脲酶液和胶凝液混合后，按1-5l/m2的用量向温度为65-85℃的沙土均匀喷洒，用于将沙土颗粒胶结在一起并形成具有一定强度的硬壳层。

技术总结
本发明属于沙漠治理技术领域，具体涉及一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法，包括体积比为1：(1‑1.5)的脲酶液和胶凝液；所述胶凝液包括以下的组分，尿素的终浓度为0.5‑1.5mol/L、钙盐的终浓度为0.5‑1.5mol/L、木质素磺酸钠的终浓度为15‑20g/L。与现有技术相比，本发明通过在胶凝液中加入木质素磺酸钠，作为脲酶活性的保护剂，确保在高温条件下能维持脲酶的活性，使其能高温条件下，经济高效地生成碳酸钙，提高高温沙漠地区固沙效果，蕴含着巨大的社会、生态和经济效益。

技术研发人员：赵加海,缪林昌,朱文斌,唐魁,常江峰
受保护的技术使用者：新疆铁道勘察设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16