1.本发明涉及环境友好材料技术领域，尤其涉及一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料及其制备方法。


背景技术：

2.构建河湖小流域的生态护岸体系对流域周边生态环境与社会主义生态文明建设息息相关。河湖小流域的治理不仅是传统意义上对河道的治导、疏浚，随着人们对美好生活的追求和向往日益增长，多功能型生态护岸更成为人们享受城市生活、观赏自然景观的重要领域。
3.河湖小流域的传统早期护岸体系，是基于自然的泥土质河岸栽种观赏性植物群落，植物群落一方面可以保持河岸水土体系、降低水体流动对岸滩的冲刷损失，另一方面植物群落可极大的丰富河岸两侧的生物多样性，为河湖流域周边的鸟类等小型动物提供繁殖、栖息场所，利用自然场所、引入自然资源营造生物亲和的生态护岸环境。
4.然而随着人类生产生活规模的扩大，原有的软质护岸虽然具有贴近自然、亲和生物的生态友好型功能，但是已不能满足当今河湖小流域防洪抗汛的最基本需求，在当前小流域中其“护岸”作用显得微乎其微。传统混凝土质的硬质护岸保证了河湖小流域护岸的高强度特性，发挥了可靠的防洪抗汛护岸功能；然而混凝土护岸只能“护”岸，却无法美化河湖小流域，甚至将其整个河岸表面封闭起来，隔绝了土壤水体间的物质交换，生态系统食物链被断开，打破了自然界的生态平衡，且传统硬质护岸材料多为水泥基材料，实际碱性较高，易造成水体污染，不利于鱼虾存活。
5.随着护岸工程和护岸技术的深入发展，自然型护岸与硬质型护岸逐步转向多功能型方向发展，力求在原有自然护岸和硬质护岸的基础上，为其提供更加全面的功能。
6.景镇子等人采用脱塑状态的河湖底泥作为主要原料，将其水热固化为兼具高强度和生物亲和性的生态护岸材料，在其原料组成中脱塑底泥掺量可达50％左右，其余为骨料以及生物炭。其中，淤泥原料富含硅钙质成分，在水热反应中转化为新矿物，提升了材料强度，也发挥了类似土壤的自然净化能力；生物炭具有优良的疏松多孔结构，可发挥良好的吸附性能，对水质起到净化作用。总言之，上所述原料均源于自然界，不掺入性质剧烈的化工原料，应用于生态环境中具有显著的环境友好性。然而对河湖小流域的生态构建而言，现有发明技术不能满足河岸周边所种植物群落的营养供给。构建两岸的生态景观植物带，一方面需要依靠自然养分供给，具有很大不确定性；另一方面需要人工施加植物养料/肥料，保证植物养料的持续不断。由于护岸景观带与水源距离很近，肥料/养料不恰当的施加很容易流入/渗入水体造成富营养化，引发二次污染，如此背离了生态护岸的初衷和理念。
7.河岸两侧往往具有密集型的植物群落，由于植物机体的更新代谢周期较短，河湖小流域周边会产生大量的植物纤维类废弃物，传统焚烧会造成环境的严重污染已被明令禁止，转运填埋等处置方式耗费了大量的人力物力，占用了大量土地资源，同时也是对秸秆这类潜在资源的忽视和浪费，迫切需要一种可就地处理且高效资源化的新处置技术。


技术实现要素：

8.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明技术目的在于提供一种高掺量且低成本的利用植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料及其制备方法。
9.为实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料包括质量百分比的如下组分：
[0010][0011][0012]
进一步地，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：(此处指路径1)
[0013][0014]
进一步地，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：(此处指路径2)
[0015][0016]
更进一步地，所述植物纤维为河湖小流域周边常见的芦竹、芦苇、竹子中的一种或几种的组合；所述河湖底泥为江、河、湖、库的淤积泥沙和疏浚底泥中的一种或几种的组合。含水率应在塑限以下。
[0017]
进一步地，所述的生物质炭为河湖小流域周边常见的植物纤维通过生物质热解技术生成的生物炭。
[0018]
进一步地，所述的河湖小流域周边常见的植物纤维为芦竹、芦苇或竹子中一种或几种的组合；所述的建筑垃圾混凝土骨料为粒径1-10mm的建筑垃圾中的一种或几种的组合。
[0019]
所述的植物纤维生物炭为河湖小流域周边常见的芦竹、芦苇、竹子植物通过生物
质热解技术生成的生物炭。
[0020]
进一步地，所述的建筑垃圾混凝土骨料为粒径1-10mm的建筑垃圾中的一种或几种的组合。
[0021]
更进一步地，所述的钙质添加剂为消石灰、石灰石、生石灰或电石渣中的一种或几种的组合。按任何比例混合而成的钙质添加剂。
[0022]
进一步地，所述的碱性改性剂为熟石灰、生石灰、苛性钠或泡花碱中的一种或几种的组合，作为碱性液态溶液浸泡植物纤维，对其进行碱性预处理改性；同时在水热反应过程中为植物纤维水热腐殖化以及新矿物的生成提供碱性环境，发挥碱激发作用。
[0023]
本发明所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0024]
(1)将植物纤维在5-10wt％浓度的碱溶液中浸泡1-3小时，经2-5次水洗后，在80-105℃烘干12-24小时，打碎备用；通过机械脱水或其他脱水方式，将淤泥含水率降低至塑限以下，通过多级破碎设备，将破碎后的淤泥原料过筛得到满足粒径要求的破碎淤泥；
[0025]
(2)成型后的成型后的植物纤维坯体进入反应装置在120-220℃的有压条件下养护8-24h后，从反应装置取出，制得植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料。
[0026]
进一步地，在步骤(2)中，按所述的比例称取各组分，进行配料搅拌，充分混匀；搅拌混匀后的物料进行一级破碎后进行消解，消解时间为20-60分钟；消解后的物料进行二级破碎，破碎后的混合料含水率控制为5-10％，二级破碎后的混合料进入液压成型机，在10-40mpa的压力下压制成型，得到所需的产品生坯；成型后的成型后的植物纤维坯体进入反应装置在120-220℃的有压条件下养护8-24h后，从反应装置取出，制得植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料。
[0027]
针对上述路径1，护岸材料中掺入的植物纤维经过水热腐殖化可合成矿源型腐殖酸，并存在于护岸材料基体内，可为护岸材料空腔内栽种的植物群落提供养料。护岸材料铺设在河岸两侧，材料中的腐殖酸可渗入河岸土壤基体内，给土壤微生物供给养分，改良土壤。路径1产物是护岸固化体(砖块)。
[0028]
进一步地，在步骤(1)中，按所述的比例称取各组分；
[0029]
比例：植物纤维掺比为70wt％-90wt％，植物纤维生物炭掺比为0-20wt％，羧甲基纤维素钠5wt％、碱性改性剂5wt％(以上各组分含量之和应等于100wt％)
[0030]
在步骤(2)中，将改性处理后的植物纤维在成型装备下压制成坯，所述坯体为薄板坯体；成型后的植物纤维坯体进入反应装置(水热反应釜)在120-220℃的有压条件(0.2mpa-2.3mpa)下养护8-16h后，取出打碎，制得水热腐殖化养料。
[0031]
针对上述路径2，将合成的腐殖酸原料播撒在护岸工程两侧的河岸土壤或护岸材料腔体内，使得腐殖酸与无机土壤物质结合，可有效地储存水和营养物质。腐殖酸可为护岸工程中护岸材料空腔内栽种的植物群落以及河岸周边的植物群落景观带提供天然养料，有效避免了施加人工肥料易造成的土壤板结或结构破坏，避免导致邻近水体的污染与富营养化。路径2产物的腐殖化养料(粉体肥料)。路径1和路径2的产物在应用中互相搭配：护岸固化体砖块铺设在两岸防洪抗汛；腐殖化养料洒在砖块的空腔内，滋养植物。
[0032]
本发明的有益效果：
[0033]
本发明中路径2产物可作为改良剂/腐殖酸养料，直接施加在护岸工程中所用护岸材料(即路径1产物)空腔内，为栽种的植物群落提供养料，无需外加人工肥料，实现了自然
资源的高值化循环利用。本发明通过水热技术将植物纤维生物质分解重构合成腐殖酸。水热技术可将废弃生物质(如植物纤维等)合成腐殖酸，合成的腐殖酸性能优越，可溶解不溶性磷酸盐，提高土壤肥力，并有效地(吸附)重金属离子，降低土壤的毒性。
[0034]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0035]
(1)能够针对现有淤泥基护岸材料生物亲和性弱、河湖小流域周边秸秆类废弃物难以合理高效处置的现状，本发明因地制宜，在原有淤泥基材料基础上添加河湖小流域周边的植物秸秆废弃物，充分利用植物纤维中的木质素、纤维素成分，通过低温水热固化技术将其转化为亲和生物的矿化型腐殖酸，为河湖小流域周边植物群落和微生物的生长繁殖提供养料。
[0036]
(2)本发明技术提供了植物纤维水热腐殖化的两种利用路径，主要路径为将植物纤维作为主要原料掺入到淤泥基原料当中，混合原料压制成型后进行水热反应得到高强度的护岸固化体材料，固化体中的植物纤维经过水热处理后可转化为矿化腐殖酸，为空腔中栽种的植物群落提供天然型养料。另一路径为将植物纤维进行破碎与改性处理后，直接进行水热处理，最终获得含有腐殖酸的水热混合产物，可作为改良剂/腐殖酸养料，直接施加在护岸工程中所用护岸材料固化体(即路径1产物)空腔内，为栽种的植物群落提供养料，无需外加人工肥料，实现了自然资源的高值化循环利用。
[0037]
(3)本发明中路径1与路径2的产物在应用中互相搭配，相辅相成：路径1制备出高强度的护岸材料固化体，其成分所含的植物纤维可经水热腐殖化生成腐殖酸，提供一部分养料；路径2旨在制备高纯度的水热腐殖化养料，添洒在路径1的护岸材料固化体空腔内，从而进一步提供充足的腐殖酸养料。
附图说明
[0038]
图1为本发明的不同植物纤维掺量下护岸材料的弯曲强度图。
[0039]
图2为本发明的护岸材料浸泡在模拟河湖小流域水体中的水质酸碱度图。
[0040]
图3为本发明的同植物纤维及植物纤维生物炭掺量下的腐殖化养料的酸碱度图。
[0041]
图4为本发明的不同植物纤维生物炭掺量下的护岸材料对水体氨氮的去除率图。
[0042]
图5为本发明的植物纤维合成腐殖酸与标准腐殖酸的红外图谱对比图。
具体实施方式
[0043]
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
[0044]
实施例1
[0045]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料包括质量百分比的如下组分：
[0046]
植物纤维
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
98％，
[0047]
碱性改性剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2％。
[0048]
所述植物纤维为河湖小流域周边常见的竹子；所述河湖底泥为江的淤积泥沙和疏浚底泥中的两种的组合，所述河湖底泥的含水率应在塑限以下。
[0049]
所述的生物质炭为河湖小流域周边常见的芦竹和芦苇通过生物质热解技术生成
的生物炭。
[0050]
所述的建筑垃圾混凝土骨料为粒径10mm的建筑垃圾。
[0051]
所述的钙质添加剂为消石灰和石灰石中的两种的组合。
[0052]
所述的碱性改性剂为熟石灰、苛性钠和泡花碱中的三种的组合，作为碱性液态溶液浸泡植物纤维，对其进行碱性预处理改性；同时在水热反应过程中为植物纤维水热腐殖化以及新矿物的生成提供碱性环境，发挥碱激发作用。
[0053]
实施例2
[0054]
实施例2与实施例1的区别在于：
[0055]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：
[0056][0057]
所述植物纤维为河湖小流域周边常见的芦竹；所述河湖底泥为江、河、湖、库的疏浚底泥。
[0058]
所述的生物质炭为河湖小流域周边常见的竹子通过生物质热解技术生成的生物炭。
[0059]
所述的建筑垃圾混凝土骨料为粒径1mm的建筑垃圾中的一种或几种的组合。
[0060]
所述的钙质添加剂为消石灰、石灰石、生石灰或电石渣中的一种或几种的组合。
[0061]
所述的碱性改性剂为生石灰，作为碱性液态溶液浸泡植物纤维，对其进行碱性预处理改性；同时在水热反应过程中为植物纤维水热腐殖化以及新矿物的生成提供碱性环境，发挥碱激发作用。
[0062]
本发明的所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0063]
(1)将植物纤维在10wt％浓度的碱溶液中浸泡1小时，经3次水洗后，在105℃烘干12小时，打碎备用；通过机械脱水或其他脱水方式，将淤泥含水率降低至塑限以下，通过多级破碎设备，将破碎后的淤泥原料过筛得到满足粒径要求的破碎淤泥；
[0064]
(2)按照所述的比例称取各组分，进行配料搅拌，充分混匀；搅拌混匀后的物料进行一级破碎后进行消解，消解时间为60分钟；消解后的物料进行二级破碎，破碎后的混合料含水率控制为10％，二级破碎后的混合料进入液压成型机，在40mpa的压力下压制成型，得到所需的产品生坯；成型后的成型后的植物纤维坯体进入反应装置在120℃的有压条件下养护20h后，从反应装置取出，制得植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料。
[0065]
实施例3
[0066]
实施例3与实施例2的区别在于：
[0067]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：
[0068][0069]
所述植物纤维为河湖小流域周边常见的芦竹；所述河湖底泥为江、河、湖、库的疏浚底泥。
[0070]
所述的生物质炭为河湖小流域周边常见的竹子通过生物质热解技术生成的生物炭。
[0071]
所述的建筑垃圾混凝土骨料为粒径1mm的建筑垃圾中的一种或几种的组合。
[0072]
所述的钙质添加剂为消石灰、石灰石、生石灰或电石渣中的一种或几种的组合。
[0073]
所述的碱性改性剂为生石灰，作为碱性液态溶液浸泡植物纤维，对其进行碱性预处理改性；同时在水热反应过程中为植物纤维水热腐殖化以及新矿物的生成提供碱性环境，发挥碱激发作用。
[0074]
本发明的所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0075]
在步骤(1)中，将植物纤维在8wt％浓度的碱溶液中浸泡3小时，经2次水洗后，在100℃烘干18小时，打碎备用；通过机械脱水或其他脱水方式，将淤泥含水率降低至塑限以下，通过多级破碎设备，将破碎后的淤泥原料过筛得到满足粒径要求的破碎淤泥；
[0076]
在步骤(2)中，搅拌混匀后的物料进行一级破碎后进行消解，消解时间为20分钟；消解后的物料进行二级破碎，破碎后的混合料含水率控制为5％，二级破碎后的混合料进入液压成型机，在10mpa的压力下压制成型，得到所需的产品生坯；成型后的成型后的植物纤维坯体进入反应装置在180℃的有压条件下养护24h后，从反应装置取出，制得植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料。
[0077]
实施例4
[0078]
实施例4与实施例1的区别在于：
[0079]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：
[0080][0081][0082]
本发明的所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0083]
在步骤(1)中，将植物纤维在5wt％浓度的碱溶液中浸泡2小时，经5次水洗后，在80℃烘干24小时，打碎备用；通过机械脱水或其他脱水方式，将淤泥含水率降低至塑限以下，通过多级破碎设备，将破碎后的淤泥原料过筛得到满足粒径要求的破碎淤泥；
[0084]
在步骤(2)中，搅拌混匀后的物料进行一级破碎后进行消解，消解时间为40分钟；消解后的物料进行二级破碎，破碎后的混合料含水率控制为6％，二级破碎后的混合料进入液压成型机，在30mpa的压力下压制成型，得到所需的产品生坯；成型后的成型后的植物纤维坯体进入反应装置在220℃的有压条件下养护8h后，从反应装置取出，制得植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料。
[0085]
实施例5
[0086]
实施例5与实施例1的区别在于：
[0087]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：
[0088][0089]
实施例6
[0090]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：
[0091]
[0092][0093]
所述植物纤维为河湖小流域周边常见的芦苇；所述河湖底泥为河的淤积泥沙。
[0094]
所述的生物质炭为河湖小流域周边常见的植物通过生物质热解技术生成的生物炭。
[0095]
所述的建筑垃圾混凝土骨料为粒径5mm和6mm的建筑垃圾中的两种的组合。
[0096]
所述的钙质添加剂为生石灰和电石渣中的两种的组合。
[0097]
所述的碱性改性剂为生石灰，作为碱性液态溶液浸泡植物纤维，对其进行碱性预处理改性；同时在水热反应过程中为植物纤维水热腐殖化以及新矿物的生成提供碱性环境，发挥碱激发作用。
[0098]
本发明所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0099]
(1)按照所述的比例称取各组分，将植物纤维在5％浓度的碱溶液中浸泡2小时，经3次水洗后，在80℃烘干24小时，打碎备用；
[0100]
(2)改性处理后的植物纤维在成型装备下压制成坯(薄板坯体)，成型后的植物纤维坯体进入反应装置在180℃的有压条件下养护12h后，取出打碎，制得水热腐殖化养料。
[0101]
实施例7
[0102]
实施例7与实施例6的区别在于：
[0103]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：
[0104][0105]
所述植物纤维为河湖小流域周边常见的芦苇；所述河湖底泥为河的淤积泥沙。
[0106]
所述的生物质炭为河湖小流域周边常见的植物通过生物质热解技术生成的生物炭。
[0107]
所述的建筑垃圾混凝土骨料为粒径5mm和6mm的建筑垃圾中的两种的组合。
[0108]
所述的钙质添加剂为生石灰和电石渣中的两种的组合。
[0109]
所述的碱性改性剂为熟石灰、生石灰、苛性钠或泡花碱中的一种或几种的组合，作为碱性液态溶液浸泡植物纤维，对其进行碱性预处理改性；同时在水热反应过程中为植物纤维水热腐殖化以及新矿物的生成提供碱性环境，发挥碱激发作用。
[0110]
本发明所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0111]
在步骤(1)中，按照所述的比例称取各组分，将植物纤维在10％浓度的碱溶液中浸泡2小时，经3次水洗后，在80℃烘干24小时，打碎备用；
[0112]
在步骤(2)中，改性处理后的植物纤维在成型装备下压制成坯(薄板坯体)，成型后
的植物纤维坯体进入反应装置在120℃的有压条件下养护16h后，取出打碎，制得水热腐殖化养料。
[0113]
实施例8
[0114]
实施例8与实施例6的区别在于：
[0115]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料，所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料由质量百分比的如下组分组成：
[0116][0117]
所述植物纤维为河湖小流域周边常见的芦苇；所述河湖底泥为河的淤积泥沙。
[0118]
所述的生物质炭为河湖小流域周边常见的植物通过生物质热解技术生成的生物炭。
[0119]
所述的建筑垃圾混凝土骨料为粒径5mm和6mm的建筑垃圾中的两种的组合。
[0120]
所述的钙质添加剂为生石灰和电石渣中的两种的组合。
[0121]
所述的碱性改性剂为熟石灰、生石灰、苛性钠或泡花碱中的一种或几种的组合，作为碱性液态溶液浸泡植物纤维，对其进行碱性预处理改性；同时在水热反应过程中为植物纤维水热腐殖化以及新矿物的生成提供碱性环境，发挥碱激发作用。
[0122]
本发明所述的植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0123]
在步骤(1)中，按照所述的比例称取各组分，将植物纤维在6％浓度的碱溶液中浸泡2小时，经3次水洗后，在80℃烘干24小时，打碎备用；
[0124]
在步骤(2)中，改性处理后的植物纤维在成型装备下压制成坯(薄板坯体)，成型后的植物纤维坯体进入反应装置在220℃的有压条件下养护8h后，取出打碎，制得水热腐殖化养料。
[0125]
试验例1
[0126]
本发明的一种植物纤维腐殖化供给养料的护岸材料的方法，分为以下两种路径实现。
[0127]
在路径1中，植物纤维以10-18mass％掺量掺入原料中，配料按下述物料百分比，即植物纤维10％-18％、脱塑态河湖底泥45-55％、植物纤维生物炭2-5％、废弃混凝土骨料15-25％、钙质添加剂9％-18％、羧甲基纤维素钠1-2％、碱性改性剂1-2％(以上各组分含量之和应等于100％)。物料进行搅拌混匀、多级破碎、消解粉混，二级破碎后的混合料进入液压成型机，在10-40mpa的压力下压制成型，成型后的生坯进入水热反应装置，在120-220℃的有压条件下养护8-24h后，从反应装置取出即可得所述的植物纤维腐殖化的护岸材料固化体。
[0128]
在路径2中，植物纤维取自河湖小流域周边常见的芦竹、芦苇、竹子中的一种或几种，在5-10wt％浓度的碱溶液中浸泡2小时，经3次水洗后，在80℃烘干24小时，打碎备用。改性处理后的植物纤维在成型装备下压制成坯(薄板坯体)，成型后的植物纤维坯体进入反应装置在120-220℃的有压条件下养护8-16h后，取出打碎即为所述的水热腐殖化养料。路径2
产物的腐殖化养料(粉体肥料)。
[0129]
试验例2
[0130]
弯曲强度是评价生态护岸材料抗洪护坡性能的重要指标，是保证护岸工程安全稳固的最基本指标。本试验例在试验例1中路径1的基础上分析了植物纤维以及植物纤维生物炭两类掺料的掺入量对护岸材料弯曲强度的影响。
[0131]
控制下述物料掺比保持一定：植物纤维生物炭2wt％、废弃混凝土骨料17wt％、钙质添加剂10wt％、羧甲基纤维素钠5wt％、碱性改性剂3wt％，调整植物纤维掺比范围为0-18wt％，相应地，调整脱塑态河湖底泥掺比为63wt％-45wt％(以上各组分含量之和应等于100wt％)。
[0132]
分别具体设置植物纤维掺量为0wt％(空白对照)、12wt％、14wt％、16wt％、18wt％，对应设置脱塑河湖底泥掺量63wt％(空白对照)、51wt％、49wt％、47wt％、45wt％。上述不同配方所制备材料的弯曲强度如图1所示。
[0133]
随着植物纤维掺量的提高，样品弯曲强度呈现逐渐下降的变化趋势。对于空白对照组(未掺入植物纤维)，样品弯曲强度可达24.1mpa；当掺入12wt％、14wt％、16wt％植物纤维后，样品弯曲强度略有下降，样品依然保持在20mpa以上，这是由于植物纤维本身具有一定的韧性，掺入淤泥基材料体系后，一方面由于粘结剂(羧甲基纤维素钠)发挥了有机材料(植物纤维)和无机质基体(淤泥基原料)结合作用，增强了复合护岸材料强度性能；另一方面，植物纤维经过碱性预处理后，极大改善了植物纤维材料和淤泥基无机材料的界面结合相容性，缓解了相斥作用。此外，植物纤维的质量密度较淤泥基材料偏小，较低的质量掺比也会占有较大的体积占比，在一定程度上会对最终复合材料强度造成负面影响。综上所述，植物纤维的较低比例掺入对复合材料的整体强度影响偏小，可保证产品的合格强度要求。不同植物纤维掺量下护岸材料的弯曲强度如图1所示。
[0134]
试验例3
[0135]
水质酸碱度是影响河湖小流域整体生态性能的重要指标。水体的酸碱度环境可极大影响流域内水体动植物、微生物以及河岸周边植物群落的生长繁殖，因此生态护岸材料应用于水体后的适宜酸碱度环境，对构建河湖小流域的良好生态系统至关重要。传统的硬质护岸主要原料均为普通混凝土，水泥作为其中的重要组分，在水化时将产生占总体积20-25％的氢氧化钙使得混凝土呈现强碱性，不利于水生生物的生存。当混凝土样品破碎到过200目筛(0.0075um)后，所测的混凝土样品的ph值高达13.03。
[0136]
本实施例在试验例1中路径1测定了生态护岸材料浸泡在水中后所导致的水体环境酸碱度的影响，研究护岸材料中不同掺量的植物纤维以及对水体ph值的影响。
[0137]
由于植物纤维经过碱溶液浸泡改性，其掺入原料呈现碱性，随着其掺入量增加，会提高样品酸碱度；另一方面，植物纤维生物炭是一类酸性原料，随着其掺入量增加，同时会降低样品酸碱度。
[0138]
控制下述物料掺比保持一定：植物纤维生物炭2wt％、废弃混凝土骨料17wt％、钙质添加剂10wt％、羧甲基纤维素钠5wt％、碱性改性剂3wt％，调整植物纤维掺比范围为0-16wt％，相应地，调整脱塑态河湖底泥掺比为51wt％-45wt％(以上各组分含量之和应等于100wt％)。
[0139]
分别具体设置植物纤维掺量为0wt％(空白对照)、10wt％、12wt％、14wt％、
16wt％，对应设置脱塑河湖底泥掺量63wt％(空白对照)、53wt％、51wt％、49wt％、47wt％。上述不同配方所制备护岸材料浸泡在模拟河湖小流域水体中的水质酸碱度如图2所示。不同植物纤维掺量下的护岸材料所导致的水体酸碱度如图2所示。
[0140]
当未掺入植物纤维时，水体酸碱度为8.73，满足水体酸碱度环境的生态性要求。随着植物纤维掺入量的增加，水体环境的碱性逐渐增强，掺入10wt％和12wt％的植物纤维时，水体酸碱度分别为9.02、9.23，最高掺入16wt％的植物纤维时，水体酸碱度为9.75，仍低于普通混凝土的强碱性(ph》13)。综上所述，本发明中掺入植物纤维的生态型护岸材料可保持适宜的水体酸碱度环境，提供良好的河湖小流域生态环境体系。
[0141]
试验例4
[0142]
护岸工程中河道岸基土壤的酸碱度是影响河湖小流域整体生态性能的重要指标。土壤的酸碱度环境可极大影响流域内河岸周边陆地区域内微生物和动植物群落的生长繁殖栖息状况。本试验例在试验例1中路径2的基础上测定了植物纤维腐殖化养料对土壤环境酸碱度的影响。
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控制下述物料掺比保持一定：羧甲基纤维素钠5wt％、碱性改性剂5wt％，调整植物纤维生物炭掺比范围为0-20wt％，相应地，调整植物纤维掺比为70wt％-90wt％(以上各组分含量之和应等于100wt％)。分别具体设置植物纤维生物炭掺量为0wt％(空白对照)、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％，对应设置植物纤维掺量90wt％、85wt％、80wt％、75wt％、70wt％。
[0144]
基于上述物料配比，分别探究植物纤维掺入量和植物纤维生物炭掺入量对最终所得植物纤维腐殖化养料的酸碱度的影响。
[0145]
由图3结果，随着植物纤维掺量增大，腐殖化养料的碱性逐渐提高。当植物系纤维掺量为70wt％且植物纤维生物炭的掺量为20wt％时，腐殖化养料的酸碱度为7.23，可为植物群落生长的土壤环境提供适宜酸碱度，落在适宜绝大部分植物生长的酸碱度范围内。当植物纤维掺量分别为75wt％、80wt％、85wt％时，水热腐殖化所得养料酸碱度范围分别为7.86-9.71，呈显碱性递增趋势。尤其是当植物纤维掺量最高达90wt％，即此时无酸性生物炭的掺入时，腐殖化养料酸碱度最高可达10.75，这是由于经过碱性预处理的植物纤维本身就是较高的碱性原料。当掺入酸性的生物炭时，可一定程度上中和植物纤维原料的碱性，当生物炭掺入量越高，碱性中和程度就越高，即最后水热腐殖化所得养料的酸碱度越来越趋于中性，正如本实施例中图3所示。不同植物纤维及植物纤维生物炭掺量下的腐殖化养料的酸碱度如图3所示。
[0146]
实施例5
[0147]
氮是引起水体富营养化的最主要元素之一。氨氮是氮常见的存在形式，常见存在于各类工业废水中，也是闭合循环水产养殖系统中水生动物的主要代谢产物。对于流动较为缓慢的河湖小流域(如湖泊、河湾等)，氨氮的积累会导致水体的富营养化，对水生生物带来一定的毒性。因此，水体中的氨氮指标是影响河湖小流域自然生态功能的重要因素。
[0148]
河湖小流域河岸周边的植物纤维是一种可循环的物质资源。植物纤维经过炭化后生成生物炭，具有疏松多孔的蜂窝状结构，无定形碳的孔隙结构使其具有优异的吸附性能，可较好吸附水体中氨氮物质、重金属离子及有机污染物。
[0149]
本试验例基于试验例1中的路径1，探讨不同植物纤维生物炭掺量下护岸材料对水
体氨氮的吸附性能。控制下述物料掺比保持一定：植物纤维12％，废弃混凝土骨料17wt％、钙质添加剂10wt％、羧甲基纤维素钠5wt％、碱性改性剂3wt％，调整植物纤维生物炭掺比范围为0-5wt％，相应地，调整脱塑态河湖底泥掺比为53wt％-48wt％(以上各组分含量之和应等于100wt％)。
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分别具体设置植物纤维生物炭掺量为0wt％(空白对照)、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％，对应设置脱塑河湖底泥掺量53wt％、51wt％、50wt％、49wt％、48wt％。上述不同植物纤维生物炭掺量下的护岸材料，浸泡在模拟河湖小流域水体中，对水体氨氮的去除率如图4所示。
[0151]
随着植物纤维生物炭掺量的加入，材料对水体氨氮的去除率明显提高。当未掺入生物炭时，6h的氨氮去除率为5.75％，因此不掺入植物纤维生物炭时的护岸材料不具备吸附氨氮的能力。当掺入1wt％的生物炭时，6h的氨氮去除率为35.51％，吸附性能表现出明显的改善；当掺入2wt％生物炭时，6h的氨氮去除率进一步提高至59.35％，表现出优越的氨氮吸附性能。进一步加大生物炭的掺入量，氨氮去除率稍有提升，相比2wt％生物炭掺入量时的吸附性能相差不大，即可能2wt％生物炭掺入量时材料的6h氨氮吸收率已经达到饱和。不同植物纤维生物炭掺量下的护岸材料对水体氨氮的去除率如图4所示。
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依据图4的氨氮吸附性能结果，对上述材料的微观孔结构进行表征，发现样品的平均孔径都属于介孔结构，介孔结构可发挥良好的吸附性能。随着植物纤维生物炭的添加量增大，样品的比表面积和总孔容积变化规律相似，都是先增大后略微减小保持平衡。例如不添加生物炭时，样品的比表面积为12.12m2/g，总孔容积为0.0869cc/g；当生物炭掺入量为2wt％时，比表面积增大至34.93m2/g，表总孔容积明显增大，达到了0.1002cc/g，这与图4中氨氮的吸附性能结果保持一致。不同植物纤维生物炭掺量下样品的孔结构分析如表1所示：
[0153]
表1
[0154][0155]
实施例6
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腐殖酸是土壤有机质的重要组成部分，其性能优越，对土壤中的营养元素有很强的富集能力，能提高土壤肥力，并有效螯合重金属离子，降低土壤毒性。本发明利用低温水热技术，以植物纤维作为生物质原料，将其水热分解并重构为腐殖酸，产物作为一种自然型腐殖酸养料可用于护岸工程，为河湖小流域植物群落提供养料。
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本试验例基于实施例1中路径1和路径2部分，对植物纤维水热腐殖化产物进行了红外光谱分析表征，对产物中腐殖酸进行提取，比对其特征基团确认腐殖酸的生成。对本发明水热产物中生成的腐殖酸进行提取，并与黑土提取的标准腐殖酸通过红外光谱进行对比
分析发现，植物纤维合成的腐殖酸与标准腐殖酸的特征峰基本一致吻合，证明植物纤维在水热反应过程中确实生成了腐殖酸。对于未添加植物纤维的产物，并未检出腐殖酸的特征基团，表明植物纤维是决定水热合成腐殖酸的关键性原料。
[0158]
在合成腐殖酸的基础上，针对路径2中不同植物纤维掺比的腐殖化养料提取了合成腐殖酸，并计算腐殖酸的产率。结果表明，随着掺入植物纤维掺量的增加，腐殖酸产率逐渐提高，具体表现为腐殖酸产率从15.10％提高至20.32％，表明植物纤维的掺入量与腐殖酸的产率具有正相关性关系。植物纤维合成腐殖酸与标准腐殖酸的红外图谱对比如图5所示。
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植物纤维腐殖化机理：常见的植物纤维主要包括纤维素、木质素、半纤维素、果胶、蜡质等成分。腐殖化过程是指在土壤微生物作用下，把一些小分子有机物合成为复杂大分子有机物
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腐殖酸的生化过程。腐殖酸是动、植物遗骸经过微生物的分解和转化，以及一系列的化学过程积累起来的一类有机物质。腐殖酸呈黑色或棕色，是一类含有多环稠环的有机化合物，苯环上的功能基团包括羟基、羧基、酚羟基、醌基等。腐殖酸具有良好的生理活性以及吸收、络合、交换等功能，可增强土壤的保水性和保温性，有利于种子萌芽和根系发育；可与粘土矿物相结合提高土壤的透气性，提高与阳离子交换的能力；可与微量营养元素形成络合物，使其迁移供植物吸收；也可对重金属络合与吸附，减少土壤的毒性。它广泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭(又称草炭)、褐煤、风化煤中。
[0160]
根据其来源，腐殖酸可分为矿物源腐殖酸和生物质腐殖酸。矿物源腐殖酸由风化煤、褐煤、泥炭等加工制成；生物质腐殖酸由秸秆、木屑、制糖废渣、酿酒废液、动物粪便等农业有机废弃物和可再生的工业有机废弃物加工制成。矿物源腐殖酸含有更多的矿物成分，营养全面，其改良土壤、提高作物抗逆性、刺激作物根系生长的类激素作用明显，但其生成周期长，价格偏高。生物质腐殖酸原料广泛、取材方便，芳香化程度更高，活性基含量丰富，水溶性和速效性更好，生理活性和化学活性强，但其在土壤改性、作物抗逆性、植物促生长方面的效果不如矿源腐殖酸。
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综上所述，矿物源腐殖酸和生物质腐殖酸各有利弊。本发明旨在采用合成生物质腐殖酸所需的来源广泛且低成本的生物质原料(植物纤维等)，采用水热技术模拟合成矿源腐殖酸的地质矿化条件，各取其优，最终合成所需的腐殖酸，兼具矿源腐殖酸的矿化合成优势和生物质腐殖酸原料的低成本优势。水热初期主要发生的是水解反应，将大分子物质形成单体，为后续腐殖化过程中聚合、缩合等反应提供基础物质。随着水热反应的进行，溶液中芳香族达到饱和临界值时，爆发式的形核便产生，并随着扩散过程的进行而最终形成大分子腐殖酸。
[0162]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。