利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及环境友好材料技术领域，尤其涉及利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料及其制备方法。


背景技术：

2.河湖小流域是城乡生态环境和基础设施建设的重要组成部分，构建河湖小流域的良好生态与人们生产生活和建设社会主义生态文明息息相关。河湖小流域的生态治理主要包括治导、疏浚和护岸，一方面，疏浚过程往往产生大量淤泥，简单倾倒或填埋易对土地及地下水造成二次污染，造成难以修复的环境污染，因此如何有效处理日益增多的河道淤泥、实现淤泥就地处置十分重要；另一方面，护岸工程涉及河道后期的生态安全性、耐久性和美观性，为保护河岸带、控制河流走势防止水土流失，护岸工程的建造和设计对河岸带生态保护和维稳也至关重要。
3.早期护岸均以自然泥土或辅以简单的天然材料(木材等)固岸的天然软质护岸为主，河道边坡经过简单治理后直接种植护岸植被，可形成具有自然河岸特性的生态型护岸。这一类护岸不但具有好的生态性、亲水性，而且本身的多孔性不仅能为微生物提供栖息繁衍的场所，而且能够起到净化水质涵养水源的作用，此外，天然土壤能够为植被提供生长的空间和养分，而植被也具有吸附污染物的作用。国内有多条河道均采用了这一治理技术，例如在黑龙江省堤防工程中，采用当地的松花江柳和引进的日本草芦苇等植物作为护岸植被。然而软质护岸材料的机械强度普遍比较低，一旦受到自然力或人为的干扰，极易造成水土流失，甚至发生河床坍塌。
4.传统混凝土硬质护岸解决了原始软质护岸强度低的弊端，具有很高强度的抗冲刷性能，实现了良好的抗洪效果。然而硬质护岸以混凝土为原料将整个河岸表面封闭起来，隔绝了土壤水体间的物质交换，使得岸坡土壤和水体中的原有生物失去了赖以生存的环境，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，虽然满足了部分植被的生长要求，但容易对水体造成污染，不利于鱼虾存活。另一方面，当前水泥和混凝土等建材原料的工业化生产过程往往会产生大量的碳排放，而在当前碳中和愿景下，实现碳中和必须做好收支平衡，输出端必须减少温室气体排放，就要减少碳排放量大的工业原料的生产，汇集端要大力发展碳汇、碳捕集和碳封存技术等，从而保证碳排放量和碳吸收量的平衡。
5.近年来，随着社会发展及人们环境保护意识的不断提高，传统的河硬质护岸材料已无法满足生态的需要，因此护岸材料的研究逐渐转向于生态护岸。
6.生态混凝土中须用到大量的粗骨料以实现材料的多孔性，砂石骨料的来源也是个大问题，近年来由于政策限制砂石资源的过度开采，导致砂石资源紧缺，价格连续上浮，因此生态混凝土的价格比其他护坡结构高，原料端的高价格使其应用也受到了限制。另一方面，当前水泥、砂石等建材原料的生产开采过程导致了大量的碳排放，违背了当前我国双碳目标的初衷，与低碳发展的理念背道而驰。


技术实现要素：

7.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的技术目的在于一种高掺量且低成本利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料及其制备方法。
8.为实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：本发明的一种利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料，所述的利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料包括重量百分比如下组分组成：
[0009][0010][0011]
进一步地，淤泥含水率在塑限以下，包括江河湖库淤积泥沙、市政污泥、工程渣土、建筑泥浆、通沟污泥等。
[0012]
进一步地，所述的植物纤维为麻纤维或竹纤维，所述麻纤维为苎麻、大麻、亚麻、黄麻、剑麻或蕉麻中的一种或几种的组合。
[0013]
进一步地，所述的植物纤维生物炭为植物纤维通过生物质热解技术生成的生物炭。
[0014]
更进一步地，所述的骨料为粒径1-10mm的碎石、卵石、机制砂、建筑垃圾或尾矿中的一种或多种的组合。
[0015]
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多种的组合。
[0016]
进一步地，所述的粘结剂为硅酸钠脲醛树脂中的一种或两种的组合。硅酸钠又称泡花碱，na2o
·
nsio2，模数n＝1-4。
[0017]
本发明还提供了一种上述利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0018]
(1)通过机械脱水或其他脱水方式，将淤泥中的含水率降低至塑限以下，再通过破碎设备，将破碎后的淤泥原料过筛得到满足粒径要求的破碎淤泥；
[0019]
(2)将植物纤维在5-10％浓度的碱溶液中浸泡0.5-2小时，经2-3次水洗后，在60-80℃烘干6-24小时，打碎备用；
[0020]
(3)按照权利要求1所述的比例称取各组分，进行配料搅拌，充分混匀，搅拌后所得混合料的含水率控制为10％-20％；
[0021]
(4)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；
[0022]
(5)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％；
[0023]
(6)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；
[0024]
(7)成型后的生坯进入反应装置，在120℃-220℃的有压条件下养护8-24h 后，从
反应装置取出即可得所述的植物纤维协同强化的护岸材料。
[0025]
进一步地，在步骤(1)中，所述的筛孔目数为8目。
[0026]
本发明的有益效果：
[0027]
本发明在低温水热条件下，在不额外添加水泥等强碱性胶凝材料情况下，模拟水泥的硬化过程和地下水热系统成岩机理，将原料中的硅、铝、钙等元素转化为硅酸钙铝水合物，如托勃莫来石晶体等，保证了材料具有较低的碱性和生物亲和性，为微生物和植物的附着与生长提供条件。
[0028]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0029]
(1)基于我国河湖小流域的治理现状，以及城市大宗固体废弃物—淤泥 (包含江河湖库淤积泥沙、市政污泥、工程渣土、建筑泥浆、通沟污泥等)和农业固体废弃物(各类植物纤维和植物纤维生物炭)的资源化困局，本发明以淤泥、植物纤维、以及植物纤维生物炭为主要原材料，模拟地下堆积岩的成岩机理，在低温水热环境下，将大量成分复杂、高含水率、高塑性、低机械强度以及一定重金属污染的软质淤泥制备为一种高强度的生态护岸材料，同时保留原料原有组分、多孔结构及净化能力，实现真正意义上的水陆联通与循环。
[0030]
(2)本发明采用的植物纤维主要成分为纤维素类纤维，起到协同强化作用。在低温水热条件下，材料体系中一部分经碱处理改性的植物纤维仍保留在体系中，一方面植物纤维依托其自身的强韧性和耐腐蚀性，另一方面硅酸钠等作为粘结剂可使植物纤维之间以及植物纤维与淤泥基材料间粘结牢固，形成坚固密实的界面结合层，在淤泥质基体材料内协同发挥其强化机理；同时对新矿物生成具有碱激发作用。
[0031]
(3)本发明体系中生成的托勃莫来石不仅是强度增强的主要原因，而且还是一种优良的环境净化矿物，此外，体系中外加多孔生物炭同样具有优异的吸附能力，共同提高了材料对污染物的无机矿物吸附能力。
[0032]
(4)本发明的护岸材料所用主要原料均为因地制宜，来源于河岸周边区域，利用疏浚淤泥、植物纤维等天然原料，不需耗费大量的工业建材产品；制备过程均是在低温水热环境下进行，节省了大量能源；作为生态型护岸材料应用于河湖小流域的护岸工程，实现了防洪护岸和吸附控制污染的双重目标，本发明真正实现了原料端、工艺端、应用端的低碳环保。
附图说明
[0033]
图1-1为本发明中植物纤维生物炭在低倍数电镜下的微观形貌图。
[0034]
图1-2为本发明中植物纤维生物炭在高倍数电镜下的微观形貌图。
[0035]
图2-1为本发明不同植物纤维含量的样品的抗弯强度变化图。
[0036]
图2-2为本发明不同植物纤维生物炭含量的样品的抗弯强度变化图。
[0037]
图3为本发明的植物纤维生物炭掺量对吸附溶液中cu
2
，zn
2
，cd
2
去除率的影响图。
[0038]
图4为本发明的植物纤维生物质炭掺量对溶液中氨氮去除率的影响图。
具体实施方式
[0039]
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。
[0040]
实施例1
[0041]
本发明的河道淤泥为上海城区某河道疏浚淤泥，塑限为27.43％，含水率为 25.32％。
[0042]
在植物纤维原料的预处理阶段，本发明主要采用硅酸钠溶液(泡花碱， na2o
·
nsio2，模数n＝1～4，优选为2-3)作为碱性溶液，针对植物纤维进行碱性浸泡预处理，在原料混合后可极大改善植物纤维原料与淤泥基组分的相容性。
[0043]
植物纤维大多为纤维素类纤维，一方面，在低温水热条件下材料体系中一部分经碱处理改性的植物纤维仍保留在体系中，依托其自身的强韧性和耐腐蚀性增强护岸材料的强度；另一方面，加入粘结剂可使植物纤维之间以及植物纤维与淤泥基材料间粘结牢固，形成坚固密实的界面结合层。因此植物纤维可与淤泥质基体材料协同发挥强化机理。
[0044]
在配料阶段，本发明采用硅酸钠溶液(泡花碱，na2o
·
nsio2，模数n＝1～4，优选为2-3)同时作为原料的黏合剂。一方面，硅酸钠常作为粘结剂来粘接砂和黏土成型，本发明中粘结剂可粘结植物纤维原料，增强材料整体黏合力；另一方面，在水热反应体系中，碱性粘结剂对于新矿物的生成具有碱激发作用，不需外加其他碱性试剂即可推动体系反应的进行。此外，硅酸钠的掺入可为反应体系提供一定的硅质(na2o
·
nsio2)，并参与到化学反应中促进托勃莫来石、钙铝硅酸盐类新矿物的生成，提高材料的强度。
[0045]
样品配方、技术参数及强度如表1所示：
[0046]
表1
[0047][0048]
在s0至s8中，所述的植物纤维为麻纤维，所述麻纤维为苎麻、大麻、亚麻、黄麻和剑麻中的五种的组合。
[0049]
所述的植物纤维生物炭为植物纤维通过生物质热解技术生成的生物炭。所述植物为河岸周边常见的芦苇、竹子等植物。
[0050]
所述的骨料为粒径5mm的碎石、卵石和机制砂中的三种的组合。
[0051]
所述的钙质添加剂为消石灰、石灰石和生石灰中的三种的组合。
[0052]
所述的粘结剂为硅酸钠(又称泡花碱，na2o
·
nsio2，模数n＝1-4)。
[0053]
本发明所述的利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0054]
(1)通过机械脱水或其他脱水方式，将淤泥中的含水率降低至塑限以下，再通过破碎设备，将破碎后的淤泥原料过8目筛得到满足粒径要求的破碎淤泥；
[0055]
(2)将植物纤维在10％浓度的碱溶液中浸泡0.5小时，经2.5次水洗后，在60℃烘干6小时，打碎备用；
[0056]
(3)按照所述的比例称取各组分，进行配料搅拌，充分混匀，搅拌后所得混合料的含水率控制为15％；
[0057]
(4)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；
[0058]
(5)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％；
[0059]
(6)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；
[0060]
(7)成型后的生坯进入反应装置，在220℃的有压条件下养护20h后，从反应装置取出即可得所述的植物纤维协同强化的护岸材料。
[0061]
实施例2
[0062]
实施例2与实施例1的区别在于：本发明的一种利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料，所述的利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料包括重量百分比如下组分组成：
[0063][0064]
所述的淤泥含水率在塑限以下，为江河湖库淤积泥沙。所述的植物纤维为竹纤维。所述的骨料为粒径10mm的建筑垃圾。所述的粘结剂为硅酸钠和脲醛树脂中的两种的组合。
[0065]
本发明所述的利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0066]
在步骤(1)中，通过机械脱水或其他脱水方式，将淤泥中的含水率降低至塑限以下，再通过破碎设备，将破碎后的淤泥原料过8目筛得到满足粒径要求的破碎淤泥；
[0067]
在步骤(2)中，将植物纤维在8％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；
[0068]
在步骤(3)中，按照所述的比例称取各组分，进行配料搅拌，充分混匀，搅拌后所得混合料的含水率控制为20％；
[0069]
在步骤(4)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；
[0070]
在步骤(5)中，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％；
[0071]
在步骤(6)中，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；
[0072]
在步骤(7)中，成型后的生坯进入反应装置，在180℃的有压条件下养护 8h后，从反应装置取出即可得所述的植物纤维协同强化的护岸材料。
[0073]
实施例3
[0074]
实施例3与实施例1的区别在于：本发明的一种利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料，所述的利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料包括重量百分比如下组分组成：
[0075][0076]
所述的淤泥含水率在塑限以下，为江河湖库淤积泥沙。所述的植物纤维为竹纤维。所述的骨料为粒径1mm的尾矿。所述的粘结剂为脲醛树脂。
[0077]
本发明提供了上述的利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料的制备方法，包括如下步骤：
[0078]
在步骤(1)中，通过机械脱水或其他脱水方式，将淤泥中的含水率降低至塑限以下，再通过破碎设备，将破碎后的淤泥原料过8目筛得到满足粒径要求的破碎淤泥；
[0079]
在步骤(2)中，将植物纤维在5％浓度的碱溶液中浸泡1小时，经2次水洗后，在80℃烘干20小时，打碎备用；
[0080]
在步骤(3)中，按照所述的比例称取各组分，进行配料搅拌，充分混匀，搅拌后所得混合料的含水率控制为10％；
[0081]
在步骤(4)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；
[0082]
在步骤(5)中，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8％；
[0083]
在步骤(6)中，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；
[0084]
在步骤(7)中，成型后的生坯进入反应装置，在120℃的有压条件下养护 24h后，从反应装置取出即可得所述的植物纤维协同强化的护岸材料。
[0085]
实施例4
[0086]
实施例4与实施例1的区别在于：本发明的一种利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料，所述的利用植物纤维协同强化的河湖小流域护岸材料包括重量百分比如下组分组成：
[0087][0088]
所述的粘结剂为硅酸钠。所述麻纤维为剑麻。所述的钙质添加剂为消石灰。
[0089]
试验例1
[0090]
植物纤维原料具有较强的韧性与耐磨性，其作为一种植物有机体，作为主要原料掺入淤泥质这类无机质矿物复合体时，两者在材料结合方面表现出不相容性，因此需要对植物纤维原料进行碱性预处理，改善其界面相容性质。室温碱处理可脱去植物麻纤维的麻果胶，同时使麻纤维截面溶胀趋圆，纤维壁加厚，从而改善纤维的结构，并改善麻纤维与基体材料的界面结合，提高护岸材料的硬度、抗压强度和耐磨性等。
[0091]
本发明选用模数偏低的硅酸钠溶液(na2o
·
nsio2，n＝1-2)提供碱性预处理环境，将植物纤维清洗干净、去除泥土等附着杂物后，在5-10wt％浓度的碱性硅酸钠溶液中浸泡2小时，充分对其进行碱性改性处理，改善其界面相容性。碱性处理后经过水洗，在80℃烘干24小时，打碎备用。
[0092]
试验例2
[0093]
植物纤维生物炭是由植物纤维在在缺氧的条件下热解生成，其质量损失和不相称的收缩或体积减少的发生，导致碳骨架形成，并且保留了原料的基本孔隙和结构特征。
[0094]
通过sem电镜对植物纤维生物炭的微观形貌进行了观察和分析，图1-1 和图1-2为本发明展示了不同尺度的植物纤维生物炭的微观形貌。图1-2为本发明的低倍数下的电镜图片，可以看出，本发明所用的生物炭主要为杆状(100 μm)，伴有一定比例的形状不规则，大小不一的碎片，总体上保留了植物生物质原料的蜂窝状结构，表面粗糙，孔道较多。图1-2为高倍数下的电镜图片，可以清晰地观察到大小不一的孔隙，主要为大孔结构(》50nm)，其多孔性质与吸附重金属和有机污染物的性能密切相关。
[0095]
试验例3
[0096]
抗弯强度是评价生态护岸材料抗洪护坡性能的重要指标。本实施例在实施例1的基础上分析了植物纤维和植物纤维生物炭这两类主要原料掺量对材料抗弯强度的影响。
[0097]
为探讨植物纤维的掺入量对样品抗弯强度的影响，分别测定了五类样品的抗弯强度，随着植物纤维掺入量的增加，样品抗弯强度表现出轻微的下降趋势，其中植物纤维掺量为5wt％、10wt％时，分别为24.50mpa、24.95mpa，植物纤维为15wt％时，材料抗弯强度出现了明显下降，为21.89mpa。上述实验结果表明，在10wt％以下的掺量范围内，随着植物纤维掺入量的增加，护岸材料强度显著增强，因此植物纤维的的掺入在一定程度上可协同增强护岸材料的强度。当植物纤维掺量大于15wt％时，由于植物纤维密度较低，较低质量掺比时也有着较大的体积占比，这在一定程度上对材料强度造成了负面影响。因此植物纤维掺量优选为10wt％左右范围内，可表现出显著的协同强化效果。不同植物纤维含量的样品的抗
弯强度变化如图2-1、图2-2所示。
[0098]
为探讨植物纤维生物炭的掺入量对样品抗弯强度的影响，分别测定了六类样品在不同生物炭掺入量(0wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％)时的抗弯强度，结果表明：生物炭掺入量为0wt％、1wt％、2wt％的抗弯强度分别为24.7mpa、23.5mpa、20.8mpa，即随着植物纤维生物炭掺入量的增加，样品抗弯强度表现出明显下降趋势。生物炭主要为疏松多孔结构，其密度较低，掺入较小的质量分数时也占用了较大的体积占比，因此生物炭的掺入对材料的抗弯强度会明显造成不利影响。综上，生物炭掺入量范围优选为1-2wt％时，可同时保证材料强度保持在较高状态。
[0099]
试验例4
[0100]
重金属离子浓度是评价河湖流域水质污染程度的重要指标。重金属离子大多毒性很强，具有持久性，并且无法通过自然降解去除，因而能够在水环境中长期存在。通常来说，进入水体中的重金属离子即使浓度很低，也可能引发毒性反应。重金属污染物无法通过生物代谢，反而会在微生物、植物等体内累积，并通过食物链的放大效应，成千甚至上万倍在生物体内富集，因此本实施例在实施例1、2的基础上选取了cu
2
，zn
2
，cd
2
三种典型的重金属来研究样品对重金属的吸附效果，以此说明加入植物纤维生物炭对样品吸附重金属污染物能力的影响。
[0101]
重金属吸附实验参照了中华人民共和国国家环境保护标准hj 700-2014《水质65种元素的测定-电感耦合等离子体质谱法。本实施例中所用的到cu2 ， zn2 ，cd2 三种重金属溶液分别由分析纯的三水合硝酸铜(cu(no3)2·
3h2o)，六水合硝酸锌(zn(no3)2·
6h2o)，四水合硝酸镉(cd(no3)2·
4h2o)在超纯水种配制成100mg/l的储备溶液并保存在用稀硝酸酸洗处理过的试剂瓶中，在4℃下储藏于冰箱中，根据后续的实验要求将其稀释为所需要的环境溶液。
[0102]
具体的重金属吸附实验操作：根据实验要求，将重金属储备溶液稀释为所需的浓度的环境溶液，量取50ml环境溶液置于100ml具塞锥形瓶中，调节ph 后加入一定量的样品，吸附温度为298.15k，置于恒温水平往复式振荡器中以 110r/min的速度进行吸附；振荡器温度设置为恒定温度，振荡一定的时间后，采集一定量的上清液，并迅速采用0.45μm滤膜将其过滤，滤液储存在具塞离心管内待测。
[0103]
图3表示的是不同植物纤维生物炭掺量对吸附溶液中cu
2
，zn
2
，cd
2
去除率的影响。结果表明：随着植物纤维生物炭掺量的增加，材料对三类重金属的去除率均表现出提高趋势。选取1wt％生物炭掺量时，对三类重金属的去除率均能达到90％左右，即在保证材料较高强度的前提下，表现出理想的重金属吸附效果。当生物炭掺量为5wt％时，三类重金属的去除率最高均达到95％左右，但依据实施例4，生物炭掺量为5wt％时强度较低，不满足护岸材料的强度要求。综上，植物纤维生物炭掺量优选为1-2wt％范围内，可在护岸材料高强度基础上具备较优的污染物吸附性能，表现出良好的水质净化作用。植物纤维生物炭掺量对吸附溶液中cu
2
，zn
2
，cd
2
去除率的影响如图3所示。
[0104]
试验例5
[0105]
氮是引起水体富营养化的最主要元素之一。例如氨氮，不仅存在于许多工业废水中，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，对水生生物产生一定的毒性。本研究旨在制备托
勃莫来石增强生物炭基生态护岸材料，利用托勃莫来石和生物炭对水体中微生物和氨氮的吸附来达到净化水质的目的，从而保护河岸水体的生态环境。
[0106]
本实施例用氯化铵nh4cl来配制氨氮溶液，测定溶液的氨氮初始浓度c0。氨氮吸附实验的一般操作为：将试样置于105℃鼓风干燥箱中干燥至恒重后取出，称取干燥后的样品10g于250ml锥形瓶中，分别加入100ml的nh4cl溶液，于20℃下以160rmp/min振荡；6h时取2ml混合液于2ml离心管中，以10000 rmp/min转速离心10min，取上清液1.5ml，用去离子水稀释至15ml，测定溶液的氨氮浓度并换算成吸附平衡后的浓度ce。
[0107]
溶液中氨氮的浓度依照中华人民共和国国家环境保护标准gb 7479-87《水质-氨氮的测定-纳氏试剂分光光度法》测得，其原理为：氨与纳氏试剂(碱性溶液)反应生成淡红棕色胶态化合物，其色度与氨氮含量成正比。溶液的吸光度与其浓度有关，其特征吸收峰为420nm。因此可以通过分光光度计法，通过测定配制已知不同浓度的nh4cl溶液测定在420nm处所对应的吸光度来绘制来校准曲线。具体操作如下：称取一定量的氯化铵nh4cl试剂，使用100ml 容量瓶配置成浓度为10mg/l的标准工作溶液，然后用移液管和容量瓶配置一系列已知浓度的氨氮溶液，取0.2ml各浓度的溶液于比色管中，加超纯水至50 ml标线，加入1ml酒酸钾钠标液(500g/l)，再加入1.5ml纳氏试剂，摇匀后显色10min，用紫外分光光度计uv-1800测试，在波长420nm下，用20mm 比色皿，以水作参比，测量吸光度。以氨氮浓度为横坐标，以空白校正后的吸光度为纵坐标，绘制校准曲线。吸附前后的待测氨氮溶液按照与校准曲线相同的步骤测定其吸光度，对应基线标准得到所测溶液的氨氮浓度。
[0108]
实验结果如图4所示，随着植物纤维生物炭掺量的增加，样品对水质中氨氮的去除率在不断提升，其中选取1wt％、2wt％生物炭掺量时，氨氮去除率分别可达40.21％、43.05％；选取5wt％生物炭掺量时，氨氮去除率最高可达45.22％。但依据实施例4，植物纤维生物炭掺量为5wt％时强度较低，不满足护岸材料的强度要求。综上，植物纤维生物炭掺量优选为1-2wt％范围内，可在护岸材料高强度基础上具备较优的氨氮去除性能，表现出良好的水质净化作用。植物纤维生物质炭掺量对溶液中氨氮去除率的影响如图4所示。
[0109]
随着护岸材料中植物纤维生物炭掺量的增加，产物对水体氨氮去除率表现出正相关的提高趋势。当未掺入生物炭时，护岸材料对氨氮去除率只有35％左右，随着生物炭掺量逐步增加至3wt％，氨氮去除率也提升至45％，随着生物炭掺量继续增加至5wt％，氨氮去除率基本仍维持在45％左右，表明该条件下护岸材料对水体氨氮的吸附已基本达到饱和状态。
[0110]
淤泥基模拟水泥硬化机理：自然界中“土”与“石”之间的相互转变存在一个大的地质循环，即地表的岩石经风化、剥蚀和生物作用转变为“土”；而“土”又经侵蚀、搬运(到地壳深部)、沉积成岩(在地壳下的热水热气作用下，经过重结晶或化学反应而变为沉积岩)，再经大地构造运动抬升为陆地上的岩石。在这个漫长的(上千万年)地质大循环中，“土”和“石”互相转化，因此“土”和“石”虽然物理性质上差别很大，但元素组成上是一致的。事实上，由土变为石的自然转化过程之所以漫长，是因为土壤被缓慢堆积至(下沉到地深部)可成岩处 (高温高压环境)，以及成岩后又被大地构造运动抬升为陆地上搬运所需时间漫长，并非成岩过程漫长。地壳深部的高温高压环境下水的离子积是常温常压下的数千倍，许多在常温下不溶的矿物在地下的环境下会变得易溶。
[0111]
淤泥、骨料中主要元素成分为si、al、ca，si、al、ca也是水泥和建筑材料成分中最
常见的三大元素。水泥的硬化机理主要是生成了硅酸钙铝的水合物，本发明将淤泥、骨料和钙质添加剂混合、搅拌、压制成型，在有压水蒸气养护条件下模拟水泥硬化的机理，使得软质原料中的si、al、ca等元素溶解、析出、再结晶，得到高强度的晶体，如托勃莫来石晶体等，从而使得护岸材料具备相较水泥基材料的力学性能。
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植物纤维协同强化机理：植物纤维由独特的有机化学组分组成，主要包括纤维素、木质素、半纤维素、果胶、蜡质等高分子成分。常用的植物纤维主要有麻纤维(包括剑麻纤维、黄麻纤维、苎麻纤维和亚麻纤维等)、竹纤维、纤维素纤维等。植物纤维本身具有较强的耐冲击韧性和耐腐蚀性，与化学纤维相比，各种天然植物纤维具有价廉、可回收、可再生等优点，并具有一般纤维的强度和刚度，且比重较小，比强度、比刚度均较高。麻的纤维长度是天然植物纤维中最长的，具有高强低伸的特性，麻类纤维的初始模量和抗弯刚度比涤纶更高，麻类纤维在天然植物纤维中最适合协同增强复合材料的强度。植物纤维增强复合材料目前主要应用于非承力、次承力的结构制品。天然植物纤维大多为纤维素类纤维，纤维素类聚合物中的羟基可与淤泥质基体聚合物形成强烈的分子间氢键、共价键或其他化学键，而纤维素中未反应的羟基在分子内或分子间形成氢键，并使天然植物纤维具有亲水性，基体与纤维之间的粘附性变差，使纤维素增强材料在使用过程中随时间推移而解除键合，从而导致材料降解。
[0113]
因此，需要对植物纤维进行表面处理或改性处理来改善纤维与淤泥质基体材料的相容性。室温碱处理可脱去麻果胶，同时使麻纤维截面溶胀趋圆，纤维壁加厚，从而改善纤维的结构并改善麻纤维与基体材料的界面结合，提高护岸材料的硬度、抗压强度和耐磨性等。
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植物纤维生物炭吸附机理：生物质炭原料来源于河岸两侧的芦苇、竹子等植物纤维。生物炭特有的疏松多孔结构可改善材料多孔性质，有利于吸附水中的重金属，提升其水质净化能力，将生物炭引入护岸材料中可大大提升其生态功能。以小麦植物纤维、芦苇植物纤维、玉米植物纤维为例，其炭含量为40-80％，灰分含量为15-35％，可为土壤提供养分，此外，萘和菲是主其要的有机成分。植物纤维在缺氧的条件下热解，质量损失和不相称的收缩或体积减少的发生，导致矿物及碳骨架形成，并且保留了原料的基本孔隙和结构特征。生物炭中保留的植物生物质原料的蜂窝状结构构成了其主要的大孔。一般地，植物纤维生物炭的比表面积均在100～200m2/g左右。其中，无定形碳的孔隙结构能较好的吸附重金属离子及有机污染物，含氧基团的存在使得炭表面带负电，有利于吸附正电金属离子。植物纤维生物炭的比表面积大、密度小、稳定性良好，是天然的吸附材料；将其应用于水体或土壤中，生物炭中的孔隙也能作为微生物的栖所，维持其生态作用；生物炭还能够有效吸附土壤或水体中的重金属(如pb
2
、 cd
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、hg
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等)和有机污染物(如氨氮、总磷等)，避免污染扩大。
[0115]
水热体系中生成的大量托勃莫来石晶体可增加材料强度；其层状晶体结构中的ca
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易于与二价重金属离子发生置换取代，使得护岸材料具有改善水体重金属污染的生态功能性；且体系中的托勃莫来石为纳米尺度的针状晶体，晶体之间相互交错形成了大量的孔结构，进一步提高材料的多孔性以及对污染物的吸附能力。
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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。