为人所熟悉的荷叶之所以能做到出淤泥而不染，就是因为其表面具有超疏水性。“应用仿生荷叶原理，我们研发出了环保型纳米超疏水乳液。”疏科纳米疏水科技(嘉兴)有限公司董事长宋永生博士介绍说，该乳液可将荷叶的疏水特性“移植”到土壤中，既可以解决土路下雨成泥的难题，又能将土路复垦还田。

 

　　日前，在浙江省嘉兴市的平湖人才之家，该成果通过了由浙江大学童菊儿研究员担任专家委员会主任，交通运输部公路科学研究院、浙江省生态与环境修复技术协会、北京林业大学等单位专家组成的鉴定委员会的鉴定。

 

　　与会专家普遍认为，该成果值得在国土空间综合整治、生态修复、现代农业开发、土壤改良、水土保持等领域推广应用。

 

　　让土壤产生“荷叶效应”

 

　　早在20世纪90年代，化学制药专业出身的宋永生，时常远赴东南亚国家，参与提炼棕榈树油衍生物的课题研究，期间他对棕榈树种植园中的土路产生了兴趣。从种植园主口中得知，若直接建造柏油路或者水泥路，不但成本高还会破坏耕地结构。但土路也有弊端——非雨季时，行车过程中会造成尘土污染；雨季来临，雨水则会将土路变成泥路。联想到国内道路施工及生态环保需求，宋永生萌生了创新土路修建方法的念头。

 

　　近20年，在全球范围内，土壤黏合剂、有机硅杀菌剂、土壤固化剂等产品在土路建造过程中得到应用，一定程度上可以起到路面防尘、硬化的作用。“但部分材料在工程应用上，仍需柏油覆盖或者水泥配合。除此之外，还存在耐水性差、效果维持时间短、会对土壤造成污染、难以复垦等问题。”宋永生说。于是他决心研发一种没有上述弊端、用于土路建造的新材料。

 

　　公开研究表明，荷叶表面分布着大量微米级的蜡质微乳突结构，每个乳突上又分布大量纳米级的细枝状结构，加上荷叶表皮存在许多蜡质三维细管，赋予荷叶独特的超疏水特性和低黏附性。

 

　　“受荷叶启发，宋永生带领团队选用多硅聚合物、植物油降解物和植物纤维素等作为原料，用纯水作为溶剂，采用微乳液法，经数道工序制成不含有害物质的超疏水乳液。”宋永生介绍，将这种乳液用于土壤表面，可使土壤获得类似荷叶表面的微观结构。

 

　　所谓微乳液法，是疏水材料完全溶于不含任何有机溶剂的纯水溶液的制备方法的一种。用这一方法制备的纳米粒子的单分散和界面性相对较好，尺寸均匀，可确保纳米疏水材料的性能稳定和均匀分散性。

 

　　吉林大学等院所试验证实，将该乳液向泥土喷洒后，制成的生态超疏水土的强度约是素土的2倍，并且超疏水土表面和内部都会产生“荷叶效应”，肉眼能清晰地看到水珠在泥土间滚动。

 

　　已用于多条超疏水土路建设

 

　　紧挨浙江嘉兴市平湖时尚中心，一座生态停车场建在淤泥层上。

 

　　“按施工要求，这块区域很难作硬化处理，我们在施工开挖时发现底下有较深的淤泥层。”该停车场施工单位、杭州启晟建筑工程有限公司总经理赵昌华说，当时他就觉得这工程怕是干不下去了。

 

　　后来了解到宋永生团队研发的环保型纳米超疏水乳液后，公司将其用于停车场施工，确保了工程交付。验收期间恰逢雨季，周边河水上涨，淹了停车场。“河水退去后，我们用自重13吨的工程车在场地内跑圈测试，发现整个土层基本没问题。”赵昌华说。

 

　　宋永生表示，施工单位只需对现场土进行翻耕、喷洒乳液、夯实压平、自然晾晒等操作，就能建造一条生态超疏水土路。根据实测，现阶段这一建路方法的成本相较水泥路可降低30%左右。

 

　　记者了解到，该成果目前已在全国多地完成了多种生态超疏水土路的试验工程和商业工程项目，比如浙江金东区塘雅镇万亩土地整治项目生态超疏水土机耕路、上海G15高速公路嘉浏段生态超疏水土扩展施工便道、山西大同得胜堡生态超疏水土文化广场等。

 

　　除了上述应用项目，成果还在北京、上海等地进行了推广，其中北京和上海建筑工地临时使用的生态超疏水土施工便道，目前已就地还原成可耕种的土地。

 

　　交通运输部公路科学研究院研究员吴立坚指出，环保型纳米超疏水乳液建造土路的目标明确，技术路线清晰，应用前景可观。企业还可就生态超疏水土路在冻融、暴雨等环境下的耐用程度进一步完善研究。

 

　　“根据不同的土质和道路用土，团队正在进行具有针对性的试验和研发，改进超疏水土路的建造工艺，同时持续跟踪环保型纳米超疏水乳液在土路中的降解和道路耐候性情况。”宋永生表示，根据跟踪测算，生态超疏水土路总体使用寿命可在10年以上。

 

　　修复生态也是把好手

 

　　在研发环保型纳米超疏水乳液的基础上，团队还研发了生态超疏水土技术，并进一步将该技术应用于不同领域。

 

　　“土壤的结构与功能、土体的安全与稳定，很大程度上受亲水性、疏水性的影响。”浙江省生态与环境修复技术协会副会长、浙江大学农技推广中心研究员徐礼根告诉记者，除了用于建造生态土路，生态超疏水土技术及其产品在生态修复领域也大有用武之地。

 

　　在建筑工地，需要对基坑边坡进行防水抗冲保护。常见方式是使用钢筋制成的土钉进行加固，涉及绑扎钢筋网、喷射混凝土等工序。随着施工结束，需要拆卸加固基坑边坡的土钉墙，费时费力。

 

　　宋永生介绍，通过与中交建雄安集团公司进行合作，团队将生态超疏水土技术用于到基坑边坡保护上，确保施工期间边坡不渗水、不塌方。施工结束后，直接回填即可。

 

　　基于工地边坡保护的尝试，宋永生透露，公司接下来将联合浙江大学徐礼根教授团队，聚焦固土护坡和增强绿化的功能，开展超疏水土技术和产品在道路和矿山边坡修复方面的工程应用研究。

 

　　宋永生团队的生态超疏水土技术不光能用于道路施工，通过调控土壤的亲水性、疏水性，该技术还能用于生态修复。

 

　　从“沙进人退”到“绿进沙退”，我国荒漠化防治取得显著成效。防沙固沙、增加植被覆盖率是沙漠生态修复治理的关键。

 

　　基于超疏水土技术，宋永生团队研发出了超疏水沙，让两层超疏水沙层将种植沙层夹在中间，分别起到防止地表水分蒸发和地下层水分渗漏的作用。

 

　　据了解，此前在实验室内，该团队已开展了超疏水沙防蒸发和防下渗的对比试验，效果达到了预期。未来，该团队将联合交通运输部公路研究院、中国地质大学等单位，在新疆塔中沙漠进行超疏水沙的实地应用。

 

　　“发明生态超疏水土技术的初衷，是想保护我们赖以生存的土地。”宋永生表示，团队将继续完善生态超疏水土技术的应用和推广，拓展其在生态领域的应用场景，助力我国乡村振兴与绿色可持续发展。