一种高效烟尘团聚剂及其制备方法

1.本发明涉及除尘技术领域，具体涉及一种高效烟尘团聚剂及其制备方法。


背景技术：

2.煤炭经过炉内燃烧会产生大量的燃煤飞灰细颗粒物，通过烟囱进入大气对环境造成污染，燃煤电站被认为是大气环境中飞灰细颗粒物的重要来源之一。电除尘作为燃煤电站的主要除尘单元，其对飞灰颗粒物的除尘效率高达99.5％以上，但是由于小粒径存在“greenfiled gap”效应，使得大量的细颗粒物无法被捕集而被排入大气中。
3.化学团聚技术是利用各种吸附剂捕获细颗粒物的方法，通过往烟气中喷入团聚剂，使细颗粒物与团聚剂发生物理、化学反应促使细颗粒凝聚变大，从而提高细粒子的去除效率。
4.但是，化学团聚技术存在两点不足：一是团聚剂(pg、pam、cmc、xtc、sbg、pae、sa等)价格较贵，尤其是对烟气量大的环境，团聚剂的需求量大，成本以及实施普及的难度大大增加；二是化学反应生成物还可能会造成二次污染，出现更加难以解决的困难，因此需要探索高效无污染的团聚剂。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高效烟尘团聚剂及其制备方法，本发明提供的高效烟尘团聚剂具有优异的除尘效果，成本较低，与细颗粒物发生化学反应后不会造成新的污染，更加环保。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种高效烟尘团聚剂，制备原料包括阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺、润湿剂、雾化助剂、表面活性剂和水。
8.优选地，以所述高效烟尘团聚剂的总质量为100％计，所述阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺的质量含量为0.5～2％；所述润湿剂的质量含量为0.01～0.3％；所述雾化助剂的质量含量为0.05～0.2％；所述表面活性剂的质量含量为0.05～0.3％。
9.优选地，所述阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺的制备方法包括：
10.将淀粉和水混合，进行糊化，得到糊化淀粉；
11.在保护气氛中，将所述糊化淀粉、丙烯酰胺和引发剂混合，进行聚合反应，得到淀粉接枝聚丙烯酰胺；
12.将所述淀粉接枝聚丙烯酰胺、水-乙醇溶剂、ph调节剂和阳离子醚化剂混合，进行接枝反应，得到阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺。
13.优选地，所述聚合反应的温度为50～70℃；所述聚合反应的时间为2.5～3.5h。
14.优选地，所述淀粉接枝聚丙烯酰胺、ph调节剂和阳离子醚化剂的质量比为1:0.1～0.2:0.3～1。
15.优选地，所述接枝反应的温度为70～85℃；所述接枝反应的时间为2～3h。
16.优选地，所述润湿剂包括十二烷基磺酸钠或六烷基三甲基溴化铵。
17.优选地，所述雾化助剂包括乙氧基化脂肪酸甲酯、十二烷基醇醚硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
18.优选地，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂。
19.本发明提供了上述技术方案所述高效烟尘团聚剂的制备方法，包括以下步骤：
20.将阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺、润湿剂、雾化助剂、表面活性剂和水混合，得到高效烟尘团聚剂。
21.本发明提供了一种高效烟尘团聚剂，制备原料包括阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺、润湿剂、雾化助剂、表面活性剂和水。在本发明中，所述高效烟尘团聚剂的制备原料价廉易得，成本较低。本发明提供的高效烟尘团聚剂与细颗粒物结合后不会造成新的污染，更加环保。本发明以阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺作为桥接剂，相比传统团聚剂，本发明的团聚剂具有更好的团聚效果，能够在促进粉尘团聚的同时显著降低粉尘的比电阻，防止反电晕现象的发生，保证电除尘器的除尘效率不降低。本发明在烟尘团聚剂中加入表面活性剂和雾化助剂，减小了表面张力，使雾化液滴直径更小，在喷入电除尘器的有限距离内能够蒸发，液桥力转化为固桥力，使细颗粒物结合更加紧密，增强颗粒间的团聚力，促进其团聚长大，从而在电除尘器中被有效捕集。
22.本发明的高效烟尘团聚剂具有优异的促烟尘团聚效果，能够降低粉尘的比电阻，防止电除尘器中反电晕现象的发生，使电除尘器的除尘效率保持长时间的稳定，达到更加优异的除尘效果；本发明改善了团聚剂的雾化性能，使团聚剂雾滴粒径更小，团聚效果更佳。
23.本发明提供了一种高效烟尘团聚剂的制备方法，使化学团聚法的团聚效果更佳优异，具备不改变现有生产条件，也不改变已有的除尘设备和操作参数，就可有效除去细颗粒物的优点，也与其他团聚方式具备了相当的除尘效果，增加了化学团聚的应用范围和应用前景。
附图说明
24.图1为原始颗粒物粒径分布以及加入实施例1制备的高效烟尘团聚剂后的颗粒物粒径分布对比图。
具体实施方式
25.本发明提供了一种高效烟尘团聚剂，制备原料包括阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺、润湿剂、雾化助剂、表面活性剂和水。
26.在本发明中，所述高效烟尘团聚剂的制备原料包括阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺。在本发明中，以所述高效烟尘团聚剂的总质量为100％计，所述阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺的质量含量优选为0.5～2％，更优选为1.5～2％。
27.在本发明中，所述阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺的制备方法优选包括：
28.将淀粉和水混合，进行糊化，得到糊化淀粉；
29.在保护气氛中，将所述糊化淀粉、丙烯酰胺和引发剂混合，进行聚合反应，得到淀粉接枝聚丙烯酰胺；
30.将所述淀粉接枝聚丙烯酰胺、水-乙醇溶剂、ph调节剂和阳离子醚化剂混合，进行接枝反应，得到阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺。
31.本发明优选将淀粉和水混合，进行糊化，得到糊化淀粉。在本发明中，所述淀粉优选为玉米淀粉；所述淀粉和水的用量比优选为0.5～2g：50ml，更优选为1.0g：50ml。在本发明中，所述糊化的温度优选为80～95℃，更优选为90℃；所述糊化的时间优选为1h。
32.得到糊化淀粉后，本发明优选在保护气氛中，将所述糊化淀粉、丙烯酰胺和引发剂混合，进行聚合反应，得到淀粉接枝聚丙烯酰胺。在本发明中，所述保护气氛优选为氮气气氛；提供所述保护气氛的方法优选包括：向体系中通入氮气30min，除去体系中的氧气。在本发明中，所述糊化淀粉的添加量以淀粉计，所述淀粉、丙烯酰胺和引发剂的质量比优选为0.5～2:3～5:0.04～0.08，更优选为1:5:0.05。在本发明中，所述引发剂优选为过硫酸铵。在本发明中，所述聚合反应的温度优选为50～70℃，更优选为60℃；所述聚合反应的时间优选为2.5～3.5h，更优选为3h。
33.本发明优选在所述聚合反应后，将所得体系降至室温，加入丙酮进行沉淀；将所得沉淀物依次进行第一洗涤和第一干燥，得到粗产品淀粉接枝聚丙烯酰胺；将所述粗产品淀粉接枝聚丙烯酰胺和乙二醇-冰醋酸溶液混合，进行回流，得到纯化淀粉接枝聚丙烯酰胺；将所述纯化淀粉接枝聚丙烯酰胺依次进行第二洗涤和第二干燥，得到淀粉接枝聚丙烯酰胺。在本发明中，所述第一洗涤和第二洗涤用试剂优选为无水乙醇；所述第一洗涤和第二洗涤的次数优选为3次。在本发明中，所述第一干燥和第二干燥的温度优选为60℃；所述第一干燥和第二干燥优选为真空干燥；所述第一干燥和第二干燥的时间以干燥至恒重为宜。在本发明中，所述乙二醇-冰醋酸溶液中乙二醇和冰醋酸的体积比优选为3:2。在本发明中，所述回流的时间优选为7h。本发明通过回流除去聚丙烯酰胺。
34.得到淀粉接枝聚丙烯酰胺后，本发明优选将所述淀粉接枝聚丙烯酰胺、水-乙醇溶剂、ph调节剂和阳离子醚化剂混合，进行接枝反应，得到阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺。在本发明中，所述阳离子醚化剂优选为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(gta)。在本发明中，所述ph调节剂优选为氢氧化钠。在本发明中，所述淀粉接枝聚丙烯酰胺、ph调节剂和阳离子醚化剂的质量比优选为1:0.1～0.2:0.3～1，更优选为1:0.1～0.2:0.5。在本发明中，所述水-乙醇溶剂中水和乙醇的体积比优选为1:1；所述淀粉接枝聚丙烯酰胺和水-乙醇溶剂的用量比优选为1g：12ml。
35.在本发明中，所述淀粉接枝聚丙烯酰胺、水-乙醇溶剂、ph调节剂和阳离子醚化剂混合优选包括：将淀粉接枝聚丙烯酰胺和水-乙醇溶剂进行第一混合，依次加入ph调节剂和阳离子醚化剂进行第二混合。在本发明中，所述第一混合的温度优选为70～85℃，更优选为80℃，所述第一混合的时间优选为30min。在本发明中，所述第一混合优选在搅拌条件下进行。
36.在本发明中，所述接枝反应的温度优选为70～85℃，更优选为80℃；所述接枝反应的时间优选为2～3h，更优选为2.5h。在本发明中，所述接枝反应的ph值优选为9～12，更优选为11。
37.本发明优选在所述接枝反应后，向所得体系中加入丙酮进行沉淀；将所得沉淀物依次进行洗涤和干燥，得到阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺。在本发明中，所述洗涤用洗涤剂优选为含冰醋酸的乙醇溶液；所述含冰醋酸的乙醇溶液中冰醋酸的质量含量优选为1％。在
本发明中，所述洗涤的次数优选为2次。在本发明中，所述干燥优选为真空干燥；所述干燥的温度优选为60℃；所述干燥的时间以干燥至恒重为宜。
38.在本发明中，所述高效烟尘团聚剂的制备原料包括润湿剂。在本发明中，以所述高效烟尘团聚剂的总质量为100％计，所述润湿剂的质量含量优选为0.01～0.3％，更优选为0.1～0.2％。在本发明中，所述润湿剂优选包括十二烷基磺酸钠或六烷基三甲基溴化铵。
39.在本发明中，所述高效烟尘团聚剂的制备原料包括雾化助剂。在本发明中，以所述高效烟尘团聚剂的总质量为100％计，所述雾化助剂的质量含量优选为0.05～0.2％，更优选为0.1～0.15％。在本发明中，所述雾化助剂优选包括乙氧基化脂肪酸甲酯、十二烷基醇醚硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，当所述雾化助剂为乙氧基化脂肪酸甲酯和十八烷基三甲基氯化铵的混合物时，所述乙氧基化脂肪酸甲酯和十八烷基三甲基氯化铵的质量比为3：2；当所述雾化助剂为十二烷基醇醚硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵的混合物时，所述十二烷基醇醚硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵的质量比为2：3。
40.在本发明中，所述高效烟尘团聚剂的制备原料包括表面活性剂。在本发明中，以所述高效烟尘团聚剂的总质量为100％计，所述表面活性剂的质量含量优选为0.05～0.3％，更优选为0.1～0.2％。在本发明中，所述表面活性剂优选为非离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂，更优选为非离子型表面活性剂曲拉通x-100和两性离子型表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱的混合物。在本发明中，所述曲拉通x-100的质量分数优选为1.0～2.0％，更优选为1.5％；所述十二烷基二甲基甜菜碱(bs-12)的质量分数优选为0.5～1.0％。在本发明中，所述曲拉通x-100和十二烷基二甲基甜菜碱的体积比优选为1:0.8～1.2，更优选为1:1。在本发明中，所述表面活性剂具有减黏的作用，增强雾化效果。
41.本发明还提供了上述技术方案所述高效烟尘团聚剂的制备方法，包括以下步骤：
42.将阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺、润湿剂、雾化助剂、表面活性剂和水混合，得到高效烟尘团聚剂。
43.在本发明中，所述混合优选包括：将表面活性剂和水进行第一混合，然后依次加入阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺、润湿剂和雾化助剂进行第二混合。在本发明中，所述第一混合和第二混合优选在搅拌条件下进行。
44.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.实施例1
46.按照质量比，将0.05％的表面活性剂(质量分数为1.0％的曲拉通x-100和0.5％的bs-12按体积比1:1复配)加入到水中，搅拌混合分散均匀后加入0.5％的阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺，0.01％润湿剂十二烷基磺酸钠和0.05％雾化助剂十二烷基醇醚硫酸钠，搅拌混合均匀后，得到高效烟尘团聚剂。
47.所述阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺的制备方法为：在带有搅拌器、回流冷凝管和氮气导入管的三口烧瓶中加入玉米淀粉1.0g，50ml蒸馏水，体系升温至90℃保持1h，使淀粉糊化。调节体系温度至60℃，通入氮气30min，除去体系中氧气，加入4.5g丙烯酰胺，0.04g过
硫酸铵，反应3h，体系降至室温，将烧瓶中产物倒入烧杯，加入丙酮并搅拌，得到白色沉淀，过滤，无水乙醇洗涤，室温晾干，放入真空干燥箱中60℃干燥至恒重，得到粗产品淀粉接枝聚丙烯酰胺。将所述粗产品淀粉接枝聚丙烯酰胺置于索氏提取器中，用乙二醇和冰醋酸的体积比为3:2的乙二醇-冰醋酸溶液回流7h，除去聚丙烯酰胺，产品用乙醇洗涤3次，然后在60℃干燥至恒重，得到淀粉接枝聚丙烯酰胺。
48.在1g所述淀粉接枝聚丙烯酰胺中，加入12ml水和乙醇的体积比为1:1的水-乙醇溶剂，80℃搅拌30min；依次加入0.1g naoh和0.5g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(gta)，80℃反应2.5h，向反应体系中加入20ml丙酮进行沉淀，过滤，用10ml含1wt％冰醋酸的乙醇溶液洗涤2次，60℃真空干燥，得到阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺。
49.图1为原始颗粒物粒径分布以及加入实施例1制备的高效烟尘团聚剂后的颗粒物粒径分布对比图。和原始粉尘对比，加入团聚剂后的细颗粒物浓度及粒径分布曲线发生了右移，团聚溶液中的飞灰发生团聚过程后，粒径分布的整体峰型向着粒径增大的方向移动，说明溶液中的飞灰颗粒物的粒径明显增大。相比于传统化学团聚剂pam，团聚效果增加了6％。
50.采用本发明提供的高效烟尘团聚剂团聚后的雾化液滴粒径20μm以下体积占比90％。
51.实施例2
52.按照质量比，将0.1％的表面活性剂(质量分数为2.0％的曲拉通x-100和1.0％的bs-12按体积比1:1复配)加入到水中，搅拌混合分散均匀后加入2.0％的阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺，0.3％润湿剂六烷基三甲基溴化铵和0.2％雾化助剂(乙氧基化脂肪酸甲酯和十八烷基三甲基氯化铵的质量比为3：2)，搅拌混合均匀后，得到高效烟尘团聚剂。
53.所述阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺的制备方法为：在带有搅拌器、回流冷凝管和氮气导入管的三口烧瓶中加入玉米淀粉2.0g，50ml蒸馏水，体系升温至95℃保持1h，使淀粉糊化。调节体系温度至70℃，通入氮气30min，除去体系中氧气，加入5g丙烯酰胺，0.08g过硫酸铵，反应3h，体系降至室温，将烧瓶中产物倒入烧杯，加入丙酮并搅拌，得到白色沉淀，过滤，无水乙醇洗涤，室温晾干，放入真空干燥箱中60℃干燥至恒重，得到粗产品淀粉接枝聚丙烯酰胺。将所述粗产品淀粉接枝聚丙烯酰胺置于索氏提取器中，用乙二醇和冰醋酸的体积比为3:2的乙二醇-冰醋酸溶液回流7h，除去聚丙烯酰胺，产品用乙醇洗涤3次，然后在60℃干燥至恒重，得到淀粉接枝聚丙烯酰胺。
54.在1g所述淀粉接枝聚丙烯酰胺中，加入12ml水和乙醇的体积比为1:1的水-乙醇溶剂，85℃搅拌30min；依次加入0.2g naoh和1.0g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(gta)，80℃反应2.5h，向反应体系中加入20ml丙酮进行沉淀，过滤，用10ml含1wt％冰醋酸的乙醇溶液洗涤2次，60℃真空干燥，得到阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺。
55.和原始粉尘对比，加入团聚剂后的细颗粒物浓度及粒径分布曲线发生了右移，团聚溶液中的飞灰发生团聚过程后，粒径分布的整体峰型向着粒径增大的方向移动，说明溶液中的飞灰颗粒物的粒径明显增大。相比于传统化学团聚剂pam，团聚效果增加了3％。
56.采用本发明提供的高效烟尘团聚剂团聚后的雾化液滴粒径20μm以下体积占比83％。
57.实施例3
58.按照质量比，将0.15％的表面活性剂(质量分数为1.5％的曲拉通x-100和1.0％的bs-12按体积比1:1复配)加入到水中，搅拌混合分散均匀后加入0.5％的阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺，0.01％润湿剂十二烷基磺酸钠和0.05％雾化助剂(十二烷基醇醚硫酸钠和十八烷基三甲基氯化铵的质量比为2：3)，搅拌混合均匀后，得到高效烟尘团聚剂。
59.所述阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺的制备方法为：在带有搅拌器、回流冷凝管和氮气导入管的三口烧瓶中加入玉米淀粉0.5g，50ml蒸馏水，体系升温至80℃保持1h，使淀粉糊化。调节体系温度至50℃，通入氮气30min，除去体系中氧气，加入3g丙烯酰胺，0.04g过硫酸铵，反应3h，体系降至室温，将烧瓶中产物倒入烧杯，加入丙酮并搅拌，得到白色沉淀，过滤，无水乙醇洗涤，室温晾干，放入真空干燥箱中60℃干燥至恒重，得到粗产品淀粉接枝聚丙烯酰胺。将所述粗产品淀粉接枝聚丙烯酰胺置于索氏提取器中，用乙二醇和冰醋酸的体积比为3:2的乙二醇-冰醋酸溶液回流7h，除去聚丙烯酰胺，产品用乙醇洗涤3次，然后在60℃干燥至恒重，得到淀粉接枝聚丙烯酰胺。
60.在1g所述淀粉接枝聚丙烯酰胺中，加入12ml水和乙醇的体积比为1:1的水-乙醇溶剂，85℃搅拌30min；依次加入0.1g naoh和0.3g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(gta)，80℃反应2.5h，向反应体系中加入20ml丙酮进行沉淀，过滤，用10ml含1wt％冰醋酸的乙醇溶液洗涤2次，60℃真空干燥，得到阳离子化淀粉接枝聚丙烯酰胺。
61.和原始粉尘对比，加入团聚剂后的细颗粒物浓度及粒径分布曲线发生了右移，团聚溶液中的飞灰发生团聚过程后，粒径分布的整体峰型向着粒径增大的方向移动，说明溶液中的飞灰颗粒物的粒径明显增大。相比于传统化学团聚剂pam，团聚效果增加了4％。
62.采用本发明提供的高效烟尘团聚剂团聚后的雾化液滴粒径20μm以下体积占比86％。
63.上述实施例中所述烟气中气溶胶颗粒浓度及粒径分布采用芬兰dekati公司生产的电称低压冲击器(electrical low pressure impactor,elpi)实时在线测量，elpi可测试的颗粒粒径范围为0.023～9.314μm。
64.上述实施例中所述雾化液滴的粒径分布及轴向运动速度采用激光相位多普勒分析仪(pda)进行测量，pda测试系统主要由发射、接受光路系统、信号处理系统、双流体喷头的液体-气体流量和压力控制测量系统、计算机及应用软件组成。由激光器产生的光束接收后经过信号处理系统分裂为两道相同的并极化了的激光束，通过光纤传送至传感器形成两天平行激光束，再由传感器透镜将两条平行的激光束汇聚至一个焦点上形成探测点。雾滴通过探测点时，折射和反射的探测激光被观测透镜所捕获，捕获的信号通过光电转换器转化为电流信号，并以高斯曲线或波的形式出现在示波器上，最后经过数据处理可以得所测雾化液滴的轴向运动速度及粒径分布。在每个测试点，都采集了1000个雾滴的数据，并重复测量三次来保持实验的准确性。
65.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。