一种结壳保湿型抑尘剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及降尘和除尘材料的技术领域，尤其涉及一种结壳保湿型抑尘剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.扬尘是在风力的作用下将尘土等带入大气中的情况，扬尘是造成大气污染的主要原因之一。
3.在煤矿生产的过程中，矸石堆和煤块堆不可避免地都会发生扬尘。解决粉尘污染问题的关键在于控制扬尘的产生。矸石是在成煤过程中与煤共同沉积的有机化合物和无机化合物混合在一起的岩石，通常呈薄层并存在于煤层中或煤层顶、煤层底。矸石主要分为黏土岩类、砂石岩类、碳酸盐类和铝质岩类等。矸石融结并放出大量的co、co2、so2、h2s和nox等有害气体。
4.为此，需要对矸石堆产生的扬尘进行抑制，但是这种置于自然环境中的矸石堆容易干燥，普通喷水的方式作用效果并不显著，并且喷水后难以保持湿度。通过文献及及实践研究认为，化学抑尘相对其他抑尘方法是更新颖、抑尘效率高、抑制粉尘时间更长的方法。因此，需要提供一种结壳保湿型抑尘剂，能有效地解决煤矿生产过程中扬尘问题。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种结壳保湿型抑尘剂及其制备方法和应用。解决了现有技术中矸石堆和煤块堆的粉尘污染的问题。
6.为达到其目的，本发明采用以下技术方案：
7.在本发明的一个方面中，涉及一种结壳保湿型抑尘剂，其包含氯化钙、海藻酸钠、淀粉和椰油酰胺丙基甜菜碱。
8.在本发明提供的结壳保湿型抑尘剂中，综合考虑了矸石堆和煤块堆，特别是矸石堆本身的物理化学性质，包括：
9.作为抗蒸发剂的氯化钙，利用其保水的性能，保证保护对象的湿润性，能减少水分的快速蒸发。当湿度低于露点时，氯化钙凝结空气中的湿气保持矸石堆的持续湿润，防止矸石吸水再风化后干裂崩解。
10.作为表面活性剂的椰油酰胺丙基甜菜碱，可以降低水的表面张力，促进溶液与粉尘的结合，抑制粉尘的扩散。椰油酰胺丙基甜菜碱是能使溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。常用的表面活性剂为聚乙烯基磺酸钠类表面活性剂，但是其离子性物质对水分蒸发抑制作用也较大。椰油酰胺丙基甜菜碱是一种两性表面活性剂，其与阴离子、阳离子和非离子表面活性剂相容性好，还具有增稠的效果。煤矸石常年堆积在露天场地，经过雨水淋蚀后产生酸性水，椰油酰胺丙基甜菜碱在酸性和冬日室外低温环境下都十分稳定，本发明的配方可以更好的发挥其表面活性。
11.作为结壳剂的海藻酸钠和淀粉，可以覆盖粉尘，形成壳体结构，有效控制粉尘飞
扬。海藻酸钠和淀粉用于物料堆的表面，当物料堆表面风干后，由形成的一层壳和结在一起的物料继续存在，具有防风的作用。煤矸石的形状各异，海藻酸钠和淀粉复合膜有较好的拉力和断裂伸长率，在重力的作用下，可以比较均匀地覆盖在矸石堆表面，成壳后密封性更好，可以减缓煤矸石的氧化裂解。
12.在本发明的优选实施方式中，所述抑尘剂按重量百分比共100％计由以下各组分组成：25-35％的氯化钙、0.1-0.2％的海藻酸钠、0.05-0.07％的淀粉、0.005-0.007％的椰油酰胺丙基甜菜碱和余量的水。在本发明的优选实施方式中，氯化钙的用量例如为30％，海藻酸钠的用量例如为0.15％，淀粉的用量例如为0.06％，椰油酰胺丙基甜菜碱的用量例如为0.006％。
13.进一步优选的是，氯化钙的用量可以根据使用环境的温度和光照时间长度确定；海藻酸钠和淀粉的用量可以根据保护时间长短和扰动程度进行选择；椰油酰胺丙基甜菜碱的用量可以根据保护对象进行选择。
14.本发明的抑尘剂的各组分之间的比例并不是任意确定的，而是经过反复试验最终确定的，各组分之间的比例对抑尘剂性能、结壳性能和保湿性能均有重要影响。如果各个组分之间的用量不合理，抑尘剂抑尘效果、抗风效果和保湿性能均达不到较高水平。在考虑抑尘剂效果的同时还应该考虑制作成本，从而保证其实用性。
15.在本发明的优选实施方式中，所述海藻酸钠为颗粒状粉末的形式。
16.在本发明的另一个方面中，涉及上述抑尘剂的制备方法，其包括以下步骤：
17.a)在水中加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱，混合并搅拌均匀，得到混合溶液；
18.b)向步骤a得到的混合溶液中加入海藻酸钠和淀粉，继续搅拌直至混合均匀，得到所述抑尘剂。
19.在本发明的优选实施方式中，步骤b中的搅拌速度大于步骤a中的搅拌速度。
20.在本发明更优选的实施方式中，步骤a中的搅拌速度为0.1-0.8r/s，例如0.5r/s；步骤b中的搅拌速度为0.5-2.0r/s，例如1r/s。
21.在本发明的另一个方面中，涉及上述的抑尘剂或者上述制备方法得到的抑尘剂在抑制煤块堆或矸石堆扬尘中的用途。
22.在本发明的优选实施方式中，所述抑尘剂使用密度不小于1l/m2。
23.在本发明的另一个方面中，涉及一种抑制煤块堆或矸石堆扬尘的方法，其包括将上述抑尘剂或者上述制备方法得到的抑尘剂任选稀释后喷洒至矸石堆的表面或煤块堆的表面。
24.在本发明的优选实施方式中，所述抑尘剂喷洒密度不小于1l/m2。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下方面：
26.(1)在本发明的结壳保湿型抑尘剂中，抑尘剂中氯化钙为抗蒸发剂，减少水分的快速蒸发，防治干裂；海藻酸钠和淀粉是结壳剂，可以覆盖粉尘，形成壳体结构，有效控制粉尘飞扬；椰油酰胺丙基甜菜碱是表面活性剂，可以降低水的表面张力，促进溶液与粉尘的结合，抑制粉尘的扩散；通过下文实施例和对比例可知，本发明的抑尘剂中的三种组分产生了明显的协同作用；
27.(2)该抑尘剂可用于矸石堆或者煤块堆，通过喷洒抑尘剂，减少粉尘的飞散，保证作业人员的职业健康；
28.(3)该抑尘剂的制备方法和使用方法简单易行，尤其是在煤块堆和矸石堆中的使用效果更好；
29.(4)当用于煤块堆和矸石堆中时，具有优异的保湿率、抑尘率和结壳效果。
具体实施方式
30.下面结合实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不因此而受到任何限制。
31.原料
32.氯化钙：选用天津市大茂化学试剂厂生产的无水氯化钙，呈白色立方体结晶状，多孔性熔块或颗粒。
33.海藻酸钠：选用国药集团化学试剂有限公司生产的海藻酸钠，呈白色或浅黄色粉末。
34.淀粉：选用食用玉米淀粉。
35.椰油酰胺丙基甜菜碱：选用广州穗欣化工有限公司生产的椰油酰胺丙基甜菜碱，是微黄色低粘度液体。
36.聚丙烯酰胺：选用河南金辰水处理材料有限公司生产的聚丙烯酰胺，呈白色粉末或者颗粒，ph值范围在10-14。
37.黄原胶：选用鄂尔多斯市中轩生化股份有限公司生产的黄原胶，呈类白或淡黄的粉末状，具有较强的亲水性。
38.十二烷基磺酸钠：选用天津市密欧化学试剂有限公司生产的十二烷基磺酸钠，呈白色或淡黄色结晶或粉末。
39.测试方法
40.通过以下方法测定保湿率、抑尘率和结壳效果：
41.将抑尘剂喷洒至矸石堆的表面，喷洒密度为2l/m2。
42.保湿率：将0.63～1.42mm粒径的矸石样品倒入圆盘培养皿中，以喷洒量2l/m2为计量单位在矸石样品表层均匀喷洒体积比2:100的抑尘剂溶液，每间隔5h测试煤样品的质量损失。保湿率的计算公式如下：
43.η＝[(m
i-m1)/m2]
×
100％
[0044]
式中：η为保湿率；m1为煤样的初始质量，g；mi为喷水后每隔5h干燥煤样的质量，g；m2为喷洒自来水的质量，g。
[0045]
抑尘率：配制不同质量浓度的抑尘剂溶液，量取50ml抑尘剂溶液于比色管中，称取无烟煤煤粉(200目过筛)0.05g置于比色管中，摇匀，静置一定时间，吸取上层溶液，用可见光分光光度计在可见光波长734nm处测量透光率，以透光率表示抑尘率。
[0046]
结壳效果：将喷洒后得到的膜样品折叠成若干层，取不同的点通过螺旋测微尺测量膜厚度，取5次平均值，以μm为单位。
[0047]
将膜裁成40mm
×
10mm的薄膜条，用质构仪测定膜的拉伸应力和拉伸应变，设定测前速率120mm/min，测中60mm/min，测后120mm/min，根据应力应变曲线得出拉伸强度和断裂生长率。
[0048]
实施例
[0049]
实施例1
[0050]
抑尘剂总计1kg，其中含0.29kg的氯化钙、0.0015kg的海藻酸钠、0.0005kg淀粉、0.00006kg的椰油酰胺丙基甜菜碱，余量为水。在水中先加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱以0.5r/s的速度搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠、淀粉，以1r/s的速度搅拌至混合均匀，得到所述抑尘剂。
[0051]
实施例2
[0052]
抑尘剂总计1kg，其中含0.35kg的氯化钙、0.001kg的海藻酸钠、0.0005kg淀粉、0.00006kg的椰油酰胺丙基甜菜碱，余量为水。在水中先加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱以0.5r/s的速度搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠、淀粉，以1r/s的速度搅拌至混合均匀，得到所述抑尘剂。
[0053]
实施例3
[0054]
抑尘剂总计1kg，其中含0.25kg的氯化钙、0.002kg的海藻酸钠、0.0007kg淀粉、0.00006kg的椰油酰胺丙基甜菜碱，余量为水。在水中先加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱以0.5r/s的速度搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠、淀粉，以1r/s的速度搅拌至混合均匀，得到所述抑尘剂。
[0055]
实施例4
[0056]
抑尘剂总计1kg，其中含0.25kg的氯化钙、0.002kg的海藻酸钠、0.0007kg淀粉、0.00007kg的椰油酰胺丙基甜菜碱，余量为水。在水中先加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱以0.5r/s的速度搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠、淀粉，以1r/s的速度搅拌至混合均匀，得到所述抑尘剂。
[0057]
实施例5
[0058]
抑尘剂总计1kg，其中含0.25kg的氯化钙、0.002kg的海藻酸钠、0.0007kg淀粉、0.00007kg的椰油酰胺丙基甜菜碱，余量为水。在水中先加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱以0.5r/s的速度搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠、淀粉，以1r/s的速度搅拌至混合均匀，得到所述抑尘剂。
[0059]
实施例6
[0060]
抑尘剂总计1kg，其中含0.25kg的氯化钙、0.001kg的海藻酸钠、0.0005kg淀粉、0.00006kg的椰油酰胺丙基甜菜碱，余量为水。在水中先加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱以0.5r/s的速度搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠、淀粉，以1r/s的速度搅拌至混合均匀，得到所述抑尘剂。
[0061]
实施例7
[0062]
抑尘剂总计1kg，其中含0.25kg的氯化钙、0.001kg的海藻酸钠、0.0005kg淀粉、0.00007kg的椰油酰胺丙基甜菜碱，余量为水。在水中先加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱以0.5r/s的速度搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠、淀粉，以1r/s的速度搅拌至混合均匀，得到所述抑尘剂。
[0063]
实施例8
[0064]
抑尘剂总计1kg，其中含0.25kg的氯化钙、0.001kg的海藻酸钠、0.0005kg淀粉、0.00006kg的椰油酰胺丙基甜菜碱，余量为水。在水中先加入氯化钙和椰油酰胺丙基甜菜碱以0.5r/s的速度搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠、淀粉，以1r/s的速度搅拌至混合均匀，得到所述抑尘剂。
[0065]
对比例1
[0066]
与实施例1的原料及其配比和制备方法均相同，区别仅在于使用聚丙烯酰胺而不是氯化钙作为抗蒸发剂。
[0067]
对比例2
[0068]
与实施例2的原料及其配比和制备方法均相同，区别仅在于使用黄原胶而不是海藻酸钠和淀粉作为结壳剂。
[0069]
对比例3
[0070]
与实施例3的原料及其配比和制备方法均相同，区别仅在于使用十二烷基磺酸钠而不是椰油酰胺丙基甜菜碱作为表面活性剂。
[0071]
对实施例1-8以及对比例1-3得到的抑尘剂进行了测试，得到了保湿率、抑尘率和结壳效果如表1所示。
[0072]
表1
[0073] 保湿率抑尘率结壳效果实施例196.75％99.23％良实施例298.75％95.47％良实施例390.35％92.45％优实施例494.21％95.17％良实施例592.33％90.92％良实施例679.86％95.17％良实施例795.53％90.92％良实施例891.25％90.11％良对比例175.53％80.92％良对比例285.86％85.17％差对比例379.33％70.92％良
[0074]
虽然在前文中为了说明起见，对本发明进行了详细的描述，但应理解，这些详细描写仅仅是为了说明，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可对其进行修改，本发明仅由权利要求书限定。