CN101805590A - 一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂及其制备方法，其组成为(重量百分比)：1.0～2.0％的改性纤维素或改性淀粉，0.1～0.5％的改性纳米粒子和97.5～98.9％的水。本发明的抑尘剂在常温状态下即可配比完成，无需增加其他加温设备。在常温下将其配比完成后喷洒或涂敷于车厢煤炭的表面，能使煤炭在表面形成一固化层，避免煤炭在铁路运输过程中对沿线的扬尘污染和煤炭的扬尘损失。并且不会导致环境污染。对铁路运输和煤炭客户既有巨大的经济效益也有环境保护的社会效益。

Description

一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂及其制备方法，该抑尘剂主要用于防止煤炭在铁路、公路运输以及煤炭堆放过程中的煤炭损失和对环境的污染。

背景技术

现阶段，中国煤炭在铁路运输中一般都采用敞车运输。运输过程中，由于路基、道岔和路轨设施造成的颠簸，再加上风力作用，特别是当列车进入隧道时，由于“活塞风”的作用，会形成瞬间强大的扰动气流，表面细小的煤粉粒被吹离车体，落洒到路面，再经过后续车辆的碾压，形成粒径更小、浓度更高的二次扬尘。结果使车辆中煤层表面的煤粉散落，导致煤的损失和沿线的煤尘污染。为此进行铁路煤炭运输过程中煤表面固化的研究，有重要的现实意义。同时，这对其它细粉矿料等散体物料在铁路运输中引起的损失和污染问题的解决，也有一定的参考价值。

中国铁路煤炭运输过程中的现状。首先，对环境造成严重污染。散落在沿线的煤粉尘，在后续列车经过时产生二次扬尘，形成一条污染带，对于铁路沿线的生态环境造成污染。使铁路两侧50-100m以内的农田内庄稼、树木正常生长受到影响。并对经过的其它车辆车体也产生严重污染。其次，对设备影响非常大。煤尘严重污染了铁道线路的道床，加剧了板结程度，在污染严重的区段，煤尘已经埋没了扣件、轨枕板等零部件，给工务部门日常的养护维修带来相当大的困难，对钢轨和扣件的腐蚀严重，造成安全隐患。由于煤尘的污染，使信号通信设备日常维修非常困难。经常引起供电绝缘子短路、放电，缩短了使用寿命，给日常的检修作业带来了很大不便。第三，对行车安全构成威胁。列车通过隧道时，即便在装载货物高度低于车厢15cm情况下，直径较大(D＝2cm-5cm)的煤粒也能吹出车外。煤粒的厚度在隧道进口处以每月约20cm的速度增加，隧道内的煤尘浓度令人窒息，能见度不足10m，，不仅严重影响了机车乘务员的瞭望，而且由于煤尘堵塞了机车散热网，使机车内的电器设备工作环境温度升高，经常引起设备故障，使其完好率和安全度降低，严重威胁着列车的运行安全。第四，严重恶化了职工和乘客的环境。隧道内的煤尘大量侵入机车乘务室，恶化了乘务员工作环境，扬起的煤粉对路旁车站、道口等环境产生粉尘污染，特别是对经常在隧道内作业的工务、电务及供电职工的身体健康造成严重危害。对于一些密封不是很好的普通车辆，煤尘飞入车内，对乘客的健康带来了严重的威胁。第五，潜在着严重的安全隐患。据测算，若隧道内的煤尘浓度达到其粉尘爆炸浓度范围(煤粉尘爆炸浓度下限为114mg/m³)，一旦遇明火(如接触网放电、下坡道列车制动发生火花等)就可能引起爆炸事故，严重威胁行车和人身安全。除此之外，由于运输过程中煤的大量损失，使客户的经济利益也受到巨大损害。据统计，每车皮精煤在运输过程中每千米平均损失0.5吨，这对中国的能源也是一种巨大的浪费。同时，铁路部门为了清洗沿线的煤尘污染每年需要耗费大量的人力、物力。

目前，阻止煤炭散落的方法主要有以下几种。(1)加盖法。每节车体加盖可有效防止煤尘的污染，但成本高，有效负载低。而且开、盖等一系列动作及开、关位置与敞开方向会对现有机械化装煤、卸煤过程产生影响，很难和现有的自动化生产线相匹配，实际中在铁路车辆上行不通。(2)蓬布遮盖法。但铁路沿线自动化程度高、车流量大，作业速度快，需要大量人力才能完成，蓬布覆、撤速度太慢，还需回送蓬布，同时由于篷布丢失、破损，造成价格较高，一直不能广泛应用。(3)洒水法。洒水是防治粉尘污染最常用的方法。但在自然条件特别干燥的环境中，因为蒸发迅速、喷洒频繁、耗时耗工、大量用水，不仅成本高昂，还难以连续达到环境质量的要求。

因此，提供一种无毒、无味，成本低廉，方便生产，便于作业实施并且符合环保要求的煤炭抑尘剂就成为本技术领域急需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种无毒、无味，成本低廉，方便生产，便于作业实施并且符合环保要求的煤炭抑尘剂。

为了实现本发明的上述目的，采用以下的技术方案：

一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂，其原料组成为(重量百分比)：

改性纤维素或改性淀粉    1.0～2.0％

改性纳米粒子            0.1～0.5％

水                      97.5～98.9％。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的改性纳米粒子为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化铝或改性纳米二氧化钛。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的改性纤维素为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或聚阴离子纤维素；所述的改性淀粉为羧甲基淀粉钠或变性淀粉。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的水为蒸馏水。

本发明的另一目的是提供一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照下列组成(重量百分比)备料：

改性纤维素或改性淀粉    1.0～2.0％

改性纳米粒子            0.1～0.5％

水                      97.5～98.9％；

(2)将改性纳米粒子分散在部分水中，得到改性纳米粒子分散液；

(3)将改性淀粉或改性纤维素溶于剩余的水中，搅拌均匀，得到改性淀粉或改性纤维素溶液；

(4)将改性纳米粒子分散液逐滴滴加到改性淀粉或改性纤维素溶液中，滴加完毕后搅拌5-8小时，得到核膜结构的煤炭抑尘剂。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述的改性纤维素为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或聚阴离子纤维素；所述的改性淀粉为羧甲基淀粉钠或变性淀粉；所述的改性纳米粒子为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化铝或改性纳米二氧化钛；所述的水为蒸馏水。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的步骤(2)的改性纳米粒子分散液中，改性纳米粒子与水的重量比为1∶8～1∶40。这部分水用于分散纳米粒子，剩余的水用于溶解有机物。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的步骤(4)中，所述滴加的速度为20～30滴/分钟。

采用醇酯法改性纳米粒子，具体步骤如下：

醇酯法改性纳米粒子：将纳米粒子与醇(选用碳链长度大于8的正烷醇)按一定比例混合，其中纳米粒子的重量为10％～15％，将混合液置于高压反应釜中，保持压力为30atm，反应温度为225℃，反应3h，得到醇改性的纳米粒子。

本方法的核膜结构抑尘剂是利用纳米粒子超强的表面活性形成一种以纳米粒子为核，改性纤维素或改性淀粉为膜的具有高分支微网络结构抑尘剂。形成核膜结构的方法包括直接分散法、原位生成法、表面接枝聚合法、原位分散法，本申请中形成核膜结构的方法为直接分散法。

有益效果

本发明将纳米粒子引入到改性纤维素或改性淀粉的分子之上，并且要使一个纳米粒子上接上多个改性纤维素或改性淀粉分子，使之形成一种以纳米粒子为核，改性纤维素或改性淀粉分子为膜的星型纤维化网状结构，利用改性纤维素或改性淀粉的胶黏特性和所形成的纤维化的网状结构，将粉尘粘结在一起附着在网状结构上，形成一种具有一定厚度、强度和韧性的固化层，从而起到防止粉尘飞扬的目的。

本发明的防止煤炭扬尘的抑尘剂在常温状态下即可配比完成，无需增加其他加温设备。在常温下将其配比完成后喷洒或涂敷于车厢煤炭的表面，能使煤炭在表面形成一固化层，避免煤炭在铁路运输过程中对沿线的扬尘污染和煤炭的扬尘损失。并且不会导致环境污染。对铁路运输和煤炭客户既有巨大的经济效益也有环境保护的社会效益。

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

具体实施方式

实施例1

取0.2g经过改性纳米二氧化硅超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取1.2g羧甲基纤维素钠溶于94.6ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化硅分散液逐滴滴入羧甲基纤维素钠溶液中，滴加的速度为20～30滴/分钟。滴加完毕后在搅拌的情况下反应7小时即可得到核膜结构抑尘剂。

改性纳米二氧化硅的制备方法：采用醇酯法改性纳米二氧化硅，具体方法是：将纳米二氧化硅粉末与醇(选用碳链长度大于8的正烷醇)按一定的比例混合(纳米粒子的重量为10％～15％，)，置于高压反应釜中，反应过程中保持压力为30atm，反应温度225℃的情况下反应3h。即得到醇改性的纳米二氧化硅粉末。

实施例2

取0.1g经过改性的纳米二氧化硅(改性方法同实施例1)超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取1.0g羧甲基淀粉钠溶于94.9ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化硅分散液逐滴滴入羧甲基淀粉钠溶液中，滴加的速度为20～30滴/分钟。滴加完毕后在搅拌的情况下反应5小时即可得到核膜结构抑尘剂。

实施例3

取0.5g经过改性的纳米二氧化硅(改性方法同实施例1)超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取2.0g聚阴离子纤维素溶于93.5ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化硅分散液逐滴滴入聚阴离子纤维素溶液中，滴加完毕后在搅拌的情况下反应8小时即可得到核膜结构抑尘剂。

实施例4

取0.2g经过改性的纳米二氧化铝(改性方法同实施例1)超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取1.2g羧甲基淀粉钠溶于94.6ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化铝分散液逐滴滴入羧甲基淀粉钠溶液中，滴加的速度为20～30滴/分钟。滴加完毕后在搅拌的情况下反应8小时即可得到核膜结构抑尘剂。

实施例5

取0.1g经过改性的纳米二氧化铝(改性方法同实施例1)超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取1.8g羟丙基甲基纤维素溶于94.1ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化铝分散液逐滴滴入羟丙基甲基纤维素溶液中，滴加的速度为20～30滴/分钟。滴加完毕后在搅拌的情况下反应5小时即可得到核膜结构抑尘剂。

实施例6

取0.5g经过改性的纳米二氧化铝(改性方法同实施例1)超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取2g羟乙基纤维素溶于93.5ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化铝分散液逐滴滴入羟乙基纤维素溶液中，滴加完毕后在搅拌的情况下反应6小时即可得到核膜结构抑尘剂。

实施例7

取0.5g经过改性的纳米二氧化钛(改性方法同实施例1)超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取2g羧甲基纤维素溶于93.5ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化钛分散液逐滴滴入羧甲基纤维素溶液中，滴加的速度为20～30滴/分钟。滴加完毕后在搅拌的情况下反应5小时即可得到核膜结构抑尘剂。

实施例8

取0.3g经过改性的纳米二氧化钛(改性方法同实施例1)超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取1.5g变性淀粉溶于94.2ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化钛分散液逐滴滴入变性淀粉溶液中，滴加完毕后在搅拌的情况下反应8小时即可得到核膜结构抑尘剂。

实施例9

取0.1g经过改性的纳米二氧化钛(改性方法同实施例1)超声分散于4ml蒸馏水中，充分分散后备用；再取1.0g羟乙基纤维素溶于94.9ml蒸馏水中，充分搅拌均匀；再将纳米二氧化钛分散液逐滴滴入羟乙基纤维素溶液中，滴加的速度为20～30滴/分钟。滴加完毕后在搅拌的情况下反应5.5小时即可得到核膜结构抑尘剂。

通过扫描电镜或者透射电镜观察实施例1-9得到的抑尘剂，可以看到抑尘剂具有核膜结构，其结构特点是：以无机纳米粒子为中心，在其四周接有多个有机分子形成一层包覆在纳米粒子周围的网状结构，由于其紧密地分布在纳米粒子周围，就像一层膜状物包围在纳米粒子周围，形成以纳米粒子为中心，有机物为膜的一种核膜结构。

在常温下将实施例1-9中制备的核膜结构的煤炭抑尘剂，喷洒或涂敷于车厢煤炭的表面，能使煤炭在表面形成一固化层；如将实施例1制备的抑尘剂用喷壶喷洒在煤炭表层，使用量为1.5～2kg/平方米，也可以使用喷淋装置或直接均匀倒在煤炭表面，在煤炭表面形成一个固化层，从而避免煤炭在铁路运输过程中对沿线的扬尘污染和煤炭的扬尘损失，并且不会导致环境污染，对铁路运输和煤炭客户既有巨大的经济效益也有环境保护的社会效益。

Claims (8)

1.一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂，其原料组成为(重量百分比)：

改性纤维素或改性淀粉        1.0～2.0％

改性纳米粒子                0.1～0.5％

水                          97.5～98.9％。

2.根据权利要求1所述的新型核膜结构的煤炭抑尘剂，其特征在于：所述的改性纳米粒子为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化铝或改性纳米二氧化钛。

3.根据权利要求1所述的新型核膜结构的煤炭抑尘剂，其特征在于：所述的改性纤维素为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或聚阴离子纤维素；所述的改性淀粉为羧甲基淀粉钠或变性淀粉。

4.根据权利要求1所述的新型核膜结构的煤炭抑尘剂，其特征在于：所述的水为蒸馏水。

5.一种新型核膜结构的煤炭抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照下列组成(重量百分比)备料：改性纤维素或改性淀粉为1.0～2.0％，改性纳米粒子为0.1～0.5％，水为97.5～98.9％；

(2)将改性纳米粒子分散在部分水中，得到改性纳米粒子分散液；

(3)将改性淀粉或改性纤维素溶于剩余的水中，搅拌均匀，得到改性淀粉或改性纤维素溶液；

(4)将改性纳米粒子分散液逐滴滴加到改性淀粉或改性纤维素溶液中，滴加完毕后搅拌5-8小时，得到核膜结构的煤炭抑尘剂。

6.根据权利要求5所述的新型核膜结构的煤炭抑尘剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述的改性纤维素为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或聚阴离子纤维素；所述的改性淀粉为羧甲基淀粉钠或变性淀粉；所述的改性纳米粒子为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化铝或改性纳米二氧化钛；所述的水为蒸馏水。

7.根据权利要求5所述的新型核膜结构的煤炭抑尘剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的改性纳米粒子分散液中，改性纳米粒子与水的重量比为1∶8～1∶40。

8.根据权利要求5所述的新型核膜结构的煤炭抑尘剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，所述滴加的速度为20～30滴/分钟。