CN103361035B - 一种用于降尘的复合型发泡剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于降尘的复合型发泡剂及其制备方法，该复合型发泡剂由5~8份的烷基多糖苷、20~25份的脂肪醇聚氧乙烯醚、9~14份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、1~2份的2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠和51~65份的水按重量份配制而成。该复合型发泡剂具有优良的耐酸碱能力和抗硬水性能，起泡能力强，产生的泡沫细腻丰富，气泡粒径小、稳定性适中，接尘面积大，黏附性和润湿性能好，可显著提高降尘效果，尤其是增强了对呼吸性粉尘的捕获能力；无毒无害，对皮肤无刺激，生物降解迅速彻底；所选原料为市场常见材料，成本较低，在泡沫降尘领域具有广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发泡剂及其制备方法，尤其是一种用于降尘的复合型发泡剂及其制备方法。
背景技术
泡沫降尘技术是将发泡剂按规定的比例溶于水中，经发泡装置产生泡沫后喷向尘源。由于泡沫的比表面积大，能包裹、覆盖尘源，增加泡沫与粉尘的接触几率；润湿性好，能快速润湿、沉降与其接触的尘粒，因而除尘效率很高。同时，泡沫中的大部分体积由气体占据，因而这种技术的耗水量很小。
国内外实践证明，泡沫降尘是提高煤矿井下粉尘治理效果的极为有效的途径之一。在泡沫降尘技术中，发泡剂是基础且重要的一环，它不仅是制备降尘泡沫的必备材料，并直接关系到泡沫降尘技术的实际应用效果。
现有用于降尘的发泡剂主要由烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐或硫酸盐等阴离子型表面活性剂及一些助剂按一定比例配制而成。上述现有技术存在以下缺点：1、耐酸碱能力和抗硬水性能弱。我国不同矿区矿井水的水质差异较大，如地处华北及西北的煤炭主产区的水质普遍较硬，而现有发泡剂表面活性剂中离子较多，在酸碱度较大和硬度大的水中活性发挥不充分，从而导致成泡率低，影响降尘效率，不利于泡沫降尘技术的大范围推广。
2、泡沫稳定时间（半衰期）过长。现有技术往往存有技术误区，认为泡沫稳定时间越长越效果越好，其实不然。井下降尘是在煤矿受限空间和生产环境中进行的，实际上只有新喷射的泡沫才较好地起到降尘的作用，如果泡沫寿命过长，不仅长时间未破的泡沫会阻碍新喷射泡沫的降尘过程，而且会导致泡沫在掘进迎头或采煤工作面等防尘地点的大量堆积，影响作业环境和生产效率。
3、泡沫中气泡的平均粒径过大。泡沫中气泡的平均粒径越大则比表面积越小，粉尘与泡沫的接触几率就越低，势必会影响泡沫的降尘效率，且大粒径气泡在喷射时容易被风流吹散，无法有效起到降尘作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐酸碱能力和抗硬水性能强、气泡平均粒径小、稳定时间适中、环保性能好的复合型发泡剂及其制备方法。
本发明的技术方案是一种用于降尘的复合型发泡剂，由下述重量份组成：
烷基多糖苷： 5~8份；
脂肪醇聚氧乙烯醚： 20~25份；
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠： 9~14份；
2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠：1~2份；
水： 51~65份。
一种制备该复合型发泡剂的方法，包括以下步骤：
a. 按重量份数向混料器中加入水51~65份，加热并将温度控制为40℃~45℃；
b. 把烷基多糖苷5~8份、脂肪醇聚氧乙烯醚20~25份、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠1~2份顺序缓慢加入混料器中搅拌1h，使烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚和2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠快速溶解并混合均匀；
c. 停止搅拌，静置10min~20min并将温度控制为35℃~40℃；
d. 将重量份数为9~14份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠缓慢加入到混料器中搅拌40min~50min，停止搅拌，静置至形成淡黄色透明且均一稳定的复合型发泡剂。
与现有降尘发泡剂相比，本发明具有以下优点：
第一，增强了泡沫的耐酸碱能力和抗硬水性能。本发明的复合型发泡剂中使用的表面活性剂中离子相对较少，却含有大量的醇、醚等基团。醇、醚基团为亲水基，能与水形成氢键，代替了离子的亲水作用。与现有降尘发泡剂相比，所含的离子键较少，因此，本发明的复合型发泡剂不容易受水的酸碱度以及水硬度的影响，在 pH=5.5~9以及硬度在0到600mg/L的水中均具有良好发泡性能，能够提升降尘效率，有利于泡沫降尘技术在不同矿区的广泛应用。
第二，降低了泡沫的平均寿命（稳定时间）。本发明的复合型发泡剂中含有脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠，这两种物质可以在泡沫液膜两侧形成吸附电荷，从而产生斥力阻止液膜变薄，有利于使泡沫保持适中的平均寿命。本发明的复合型发泡剂通过合理控制脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的含量为9~14份，2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠的含量为1~2份，使泡沫平均寿命维持在15到25min，远低于现有普通降尘剂泡沫的平均寿命，从而避免了降尘泡沫的堆积对工作环境造成影响。
第三，减小了泡沫的气泡平均粒径。气泡粒径越小则气体压力越大，气体易从小气泡向大气泡或空气中扩散，本发明的复合型发泡剂中含有脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，这两种表面活性剂会在液体表面形成排列紧密的分子层，导致气泡膜的气体透过率降低，阻碍小气泡中气体的扩散，有利于小气泡形成，从而减小了气泡的平均粒径，增加了泡沫的表面积及其与粉尘的接触几率，尤其有利于提高泡沫对呼吸性粉尘的降尘效果。
第四，环保性能好。本发明复合型发泡剂的成分为无毒、无害、无刺激、易降解的表面活性剂，其中，烷基多糖苷是国际公认的“绿色”功能性表面活性剂，脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠都具有优良的生物降解性能。
第五，制备方法合理。基于各组分的物理化学性质，通过科学调控各组分搅拌时间和温度，既使烷基多糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠能够快速溶解并混合均匀，又避免了物质的分解和凝胶的形成，保证其化学活性不被破坏。所选原料为市场常见材料，成本较低，在泡沫降尘领域具有广泛的适用性。
具体实施方式
实施例1：
一种用于降尘的复合型发泡剂，由下述重量份组成：
烷基多糖苷： 5千克；
脂肪醇聚氧乙烯醚： 20千克；
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠： 9千克；
2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠：1千克；
水： 65千克。
制备该复合型发泡剂的方法，包括以下步骤：
a. 按重量份数向混料器中加入水65千克，加热并将温度控制为40℃；
b. 把烷基多糖苷5千克、脂肪醇聚氧乙烯醚20千克、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠1千克顺序缓慢加入混料器中搅拌1h，使烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚和2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠快速溶解并混合均匀；
c. 停止搅拌，静置10min并将温度控制为35℃；
d. 将重量份数为9千克的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠缓慢加入到混料器中搅拌40min，停止搅拌，静置至形成淡黄色透明且均一稳定的复合型发泡剂。
实施例2：
一种用于降尘的复合型发泡剂，由下述重量份组成：
烷基多糖苷： 7千克；
脂肪醇聚氧乙烯醚： 23千克；
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠： 11千克；
2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠： 1千克；
水： 58千克。
制备该复合型发泡剂的方法，包括以下步骤：
a. 按重量份数向混料器中加入水58千克，加热并将温度控制为42℃；
b. 把烷基多糖苷7千克、脂肪醇聚氧乙烯醚23千克、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠1千克顺序缓慢加入混料器中搅拌1h，使烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚和2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠快速溶解并混合均匀；
c. 停止搅拌，静置15min并将温度控制为37℃；
d. 将重量份数为11千克的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠缓慢加入到混料器中搅拌45min，停止搅拌，静置至形成淡黄色透明且均一稳定的复合型发泡剂。
实施例3：
一种用于降尘的复合型发泡剂，由下述重量份组成：
烷基多糖苷： 8千克；
脂肪醇聚氧乙烯醚： 25千克；
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠： 14千克；
2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠：2千克；
水： 51千克。
制备该复合型发泡剂的方法，包括以下步骤：
a. 按重量份数向混料器中加入水51千克，加热并将温度控制为45℃；
b. 把烷基多糖苷8千克、脂肪醇聚氧乙烯醚25千克、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠2千克顺序缓慢加入混料器中搅拌1h，使烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚和2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠快速溶解并混合均匀；
c. 停止搅拌，静置20min并将温度控制为40℃；
d. 将重量份数为14千克的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠缓慢加入到混料器中搅拌50min，停止搅拌，静置至形成淡黄色透明且均一稳定的复合型发泡剂。
将实施例1至3制备的复合型发泡剂以及普通现有发泡剂分别稀释150倍后注入发泡装置进行试验，实验数据如表1。
表1 本发明与现有技术的比较
从表1中可以看出，本发明复合型发泡剂关键指标与现有降尘用发泡剂相比具有显著的优越性。现有发泡剂的耐酸碱范围为pH约等于7，耐硬水能力300mg/L以下，而本发明在pH=5.5~9，硬度为600mg/L的水中均具有很好的性能，即耐酸碱范围大、抗硬水能力强。现有发泡剂所产生泡沫的气泡平均粒径在毫米级，本发明将泡沫的气泡平均粒径控制在与呼吸性粉尘粒径处于同一个数量级的微米级，有利于提高呼吸性粉尘降尘效果。现有发泡剂的稳泡时间长达数小时，本发明将泡沫的稳定时间缩短为15~25min，使泡沫在完成捕尘过程后快速破裂，从而防止了泡沫在煤矿井下作业场所的堆积。
Claims (2)
1. 一种用于降尘的复合型发泡剂，其特征在于，由下述重量份组成：
烷基多糖苷： 5~8份；
脂肪醇聚氧乙烯醚： 20~25份；
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠： 9~14份；
2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠：1~2份；
水： 51~65份。
2. 一种制备权利要求1所述用于降尘的复合型发泡剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 按重量份数向混料器中加入水51~65份，加热并将温度控制为40℃~45℃；
b. 把烷基多糖苷5~8份、脂肪醇聚氧乙烯醚20~25份、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠1~2份顺序缓慢加入混料器中搅拌1h，使烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚和2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠快速溶解并混合均匀；
c. 停止搅拌，静置10min~20min并将温度控制为35℃~40℃；
d. 将重量份数为9~14份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠缓慢加入到混料器中搅拌40min~50min，停止搅拌，静置至形成淡黄色透明且均一稳定的复合型发泡剂。
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