CN104017542A - 一种环保型粉尘捕捉剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型矿用粉尘捕捉剂及其制备方法。按质量百分比，该矿用粉尘捕捉剂由以下组分组成：多聚氨基酸或多聚氨基酸盐10-20％，氨基酸类表面活性剂10-20％，季胺盐1-5％，其余为水。本发明的优点在于：组分无毒，且能被自然界微生物完全降解，直接排放不会造成土壤和地下水污染；本品易溶于水，可利用矿井原有的喷水系统直接喷洒使用；对全尘的降尘率达到95％以上，对呼吸性粉尘的降尘率达到90％以上；具有防腐和灭菌作用，改善矿道中环境；对粉尘有一定聚集和包裹作用，使矿尘形成较大颗粒，不易在干燥后二次扬尘。本发明可改善井下作业环境，减少粉尘危害，促进安全生产。

Description

一种环保型粉尘捕捉剂

技术领域：

本发明属于环保领域，涉及一种用于矿井，尤其是煤矿井下采掘作业面的环保型粉尘捕捉剂及其制备方法。 

背景技术：

煤尘是井下采煤的重要安全隐患之一。高浓度的煤尘聚集容易发生尘爆，造成巨大的人员伤亡和经济损失。同时，井下可吸入粉尘浓度过高，长期吸入可导致肺病，对矿工的身体健康构成严重的威胁。我国煤炭开采以井下开采为主。由于作业空间狭小，通风效果差，在生产过程中，特别是掘进时产生大量粉尘。在无附加防尘措施时，综采工作面的粉尘浓度超过2500毫克/立方米，最高甚至超过10000毫克/立方米。目前，国内采用的降尘技术主要有喷雾除尘、通风除尘、煤层注水、和泡沫抑尘。 

由于煤尘与水无法完全浸润，因此喷雾除尘技术的降尘能力较差，尤其对可吸入的细小颗粒粉尘难以有效捕捉。深井中通风较差，采用通风除尘效果不佳，而且空气流动过大时，地面干燥后易导致二次扬尘。煤层注水技术是采掘工作面重要的防尘手段之一。其防尘效果取决于煤的孔隙率的大小，对孔隙率为1％-4％的煤层，难以取得较好的降尘效果。泡沫降尘是目前煤矿中在不同采掘条件下效果较好且发挥作用稳定的降尘技术。该技术是利用泡沫喷射装置将表面活性物与水的混合物喷射到采掘作业面，使刚产生的粉尘迅速浸润和沉积，从源头上抑制粉尘产生。 

目前国内已开发出数种高效的泡沫型(浸润型)降尘剂，其活性成分主要为烷基或芳基磺酸盐、聚烯醇醚、聚醚改性硅油，甲醛等表面活性剂(CN101385955B；CN101712861B)。此类化合物生物降解率低，井下直接大量排放会造成土壤和地下水污染，破坏生态环境，很难大规模长期使用。随着人们越来越关注各类产品的安全性、温和性、以及环境保护要求的提高，有必要大力加强研究并开发高质量环境友好的煤矿降尘技术。氨基酸型表面活性剂是以生物质为基础的表面活性剂，除兼有其它表面活性剂的性能外，还具有一些独特的性能，如有益菌效果、生物相容性好、降解安全迅速等。特别是N-酰基氨基酸表面活性剂具有良好的润湿性、起泡性、抗菌性、及抗蚀、抗静电能力、几乎无毒害、降解产物为氨基酸和脂肪酸，故对环境几乎无影响(陈丽，周美华，精细与专用化学品，2004，12(19)：7-11；韦异，朱海洋，李华山，日用化学品科学，2003，26(4)，20；包永照，精细化工，2002，19(8)，14-16.) 

发明内容：

本发明的目的是克服现有煤矿降尘剂在环境污染方面潜在的危害，提供一种高效安全的煤矿粉尘捕捉剂。该剂以生物质为基础，生物相容性好、降解安全迅速，有效的解决了目前使用的泡沫型(或浸润型)降尘剂在矿井直接排放带来的潜在环境污染问题。此类粉尘捕捉剂不但具有和其它煤矿降尘剂同样降尘效果，降低降尘的大量耗水量，且具有抗菌和抗蚀性，有利于改善井下作业环境。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种环保型粉尘捕捉剂，按照重量百分比包括以下组分： 

本粉尘捕捉剂是由多种表面活性剂和水复合而成。其中多聚氨基酸或多聚氨基酸盐是指聚天门冬氨酸、聚天门冬氨酸钠、或聚赖氨酸中的一种或多种混合物(混合物比例不限)。氨基酸类表面活性剂为十二烷基氨基丙酸钠、十二烷基二亚甲基氨基二甲酸钠、N-甲基-N月桂酰赖氨酸、椰油酰谷氨酸钠、椰油酰谷氨酸二钠、椰油酰甘氨酸钠、椰油酰谷氨酸钾、月桂酰谷氨酸钠、月桂酰肌氨酸钠、椰油酰谷氨酸三乙胺盐、或肉豆蔻酰基谷氨酸的一种或多种混合物(混合物比例不限)。季胺盐为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、十八烷基二甲基乙基季铵硝酸盐、或十八烷基氯化铵的一种或多种混合物(混合物比例不限)。 

一种环保型粉尘捕捉剂使用方法包括以下步骤： 

(1)按重量百分比将10-20％多聚氨基酸或多聚氨基酸盐、10-20％氨基酸类表面活性剂、1-5％季胺盐、和余量的水充分混匀，制得环保型粉尘捕捉剂。 

(2)当煤矿内工作面工作时，将上述环保型粉尘捕捉剂按1-5‰(wt‰)添加到水箱中，加压输送至工作面喷雾降尘系统。 

该粉尘捕捉剂的作用机理是：通过在水中加入表面活性剂，降低水的表面张力，使煤尘与水的接触面减小，增加水对煤尘颗粒的浸润和粘附。此外，粉尘捕捉剂中使用的多聚氨基酸或多聚氨基酸盐、氨基酸类表面活性剂、和季胺盐等分子结构中均含有疏水性有机碳链，其与煤尘表面有机物性质相近，易与煤尘产生吸附，从而提高其水溶液的捕尘效率。 

本粉尘捕捉剂除具备现有泡沫型降尘剂易使用和降尘效果好等优势外，还具以下独特优点：(1)降解安全迅速、生物相容性好，井下大量直接排放不破坏环境；(2)具有抑菌性，可有效改善井下作业环境；(3)对粉尘具有聚集包裹作用，不易产生二次扬尘。 

具体实施方式：

实施例1： 

取聚天门冬氨酸钠10公斤，十二烷基氨基丙酸钠6公斤，椰油酰谷氨酸钠6公斤，十二烷基二甲基苄基氯化铵1公斤，加入73公斤水中，在50℃加热搅拌1小时即配成100公斤粉尘捕捉剂。制备好后可装入发泡装置进行发泡作业。此配比的粉尘捕捉剂对矿井中煤尘全沉降尘率为95.5％，对呼吸性煤尘的降尘率为90.1％。 

实施例2： 

取聚天门冬氨钠7公斤，聚赖氨酸3公斤，十二烷基二亚甲基氨基二甲酸钠3公斤，椰油酰谷氨酸钠3公斤，月桂酰谷氨酸钠，8公斤，十八烷基氯化铵1公斤，加入75公斤水中，在50℃加热搅拌1小时即配成100公斤粉尘捕捉剂。制备好后可装入发泡装置进行发泡作业。此配比的粉尘捕捉剂对矿井中煤尘全沉降尘率为95.1％，对呼吸性煤尘的降尘率为90.3％。 

实施例3： 

取聚天门冬氨4公斤，聚赖氨酸6公斤，椰油酰谷氨酸二钠15公斤，双十二烷基二甲基氯化铵2公斤，加入73公斤水中，在50℃加热搅拌1小时即配成100公斤粉尘捕捉剂。制备好后可装入发泡装置进行发泡作业。此配比的粉尘捕捉剂对矿井中煤尘全沉降尘率为96.5％，对呼吸性煤尘的降尘率为90.9％。 

本粉尘捕捉剂在某煤矿采掘工作面实地试验，具有明显降全尘和降呼吸性粉尘效果，其结果见表1： 

距发泡机的位置	5m	10m	15m
				使用前粉尘浓度	340mg/m3	337mg/m3	330mg/m3
使用后粉尘浓度	12mg/m3	12mg/m3	11mg/m3
				降全尘效率	96.5％	96.4％	96.7％
降呼吸性粉尘效率	91％	91％	90.8％

表1.距采掘面不同位置采样点数据比较。 

Claims (5)

1.一种环保型矿用粉尘捕捉剂，其特征在于：其构成组分及重量百分比为：

2.如权利要求1中所述的捕捉剂，其特征在于：多聚氨基酸或多聚氨基酸盐是指聚天门冬氨酸、聚天门冬氨酸钠、或聚赖氨酸中的一种或多种。

3.如权利要求1-2中所述的捕捉剂，其特征在于：氨基酸类表面活性剂为十二烷基氨基丙酸钠、十二烷基二亚甲基氨基二甲酸钠、N-甲基-N月桂酰赖氨酸、椰油酰谷氨酸钠、椰油酰谷氨酸二钠、椰油酰甘氨酸钠、椰油酰谷氨酸钾、月桂酰谷氨酸钠、月桂酰肌氨酸钠、椰油酰谷氨酸三乙胺盐、或肉豆蔻酰基谷氨酸的一种或多种。

4.如权利要求1-3中所述的捕捉剂，其特征在于：季胺盐为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、十八烷基二甲基乙基季铵硝酸盐、或十八烷基氯化铵的一种或多种。

5.如权利要求1中所述的捕捉剂，基特征在于粉尘捕捉剂用于除尘时需要配成水溶液，现场应用时溶液浓度稀释至1-5wt‰。