CN104548878B - 一种降低甲烷浓度的吸收剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低甲烷浓度的吸收剂，该吸收剂是由植物油、阴离子表面活性剂、十甲基环五硅氧烷、活性炭与水混合后形成的有机有序组合体混合物；上述各材料按重量百分比计满足如下条件：0.30％≤植物油的用量≤1.80％，5％≤阴离子表面活性剂的用量≤15％，0％﹤十甲基环五硅氧烷的用量≤4％，0％﹤活性炭的用量≤0.1％，余量为水。本发明实施例不仅使用方便、成本低廉，而且能大幅提高对甲烷的溶解度，从而能够高效快速地降低空气中的瓦斯浓度，增强了煤矿生产的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿生产中有害气体吸收领域，尤其涉及一种降低甲烷浓度的吸收剂。
背景技术
瓦斯是在煤体中以游离状态和吸着状态存在的气体，其主要成分是甲烷，它难溶于水，不能维持呼吸，而且在达到一定浓度时，会使人因缺氧而窒息，还可能引发剧烈燃烧或爆炸，因此在煤矿生产中需要对瓦斯浓度进行严密监控，当瓦斯浓度超标时只能停止生产，并采用加强井下通风或利用瓦斯吸收材料快速吸收等手段来降低瓦斯浓度。
在现有技术中，瓦斯吸收材料主要有单一的表面活性剂、表面活性剂与植物油复配的吸收剂等，但现有这几种瓦斯吸收材料对瓦斯的吸收效果还比较低，很难实现快速高效降低瓦斯浓度。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种降低甲烷浓度的吸收剂，不仅使用方便、成本低廉，而且能够大幅提高对甲烷的溶解度，从而能够高效快速地降低空气中的瓦斯浓度，增强了煤矿生产的安全性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种降低甲烷浓度的吸收剂，该吸收剂是由植物油、阴离子表面活性剂、十甲基环五硅氧烷、活性炭与水混合后形成的有机有序组合体混合物；上述各材料按重量百分比计满足如下条件：0.30％≤植物油的用量≤1.80％，5％≤阴离子表面活性剂的用量≤15％，0％﹤十甲基环五硅氧烷的用量≤4％，0％﹤活性炭的用量≤0.1％，余量为水。
优选地，所述的活性炭为粒度在20nm～60nm之间的活性炭粉。
优选地，所述的植物油为蓖麻油、棉籽油或橄榄油中的任意一种。
优选地，所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐中的任意一种。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的降低甲烷浓度的吸收剂采用了固相的活性炭与液相的十甲基环五硅氧烷、植物油、阴离子表面活性剂复配的形式，通过将十甲基环五硅氧烷和活性炭增溶进表面活性剂与植物油复配的吸收剂胶束中来提升对甲烷的溶解度，而且未进入胶束的十甲基环五硅氧烷和活性炭也可以吸收甲烷，从而使整个混合液形成了一个稳定的有机微环境体系，大大提高了对甲烷的溶解度。十甲基环五硅氧烷的加入不仅可以增大胶束的粒径，提高对甲烷的溶解度，而且可以增加活性炭的悬浮量。活性炭的加入不仅增加了对甲烷的溶解度，而且可以稳定整个体系，使本发明实施例所提供的吸收剂形成类似墨汁的稳定悬浮体系，这有助于对甲烷的快速溶解吸收。可见，本发明实施例不仅使用方便、成本低廉，而且能够大幅提高对甲烷的溶解度，从而能够高效快速地降低空气中的瓦斯浓度，因此该吸收剂可用于抑制矿井工作面瓦斯气体爆炸，从而增强煤矿的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明提供的降低甲烷浓度吸收剂的吸收机理示意图一。
图2为本发明提供的降低甲烷浓度吸收剂的吸收机理示意图二。
图3为本发明提供的降低甲烷浓度吸收剂的吸收机理示意图三。
图4为本发明提供的十二烷基硫酸钠与蓖麻油复配吸收剂的激光光散射粒度图。
图5为本发明提供的十二烷基硫酸钠、蓖麻油与十甲基环五硅氧烷复配吸收剂的激光光散射粒度图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明实施例所提供的降低甲烷浓度的吸收剂进行详细描述。
一种降低甲烷浓度的吸收剂，可用于矿井瓦斯有害气体的吸收材料。该吸收剂是由植物油、阴离子表面活性剂、十甲基环五硅氧烷、活性炭与水混合后形成的有机有序组合体混合物；上述各材料按重量百分比计满足如下条件：0.30％≤植物油的用量≤1.80％，5％≤阴离子表面活性剂的用量≤15％，0％﹤十甲基环五硅氧烷的用量≤4％，0％﹤活性炭的用量≤0.1％，余量为水。
其中，所述的植物油最好为蓖麻油、棉籽油或橄榄油中的任意一种。所述的阴离子表面活性剂最好为十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐(AEC)中的至任意一种。所述的活性炭为粒度在20～60nm之间的活性炭粉。
具体地，该降低甲烷浓度的吸收剂可以采用如下步骤进行配制：
(1)步骤一，阴离子表面活性剂与植物油复配溶液的制备：使用分析天平称取定量表面活性剂于烧杯中，加入适量去离子水，利用数控超声波仪搅拌10分钟，待粉末完全溶解，溶液呈无色透明状，再使用量筒加入一定比例的植物油(该植物油可以为蓖麻油，橄榄油、棉籽油或薄荷油)，利用数控超声波仪搅拌30分钟，观察溶液为半透明微乳液状，且无分层现象，表面有均匀小气泡，静置24小时至溶液澄清，即得到阴离子表面活性剂与植物油复配溶液。
(2)步骤二，加入十甲基环五硅氧烷和活性炭的制备：使用分析天平称取定量十甲基环五硅氧烷于烧杯，利用数控超声波仪搅拌溶解于去离子水中，再与阴离子表面活性剂与植物油复配溶液进行超声波搅拌混合，静置备用；称取一定量的活性炭加入复配溶液中，超声搅拌，使活性炭均匀分散在复配体系中，不出现沉淀，即可制得本发明实施例所提供的降低甲烷浓度的吸收剂。
进一步地，本发明实施例所提供的降低甲烷浓度的吸收剂，其吸收甲烷的机理如下：如图1、图2和图3所示，该吸收剂在吸收甲烷的过程中会形成图中所示的几种胶束形态，由图中可以看出，大部分甲烷被包裹在由植物油、阴离子表面活性剂、十甲基环五硅氧烷构成的胶束中，活性炭均匀悬浮在体系中，起到稳定作用，小部分甲烷可以通过未进入胶束中十甲基环五硅氧烷和活性炭进行吸收。也就是说，该吸收剂可以通过将十甲基环五硅氧烷和活性炭增溶进表面活性剂与植物油复配的吸收剂胶束中来提升对甲烷的溶解度，而且未进入胶束的十甲基环五硅氧烷和活性炭也可以吸收甲烷，从而使整个混合液形成了一个稳定的有机微环境体系，大大提高了对甲烷的溶解度。
与现有技术中表面活性剂与植物油复配的吸收剂相比，现有的水基吸收剂对甲烷的吸收量有限，而本发明的吸收剂采用了固相的活性炭与液相的十甲基环五硅氧烷、植物油、阴离子表面活性剂复配的形式，不仅提高了活性炭吸收甲烷的量，而且提高了整体复配体系对甲烷的吸收量。十甲基环五硅氧烷与甲烷具有相似相容性，十甲基环五硅氧烷的加入不仅可以增大胶束的粒径，提高对甲烷的溶解度，而且可以增加活性炭的悬浮量。活性炭的加入不仅增加了对甲烷的溶解度，而且可以稳定整个体系，使本发明实施例所提供的吸收剂形成类似墨汁的稳定悬浮体系，这有助于对甲烷的快速溶解吸收。
由此可见，本发明实施例不仅使用方便、成本低廉，而且能够大幅提高对甲烷的溶解度，从而能够高效快速地降低空气中的瓦斯浓度，因此本发明实施例所提供的这一降低甲烷浓度的吸收剂可用于抑制矿井工作面瓦斯气体爆炸，从而增强煤矿的安全性。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以几个具体实施例对本发明所提供的降低甲烷浓度的吸收剂进行详细描述。
实例1
采用现有技术中的十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、油酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐(AEC)、月桂醇醚磷酸酯钾(MAEPK)这五种单一的表面活性剂进行甲烷吸收实验，并分别测得表面活性剂的溶质质量分数在5％、10％、15％、20％时所吸收甲烷的体积分数。该实例1的具体实验结果可以如下表1所示：
表1：
| 表面活性剂的溶质质量分数 | 5％ | 10％ | 15％ | 20％ |
| SDS所吸收甲烷的体积分数 | 4.48％ | 5.21％ | 5.74％ | 6.24％ |
| SDBS所吸收甲烷的体积分数 | 3.65％ | 4.49％ | 无 | 无 |
| 油酸钠所吸收甲烷的体积分数 | 5.35％ | 5.87％ | 5.76％ | 无 |
| AEC所吸收甲烷的体积分数 | 4.12％ | 4.62％ | 5.45％ | 5.86％ |
| MAEPK所吸收甲烷的体积分数 | 3.78％ | 4.02％ | 4.43％ | 4.98％ |
实例2
采用十二烷基硫酸钠(SDS)分别与蓖麻油、橄榄油、棉籽油、薄荷油这4种植物油进行复配，并分别测得SDS与每种植物油的质量比在6:1、8:1、9:1、11:1、13:1、17:1、19:1时所吸收甲烷的体积分数；再采用SDS、蓖麻油与十甲基环五硅氧烷进行复配，并测得SDS与蓖麻油的质量比分别在6:1、8:1、9:1、11:1、13:1、17:1、19:1时所吸收甲烷的体积分数，其中的十甲基环五硅氧烷的用量占三者质量总和的4％。该实例2的具体实验结果可以如下表2所示；
表2：
通过将实例1与实例2的测量结果进行对比可知：与单一的表面活性剂相比，SDS与植物油复配的吸收剂对甲烷的吸收率有所提高，这说明在表面活性剂中加入植物油可以提高对甲烷的吸收率；而SDS、蓖麻油与十甲基环五硅氧烷三者复配的吸收剂对甲烷的吸收率有很大提高，这说明SDS与蓖麻油的复配体系在加入十甲级五硅氧烷后，其对甲烷的吸收效果的提升更明显。
图4所示为实例2中SDS与蓖麻油按照质量比19:1进行复配所得到吸收剂的激光光散射粒度图，由图4可以看出：当SDS与蓖麻油的质量比为19:1时，大部分聚集体的粒径分布在2～4.3nm之间。图5所示为实例2中SDS与蓖麻油的质量比为19:1时，SDS、蓖麻油与十甲基环五硅氧烷进行复配所得到吸收剂的激光光散射粒度图，将图4与图5进行对比可知：在SDS与蓖麻油的复配体系中加入2g十甲基环五硅氧烷后，整个体系中聚集体粒径大多分布在113～279nm和0.89～1.46μm的范围内，另有少量粒子的粒径分布在3.9～4.2μm之间，也就是说，加入十甲基环五硅氧烷后聚集体的粒径明显增大，这说明有部分十甲基环五硅氧烷增溶进了SDS与蓖麻油复配的胶束中。
实例3
采用十二烷基硫酸钠(SDS)分别与蓖麻油、橄榄油、棉籽油、薄荷油这4种植物油进行复配，并分别测得SDS与每种植物油的质量比在6:1、13:1、19:1时所吸收甲烷的体积分数。同时采用SDS、蓖麻油与活性炭进行复配，并测得SDS与蓖麻油的质量比分别在6:1、13:1、19:1时所吸收甲烷的体积分数，其中的活性炭的用量占三者质量总和的0.03％。再采用SDS、蓖麻油、十甲基环五硅氧烷与活性炭进行复配，并测得SDS与蓖麻油的质量比分别在6:1、13:1、19:1时所吸收甲烷的体积分数，其中的十甲基环五硅氧烷的用量占三者质量总和的4％，活性炭的用量占三者质量总和的0.03％。该实例3的具体实验结果可以如下表3所示；
表3：
由表3可知：SDS、蓖麻油与活性炭三者复配的吸收剂对甲烷的吸收率有所提高，这说明SDS与蓖麻油的复配体系在加入活性炭后，其对甲烷的吸收效果有明显提升。当在SDS与蓖麻油的复配体系中同时加入十甲基环五硅氧烷和活性炭后，整个混合物吸收剂体系会协同作用，使得对甲烷的吸收效果提高5％左右；由此可见，本发明实施例所提供的降低甲烷浓度的吸收剂能够显著提高对甲烷的吸收效果。
综上可见，本发明实施例不仅使用方便、成本低廉，而且能够大幅提高对甲烷的溶解度，从而能够高效快速地降低空气中的瓦斯浓度，增强了煤矿生产的安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种降低甲烷浓度的吸收剂，其特征在于，该吸收剂是由植物油、阴离子表面活性剂、十甲基环五硅氧烷、活性炭与水混合后形成的有机有序组合体混合物；上述各材料按重量百分比计满足如下条件：
0.30％≤植物油的用量≤1.80％，
5％≤阴离子表面活性剂的用量≤15％，
0％﹤十甲基环五硅氧烷的用量≤4％，
0％﹤活性炭的用量≤0.1％，
余量为水；
其中，所述的活性炭为粒度在20nm～60nm之间的活性炭粉。
2.根据权利要求1所述的降低甲烷浓度的吸收剂，其特征在于，所述的植物油为蓖麻油、棉籽油或橄榄油中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的降低甲烷浓度的吸收剂，其特征在于，所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐中的任意一种。
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