CN104931391A - 一种定量评估降尘剂润湿粉尘性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定量评估降尘剂润湿粉尘性能的方法。该方法以润湿速度为基础指标、接触角为优选指标、临界胶束浓度为经济指标来衡量降尘剂的润湿性能，通过分析各衡量指标的内在作用机理，提出以润湿度Favc全面表征降尘剂润湿粉尘的性能；根据润湿度Favc的大小用以评估降尘剂对粉尘的润湿能力，润湿度Favc值越大，则其润湿粉尘性能越优，反之则越差。本发明给出了评估降尘剂润湿粉尘性能的定量指标及层级判定依据，为科学表征和客观评估降尘剂的润湿性能提供了一种新方法，在矿山、建材、冶金、建筑等行业的粉尘防治中有广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种评价降尘剂性能的方法，具体是一种定量评估降尘剂润湿粉尘性能的方法，属于粉尘防治技术领域。
背景技术
粉尘是矿山、建筑、建材、冶金等行业的主要职业危害，广泛导致尘肺病。水喷雾等湿式防尘措施是目前最常用的技术，在粉尘防治中发挥了重要作用。但由于水的表面张力较大且呼吸性粉尘大多具有疏水性，导致其降尘效率较低且用水量较大。向水中加入降尘剂而降低水的表面张力、增加粉尘的亲水性是提高喷雾降尘效果的一条重要途径，如近年来兴起的煤层注湿润剂溶液减尘、湿润剂溶液喷雾降尘、泡沫降尘等技术。在这些技术中，降尘剂的润湿性能直接影响粉尘防治效果，但由于目前缺少能科学表征和量化评价降尘剂润湿性能的方法，导致在降尘剂的研制中存在较大盲目性，给这些技术的发展和应用带来较大制约。如目前通常单纯以接触角大小或沉降时间表征降尘剂的润湿能力，指标单一，特别是缺少对润湿性能的经济性评价，片面追求表面张力的降低，造成降尘剂制备和使用成本高昂。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对上述现有技术的不足，本发明提供一种科学、全面、定量化的降尘剂润湿性能评估方法。
技术方案：为了实现上述目的，本发明一种定量评估降尘剂润湿粉尘性能的方法，包括以下步骤：
a. 取采自产尘点的粉尘，筛选出直径小于1.0 mm的粉尘试样，将筛选出的粉尘试样置于真空干燥箱中进行干燥处理；
b. 取粉尘试样少许，加压成片，将尘片置于接触角测定仪上测定尘片与降尘剂溶液的接触角a（°）；
c. 配制50mL降尘剂溶液于烧杯，竖直放置漏斗，并用胶纸片封住漏斗下端口，将m g粉尘样倒入漏斗，移去纸片，同时用秒表计时，待粉尘刚没入液面以下时，停止计时，记下此时秒表的时间t，由此测算出润湿速度v=m/t（mg/s）；
d. 另配制一系列不同浓度的降尘剂溶液，待完全溶解后，置于表面张力仪上，分别测其表面张力，根据不同浓度降尘剂溶液的表面张力值，画出表面张力─浓度变化曲线，在表面张力突变的拐点处的降尘剂浓度即为临界胶束浓度c（mmol/L）；
e. 根据以上求出的a、v、c值，利用以下公式得出：
式中：α─临界角，取72～108゜；β─速度因子，取0.1～0.2 s/mg；γ ─浓度系数，取26～39mmol/L；a─降尘剂溶液的接触角，单位：°；v─降尘剂溶液对粉尘的润湿速度，单位：mg/s； c─降尘剂溶液的临界胶束浓度，单位：mmol/L；
f. 根据计算得到的润湿度F avc 值，润湿度值F avc 越大，相应粉尘润湿性能越好，反之则越小。
进一步的，所述步骤f中，对粉尘的润湿性能进行等级划分为：
I级：F avc ＞8.1，润湿性能优；
II级： 3.2＜F avc ≤8.1，润湿性能良；
III级： 1.8＜F avc ≤3.2，润湿性能中；
IV级： F avc ≤1.8，润湿性能差。
有益效果：本发明综合降尘剂润湿粉尘能力的表征参数——接触角、润湿速度、润湿时间和临界胶束浓度CMC，分析其内在作用，提出一种新的无量纲数——润湿度F avc ，用以全面地表征润湿性能。接触角测量值不仅是润湿性的一种直观量度，也是粉尘亲水性的一种直接表现形式；润湿速度，即指单位时间内降尘剂溶液完全润湿粉尘的质量，润湿速度越高，表明该降尘剂溶液润湿性越好，因此，润湿速度是用于评价降尘剂溶液润湿效果的指标之一；临界胶束浓度CMC也是表征润湿效果的一个基本参数，它不仅可以表征降尘剂溶液对粉尘的润湿性能，而且可以评价降尘剂溶液的经济效果，临界胶束浓度越小，越经济，故将临界胶束浓度也作为一个表征参数是非常重要的。本发明以润湿速度作基础指标、接触角作优选指标、临界胶束浓度作经济指标，创造性地提出可以全面、完整、准确表征润湿性能的参数润湿度——F avc ，并给出定量化的指标和层级判据，实现了降尘剂性能评价从笼统片面到定量全面的重要转变，在矿山、建材、冶金、建筑等相关行业的粉尘防治中有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明实施步骤示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：一种定量评估降尘剂润湿粉尘性能的方法，步骤如下：选取某煤矿褐煤样品进行破碎并筛选，选取直径小于1.0 mm的煤粉，对煤粉进行干燥处理。接着取新鲜煤粉少许，加压成片，用接触角测定仪测定尘片与降尘剂溶液的接触角，得到a=42゜。之后量取50mL降尘剂溶液十烷基磺酸钠于烧杯，竖直放置漏斗，并用胶纸片封住漏斗下端口，将50mg煤粉倒入漏斗。移去纸片，同时用秒表计时，待煤粉刚好没入液面以下时，停止计时，记下此时秒表的时间t=5s，由此得出润湿速度v=10mg/s。与此同时，制配降尘剂溶液浓度分别为0 mmol/L (水)、1mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L、6mmol/L、7mmol/L、8mmol/L、10mmol/L、12 mmol/L,待完全溶解后，置于表面张力仪上，分别测其表面张力，表面张力值如下表：
| 浓度/(mmol/L) | 0(水) | 1 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 |
| 表面张力/(mN/m) | 72.00 | 71.93 | 71.90 | 71.95 | 70.21 | 70.23 | 70.00 | 69.87 | 69.90 | 69.54 |
根据不同浓度降尘剂溶液的表面张力值，画出表面张力─浓度曲线，如图1所示，在表面张力突变的拐点处即为临界胶束浓度c=5mmol/L；
根据求出的a、v、c值，代入公式， 并取 =90， =32， =0.15，
得出各参数值如下表：
| a/(゜) | v/(mg/s) | c/(mmol/L) | F avc |
| 42 | 10 | 5 | 10.04 |
F avc =10.04，即此降尘剂溶液的降尘效果等级为优，这和现场的效果一致。此值可以直观反映粉尘的润湿性能，通过重复的测试，发现该方法具有很好的代表性以及可比性。
实施例2：采取某矿长焰煤样品，十烷基硫酸钠降尘剂溶液，下面步骤与实施例1相同，此处省略。
取=90，=32， =0.15，得到各变量如下表：
| a/(゜) | v/(mg/s) | c/(mmol/L) | F avc |
| 62 | 8 | 20 | 4.25 |
F avc =4.25，即此降尘剂溶液的降尘效果等级为良，从现场测试效果来看，此降尘剂溶液润湿效果确实劣于十烷基磺酸钠溶液。
实施例3：采取某矿不沾煤样品，十烷基苯磺酸钠降尘剂溶液，步骤同实施例1，此处省略。
取=90， =32， =0.15，得到各变量如下表：
| a/(゜) | v/(mg/s) | c/(mmol/L) | F avc |
| 110 | 5 | 70 | 2.02 |
F avc =2.02，即此降尘剂溶液的降尘效果等级为中，从现场测试效果来看，此降尘剂溶液润湿效果较差，不利于降尘润湿。
实施例4：采取某矿岩尘样品，十二烷基三甲基溴化铵降尘剂溶液，步骤同实施例1，此处省略。
取=90， =32， =0.15，得到各变量为下表：
| a/(゜) | v/(mg/s) | c/(mmol/L) | F avc |
| 140 | 2 | 110 | 1.23 |
F avc =1.23，即此降尘剂溶液的降尘效果等级为差，从现场测试效果来看，此降尘剂溶液润湿效果很差，非常不利于降尘润湿。
综合以上四种降尘剂溶液对不同煤样的润湿性能效果测试结果，对比如下表：
| 粉尘样 | 褐煤样品 | 长焰煤样品 | 不沾煤样品 | 岩尘样品 |
| 降尘剂溶液样品 | 十烷基磺酸钠 | 十烷基硫酸钠 | 十烷基苯磺酸钠 | 十二烷基三甲基溴化铵 |
| F avc | 10.04 | 4.25 | 2.02 | 1.23 |
| 润湿性能等级 | I级优 | II级良 | III级中 | IV级差 |
本发明将降尘剂对粉尘的润湿性能全面考虑，综合接触角、润湿速度和临界胶束浓度等性能参数的优点，得出新的可以直观反映润湿性能的参数润湿度F avc ，对降尘剂润湿粉尘的性能给出定量的评价指标以及层级划分依据，提供了一种科学评估润湿性能的新方法，在矿山、建材、冶金、建筑等行业粉尘防治中有广泛的适用性。
Claims (2)
1. 一种定量评估降尘剂润湿粉尘性能的方法，其特征在于，它以润湿速度为基础指标、接触角为优选指标、临界胶束浓度为经济指标来衡量降尘剂的润湿性能，包括以下步骤：
a. 取采自产尘点的粉尘样品，筛分出直径小于1.0 mm的粉尘试样，将筛选出来的粉尘试样置于真空干燥箱中进行干燥处理；
b. 取粉尘试样少许，加压成片，将尘片置于接触角测定仪上测定尘片与降尘剂溶液的接触角a（°）；
c. 配制50mL降尘剂溶液于烧杯，竖直放置漏斗，并用胶纸片封住漏斗下端口，将m g粉尘样倒入漏斗，移去纸片，同时用秒表计时，待粉尘刚没入液面以下时，停止计时，记下此时秒表的时间t，由此测算出润湿速度v=m/t（mg/s）；
d. 另配制一系列不同浓度的降尘剂溶液，待完全溶解后，置于表面张力仪上，分别测其表面张力，根据不同浓度降尘剂溶液的表面张力值，画出表面张力─浓度变化曲线，在表面张力突变的拐点处的降尘剂浓度即为临界胶束浓度c（mmol/L）；
e. 根据以上求出的a、v、c值，利用以下公式计算润湿度F avc ：
式中：α─临界角，取72～108゜；β─速度因子，取0.1～0.2 s/mg；γ ─浓度系数，取26～39mmol/L；a─降尘剂溶液的接触角，单位：°；v─降尘剂溶液对粉尘的润湿速度，单位：mg/s； c─降尘剂溶液的临界胶束浓度，单位：mmol/L；
f. 根据计算得到的润湿度F avc 值，润湿度值F avc 越大，相应粉尘润湿性能越好，反之则越小。
2. 根据权利要求1所述的一种定量评估降尘剂润湿粉尘性能的方法，其特征在于，所述步骤f中根据计算得到的润湿度F avc 值，对降尘剂润湿粉尘性能进行等级划分，判据如下：
I级： F avc ＞8.1，润湿性能优；
II级： 3.2＜F avc ≤8.1，润湿性能良；
III级： 1.8＜F avc ≤3.2，润湿性能中；
IV级： F avc ≤1.8，润湿性能差。
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| Wang et al. | Experimental investigation of the wetting ability of surfactants to coals dust based on physical chemistry characteristics of the different coal samples | |
| Ni et al. | Effect of nitric acid on the pore structure and fractal characteristics of coal based on the low-temperature nitrogen adsorption method | |
| Zhang et al. | Preparation and experimental dust suppression performance characterization of a novel guar gum-modification-based environmentally-friendly degradable dust suppressant | |
| Guanhua et al. | Research of wetting selectivity and wetting effect of imidazole ionic liquids on coal | |
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| Huang et al. | Preparation and properties of a rock dust suppressant for a copper mine | |
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| Green et al. | Stability analysis of soil aggregates treated with anionic polyacrylamides of different molecular formulations | |
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| Du et al. | Development and characterization of formulation of dust-suppressant used for stope road in open-pit mines | |
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| Zhao et al. | Experimental study of influence of coal dust physical–chemical properties on indirect dust suppression effect | |
| Zhao et al. | Effectiveness and mechanism of microbial dust suppressant on coal dust with different metamorphosis degree | |
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| Saengdee et al. | Utilization of sugarcane bagasse ash as filtration loss control agent in water based drilling muds | |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |