CN106318322A - 一种高分子抑尘剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子抑尘剂，属于抑尘剂领域。本发明的一种高分子抑尘剂，包括聚合物分子（C18H29O3S）m‑(C3H5)n‑(C3H4N)z，m≥10，n≥15，z≥5，所述聚合物分子具有空间三维网状结构。本发明的一种高分子抑尘剂具有针对开放性尘源防治，可广泛应用与煤炭及各类金属，非金属矿区，矿物粉渣堆料场，煤炭及矿粉运输，矿物土方储存卸载场，建筑物拆除、在建道路沿线，火电厂，水泥厂，钢铁厂，冶金厂，粉尘车间，人工沙滩和沙漠化地区等场所，具有良好抵御风蚀能力和抗压强度，能够持久发挥抑尘功效，避免扬尘所造成的环境污染或资源（如煤粉）的大量浪费，具有环境友好的特点。

Description

一种高分子抑尘剂
技术领域
本发明涉及一种抑尘剂，特别是一种高分子抑尘剂。
背景技术
随着经济的发展，粉尘污染已成为导致大气质量不佳又难以控制的主要污染物。扬尘造成的污染容易引发生态平衡的破坏，影响周边人群的身心健康和生命安全，引发民事纠纷，缩短作业机器的服务寿命，制约地区经济发展等，因此，粉尘防治的重要性越来越突出。我国对固定工业污染源，特别是能源燃烧和生产工艺过程中排放颗粒物的研究有较长的历史，并有一套较完整的测试、治理、管理方法。然而，对开放性尘源，如建筑工地、易扬尘物料堆、道路、裸露地面、沙化地区等的扬尘污染和控制尚无系统的研究，使得扬尘对大气中可吸入颗粒物(PM)污染的贡献越来越显著。特别是，随着近年来城市建设速度不断加快，开工建设的工程项目不断增加，旧城拆迁改造、地铁工程建设、建筑工地施工和道路施工等引发的扬尘污染问题也日益突出，扬尘污染防治形势严峻。
国内外一般对开放性尘源的防治对策主要有洒水抑尘、苫盖抑尘、设置挡风抑尘墙抑尘、建造封闭式结构、化学抑尘、沙化地区采用草方格等。洒水抑尘不仅造成大量水资源的浪费，而且由于我国北方地区夏季气温高，蒸发快(一般喷洒一次只能保持10min左右)，而冬季气温低，易结冰，因此，其实际应用受到很大限制；散料的苫盖编织布强度低、光滑、重量轻、易兜风，使用寿命短，成本高，不仅造成了资源的浪费，而且苫盖和拆剁的工序麻烦，不利于作业的提速增效；挡风抑尘墙和建造封闭式结构抑尘一次性投资巨大，且不能捕捉漂浮在空气中的粉尘，对于不断有新的粉尘产生的作业区，其抑尘能力有限；化学抑尘剂具有良好的效果，但是现有的化学抑尘剂在抵御风蚀能力和抗压强度均较弱，导致其在开放性尘源防治过程中极易损耗，无法持久发挥抑尘作用。
现有专利，如申请号CN201010135471.5，发明名称：一种高分子环保固沙抑尘剂，该专利的高分子抑尘剂仅具有吸湿保水性能，但没有对其抗风蚀性能进行改善；申请号201410319119.5，发明名称：自交联高分子抑尘剂及其制备方法，该专利也仅对其耐候性、耐水性、耐酸碱性，耐腐蚀性进行了改善，同时，该专利所表述的抑尘剂的作用原理为交联固化成膜，难以消散，对环境极易造成二次污染。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种针对开放性尘源防治，可广泛应用与煤炭及各类金属、非金属矿区，矿物粉渣堆料场，煤炭及矿粉运输，矿物土方储存卸载场，建筑物拆除、在建道路沿线，火电厂，水泥厂，钢铁厂，冶金厂，粉尘车间，人工沙滩和沙漠化地区等场所，具有良好抵御风蚀能力和抗压强度，能够持久发挥抑尘功效，避免大量资源（如煤粉）浪费，环境友好且无负担的高分子抑尘剂。
本发明采用的技术方案如下：
本发明一种高分子抑尘剂，包括聚合物分子（C18H29O3S）m-(C3H5)n-(C3H4N)z，m≥10，n≥15，z≥5，所述聚合物分子具有空间三维网状结构。
本发明的一种高分子抑尘剂，所述聚合物分子与（C18H29O3S）m-(C3H5)n，m≥8，n≥3，(C3H5)m-(C3H4N)n，m≥12，n≥7，（C18H29O3S）m- (C3H4N)n，m≥9，n≥4，相互交联，通过分子间氢键相连。
由于采用了上述技术方案，抑尘效果好，常温下具有良好的凝并性，保湿性和水稳性，残留率较低，对环境友好，避免造成二次污染，在防治实验过程中，高分子抑尘剂的粘度为9.8mPa·s，处于交适宜的水平，若粘度较大，会使粉尘结壳，但如粘度太低，凝并效果并不好，同时其表面张力较同类产品低。本发明的一种高分子抑尘剂具有良好的润湿性，使得高分子抑尘剂具有良好的渗透性，从而渗透时间低，能够迅速的发挥抑尘作用，有效地抑制开源性扬尘，减少环境污染。
本发明的一种高分子抑尘剂，所述有机抑尘剂以十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺为前驱物，经催化缩合反应制得，所述十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺的质量比为3：15：8。
由于采用了上述技术方案，前驱物的比例为最佳值，反应制得的聚合物分子聚合度能够满足抑尘需求，具有上述良好的抑尘性能。
本发明的一种高分子抑尘剂，所述催化缩合反应经过两步催化，所述催化剂为过硫酸铵和过硫酸钾的混合水溶液。
由于采用了上述技术方案，经过两步催化，先将反应体系活化后，再对反应过程活化，催化效率较高，能够保证前驱物之间的良好反应，减少副反应及副产物，保证反应产生的高分子聚合物具有上述的良好的抑尘性能，提高反应的产率及效率。
本发明的一种高分子抑尘剂，所述两步催化包括以下步骤，加入适量水于反应釜中，加入1%的过硫酸铵水溶液和1%的过硫酸钾水溶液，搅拌加热，升温至60~80℃，向反应釜中加入十二烷基苯磺酸钠，恒温搅拌30~45min；加入丙三醇和op-10，恒温搅拌30~45min；加入浓度为10%的丙烯酰胺水溶液，再次加入1%的过硫酸铵水溶液和1%的过硫酸钾水溶液，恒温反应1~3h，加入水玻璃，搅拌30~45min，混合均匀后停止搅拌后，自然冷却。
由于采用了上述技术方案，反应制备工艺不复杂，设备要求低，能够通过简单的制备方法得到高效的产品，减小生产成本，适宜大批量的生产制备，
本发明的一种高分子抑尘剂，所述十二烷基苯磺酸钠，op-10，过硫酸铵，过硫酸钾，水玻璃和水的质量比为3：40：0.4：0.6：4：30。
由于采用了上述技术方案，上述比例为最佳值。
本发明的一种高分子抑尘剂，所述前驱物十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺分别经过微波预处理，所述微波预处理包括以下步骤，将前驱物十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺分别置于氮气保护下，微波输出功率800W，频率2450MHz，处理25min。
由于采用了上述技术方案，经过微波前处理的前驱物反应活性大大增强，降低分子的活化能和化学键强度，降低十二烷基苯磺酸钠和丙三醇，丙烯酰胺和丙三醇的反应能量，减小副反应，配合催化剂，最终十二烷基苯磺酸钠形成多种掺杂形态，产物高分子链上正电荷分布不均匀，形成众多的极化子，使得高分子对粉尘的吸附作用增强。
本发明的一种高分子抑尘剂，所述催化缩合反应后得到的产物经过等离子后处理，所述等离子后处理在低温氮气下进行。
由于采用了上述技术方案，经过等离子攻击（C18H29O3S）m-(C3H5)n-(C3H4N)z表面，粒子交错成波浪式堆叠在（C18H29O3S）m-(C3H5)n-(C3H4N)z表面形成层状组织，该层状组织呈扁平薄片状，粒子不可避免的存在于孔隙或空洞中，从而使粒子收缩而产生微观收缩力，形成钝化层，从而增加其抗风蚀性能。
本发明的一种高分子抑尘剂，所述等离子后处理包括以下步骤，将产物置于在气压600~700Pa，氮气与氢气的体积比为2：1，在氮气流速为30~40L/h，温度-20~-10℃的条件下，电压为550~650V，脉冲间隔600μs，处理45~50min。
由于采用了上述技术方案，等离子速强度较大，撞击时间过长，对聚合物高分子的性能改变较大，影响抑尘剂的抑尘效果，造成分子间氢键断裂，聚合物分子脆化，最终失去抑尘效果；上述条件为最佳，能够增加聚合物分子的抗风蚀性能，但对其抑尘效果的影响较小。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、针对开放性尘源防治，可广泛应用与煤炭及各类金属，非金属矿区，矿物粉渣堆料场，煤炭及矿粉运输，矿物土方储存卸载场，建筑物拆除、在建道路沿线，火电厂，水泥厂，钢铁厂，冶金厂，粉尘车间，人工沙滩和沙漠化地区等场所，具有良好抵御风蚀能力和抗压强度，能够持久发挥抑尘剂功效，避免大量浪费，对环境友好无负担。
2、常温下具有良好的凝并性，保湿性和水稳性，残留率较低，对环境友好，避免造成二次污染，在防治实验过程中，高分子抑尘剂的粘度为9.8mPa·s，处于交适宜的水平，若粘度较大，会使粉尘结壳，但粘度太低，凝并效果并不好好，同时其表面张力较同类产品低，具有良好的润湿性，使得高分子抑尘剂具有良好的渗透性，渗透时间降低，能够迅速的发挥抑尘作用，有效的抑尘开源性扬尘，减少环境污染。
具体实施方式
下面对本发明作详细的说明。
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
加入适量水于反应釜中，加入1%的过硫酸铵水溶液和1%的过硫酸钾水溶液，搅拌加热，升温至60~80℃，向反应釜中加入十二烷基苯磺酸钠，恒温搅拌30~45min；加入丙三醇和op-10，恒温搅拌30~45min；加入浓度为10%的丙烯酰胺水溶液，再次加入1%的过硫酸铵水溶液和1%的过硫酸钾水溶液，恒温反应1~3h，加入水玻璃，搅拌30~45min，混合均匀后停止搅拌后，自然冷却。得到的抑制剂编号为A
十二烷基苯磺酸钠，丙三醇，丙烯酰胺，op-10，过硫酸铵，过硫酸钾，水玻璃和水的质量比为3：15：8：40：0.4：0.6：4：30。
实施例2
将前驱物十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺分别置于氮气保护下，微波输出功率800W，频率2450MHz，处理25min，加入适量水于反应釜中，加入1%的过硫酸铵水溶液和1%的过硫酸钾水溶液，搅拌加热，升温至60~80℃，向反应釜中加入经过微波处理的十二烷基苯磺酸钠，恒温搅拌30~45min；加入经过微波处理的丙三醇和op-10，恒温搅拌30~45min；将经过微波处理的丙烯酰胺配置成浓度为10%的水溶液，加入丙烯酰胺水溶液，再次加入1%的过硫酸铵水溶液和1%的过硫酸钾水溶液，恒温反应1~3h，加入水玻璃，搅拌30~45min，混合均匀后停止搅拌后，自然冷却。将产物置于在气压600~700Pa，氮气与氢气的体积比为2：1，在氮气流速为30~40L/h，温度-20~-10℃的条件下，电压为550~650V，脉冲间隔600μs，处理45~50min。得到的抑制剂编号为B。
十二烷基苯磺酸钠，丙三醇，丙烯酰胺，op-10，过硫酸铵，过硫酸钾，水玻璃和水的质量比为3：15：8：40：0.4：0.6：4：30。
实施例3
将本发明制备的高分子抑制剂A和B进行抗风蚀性能风洞实验，和抗压能力实验，并与市售无机抑尘剂，市售有机抑尘剂和市售混合型抑尘剂进行对比。
抗风蚀性能实验：在尺寸为31cm×21cm×4cm铁盘模型内，装满沙丘沙并将之摊平，用喷枪将1%的不同种抑制剂均匀地喷洒在沙盘上，自然风干后，将模型固沙试样置于实验段，并使之分别与风洞底部相平和与底部成30°角2中方式放置，在7，15，20m/s的净风和饱和风沙流状态下进行吹蚀实验。
抗压能力实验：将掺有10%抑尘剂的沙料做成7.07cm×7.07cm×7.07cm立方体，放在室内一定时间自然风干，然后将试块防盗压力机上测试。
实验结果如下表所示
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高分子抑尘剂，其特征在于：包括聚合物分子（C18H29O3S）m-(C3H5)n-(C3H4N)z，m≥10，n≥15，z≥5，所述聚合物分子具有空间三维网状结构。
2.如权利要求1所述的一种高分子抑尘剂，其特征在于：所述聚合物分子与（C18H29O3S）m-(C3H5)n，m≥8，n≥3，(C3H5)m-(C3H4N)n，m≥12，n≥7，（C18H29O3S）m- (C3H4N)n，m≥9，n≥4，相互交联，通过分子间氢键相连。
3.如权利要求1或2所述的一种高分子抑尘剂，其特征在于：所述有机抑尘剂以十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺为前驱物，经催化缩合反应制得，所述十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺的质量比为3：15：8。
4.如权利要求3所述的一种高分子抑尘剂，其特征在于：所述催化缩合反应经过两步催化，所述催化剂为过硫酸铵和过硫酸钾的混合水溶液。
5.如权利要求4所述的一种高分子抑尘剂，其特征在于：所述两步催化包括以下步骤，加入适量水于反应釜中，加入1%的过硫酸铵水溶液和1%的过硫酸钾水溶液，搅拌加热，升温至60~80℃，向反应釜中加入十二烷基苯磺酸钠，恒温搅拌30~45min；加入丙三醇和op-10，恒温搅拌30~45min；加入浓度为10%的丙烯酰胺水溶液，再次加入1%的过硫酸铵水溶液和1%的过硫酸钾水溶液，恒温反应1~3h，加入水玻璃，搅拌30~45min，混合均匀后停止搅拌后，自然冷却。
6.如权利要求4 或5所述的一种高分子抑尘剂，其特征在于：所述十二烷基苯磺酸钠，op-10，过硫酸铵，过硫酸钾，水玻璃和水的质量比为3：40：0.4：0.6：4：30。
7.如权利要求6所述的一种高分子抑尘剂，其特征在于：所述前驱物十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺分别经过微波预处理，所述微波预处理包括以下步骤，将前驱物十二烷基苯磺酸钠，丙三醇和丙烯酰胺分别置于氮气保护下，微波输出功率800W，频率2450MHz，处理25min。
8.如权利要求7所述的一种高分子抑尘剂，其特征在于：所述催化缩合反应后得到的产物经过等离子后处理，所述等离子后处理在低温氮气下进行。
9.如权利要求8所述的一种高分子抑尘剂，其特征在于：所述等离子后处理包括以下步骤，将产物置于在气压600~700Pa，氮气与氢气的体积比为2：1，在氮气流速为30~40L/h，温度-20~-10℃的条件下，电压为550~650V，脉冲间隔600μs，处理45~50min。
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