CN106833528B - 淀粉类抑尘剂及其制备方法 - Google Patents

淀粉类抑尘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种淀粉类抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：将可溶性糖、氨基酸或氨基酸盐、小球藻粉以及水混合，在12‑30℃下培养5‑30天，得到分散液；将分散液加入变性淀粉水溶液中混匀，得到淀粉类抑尘剂，其中变性淀粉由淀粉与聚乙烯醇、丙烯酸接枝共聚制得。本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的淀粉类抑尘剂。本发明利用淀粉接枝聚乙烯醇与丙烯酸两种单体，制备出的变性淀粉具有粘度大、水溶性好和理化性质稳定等优点，再加入含有小球藻成分的散布液体，使抑尘剂的抑尘效果显著提高。

Description

淀粉类抑尘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及抑尘剂制备技术和环境保护领域，尤其涉及一种淀粉类抑尘剂及其制备方法。
背景技术
近年来，在中国的火力发电厂使用的燃料中，煤炭占主要的比例。煤炭扬尘是煤炭生产和使用企业以及矿区城市主要的大气污染尘源之一，也是铁路等煤炭运输过程中造成煤炭损失及引起对铁路周边环境的粉尘公害的重要原因之一。因此，采取煤炭扬尘控制措施，既是煤炭生产和使用企业降低污染、安全生产的主要措施，也是节约资源、保护环境的重要措施。
目前一般采用洒水的方法抑制煤炭扬尘。洒水抑尘的作用在于润湿煤层表面颗粒细小的干燥煤尘，使其粘结成较大的颗粒，达到在外力作用下不能飞扬的目的。这种方法虽然简便易行，但由于煤尘与水分子之间的结合力较弱，水分很容易蒸发，满足不了长期有效的抑尘需求。因此开发新型廉价优质的煤炭抑尘用新材料是非常必要的。淀粉的接枝改性制备抑尘剂引起了科学研究者的广泛关注。淀粉用乙烯基单体的接枝共聚属于自由基聚合机理，目前主要有湿法、干法和淀粉糊化状态接枝法，每种方法都有各自的特点。现已有文献报导在淀粉上接枝丙烯酰胺等支链，合成具有吸水保水性树脂抑尘剂，对煤尘具有保湿、凝并和固结作用，起到抑制煤炭扬尘的作用。现有抑尘剂的抑尘效果有待提高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种淀粉类抑尘剂及其制备方法，利用淀粉接枝聚乙烯醇与丙烯酸两种单体，制备出的变性淀粉具有粘度大、水溶性好和理化性质稳定等优点，再加入含有小球藻成分的散布液体，使抑尘剂的抑尘效果显著提高。
在一方面，本发明提供了一种淀粉类抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)可溶性糖、氨基酸或氨基酸盐、小球藻粉以及水混合，在12-30℃下培养5-30天，得到分散液；
(2)将步骤(1)得到的分散液加入变性淀粉水溶液中混匀，得到淀粉类抑尘剂，其中变性淀粉由淀粉与聚乙烯醇、丙烯酸接枝共聚制得。
进一步地，在步骤(1)中，将自来水煮沸20min得到无菌水。
进一步地，在步骤(1)中，培养时，每隔1-3h震荡，使小球藻均匀分布在培养液中。
进一步地，在步骤(1)中，可溶性糖为葡萄糖、蔗糖和麦芽糖中的一种或几种；氮源为蛋白胨、尿素、谷氨酸、谷氨酸钠等氨基酸类。
进一步地，在步骤(1)中，可溶性糖、氨基酸或氨基酸盐、小球藻粉的质量比为25:1～10:1。
进一步地，在步骤(2)中，淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉和小麦淀粉中的一种或几种。
进一步地，在步骤(2)中，变性淀粉的制备方法包括以下步骤：
(S1)用碱中和丙烯酸，中和度为60-90％；
(S2)将聚乙烯醇溶于水，然后在12-30℃下加入步骤(S1)得到的中和后的丙烯酸，再加入淀粉和引发剂，混匀后在45～85℃下反应60-120min，冷却后得到变性淀粉。
进一步地，在步骤(S1)中，碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
进一步地，在步骤(S2)中，聚乙烯醇的醇解度为70-98％。
进一步地，在步骤(S2)中，中和后的丙烯酸、聚乙烯醇和淀粉的质量比为1:9-9:1。
进一步地，在步骤(S2)中，引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
进一步地，在步骤(S2)中，引发剂的质量为聚乙烯醇、中和后的丙烯酸和淀粉总质量的0.1％-1.0％。
在另一方面，本发明还提供了采用上述方法所制备的淀粉类抑尘剂。
本发明采用淀粉作为交联网络骨架，利用引发剂将聚乙烯醇与丙烯酸接枝打淀粉上，制备出的变性淀粉具有粘度大、水溶性好和理化性质稳定等优点；本发明提供了一种过程简单、抑尘效果显著，且经济易得的环保型抑尘剂的制备方法。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)小球藻散布液对亲油性煤有附着性，在变性淀粉溶液中加入含小球藻的分散液，可促使抑尘剂附着在煤的表面，形成覆盖膜；
(2)小球藻的长度及宽度较小且具有亲油性质，可渗透至具有亲油性煤的细孔当中，增大了抑尘剂在煤层表面的渗透性，提高了抑尘效果；
(3)球藻具有较多脂质且有机碳元素含量较高，其燃烧放出热量相当于相同质量煤炭的80％，作为燃料拥有和煤炭混烧的特性；
(4)因小球藻与煤炭具有混烧性，其混烧部分可达到碳中和的效果，不仅能减少二氧化碳排的放量，而且在节能方面有积极的作用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
将18mL丙烯酸用浓度为30％的NaOH溶液中和至中和度为70％，备用。另取7.00g醇解度为70％的聚乙烯醇置于500mL烧杯中，加入150mL去离子水，加热至85℃使其完全溶解。降至室温后，加入上述中和度为70％的丙烯酸，再依次加入2.00g玉米淀粉、0.35％(占总质量百分数)的过硫酸钾，搅拌混匀，于65℃水浴条件下搅拌80min，冷却至室温，得到变性淀粉溶液。
将自来水煮沸20min，得到无菌水，取100mL无菌水置于250mL已高温灭菌的锥形瓶中，再加入葡萄糖5.00g，谷氨酸钠0.23g，小球藻粉0.20g，并用纱布封口。常温培养7天，小球藻的培养过程中，每隔2小时震荡一次锥形瓶，使小球藻均匀分布于培养液中，得到含有小球藻成分的分散液。然后将分散液加入上述制备的变性淀粉溶液中，得到淀粉类抑尘剂。
按照铁道部的标准测定抑尘剂的抑尘效果，具体方法如下：
①风蚀率的测定及计算方法：
选取10目～30目的煤样，在烘箱中50℃的条件下烘300min，除去水分。取适当量的煤分别盛放于2个(300mm×210mm×30mm)搪瓷托盘，使煤层表面与托盘平齐，并分别进行称重，其中煤的质量为w1。将两个托盘中按比例分别喷洒抑尘剂，在烘箱中50℃的条件下烘120min之后分别放入风洞中，煤层表面风速为30m/s的条件下进行5min的吹蚀，然后分别进行称重，剩余煤的质量为w2。然后按下列公式分别计算样品风蚀率：
式中，E代表样品风蚀率；w1代表吹蚀前煤的质量；w2代表吹蚀后煤的质量。
通过上述方法得到样品1的风蚀率为E1，样品2的风蚀率为E2，取其平均值，即为本实施例淀粉类抑尘剂的风蚀率测试结果。
②喷洒后形成的固化层厚度的测定：
任意取4处吹蚀后的煤层所形成的固化层，用刻度尺测其厚度，取其平均值，即为本实施例淀粉类抑尘剂处理煤层后固化层的厚度。
通过计算，本实施例淀粉类抑尘剂的风蚀率为0.52％，固化层厚度为1.02cm。结果表明，采用本发明的方法制备的淀粉类抑尘剂对煤尘有较好的抑尘效果，符合铁道部标准。
实施例2
将18mL丙烯酸用浓度为30％的KOH溶液中和至中和度为75％，备用。另取7.00g醇解度为98％的聚乙烯醇置于500mL烧杯中，加入150mL去离子水，加热至85℃使其完全溶解。降至室温后，加入上述中和度为75％的丙烯酸，再依次加入2.00g木薯淀粉、0.30％(占总质量百分数)的过硫酸铵，搅拌混匀，于70℃水浴条件下搅拌60min，冷却至室温，得到变性淀粉溶液。
将自来水煮沸20min，得到无菌水，取100mL无菌水置于250mL已高温灭菌的锥形瓶中，再加入蔗糖5.00g，谷氨酸钠2.00g，小球藻粉0.20g，并用纱布封口。常温培养5天，小球藻的培养过程中，每隔1小时震荡一次锥形瓶，使小球藻均匀分布于培养液中，得到含有小球藻成分的分散液。然后将分散液加入上述制备的变性淀粉溶液中，得到淀粉类抑尘剂。
实施例3
将9mL丙烯酸用浓度为30％的NaOH溶液中和至中和度为85％，备用。另取7.00g醇解度为85％的聚乙烯醇置于500mL烧杯中，加入150mL去离子水，加热至85℃使其完全溶解。降至室温后，加入上述中和度为85％的丙烯酸，再依次加入2.00g小麦淀粉、0.35％(占总质量百分数)的过硫酸钾，搅拌混匀，于60℃水浴条件下搅拌100min，冷却至室温，得到变性淀粉溶液。
将自来水煮沸20min，得到无菌水，取100mL无菌水置于250mL已高温灭菌的锥形瓶中，再加入麦芽糖5.00g，谷氨酸钠0.23g，小球藻粉0.20g，并用纱布封口。常温培养10天，小球藻的培养过程中，每隔3小时震荡一次锥形瓶，使小球藻均匀分布于培养液中，得到含有小球藻成分的分散液。然后将分散液加入上述制备的变性淀粉溶液中，得到淀粉类抑尘剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种淀粉类抑尘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将可溶性糖、氨基酸或氨基酸盐、小球藻粉以及水混合，在12-30℃下培养5-30天，得到分散液；
(2)将步骤(1)得到的所述分散液加入变性淀粉水溶液中混匀，得到所述淀粉类抑尘剂，其中所述变性淀粉由淀粉与聚乙烯醇、丙烯酸接枝共聚制得；
所述变性淀粉的制备方法包括以下步骤：
(S1)用碱中和丙烯酸，中和度为60-90％；所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾；
(S2)将聚乙烯醇溶于水，加入步骤(S1)得到的中和后的丙烯酸、淀粉和引发剂，混匀后在45～85℃下反应，得到所述变性淀粉；所述中和后的丙烯酸、聚乙烯醇和淀粉的质量比为1:9-9:1；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；所述引发剂的质量为所述聚乙烯醇、中和后的丙烯酸和淀粉总质量的0.1％-1.0％。
2.根据权利要求1所述的淀粉类抑尘剂的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述可溶性糖为葡萄糖、蔗糖和麦芽糖中的一种或几种；所述氨基酸为谷氨酸，所述氨基酸盐为谷氨酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的淀粉类抑尘剂的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述可溶性糖、氨基酸或氨基酸盐、小球藻粉的质量比为25:1～10:1。
4.根据权利要求1所述的淀粉类抑尘剂的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉和小麦淀粉中的一种或几种。
5.一种由权利要求1所述的制备方法制得的淀粉类抑尘剂。
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