CN107057644A - 一种天然环保抑尘剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路扬尘治理的技术领域，具体涉及一种天然环保抑尘剂的制备方法。本发明首先将甘蔗渣粉末与去离子水、十六烷基苯磺酸钠混合，微波处理后得甘蔗渣混合液，随后调节pH并依次加入角豆胶、羧甲基淀粉钠进行反应得反应物，接着将甘蔗汁与海藻酸钠混合加热，并加入N,N‑二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯和交联剂，降温后再加入反应物，搅拌后调节pH，与过硫酸铵溶液混合，搅拌反应后即可得耐低温天然环保抑尘剂，本发明所得的耐低温天然环保抑尘剂具有耐低温性能，在低温条件下也可自由喷洒，不结冻，喷洒后物料表面形成一定厚度和强度的壳层，该壳层在低温环境下不冻裂、龟裂，而且无灰、无腐蚀性、无二次污染、可生物降解。
Description
技术领域
本发明属于道路扬尘治理的技术领域，具体涉及一种天然环保抑尘剂的制备方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，施工堆料场及路面扬沙也在不断增加。颗粒物污染对城市空气质量的影响范围很广，是大多数城市空气污染的首要因素。城市或露天矿道路扬尘属于无组织排放，产生大量的扬尘会对周围环境产生极大的污染。抑制扬尘最主要的控制方法是洒水，洒水抑尘的主要作用是润湿颗粒细小的干燥粉尘，使其相对密度增大，并粘结成较大的颗粒，使之在外力作用下不能飞扬。但是由于扬尘与水分之间的结合力很弱，水分很快就蒸发了，满足不了长期有效抑尘效果的需求，必须频繁洒水才能有效抑尘，水资源耗费量很大，并且冬季洒水导致路面结冰，增加交通事故隐患。
目前，扬尘的控制方法主要包括洒水和化学抑尘剂等，尤其是后者已经成为扬尘抑制的主要方法。抑尘剂的使用一般是将抑尘剂溶解或稀释成稀溶液，而后由喷洒器均匀喷洒于物料、道路表面。传统的化学抑尘剂多添加乙二醇、丙二醇等润湿助剂，而这些在低温条件下使用容易出现喷洒器冻结、结冰现象，导致无法喷洒。同时，这些化学抑尘剂喷洒后道路表面形成的壳层也因不耐低温容易发生冻裂、龟裂甚至失效，常常达不到预期抑尘效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的化学抑制剂多添加乙二醇、丙二醇等助剂，在低温条件下易出现喷洒器冻结、结冰现象，导致无法喷洒，且在喷洒后道路表面形成的壳层也因低温发生冻裂、龟裂甚至失效，导致抑尘效果不明显的缺陷，提供了一种天然环保抑尘剂的方法，
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案：
（1）称取甘蔗，榨汁后分别得甘蔗渣和甘蔗汁，甘蔗汁备用，将甘蔗渣晒干后放入粉碎机中粉碎，过筛得甘蔗渣粉末，按质量比1:5将甘蔗渣粉末加入去离子水中，混合后加入十六烷基苯磺酸钠，搅拌后得混合物，将混合物置于微波炉中，微波处理后得甘蔗渣混合液，备用；
（2）用碱液调节甘蔗渣混合液pH，调节后依次加入角豆胶、羧甲基淀粉钠和质量分数2%过硫酸铵溶液，加热后搅拌混合反应，反应结束后冷却至室温，得反应物；
（3）称取步骤（1）备用的甘蔗汁加入三口烧瓶中，并加入海藻酸钠，搅拌后依次向三口烧瓶中加入N,N’-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌后将三口烧瓶移入冰水浴锅中，并通入氩气，在低温和氩气保护条件下向三口烧瓶中加入反应物，搅拌2～3h；
（4）搅拌结束后将三口烧瓶从冰水中取出，得反应物混合液，用酸溶液调节反应物混合液pH值后在室温下向三口烧瓶中滴加过硫酸铵溶液，滴加结束后先以快速转速搅拌10～15min，随后以200～400r/min转速搅拌反应，反应结束后出料，得粘稠液，即可得到天然环保抑尘剂。
步骤（1）中所述的十六烷基苯磺酸钠的质量为甘蔗渣粉末质量3～5%，微波处理功率为500～600W，微波处理4～6min。
步骤（2）中所述的碱液为氢氧化钠的质量分数为10%，调节的pH值为9～10。
步骤（2）中所述的角豆胶质量为甘蔗渣混合液质量10～12%，羧甲基淀粉钠质量为蔗渣混合液质量6～8%，质量分数2%过硫酸铵溶液为甘蔗渣混合液质量5～10%。
步骤（2）中所述的加热温度为60～100℃，反应时间为2～4h。
步骤（3）中所述的海藻酸钠质量为甘蔗汁质量15～20%，N,N’-二甲基丙烯酰胺质量为甘蔗汁质量5～10%，甲基丙烯酸羟乙酯质量为甘蔗汁质量10～12%，N,N-亚甲基双丙烯酰胺质量为甘蔗汁质量2～4%。
步骤（3）中所述的冰水浴锅温度为3～8℃，反应物质量为甘蔗汁质量1.5～2.0倍。
步骤（4）中所述酸溶液为质量分数5%盐酸，调节pH为6.0～6.5，过硫酸铵的质量分数为5%，过硫酸铵的质量为反应物混合液质量3～5%，过硫酸铵溶液的控制滴加速度为1～2滴/s。
步骤（4）中所述的快速搅拌转速为1000～2000r/min，搅拌反应时间为4～6h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明取甘蔗，分别榨汁得甘蔗汁和甘蔗渣，利用甘蔗渣中的纤维素，与表面活性剂混合后进行微波处理，可以膨胀疏松纤维素，在引发剂的作用下与角豆胶、羧甲基淀粉钠进行交联反应，得反应物，该反应物制备原料天然环保，并且反应物可以通过自然渗透和干燥形成一层膜，形成膜的强度高，达到抑尘的效果；
（2）本发明将甘蔗汁与海藻酸钠混合加热，并加入N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯和交联剂，进行交联反应，得到的反应液与甘蔗渣制得反应物在引发剂的作用下进行反应，反应后得到抑尘剂，该抑尘剂能将细小的粉尘颗粒凝集成较大的颗粒并具有良好的固结强度，减少粉尘的扬起率，减少二次扬尘；
（3）本发明所得的天然环保抑尘剂具有耐低温性能，在冬季低温条件下也可自由喷洒，不结冻，喷洒后道路表面形成一定厚度和强度的壳层，且该壳层在低温环境下不冻裂、龟裂，抑尘剂的凝固点为-20～-16℃；
（4）本发明所得的天然环保抑尘剂能吸收空气中的水份，延长粉尘表面的湿润时间，增加粉尘颗粒的单重，减少扬尘，并且能够降低水份的蒸发速度，减少表层的水份流失，提高抑尘效率，一次喷洒可保持10～20天的抑尘效果。
具体实施方式
本发明所需原料有：甘蔗、去离子水、十六烷基苯磺酸钠、10%氢氧化钠溶液、角豆胶、羧甲基淀粉钠、2%过硫酸铵溶液、海藻酸钠、N,N’-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、5%盐酸
称取3～5kg新鲜甘蔗，榨汁后分别得甘蔗渣和甘蔗汁，甘蔗汁备用，将甘蔗渣晒干后放入粉碎机中粉碎，过100～120目筛得甘蔗渣粉末，按质量比1:5将甘蔗渣粉末加入去离子水中，混合后加入甘蔗渣粉末质量3～5%十六烷基苯磺酸钠，机械搅拌混合15～20min后得混合物，将混合物置于微波炉中，在500～600W功率下微波处理4～6min，微波处理后得甘蔗渣混合液，用质量分数10%氢氧化钠溶液调节甘蔗渣混合液pH值为9～10，调节后依次加入甘蔗渣混合液质量10～12%的角豆胶、甘蔗渣混合液质量6～8%的羧甲基淀粉钠和甘蔗渣混合液质量5～10%质量分数2%过硫酸铵溶液，加热至60～100℃后搅拌混合反应2～4h，反应结束后冷却至室温，得反应物，称取100～200g甘蔗汁加入三口烧瓶中，并加入甘蔗汁质量15～20%海藻酸钠，搅拌30～50min后加热至40～50℃，加热后依次向三口烧瓶中加入甘蔗汁质量5～10%N,N’-二甲基丙烯酰胺、甘蔗汁质量10～12%甲基丙烯酸羟乙酯和甘蔗汁质量2～4%N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合后10～15min后将三口烧瓶移入冰水浴锅中，并通入氩气，通入速率为5～10mL/min，在3～8℃和氩气保护条件下向三口烧瓶中加入甘蔗汁质量1.5～2.0倍反应物，搅拌2～3h；待搅拌结束后将三口烧瓶从冰水中取出，得反应物混合液，用质量分数5%盐酸调节反应物混合液pH值为6.0～6.5，调节后在室温下向三口烧瓶中缓慢滴加反应混合液质量分数3～5%质量分数过硫酸铵溶液，控制滴加速度为1～2滴/s，滴加结束后先以1000～2000r/min转速搅拌10～15min，随后以200～400r/min转速搅拌反应4～6h，反应结束后出料，得粘稠液，即可得到天然环保抑尘剂。
实例1
称取3kg新鲜甘蔗，榨汁后分别得甘蔗渣和甘蔗汁，甘蔗汁备用，将甘蔗渣晒干后放入粉碎机中粉碎，过100目筛得甘蔗渣粉末，按质量比1:5将甘蔗渣粉末加入去离子水中，混合后加入甘蔗渣粉末质量3%十六烷基苯磺酸钠，机械搅拌混合15min后得混合物，将混合物置于微波炉中，在500W功率下微波处理4min，微波处理后得甘蔗渣混合液，用质量分数10%氢氧化钠溶液调节甘蔗渣混合液pH值为9，调节后依次加入甘蔗渣混合液质量10%的角豆胶、甘蔗渣混合液质量6%的羧甲基淀粉钠和甘蔗渣混合液质量5%质量分数2%过硫酸铵溶液，加热至60℃后搅拌混合反应2h，反应结束后冷却至室温，得反应物，称取100g甘蔗汁加入三口烧瓶中，并加入甘蔗汁质量15%海藻酸钠，搅拌30min后加热至40℃，加热后依次向三口烧瓶中加入甘蔗汁质量5%N,N’-二甲基丙烯酰胺、甘蔗汁质量10%甲基丙烯酸羟乙酯和甘蔗汁质量2%N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合后10min后将三口烧瓶移入冰水浴锅中，并通入氩气，通入速率为5mL/min，在3℃和氩气保护条件下向三口烧瓶中加入甘蔗汁质量1.5倍反应物，搅拌2h；待搅拌结束后将三口烧瓶从冰水中取出，得反应物混合液，用质量分数5%盐酸调节反应物混合液pH值为6.0，调节后在室温下向三口烧瓶中缓慢滴加反应混合液质量分数3%质量分数过硫酸铵溶液，控制滴加速度为1滴/s，滴加结束后先以1000r/min转速搅拌10min，随后以200r/min转速搅拌反应4h，反应结束后出料，得粘稠液，即可得到天然环保抑尘剂。
实例2
称取5kg新鲜甘蔗，榨汁后分别得甘蔗渣和甘蔗汁，甘蔗汁备用，将甘蔗渣晒干后放入粉碎机中粉碎，过120目筛得甘蔗渣粉末，按质量比1:5将甘蔗渣粉末加入去离子水中，混合后加入甘蔗渣粉末质量5%十六烷基苯磺酸钠，机械搅拌混合20min后得混合物，将混合物置于微波炉中，在600W功率下微波处理6min，微波处理后得甘蔗渣混合液，用质量分数10%氢氧化钠溶液调节甘蔗渣混合液pH值为10，调节后依次加入甘蔗渣混合液质量12%的角豆胶、甘蔗渣混合液质量8%的羧甲基淀粉钠和甘蔗渣混合液质量10%质量分数2%过硫酸铵溶液，加热至100℃后搅拌混合反应4h，反应结束后冷却至室温，得反应物，称取200g甘蔗汁加入三口烧瓶中，并加入甘蔗汁质量20%海藻酸钠，搅拌50min后加热至50℃，加热后依次向三口烧瓶中加入甘蔗汁质量10%N,N’-二甲基丙烯酰胺、甘蔗汁质量12%甲基丙烯酸羟乙酯和甘蔗汁质量4%N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合后15min后将三口烧瓶移入冰水浴锅中，并通入氩气，通入速率为10mL/min，在8℃和氩气保护条件下向三口烧瓶中加入甘蔗汁质量2.0倍反应物，搅拌3h；待搅拌结束后将三口烧瓶从冰水中取出，得反应物混合液，用质量分数5%盐酸调节反应物混合液pH值为6.5，调节后在室温下向三口烧瓶中缓慢滴加反应混合液质量分数5%质量分数过硫酸铵溶液，控制滴加速度为2滴/s，滴加结束后先以2000r/min转速搅拌15min，随后以400r/min转速搅拌反应6h，反应结束后出料，得粘稠液，即可得到天然环保抑尘剂。
实例3
称取4kg新鲜甘蔗，榨汁后分别得甘蔗渣和甘蔗汁，甘蔗汁备用，将甘蔗渣晒干后放入粉碎机中粉碎，过110目筛得甘蔗渣粉末，按质量比1:5将甘蔗渣粉末加入去离子水中，混合后加入甘蔗渣粉末质量4%十六烷基苯磺酸钠，机械搅拌混合18min后得混合物，将混合物置于微波炉中，在550W功率下微波处理5min，微波处理后得甘蔗渣混合液，用质量分数10%氢氧化钠溶液调节甘蔗渣混合液pH值为9.5，调节后依次加入甘蔗渣混合液质量11%的角豆胶、甘蔗渣混合液质量7%的羧甲基淀粉钠和甘蔗渣混合液质量8%质量分数2%过硫酸铵溶液，加热至80℃后搅拌混合反应3h，反应结束后冷却至室温，得反应物，称取150g甘蔗汁加入三口烧瓶中，并加入甘蔗汁质量18%海藻酸钠，搅拌40min后加热至45℃，加热后依次向三口烧瓶中加入甘蔗汁质量8%N,N’-二甲基丙烯酰胺、甘蔗汁质量11%甲基丙烯酸羟乙酯和甘蔗汁质量3%N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合后13min后将三口烧瓶移入冰水浴锅中，并通入氩气，通入速率为8mL/min，在6℃和氩气保护条件下向三口烧瓶中加入甘蔗汁质量1.8倍反应物，搅拌2.5h；待搅拌结束后将三口烧瓶从冰水中取出，得反应物混合液，用质量分数5%盐酸调节反应物混合液pH值为6.3，调节后在室温下向三口烧瓶中缓慢滴加反应混合液质量分数4%质量分数过硫酸铵溶液，控制滴加速度为1～2滴/s，滴加结束后先以1500r/min转速搅拌13min，随后以300r/min转速搅拌反应5h，反应结束后出料，得粘稠液，即可得到天然环保抑尘剂。
将上述实例所得天然环保抑尘剂进行检测。
表一：天然环保抑尘剂
| 风蚀率/% | 粘度/MPa·s（25℃） | 固形物/% | |
| 实例1 | 0.8 | 6.2 | 1.2 |
| 实例2 | 0.4 | 8.6 | 1.8 |
| 实例3 | 0.6 | 7.4 | 1.6 |
结果如表一所示。
Claims (9)
1.一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取甘蔗，榨汁后分别得甘蔗渣和甘蔗汁，甘蔗汁备用，将甘蔗渣晒干后放入粉碎机中粉碎，过筛得甘蔗渣粉末，按质量比1:5将甘蔗渣粉末加入去离子水中，混合后加入十六烷基苯磺酸钠，搅拌后得混合物，将混合物置于微波炉中，微波处理后得甘蔗渣混合液，备用；
（2）用碱液调节甘蔗渣混合液pH，调节后依次加入角豆胶、羧甲基淀粉钠和质量分数2%过硫酸铵溶液，加热后搅拌混合反应，反应结束后冷却至室温，得反应物；
（3）称取步骤（1）备用的甘蔗汁加入三口烧瓶中，并加入海藻酸钠，搅拌后依次向三口烧瓶中加入N,N’-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌后将三口烧瓶移入冰水浴锅中，并通入氩气，在低温和氩气保护条件下向三口烧瓶中加入反应物，搅拌2～3h；
（4）搅拌结束后将三口烧瓶从冰水中取出，得反应物混合液，用酸溶液调节反应物混合液pH值后在室温下向三口烧瓶中滴加过硫酸铵溶液，滴加结束后先以快速转速搅拌10～15min，随后以200～400r/min转速搅拌反应，反应结束后出料，得粘稠液，即可得到天然环保抑尘剂。
2.根据权利要求1所述的一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的十六烷基苯磺酸钠的质量为甘蔗渣粉末质量3～5%，微波处理功率为500～600W，微波处理4～6min。
3.根据权利要求1所述的一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的碱液为氢氧化钠的质量分数为10%，调节的pH值为9～10。
4.根据权利要求1所述的一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的角豆胶质量为甘蔗渣混合液质量10～12%，羧甲基淀粉钠质量为蔗渣混合液质量6～8%，质量分数2%过硫酸铵溶液为甘蔗渣混合液质量5～10%。
5.根据权利要求1所述的一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的加热温度为60～100℃，反应时间为2～4h。
6.根据权利要求1所述的一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的海藻酸钠质量为甘蔗汁质量15～20%，N,N’-二甲基丙烯酰胺质量为甘蔗汁质量5～10%，甲基丙烯酸羟乙酯质量为甘蔗汁质量10～12%，N,N-亚甲基双丙烯酰胺质量为甘蔗汁质量2～4%。
7.根据权利要求1所述的一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的冰水浴锅温度为3～8℃，反应物质量为甘蔗汁质量1.5～2.0倍。
8.根据权利要求1所述的一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述酸溶液为质量分数5%盐酸，调节pH为6.0～6.5，过硫酸铵的质量分数为5%，过硫酸铵的质量为反应物混合液质量3～5%，过硫酸铵溶液的控制滴加速度为1～2滴/s。
9.根据权利要求1所述的一种天然环保抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的快速搅拌转速为1000～2000r/min，搅拌反应时间为4～6h。
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