CN107739593B - 可生物降解的大气粉尘抑制剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可生物降解的大气粉尘抑制剂，由从海藻中提取并改性的高分子聚合物和辅料组成，所述的辅料包括甘油、保湿剂、促进剂、表面活性剂和水；按重量百分比计，从海藻中提取并改性的高分子聚合物3‑5％、甘油1‑3％、保湿剂0.1‑1％、促进剂0.1‑1％、表面活性剂0.1‑1％、余量为水。本发明从海洋藻类中萃取并进一步合成的生物高分子材料，配合助剂制得的粉尘抑制剂，其环境友好还能降低海洋环境压力，产品使用无二次污染，可生物降解；结壳速度快，粉尘控制见效快；可持续抑尘周期长，且具有抗雨淋、抗紫外线、抗晒抗冻的性能。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，具体的说是一种可生物降解的大气粉尘抑制剂。
背景技术
热电等行业燃煤排放、工业尤其是重化工生产的工业粉尘、汽车尾气、易产生扬尘的物料等都是大气粉尘污染的主要来源，而我们常说的霾就是微米量级的粉尘颗粒造成的。粉尘的颗粒直径越小，其含有的重金属和吸附的各种有毒物质会随着呼吸道进入气管甚至肺泡中，对健康危害越大。
粉尘还会降低产品质量和机器工作精度。如感光胶片，集成电路、精密仪表和微型电机等产品，要是被粉尘沾污或其转动部件被磨损、卡住，就会降低质量甚至报废。
粉尘可使光照度和能见度降低，影响室内作业环境的视野，往往会造成工人的误操作，增加工伤事故的发生概率。空气中的粉尘达到一定浓度时，就可能引发爆炸，造成经济损失和人员伤亡。
粉尘污染的危害在许多行业显现的非常突出，比如高速公路路面的灰尘会常常引起路面打滑，引起司机视线距离短以及汽车效率降低等等，矿藏企业也会因为粉尘过多存在爆炸的危险，施工工地的粉尘过多也会引起环境的污染，港口码头堆放的矿石物料如铁矿石、煤炭等堆积物中含有大量颗粒物，在空气流动状况下很容易起尘扬尘，特别是那些小于200nm的细微颗粒漂浮之后不容易沉降造成周边区域的大气污染，由此对粉尘进行控制已经刻不容缓。
传统的除尘方法存在一定的弊端：
一、使用隔离、收集等物理手段去除空气中已有粉尘的防风墙、袋式除尘、电除尘等除尘方法，具有成本高、适用局部尘源、能耗高缺点。
二、洒水除尘：必须不断补充水分进行洒水作业。用于煤时，会导致其比热值减低，而且湿的物料对设备会造成较大磨损，此外还会产生水污染，需要进行污水处理。
三、化学抑尘药剂：主要成分为表面活性剂类化学品物质和高分子聚合物，如渗透剂、润湿剂，高分子吸水剂以及高分子成膜剂等等，这些物质通常有一定的污染性，在雨水作用下其中的大部分物质如表面活性剂渗透剂、润湿剂以及没有完全聚合的高分子单体等会溶解于水，随雨水进入地下，河流和大海，对地下水、河流和海洋形成局部污染；碱金属或碱土金属的氯化物在对煤炭和矿物堆料进行降尘时，会降低煤炭的燃烧值，污染矿物质，使矿物质纯度降低。
后来产生了以海藻酸钠为主的抑制剂，但是海藻酸钠微溶于水，微粒的水合作用使其表面具有粘性，容易粘合在一起形成团块。作为抑尘剂不能配备高倍浓缩液，使用过程中也不方便稀释喷洒，在不加入抑菌剂的情况下，极易变质，不能长时间保存。
中国专利申请《一种防止煤炭运输产生煤尘的粘结型抑尘剂》，公开号为CN10243310 A，提供了一种防止煤炭运输产生煤尘的粘结型抑尘剂。但是，此种抑尘剂主要以造纸工业的副产物木质素磺酸盐为原料，该原料虽然价格低廉，但喷洒在物料上会有一定的色度，且有强烈刺激的气味，除特殊场合外，不适合大面积推广及喷洒。
发明内容
根据上述不足之处，本发明的目的是提供一种可生物降解的大气粉尘抑制剂，该抑制剂具有韧性好、结壳速度快、持续效果长，且具有抗雨淋、抗紫外线、抗晒抗冻的性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案在于：一种可生物降解的大气粉尘抑制剂，由从海藻中提取并改性的高分子聚合物和辅料组成，所述的辅料包括甘油、保湿剂、促进剂、表面活性剂和水；按重量百分比计，
优选的是：所述的高分子聚合物通过以下方法制得：将海藻原料进行粉碎，粉碎后的海藻粉在碱液中进行消化，将消化液磨碎成浆，将浆液稀释至恩氏110-130秒后过滤，将得到的上清液在搅拌速度为100-200r/min的条件下，均匀加入钙盐和表面活性剂进行改性，所述的钙盐和表面活性剂的总量占上清液质量的0.1-1％，搅拌不少于30min，加入75％的乙醇水溶液，所述的75％的乙醇水溶液与上述改性后的溶液的用量比是1∶5-1∶8，在60-80℃的温度下搅拌30min，将得到的反应液离心脱水，烘干，再磨碎即可。
优选的是：所述的海藻原料为新鲜海藻或者将干燥的海藻在水中泡发后得到的泡发海藻。
优选的是：所述的保湿剂为醋酸钠、醋酸钙、氯化镁、氯化钙中的一种或两种以上任意比例的混合物。
优选的是：所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺中的一种或两种以上任意比例的混合物。
优选的是：所述的促进剂为二氧化钛、硼酸、硼砂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
本发明还提供一种大气粉尘抑制剂的制备工艺，在30-50℃的条件下，先将保湿剂溶于水，再依次添加从海藻中提取并改性的高分子聚合物、表面活性剂，最后加入促进剂，搅拌，即可得到所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂。
本发明的有益效果在于：本发明从海洋藻类中萃取并进一步合成的生物高分子材料，配合助剂制得的粉尘抑制剂，其环境友好还能降低海洋环境压力，产品使用无二次污染，可生物降解；结壳速度快，粉尘控制见效快；可持续抑尘周期长，且具有抗雨淋、抗紫外线、抗晒抗冻的性能。
附图说明
图1是喷木质素磺酸盐产品的沙土结壳层可持续时间的效果图；
图2是喷本发明产品的沙土结壳层可持续时间的效果图；
图3是原煤上进行雨水模拟实验的效果图；
图4是在喷洒本发明产品的结壳层上进行雨水模拟实验图；
图5是在喷洒本发明产品的结壳层上进行雨水模拟实验1h后的效果图；
图6是喷洒本发明产品的结壳层抗紫外线及日常风吹的效果图；
图7是喷洒本发明产品的煤粒的防冻效果图一；
图8是喷洒本发明产品的煤粒的防冻效果图二；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明涉及一种可生物降解的大气粉尘抑制剂，由从海藻中提取并改性的高分子聚合物和辅料组成，所述的辅料包括甘油、保湿剂、促进剂、表面活性剂和水；按重量百分比计，
其中，高分子聚合物通过以下方法制得：将海藻原料进行粉碎，粉碎后的海藻粉在碱液中进行消化，将消化液磨碎成浆，将浆液稀释至恩氏110-130秒后过滤，将得到的上清液在搅拌速度为100-200r/min的条件下，均匀加入钙盐和表面活性剂进行改性，所述的钙盐和表面活性剂的总量占上清液质量的0.1-1％，搅拌不少于30min，加入75％的乙醇水溶液，所述的75％的乙醇水溶液与上述改性后的溶液的用量比是1∶5-1∶8，在60-80℃的温度下搅拌30min，将得到的反应液离心脱水，烘干，再磨碎即可。
本发明中的碱液可以破坏植物细胞壁纤维组织，使海藻酸盐置换出来，经过消化后的浆体比较粘稠，需要加入一定体积的水将糊状液体稀释后才能过滤，稀释的程度为较为优越的条件。加入钙盐和表面活性剂是在反应过程中，给海藻酸盐的分子链上添加一些基团，优化成品的水溶性或者降低表面张力等。加入乙醇是因为反应得到的成品易溶于水，不溶于乙醇，可以将溶解于水中的产品一并析出，得到尽可能多产品。
其中，海藻原料为新鲜海藻或者将干燥的海藻在水中泡发后得到的泡发海藻。
其中，保湿剂为醋酸钠、醋酸钙、氯化镁、氯化钙中的一种或两种以上任意比例的混合物。保湿剂可以防止结壳层的水分蒸发失散，具有延长结壳层保持时间的作用。
其中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺中的一种或两种以上任意比例的混合物。表面活性剂是使表面张力显著降低，改变物质间的界面性质，起润湿、渗透、捕捉空气中的粉尘等作用。
其中，促进剂为二氧化钛、硼酸、硼砂中的一种或两种以上任意比例的混合物。促进剂的作用是作为催化剂，进行光化学反应或加快反应速度及进程。
本发明还提供一种大气粉尘抑制剂的制备工艺，在30-50℃的条件下，先将保湿剂溶于水，再依次添加从海藻中提取并改性的高分子聚合物、表面活性剂，最后加入促进剂，搅拌，即可得到所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种可生物降解的大气粉尘抑制剂，按以下配方制成：
其中，高分子聚合物通过以下方法制得：将海藻原料进行粉碎，粉碎后的海藻粉在碱液中进行消化，将消化液磨碎成浆，将浆液稀释至恩氏110-130秒后过滤，将得到的上清液在搅拌速度为100-200r/min的条件下，均匀加入钙盐和表面活性剂进行改性，所述的钙盐和表面活性剂的总量占上清液质量的0.1-1％，搅拌不少于30min，加入75％的乙醇水溶液，所述的75％的乙醇水溶液与上述改性后的溶液的用量比是1∶5-1∶8，在60-80℃的温度下搅拌30min，将得到的反应液离心脱水，烘干，再磨碎即可。
在30-50℃的条件下，先将保湿剂溶于水，再依次添加从海藻中提取并改性的高分子聚合物、表面活性剂，最后加入促进剂，搅拌，即可得到所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂。
实施例2
一种可生物降解的大气粉尘抑制剂，按以下配方制成：
其余同实施例1。
实施例3
一种可生物降解的大气粉尘抑制剂，按以下配方制成：
其余同实施例1。
从海藻中提取并改性的高分子聚合物溶于水后会有一定的粘性，利用表面粘结固定原理，喷洒在堆料的表面会在其表面形成固化层，可以减少堆料的风吹损失，并吸附空气中已有的扬尘，且该原料的保湿性能好，能够保持固化层的韧性，在光照风吹条件下，可以长时间不脆化和沙化。
将从海藻中提取的高分子聚合物经过钙盐进行改性，可以保持并优化海藻提取物溶于水具有一定粘性且保湿的特性，使喷洒后形成的结壳层保持的时间增加，抑尘效果增加，还极易溶于水，方便使用过程中的稀释及喷洒。
本产品无色无味，可适用于多种抑尘场合。
本产品应用于煤料的储存时，对煤质无影响，对原煤及背景技术中的产品、本发明产品和市售产品在多个指标上进行对比实验。对热值和挥发分的影响实验条件都是：在同样的煤堆上，按2L每平方米喷洒相同量的抑尘剂，喷洒后第二天取表面的结壳层及层下的原煤进行检测。
1、对煤的热值的影响，对比结果参见表1。
表1 不同产品对煤的热值的影响
其中，Mt(全水)：包括外在水分和内在水分。
Mad(空干基水分)：分析用煤样在实验室大气中达到平衡后所保留的水分，也可以认为是内在水分。
Vad(空干基挥发分)：煤样在实验室大气中达到平衡后，煤中有机质的可挥发的热分解产物。主要成分为甲烷、氢及其他碳氢化合物。
Aad(空干基灰分)：煤样在实验室大气中达到平衡后，完全燃烧后留下的残渣。
Stad(空干基全硫)：煤样在实验室大气中达到平衡后测得的煤中硫含量。
热值：单位质量煤完全燃烧时产生的热量，主要分为高位发热量和低位发热量。
从表1的数据可以看出，在煤堆表面喷洒抑尘剂不仅不会降低煤炭的燃值，还会有一定程度的增加，且本抑尘产品相比其他产品增加量更大。
2、对挥发分的影响
煤挥发分，以符号Vdaf(过去用Vr)表示。煤中有机质的可挥发的热分解产物。其中除含有氮、氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等气体外，还有一些复杂的有机化合物。
挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70％，褐煤一般为40～60％，烟煤一般为10～50％，高变质的无烟煤则小于10％。挥发分高低好坏主要是看煤的用途。如果作动力煤，那挥发分高，煤容易燃烧。但如果做炼焦用煤，挥发分如果太高，可能会影响到焦炭的质量。表2为对挥发分的影响的试验对照表。
表2 为对挥发分的影响的试验对照表
不同煤样的挥发分也不相同，在煤堆表面喷洒本抑尘剂对煤的挥发分的影响较小，可以忽略不计。相对于木质磺酸盐产品，本发明抑尘剂对煤的挥发分的影响更小一些。
3、结壳层可持续时间长
采用同样的托盘盛装等量的同一批沙土，分别喷洒木质素磺酸盐产品和本发明产品，喷洒量均为2L/m2，放置户外屋顶上，中间历经下雨、下雪、晴天、大风天气，气温从-6℃至16℃。
图1为喷洒木质素磺酸盐产品的沙土，图2是喷洒本发明抑尘剂产品的沙土。
喷木质素磺酸盐产品的沙土从第十天就开始有表层沙粒脱落，试验第二十天，喷洒木质素磺酸盐产品的托盘，沙土全部散落，参见图1的效果。喷洒本发明抑尘剂的沙土，一个月后仍无沙土脱落，参见图2的效果。这说明，本发明的产品结壳层可持续时间长。
4、抗雨淋的效果说明
在原煤上进行雨水模拟实验，参见图3，原煤经过雨水冲刷后立刻形成径流，伴随水流有煤粒下滑现象。
在喷洒了本发明产品的上进行雨水模拟实验，参见图4，结壳层经过雨水冲刷后无径流，表层润湿，伴随水流无煤粒下滑现象，在1h后(参见图5)已经重新恢复成硬壳。
这说明，本发明的产品抗雨淋效果显著。
5、抗紫外线及日常风吹的效果说明
常规抑尘剂产品的结壳层不到一月即会变干、变脆，然后风化成粉，本发明产品喷洒后形成的结壳层可持续2月以上。参见图6，试验第六十天，结壳层覆盖情况依然良好。
6、防冻的效果说明
在煤粒上喷洒抑尘剂，喷洒量为2L/m2，放置在零下15度的环境下三十天后，将培养皿取出，在室温下放置一天后，依然能将培养皿倒扣无煤粒脱落，参见图7和图8。这说明本产品的防冻效果优越。
7、本产品的降解试验
采用酶分析法和土埋法同时进行本发明产品的生物降解性能实验，试验数据参见表2和表3。其中，土埋法操作为：将样品称重后，埋于户外土地中，采用的微生物源是来自土壤的微生物群，经过一定时间的降解后取出称重。酶分析法操作为：将样品称取定量，在恒温箱内进行培养，采用的微生物源是霉菌，经过一定时间的降解后取出称重。
表2 土埋法降解性能实验数据
表3 酶分析法降解性能实验数据
上述试验表明，本产品可以完全生物降解，对环境不会造成二次污染。
Claims (6)
1.一种可生物降解的大气粉尘抑制剂，其特征在于：由从海藻中提取并改性的高分子聚合物和辅料组成,所述的辅料包括甘油、保湿剂、促进剂、表面活性剂和水；按重量百分比计，
从海藻中提取并改性的高分子聚合物 3-5%
甘油 1-3%
保湿剂 0.1-1%
促进剂 0.1-1%
表面活性剂 0.1-1%
余量为水；
所述的高分子聚合物通过以下方法制得：将海藻原料进行粉碎，粉碎后的海藻粉在碱液中进行消化，将消化液磨碎成浆，将浆液稀释至恩氏110-130秒后过滤，将得到的上清液在搅拌速度为100-200r/min的条件下，均匀加入钙盐和表面活性剂进行改性，所述的钙盐和表面活性剂的总量占上清液质量的0.1-1%，搅拌不少于30min，加入75%的乙醇水溶液，所述的75%的乙醇水溶液与上述改性后的溶液的用量比是1:5-1:8，在60-80℃温度下搅拌30min，将得到的反应液离心脱水，烘干，再磨碎即可。
2.根据权利要求1所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂，其特征在于：所述的海藻原料为新鲜海藻或者将干燥的海藻在水中泡发后得到的泡发海藻。
3.根据权利要求1所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂，其特征在于：所述的保湿剂为醋酸钠、醋酸钙、氯化镁、氯化钙中的一种或两种以上任意比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂，其特征在于：所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺中的一种或两种以上任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂，其特征在于：所述的促进剂为二氧化钛、硼酸、硼砂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂的制备工艺，其特征在于：在30-50℃条件下，先将保湿剂溶于水，再添加从海藻中提取并改性的高分子聚合物、甘油、表面活性剂，最后加入促进剂，搅拌，即可得到所述的可生物降解的大气粉尘抑制剂。
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