CN108059948A - 一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂及其制备方法，适用于抑制矿井采掘工作面生产期间产生的大量粉尘。选取几种阴离子、阳离子、非离子、中性离子表面活性剂先同性组合复配，后异性交叉复配加水后放入化学反应釜保持压力0.8MPa，120℃，搅拌2小时；加入无机盐提高混合物的电离特性，搅拌1小时；加入粘附剂提高混合物液滴的捕捉能力，加入固化补强剂提高液滴在空气中的悬浮周期，搅拌2小时；加入咪唑类离子液体作为助剂搅拌1小时，混合液泄压降温出釜，形成多元离子湿润剂。该润湿剂能够大幅度调高润湿能力和对呼吸性粉尘的捕获能力，延长液滴的悬浮寿命；矿井抑尘成本低，对皮肤无损伤，对机械腐蚀性小，具有良好的适用性和环保性。

Description

一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂及其制备方法，尤其适用于采掘工作面呼吸性粉尘比较严重的矿区，能够达到更优的降尘效果稳定性良好，环保性能较好。
背景技术
目前我国煤炭工业处于绿色转型发展时期。煤尘作约为煤炭生产加工过程中的必然产物一直严重威胁着矿井的安全生产，主要表现约为煤尘爆炸、尘肺职业病以及环境污染等问题。而近年来，随着煤矿开采技术的发展，采掘装备日趋大型化，工作面单产不断提高，随之而来的煤尘危害日益严重，防治难度进一步加大。因此，研究根治煤尘灾害的新理论和新技术仍是煤矿安全和职业健康领域的重要内容。国内外的降尘技术均有大量研究，如注水、注湿润剂、泡沫降尘、喷雾降尘、吸尘器吸尘等降尘技术已经得到了大量的研究，效果也有很大进展。但是，我国有关表面活性剂的研究起步较晚，虽然研制出了很多降尘剂，却并没有得到有效的推广及应用，就总体而言，我国煤层注水中使用的润湿剂在种类、效果和开发运用还需要进一步的研究和探讨，其润湿效果仍不能较大程度地降低粉尘浓度，仍然存在煤尘超标的现象。因此，需要对降尘效果进行进一步的改善，那么寻找合适的降尘润湿剂便成约为一项艰巨而复杂的任务。
国内外研究表明，润湿剂降尘是提高煤矿矿井粉尘治理效果的极约为有效的途径之一。在润湿剂降尘技术中，润湿剂的复配方法以及润湿剂的选择是尤为重要的一环，选择有效的润湿剂，设置合理的复配比例直接关系降尘的实际应用效果。
现有用于复配润湿剂主要由阴离子表面活性剂、两性离子液体表面活性剂及一些无机盐助剂按一定比例配制而成。两种或两种以上的表面活性剂复配能起到增效作用，相互弥补各自性能上的缺陷、派生出新性能的作用，这就是表面活性剂的协同效应。这种协同效应不仅发生在表面活性剂之间，而且在表面活性剂溶液中加入某些无机盐、有机化合物，也会产生出优于单一表面活性剂的特性。要增进降尘效果，必须改变水的表面张力，需要加入润湿剂来提高降尘效率，通过研究此复配表面活性剂溶液对煤尘的润湿能力，但是目前大多数湿润剂只是一种简单的复配，自由组合，现场应用过程中空中悬浮时间短、粘附性差等导致降尘效率低，在材料选择上也较少考虑环保性、污染性、和对人体皮肤的伤害性，存在着明显缺陷。因此，探索低成本、无毒、高效、适应性好、粉尘捕捉能力强的复配多元离子湿润降尘剂成为矿井防尘的主要趋势。高性能降尘剂的研发能够改善矿井工作面环境，保证矿井安全生产，保护工人的身体健康。国内外实践证明，在复配润湿剂降尘技术中，各润湿剂单体的选择尤为重要，它是复配润湿剂制备的关键步骤，与降尘效果直接相关。因此需要研发出一种在降尘过程中对人体无害，对机械设备的年平均腐蚀速率较小，评价优良，环保性能好的复配润湿剂，对于保护职工健康，保障矿井安全生产，改善环境污染都具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂及其制备方法，该润湿剂用于抑制矿井粉尘产生、降尘效率高、使用效果好，有效防控煤尘灾害，丰富和发展煤尘润湿理论具有重要的理论意义和现实意义。
一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂，包括如下组分：多元复配表面活性剂14～20wt‰、5～7wt‰中性无机盐材料、1～3wt‰活性固化补强剂材料、1～2wt‰粘附性材料、0.01wt‰功能化离子液体、其余成分为水；
所述多元复配表面活性剂为由8～10wt‰非离子表面活性剂与8～10wt‰中性离子表面活性剂组成，或由7～9wt‰阴离子表面活性剂与8～10wt‰中性离子表面活性剂组成，或由7～9wt‰阴离子表面活性剂与7～9wt‰阴离子表面活性剂组成，或由8～10wt‰非离子表面活性剂与7～9wt‰阴离子表面活性剂组成，或由8～10wt‰非离子表面活性剂与6～8wt‰阳离子表面活性剂组成；
其中，所述的阳离子表明活性剂为十二烷基三甲基溴化铵（DTAB，C12H25(CH3)3NBr）和氯化十六烷基吡啶（C21H38ClN·H2O）组合复配；
所述的阴离子表明活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠（快速渗透剂T，C20H37O7SNa）、十二烷基磺酸钠（SDS，CH3(CH2)11SO3Na）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS，C18H29NaO3S）、月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）、乙氧基化烷基硫酸钠（AES，C15O(CH2CH2O)3-SO3Na）中的两种组合复配；
所述的非离子表面活性剂为聚乙二醇4000（PEG4000，HO(CH2CH2O)3H）、烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、脂肪酸聚氧乙烯酯(AE)、脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)、聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH中的两种组合复配；
所述的中性离子表面活性剂为椰油酰胺丙基甜菜碱（C19H38N2O3）、聚醚改性硅油（DY-ET102，C4H16O4Si4）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9，C12H25O(C2H4O)9）中的两种组合复配；
所述的中性无机盐材料为中性氯化钠（NaCL）和中性硅酸钠（Na2Si03）的一种或两种混合；
所述的活性固化补强剂材料为碱性无机盐轻质碳酸钙（CaC03）、脂肪族氨基磺酸钠、灰钙粉、硅灰石粉中的一种或多种混合；
所述的粘附性材料为环氧树脂胶、聚氨酯(PU)胶、氨基树脂胶、酚醛树脂胶、丙烯酸树脂胶、呋喃树脂胶、间苯二酚-甲醛树脂胶、二甲苯-甲醛树脂胶、a-氰基丙烯酸酯瞬干胶、丙烯酸结构胶、乙基丙烯酸酯胶粘剂、环氧丙烯酸酯胶中的一种或多种混合；
所述的功能化离子液体为三丁基膦磷酸二乙酯盐、三丁基膦硫酸甲酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（BMIMCl）、 1-乙基-3-甲基咪唑溴盐（EMIMBr）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（BMIMPF6）、功能化1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟化硼酸盐、功能化1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或多种混合。
优选方案，一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂，包括如下组分：8～10wt‰非离子表面活性剂、7～9wt‰阴离子表面活性剂、5～7wt‰中性无机盐材料、1～3wt‰活性固化补强剂材料、1～2wt‰粘附性材料、0.01wt‰功能化离子液体、其余成分为水。
优选方案，一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂，包括如下组分：
所述非离子表面活性剂由脂肪酸聚氧乙烯酯(AE)与聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH组成；
所述阴离子表明活性剂由月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）和十二烷基苯磺酸钠（SDBSC18H29NaO3S）组成；
所述中性无机盐材料：硅酸钠（Na2Si03）和氯化钠（NaCL）组成；
所述固化补强剂由脂肪族氨基磺酸钠和灰钙粉组成；
所述粘附剂材料由丙烯酸结构胶、乙基丙烯酸酯胶粘剂和环氧丙烯酸酯胶组成；
所述功能化离子液体由1-乙基-3-甲基咪唑溴盐（EMIMBr）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）和1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）组成。
优选方案，一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂，包括如下组分：
所述非离子表面活性剂由3wt‰脂肪酸聚氧乙烯酯(AE)和7wt‰聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH组成；
所述阴离子表明活性剂由4wt‰月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）和5wt‰十二烷基苯磺酸钠（SDBS，C18H29NaO3S）组成；
所述中性无机盐材料由3wt‰硅酸钠（Na2Si03）和4wt‰氯化钠（NaCL）组成；
所述固化补强剂由1.5wt‰脂肪族氨基磺酸钠和1.5wt‰灰钙粉组成；
所述粘附剂材料由0.5wt‰丙烯酸结构胶、0.5wt‰乙基丙烯酸酯胶粘剂和0.5wt‰环氧丙烯酸酯胶组成；
所述功能化离子液体由0.003wt‰1-乙基-3-甲基咪唑溴盐（EMIMBr）、0.004wt‰1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）和0.003wt‰1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）组成。
一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂的制备方法，所述方法包含以下制备步骤：
a、按照上述组成及配比，先在一种同性表面活性剂中选取两种组合复配，得到复配表面活性剂A，在另一种同性表面活性剂中选取两种组合复配，得到复配表面活性剂B，将复配表面活性剂A和B混合进行异性交叉复配，然后与水混合加入化学反应釜，保持压力0.7-0.9MPa，110-130℃，搅拌均匀，得到多元复配表面活性剂溶液；
b、在多元复配表面活性剂溶液中加入无机盐，保持压力0.7-0.9MPa，110-130℃，搅拌均匀；
c、将固化补强剂和粘附剂加入化学反应釜，保持压力0.7-0.9MPa，110-130℃，搅拌均匀；
d、将功能化离子液体加入化学反应釜，保持压力0.7-0.9MPa，110-130℃，搅拌均匀；
e、最后对化学反应釜进行自然泄压与冷却降温，即可得到抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂。
优选方案，一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂的制备方法，所述方法包含以下制备步骤：
a、按照上述组成及配比，先在一种同性表面活性剂中选取两种组合复配，得到复配表面活性剂A，在另一种同性表面活性剂中选取两种组合复配，得到复配表面活性剂B，将复配表面活性剂A和B混合进行异性交叉复配，然后与水混合加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时，得到多元复配表面活性剂溶液；
b、在多元复配表面活性剂溶液中加入无机盐，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；
c、将固化补强剂和粘附剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；
d、将功能化离子液体加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；
e、最后对化学反应釜进行自然泄压与冷却降温，即可得到抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂。
本发明多元离子润湿剂的复配机理：
采用交叉复配增效的原理，具体采用非离子+中性离子表面活性剂、阴离子+中性离子表面活性剂、阴离子+阴离子表面活性剂、非离子+阴离子表面活性剂、非离子+阳离子表面活性剂进行复配。通过选择阴离子、阳离子、非离子、中性离子表面活性剂中的一种或者两种，按照交叉复配增效的原理将多元离子均匀混合，并加入足量的水形成多元离子湿润剂溶液，通过对比多元离子的电离特性和表面张力达到最佳复配状态。在复配湿润剂溶液中加入中性无机盐，不仅可以降低同浓度溶液的表面张力，还可以降低表面活性剂的临界胶束浓度；加入固化补强剂实现工作面喷雾液滴的颗粒调节和空中沉降过程的保持，提高捕捉粉尘的概率；加入黏附剂能够工作面喷雾液滴具有很强的粘附性，提高小粒径粉尘及呼吸性粉尘的捕捉效率；加入离子液体这种新型材料作为复配溶液的助剂，全面提高复配多元离子溶液的捕尘特性。
有益效果：
1、合理的选择单体润湿剂进行复配，复配后的润湿剂能有效提高水溶液对煤的润湿效果，单一表面活性剂要达到最佳效果所需浓度大于复配表面活性剂所需浓度，复配所得的润湿剂性能会优于原来单一表面活性剂的性能，其润湿效果通常情况下约为的“1+1>2”，能够显著提高润湿效果与降尘效果。
2、无机盐作为增效剂，能够提高混合物的电离特性，提高从而润湿剂的降尘能力，延缓了润湿剂的使用寿命。本发明将阴离子表面活性剂与两性表面活性剂进行复配，无机盐的加入可以大幅度提高复配润湿剂的润湿能力，将表面活性剂溶液对煤尘的沉降时间从20min左右降低到1 min左右。就保水性而言，两种无机盐均可以延缓煤样中水分的蒸发，并且效果良好。
3、固化补强剂加入多元离子湿润剂中，能够调节高压喷雾液滴的粒径，并且有利于提高液滴在空气中的悬浮周期，在其生命周期内于粉尘碰撞的概率增加，从而提高降尘效率。
4、粘附剂加入多元离子湿润剂中，能够液滴在空气中捕捉粉尘的能力，从而提高降尘效率；咪唑类离子液体的加入不仅能够有效调节多元离子的电离特性，能够改变粉尘的理化特性，提高捕尘降尘的效率。
5、复配多元离子润湿剂降尘对人体无害，对机械设备的年平均腐蚀速率较小，评价优良，环保性能好。本发明复配润湿剂的成分约为无毒、无害、无刺激、易降解的表面活性剂。
附图说明
图1a为实施例1制得多元离子润湿剂A与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场进行喷洒降尘时的接触角变化规律对比图。
图1b为实施例1制得多元离子润湿剂A与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比图。
图2a为实施例2制得多元离子润湿剂B与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场进行喷洒降尘时的接触角变化规律对比图。
图2b为实施例2制得多元离子润湿剂B与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比图。
图3a为实施例3制得多元离子润湿剂C与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场进行喷洒降尘时的接触角变化规律对比图。
图3b为实施例3制得多元离子润湿剂C与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比图。
图4a为实施例4制得多元离子润湿剂D与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场进行喷洒降尘时的接触角变化规律对比图。
图4b为实施例4制得多元离子润湿剂D与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比图。
图5a为实施例5制得多元离子润湿剂E与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场进行喷洒降尘时的接触角变化规律对比图。
图5b为实施例5制得多元离子润湿剂E与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比图。
图6a为实施例6制得多元离子润湿剂F与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场进行喷洒降尘时的接触角变化规律对比图。
图6b为实施例6制得多元离子润湿剂F与纯水、SRJ-I分别在掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比图。
图7为本发明制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进一步进行说明：
实施例1
本实施例的多元离子润湿剂的组成及各组成的质量含量（wt‰）如下：
非离子表面活性剂：聚乙二醇4000 4wt‰，烷基酚聚氧乙烯醚 4wt‰；
中性离子表面活性剂：椰油酰胺丙基甜菜碱 4wt‰，脂肪醇聚氧乙烯醚 5wt‰；
中性无机盐材料：氯化钠（NaCL） 6wt‰；
固化补强剂：碱性无机盐轻质碳酸钙（CaCO3）1wt‰、脂肪族氨基磺酸钠 1wt‰；
粘附剂材料：环氧树脂胶1wt‰、聚氨酯(PU)胶 1wt‰；
功能化离子液体：三丁基膦磷酸二乙酯盐0.005wt‰、三丁基膦硫酸甲酯盐0.005wt‰；
余量为水；
具体制备步骤为：选择聚乙二醇4000与烷基酚聚氧乙烯醚进行同性组合复配；椰油酰胺丙基甜菜碱与脂肪醇聚氧乙烯醚进行同性组合复配；随后两种同性复配表面活性剂进行异性交叉复配，以水作为溶剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择中性无机盐氯化钠（NaCL）加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；选择碱性无机盐轻质碳酸钙（CaC03）和脂肪族氨基磺酸钠作为固化补强剂，环氧树脂胶和聚氨酯(PU)胶作为粘附剂，一块加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择功能化离子液体三丁基膦磷酸二乙酯盐和三丁基膦硫酸甲酯盐作为助剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时后；对含有多元离子润湿剂的化学反应釜进行泄压降温，得到常温的多元离子润湿剂A。
购置市场上的湿润剂SRJ-I，分别使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂A在煤矿开采现场进行对空喷洒雾化降尘使用。选择煤样使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂A的接触角变化规律对比如图1a，掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比如图1b。对比图1a发现纯水的接触角在50°左右，湿润剂SRJ-I的接触角在24°左右，多元离子湿润剂A的接触角在12°左右，说明复配效果有了显著提高。对比图1b发现纯水的降尘效率在38%左右，湿润剂SRJ-I的降尘效率在57%左右，多元离子湿润剂A的降尘效率在79%左右，说明复配多元离子能够大幅提高粉尘的抑尘效率。
实施例2
本实施例的多元离子润湿剂的组成及各组成的质量含量（wt‰）如下：
阳离子表明活性剂：十二烷基三甲基溴化铵（DTAB） 4wt‰，氯化十六烷基吡啶（C21H38ClN·H2O） 4wt‰；
非离子表面活性剂：烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）4wt‰，高碳脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)6wt‰；
中性无机盐材料：氯化钠（NaCL） 6wt‰；
固化补强剂：碱性无机盐轻质碳酸钙（CaCO3）1wt‰、脂肪族氨基磺酸钠 1wt‰；
粘附剂材料：环氧树脂胶1wt‰、聚氨酯(PU)胶 1wt‰；
功能化离子液体：三丁基膦磷酸二乙酯盐0.005wt‰、三丁基膦硫酸甲酯盐0.005wt‰；
余量为水；
具体制备步骤为：选择十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）和氯化十六烷基吡啶（C21H38ClN·H2O）进行同性组合复配；烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）和高碳脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO) 进行同性组合复配；随后两种同性复配表面活性剂进行异性交叉复配，以水作为溶剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择中性无机盐氯化钠（NaCL）加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；选择碱性无机盐轻质碳酸钙（CaC03）（1wt‰）和脂肪族氨基磺酸钠（1wt‰）作为固化补强剂，选择环氧树脂胶（1wt‰）和聚氨酯(PU)胶（1wt‰）作为粘附剂，一块加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择功能化离子液体三丁基膦磷酸二乙酯盐和三丁基膦硫酸甲酯盐作为助剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时后；对含有多元离子润湿剂的化学反应釜进行泄压降温，得到常温的多元离子润湿剂B。
购置市场上的湿润剂SRJ-I，分别使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂B在煤矿开采现场进行对空喷洒雾化降尘使用。选择煤样使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂B的接触角变化规律对比如图2a，掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比如图2b。对比图2a发现纯水的接触角在50°左右，湿润剂SRJ-I的接触角在24°左右，多元离子湿润剂B的接触角在16°左右，说明复配效果有了显著提高。对比图2b发现纯水的降尘效率在38%左右，湿润剂SRJ-I的降尘效率在57%左右，多元离子湿润剂B的降尘效率在81%左右，说明复配多元离子能够大幅提高粉尘的抑尘效率。
实施例3
本实施例的多元离子润湿剂的组成及各组成的质量含量（wt‰）如下：
阴离子表明活性剂：十二烷基磺酸钠（SDS，CH3(CH2)11SO3Na） 4.5wt‰，十二烷基苯磺酸钠（SDBS，C18H29NaO3S）4.5wt‰；
中性离子表面活性剂：聚醚改性硅油（DY-ET102，C4H16O4Si4） 4.5wt‰，脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9，C12H25O(C2H4O)9）4.5wt‰；
中性无机盐材料：硅酸钠（Na2Si03）6wt‰；
固化补强剂：碱性无机盐轻质碳酸钙（CaC03）2wt‰；
粘附剂材料：丙烯酸树脂胶 2wt‰；
功能化离子液体：三丁基膦磷酸二乙酯盐0.005wt‰、三丁基膦硫酸甲酯盐0.005wt‰；
余量为水；
具体制备步骤为：选择十二烷基磺酸钠（SDS，CH3(CH2)11SO3Na）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS，C18H29NaO3S）进行同性组合复配；聚醚改性硅油（DY-ET102，C4H16O4Si4）和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9，C12H25O(C2H4O)9），进行同性组合复配；随后两种同性复配表面活性剂进行异性交叉复配，以水作为溶剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择中性无机盐硅酸钠（Na2Si03）加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；选择碱性无机盐轻质碳酸钙（CaC03）作为固化补强剂，选择丙烯酸树脂胶作为粘附剂，一块加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择功能化离子液体三丁基膦磷酸二乙酯盐和三丁基膦硫酸甲酯盐作为助剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；对含有多元离子润湿剂的化学反应釜进行泄压降温，得到常温的多元离子润湿剂C。
购置市场上的湿润剂SRJ-I，分别使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂C在煤矿开采现场进行对空喷洒雾化降尘使用。选择煤样使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂C的接触角变化规律对比如图3a，掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比如图3b。对比图3a发现纯水的接触角在50°左右，湿润剂SRJ-I的接触角在24°左右，多元离子湿润剂C的接触角在17°左右，说明复配效果有了显著提高。对比图3b发现纯水的降尘效率在38%左右，湿润剂SRJ-I的降尘效率在57%左右，多元离子湿润剂C的降尘效率在78%左右，说明复配多元离子能够大幅提高粉尘的抑尘效率。
实施例4
本实施例的多元离子润湿剂的组成及各组成的质量含量（wt‰）如下：
阴离子表明活性剂：月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）6wt‰，乙氧基化烷基硫酸钠（AES，C15O(CH2CH2O)3-SO3Na）3wt‰；
非离子表面活性剂：脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE) 4wt‰，聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH 5wt‰；
中性无机盐材料：氯化钠（NaCL） 7wt‰；
固化补强剂：脂肪族氨基磺酸钠1wt‰，灰钙粉2wt‰；
粘附剂材料：氨基树脂胶0.5wt‰，酚醛树脂胶0.5wt‰，丙烯酸树脂胶0.5wt‰；
功能化离子液体：1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）0.005wt‰，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（BMIMPF6）0.005wt‰；
余量为水；
具体制备步骤为：选择月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）和乙氧基化烷基硫酸钠（AES，C15O(CH2CH2O)3-SO3Na）进行同性组合复配；脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)和聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH进行同性组合复配；随后两种同性复配表面活性剂进行异性交叉复配，以水作为溶剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择中性无机盐氯化钠（NaCL）加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；选择脂肪族氨基磺酸钠和灰钙粉作为固化补强剂，选择氨基树脂胶（0.5wt‰）、酚醛树脂胶（0.5wt‰）和丙烯酸树脂胶（0.5wt‰）作为粘附剂，一块加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择功能化离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（BMIMPF6）作为助剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；对含有多元离子润湿剂的化学反应釜进行泄压降温，得到常温的多元离子润湿剂D。
购置市场上的湿润剂SRJ-I，分别使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂D在煤矿开采现场进行对空喷洒雾化降尘使用。选择煤样使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂D的接触角变化规律对比如图4a，掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比如图4b。对比图4a发现纯水的接触角在50°左右，湿润剂SRJ-I的接触角在24°左右，多元离子湿润剂D的接触角在13°左右，说明复配效果有了显著提高。对比图2b发现纯水的降尘效率在38%左右，湿润剂SRJ-I的降尘效率在57%左右，多元离子湿润剂D的降尘效率在89%左右，说明复配多元离子能够大幅提高粉尘的抑尘效率。
实施例5
本实施例的多元离子润湿剂的组成及各组成的质量含量（wt‰）如下：
非离子表面活性剂：脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE) 4wt‰，聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH 6wt‰；
阴离子表明活性剂：月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）3wt‰，乙氧基化烷基硫酸钠（AES，C15O(CH2CH2O)3-SO3Na） 5wt‰；
中性无机盐材料：氯化钠（NaCL） 7wt‰；
固化补强剂：脂肪族氨基磺酸钠1.5wt‰，灰钙粉1.5wt‰；
粘附剂材料：氨基树脂胶0.5wt‰，酚醛树脂胶0.5wt‰，丙烯酸树脂胶0.5wt‰；
功能化离子液体：1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）0.005wt‰，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（BMIMPF6）0.005wt‰；
余量为水；
具体制备步骤为：选择脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE) 和聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH进行同性组合复配；月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）和乙氧基化烷基硫酸钠（AES，C15O(CH2CH2O)3-SO3Na）进行同性组合复配；随后两种同性复配表面活性剂进行异性交叉复配，以水作为溶剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择中性无机盐氯化钠（NaCL）加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；选择脂肪族氨基磺酸钠（1.5wt‰）和灰钙粉（1.5wt‰）作为固化补强剂，选择氨基树脂胶（0.5wt‰）、酚醛树脂胶（0.5wt‰）和丙烯酸树脂胶（0.5wt‰）作为粘附剂，一块加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择功能化离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（BMIMPF6）作为助剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；对含有多元离子润湿剂的化学反应釜进行泄压降温，得到常温的多元离子润湿剂E。
购置市场上的湿润剂SRJ-I，分别使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂E在煤矿开采现场进行对空喷洒雾化降尘使用。选择煤样使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂E的接触角变化规律对比如图5a，掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比如图5b。对比图5a发现纯水的接触角在50°左右，湿润剂SRJ-I的接触角在24°左右，多元离子湿润剂E的接触角在16°左右，说明复配效果有了显著提高。对比图5b发现纯水的降尘效率在38%左右，湿润剂SRJ-I的降尘效率在57%左右，多元离子湿润剂F的降尘效率在87%左右，说明复配多元离子能够大幅提高粉尘的抑尘效率。
实施例6
本实施例的多元离子润湿剂的组成及各组成的质量含量（wt‰）如下：
非离子表面活性剂：脂肪酸聚氧乙烯酯(AE) 3wt‰，聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH7wt‰；
阴离子表明活性剂：月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2） 4wt‰，十二烷基苯磺酸钠（SDBSC18H29NaO3S） 5wt‰；
中性无机盐材料：硅酸钠（Na2Si03）3wt‰，氯化钠（NaCL）3wt‰；
固化补强剂：脂肪族氨基磺酸钠1.5wt‰，灰钙粉1.5wt‰；
粘附剂材料：丙烯酸结构胶0.5wt‰、乙基丙烯酸酯胶粘剂0.5wt‰、环氧丙烯酸酯胶0.5wt‰；
功能化离子液体：1-乙基-3-甲基咪唑溴盐（EMIMBr）0.003wt‰、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）0.004wt‰、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）0.003wt‰；
余量为水；
具体制备步骤为：选择脂肪酸聚氧乙烯酯(AE) 和聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH 进行同性组合复配；月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2） 和十二烷基苯磺酸钠（SDBSC18H29NaO3S）进行同性组合复配；随后两种同性复配表面活性剂进行异性交叉复配，以水作为溶剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择中性无机盐硅酸钠（Na2Si03）（4wt‰）和中性无机盐氯化钠（NaCL）（4wt‰）加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；选择脂肪族氨基磺酸钠（1.5wt‰）和灰钙粉（1.5wt‰）作为固化补强剂，选择丙烯酸结构胶（0.5wt‰）、乙基丙烯酸酯胶粘剂（0.5wt‰）、环氧丙烯酸酯胶（0.5wt‰）作为粘附剂，一块加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；选择功能化离子液体1-乙基-3-甲基咪唑溴盐（EMIMBr）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）作为助剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；对含有多元离子润湿剂的化学反应釜进行泄压降温，得到常温的多元离子润湿剂F。
购置市场上的湿润剂SRJ-I，分别使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂F在煤矿开采现场进行对空喷洒雾化降尘使用。选择煤样使用纯水、SRJ-I、多元离子润湿剂F的接触角变化规律对比如图6a，掘进工作面现场应用时不同监测地点降尘效率对比如图6b。对比图6a发现纯水的接触角在50°左右，湿润剂SRJ-I的接触角在24°左右，多元离子湿润剂F的接触角在9°左右，说明复配效果有了显著提高。对比图6b发现纯水的降尘效率在38%左右，湿润剂SRJ-I的降尘效率在57%左右，多元离子湿润剂F的降尘效率在91%左右，说明复配多元离子能够大幅提高粉尘的抑尘效率。
综合以上数据可知，纯水液滴在煤样表面稳定后的接触角较大，说明纯水的表面张力较大，纯水很难对煤样表面达到理想的润湿效果。购置市场上的湿润剂SRJ-I与煤样表面的接触角变小许多，说明湿润剂SRJ-I能够改变水的表面张力，提高纯水对煤样的润湿效果。复配多元离子润湿剂溶液液滴在煤样表面稳定后的接触角相对纯水要小得多，说明复配多元离子润湿剂溶液的表面张力比纯水要小的多，润湿效果比纯水好，同时复配多元离子润湿剂溶液的接触角也比湿润剂SRJ-I要小很多。从现场掘进工作面的喷雾效果来看，纯水的有效降尘效率在40%左右，湿润剂SRJ-I喷雾的有效降尘效率在60%左右，而六种复配湿润剂的的有效降尘效率最低为78%，最高为91%，降尘效果显著提高。因此，复配多元离子润湿剂对降低纯水表面张力效果明显，可以显著提高工作面喷雾的降尘效果。

Claims (6)

1.一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂，其特征在于包括如下组分： 14～20wt‰多元复配表面活性剂、5～7wt‰中性无机盐材料、1～3wt‰活性固化补强剂材料、1～2wt‰粘附性材料、0.01wt‰功能化离子液体、其余成分为水；
所述多元复配表面活性剂为由8～10wt‰非离子表面活性剂与8～10wt‰中性离子表面活性剂组成，或由7～9wt‰阴离子表面活性剂与8～10wt‰中性离子表面活性剂组成，或由7～9wt‰阴离子表面活性剂与7～9wt‰阴离子表面活性剂组成，或由8～10wt‰非离子表面活性剂与7～9wt‰阴离子表面活性剂组成，或由8～10wt‰非离子表面活性剂与6～8wt‰阳离子表面活性剂组成；
其中，所述的阳离子表明活性剂为十二烷基三甲基溴化铵（DTAB，C12H25(CH3)3NBr）和氯化十六烷基吡啶（C21H38ClN·H2O）组合复配；
所述的阴离子表明活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠（快速渗透剂T，C20H37O7SNa）、十二烷基磺酸钠（SDS，CH3(CH2)11SO3Na）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS，C18H29NaO3S）、月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）、乙氧基化烷基硫酸钠（AES，C15O(CH2CH2O)3-SO3Na）中的两种组合复配；
所述的非离子表面活性剂为聚乙二醇4000（PEG4000，HO(CH2CH2O)3H）、烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、脂肪酸聚氧乙烯酯(AE)、脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)、聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH中的两种组合复配；
所述的中性离子表面活性剂为椰油酰胺丙基甜菜碱（C19H38N2O3）、聚醚改性硅油（DY-ET102，C4H16O4Si4）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9，C12H25O(C2H4O)9）中的两种组合复配；
所述的中性无机盐材料为中性氯化钠（NaCL）和中性硅酸钠（Na2Si03）的一种或两种混合；
所述的活性固化补强剂材料为碱性无机盐轻质碳酸钙（CaC03）、脂肪族氨基磺酸钠、灰钙粉、硅灰石粉中的一种或多种混合；
所述的粘附性材料为环氧树脂胶、聚氨酯(PU)胶、氨基树脂胶、酚醛树脂胶、丙烯酸树脂胶、呋喃树脂胶、间苯二酚-甲醛树脂胶、二甲苯-甲醛树脂胶、a-氰基丙烯酸酯瞬干胶、丙烯酸结构胶、乙基丙烯酸酯胶粘剂、环氧丙烯酸酯胶中的一种或多种混合；
所述的功能化离子液体为三丁基膦磷酸二乙酯盐、三丁基膦硫酸甲酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（BMIMCl）、 1-乙基-3-甲基咪唑溴盐（EMIMBr）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（BMIMPF6）、功能化1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟化硼酸盐、功能化1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或多种混合。
2.根据权利要求1所述的一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂，其特征在于包括如下组分：8～10wt‰非离子表面活性剂、7～9wt‰阴离子表面活性剂、5～7wt‰中性无机盐材料、1～3wt‰活性固化补强剂材料、1～2wt‰粘附性材料、0.01wt‰功能化离子液体、其余成分为水。
3.根据权利要求2所述的一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂，其特征在于包括如下组分：
所述非离子表面活性剂由脂肪酸聚氧乙烯酯(AE)与聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH组成；
所述阴离子表明活性剂由月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）和十二烷基苯磺酸钠（SDBSC18H29NaO3S）组成；
所述中性无机盐材料：硅酸钠（Na2Si03）和氯化钠（NaCL）组成；
所述固化补强剂由脂肪族氨基磺酸钠和灰钙粉组成；
所述粘附剂材料由丙烯酸结构胶、乙基丙烯酸酯胶粘剂和环氧丙烯酸酯胶组成；
所述功能化离子液体由1-乙基-3-甲基咪唑溴盐（EMIMBr）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）和1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）组成。
4.根据权利要求3所述的一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂，其特征在于包括如下组分：
所述非离子表面活性剂由3wt‰脂肪酸聚氧乙烯酯(AE)和7wt‰聚醚型非离子表面活性剂RO(C3H60)m(C2H4O)nH组成；
所述阴离子表明活性剂由4wt‰月桂醇醚磷酸酯钾（MAEPK，C12O(CH2CH2O)9-PO(OK)2）和5wt‰十二烷基苯磺酸钠（SDBS，C18H29NaO3S）组成；
所述中性无机盐材料由3wt‰硅酸钠（Na2Si03）和4wt‰氯化钠（NaCL）组成；
所述固化补强剂由1.5wt‰脂肪族氨基磺酸钠和1.5wt‰灰钙粉组成；
所述粘附剂材料由0.5wt‰丙烯酸结构胶、0.5wt‰乙基丙烯酸酯胶粘剂和0.5wt‰环氧丙烯酸酯胶组成；
所述功能化离子液体由0.003wt‰1-乙基-3-甲基咪唑溴盐（EMIMBr）、0.004wt‰1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）和0.003wt‰1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐（EMIMN(CN)）组成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂的制备方法，其特征在于：所述方法包含以下制备步骤：
a、按照上述组成及配比，先在一种同性表面活性剂中选取两种组合复配，得到复配表面活性剂A，在另一种同性表面活性剂中选取两种组合复配，得到复配表面活性剂B，将复配表面活性剂A和B混合进行异性交叉复配，然后与水混合加入化学反应釜，保持压力0.7-0.9MPa，110-130℃，搅拌均匀，得到多元复配表面活性剂溶液；
b、在多元复配表面活性剂溶液中加入无机盐，保持压力0.7-0.9MPa，110-130℃，搅拌均匀；
c、将固化补强剂和粘附剂加入化学反应釜，保持压力0.7-0.9MPa，110-130℃，搅拌均匀；
d、将功能化离子液体加入化学反应釜，保持压力0.7-0.9MPa，110-130℃，搅拌均匀；
e、最后对化学反应釜进行自然泄压与冷却降温，即可得到抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂。
6.根据权利要求5所述的一种抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂的制备方法，其特征在于：所述方法包含以下制备步骤：
a、按照上述组成及配比，先在一种同性表面活性剂中选取两种组合复配，得到复配表面活性剂A，在另一种同性表面活性剂中选取两种组合复配，得到复配表面活性剂B，将复配表面活性剂A和B混合进行异性交叉复配，然后与水混合加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时，得到多元复配表面活性剂溶液；
b、在多元复配表面活性剂溶液中加入无机盐，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；
c、将固化补强剂和粘附剂加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌2小时；
d、将功能化离子液体加入化学反应釜，保持压力0.8MPa，120℃，均匀搅拌1小时；
e、最后对化学反应釜进行自然泄压与冷却降温，即可得到抑制矿井粉尘的多元离子润湿剂。
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