CN108219749A - 一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法 - Google Patents

一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及抑尘剂制备技术领域，具体涉及一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法。本发明首先用从脂肪酶酶解猪油里得到的甘油提高除尘剂的成膜性，脂肪酸备用。用蜂蜡包覆柠檬酸，以多羟基的木质素作为除尘剂的抑尘核心，并用L‑天冬酰胺溶液和木质素共混发酵改性，提高木质素的亲水性，并提高木质素表面活性基团数量。木质素分子与路面粉尘颗粒发生结合，在表面形成交联网状的固化层达到抑尘目的。将改性木质素和丙烯酸接枝共聚，用共聚后的抑尘剂粗品和蜂蜡包覆柠檬酸粉末共混，提高了除尘剂的抗冻性，使得本发明制得的抑尘剂在冬季使用时也不会结冰，保证了道路安全，具有广阔的应用前景。

Description

一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法
技术领域
本发明涉及抑尘剂制备技术领域，具体涉及一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展及城市化进程的加快，我国多地出现雾霾天气，大气污染问题日益凸出。目前我国空气污染中主要污染因子为颗粒物、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等。其中可吸入颗粒及细小颗粒物已成为制约我国城市空气质量的主要因素。颗粒物质产生的最大危害是有损人体健康，许多烟具证明，城市颗粒物质浓度越高，死亡率和发病率也越高，会引起呼吸道疾病，特别是气管炎、肺气肿等慢性疾病。研究指出，扬尘是细小颗粒物污染主要源头，我国大城市中的主要污染因素为道路扬尘和建筑施工扬尘，所以对道路扬尘的科学治理显得尤为重要。
抑尘剂是由新型多功能高分子聚合物组合而成，聚合物中的交联度分子形成网状结构，分子间具有各种离子集团，由于电荷密度大，与离子之间产生较强的亲合力，并通过凝并，黏结等作用能迅速捕捉并将微粒粉尘牢牢吸附，干燥后能在粉尘表面固化成膜，因而具有很强的抑尘、防尘的作用。国内抑尘剂研究方向主要为化学抑尘剂和生物药剂，化学抑尘剂又可以分为粉尘湿润剂、粘结剂和凝聚剂三大类。
目前我国最常用的抑尘方法是洒水抑尘法，洒水防尘的作用主要在于湿润颗粒细小的干燥粉尘，增加粉尘含湿量，从而使其密度增大，并粘结成较大的颗粒，使之在外力作用下不能飞扬，洒水操作简单，但需浪费大量水资源，且大多数情况下，当水蒸发后，微尘含量会剧增600％，而且水分抗蒸发能力差，有效抑尘时间短（夏季高温不足半小时），而且其耐寒性能差，在寒冬季节使用会出现冻结现象，影响道路安全，喷洒在物料表层会结冰变脆甚至无法喷洒，抑尘效果减弱。
因此，制备出一种有效抑尘时间长、抗冻结性好的抑尘剂对道路安全和环境美化都具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前传统的抑尘剂耐寒性能差，在冬季容易结冰，影响道路安全且有效抑尘时间短的缺陷，提供了一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先用脂肪酶酶解猪油，得到甘油和脂肪酸，利用甘油作为增塑剂提高除尘剂的成膜性，脂肪酸作为后续微生物的营养物质备用，接着利用熔融蜂蜡包覆柠檬酸，得到蜂蜡包覆柠檬酸粉末，并以多羟基的木质素作为除尘剂的抑尘核心，并用含有多个氨基的L-天冬酰胺溶液和木质素共混发酵改性，利用微生物降解L-天冬酰胺产生大量游离性氨基、羧基基团，并在微生物的作用下将这些基团引入到木质素中，提高木质素的亲水性，并提高木质素表面活性基团数量，木质素分子结构中所含有的羟基、氨基、羧基等活性基团可与路面粉尘颗粒发生结合，在表面形成交联网状的固化层达到抑尘目的，所形成交联网状固化层成膜时间短，成膜强度大，成膜后膜的连续性和韧性优异，有效作用时间得到显著提高，具有极佳的抑尘效果；
（2）本发明还将抑尘核心-改性木质素和丙烯酸通过水溶液聚合法接枝共聚，提高抑尘剂的稳定性，并用富含微生物的沼液浸泡接枝共聚后的抑尘剂粗品，使其内部负载大量微生物，再将负载微生物的抑尘剂粗品和蜂蜡包覆柠檬酸粉末共混，首先蜂蜡的存在可以有效降低抑尘剂的凝固点，提高其抗冻性，另外负载的微生物可以利用自身新陈代谢活动产生矿化作用，诱导抑尘剂表面沉积碳酸盐晶体，并且在微生物的新陈代谢过程中，柠檬酸外部包裹的蜂蜡被微生物不断取食消失，柠檬酸重新暴露，并与被抑尘剂亲水性基团聚集的水分形成柠檬酸溶液，柠檬酸溶液继续和矿化形成的碳酸盐反应生成可溶性的柠檬酸盐掺入到除尘剂中，由于可溶性盐的掺入，使得除尘剂凝固点进一步降低，再次提高了除尘剂的抗冻性，使得本发明制得的抑尘剂在冬季使用时也不会结冰，保证了道路安全，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
按质量比为1：50将脂肪酶和猪油装入酶解罐中作为酶解底物，再向罐中加入酶解底物质量3～5倍的去离子水，搅拌混合10～15min后在30～40℃下酶解4～6h，得到酶解产物；称取蜂蜡装入烧杯中，将烧杯移入水浴锅中，加热升温至80～90℃，用玻璃棒搅拌直至蜂蜡完全熔化，继续向烧杯中加入蜂蜡质量10%的柠檬酸，继续搅拌20～30min后自然冷却固化，粉碎后过50目筛，得到蜂蜡包覆柠檬酸粉末；按质量比为1:8将木质素和质量浓度为15g/L的L-天冬酰胺溶液混合后装入发酵罐中，再向发酵罐中加入L-天冬酰胺溶液质量10%的浓度为108cfu/mL的枯草芽孢杆菌菌悬液，密封罐口，在35～45℃下密封发酵3～5天，过滤得到发酵滤渣；将酶解产物和发酵滤渣以及蒸馏水按质量比为1:1:8混合后得到混合液，将得到的混合液装入三口烧瓶中，水浴加热升温至70～80℃，再向三口烧瓶中加入混合液质量15～20%的丙烯酸和混合液质量1～2%的过硫酸钾以及混合液质量0.8～1.0%的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，保温搅拌1～2h，过滤分离得到滤饼；按质量比为1:10将滤饼和沼液混合后放置在摇床上振荡浸渍1～2h，分离得到浸渍后的滤饼，将浸渍后的滤饼和蜂蜡包覆柠檬酸粉末按质量比为5:1混合后装袋，即得抗冻型路面抑尘剂。
实例1
按质量比为1：50将脂肪酶和猪油装入酶解罐中作为酶解底物，再向罐中加入酶解底物质量3倍的去离子水，搅拌混合10min后在30℃下酶解4h，得到酶解产物；称取蜂蜡装入烧杯中，将烧杯移入水浴锅中，加热升温至80℃，用玻璃棒搅拌直至蜂蜡完全熔化，继续向烧杯中加入蜂蜡质量10%的柠檬酸，继续搅拌20min后自然冷却固化，粉碎后过50目筛，得到蜂蜡包覆柠檬酸粉末；按质量比为1:8将木质素和质量浓度为15g/L的L-天冬酰胺溶液混合后装入发酵罐中，再向发酵罐中加入L-天冬酰胺溶液质量10%的浓度为108cfu/mL的枯草芽孢杆菌菌悬液，密封罐口，在35℃下密封发酵3天，过滤得到发酵滤渣；将酶解产物和发酵滤渣以及蒸馏水按质量比为1:1:8混合后得到混合液，将得到的混合液装入三口烧瓶中，水浴加热升温至70℃，再向三口烧瓶中加入混合液质量15%的丙烯酸和混合液质量1%的过硫酸钾以及混合液质量0.8%的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，保温搅拌1h，过滤分离得到滤饼；按质量比为1:10将滤饼和沼液混合后放置在摇床上振荡浸渍1h，分离得到浸渍后的滤饼，将浸渍后的滤饼和蜂蜡包覆柠檬酸粉末按质量比为5:1混合后装袋，即得抗冻型路面抑尘剂。
实例2
按质量比为1：50将脂肪酶和猪油装入酶解罐中作为酶解底物，再向罐中加入酶解底物质量4倍的去离子水，搅拌混合13min后在35℃下酶解5h，得到酶解产物；称取蜂蜡装入烧杯中，将烧杯移入水浴锅中，加热升温至85℃，用玻璃棒搅拌直至蜂蜡完全熔化，继续向烧杯中加入蜂蜡质量10%的柠檬酸，继续搅拌25min后自然冷却固化，粉碎后过50目筛，得到蜂蜡包覆柠檬酸粉末；按质量比为1:8将木质素和质量浓度为15g/L的L-天冬酰胺溶液混合后装入发酵罐中，再向发酵罐中加入L-天冬酰胺溶液质量10%的浓度为108cfu/mL的枯草芽孢杆菌菌悬液，密封罐口，在40℃下密封发酵4天，过滤得到发酵滤渣；将酶解产物和发酵滤渣以及蒸馏水按质量比为1:1:8混合后得到混合液，将得到的混合液装入三口烧瓶中，水浴加热升温至75℃，再向三口烧瓶中加入混合液质量18%的丙烯酸和混合液质量1%的过硫酸钾以及混合液质量0.9%的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，保温搅拌1.5h，过滤分离得到滤饼；按质量比为1:10将滤饼和沼液混合后放置在摇床上振荡浸渍1.5h，分离得到浸渍后的滤饼，将浸渍后的滤饼和蜂蜡包覆柠檬酸粉末按质量比为5:1混合后装袋，即得抗冻型路面抑尘剂。
实例3
按质量比为1：50将脂肪酶和猪油装入酶解罐中作为酶解底物，再向罐中加入酶解底物质量5倍的去离子水，搅拌混合15min后在40℃下酶解6h，得到酶解产物；称取蜂蜡装入烧杯中，将烧杯移入水浴锅中，加热升温至90℃，用玻璃棒搅拌直至蜂蜡完全熔化，继续向烧杯中加入蜂蜡质量10%的柠檬酸，继续搅拌30min后自然冷却固化，粉碎后过50目筛，得到蜂蜡包覆柠檬酸粉末；按质量比为1:8将木质素和质量浓度为15g/L的L-天冬酰胺溶液混合后装入发酵罐中，再向发酵罐中加入L-天冬酰胺溶液质量10%的浓度为108cfu/mL的枯草芽孢杆菌菌悬液，密封罐口，在45℃下密封发酵5天，过滤得到发酵滤渣；将酶解产物和发酵滤渣以及蒸馏水按质量比为1:1:8混合后得到混合液，将得到的混合液装入三口烧瓶中，水浴加热升温至80℃，再向三口烧瓶中加入混合液质量20%的丙烯酸和混合液质量2%的过硫酸钾以及混合液质量1.0%的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，保温搅拌2h，过滤分离得到滤饼；按质量比为1:10将滤饼和沼液混合后放置在摇床上振荡浸渍2h，分离得到浸渍后的滤饼，将浸渍后的滤饼和蜂蜡包覆柠檬酸粉末按质量比为5:1混合后装袋，即得抗冻型路面抑尘剂。
对比例
以北京市某公司生产的抑尘剂作为对比例 对本发明制得的抗冻型路面抑尘剂和对比例中的抑尘剂进行检测，检测结果如表1所示： 1、测试方法
抗冻性：从实例1～3和对比例中抑尘剂各取20g放入4个相同大小的广口瓶中，密封备用。将冰箱温度调制-10℃，恒温。将上述4个广口瓶放置于冰箱内，冷藏一周后进行观察。
抑尘率：将抑尘剂注入喷洒器后按1.5～2.0L/m2的用量均匀地喷洒于所选取的试验样表面，每隔一天测一次抑尘率，周期为11天，抑尘率=（测试后样品重量+抑尘剂重量）/（测试前样品重量+抑尘剂重量）。
表1
根据表1中数据可知，本发明制得的抗冻型路面抑尘剂在11天后抑尘率还可以保持96%以上，而对比例中的抑尘剂，在11天时只保持在75%，对比可知，本发明抑尘剂的抑尘效果显著，本发明制得的抑尘剂-10℃环境下冷藏一周后未结冰、无晶体、小冰块析出，抗冻性强，因此，具有广阔的使用前景。

Claims (6)

1.一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将脂肪酶和猪油装入酶解罐中作为酶解底物，再向罐中加入去离子水，搅拌混合后酶解，得到酶解产物，备用；
（2）称取蜂蜡装入烧杯中，将烧杯移入水浴锅中，加热升温，用玻璃棒搅拌直至蜂蜡完全熔化，继续向烧杯中加入柠檬酸，继续搅拌后自然冷却固化，粉碎后过50目筛，得到蜂蜡包覆柠檬酸粉末；
（3）将木质素和L-天冬酰胺溶液混合后装入发酵罐中，再向发酵罐中加入枯草芽孢杆菌菌悬液，密封发酵，过滤得到发酵滤渣；
（4）将备用的酶解产物和发酵滤渣以及蒸馏水混合后得到混合液，将得到的混合液装入三口烧瓶中，水浴加热升温，再向三口烧瓶中加入丙烯酸和过硫酸钾以及N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，保温搅拌，过滤分离得到滤饼；
（5）将上述滤饼和沼液混合后放置在摇床上振荡浸渍，分离得到浸渍后的滤饼，将浸渍后的滤饼和蜂蜡包覆柠檬酸粉末混合后装袋，即得抗冻型路面抑尘剂。
2.根据权利要求1所述的一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的脂肪酶和猪油的质量比为1：50，去离子水的加入量为酶解底物质量的3～5倍，搅拌混合时间为10～15min，酶解温度为30～40℃，酶解时间为4～6h。
3.根据权利要求1所述的一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的加热升温的温度为80～90℃，柠檬酸的加入量为蜂蜡质量的10%，继续搅拌时间为20～30min。
4.根据权利要求1所述的一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的木质素和L-天冬酰胺溶液的质量比为1:8，L-天冬酰胺溶液的质量浓度为15g/L，枯草芽孢杆菌菌悬液的加入量为L-天冬酰胺溶液质量的10%，枯草芽孢杆菌菌悬液的浓度为108cfu/mL，密封发酵的温度为35～45℃，密封发酵的时间为3～5天。
5.根据权利要求1所述的一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的酶解产物和发酵滤渣以及蒸馏水的质量比为1:1:8，水浴加热升温的温度为70～80℃，丙烯酸的加入量为混合液质量的15～20%，过硫酸钾的加入量为混合液质量的1～2%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为混合液质量的0.8～1.0%。
6.根据权利要求1所述的一种抗冻型路面抑尘剂的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的滤饼和沼液质量比为1:10，振荡浸渍时间为1～2h，浸渍后的滤饼和蜂蜡包覆柠檬酸粉末的质量比为5:1。
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