CN109762523A - 一种复合型结壳抑尘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于道路抑尘、矿区抑尘、电厂抑尘、建筑垃圾场抑尘、生产制造行业抑尘等用途的复合型结壳抑尘剂及其制备方法。该法以乙二醇、二甘醇、甘油等常见有机物为主要成分，通过抑尘组分预聚合、鼓泡辅助膜成型等步骤，合成抑尘剂原浆，稀释后的抑尘剂能广泛用于各个场景，对粉尘有强烈的润湿、黏结、凝并、结壳及吸湿保水等效果，防止粉尘二次扬起，且使用成本低，具有广阔的商业运用前景。

Description

一种复合型结壳抑尘剂及其制备方法

技术领域

本发明属于环保领域。具体来说，本发明涉及一种复合型结壳抑尘剂及其制备方法，以及所述抑尘剂在道路、矿区、电厂、建筑垃圾场、生产制造行业等开放、半开放或封闭的场合的应用。

背景技术

化学抑尘剂防尘技术在国外得到了迅猛发展，美、日等国家每年都有新的专利发表，早在20世纪前期，就有英、美、前苏联学者将湿润型化学抑尘剂应用于矿井中，以湿润巷道积尘，抑制钻孔、爆破等作业中的煤尘。半世纪来，随着化学抑尘技术研究深入、人们环境意识的提高以及现代化学工业的发展，抑尘剂研究的深度、广度迅速扩展。各代表性的有美国开发的DCL-1803型粘结型化学抑尘剂和C型粘结型化学抑尘剂、德国的M型粘结型化学抑尘剂、日本的化学抑尘剂专利S剂和TH-C剂。这些化学抑尘剂的主要成分多为天然石油树脂与润湿剂配制的乳状液，或为含有高芳香族化合物的物料与重油渣乳化液，以及由CaCl₂、MgCl₂等混合而成的吸湿性溶液等。据报道，在德国应用较多的M型粘结性化学抑尘剂在井下持续粘尘时间为20～25天；俄罗斯研制的含有环亚胺、聚乙二醇、脂肪酸、二羟乙基胺等成分的化学抑尘剂，其使用浓度在0.001％～0.0001％时，仍具有很高的润湿抑尘效果。

从整体上来说，国外应用在矿物粉尘治理领域的化学抑尘剂，已经从采用沥青、重油和无机盐类物质开始，向有机高分子粘性聚合物、超级吸水剂过渡；从单纯依赖其物理作用，过渡到利用其物理化学的综合作用来抑制粉尘，技术多以专利的形式为主。然而国外化学抑尘剂的配方中用到的水溶性聚合物，其成本偏高。如美国昂帝欧—纳尔科公司的化学抑尘剂81620号，喷洒后大约10小时左右形成保护层，其成本超过1元/m²，在国内很难实现大规模的应用。

抑尘剂按作用机理可以分为润湿型、粘结型、凝聚型、复合型四类：

(1)润湿型化学抑尘剂。该抑尘剂主要由无机盐和表面活性剂组成，一般是在卤化物和无机盐(如Na₂SO₄、(NH₄)₂SO₄、Na₂S等)中添加某种表面活性剂(如聚乙烯醇、羟基烯基纤维素、脂肪酸、十二烷基磺酸钠等)。通过降低溶液表面张力，起到渗透、润湿、乳化、发泡等作用，无机盐作用是弥补表面活性剂的吸湿保水方面的不足，促进表面活性剂发挥作用。

(2)粘结型化学抑尘剂。该抑尘剂在道路扬尘、建筑工地等裸露地面扬尘方面的应用，根据原料不同进一步分为粘结型有机、无机化学抑尘剂。粘结型抑尘剂溶液喷洒在粉层表面后，能使粉层表面粘成具有一定强度的硬壳，进而防尘。粘结型有机粘结剂一般由原油、石油渣油、石蜡、石蜡油、树脂、聚合物等组分复合复配淀粉系、纤维素系、木质素系、合成树脂系四类化合物形成。无机型粉尘粘结剂主要包括卤化物、氧化钙、粉煤灰、黏土、石膏等。

(3)凝聚型化学抑尘剂。该抑尘剂包括吸湿型无机盐凝聚剂和高倍树脂凝聚剂两类。吸湿型无机盐凝聚剂在早期应用于路面控尘较多，但土地盐碱化及受温度影响较大缺点让产品单一的吸湿型无机盐凝聚剂慢慢淡出了抑尘剂市场，目前更多以融雪剂等产品应用于道路。

(4)复合型抑尘剂。随着新材料的不断开发以及除尘要求提高，复合型抑尘剂得到了较快的发展。但该类抑尘剂的接枝共聚、配位、离子螯合、乳化、增溶、润湿等耦合制备技术发展时间较短，其耦合作用机理尚不成熟增加了复合型抑尘剂的开发难度，探索复合型抑尘剂的耦合作用机理成为该类抑尘剂开发的重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种能广泛适用于道路抑尘、矿区抑尘、电厂抑尘、建筑垃圾场抑尘、生产制造行业抑尘等用途的复合型结壳抑尘剂及其制备方法，该法以乙二醇、二甘醇、甘油等常见有机物为主要成分，通过抑尘组分预聚合、鼓泡辅助膜成型等步骤，合成稳定的抑尘剂原浆，稀释后的抑尘剂能广泛用于各个场景，对粉尘有强烈的润湿、黏结、凝并、结壳及吸湿保水等效果，防止粉尘二次扬起，且使用成本低，具有广阔的商业运用前景。

本发明提供一种复合型结壳抑尘剂及其制备方法，以解决上述背景技术中复合型抑尘剂稳定性差、不能长期存储的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合型结壳抑尘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述抑尘剂原液组分按质量百分比计，包括如下组分：

活性组分 10～35％

成膜组分 15～40％

溶剂 30～50％

(2)按步骤(1)中的比例称取各组分于常温下搅拌至溶液混合均匀，随后移至恒温加热设备中于40-55℃恒温搅拌1-12h，冷却后即得抑尘剂预聚合溶液；

(3)向步骤(2)制得的抑尘剂预聚合溶液滴加结构导向助剂，并于室温下搅拌至溶液混合均匀，结构导向助剂的加入量为抑尘剂预聚合溶液总质量的5-10％；

(4)将步骤(3)制得的混合溶液移至鼓泡反应设备中并通入惰性气体于80-120℃进行恒温鼓泡反应1-6h后制得膜成型的抑尘剂混合液；

(5)将步骤(4)制得膜成型的抑尘剂混合液移至冷却器中冷却至室温即得复合型结壳抑尘剂。

优选地，步骤(1)中，所述活性组分为双氧水和四硼酸钠中的一种或两种组合。

更优选地，所述活性组分为双氧水和四硼酸钠按质量比1:1组成的混合物。

优选地，步骤(1)中，所述的溶剂选自去离子水和蒸馏水中的一种或两种组合。

优选地，步骤(1)中，所述的成膜组分选自乙二醇、聚乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙三醇、戊醇、二甘醇、月桂醇、壬基酚聚氧乙烯醚、二甲苯、十二烷基硫酸钠、三乙二醇单乙醚、三辛基氧化膦、乙二胺、羧甲基淀粉钠、甘油、三乙胺、木质素磺酸钠、三乙醇胺和糖蜜中一种或多种组合。

更优选地，所述的成膜组分选自乙二醇、二甘醇、甘油、聚乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙三醇、戊醇、月桂醇、壬基酚聚氧乙烯醚、二甲苯、木质素磺酸钠、三乙醇胺和糖蜜中一种或多种组合。

进一步优选地，步骤(1)中，所述的成膜组分选自乙二醇、二甘醇、甘油、月桂醇、二甲苯、木质素磺酸钠、三乙醇胺和糖蜜中一种或多种组合。

优选地，步骤(2)中，所述的恒温加热设备选自水浴锅、水浴槽、烘箱、管式炉、反射煤炉、电炉、或中频加热炉中的一种。

更优选地，所述的恒温加热设备选自水浴锅或烘箱中一种。

优选的，步骤(2)中，所述的恒温温度为45℃，加热时间为3-6小时。

优选地，步骤(3)中，所述的结构导向助剂选自氨基酸、尿素、甲基吡啶、喹啉、苯胺、十八胺、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种组合。

更优选地，所述的结构导向助剂选自尿素、苯胺、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种组合。

优选地，步骤(3)中，所述的结构导向助剂的加入量为抑尘剂预聚合溶液总质量的8-10％。

优选地，步骤(4)中，所述的鼓泡反应设备选自空心式鼓泡反应器、多段式鼓泡反应器、气体提升式鼓泡反应器或液体喷射式鼓泡反应器中的一种。

更优选地，所述的鼓泡反应设备选自空心式鼓泡反应器或多段式鼓泡反应器中的一种。

进一步优选地，所述的鼓泡反应设备为空心式鼓泡反应器。

优选地，步骤(4)中，所述的鼓泡反应设备的加热方式选自高温蒸汽、导热油或电加热中的一种。

更优选地，所述的鼓泡反应设备的加热方式选自导热油或电加热中的一种。

进一步优选地，所述的鼓泡反应设备的加热方式为导热油加热。

优选地，步骤(4)中，所述的惰性气体选自氮气、氩气、氦气中的一种气体或任意两种按体积比1:1的混合气体。

更优选地，所述的惰性气体为氩气或氦气中的一种气体或任意两种按体积比1:1的混合气体。

优选地，步骤(4)中，所述的惰性气体的空塔流速为0.05-0.3m/s，气含率为20-60％。

更优选地，所述的惰性气体的空塔流速为0.1-0.18m/s，气含率为40-50％。

优选地，步骤(4)中，所述的恒温鼓泡反应温度控制在80-95℃，反应时间控制在1-3h。

优选地，步骤(5)中，所述的冷却器选自板式冷却器、管壳式冷却器、翅片式冷却器或螺旋式冷却器中的一种。

更优选地，所述的冷却器选自板式冷却器或管壳式冷却器中的一种。

优选地，步骤(5)中，所述冷却方式为水冷、油冷、空气冷或制冷剂冷却中的一种。

更优选地，所述冷却方式为水冷或油冷中一种。

本发明提供了由上述制备方法制得的复合型结壳抑尘剂。所述复合型结壳抑尘剂作为原浆，其相对密度为1～2.8g/ml。

同时，本发明还提供了上述复合型结壳抑尘剂的用途，所述复合型结壳抑尘剂用于道路、矿区、电厂、建筑垃圾场、生产制造行业中的抑尘。

本发明进一步提供所述上述复合型结壳抑尘剂的应用方法，包括如下步骤：

(1)在常温、常压下，可选用自来水、工业中水、河水或井水中一种或多种组合的稀释剂对所述复合型结壳抑尘剂进行稀释膜扩张处理，膜扩张时间为5-150s；

(2)将稀释后的抑尘剂可采取人工、机械(不限于洒水车、喷雾系统)或专业喷淋站及固定喷雾系统方法等，将抑尘剂稀释液均匀喷洒于包括但不限于道路、矿区、电厂、建筑垃圾场、生产制造场所的开放或封闭的特定场合内的物料表面或扬尘区中，即可实现防尘、降尘的效果。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

提供了一种可广泛应用于道路抑尘、矿区抑尘、电厂抑尘、建筑垃圾场抑尘、生产制造行业抑尘等用途的复合型结壳抑尘剂及其制备方法。

最终成型的复合型结壳抑尘剂具有膜结构，通过亲水基团与疏水基团的互为影响，形成致密的纳米级网状结构，其中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，能迅速捕捉并将微粒粉尘牢牢吸附，起到湿润、粘接、凝结、吸湿、防尘、防浸蚀和抗冲刷的作用，具有显著的抑尘、防尘、固尘的作用。

与其他复合型抑尘剂相比，本发明的复合型结壳抑尘剂性质稳定，可以长期存储，避免了原浆中成膜组分在存储过程中易团聚产生沉淀，失去抑尘效果，阻塞喷头，损坏后续抑尘设备等问题。同时，本发明所用的合成原料来源广泛，绿色环保，价格低廉，降低了复合型结壳抑尘剂的生产成本；所采用的工艺和设备简单，操作简便，易于实施，且制得的复合型结壳抑尘剂性质稳定、抑尘效果好，具有广阔的商业前景。

本发明还具有如下特点：

1、本发明通过抑尘剂原液中的活性组分、成膜组分和溶剂在低温下进行缩聚、缩合等反应形成了线性溶胶状的预聚合液，同时通过调节反应温度和时间来控制预聚合的成核情况和线性溶胶粒子的大小，避免了传统复合型抑尘剂合成过程中，活性组分、成膜组分、结构导向助剂和溶剂一步反应形成体相溶胶-凝胶粒子，从而不易控制反应程度和粒子大小，导致抑尘液原液容易团聚析出沉淀，无法长期存储等问题。

2、本发明于活性组分、成膜组分和溶剂进行预聚合之后，再加入结构导向助剂进行膜成型反应，因此时活性组分与膜组分已形成一定大小的线性溶胶粒子，剩余的反应位点减少，反应速率减小，易于进一步控制膜成型反应，避免因反应过快而导致溶质析出等现象。

3、本发明采用鼓泡法辅助膜成型反应，结构导向助剂易于在气泡表面排列而增大了反应界面，并使反应更加均匀，反应参数与产品参数也易于控制，同时避免因反应过快而出现团聚等现象，从而改进了传统复合型抑尘剂的稳定性不足的问题，有利于工业化推广。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1、复合型结壳抑尘剂制备

称取活性组分30kg，成膜组分40kg和溶剂30kg常温下搅拌至溶液混合均匀，随后移至恒温水浴锅中于45℃恒温搅拌5h，冷却后即得抑尘剂预聚合溶液；

向制得的抑尘剂预聚合溶液滴加结构导向助剂，并于室温下搅拌至溶液混合均匀，结构导向助剂的加入量为抑尘剂预聚合溶液总质量的8％；

将上述溶液移至空心式鼓泡反应器中，通入氩气，并控制惰空塔流速为0.1m/s，气含率为48％，于95℃进行恒温鼓泡反应3h制得膜成型的抑尘剂混合液；

将上述制得的抑尘剂混合液导入列管式冷却器中冷却至室温即得复合型结壳抑尘剂。

2、复合型结壳抑尘剂调制

将复合型结壳抑尘剂作为原浆，按所需用量倒入喷洒容器中，再按比例注入稀释剂，随后搅拌均匀即可，也可边加稀释剂边搅拌。稀释剂可选自来水、工业中水、河水或井水中一种或任意比例组合液，稀释比控制在1:1000以内。

3、路面灰尘控制喷施方法：

用环卫洒水车或车载洒水设备喷洒。

4、待实验的沥青路面统一喷洒稀释后的抑尘剂用量0.5L/m²，每段实验道路指标统一：200米长度，宽度5米，即总量0.5m³/批。

实施例1：将0.25kg上述复合型结壳抑尘剂原浆倒入设备容器内，再一次性加入0.5m³的自来水，利用水的冲击力稀释溶解，得到实施例一复合型结壳抑尘剂。

实施例2：将0.5kg上述复合型结壳抑尘剂原浆倒入设备容器内，再一次性加入0.5m³的自来水，利用水的冲击力稀释溶解，得到实施例二复合型结壳抑尘剂。

实施例3：将1kg上述复合型结壳抑尘剂原浆倒入设备容器内，再一次性加入0.5m³的自来水，利用水的冲击力稀释溶解，得到实施例三复合型结壳抑尘剂。

实施例4：将2.5kg上述复合型结壳抑尘剂原浆倒入设备容器内，再一次性加入0.5m³的自来水，利用水的冲击力稀释溶解，得到实施例四复合型结壳抑尘剂。

实施例5：将5kg上述复合型结壳抑尘剂原浆倒入设备容器内，再一次性加入0.5m³的自来水，利用水的冲击力稀释溶解，得到实施例五复合型结壳抑尘剂。

实施例6：将25g上述复合型结壳抑尘剂原浆倒入设备容器内，再一次性加入0.5m³的自来水，利用水的冲击力稀释溶解，得到实施例六复合型结壳抑尘剂。

实施例7：将50g上述复合型结壳抑尘剂原浆倒入设备容器内，再一次性加入0.5m³的自来水，利用水的冲击力稀释溶解，得到实施例七复合型结壳抑尘剂。

对比例：提供0.5m³自来水即对比抑尘剂。

5、分析方法

采用设置在路边的工业级粉尘测量仪进行分析。

技术参数如下：

粉尘浓度：0～500mg/m³

分辨率：0.1mg/m³

温度范围：工作温度：-5～40℃；存储温度：-20～+50℃

尺寸(W×H×D)：190×275×330mm

重量：约7.5kg

防护等级：IP 40

显示屏：5.7"彩色触摸显示屏

电源电压：AC 230V,50Hz

通讯接口：蓝牙,USB接口

测量原理：激光双光束

6、抑尘剂评价方法

采用设置在路边的工业级粉尘测量仪进行分析，沿测试道路每隔40米设置一个采样点，采样点高度2.5米，喷洒对比剂与抑尘剂3小时后，车辆以相同的速度匀速通过各个测试点，粉尘测量仪采集的数据如下表所示：

表1在上述抑尘剂评价条件下，各实施例中抑尘剂效果表：

从上表明显可以看出，喷洒复合型结壳抑尘剂的实施例道路粉尘浓度明显低于只喷洒水的对比例的道路粉尘浓度，且随着抑尘剂浓度提高效果变好，但经济角度，本实验条件下，实施例四已经最经济，建议同等条件下，选取质量分数为0.5％的复合型结壳抑尘剂最优。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种复合型结壳抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)所述抑尘剂原液组分按质量百分比计，包括如下组分：

活性组分 10～35％

成膜组分 15～40％

溶剂 30～50％

(2)按步骤(1)中的比例称取各组分于常温下搅拌至溶液混合均匀，随后移至恒温加热设备中于40-55℃恒温搅拌1-12h，冷却后即得抑尘剂预聚合溶液；

(3)向步骤(2)制得的抑尘剂预聚合溶液滴加结构导向助剂，并于室温下搅拌至溶液混合均匀，结构导向助剂的加入量为抑尘剂预聚合溶液总质量的5-10％；

(4)将步骤(3)制得的混合溶液移至鼓泡反应设备中并通入惰性气体于80-120℃进行恒温鼓泡反应1-6h后制得膜成型的抑尘剂混合液；

(5)将步骤(4)制得膜成型的抑尘剂混合液移至冷却器中冷却至室温即得复合型结壳抑尘剂。

2.如权利要求1所述的一种复合型结壳抑尘剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性组分为双氧水和四硼酸钠中的一种或两种组合；所述的溶剂选自去离子水和蒸馏水中的一种或两种组合；所述的成膜组分选自乙二醇、聚乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙三醇、戊醇、二甘醇、月桂醇、壬基酚聚氧乙烯醚、二甲苯、十二烷基硫酸钠、三乙二醇单乙醚、三辛基氧化膦、乙二胺、羧甲基淀粉钠、甘油、三乙胺、木质素磺酸钠、三乙醇胺和糖蜜中一种或多种组合。

3.如权利要求1所述的一种复合型结壳抑尘剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的恒温加热设备选自水浴锅、水浴槽、烘箱、管式炉、反射煤炉、电炉、或中频加热炉中的一种。

4.如权利要求1所述的一种复合型结壳抑尘剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的结构导向助剂选自氨基酸、尿素、甲基吡啶、喹啉、苯胺、十八胺、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种组合。

5.如权利要求1所述的一种复合型结壳抑尘剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的鼓泡反应设备选自空心式鼓泡反应器、多段式鼓泡反应器、气体提升式鼓泡反应器或液体喷射式鼓泡反应器中的一种；所述的鼓泡反应设备的加热方式选自高温蒸汽、导热油或电加热中的一种。

6.如权利要求1所述的一种复合型结壳抑尘剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的惰性气体选自氮气、氩气、氦气中的一种气体或任意两种按体积比1:1的混合气体；所述的惰性气体的空塔流速为0.05-0.3m/s，气含率为20-60％。

7.如权利要求1所述的一种复合型结壳抑尘剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的冷却器选自板式冷却器、管壳式冷却器、翅片式冷却器或螺旋式冷却器中的一种；所述冷却方式为水冷、油冷、空气冷或制冷剂冷却中的一种。

8.一种复合型结壳抑尘剂，由如权利要求1-7任一所述的制备方法制备获得。

9.如权利要求9所述的一种复合型结壳抑尘剂在道路、矿区、电厂、建筑垃圾场、生产制造行业中抑尘的用途。

10.如权利要求9所述的一种复合型结壳抑尘剂的应用方法，包括如下步骤：

(1)在常温、常压下，可选用自来水、工业中水、河水或井水中一种对如权利要求9所述的抑尘剂进行稀释膜扩张处理，膜扩张时间为5-150s；

(2)将稀释后的抑尘剂均匀喷洒于包括但不限于道路、矿区、电厂、建筑垃圾场、生产制造场所的开放或封闭的特定场合内的物料表面或扬尘区中。