CN110079274A - 一种亲水、亲油两性粉尘抑制剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亲水、亲油两性粉尘抑制剂，以浸润的组分A、与飞灰形成稳定泡沫的组分B和稳定阻隔表面的组分C制成的复配物；组分A为聚乙二醇、聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯、六偏磷酸钠中的一种或多种；组分B为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、蛋白水泥发泡剂中的一种或两种；组分C为碱木素、氨基磺酸钠盐、萘磺酸甲醛共聚物钠盐、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素钠、凹凸棒石粘土中的一种或两种；组分A的添加量占总质量的60‑80%，组分B的添加量占总质量的15‑30%，组分C的添加量占总质量的5‑10%；使用时将组分A、B和C按照比例混合后，配制成质量浓度为0.5‑2.0%的水溶液；本发明同时实现对亲水、亲油错综的高碳含量飞灰表面的快速浸润和扬尘抑制。
Description
技术领域
本发明属于复合材料科学和环境保护技术领域，特别涉及一种亲水、亲油两性粉尘抑制剂的制备方法和应用。
背景技术
我国能源结构中，一次能源中煤炭占80％以上，大量的燃煤电厂、煤化工工厂均产生复杂飞灰，当碳含量较高时，飞灰表面较为复杂，可能出现亲水、亲油的复杂交错表面，这种表面以通常的润湿工艺，如喷雾、注水等均难以有效润湿，且由于颗粒表面存在亲油区域，水也难以存留且很快蒸发和渗出。
中国发明专利200810171888.X提出了一种煤尘抑制剂的制备方法，使用烷基酚醚与十二烷基苯磺酸钠、AES等配伍制备了煤尘抑制剂，该方法解决了煤尘的快速润湿问题，但无法保持水在煤尘中的停留问题，只解决了浸润问题，未能解决阻隔问题，因此不能从根本上避免扬尘。
中国专利申请200710158471.5提出了一种针对开放性粉尘煤污染抑制剂的方法，该方法使用一类高分子物质，在煤表面形成保水膜，抑制了煤尘飞扬，解决了阻隔问题，但由于无法解决有效、深度浸润的问题，无法解决在转运、翻动等撑起过程中的扬尘问题，因此也无法从根本上解决问题。
中国发明专利200810212291.5提出了一种铁路煤炭运输抑制剂的制备方法，该方法可以有效抑制扬尘，以合成水溶性聚合物和改性纤维素等聚合物构成煤层的表层覆盖，形成外壳，但由于选择的液体黏度过高，无法使其在细煤粉中深层润湿，也是只解决了阻隔问题，无法从根本上解决问题。
同时解决对亲水、亲油交替表面的浸润和阻隔问题，成为如何抑制粉尘的核心问题。
发明内容
为克服现有技术中无法同时解决飞灰润湿和渗透的问题，本发明提供了一种亲水、亲油两性粉尘抑制剂及其制备方法，该抑制剂是一种具有高润湿性的表面活性剂溶液，能够利用毛细管作用快速渗透进入表面亲水、亲油错综的飞灰中；在喷射过程中，在粉堆表面捕获飞溅的颗粒，形成稳定的皮克林乳液阻隔层，阻隔层干燥后，形成板结状硬壳，同时实现对表面亲水、亲油错综粉体的高速渗透和有效阻隔。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种亲水、亲油两性粉尘抑制剂，以浸润的组分A、与飞灰形成稳定泡沫的组分B和稳定阻隔表面的组分C制成的复配物；
所述组分A为聚乙二醇、聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯、六偏磷酸钠中的一种或多种；所述组分A的添加量占总质量的60-80％；组分A可实现对飞灰颗粒活性表面的快速渗透；
所述组分B为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、蛋白水泥发泡剂中的一种或两种；组分B的添加量占总质量的15-30％；组分B可实现对改性表面浸润的初步稳定和泡沫阻隔；
所述组分C为碱木素、氨基磺酸钠盐、萘磺酸甲醛共聚物钠盐、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素钠或凹凸棒石粘土中的一种；组分C的添加量占总质量的5-10％；组分C具有一定粘性，添加量占总质量的5-10％，可实现对改性表面浸润的最终稳定；
使用时将组分A、B和C按照上述比例混合后，配制成质量浓度为0.5-2.0％的水溶液。
优选地，所述组分A中的聚乙二醇分子量为200-2000。
优选地，所述组分A中的聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯为吐温20、吐温60或吐温80中的一种。
优选地，当组分A为聚乙二醇、聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯、六偏磷酸钠中的多种时，其质量比为7-8：1-3：0-1。
优选地，当组分B为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、蛋白水泥发泡剂中的任意两种时，其质量比为1:1～9:1。
一种亲水、亲油两性粉尘抑制剂的制备方法，根据质量比称取组分A、B和C后混合，使用时将其配制成浓度为0.5-2.0％的水溶液。
一种亲水、亲油两性粉尘抑制剂的应用，所述抑制剂用于表面亲水、亲油错综的飞灰颗粒的浸润和稳定阻隔。
进一步地，所述表面亲水、亲油错综的飞灰颗粒，包括干粉煤气化装置产生的飞灰、电厂除尘器收集的含碳飞灰及动力岛锅炉集尘器收集的含碳飞灰，飞灰可燃物含量为10-90％，平均粒径范围为10-70μm。
进一步地，抑制剂中的组分A溶液对飞灰颗粒表面进行浸润；组分B溶液在飞灰颗粒表面产生泡沫，覆盖飞灰颗粒表面，初步阻隔飞灰颗粒与外部环境的接触；再通过组分C溶液在飞灰颗粒表面干燥后形成稳定的外壳，完全阻隔飞灰颗粒与外部环境的接触。
进一步地，将抑制剂喷射入表面亲水、亲油错综的飞灰颗粒中，利用毛细管作用渗透进颗粒表面，使其湿润结团，并在粉堆表面形成稳定的皮克林乳液泡沫阻隔层，阻隔层干燥后，形成板结状硬壳，阻隔其与外部环境的接触。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的抑制剂是一种具有高润湿性的表面活性剂溶液，能够利用毛细管作用快速渗透进入表面亲水、亲油错综的飞灰中；在喷射过程中，在粉堆表面捕获飞溅的颗粒，形成稳定的皮克林乳液泡沫阻隔层，阻隔层干燥后，形成板结状硬壳，同时实现对表面亲水、亲油错综粉体的高速渗透和有效阻隔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
称取7g聚乙二醇(分子量400)，2g十二烷基硫酸钠，1g碱木素溶于990g水中，制成1％的水溶液，将50g溶液喷洒在100g飞灰上(装入大烧杯，粉体厚度为10cm，灰分为50％，平均粒径为50μm)，观察5min内的渗透深度，并在40℃电热鼓风干燥箱中干燥3h，测试其水分蒸发速度，观察表面润湿状况，与仅加入水的空白样进行对比，结果见表1。
表1润湿剂在飞灰表面的润湿速度和蒸发速度
| 润湿渗透抑制剂 | 水 | |
| 蒸发率(％) | 33.2 | 91.4 |
| 渗透深度(mm) | 88.2 | 5.1 |
| 表面润湿状况 | 全部润湿 | 无法润湿 |
实施例2
称取10g吐温-60、4g十二烷基硫酸钠、2g羧甲基纤维素钠溶于3180g水中，制成0.5％的水溶液，将50g溶液喷洒在100g飞灰上(装入大烧杯，粉体厚度为10cm，灰分为30％，平均粒径为60μm)，观察5min内的渗透深度，并在40℃电热鼓风干燥箱中干燥3h，测试其水分蒸发速度，观察表面润湿状况，与仅加入水的空白样进行对比，结果见表2。
表2润湿剂在飞灰表面的润湿速度和蒸发速度
| 润湿渗透抑制剂 | 水 | |
| 蒸发率(％) | 29.2 | 92.31 |
| 渗透深度(mm) | 77.6 | 2.7 |
| 表面润湿状况 | 全部润湿 | 无法润湿 |
实施例3
称取6g聚乙二醇(分子量200)，1.5g十二烷基苯磺酸钠，1.5g蛋白水泥发泡剂，1g萘磺酸甲醛共聚物钠盐，溶于490g水中，制成2％的水溶液，将50g溶液喷洒在100g飞灰上(装入大烧杯，粉体厚度为10cm，灰分为70％，平均粒径为57μm)，观察5min内的渗透深度，并在40℃电热鼓风干燥箱中干燥3h，测试其水分蒸发速度，观察表面润湿状况，与仅加入水的空白样进行对比，结果见表3。
表3润湿剂在飞灰表面的润湿速度和蒸发速度
| 润湿渗透抑制剂 | 水 | |
| 蒸发率(％) | 22.5 | 97.7 |
| 渗透深度(mm) | 91.1 | 6.9 |
| 表面润湿状况 | 全部润湿 | 缓慢润湿 |
实施例4
称取8g吐温-80，1.5g十二烷基苯磺酸钠，0.25g聚氨基磺酸钠，0.25g碱木素溶于990g水中，制成1％的水溶液，将50g溶液喷洒在100g飞灰上(装入大烧杯，粉体厚度为10cm，灰分为13％，平均粒径为22μm)，观察5min内的渗透深度，并在40℃电热鼓风干燥箱中干燥3h，测试其水分蒸发速度，与仅加入水的空白样进行对比，结果见表4。
表4润湿剂在飞灰表面的润湿速度和蒸发速度
| 润湿渗透抑制剂 | 水 | |
| 蒸发率(％) | 26.3 | 91.4 |
| 渗透深度(mm) | 87.2 | 1.4 |
| 表面润湿状况 | 全部润湿 | 无法润湿 |
实施例5
称取6g聚乙二醇(分子量1500)，1g吐温80，0.5g六偏磷酸钠，1.5g十二烷基苯磺酸钠，1g羟乙基纤维素钠溶于650g水中，制成1.5％的水溶液，将50g溶液喷洒在100g飞灰上(装入大烧杯，粉体厚度为10cm，灰分为23％，平均粒径为22μm)，观察5min内的渗透深度，并在40℃电热鼓风干燥箱中干燥3h，测试其水分蒸发速度，与仅加入水的空白样进行对比，结果见表5。
表5润湿剂在飞灰表面的润湿速度和蒸发速度
| 润湿渗透抑制剂 | 水 | |
| 蒸发率(％) | 31.1 | 89.6 |
| 渗透深度(mm) | 89.2 | 2.4 |
| 表面润湿状况 | 全部润湿 | 无法润湿 |
实施例6
称取4g聚乙二醇(分子量800)，3g吐温-20，2g十二烷基硫酸钠，0.5g萘磺酸甲醛共聚物钠盐，0.5g凹凸棒石粘土加入到990g水中搅拌，制成1％的水溶液，将50g溶液喷洒在100g飞灰上(装入大烧杯，粉体厚度为10cm，灰分为69％，平均粒径为22μm)，观察5min内的渗透深度，并在40℃电热鼓风干燥箱中干燥3h，测试其水分蒸发速度，与仅加入水的空白样进行对比，结果见表6。
表6润湿剂在飞灰表面的润湿速度和蒸发速度
| 润湿渗透抑制剂 | 水 | |
| 蒸发率(％) | 22.1 | 89.3 |
| 渗透深度(mm) | 83.1 | 9.8 |
| 表面润湿状况 | 全部润湿 | 缓慢润湿 |
实施例7
称取7g聚乙二醇(分子量800)，1g吐温-20，1g六偏磷酸钠，0.5g十二烷基硫酸钠，0.5g凹凸棒石粘土加入到990g水中搅拌，制成1％的水溶液，将50g溶液喷洒在100g飞灰上(装入大烧杯，粉体厚度为10cm，灰分为90％，平均粒径为10μm)，观察5min内的渗透深度，并在40℃电热鼓风干燥箱中干燥3h，测试其水分蒸发速度，与仅加入水的空白样进行对比，结果见表7。
表7润湿剂在飞灰表面的润湿速度和蒸发速度
| 润湿渗透抑制剂 | 水 | |
| 蒸发率(％) | 28.1 | 89.2 |
| 渗透深度(mm) | 85.1 | 8.8 |
| 表面润湿状况 | 全部润湿 | 缓慢润湿 |
实施例8
称取6g聚乙二醇(分子量2000)，2.7g十二烷基硫酸钠，0.3g蛋白水泥发泡剂，1g萘磺酸甲醛共聚物钠盐，溶于990g水中，制成1％的水溶液，将50g溶液喷洒在100g飞灰上(装入大烧杯，粉体厚度为10cm，灰分为10％，平均粒径为70μm)，观察5min内的渗透深度，并在40℃电热鼓风干燥箱中干燥3h，测试其水分蒸发速度，观察表面润湿状况，与仅加入水的空白样进行对比，结果见表8。
表8润湿剂在飞灰表面的润湿速度和蒸发速度
| 润湿渗透抑制剂 | 水 | |
| 蒸发率(％) | 27.5 | 90.3 |
| 渗透深度(mm) | 89.1 | 6.9 |
| 表面润湿状况 | 全部润湿 | 缓慢润湿 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种亲水、亲油两性粉尘抑制剂，其特征在于：以浸润的组分A、与飞灰形成稳定泡沫的组分B和稳定阻隔表面的组分C制成的复配物；所述组分A为聚乙二醇、 聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯、六偏磷酸钠中的一种或多种；所述组分B为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、蛋白水泥发泡剂中的一种或两种；所述组分C为碱木素、氨基磺酸钠盐、萘磺酸甲醛共聚物钠盐、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素钠、凹凸棒石粘土中的一种或两种；所述组分A的添加量占总质量的60-80%，组分B的添加量占总质量的15-30%，组分C的添加量占总质量的5-10%；使用时将组分A、B和C按照上述比例混合后，配制成质量浓度为0.5-2.0%的水溶液。
2.根据权利要求1所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂，其特征在于：所述组分A中的聚乙二醇分子量为200-2000。
3.根据权利要求1所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂，其特征在于：所述组分A中的聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯为吐温20、吐温60或吐温80中的一种。
4.根据权利要求1所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂，其特征在于：当组分A为聚乙二醇、 聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯、六偏磷酸钠中的多种时，其质量比为7-8：1-3：0-1。
5.根据权利要求1所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂，其特征在于：当组分B为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、蛋白水泥发泡剂中的任意两种时，其质量比为1：1~9：1；当组分C为碱木素、氨基磺酸钠盐、萘磺酸甲醛共聚物钠盐、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素钠、凹凸棒石粘土中的任意两种时，其质量比为1：1。
6.根据权利要求1-5任一所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂的制备方法，其特征在于，根据质量比称取组分A、B和C后混合，使用时将其配制成浓度为0.5-2.0%的水溶液。
7.根据权利要求1-5任一所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂的应用，其特征在于，所述抑制剂用于表面亲水、亲油错综的飞灰颗粒的浸润和稳定阻隔。
8.根据权利要求7所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂的应用，其特征在于，所述表面亲水、亲油错综的飞灰颗粒，包括干粉煤气化装置产生的飞灰、电厂除尘器收集的含碳飞灰及动力岛锅炉集尘器收集的含碳飞灰，飞灰可燃物含量为10-90%，平均粒径范围为10-70μm。
9.根据权利要求7所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂的应用，其特征在于，抑制剂中的组分A溶液对飞灰颗粒表面进行浸润；组分B溶液在飞灰颗粒表面产生泡沫，覆盖飞灰颗粒表面，初步阻隔飞灰颗粒与外部环境的接触；再通过组分C溶液在飞灰颗粒表面干燥后形成稳定的外壳，完全阻隔飞灰颗粒与外部环境的接触。
10.根据权利要求7所述的亲水、亲油两性粉尘抑制剂的应用，其特征在于，将抑制剂喷射入表面亲水、亲油错综的飞灰颗粒中，利用毛细管作用渗透进颗粒表面，使其湿润结团，并在粉堆表面形成稳定的皮克林乳液泡沫阻隔层，阻隔层干燥后，形成板结状硬壳，阻隔其与外部环境的接触。
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