CN110368803A - 一种瓦斯吸收剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种瓦斯吸收剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于瓦斯气体吸收材料技术领域，具体涉及一种瓦斯吸收剂及其制备方法和应用。包括如下重量份的原料，拟薄水铝石30‑70份；水玻璃35‑55份；硫酸铝水溶液130‑150份；氢氧化钠水溶液100‑120份；甲烷氧化菌菌液2‑5份。所述瓦斯吸收剂通过各组分的配比以及甲烷氧化菌液的添加，使得其能够快速去除环境中的瓦斯，降低瓦斯浓度，且避免使用有毒有害组分，减少了对矿工的人身伤害。

Description

一种瓦斯吸收剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于瓦斯气体吸收材料技术领域，具体涉及一种瓦斯吸收剂及其制备方法和应用。
背景技术
瓦斯的定义相当广泛，不是单一的某一种物质。包括生活中的天然气和煤矿瓦斯。瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。瓦斯是无色、无味、无臭的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。
瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的。煤与瓦斯突出是采煤过程中发生的严重自然灾害之一，是煤矿井下采煤过程中发生的一种煤与瓦斯的突然运动，是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象。它能在很短的时间几秒钟到几分钟内使采掘工作面的煤壁遭到破坏并从煤壁内部突然向采掘空间喷出大量的煤和瓦斯，在煤体中形成某种特殊形状的孔洞，喷出煤和瓦斯时伴随着强大的冲击力能摧毁各种设施破坏通风系统，突出物会造成埋人，破坏设施，突出的瓦斯使人窒息，或引起瓦斯爆炸，造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。
瓦斯爆炸直接威胁着矿工的生命安全。因此，矿井工作中对瓦斯十分重视，现在采取的对瓦斯处理的安全措施有加强井下通风，煤层注水防治瓦斯，限制井下明火，增加瓦斯检测报警器等方式。但是，通风系统结构复杂，常常会出现通风不畅，进而使井内瓦斯浓度升高的问题；而其它方法只起到了预防作用，而不是对空气中的瓦斯直接处理，并未使空气中的瓦斯浓度降低。
现有技术中，例如中国专利文献CN101224375A，公开了一种吸收瓦斯的吸收剂组合物，含有按质量计的表面活性剂0.1～9％和第二组分0.1～15％；其它成分为水；其中，所述的表面活性剂为司盘80、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种；所述的第二组分为醋酸、次氯酸钠、乙酸钠中的至少一种。该专利文献中，所提供的吸收剂能够快速高效吸收空气中的瓦斯，降低瓦斯浓度，但是，所用表面活性剂均为对人体有毒有害的试剂，仍然存在危害矿工人身健康的隐患。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的瓦斯吸收剂使用有毒有害组分、危害矿工人身健康等缺陷，从而提供一种瓦斯吸收剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种瓦斯吸收剂，包括如下重量份的原料，
拟薄水铝石30-70份；
水玻璃35-55份；
硫酸铝水溶液130-150份；
氢氧化钠水溶液100-120份；
甲烷氧化菌菌液2-5份。
进一步地，还包括卵磷脂10-20份。
进一步地，以二氧化硅的质量计，所述水玻璃的浓度为20-30％；
所述硫酸铝水溶液的质量浓度为10-20％；
所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为60-80％。
进一步地的，所述甲烷氧化菌为甲烷氧化菌I型和/或甲烷氧化菌II型；所述甲烷氧化菌可以通过市售渠道购买得到，也可自制，在本发明实施例中均按照专利文献CN103497921B中实施例1的方法制备得到。
本发明还提供一种上述瓦斯吸收剂的制备方法，包括以下步骤：
将一部分拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在30-40℃下搅拌混合均，得混合液A；
将所得混合液A与水玻璃混合，在30-45℃下搅拌2-3h，得混合液B；
将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在55-65℃下搅拌混合20-50分钟，然后升温至93-98℃，静置3-9h，得混合液C；
将混合液C冷却后，调节pH至6-8，然后与甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
进一步地，还包括加入卵磷脂的步骤，具体为，将混合液C冷却后与卵磷脂、甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
进一步地，与所述氢氧化钠水溶液混合的拟薄水铝石的重量份数为10-20份。
进一步地，将所得混合液A与水玻璃混合，在32-36℃下搅拌。
进一步地，混合液C的制备过程中，升温至95-98℃，静置6-9h。
本发明还提供一种上述方法制备得到的瓦斯吸收剂的应用，将其直接喷洒至含瓦斯的空气中即可。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的瓦斯吸收剂，包括如下重量份的原料，拟薄水铝石30-70份；水玻璃35-55份；硫酸铝水溶液130-150份；氢氧化钠水溶液100-120份；甲烷氧化菌菌液2-5份。所述瓦斯吸收剂通过各组分的配比以及甲烷氧化菌液的添加，使得其能够快速去除环境中的瓦斯，降低瓦斯浓度，且避免使用有毒有害组分，减少了对矿工的人身伤害。
其中，卵磷脂的使用，能够进一步增加吸收剂对瓦斯气体的吸收能力，增加吸收剂的作用时间，使其长效有效。
2.本发明提供的瓦斯吸收剂的制备方法，包括以下步骤：将一部分拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在30-40℃下搅拌混合均，实现拟薄水铝石的溶解，得混合液A；将所得混合液A与水玻璃混合，在30-45℃下搅拌2-3h，在这一过程中，硅铝之间反应能够得到一些细小的晶粒，得混合液B；将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在55-65℃下搅拌混合20-50分钟，然后升温至93-98℃，静置3-9h，得混合液C，在含有小晶粒混合液B的诱导下，使反应原料中的硅铝进一步反应，晶粒长大，保证吸收剂具有特殊的孔道结构；将混合液C冷却后，调节pH至6-8，然后与甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂，调节pH至中性左右，避免对矿工皮肤的伤害。通过该方法制备得到的瓦斯吸收剂，具有特殊的孔道结构，具有0.4nm左右的孔径，适于对瓦斯的吸收，甲烷氧化菌菌液的使用，将其吸附在吸收剂的孔道中，能够持续消耗吸附在孔道中的甲烷，使其长期具有吸附功能。
其中，通过对反应条件的优化限定，能够进一步提高吸收剂对甲烷的吸收能力，吸收效果更好。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
为了便于数据之间的比较，本发明以下各实施例和对比例中的甲烷氧化菌菌液均通过专利文献CN103497921B中实施例1提供的方法制备得到。具体为：
取上海老港生活垃圾填埋场10年龄的矿化垃圾原料，除杂过筛后得到粒径为0.5mm～4cm的细料，含水率为26.5wt％。将所述矿化垃圾装入血清瓶，通入体积比为1:1的CH4和O2的混合气体于37℃驯化7d，此时，矿化垃圾的甲烷氧化率达到56.1％，停止培养。
将取自上海老港生活垃圾填埋场的10年龄渗滤液加入所述矿化垃圾中得到混合液，配比为1g矿化垃圾：100mL渗滤液，混合液的pH值为7.5；将混合液装入血清瓶，通入体积比为1:1的CH4和O2的混合气体后密封，于35℃条件下摇床培养。培养3d，此时，混合液的菌体浓度OD600达到0.79，停止培养，得到甲烷氧化菌菌液。
实施例1
本实施例提供一种瓦斯吸收剂，包括如下重量份的原料，
拟薄水铝石30g；
水玻璃(以二氧化硅的质量计，所述水玻璃的浓度为20％)55g；
硫酸铝水溶液(20％)130g；
氢氧化钠水溶液(60％)120g；
甲烷氧化菌菌液2g。
所述瓦斯吸收剂的制备方法为：
将10g的拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在40℃下搅拌混合均，得混合液A；
将所得混合液A与水玻璃混合，在30℃下搅拌3h，得混合液B；
将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在55℃下搅拌混合50分钟，然后升温至93℃，静置9h，得混合液C；
将混合液C冷却后，用5wt％的磷酸调节pH至6，然后与甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
将所得瓦斯吸收剂过滤、干燥后，进行测试，测得平均孔径为0.40nm。
实施例2
本实施例提供一种瓦斯吸收剂，包括如下重量份的原料，
拟薄水铝石70g；
水玻璃(以二氧化硅的质量计，所述水玻璃的浓度为30％)35g；
硫酸铝水溶液(10％)150g；
氢氧化钠水溶液(80％)100g；
甲烷氧化菌菌液5g。
所述瓦斯吸收剂的制备方法为：
将20g的拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在30℃下搅拌混合均，得混合液A；
将所得混合液A与水玻璃混合，在45℃下搅拌2h，得混合液B；
将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在65℃下搅拌混合20分钟，然后升温至98℃，静置3h，得混合液C；
将混合液C冷却后，用5wt％的磷酸调节pH至8，然后与甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
将所得瓦斯吸收剂过滤、干燥后，进行测试，测得平均孔径为0.41nm。
实施例3
本实施例提供一种瓦斯吸收剂，包括如下重量份的原料，
拟薄水铝石55g；
水玻璃(以二氧化硅的质量计，所述水玻璃的浓度为26％)43g；
硫酸铝水溶液(17％)148g；
氢氧化钠水溶液(70％)110g；
甲烷氧化菌菌液3.5g。
所述瓦斯吸收剂的制备方法为：
将13g的拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在35℃下搅拌混合均，得混合液A；
将所得混合液A与水玻璃混合，在40℃下搅拌2.5h，得混合液B；
将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在60℃下搅拌混合35分钟，然后升温至97℃，静置7h，得混合液C；
将混合液C冷却后，用5wt％的磷酸调节pH至7，然后与甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
将所得瓦斯吸收剂过滤、干燥后，进行测试，测得平均孔径为0.40nm。
实施例4
本实施例提供一种瓦斯吸收剂，包括如下重量份的原料，
拟薄水铝石55g；
水玻璃(以二氧化硅的质量计，所述水玻璃的浓度为26％)43g；
硫酸铝水溶液(17％)148g；
氢氧化钠水溶液(70％)110g；
甲烷氧化菌菌液3.5g；
卵磷脂18g。
所述瓦斯吸收剂的制备方法为：
将13g的拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在34℃下搅拌混合均，得混合液A；
将所得混合液A与水玻璃混合，在40℃下搅拌2.5h，得混合液B；
将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在60℃下搅拌混合35分钟，然后升温至96℃，静置8h，得混合液C；
将混合液C冷却后，用5wt％的磷酸调节pH至7，然后与卵磷脂、甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
将所得瓦斯吸收剂过滤、干燥后，进行测试，测得平均孔径为0.39nm。
实施例5
本实施例提供一种瓦斯吸收剂，包括如下重量份的原料，
拟薄水铝石55g；
水玻璃(以二氧化硅的质量计，所述水玻璃的浓度为26％)43g；
硫酸铝水溶液(17％)148g；
氢氧化钠水溶液(70％)110g；
甲烷氧化菌菌液3.5g；
卵磷脂20g。
所述瓦斯吸收剂的制备方法为：
将13g的拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在32℃下搅拌混合均，得混合液A；
将所得混合液A与水玻璃混合，在40℃下搅拌2.5h，得混合液B；
将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在60℃下搅拌混合35分钟，然后升温至98℃，静置6h，得混合液C；
将混合液C冷却后，用5wt％的磷酸调节pH至7，然后与卵磷脂、甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
将所得瓦斯吸收剂过滤、干燥后，进行测试，测得平均孔径为0.42nm。
实施例6
本实施例提供一种瓦斯吸收剂，包括如下重量份的原料，
拟薄水铝石55g；
水玻璃(以二氧化硅的质量计，所述水玻璃的浓度为26％)43g；
硫酸铝水溶液(17％)148g；
氢氧化钠水溶液(70％)110g；
甲烷氧化菌菌液3.5g；
卵磷脂10g。
所述瓦斯吸收剂的制备方法为：
将13g的拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在36℃下搅拌混合均，得混合液A；
将所得混合液A与水玻璃混合，在40℃下搅拌2.5h，得混合液B；
将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在60℃下搅拌混合35分钟，然后升温至95℃，静置9h，得混合液C；
将混合液C冷却后，用5wt％的磷酸调节pH至7，然后与卵磷脂、甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
将所得瓦斯吸收剂过滤、干燥后，进行测试，测得平均孔径为0.41nm。
对比例1
中国专利文献CN101224375A，实施例六中提供的瓦斯吸收剂组合物制备时，其中所用的表面活性剂可选用吐温80，其质量分数为1％，无机盐选用乙酸钠，其质量分数为15％，其它成分为水。当无机盐选用乙酸钠时，其使用量达到15％时，与1％的吐温80复配成吸收剂溶液。
实验例
将本发明实施例1-6和对比例1提供的瓦斯吸收剂分别喷洒至75立方米(5×5×3)的密闭空间中，其中，密闭空间中甲烷气体的浓度为70％，喷洒量为500g。测试喷洒后不同时间段密闭空间中甲烷气体的浓度变化。具体结果见表1：
表1
喷洒3min后，％ 喷洒1h后，％
实施例1 13.8 4.6
实施例2 12.9 4.3
实施例3 13.4 4.1
实施例4 10.7 3.7
实施例5 11.6 3.9
实施例6 12.1 3.8
对比例1 20.4 11.4
从表中数据可知，本发明实施例提供的吸收剂对甲烷(瓦斯的主要组成)气体的吸收效果明显优于对比例，本发明的吸收剂，喷洒1h后即可使环境中的甲烷浓度降低至爆炸极限值以下，安全有效。且通过实施例3和4的对比可知，添加卵磷脂后的吸收效果更优。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种瓦斯吸收剂，其特征在于，包括如下重量份的原料，
拟薄水铝石30-70份；
水玻璃35-55份；
硫酸铝水溶液130-150份；
氢氧化钠水溶液100-120份；
甲烷氧化菌菌液2-5份。
2.根据权利要求1所述的瓦斯吸收剂，其特征在于，还包括卵磷脂10-20份。
3.根据权利要求1或2所述的瓦斯吸收剂，其特征在于，以二氧化硅的质量计，所述水玻璃的浓度为20-30％；
所述硫酸铝水溶液的质量浓度为10-20％；
所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为60-80％。
4.根据权利要求1或2所述的瓦斯吸收剂，其特征在于，所述甲烷氧化菌为甲烷氧化菌I型和/或甲烷氧化菌II型。
5.一种权利要求1所述的瓦斯吸收剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将一部分拟薄水铝石加入到氢氧化钠水溶液中，在30-40℃下搅拌混合均，得混合液A；
将所得混合液A与水玻璃混合，在30-45℃下搅拌2-3h，得混合液B；
将剩余的拟薄水铝石与混合液B、硫酸铝水溶液混合，在55-65℃下搅拌混合20-50分钟，然后升温至93-98℃，静置3-9h，得混合液C；
将混合液C冷却后，调节pH至6-8，然后与甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
6.根据权利要求5所述的瓦斯吸收剂的制备方法，其特征在于，还包括加入卵磷脂的步骤，具体为，将混合液C冷却后与卵磷脂、甲烷氧化菌菌液混合，即得所述瓦斯吸收剂。
7.根据权利要求5或6所述的瓦斯吸收剂的制备方法，其特征在于，与所述氢氧化钠水溶液混合的拟薄水铝石的重量份数为10-20份。
8.根据权利要求5或6所述的瓦斯吸收剂的制备方法，其特征在于，将所得混合液A与水玻璃混合，在32-36℃下搅拌。
9.根据权利要求5或6所述的瓦斯吸收剂的制备方法，其特征在于，混合液C的制备过程中，升温至95-98℃，静置6-9h。
10.一种权利要求5-9任一项方法制备得到的瓦斯吸收剂的应用，其特征在于，将其直接喷洒至含瓦斯的空气中即可。
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