CN111662679A - 一种复合型生态可视化抑尘剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合型生态可视化抑尘剂及其制备方法与应用，该抑尘剂由以下质量百分比的原料组成：保湿剂0.1～10％、表面活性剂0.1～5％、乳液0.1～6％、水溶性高分子聚合物0.1～5％、水溶性高分子胶0.1％～5％、颜料0.1～10％、可溶性淀粉0.1～10％、柠檬酸0.05～0.5％、水：余量。本发明抑尘剂的原料无毒无害，均能自然降解，无二次污染，颜料的加入使抑尘剂可视，便于监测和管控，将本发明抑尘剂喷洒在物料表面，能在物料表面形成一层固化层，起到防风固尘的作用，具有一定的经济和环境效益。本发明还提供上述抑尘剂的制备方法，其制备过程中简单，符合绿色环保的理念。

Description

一种复合型生态可视化抑尘剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种复合型生态可视化抑尘剂及其制备方法与应用，属于抑尘剂技术领域。

背景技术

粉尘污染是世界公害之一，人类的许多活动都会产生粉尘污染，采矿业的大力发展、煤炭运输业的增多、城市基础设施建设都使粉尘污染日趋严重。我国是采矿大国，各种矿厂遍及全国，具有区域性特点，现在采矿方式主要是爆破、机械凿动、切割、摩擦等，这些采矿作业都会产生大量粉尘，给矿区工人带来极大的危害和环境污染；我国城镇化现处于快速发展时期，导致一些堆场和建筑裸露工地等各类裸露地面在各个城市广泛存在，相对明显的标志就是烟尘缭绕，大量粉尘随风飘扬，造成城市粉尘污染，严重危害居民身体健康。粉尘污染成为制约我国采矿业和城市发展的关键因素，这种污染不及时治理会导致区域性扬尘污染而形成地方标志。

目前常用的抑尘方法有苫盖抑尘、洒水抑尘、抑尘剂抑尘。但苫盖抑尘、洒水抑尘都不能有效解决问题，苫盖抑尘降低作业效率，回收困难、成本高；洒水抑尘只能短时间防尘，且大多数情况下，当水蒸发后，微尘含量会剧增，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，尤其是在水资源本身就相对比较紧张的矿山地区，这种抑尘方式是对能源的严重浪费，对于长时间堆放的尾矿堆和排土场也起不到防尘和防飞溅的作用。抑尘剂抑尘相较其他方法，具有成本低廉、实用性强、有效期长、除尘效果明显的特点，自诞生之日起就为世界各国广泛采用，被认为是解决粉尘污染最有效的方法。

现有的化学抑尘剂大致可分为湿润型、黏结型、吸湿保湿型和复合型。中国专利文件CN106634846A公开了一种着色型的腐植酸钠结壳抑尘剂及其制备方法，所述腐植酸钠结壳抑尘剂包括3～8重量份的腐植酸钠、2～7重量份的Celvolit#1328、300重量份的水；或者所述腐植酸钠结壳抑尘剂包括3～8重量份的腐植酸钠、2～7重量份的田箐胶、700重量份的水。但是该抑尘剂成膜效果差、存在时效时间短、耐水性差的问题。中国专利文件CN108587568A公开了一种道路抑尘剂及其制备方法与应用，其包括以下质量百分含量的组分：聚乙烯醇0.1～5％、高分子乳液0.1～5％、乙二醇15～30％、水溶性纤维素0.05～2％、硅酸盐0.05～2％、海藻酸盐0.05～2％、乳化剂0.01～2％、防腐剂0.01～2％、消泡剂0.01～0.5％、余量为水。中国专利文件CN106957633A公开了一种高效环保型抑尘剂及其制备方法、应用，该抑尘剂主要有以下成分混合而成：按重量计，胶乳0.1～7％、改性淀粉/改性纤维素0.1～6％、海藻酸钠0.1～5％、聚乙烯醇0.1～8％，硅酸钠0.1～8％、丙三醇10～60％、表面活性剂0.01～5％、水余量。但是，上述抑尘剂还存在如下问题，部分抑尘剂粘结吸附效果不佳，持续保湿效果时间短，抑尘剂中某些吸湿性盐具有腐蚀性，抑尘成本高。而且现有的抑尘剂喷洒后可视性差，无法分辨喷洒前后区域，造成监管效率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种复合型生态可视化抑尘剂及其制备方法与应用，本发明的抑尘剂原料配比科学合理，由各种绿色原料制成，不会造成环境污染，而且能够显著降低粉尘的表面张力，快速润湿粉尘使其迅速凝聚沉降以达到抑尘目的，而且可在粉尘表面形成一层具有一定强度和韧性的带色固化膜，抑尘时间长、效率高，能够有效地防止粉尘对环境造成污染，色膜可以使人明显区分喷洒前后工地裸露土情况，便于施工人员区分管理，提高工作效率。

本发明的技术方案如下：

一种复合型生态可视化抑尘剂，由以下质量百分比的原料组成：

保湿剂：0.1～10％

表面活性剂：0.1～5％

乳液：0.1～6％

水溶性高分子聚合物：0.1～5％

水溶性高分子胶：0.1～5％

颜料：0.1～10％

可溶性淀粉：0.1～10％

柠檬酸：0.05～0.5％

水：余量。

根据本发明，优选的，所述的复合型生态可视化抑尘剂由以下质量百分比的原料组成：

保湿剂：0.5～2％

表面活性剂：0.1～2％

乳液：0.5～2％

水溶性高分子聚合物：0.1～3％

水溶性高分子胶：1～5％

颜料：1～4％

可溶性淀粉：0.5～2％

柠檬酸：0.05～0.2％

水：余量。

根据本发明，优选的，所述的保湿剂为木糖醇、丙三醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种。

根据本发明，优选的，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、丁二酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9、吐温60中的一种或多种。

根据本发明，优选的，所述的乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液中的一种或多种。

根据本发明，优选的，所述的苯丙乳液的固含量为45～50％；所述的纯丙乳液的固含量为46～48％；所述的硅丙乳液的固含量为45～48％。

根据本发明，优选的，所述的水溶性高分子聚合物为聚乙烯醇、甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、海藻酸钠中的一种或多种；

进一步优选的，所述的聚乙烯醇的平均聚合度为1750±50；所述的甲基纤维素为甲基纤维素M-450；所述的聚丙烯酸钠的粘均分子量为700～800万；所述的聚丙烯酰胺的粘均分子量为300～1200万。

根据本发明，优选的，所述的水溶性高分子胶为阿拉伯树胶、明胶、黄原胶中的一种或多种。

根据本发明，优选的，所述的颜料为复合绿、氧化铁蓝、氧化铁绿、氧化铁红、氧化铁黄、酞青绿中的一种或多种；所述的颜料为无毒环保颜料。

根据本发明，上述复合型生态可视化抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按质量百分比称取水，将其分为A、B、C三部分，将可溶性淀粉加入A部分水中加热糊化，之后冷却至70～80℃，得混合物I；

(2)将水溶性高分子聚合物、水溶性高分子胶和颜料混合均匀加入B部分水中，加热至70～80℃，搅拌混合均匀，得混合物II，然后将混合物I加入混合物II中，搅拌混合均匀，降温至50～60℃，得团聚剂；

(3)搅拌条件下向步骤(2)的团聚剂中加入保湿剂、表面活性剂、乳液、柠檬酸和C部分水，搅拌混合均匀，冷却即得复合型生态可视化抑尘剂。

根据本发明的制备方法，优选的，步骤(1)中所述的A、B、C三部分水的质量比为1：2：2。

根据本发明的制备方法，优选的，步骤(2)中所述的搅拌速度均为200～400rps/min，搅拌时间均为40～60min。

根据本发明的制备方法，优选的，步骤(3)中所述的搅拌速度为200～400rps/min，搅拌时间为60～70min。

根据本发明，上述复合型生态可视化抑尘剂用于尾矿堆、堆场或建筑裸露工地表面的防尘，使用方法如下：

将该复合型生态可视化抑尘剂用水稀释2～10倍，然后用喷洒装置喷洒至物料表面，喷洒用量为1.5～3kg/m²，干燥后在物料表面形成一层连续完整的带色膜，即完成对尾矿堆、堆场或建筑裸露工地表面的防尘。

本发明的技术特点如下：

本发明使用水溶性高分子聚合物、水溶性高分子胶、乳液、表面活性剂与保湿剂复配，由于水溶性高分子聚合物可以起到黏附土粒的作用，易溶水，具有粘结、凝并作用；水溶性高分子胶可以增加抑尘剂的黏度，防止无机颜料在产品中出现沉淀，提高其抑尘效率和增强膜的强度；乳液可在土堆表面形成具有一定强度的保护膜，同时对颜料具有特别好的粘结力，提高抑尘剂的抑尘效果和时间；水溶性高分子聚合物、水溶性高分子胶与表面活性剂、保湿剂中的功能基团结合形成网状结构，协同作用，使抑尘剂溶液分散体系稳定、渗透力增大，适应多种堆场。

本发明的抑尘剂中柠檬酸作为pH值调节剂，使抑尘剂的pH值至中性，对环境友好，不会对环境造成负效应，性质温和；本发明的抑尘剂中加入颜料和可溶性淀粉，在确保可以成膜的过程中，使膜层持续显色，将具有溶胀性能的可溶性淀粉作为载体，使颜料分子附着在多孔的可溶性淀粉之间，避免了颜料渗入到裸露土表面，使成膜层持续显色。本发明的抑尘剂中水溶性高分子胶可以防止无机颜料出现沉淀；可溶性淀粉作为填料使用，能够在加热条件下溶解，在使用过程中不会对环境造成二次污染，不会对人体造成危害；本发明将水溶性高分子聚合物、水溶性高分子胶、乳液、表面活性剂与保湿剂在溶液中形成网状结构，形成稳定的分散体系，加入颜料和可溶性淀粉，使用时可明显区分喷洒前后工地裸露土情况，便于施工人员区分管理。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的抑尘剂是复合型化学抑尘剂，添加浓度低，抑尘效率高，适合露天矿山、地表扬尘等各类裸露地面上使用，使用范围广。

2、本发明的抑尘剂在喷洒物料表面形成一层坚固的带色彩膜，抗破坏能力强，能够显著降低粉尘的表面张力，快速润湿粉尘并使其迅速凝并沉降，抑尘效率高；并且可以很好区分喷洒区域和未喷洒区域，便于人们区分管理。

3、本发明的抑尘剂制作成本低、方便，各种原料来源广泛、价格便宜、酸碱呈中性、环保无污染、抑尘稳定性更高，抑尘时间长，抑尘周期可达3～6个月。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明保护范围不限于此。

同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中，所用脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9购于山东优索化工科技有限公司；聚丙烯酰胺购于国药集团化学试剂有限公司；海藻酸钠购于天津市致远化学试剂有限公司；聚丙烯酸钠购于阿拉丁试剂(上海)有限公司；甲基纤维素M-450购于天津博迪化工股份有限公司；羟甲基纤维素钠购于天津市光复精细化工研究所；纯丙乳液购于山东鲁工涂料助剂有限公司；苯丙乳液购于山东鲁工涂料助剂有限公司；硅丙乳液购于武汉大华伟业医药化工有限公司。

实施例1

一种复合型生态可视化抑尘剂，由以下质量百分比的原料组成：

丙三醇：0.4％

十二烷基苯磺酸钠：1％

纯丙乳液：1％

甲基纤维素M-450：2％，聚丙烯酰胺：0.4％

阿拉伯树胶：3％

氧化铁绿：2％

可溶性淀粉：1％

柠檬酸：0.1％

水：余量。

上述复合型生态可视化抑尘剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)向反应釜中加入1％可溶性淀粉和10kg水加热糊化，之后冷却至70℃，得混合物I；

(2)将2％甲基纤维素M-450、0.4％聚丙烯酰胺、3％阿拉伯树胶、2％氧化铁绿加入20kg水中，加热至70℃，在转速300rps/min搅拌40min，混合均匀，得混合物II，将混合物I加入混合物II中，在转速300rps/min搅拌40min，混合均匀，降温至50℃，得到团聚剂；

(3)搅拌条件下向步骤(2)得到的团聚剂中加入1％纯丙乳液、1％十二烷基苯磺酸钠、0.4％丙三醇、0.1％柠檬酸、20kg的水，在转速300rps/min下搅拌60min，冷却至室温即得。

实施例2

一种复合型生态可视化抑尘剂，由以下质量百分比的原料组成：

木糖醇：0.6％

脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9：0.5％，丁二酸钠：0.5％

苯丙乳液：1％

羟甲基纤维素钠：2％，聚丙烯酰胺：0.3％，海藻酸钠：0.1％

明胶：2％

氧化铁黄：3％

可溶性淀粉：0.5％

柠檬酸：0.08％

水：余量。

上述复合型生态可视化抑尘剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)向反应釜中加入0.5％可溶性淀粉和12kg水加热糊化，之后冷却至80℃，得混合物I；

(2)将2％羟甲基纤维素钠、0.3％聚丙烯酰胺、0.1％海藻酸钠、2％明胶、3％氧化铁黄加入24kg水中，加热至80℃，在转速300rps/min搅拌50min，混合均匀，得混合物II，将混合物I加入混合物II中，在转速300rps/min搅拌50min，混合均匀，降温至60℃得团聚剂；

(3)搅拌条件下向步骤(2)得到的团聚剂中加入1％苯丙乳液、0.5％脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9、0.5％丁二酸钠，0.6％木糖醇、0.08％柠檬酸、24kg的水，在转速300rps/min搅拌60min，冷却至室温即得。

实施例3

一种复合型生态可视化抑尘剂，由以下质量百分比的原料组成：

丙二醇：1％

吐温60：1.2％

硅丙乳液：2％

甲基纤维素M-450：1.5％，聚丙烯酸钠0.4％

黄原胶：1.5％

复合绿：3％

可溶性淀粉：0.6％

柠檬酸：0.09％

水：余量。

上述复合型生态可视化抑尘剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)向反应釜中加入0.6％可溶性淀粉和15kg水加热糊化，之后冷却至75℃，得混合物I；

(2)将1.5％甲基纤维素M-450、0.4％聚丙烯酸钠、1.5％黄原胶、3％复合绿加入30kg水中，加热至75℃，在转速300rps/min搅拌60min，混合均匀，得混合物II；将混合物I加入混合物II中，在转速300rps/min搅拌60min，混合均匀，降温至55℃，得团聚剂；

(3)搅拌条件下向步骤(2)得到的团聚剂中加入2％硅丙乳液、1.2％吐温60、1％丙二醇、0.09％柠檬酸、30kg的水，在转速300rps/min搅拌70min，冷却至室温即得。

实施例4

一种复合型生态可视化抑尘剂，由以下质量百分比的原料组成：

木糖醇：0.6％

十二烷基苯磺酸钠：0.8％

苯丙乳液：1％

羟甲基纤维素钠：2％

阿拉伯树胶：1.5％，黄原胶：1％

氧化铁黄：2.5％

可溶性淀粉：0.5％

柠檬酸：0.2％

水：余量。

上述复合型生态可视化抑尘剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)向反应釜中加入0.5％可溶性淀粉和12kg水加热糊化，之后冷却至70℃，得混合物I；

(2)将2％羟甲基纤维素钠、1.5％阿拉伯树胶、1％黄原胶、2.5％氧化铁黄加入24kg水中，加热至70℃，在转速300rps/min搅拌60min，混合均匀，得混合物II，将混合物I加入混合物II中，转速300rps/min搅拌60min，混合均匀，降温至55℃，得团聚剂；

(3)搅拌条件下向步骤(2)得到的团聚剂中加入1％苯丙乳液、0.8％十二烷基苯磺酸钠、0.6％木糖醇、0.2％柠檬酸、24kg的水，在转速300rps/min搅拌60min，冷却至室温即得。

对比例1

如实施例3所述，所不同的是该对比例的抑尘剂中不加入吐温60，其他组分均与实施例3相同，制备方法同实施例3中的制备方法。

对比例2

如实施例3所述，所不同的是该对比例的抑尘剂中不加入甲基纤维素M-450和聚丙烯酸钠，其他组分均与实施例3相同，制备方法同实施例3中的制备方法。

对比例3

如实施例3所述，所不同的是该对比例的抑尘剂中不加入黄原胶，其他组分均与实施例3相同，制备方法同实施例3中的制备方法。

试验例

将实施例1-4及对比例1-3所制备的抑尘剂进行性能测试。

1、抑尘效率的测试方法

(1)将实施例1-4及对比例1-3所制备的抑尘剂分别用1倍质量的自来水稀释，得到抑尘剂乳液，称量玻璃板的质量m1(g)，取配制好的抑尘剂乳液3mL均匀涂在玻璃板上，测定质量m2(g)，待玻璃板上的溶液完全干燥成膜后，测定质量m3(g)，得到抑尘剂中的水分的含量M，计算公式如下式所示：

其中，M：抑尘剂中的水分的含量，％；

m1：玻璃板质量；

m2：玻璃板与抑尘剂乳液质量；

m3：干燥成膜后玻璃板与抑尘剂质量。

(2)在培养皿中装入经干燥器干燥过的粉尘样品，需要样品填满培养皿并起脊，称量其质量N(g)，将已经配制好的抑尘剂乳液装入喷雾器中，均匀喷洒在已干燥的粉尘样品表面，以抑尘剂均匀覆盖土堆表层为宜，并测定质量n1(g)。待粉尘样品表面形成固化层后，对覆盖抑尘剂的粉尘进行抗风性实验。用鼓风机模拟自然风，使其置于一定风速(风速仪记录风速)近距离连续吹风30min(不可只在一面吹，应多面并超过5min的吹风时间)。称量经过风吹过的粉尘堆与培养皿质量n2(g)，并计算抑尘效率。

抑尘效率计算公式为：

η＝[n2-(n1-N)(1-M)]/N×100％

其中，η：抑尘效率，％；

N：粉尘样品质量；

n1：喷淋抑尘剂后粉尘样品与培养皿的质量；

n2：经过30min抗风实验后抑尘剂覆盖粉尘样品与培养皿的质量；

M：抑尘剂中的水分的含量，％。

2、耐风蚀性能的测试方法

将100g粒度为200目的尾矿粉尘加至直径为9cm的培养皿中压实、称重。将实施例1-4及对比例1-3所制备的抑尘剂用1倍质量的自来水稀释，以2kg/m²的用量喷洒上述样品。25℃完全干燥之后称重W1(g)。模拟5级风力近距离连续吹扫后的质量损失率作为耐风蚀性的评价指标，吹扫后称重W2(g)。该指标体现了抑尘剂的粘接、结壳效果。质量损失率越低，抑尘效果越好。

耐风蚀性能的计算公式为：

其中，γ：耐风蚀性能，％；

W1：吹蚀前粉尘样品的质量；

W2：吹蚀后粉尘样品的质量。

实施例1-4及对比例1-4所制备的抑尘剂的性能指标见表1。

表1实施例1-4对比例1-3所制备的抑尘剂的性能指标

从表中可以看出，与对比例1-3制备的抑尘剂相比，实施例1-4制备的抑尘剂生态环保，无毒无害，无腐蚀性，防尘效果显著。将本发明制备的复合抑尘剂喷洒于各类裸露地面，降低环境中粉尘污染，减少了二次污染，可明显区分喷洒前后工地裸露土情况，提高工人们的工作效率。因此本发明的符合抑尘剂既有较大的经济利益也有巨大的环境保护的社会效益。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种复合型生态可视化抑尘剂，其特征在于，该抑尘剂由以下质量百分比的原料组成：

保湿剂：0.1～10％

表面活性剂：0.1～5％

乳液：0.1～6％

水溶性高分子聚合物：0.1～5％

水溶性高分子胶：0.1～5％

颜料：0.1～10％

可溶性淀粉：0.1～10％

柠檬酸：0.05～0.5％

水：余量。

2.根据权利要求1所述的复合型生态可视化抑尘剂，其特征在于，所述的复合型生态可视化抑尘剂由以下质量百分比的原料组成：

保湿剂：0.5～2％

表面活性剂：0.1～2％

乳液：0.5～2％

水溶性高分子聚合物：0.1～3％

水溶性高分子胶：1～5％

颜料：1～4％

可溶性淀粉：0.5～2％

柠檬酸：0.05～0.2％

水：余量。

3.根据权利要求1所述的复合型生态可视化抑尘剂，其特征在于，所述的保湿剂为木糖醇、丙三醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的复合型生态可视化抑尘剂，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、丁二酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9、吐温60中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的复合型生态可视化抑尘剂，其特征在于，所述的乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的复合型生态可视化抑尘剂，其特征在于，所述的水溶性高分子聚合物为聚乙烯醇、甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、海藻酸钠中的一种或多种；所述的聚乙烯醇的平均聚合度为1750±50；所述的甲基纤维素为甲基纤维素M-450；所述的聚丙烯酸钠的粘均分子量为700～800万；所述的聚丙烯酰胺的粘均分子量为300～1200万。

7.根根据权利要求1所述的复合型生态可视化抑尘剂，其特征在于，所述的水溶性高分子胶为阿拉伯树胶、明胶、黄原胶中的一种或多种；所述的颜料为复合绿、氧化铁蓝、氧化铁绿、氧化铁红、氧化铁黄、酞青绿中的一种或多种。

8.权利要求1-7任一项所述的复合型生态可视化抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按质量百分比称取水，将其分为A、B、C三部分，将可溶性淀粉加入A部分水中加热糊化，之后冷却至70～80℃，得混合物I；

(2)将水溶性高分子聚合物、水溶性高分子胶和颜料混合均匀加入B部分水中，加热至70～80℃，搅拌混合均匀，得混合物II，然后将混合物I加入混合物II中，搅拌混合均匀，降温至50～60℃，得团聚剂；

(3)搅拌条件下向步骤(2)的团聚剂中加入保湿剂、表面活性剂、乳液、柠檬酸和C部分水，搅拌混合均匀，冷却即得复合型生态可视化抑尘剂。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的A、B、C三部分水的质量比为1：2：2；步骤(2)中所述的搅拌速度均为200～400rps/min，搅拌时间均为40～60min；步骤(3)中所述的搅拌速度为200～400rps/min，搅拌时间为60～70min。

10.权利要求1-7任一项所述的复合型生态可视化抑尘剂用于尾矿堆、堆场或建筑裸露工地表面的防尘，使用方法如下：

将该复合型生态可视化抑尘剂用水稀释2～10倍，然后用喷洒装置喷洒至物料表面，喷洒用量为1.5～3kg/m²，干燥后在物料表面形成一层连续完整的带色膜，即完成对尾矿堆、堆场或建筑裸露工地表面的防尘。