CN112142861A - 一种新型环保抑尘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型环保抑尘剂及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：将植物纤维提取物进行碱化得到溶液A；向所述溶液A中加入一氯乙酸，继续搅拌，得到溶液B；向所述溶液B中加入交联剂和改性剂，继续搅拌，得到溶液C；将所述溶液C的pH调至7~7.5，再依次经过清洗、分离、干燥，得到所述新型环保抑尘剂。本发明制得的新型环保抑尘剂，与煤尘的接触角较小，易于粘附灰尘，且在煤尘表面可形成致密均匀的硬壳，可有效抑制煤尘的飞扬，优异的抑尘效果广泛应用于煤矿、火力发电站等场所。

Description

一种新型环保抑尘剂及其制备方法

技术领域

本发明属于环保材料领域，具体涉及一种新型环保抑尘剂及其制备方法。

背景技术

煤炭是我国最为重要的初级能源，且在可预见的未来，煤炭仍然会持续作为我国的主要能源。

然而，使用煤炭的采掘、存储和使用后的废渣通常在露天环境中，在冬季，特别是北方干燥风大的气候中，飞扬的煤尘被人吸入严重危害身体健康，且可聚集于管道、电缆等处，严重影响设备的正常工作，减少机械性能和使用时间，同时煤尘含硫，为酸性，长期积累在设备上会造成严重的腐蚀。因此，解决煤尘污染是我国当前迫切需要解决的问题。

而当前主要的除尘方法为化学除尘剂，利用烷醇胺的吸水性能，对煤尘表面起到润湿作用，从而吸附灰尘，但此方法吸附灰尘能力有限，且除尘机本身为化学物质，会产生二次污染。

目前也有一些以植物纤维为基体制备的环保抑尘剂，但基本都是利用接枝技术对纤维素进行交联改性，利用纤维素表面的羟基基团吸水并成膜，达到抑尘效果，使得抑尘剂的作用效果有限。

发明内容

基于此，本发明提供了一种新型环保抑尘剂的制备方法，以天然纤维素作为抑尘剂的基体，依次经过碱化、醚化、交联、改性和干燥制得，解决了现有的化学抑尘剂吸附灰尘能力有限且容易产生二次污染的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型环保抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：

a、将植物纤维提取物进行碱化得到溶液A；

b、向所述溶液A中加入一氯乙酸，继续搅拌，得到溶液B；

c、向所述溶液B中加入交联剂和改性剂，继续搅拌，得到溶液C；

d、将所述溶液C的pH调至7～7.5，再依次经过清洗、分离、干燥，得到所述新型环保抑尘剂。

本发明中的环保抑尘剂，以天然纤维素作为抑尘剂的基体，依次经过碱化、醚化、交联、改性和干燥制得，这里的植物纤维提取物指的是含有种子植物中的厚壁组织提取物，主要组成部分是纤维素，是由7000～10000个葡萄糖分子呈束状平行排列的、经糖苷链连接起来的聚合物，所述的种子植物可以是稻壳、玉米秸秆、棉花杆、木屑等本领域技术人员知晓的种子植物均可以用于本发明的技术方案。优选的，本发明中选用纤维素含量高的植物最佳。

进一步的，步骤a中，所述碱化的具体步骤为：将所述植物纤维提取物加入氢氧化钠溶液中搅拌至少0.5h。这里的限定搅拌时间主要是为了保证碱化反应的充分进行，因此，对碱化反应时间进行了优选。

优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5～2mol/L，所述溶液A中，每2～10mL所述氢氧化钠溶液中加入1g所述植物纤维提取物。

纤维素与碱作用可以生成碱纤维素，碱纤维素具有高度的反应性，可以制备各种纤维素衍生物，碱纤维素的组成由碱对纤维素的结合反应速度和碱纤维素的水解反应速度等决定，碱液浓度和处理温度的不同都会使得碱纤维素具有不同的NaOH含量和水含量，并产生不同的碱纤维素结晶变体，而碱纤维素的组成和结构的变异都将影响到后续的各种化学反应，因此，本发明对碱化反应的条件进行了优选。

纤维素对碱的吸附量会随着氢氧化钠溶液浓度变化而变化，而在不同的氢氧化钠溶液浓度中和处理条件下会形成不同的碱纤维素结晶变体，因此，本发明优选了氢氧化钠溶液的浓度为0.5～2mol/L，每2～10mL所述氢氧化钠溶液中加入1g所述植物纤维提取物，从而保证最终产品的性能最优。

而碱化反应的温度会影响纤维素对碱的吸附量和膨润度，温度高的话，不利于碱纤维素的生成，降低碱化温度有利于碱纤维素的生成和抑制水解反应，并且在较低温度下，还可以在较低氢氧化钠溶液浓度下获得大的水吸附量而达到最大的润涨，极大的降低了生产成本，因此综合各发明考虑，本发明中优选的，在室温下进行碱化反应。

进一步的，所述继续搅拌的时间为1～3h，所述一氯乙酸与碱液的摩尔比为1:(0.8～1.5)，其中，所述碱液为步骤a中所述碱化采用的碱液。本发明采用一氯乙酸对前述得到的碱纤维素进行醚化，醚化反应的产物的溶解性及其他许多特性都主要依赖于取代基和残留羟基和它们分布综合起来的影响，因此，本发明优选了一氯乙酸与碱液的摩尔比为1:(0.8～1.5)，使得最终产品的性能最优。

进一步的，步骤c中，所述继续搅拌的时间为2～5h，所述交联剂的添加为所述植物纤维提取物质量的3％～8％，所述改性剂的添加量为所述植物纤维提取物质量的2％～5％；其中，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述改性剂为十二烷基苯磺酸钠。

本发明采用十二烷基苯磺酸钠作为改性剂，由于苯环的加入，使纤维素结构松散，使纤维素本身致密的结构变得松散，大大减少的除尘剂分散液与煤尘的接触角，降低其表面张力，同时改性剂十二烷基苯磺酸钠和交联剂同时对抑尘剂进行交联改性，提高成膜效果，并首次提出降低抑尘剂分散液与煤尘的接触角，从而达到提高抑尘剂的作用效果。

进一步的，所述清洗为醇洗，优选的，可采用乙醇冲洗，其目的主要是为了洗去体系中的盐分，所述干燥的温度为50～60℃，时间为24～48h，本发明中所述的分离为本领域技术人员都知晓的常规操作，可以为离心、抽滤等，这里不再详细赘述。

本发明的另一个目的在于提供一种采用上述制备方法制得的新型环保抑尘剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明使用天然纤维素作为抑尘剂的基体，由于天然纤维度的大分子上有许多羟基，非结晶区和结晶区表面也存在许多游离羟基，它们能与水形成氢键结合，同时纤维素内部存在毛细结构，具有较强的吸水性。

天然纤维素本身为一种天然可降解高分子，区别于传统的化学类抑尘剂，其绿色环保，在达到抑尘的同时不会产生二次污染；此外，纤维素具有长链结构，吸附于煤尘表面可使其表面产生强度较高的硬壳，从而防止灰尘扩散。

本发明中的天然纤维素经过碱化，生成碱纤维素，再经过一氯乙酸的醚化和交联剂的交联，可提高纤维素的吸水能力并同时降低其溶解性；经过活化改性的天然纤维素，使其具有良好的粘度和吸水性能，可对煤尘表面进行润湿效果，防止其飞扬。

同时在改性过程中，由于苯环的进入，使纤维素结构松散，使纤维素本身致密的结构变得松散，大大减少的除尘剂分散液与煤尘的接触角，降低其表面张力，从而进一步提高抑尘剂的附着力。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

如无特别说明，以下实施例中所用的植物纤维提取物均为从棉花杆中提取出的天然纤维素。

实施例1

将100g的植物纤维提取物加入500mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液中，室温下搅拌2小时后，再加入47.25g的一氯乙酸，继续搅拌2小时；然后向上述溶液中加入5g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和3g十二烷基苯磺酸钠进行交联并同时改性，在室温下搅拌3小时后，用醋酸调体系pH至7～7.5，然后用乙醇洗去盐份，抽滤、干燥(温度55℃，时间36小时)，得到一种新型环保抑尘剂。

实施例2

将200g的植物纤维提取物加入1600mL浓度为1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，室温下搅拌2.5小时后，再加入283.5g的一氯乙酸，继续搅拌1.5小时；然后向上述溶液中加入8gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺和8g十二烷基苯磺酸钠进行交联并同时改性，在室温下搅拌4小时后，用醋酸调体系pH至7～7.5，然后用乙醇洗去盐份，抽滤、干燥(温度58℃，时间40小时)，得到一种新型环保抑尘剂。

实施例3

将200g的植物纤维提取物加入600mL浓度为0.8mol/L的氢氧化钠溶液中，室温下搅拌1.5小时后，再加入56.7g的一氯乙酸，继续搅拌2.5小时；然后向上述溶液中加入12gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺和9g十二烷基苯磺酸钠进行交联并同时改性，在室温下搅拌3小时后，用醋酸调体系pH至7～7.5，然后用乙醇洗去盐份，抽滤、干燥(温度58℃，时间36小时)，得到一种新型环保抑尘剂。

实施例4

将100g的植物纤维提取物加入200mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液中，室温下搅拌1小时后，再加入18.9g的一氯乙酸，继续搅拌1小时；然后向上述溶液中加入3g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2g十二烷基苯磺酸钠进行交联并同时改性，在室温下搅拌2小时后，用醋酸调体系pH至7～7.5，然后用乙醇洗去盐份，抽滤、干燥(温度50℃，时间24小时)，得到一种新型环保抑尘剂。

实施例5

将300g的植物纤维提取物加入3000mL浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液中，室温下搅拌3小时后，再加入377.96g的一氯乙酸，继续搅拌3小时；然后向上述溶液中加入24g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和15g十二烷基苯磺酸钠进行交联并同时改性，在室温下搅拌5小时后，用醋酸调体系pH至7～7.5，然后用乙醇洗去盐份，抽滤、干燥(温度60℃，时间48小时)，得到一种新型环保抑尘剂。

对比例1

将100g的植物纤维提取物加入500mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液中，室温下搅拌2小时后，再加入47.25g的一氯乙酸，继续搅拌2小时；然后向上述溶液中加入5g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺进行交联，在室温下搅拌3小时后，用醋酸调体系pH至7～7.5，然后用乙醇洗去盐份，抽滤、干燥(温度55℃，时间36小时)，得到一种环保抑尘剂。

对比例2

将100g的植物纤维提取物加入500mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液中，室温下搅拌2小时后，再加入47.25g的一氯乙酸，继续搅拌2小时；然后向上述溶液中加入3g十二烷基苯磺酸钠进行改性，在室温下搅拌3小时后，用醋酸调体系pH至7～7.5，然后用乙醇洗去盐份，抽滤、干燥(温度55℃，时间36小时)，得到一种环保抑尘剂。

将实施例1～5和对比例1～2中的环保抑尘剂分别配置成质量浓度为80％的水分散液，使用NDJ-79型旋转式粘度计测量其粘度，测试结果如表1所示：

表1

将实施例1～5和对比例1～2中的环保抑尘剂分别配置成质量浓度为20％的水分散液，于25℃条件下喷洒在煤尘表面，用量为0.2m²喷洒0.5mL，放置12小时后，肉眼观察煤尘表面，并记录煤尘表面的硬化效果，测试结果如表2所示：

表2

将实施例1～5和对比例1～2中的环保抑尘剂分别配置成质量浓度为20％的水分散液，于25℃条件下喷洒在压制的煤尘饼上，在水平显微镜载玻片上的观察接触角，结果如表3所示：

表3

注：表1～表3中的普通植物纤维分散液均为将普通植物纤维按照相同质量浓度配制成的水分散液。

由表1、2和3的结果可以看出，本发明制得的新型环保抑尘剂，与煤尘的接触角较小，易于粘附灰尘，且在煤尘表面可形成致密均匀的硬壳，可有效抑制煤尘的飞扬。充分说明，本发明提出的用植物纤维素作为抑尘剂的基体，将植物纤维素进行交联并改性，获得的抑尘剂粘度高、具有高粉尘硬化性能和低粉尘接触角，从而避免了传统化学性抑尘剂的单功能除尘效果不佳的现状，同时经济环保且可降解，避免了传统抑尘剂的二次污染的危害，具有优异的抑尘效果，可广泛应用于煤矿、火力发电站等场所。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种新型环保抑尘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将植物纤维提取物进行碱化得到溶液A；

b、向所述溶液A中加入一氯乙酸，继续搅拌，得到溶液B；

c、向所述溶液B中加入交联剂和改性剂，继续搅拌，得到溶液C；

d、将所述溶液C的pH调至7~7.5，再依次经过清洗、分离、干燥，得到所述新型环保抑尘剂。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述碱化的具体步骤为：将所述植物纤维提取物加入氢氧化钠溶液中搅拌至少0.5h。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5~2mol/L，所述溶液A中，每2~10mL所述氢氧化钠溶液中加入1g所述植物纤维提取物。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述继续搅拌的时间为1~3h，所述一氯乙酸与碱液的摩尔比为1:(0.8~1.5)，其中，所述碱液为步骤a中所述碱化采用的碱液。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述继续搅拌的时间为2~5h，所述交联剂的添加量为所述植物纤维提取物质量的3%~8%，所述改性剂的添加量为所述植物纤维提取物质量的2%~5%。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述改性剂为十二烷基苯磺酸钠。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述清洗为醇洗，所述干燥的温度为50~60℃，时间为24~48h。

8.一种新型环保抑尘剂，其特征在于，采用如权利要求1~7任一项所述的制备方法制得。