CN113209846A - 一种矿井粉尘处理发泡液及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料领域，提供一种矿井粉尘处理发泡液及其制备。本发明分步制备微乳液和一次发泡液、二次发泡液，通过各配方的协同作用，与水混合后在较短时间内就能配制成均匀、性质稳定的泡沫液，使得发泡能力强，泡沫稳定性高。单位质量降尘剂溶液的发泡量大，液膜表面积大，有效的阻隔粉尘的散布途径。本发明无毒，无味，pH值偏于中性，有效的避免了对人及环境的二次污染，不含有腐蚀性物质，不会对机电设备造成腐蚀，能够大范围的投入使用，与喷雾洒水除尘相比，有效地降低了除尘的成本。本发明制备的矿用复合泡沫除尘剂发泡倍数达到150～200倍，湿润性好，具有较高的除尘性能，对全尘除尘率达到96％以上，对呼吸性粉尘的除尘率达到87％以上。

Description

一种矿井粉尘处理发泡液及其制备

技术领域

本发明属于材料领域，尤其是泡沫防尘防火液体材料。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着科学技术的发展与进步和世界人口的增长，对化石能源的需求急剧增加，造成地球几亿年前所形成的化石类能源量迅速减少，因此能源的供需矛盾己成为当今人类文明可持续发展的瓶颈。随着大数据、自动化程度的提高，智慧型矿山的发展，促使能源有效利用成为目前化石类行业的发展需求和努力方向。其中煤炭是化石类的一种重要资源，而在煤炭采掘过程中，会产生大量煤尘，对煤尘的回收、有效利用以及新治理技术已成为智慧型矿山企业的迫切需要解决的重要问题。在煤炭的采掘、运输等过程中，产生的煤尘是非常大的安全隐患，浓度高的煤尘会产生爆炸燃烧，仅次于瓦斯，这不仅严重威胁到生产，而且对环境污染和人民的健康也造成很大危害。当前对井下煤尘的防治措施通常有水幕除尘、通风除尘、风机除尘等方法，但是这些方法或多或少存在不足，例如：降低煤尘的浓度有限、会二次起沉、持续时间短等，效果不理想。目前，大多数企业会针对井下煤尘浓度比较高的采掘工作面区域，常常采用喷雾降尘技术，虽然这种方法易于操作，但降尘效率较低，这不仅因为不同煤炭类型和采煤区域不同，都会产生煤尘浓度、粒度等不同的情况，从而影响降尘效率，还因为水雾的稳定性低，易于挥发，会造成二次起沉。另外，这种方法的用水量大，而我国水资源比较匮乏，反而会带来宝贵水资源的浪费和采掘煤炭成本的提高。

目前，液态泡沫防尘技术作为一种新型防尘技术，主要是以润湿煤尘、吸附并覆盖煤尘的形式，达到降尘的目的，相比水雾降尘，不仅可以大大减少水的用量，还可以显著地提高降尘防尘的效率。这是因为泡沫防尘剂具有大的比表面积、体积以及优良的附着力，不仅对煤尘进行快速地湿润、吸附，还可以实现阻燃、防止爆炸，能有效避免二次起沉，提高防尘的稳定性和长效性和一些浓度高的煤尘的适应性，一定程度上还可以进行收集利用。为此，应用液态泡沫防尘技术具有重大的经济价值和社会意义。

当前，泡沫防尘剂属于一种新型防尘剂，国内外的研究都较少，尤其多功能防尘剂的研究存在着巨大的潜力。现在常见的除尘剂：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂等类型，包括：烷基硫酸钠、木质磺酸铵、水玻璃、石油树脂、苯乙烯乳液、月桂酸酯等等种类。例如：刘章权等用水溶性阳离子表面活性剂为主制备的抑尘剂，主要组分为皂化油与KOH(4:1)的合成物、聚氧丙烯醚、甘油、NaOH等。近年来，国内对泡沫型的降尘剂的研究日益深入，但偏重于基础性理论的研究，而针对现场的应用研究仍较少，尤其是降尘、阻燃和防止二次起沉的多功能泡沫降尘剂的研究，这方面的应用存在较大的发展潜力。

发明内容

为了迎合煤尘降尘的需求，本发明提供一种全沉降尘率高达96％的发泡型降尘液及其制备方法。

为实现上述目的，本发明涉及以下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种矿井粉尘处理发泡液，包括：一次发泡液、二次发泡液和微乳液；

所述微乳液为纯丙微乳液；

所述一次发泡液包括：阴离子性表面活性剂、分散剂、润湿剂、乳化剂、发泡剂、稳泡剂；

所述二次发泡液包括：阳离子型表面活性剂、阻燃剂、发泡助剂。

本发明选用分散剂、润湿剂、发泡剂等绿色环保型表面活性剂，能有效地避免对环境的污染，以及对人体的不良影响，同时具有良好的溶解度，起泡速率快、浓度低、发泡率高和稳定性好。可以通过喷射技术的方法，使泡沫连续覆盖到尘源，从源头上杜绝粉尘的产生。另外，吸附煤尘的泡沫会下沉聚集、碰撞过程中会破裂，同时会使得的煤尘表面覆盖一层有机分子层，彼此粘链性好，能形成一层覆盖膜，形成块状体，防止二次起沉，能从根本解决粉尘扩散的问题。由于发泡液中含有阻燃性成分，提高了一定的阻燃性。

本发明的第二个方面，提供了一种矿井粉尘处理发泡液的制备方法，包括：

配置纯丙微乳液；

配置一次发泡液；

配置二次发泡液；

将所述纯丙微乳液、一次发泡液、二次发泡液混合均匀，静置，即得。

本发明发泡液的方法和现有常用的发泡液制备方法不同，采用分步进行，充分乳化、发泡，使得双层胶囊、数量多且分布均匀，有机阻燃成分和微乳液液滴都能够充分分散，微泡沫稳定持久，该发泡液的施工方法和常用发泡液的施工方法一样，均采用煤矿井下的泡沫除尘系统，由定量添加泵，发泡剂储液罐，压缩空气管路，清水管路，发泡器和泡沫喷头等部件组成。

本发明的第三个方面，提供了任一上述的矿井粉尘处理发泡液在煤炭的采掘、运输过程中的应用。

本发明的有益效果:

(1)本发明的发泡液采用三段制备方式，首先主要利用阴离子性表面活性剂充当胶囊的产生源，使得分散剂、润湿剂、乳化剂、发泡剂、稳泡剂等能充分作用融合，提高了微胶囊的稳定性和分散的均匀性；其次，利用阳离子型表面活性剂充当微胶囊的产生源，使得阻燃剂、发泡助剂等得到良好的渗透和融合，增强了耐燃性；最后，微乳液滴和成膜助剂，使得吸附的粉尘能交联一起，避免了二次起尘。

(2)微乳液中纯丙分子的分子量低且宽，集中在1100-3200，固体含量25～35％。粘度(涂-4，25℃)：12～16s。

总之，本发明的制备方法使得发泡液的降尘率得到提高，大大降低了二次起尘量，同时兼顾阻燃特性，实验室试验结果证实了上述方案的可行性。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种全沉降尘率高达96％的发泡型降尘液及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的发泡液组成是：发泡剂、稳泡剂、润湿剂、乳化剂、阻燃剂、分散剂和去离子水等。经微乳液制备，按比例混合，再常温一次分散溶合、二次分散溶合，分阶段制备而成，所制备的产物以双层液泡为主，且稳定长久。

这种兼具成膜、阻燃、降尘多功能的发泡降尘剂的制备方法如下：

第一步：分子量低且宽分布的纯丙微乳液制备

(1)、首先在三口烧瓶内加入去离子水、依次加入十二烷基硫酸钠和聚丙烯酸钠，20％TX-10水溶液，分散，再加入丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯和丙烯酸甲酯的混合液，继续乳化分散后，加入过硫酸钾引发剂溶液，开启搅拌，缓慢升温至79℃，反应开始。

(2)、反应体系出现蓝光，再加入另一半引发剂，并开始缓慢滴加剩余单体混和树脂，两个小时内加完。滴加时注意控制反应温度不变，接着将聚合反应釜升温，保温反应，最后降温至45℃加入适量pH调节剂，调节反应体系的pH值。

(3)、撤除恒温浴槽，继续搅拌冷却至室温，调整粘度备用。

第二步：一次发泡液的制备

在去离子水中，依次加入羧甲基纤维素，乙酰基六肽-8，十二烷基二甲基氧化胺，溶解均匀后，搅拌的同时，再依次加入木质素磺酸盐，分散剂Morwet D-425，润湿剂TEGOWet KL 245，搅拌均匀后，再加入十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠和OP-10，搅拌20分钟，备用。

第三步：二次发泡液的制备

在去离子水中，搅拌的同时，依次加入十六烷基三甲基溴化铵、季戊四醇、3％聚磷酸铵、亚硝酸钠、三聚磷酸钠、聚乙烯亚胺和乙二醇，搅拌均匀后，静置备用。

第四步：发泡液混合

取纯丙乳液20g，加入一次发泡液100g低速搅拌(30rpm/min)的同时，再加入二次发泡液150g，搅拌20分钟，静置备用。

以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件进行。

实施例1

第一步：首先制备纯丙乳液，原料配比见表一，单位为g或者mL；

表一原料配比表一

十二烷基硫酸钠

聚丙烯酸钠

TX-10

丙烯酸

甲基丙烯酸

丙烯酸丁酯

丙烯酸甲酯

过硫酸钾溶液

水

1g

0.5g

5mL

5mL

5mL

5mL

5mL

3.5mL

100g

乳液制备过程:

(1)首先在三口烧瓶内加入去离子水90g、依次加入1g十二烷基硫酸钠和0.5g的聚丙烯酸钠，5mL 20％TX-10水溶液，分散5分钟，再加入20mL的1：1：1：1的丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯和丙烯酸甲酯的混合液，继续乳化分散15分钟后，加入3.5mL过硫酸钾引发剂溶液和补加10g的水，开启搅拌，缓慢升温至79℃，反应开始。

(2)、至反应体系出现蓝光，表明乳液聚合反应开始启动，15分钟后再加入另一半引发剂，并开始缓慢滴加剩余单体40mL混和树脂(1：1：1：1的丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯和丙烯酸甲酯的混合液)，于两个小时内加完。滴加时注意控制反应温度不变，接着将聚合反应釜升温至85℃，保温反应1～2h，降温至45℃加入适量pH调节剂，调节反应体系的pH值为6.5。

(3)、撤除恒温浴槽，继续搅拌冷却至室温。

(4)、将生成的乳液经纱布过滤倒出，调整粘度，进行物性测试。

第二步：一次发泡液的制备

原料配比见表二，单位为g

表二原料配比表二

一次发泡液制备过程:在959g去离子水中，依次加入12g羧甲基纤维素，5g乙酰基六肽-8，5g十二烷基二甲基氧化胺，溶解均匀后，搅拌的同时，再依次加入0.5g木质素磺酸盐，0.5g Morwet D-425，1g TEGO Wet KL 245，搅拌30分钟后，再依次加入3g十二烷基苯磺酸钠、5g羧甲基纤维素钠，1g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(OP-10)缓慢搅拌20～40分钟，静置备用。

第三步：二次发泡液的制备

原料配比见表三，单位为g

表三原料配比表三

二次发泡液制备过程:在942g去离子水中，搅拌的同时，依次加入0.5g的十六烷基三甲基溴化铵、20g季戊四醇、30g聚磷酸铵、5g亚硝酸钠、1g三聚磷酸钠、0.5g聚乙烯亚胺和1g乙二醇，缓慢搅拌20～40分钟，静置备用。

第四步：发泡液混合

原料配比见表四，单位为g

表四原料配比表四

微乳液	一次发泡液	二次发泡液	水
				20g	100g	150g	适量

发泡液制备过程:取纯丙微乳液20g，加入一次发泡液100g低速搅拌(30rpm/min)的同时，再加入二次发泡液150g(三组分的配比是纯丙微乳液：一次发泡液：二次发泡液＝1:5:7.5)，搅拌20～40分钟，补加适量水，根据需要调整粘度，静置备用。

对上述方法制备的矿井粉尘处理发泡液的各项性能进行测试，结果如下：

呼吸降尘率：≥87％；

全沉降尘率：≥96％；

粘度：200～850CP；

外观：浅黄色液体；

pH值6.2～7.4；

施工和储存：正常。

应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种矿井粉尘处理发泡液，其特征在于，包括：一次发泡液、二次发泡液和微乳液；

所述微乳液为纯丙微乳液；

所述一次发泡液包括：阴离子性表面活性剂、分散剂、润湿剂、乳化剂、发泡剂、稳泡剂；

所述二次发泡液包括：阳离子型表面活性剂、阻燃剂、发泡助剂。

2.如权利要求1所述的矿井粉尘处理发泡液,其特征在于，所述纯丙微乳液的分子量在1100-3200之间。

3.如权利要求1所述的矿井粉尘处理发泡液,其特征在于，所述微乳液：一次发泡液：二次发泡液的质量比为1：5～6：7.5～9。

4.如权利要求1所述的矿井粉尘处理发泡液,其特征在于，所述一次发泡液包括、羧甲基纤维素、乙酰基六肽-8、十二烷基二甲基氧化胺、木质素磺酸盐、Morwet D-425、TEGO WetKL 245、十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠、OP-10。

5.如权利要求4所述的矿井粉尘处理发泡液,其特征在于，羧甲基纤维素：乙酰基六肽-8：十二烷基二甲基氧化胺：木质素磺酸盐：Morwet D-425：TEGO Wet KL 245：十二烷基苯磺酸钠：羧甲基纤维素钠：OP-10的质量比为12～15：5～8：5～8：0.5～0.8：0.5～0.8：1～3：3～5：5～8：1～3。

6.如权利要求1所述的矿井粉尘处理发泡液,其特征在于，所述二次发泡液包括：十六烷基三甲基溴化铵、季戊四醇、聚磷酸铵、亚硝酸钠、三聚磷酸钠、聚乙烯亚胺、乙二醇。

7.如权利要求6所述的矿井粉尘处理发泡液,其特征在于，十六烷基三甲基溴化铵：季戊四醇：聚磷酸铵：亚硝酸钠：三聚磷酸钠：聚乙烯亚胺：乙二醇的质量比为0.5～0.8：20～25：30～35：5～8：1～3：0.5～0.8：1～3。

8.一种矿井粉尘处理发泡液的制备方法,其特征在于，包括：

配置纯丙微乳液；

配置一次发泡液；

配置二次发泡液；

将所述纯丙微乳液、一次发泡液、二次发泡液混合均匀，静置，即得。

9.如权利要求8所述的矿井粉尘处理发泡液的制备方法,其特征在于，所述纯丙微乳液采用种子滴加法制备。

10.权利要求1-7任一项所述的矿井粉尘处理发泡液在煤炭的采掘、运输过程中的应用。