CN113214793A - 一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环保抑尘技术领域，尤其是涉及一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，包括以下原料：藻类和淀粉接枝聚酸酐，其中，淀粉接枝聚酸酐的制备包括以下步骤：将二元酸与乙酸酐混合，获得混合酸酐；在引发剂存在下，将淀粉与混合酸酐混合，获得糊化产物；将十二烷基硫酸钠与糊化产物混合，缩聚，获得淀粉接枝聚酸酐。本发明以淀粉接枝聚酸酐和藻类为主要原料，制备的抑尘剂效果优异，抗水冲、风蚀性强，稳定性好，常温下具有良好的黏结、保湿和水稳定性能，且降解率高，安全环保；本发明还提供一种其制备方法，条件温和，步骤简单，不会危害健康及污染环境。

Description

一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂及制备方法

技术领域

本发明涉及环保抑尘技术领域，尤其是涉及一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂及制备方法。

背景技术

煤炭资源在我国能源消费中占有较大比重，我国存在大量散堆储煤场及输煤铁路线，极易产生粉尘，粉尘作为空气污染的首要因素，产生的危害众所周知，数十年来对露天存储煤堆及铁路运煤的扬尘防治研究从未间断，尤其是在北方地区，平均温度较低、气候寒冷干燥、风力较强、蒸发量大，因风力作用造成的煤炭污染严重，不仅为煤炭储运企业带来了巨大的经济损失，同时也造成周边环境的污染，给居民生产生活带来严重的影响。

现有抑尘防治技术中，最新颖和最有效的防治方法之一是化学抑尘，自上世纪30年代以来，化学抑尘作为解决开放性尘源污染最有效的方法一直受到人们的高度重视，得到了散料堆料场、火电厂及铁路运输部门等高强度产尘企业的认可，同时化学抑尘因其具有经济性、实用性的特点有着极其广阔的发展前景。

然而，传统的无机盐类和重油类化学抑尘剂极易造成二次污染，普通高分子抑尘剂产生的化学物质会残留在料堆中，影响后续的使用，除此之外，现有抑尘剂抗水冲、抗风蚀性差、流动性大，综合性能较差。随着人们环保意识的不断提高，对抑尘剂的性能也会有更高的要求，性能不完善、存在环境污染隐患的抑尘剂逐渐被淘汰，所以亟需一种可生物降解、环境友好型的抑尘剂。

发明内容

本发明提供一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，抑尘效果优异，抗水冲、风蚀性强，稳定性好，常温下使用具有良好的黏结、保湿和水稳定性能，且可生物降解，不会造成二次污染，安全环保，可广泛应用于煤灰、沙土或建筑粉尘等领域的粉尘抑制；本发明还提供一种其制备方法，制备条件温和，制备步骤简单，制备过程中不会产生有毒物质危害人们健康及污染环境，安全环保。

本发明提供的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，包括以下原料：藻类和淀粉接枝聚酸酐，其中，淀粉接枝聚酸酐的制备包括以下步骤：

S1.将二元酸与乙酸酐混合，获得混合酸酐；

S2.在引发剂存在下，将淀粉与混合酸酐混合，糊化，获得糊化产物；

S3.将十二烷基硫酸钠与糊化产物混合，缩聚，获得淀粉接枝聚酸酐。

优选地，藻类为海藻泥土与硅藻泥土的复配物。

将二元酸与乙酸酐反应生成混合酸酐，并利用淀粉接枝技术制备淀粉接枝聚酸酐，藻类为海藻泥土与硅藻泥土任意比例的复配物，将淀粉接枝聚酸酐和藻类作为抑尘剂的主要原料，通过藻类与淀粉接枝聚酸酐复配，在保证最佳抑尘效果的同时，缩短抑尘剂的成膜时间，成膜后的抑尘剂抗水冲、风蚀性强，稳定性好，同时本发明制备的淀粉接枝聚酸酐为可降解原料，采用此原料制备的抑尘剂能够生物降解，安全环保。

优选地，藻类为海藻泥土与硅藻泥土按质量比1-2:1-2混合的复配物。在此比例下制备的藻类与淀粉接枝聚酸酐复配，能够在保证最佳抑尘效果的同时，更好地缩短抑尘剂的成膜时间，成膜后抑尘剂的稳定性更好，藻类更优选为海藻泥土与硅藻泥土按质量比1:2混合的复配物，此比例下制备的藻类效果最佳。

优选地，淀粉接枝聚酸酐的制备包括以下步骤：

S1.将二元酸与乙酸酐按质量比1:(5-7)混合，获得混合酸酐；

S2.在引发剂存在下，将淀粉与混合酸酐混合，在78-98℃下糊化1-2h，获得糊化产物，其中，引发剂、淀粉、混合酸酐的质量比为1-2:25-35:20-30；

S3.将十二烷基硫酸钠与糊化产物按质量比1:(12-15)混合，熔融缩聚，获得淀粉接枝聚酸酐。

优选地，二元酸为偏硅酸或碳酸；引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化双月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯或过氧化叔戊酸叔丁酯。熔融缩聚采用本领域常规工艺条件。

优选地，包括以下重量份的原料：淀粉接枝聚酸酐10-30份、藻类8-18份、壳聚糖1-5份、木质素1-5份、乳酸乙酯5-12份、表面活性剂1-3份、相容剂1-2份、多元醇15-25份和水50-70份。

本发明以淀粉接枝聚酸酐、藻类为主要原料，通过添加壳聚糖、木质素和乳酸乙酯，控制各原料之间的比例，制备得到了生态友好型环保抑制剂，采用乳酸乙酯与水混合作为溶剂，能够使各原料更好的溶解在一起；壳聚糖与表面活性剂能与离子间产生较强的亲合力，使各原料之间相互作用，并通过凝并、黏结等作用吸附空气中的粉尘；木质素具有一定的粘性，与壳聚糖共同作用，能够使制备的抑尘剂自然干燥后在粉尘表面固化成膜，防止扬尘的发生。

优选地，包括以下重量份的原料：淀粉接枝聚酸酐20份、藻类14份、壳聚糖3份、木质素3份、乳酸乙酯8份、表面活性剂2份、相容剂1.5份、多元醇20份和水60份。采用此比例的原料制备得到的抑尘剂成膜时间最短，抑尘率最高。

优选地，多元醇为甘油、山梨糖醇或季戊四醇；优选地，表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、卵磷脂、聚山梨脂、脂肪酸甘油酯或十二烷基硫酸钠；相容剂为马来酸酐接枝相容剂、丙烯酸接枝相容剂或环氧基接枝共聚相容剂。多元醇具有优良的保湿性，可以从空气中吸收水分，从而起到润湿的作用，使制备的抑尘剂具有良好的保湿性和水稳定性；通过添加相容剂能够提高各原料之间的相容性，增加原料之间的粘结力，使各原料可以更好的结合在一起，从而获得稳定的环保抑尘剂。

本发明还提供一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将多元醇和水加入混合反应器中，搅拌加热后，加入壳聚糖和木质素，搅拌溶解，获得混合液；

(2)将淀粉接枝聚酸酐、乳酸乙酯和藻类依次加入到步骤(1)得到的混合液中，搅拌均匀后，加入表面活性剂和相容剂，加热、研磨混合、静置消泡，获得可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂。

优选地，步骤(1)中加热温度为50-70℃；步骤(2)中加热温度为85-95℃，研磨混合时间为1-2h。

上述制备方法条件温和，操作简单，且制备过程中不会产生有毒物质，不会危害人们的健康及污染环境，安全环保。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用生物基可降解原料，安全环保，廉价易得，本发明所述的可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，抑尘效果优异，抗水冲、风蚀性强，稳定性好，常温下使用具有良好的黏结、保湿和水稳定性能，且能够生物降解，安全环保，可广泛应用于煤灰、沙土或建筑粉尘等领域的粉尘抑制。

(2)本发明采用二元酸与乙酸酐反应生成混合酸酐，并利用淀粉接枝技术制备淀粉接枝聚酸酐；藻类为海藻泥土与硅藻泥土任意比例的复配物，将藻类与淀粉接枝聚酸酐进行混合，在保证最佳抑尘效果的同时，缩短抑尘剂的成膜时间，成膜后抑尘剂具有优异的抗水冲、风蚀性能，稳定性好。

(3)本发明制备条件温和，制备方法简单，且制备过程中不会产生有毒物质危害人体健康及污染环境，安全环保。

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，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“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。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，包括以下重量份的原料：淀粉接枝聚酸酐10份、藻类8份、壳聚糖1份、木质素1份、乳酸乙酯5份、表面活性剂单硬脂酸甘油酯1份、马来酸酐接枝相容剂1份、甘油15份和水50份。

其中，藻类为海藻泥土与硅藻泥土按质量比1:1混合的复配物。

淀粉接枝聚酸酐的制备包括以下步骤：

S1.将偏硅酸和乙酸酐按质量比1:5混合，获得混合酸酐；

S2.在1质量份过氧化苯甲酰存在下，将25质量份玉米淀粉与20质量份混合酸酐混合，在78℃下糊化1h，获得糊化产物；

S3.将十二烷基硫酸钠与糊化产物按质量比1:12混合，熔融缩聚，获得淀粉接枝聚酸酐。

可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将甘油和水加入到混合反应器中，搅拌加热至50℃后，加入壳聚糖和木质素，搅拌溶解，获得混合液；

(2)将淀粉接枝聚酸酐、乳酸乙酯和藻类依次加入到步骤(1)得到的混合液中，搅拌均匀后，加入单硬脂酸甘油酯和马来酸酐接枝相容剂，加热至85℃，研磨混合1h，静置消泡，获得可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂。

实施例2

一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，包括以下重量份的原料：淀粉接枝聚酸酐20份、藻类14份、壳聚糖3份、木质素3份、乳酸乙酯8份、表面活性剂卵磷酯2份、丙烯酸接枝相容剂1.5份、山梨糖醇20份和水60份。

其中，藻类为海藻泥土与硅藻泥土按质量比1:2混合的复配物。

淀粉接枝聚酸酐的制备包括以下步骤：

S1.将碳酸和乙酸酐按质量比1:6混合，获得混合酸酐；

S2.在1.5质量份过氧化双月桂酰存在下，将30质量份玉米淀粉与25质量份混合酸酐混合，在88℃下糊化1.5h，获得糊化产物；

S3.将十二烷基硫酸钠与糊化产物按质量比1:14混合，熔融缩聚，获得淀粉接枝聚酸酐。

可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将山梨糖醇和水加入到混合反应器中，搅拌加热至60℃后，加入壳聚糖和木质素，搅拌溶解，获得混合液；

(2)将淀粉接枝聚酸酐、乳酸乙酯和藻类依次加入到步骤(1)得到的混合液中，搅拌均匀后，加入卵磷酯和丙烯酸接枝相容剂，加热至90℃，研磨混合1.5h，静置消泡，获得可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂。

实施例3

一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，包括以下重量份的原料：淀粉接枝聚酸酐30份、藻类18份、壳聚糖5份、木质素5份、乳酸乙酯12份、表面活性剂十二烷基硫酸钠3份、环氧基接枝共聚相容剂2份、季戊四醇25份和水70份。

其中，藻类为海藻泥土与硅藻泥土按质量比2:1混合的复配物。

淀粉接枝聚酸酐的制备包括以下步骤：

S1.将二元酸和乙酸酐按质量比1:7混合，获得混合酸酐；

S2.在2质量份过氧化苯甲酸叔丁酯存在下，将35质量份玉米淀粉与30质量份混合酸酐混合，在98℃下糊化2h，获得糊化产物；

S3.将十二烷基硫酸钠与糊化产物按质量比1:15混合，熔融缩聚，获得淀粉接枝聚酸酐。

可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将季戊四醇和水加入到混合反应器中，搅拌加热至70℃后，加入壳聚糖和木质素，搅拌溶解，获得混合液；

(2)将淀粉接枝聚酸酐、乳酸乙酯和藻类依次加入到步骤(1)得到的混合液中，搅拌均匀后，加入十二烷基硫酸钠和环氧基接枝共聚相容剂，加热至95℃，研磨混合2h，静置消泡，获得可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂。

对比例1

一种抑尘剂，所用原料及制备方法与实施例1基本相同，唯一不同之处在于：不包括藻类。

对比例2

一种抑尘剂，所用原料及制备方法与实施例1基本相同，唯一不同之处在于：不包括淀粉接枝聚酸酐。

对比例3

一种抑尘剂，所用原料及制备方法与实施例1基本相同，唯一不同之处在于：采用聚酸酐代替淀粉接枝聚酸酐，羟乙基纤维素代替藻类。

测试例

构造6个相同的煤堆，标号为1#、2#、3#、4#、5#、6#，分别采用实施例1-3制备的可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂和对比例1-3制备的抑尘剂进行喷洒，实施例1制备的抑尘剂喷洒煤堆1#，实施例2制备的抑尘剂喷洒煤堆2#，实施例3制备的抑尘剂喷洒煤堆3#，对比例1制备的抑尘剂喷洒煤堆4#，对比例2制备的抑尘剂喷洒煤堆5#，对比例3制备的抑尘剂喷洒煤堆6#，喷洒压力为0.8MPa，喷洒量为0.2g/cm³，分别检测上述抑尘剂的抑尘指标，测试结果如表1所示。

表1

由上述数据可知，对比例1-3制备的抑尘剂的成膜时间和抑尘效果远不及实施例1-3制备的抑尘剂，表明采用本发明淀粉接枝聚酸酐和藻类两者复配得到的抑尘剂，综合性能最佳，其中，实施例2制备的抑尘剂成膜时间最短，抑尘率最高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，其特征在于，包括以下原料：藻类和淀粉接枝聚酸酐，其中，淀粉接枝聚酸酐的制备包括以下步骤：

S1.将二元酸与乙酸酐混合，获得混合酸酐；

S2.在引发剂存在下，将淀粉与混合酸酐混合，糊化，获得糊化产物；

S3.将十二烷基硫酸钠与糊化产物混合，缩聚，获得淀粉接枝聚酸酐。

2.根据权利要求1所述的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，其特征在于，藻类为海藻泥土与硅藻泥土的复配物。

3.根据权利要求2所述的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，其特征在于，藻类为海藻泥土与硅藻泥土按质量比1-2:1-2混合的复配物。

4.根据权利要求1所述的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，其特征在于，淀粉接枝聚酸酐的制备包括以下步骤：

S1.将二元酸与乙酸酐按质量比1:(5-7)混合，获得混合酸酐；

S2.在引发剂存在下，将淀粉与混合酸酐混合，在78-98℃下糊化1-2h，获得糊化产物，其中，引发剂、淀粉、混合酸酐的质量比为1-2:25-35:20-30；

S3.将十二烷基硫酸钠与糊化产物按质量比1:(12-15)混合，熔融缩聚，获得淀粉接枝聚酸酐。

5.根据权利要求4所述的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，其特征在于，二元酸为偏硅酸或碳酸；引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化双月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯或过氧化叔戊酸叔丁酯。

6.根据权利要求1所述的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：淀粉接枝聚酸酐10-30份、藻类8-18份、壳聚糖1-5份、木质素1-5份、乳酸乙酯5-12份、表面活性剂1-3份、相容剂1-2份、多元醇15-25份和水50-70份。

7.根据权利要求6所述的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：淀粉接枝聚酸酐20份、藻类14份、壳聚糖3份、木质素3份、乳酸乙酯8份、表面活性剂2份、相容剂1.5份、多元醇20份和水60份。

8.根据权利要求7所述的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂，其特征在于，多元醇为甘油、山梨糖醇或季戊四醇；表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、卵磷脂、聚山梨脂、脂肪酸甘油酯或十二烷基硫酸钠；相容剂为马来酸酐接枝相容剂、丙烯酸接枝相容剂或环氧基接枝共聚相容剂。

9.一种权利要求6-8任一所述的可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将多元醇和水加入混合反应器中，搅拌加热后，加入壳聚糖和木质素，搅拌溶解，获得混合液；

(2)将淀粉接枝聚酸酐、乳酸乙酯和藻类依次加入到步骤(1)得到的混合液中，搅拌均匀后，加入表面活性剂和相容剂，加热、研磨混合、静置消泡，获得可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂。

10.根据权利要求9所述的一种可生物降解速凝固化藻类成膜环保抑尘剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中加热温度为50-70℃；步骤(2)中加热温度为85-95℃，研磨混合时间为1-2h。