CN113322049B - 一种基于贻贝化学的矿用喷雾降尘抑尘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于贻贝化学的矿用喷雾抑尘剂及其制备方法，所述矿用喷雾抑尘剂包括自粘附活性粒子、丙烯酸、过硫酸铵、氢氧化钠和十二烷基糖苷，其中自粘附活性粒子是由去离子水、脱碱木质素、木质素磺酸钠、硝酸银和氨水经过一系列的合成得到的，银的还原性保护酚羟基不被氧化，赋予抑尘剂永久性的自粘附性，此外丰富的酚羟基作为自由基吸收剂可以降低丙烯酸的聚合度，显著提高抑尘剂的雾化性能。本发明仿生海洋贻贝分泌黏蛋白，制备了一种具有永久自粘附性和高效雾化的新型化学抑尘剂。该抑尘剂表现出优秀的雾化性能，卓越的固尘效果，以及特有的永久自粘附性能。

Description

一种基于贻贝化学的矿用喷雾降尘抑尘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于贻贝化学的矿用喷雾降尘抑尘剂及其制备方法，属于抑尘降尘材料技术领域。

背景技术

化学抑尘剂因其可以通过可控的化学反应(接枝、氧化、聚合)设计抑尘剂的分子结构以实现捕获空气中的粉尘和粘附、固结开放空间扬尘的功能，而一直受到人们的广泛关注。传统抑尘剂主要通过多羟基聚合物(黄原胶XG、聚乙烯醇PVA、纤维素CMC等)的高粘性将粉尘粘结、凝并成膜从而固结扬尘，但是多羟基聚合物的高分子量常导致其粘度过大，难以雾化，无法有效地用于现场使用。近期，通过将表面活性剂与低聚合度聚合物(如海藻酸钠) 有机地结合，一些易于雾化的化学抑尘剂已经被报道出来，但是其固结性能相比高分子聚合物被大大削弱，因此研发既易于雾化又能有效固结粉尘的新型化学抑尘剂具有重大意义。最近，由贻贝启发的多酚类物质被广泛地用作制备自粘附性材料，其上的儿茶酚官能团可通过与无机物表面形成强大且可逆的配位体相互作用而牢固粘合，而其上的醌基能够以共价键的形式与有机表面基团结合，所以这些自粘附性材料对各种表面均表现出超强的附着力。此外，其上丰富的酚羟基作为自由基的吸收剂可以调节聚合反应中聚合物的分子量。因此，多酚类物质特别适合制备化学抑尘剂，使其具有易雾化、自粘附和有效固结煤尘的巨大潜力。

发明内容

为了解决目前煤尘飞扬的环境污染及危害身体的问题，本发明提出了一种基于贻贝化学的矿用喷雾抑尘剂，本发明是一种具有低初始粘度、高固结强度和永久自粘附性新型化学抑尘剂。该抑尘剂表现出优秀的雾化能力，优秀的润湿能力，卓越的固尘效果，永久性的自粘附性能和优秀的保水性能。

本发明的技术方案如下：

一种基于贻贝化学的矿用喷雾降尘抑尘剂，包括自粘附活性粒子、丙烯酸、过硫酸铵、氢氧化钠和十二烷基糖苷。

优选的，所述基于贻贝化学的矿用喷雾抑尘剂，包括按重量百分数计的以下组分：

自粘附活性粒子1-3份、丙烯酸1-3份、过硫酸铵1-3份、氢氧化钠1-3 份、十二烷基糖苷1-3份和表面活性剂1-3份。

进一步地，所述自粘附活性粒子是由去离子水、脱碱木质素、木质素磺酸钠、硝酸银和氨水经合成获得。

所述自粘附活性粒子的合成方法，步骤如下：

a.首先制备摩尔浓度为5M/L的浓氨水备用；

b.然后取去离子水，加入量氢氧化钠调pH至11；

c.然后依次将木质素磺酸钠和脱碱木质素溶解在步骤(b)获得的去离子水中，在35℃下磁力搅拌30min使其充分溶解，获得脱碱木质素/木质素磺酸钠溶液，即A液；优选的，A液中脱碱木质素/木质素磺酸钠的质量浓度为 40mg/mL，其中脱碱木质素和木质素磺酸钠质量比为2:1。

d.然后称取AgNO₃溶解去离子水中，制备AgNO₃溶液；AgNO₃溶液的质量浓度为10mg/ml。

e.将步骤(a)制备的氨水逐滴滴入步骤(d)获得的AgNO₃溶液中，直到溶液发生如下变化后停止：无色透明(AgNO₃)→白色混浊(Ag₂O)→无色透明([Ag(NH₃)₂]⁺)，即得B液；

f.最后将等体积A液逐滴滴入B液中，于室温下搅拌，最终形成自粘附活性粒子；搅拌时间为1小时。

自粘附活性粒子既可以通过表面的酚羟基吸收过硫酸铵分解产生的硫酸自由基；又可以通过其内部纳米银产生的光生电子还原表面醌基，从而产生半醌自由基，使聚合体系中自由基的总量保持不变且稳定在较低水平。自粘附活性粒子类似于活性聚合反应中的“活性种”，有利于降低聚丙烯酸的分散度及分子量，从而大大提高传统抑尘剂的雾化性能。

进一步地，所述步骤(c)中脱碱木质素的分子量为1000-10000，纯度为 99％，木质素磺酸钠的分子量为534.51，纯度为98％；

本发明基于贻贝化学的矿用喷雾降尘抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)依次将丙烯酸(AA)和自粘附活性粒子溶液加入到去离子水中，在35℃下搅拌5min，使其充分混合；

(2)将过硫酸铵(APS)配成溶液加入步骤(1)的反应体系中，在N₂氛围下继续搅拌4小时，直至溶液变得及其粘稠，获得抑尘剂溶液的前驱体溶液；

(3)用去离子水将抑尘剂前驱溶液稀释至1％wt，获得溶液A；

(4)将适量的十二烷基糖苷(APG)溶液加入到溶液A中，于室温下搅拌5min，获得(APG0.2/PAA-NPs0.35)₁。

进一步地，丙烯酸(AA)的纯度99％，过硫酸铵(APS)的纯度99％，氢氧化钠的纯度98％，十二烷基糖苷(APG)的浓度为30％。

仿生天然贻贝足丝长期自粘附机制

由贻贝启发的多酚类物质被广泛地用作制备自粘附性材料，其上的儿茶酚集团可通过与无机物表面形成强大且可逆的配位体相互作用而牢固粘合，而其上的醌基能够以共价键的形式与有机表面基团结合，所以这些自粘附性材料对各种表面均表现出超强的附着力。因此，多酚类物质特别适合制备化学抑尘剂，使其具有粘附、固结煤尘的巨大潜力。但是多酚基团会逐渐被空气氧化为醌基而丧失粘性。贻贝之所以能长期保持粘附性，是因为其能连续分泌一种还原蛋白，可以持续地将被氧化的醌基还原为酚羟基，从而维持醌基和邻苯二酚基团之间的动态平衡，保持表面的长期粘附功能。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

通过将仿生天然贻贝足丝长期自粘附机制而合成的自粘附活性粒子与丙烯酸(AA)共聚，获得的新型抑尘剂表现出极低的初始粘度(固含量为1％时≈14mPa.s)

(1)优秀的润湿能力(表面张力≈28mN.m^-1)

(2)卓越的固尘效果(固含量为1％时抗压强度≈100KPa)

(3)耐重复的高强度自粘附性能(粘结强度≈25KPa；可重复次数≥25次)

(4)优秀的保水性能(保水时间＞36h)

本发明获得的抑尘剂雾化效果极好，能有效固结扬尘，所形成的粉尘固结抗风蚀和抗雨蚀能力非常优秀，可代替喷水降尘来解决高产尘作业场所的粉尘浓度超标问题和扬尘问题。

附图说明

图1为经本发明抑尘剂处理后的粉尘层的抗雨蚀性能实验图；

图2为本发明抑尘剂的固尘效果实验图；

图3为本发明抑尘剂的保水性实验图；

图4为本发明抑尘剂凝胶的实际固尘实验图；

图5为本发明抑尘剂凝胶与褐煤间的循环加载自粘附数据图；

图6为本发明抑尘剂对粉尘的自粘附性检测试验结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：一种基于贻贝化学的矿用喷雾抑尘剂及其制备方法

第一部分：自粘附活性粒子的合成过程

a.首先制备摩尔浓度为5M/L的浓氨水100ml备用，然后取50ml去离子水，加入适量氢氧化钠调减至11；

b.然后依次将0.67g木质素磺酸钠和1.33g的脱碱木质素溶解在50ml 的去离子水中，在35℃下磁力搅拌30min使其充分溶解，制备质量浓度为 40mg/ml的脱碱木质素/木质素磺酸钠溶液(A液)；

c.然后称取100mg的AgNO₃溶解在10ml的去离子水中制备质量浓度为10mg/mlAgNO₃溶液；

d.接下来将步骤(a)制备的氨水逐滴滴入AgNO₃溶液中，直到溶液发生如下变化后停止：“无色透明(AgNO₃)→白色混浊(Ag₂O)→无色透明 ([Ag(NH₃)₂]+)”(B液)；

e.最后将等体积A液逐滴滴入B液中，于室温下搅拌一个小时，最终形成自粘附活性粒子。

第二部分：抑尘剂的合成过程

自粘附性抑尘剂主要通过PAA、APG与自粘附性活性粒子间的超分子相互作用形成。自粘附性活性粒子通过脱碱木质素、SLS与[Ag(NH₃)₂]⁺间的氧化还原反应制得。在一个标准的木质素结构模型中，1摩尔的苯环结构约含有一摩尔的酚羟基(QH—)和2摩尔的甲氧基，在银氨溶液的氧化下，分别被氧化成醌基(Q)和半醌基自由基(QH·)，而银离子(Ag⁺)则被还原为纳米银粒子(AgNPs)。由于其表面等离子共振效应，银纳米粒子可以释放光生电子。在存在光生电子的情况下，木质素中的醌基(Q)和半醌基自由基(QH·) 被还原为氢醌基(QH—)，最终使自粘附性活性粒子壳壁木质素获得了2-3倍的酚羟基，增强了自粘附性活性粒子的自粘附性，且纳米银核的还原作用与空气的氧化作用动态平衡，赋予了自粘附性活性粒子的长期粘附性。

(1)依次将2.7g的AA和4ml的自粘附性活性粒子溶液加入到20ml 的去离子水中，在35摄氏度下搅拌5min，使其充分混合；

(2)随后将0.12g的APS配成2ml溶液加入步骤(1)的反应体系中，在N₂氛围下继续搅拌4h，直至溶液变得及其粘稠，获得抑尘剂溶液的前驱体溶液；

(3)随后用去离子水将抑尘剂前驱溶液稀释到适宜固含量，通常是 1％wt；最后将适量的APG溶液加入到此溶液中，于室温下搅拌5min，获得本发明抑尘剂(APG0.2/PAA-NPs0.35)₁。

其中，丙烯酸(AA)的纯度99％，过硫酸铵(APS)的纯度99％，氢氧化钠的纯度98％，十二烷基糖苷(APG)的浓度为30％。

实施例2：一种基于贻贝化学的矿用喷雾降尘抑尘剂及其制备方法

第一部分：自粘附活性粒子的合成过程

a.首先制备摩尔浓度为5M/L的浓氨水100ml备用，然后取50ml去离子水，加入适量氢氧化钠调减至11；

b.然后依次将0.012g木质素磺酸钠和0.024g的脱碱木质素溶解在50ml 的去离子水中，在35摄氏度下磁力搅拌30min使其充分溶解，制备质量浓度为0.72mg/ml的脱碱木质素/木质素磺酸钠溶液(A液)；

c.然后称取9mg的AgNO₃溶解在10ml的去离子水中制备质量浓度为 0.9mg/mlAgNO₃溶液；

d.接下来将步骤(a)制备的氨水逐滴滴入AgNO₃溶液中，直到溶液发生如下变化后停止：“无色透明(AgNO₃)→白色混浊(Ag₂O)→无色透明 ([Ag(NH₃)₂]+)”(B液)；

e.最后将等体积A液逐滴滴入B液中，于室温下搅拌一个小时，最终形成自粘附活性粒子。

第二部分：抑尘剂的合成过程

(1)依次将1.35g的AA和4ml的自粘附活性粒子溶液加入到20ml 的去离子水中，在35摄氏度下搅拌5min，使其充分混合；

(2)随后将0.055g的APS配成2ml溶液加入上述反应体系中，在N₂氛围下继续搅拌4h，直至溶液变得及其粘稠，获得抑尘剂溶液的前驱体溶液；

(3)随后用去离子水将抑尘剂前驱溶液稀释到适宜固含量，通常是 0.5％wt。最后将适量的APG溶液加入到此溶液中，于室温下搅拌5min，获得本发明抑尘剂(APG0.2/PAA-NPs0.4)_0.5。

其中，丙烯酸(AA)的纯度99％，过硫酸铵(APS)的纯度99％，氢氧化钠的纯度98％，十二烷基糖苷(APG)的浓度为30％。

实施例3：一种基于贻贝化学的矿用喷雾抑尘剂及其制备方法

第一部分：自粘附活性粒子的合成过程

a.首先制备摩尔浓度为5M/L的浓氨水100ml备用，然后取50ml去离子水，加入适量氢氧化钠调减至11；

b.然后依次将0.024g木质素磺酸钠和0.048g的脱碱木质素溶解在50ml 的去离子水中，在35摄氏度下磁力搅拌30min使其充分溶解，制备质量浓度为1.44mg/ml的脱碱木质素/木质素磺酸钠溶液(A液)；

c.然后称取18mg的AgNO₃溶解在10ml的去离子水中制备质量浓度为 1.8mg/mlAgNO₃溶液；

d.接下来将步骤(a)制备的氨水逐滴滴入AgNO₃溶液中，直到溶液发生如下变化后停止：“无色透明(AgNO3)→白色混浊(Ag2O)→无色透明 ([Ag(NH3)2]+)”(B液)；

e.最后将等体积A液逐滴滴入B液中，于室温下搅拌一个小时，最终形成自粘附活性粒子。

第二部分：抑尘剂的合成过程

(1)依次将2.7g的AA和4ml的自粘附活性粒子溶液加入到20ml 的去离子水中，在35摄氏度下搅拌5min，使其充分混合；

(2)随后将0.11g的APS配成2ml溶液加入上述反应体系中，在N₂氛围下继续搅拌4h，直至溶液变得及其粘稠，获得抑尘剂溶液的前驱体溶液；

(3)随后用去离子水将抑尘剂前驱溶液稀释到适宜固含量，通常是 1％wt。最后将适量的APG溶液加入到此溶液中，于室温下搅拌5min，获得本发明抑尘剂(APG0.2/PAA-NPs0.4)₁。

其中，丙烯酸(AA)的纯度99％，过硫酸铵(APS)的纯度99％，氢氧化钠的纯度98％，十二烷基糖苷(APG)的浓度为30％。

实施例4：一种基于贻贝化学的矿用喷雾抑尘剂及其制备方法

第一部分：自粘附活性粒子的合成过程

a.首先制备摩尔浓度为5M/L的浓氨水100ml备用，然后取50ml去离子水，加入适量氢氧化钠调减至11；

b.然后依次将0.048g木质素磺酸钠和0.096g的脱碱木质素溶解在50ml 的去离子水中，在35摄氏度下磁力搅拌30min使其充分溶解，制备质量浓度为2.88mg/ml的脱碱木质素/木质素磺酸钠溶液(A液)；

c.然后称取36mg的AgNO₃溶解在10ml的去离子水中制备质量浓度为 3.6mg/mlAgNO₃溶液；

d.接下来将步骤(a)制备的氨水逐滴滴入AgNO₃溶液中，直到溶液发生如下变化后停止：“无色透明(AgNO3)→白色混浊(Ag2O)→无色透明 ([Ag(NH3)2]+)”(B液)；

e.最后将等体积A液逐滴滴入B液中，于室温下搅拌一个小时，最终形成自粘附性活性粒子。

第二部分：抑尘剂的合成过程

(1)依次将5.4g的AA和4ml的自粘附性活性粒子溶液加入到20ml 的去离子水中，在35摄氏度下搅拌5min，使其充分混合；

(2)随后将0.22g的APS配成2ml溶液加入上述反应体系中，在N₂氛围下继续搅拌4h，直至溶液变得及其粘稠，获得抑尘剂溶液的前驱体溶液；

(3)随后用去离子水将抑尘剂前驱溶液稀释到适宜固含量，通常是 2％wt。最后将适量的APG溶液加入到此溶液中，于室温下搅拌5min，获得本发明抑尘剂(APG0.2/PAA-NPs0.4)₂。

实施例5：一种基于贻贝化学的矿用喷雾降尘抑尘剂及其制备方法

第一部分：自粘附活性粒子的合成过程

a.首先制备摩尔浓度为5M/L的浓氨水100ml备用，然后取50ml去离子水，加入适量氢氧化钠调减至11；

b.然后依次将0.096g木质素磺酸钠和0.192g的脱碱木质素溶解在50ml 的去离子水中，在35摄氏度下磁力搅拌30min使其充分溶解，制备质量浓度为5.76mg/ml的脱碱木质素/木质素磺酸钠溶液(A液)；

c.然后称取72mg的AgNO₃溶解在10ml的去离子水中制备质量浓度为 7.2mg/mlAgNO₃溶液；

d.接下来将步骤(a)制备的氨水逐滴滴入AgNO₃溶液中，直到溶液发生如下变化后停止：“无色透明(AgNO3)→白色混浊(Ag2O)→无色透明 ([Ag(NH3)2]+)”(B液)；

e.最后将等体积A液逐滴滴入B液中，于室温下搅拌一个小时，最终形成自粘附活性粒子。

第二部分：抑尘剂的合成过程

(1)依次将10.8g的AA和4ml的自粘附活性粒子溶液加入到20ml 的去离子水中，在35摄氏度下搅拌5min，使其充分混合；

(2)随后将0.44g的APS配成2ml溶液加入上述反应体系中，在N₂氛围下继续搅拌4h，直至溶液变得及其粘稠，获得抑尘剂溶液的前驱体溶液；

(3)随后用去离子水将抑尘剂前驱溶液稀释到适宜固含量，通常是 4％wt。最后将适量的APG溶液加入到此溶液中，于室温下搅拌5min，获得本发明抑尘剂(APG0.2/PAA-NPs0.4)₄。

试验例1：本发明抑尘剂抗雨蚀性检测

将20Kg粒径100目的煤粉在室外堆成煤粉堆，然后用喷壶对其表面喷洒 400ml本发明抑尘剂(APG_0.2/PAA-NPs_0.4)₁，使其形成粉尘固结层，如图1a-1c 所示，其中，图1d是第一场降雨后煤堆的表面形貌(一个月后)，图1e是自然风干后煤堆的表面形貌(一个星期后)。为了检验抑尘剂的效果，向煤堆顶部放置5Kg的重物(图1f)，可以看出煤堆基本不出现垮落(图1g和图1h)，说明抑尘剂具有优异的抗雨蚀能力。

试验例2：本发明抑尘剂的固尘效果检测

对不同固含量抑尘剂固化后的煤柱进行标准单轴抗压试验，实验中制备的煤柱采用粒径为200目的烟煤煤粉。首先称取60g煤粉置于直径为5cm的圆柱型模具中，然后向其中加入40ml抑尘剂，搅拌均匀后将模具置于真空干燥箱中，在50℃温度下连续干燥5天后脱模，得到固化后的抑尘剂煤尘柱。对煤柱进行标准单轴抗压试验。经固含量为1％wt的自粘式抑尘剂 (APG_0.2/PAA-NPs_0.4)₁、固含量为2％wt的自粘式抑尘剂(APG_0.2/PAA-NPs_0.4)₂固化后的煤尘柱的应力-应变曲线出现了许多的屈服极限应力峰，这是由于煤尘柱的粉尘粘聚力和摩擦力接近，属于标准的塑性形变过程。经固含量为 0.5％wt自粘式抑尘剂(APG_0.2/PAA-NPs_0.4)_0.5和固含量为1％wt的PAA抑尘剂 APG_0.2/(PAA)₁固化后的煤尘柱的应力-应变曲z线没有出现明显的应力峰，这是因为煤尘柱的粉尘粘聚力远远小于摩擦力，属于标准的延性形变过程，故力学性能较差。而经固含量为4％wt的本发明抑尘剂(APG_0.2/PAA-NPs_0.4)₄固化后的煤尘柱的应力-应变曲线只出现了一个明显的强度极限应力峰，这是由于煤尘柱的粉尘粘聚力远远大于摩擦力，属于标准的脆性形变过程，在此固含量下，煤尘柱表现出了脆性材料的特征性剪切破坏形态，当抑尘剂的固含量从0.5％wt逐渐增加到4％wt的过程中，煤尘柱的变形形式经历了延性形变、塑性形变和脆性形变，粉尘颗粒间的粘结强度依次增加，说明本发明抑尘剂具有十分有效的固尘效果，如图2所示。

试验例3：本发明抑尘剂的雾化效果检测

抑尘剂的有效雾化可以大大增大液体与空气接触的面积，在煤矿喷雾降尘领域里面，是一个非常重要的降尘指标，雾化粒径的减小，在很大程度上提高了液滴与粉尘的接触面积，使煤矿喷雾降尘效率大幅度提高。为了评估本发明抑尘剂的雾化性能，对比、分析了相同固含量的传统PAA抑尘剂APG_0.2 /(PAA)₁与添加了自粘附活性粒子的本发明抑尘剂(APG_0.2/PAA-NPs_0.4)₁。图3 是固含量均为1％wt的本发明抑尘剂(3a)和PAA抑尘剂(3b)的雾化效果实验图片，可以看出前者雾化效果非常好，这是因为分子量过高会在PAA分子链间产生较高的空间位阻效应，从而使溶液变粘，在空气中破碎不充分，难以形成雾云。

试验例4：本发明抑尘剂保水性检测

抑尘剂的保水性是评价抑尘性能的重要指标，它可以保证抑尘剂在完全固化之前对粉尘的粘附性，降低风蚀对粉尘层的损坏。将适量(40±0.05g) 的煤粉放置在培养皿中(直径8±0.1厘米)；其分别将表面活性剂溶液APG_0.2、 PAA抑尘剂APG_0.2/(PAA)₁和本发明抑尘剂(APG_0.2/PAA-NPs_0.4)₁(11mL)用喷壶均匀地撒在煤尘表面；最后，待煤尘的表面被完全润湿后，将培养皿置于可程式恒温恒湿试验箱中；为了模拟粉尘在露天储存和露天运输过程中保水性的变化，以中国最大规模露天煤矿(尹敏露天煤矿，新疆)附近，夏季连续36h的天气为依据，通过可程式恒温恒湿试验箱进行相似实验。结果显示，本发明抑尘剂具有最佳的保水性。表面活性剂溶液APG_0.2在第15个小时就已经蒸发殆尽，这比矿下环境中提前了3个小时，说明空气相对湿度对水分蒸发的影响比温度更大。为了进一步地表征自粘附活性粒子对抑尘剂体系中结合水的约束能力，分别对冷冻干燥后的PAA和NPs-PAA进行热重分析，结果显示NPs-PAA中结合水的失重温度要比纯PAA高18℃，说明自粘附活性粒子上的多酚集团可提高抑尘剂对结合水的保水能力，如图4所示。

试验例5：本发明抑尘剂实际的固尘效果检测

分别采用小型风洞装置对经本发明抑尘剂(APG_0.2/PAA-NPs_0.4)₁、PAA抑尘剂APG_0.2/(PAA)₁和APG溶液APG_0.2处理的煤粉堆进行风蚀实验。试验中所用煤粉为质量45±0.1g，粒径80-120目的烟煤。试验中使用的各种溶液的固含量均为1％wt，用量均为3ml，将溶液或喷洒或滴加到煤粉表面，自然风干 36h进行测试。实验中对每个样品的风速分别设定为3m/s,5m/s和10m/s，各 30min，每一阶段结束后重新测量煤堆的重量。分别经本发明抑尘剂、PAA抑尘剂和APG溶液处理的煤粉堆在风蚀结束后，经自粘式抑尘剂处理的煤粉堆形貌比较完整，仅有少量煤粉从粉尘层龟裂处溢出。而经PAA抑尘剂处理的煤粉堆在风蚀后，形态上出现了较大的破坏和损失。经APG溶液处理的煤粉堆在风蚀实验后全部损失。

经本发明抑尘剂、PAA抑尘剂和APG溶液处理的煤粉堆，在不同风速下煤粉质量损失如图5所示，其中图5d、图5e、图5f分别为经本发明抑尘剂、 PAA抑尘剂和APG溶液处理的煤粉堆，结果显示，本发明抑尘剂即使在强风 (10m/s)侵蚀下，依然能保持较小的质量损失(6％)，这是因为抑尘剂中的自粘附活性粒子可以牢固地吸附在煤粉表面，并与PAA间通过氢键作用构成网状结构，有效地提高粉尘层的固结强度。经PAA抑尘剂处理的煤粉堆在弱风下(3m/s和5m/s)有较小的质量损失(1％和1.4％)，而在强风侵蚀下有较大的质量损失(24％)，这是因为PAA与煤尘间缺乏粘附机制。经APG溶液处理的煤粉堆在5m/s的风速下侵蚀30min就损失了50％的质量，而在10m/s的风速下立马损失了100％的质量，说明传统的降尘抑尘剂不具备固结能力。

试验例6：本发明抑尘剂对粉尘的自粘附性检测采用电子万能试验机 (Instron，5567，美国)对抑尘剂凝胶和煤块进行自粘附循环加载实验。试验中使用的自粘性抑尘水凝胶的尺寸为40×40×20mm，仪器的加载速率设置为 10mm/min。在将水凝胶与仪器上固定的材料表面分离后完成测量，并记录数据。详细地说，首先将水凝胶放在粘附在仪器底座上的基材上，之后，将仪器的上部放低至与水凝胶接触的位置。在初始位置进行粘合力测试。重复上述步骤25次。试验结果如图6所示，两者间的初始粘结强度约为28kPa，经过25个循环粘附试验后，凝胶的自粘附强度没有出现明显下降，说明 Lignin-Ag NPs中含有的纳米银核可以持续还原抑尘剂中被氧化的多酚集团，赋予了抑尘剂抗氧化性与长期的自粘附能力。

经检测，本发明矿用喷雾降尘抑尘剂的表面张力为表面张力≈28mN.m^-1；固含量为1％时抗压强度≈100KPa；粘结强度≈25KPa；可重复次数≥25次；保水时间＞36h。

Claims (7)

1.一种基于贻贝化学的矿用喷雾降尘抑尘剂，其特征在于，所述矿用喷雾降尘抑尘剂包括自粘附活性粒子、丙烯酸、过硫酸铵、氢氧化钠、十二烷基糖苷；

所述自粘附活性粒子是由去离子水、脱碱木质素、木质素磺酸钠、硝酸银和氨水经合成获得；所述自粘附活性粒子的合成方法，步骤如下：

a.首先制备摩尔浓度为 5M/L 的浓氨水备用；

b.然后取去离子水，加入量氢氧化钠调pH至11；

c.然后依次将木质素磺酸钠和脱碱木质素溶解在步骤b获得的去离子水中，在 35 ℃下磁力搅拌30min 使其充分溶解，获得脱碱木质素/木质素磺酸钠溶液，即A 液；

d.然后称取AgNO₃溶解去离子水中，制备AgNO₃溶液；

e.将步骤a制备的氨水逐滴滴入步骤d获得的AgNO₃溶液中，直到溶液发生如下变化后停止：无色透明→白色混浊→无色透明，即得B 液；

f.最后将等体积A液倒入B 液中，于室温下搅拌，最终形成自粘附活性粒子。

2.根据权利要求1所述的矿用喷雾降尘抑尘剂，其特征在于，所述矿用喷雾降尘抑尘剂包括按重量百分数计的以下组分：

自粘附活性粒子1-3份、丙烯酸1-3份、过硫酸铵1-3份、氢氧化钠1-3份和十二烷基糖苷1-3份。

3.根据权利要求1所述的矿用喷雾降尘抑尘剂，其特征在于，所述步骤f中搅拌时间为1小时。

4.根据权利要求1所述的矿用喷雾降尘抑尘剂，其特征在于，所述步骤c中A液中脱碱木质素/木质素磺酸钠的质量浓度为40mg/mL，其中脱碱木质素和木质素磺酸钠质量比为2:1。

5.根据权利要求1所述的矿用喷雾降尘抑尘剂，其特征在于，所述步骤c中脱碱木质素的分子量为1000-10000，纯度为99%，木质素磺酸钠的分子量为534.51，纯度为98%。

6.如权利要求1-5任一项所述矿用喷雾降尘抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）依次将丙烯酸和自粘附活性粒子溶液加入到去离子水中，在 35 ℃下搅拌 5min，使其充分混合；

（2）将过硫酸铵配成溶液加入步骤（1）的反应体系中，在 N₂氛围下继续搅拌 4小时，直至溶液变得及其粘稠，获得抑尘剂溶液的前驱体溶液；

（3）用去离子水将抑尘剂前驱溶液稀释至1%wt，获得溶液A；

（4）将适量的十二烷基糖苷溶液加入到溶液A中，于室温下搅拌5min，获得矿用喷雾降尘抑尘剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸的纯度99％，过硫酸铵的纯度99％，十二烷基糖苷的浓度为30%。

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