CN115637132B - 一种生态抑尘剂及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是针对于现有抑尘剂产品存在的缺陷，提供了一种生态抑尘剂及其制备和使用方法。本发明的生态抑尘剂，各组分质量百分含量如下：改性壳聚糖：0.1~10%；丙二醇：0.1~10%；表面活性剂：0.1~10%；羧甲基纤维素钠：0.1~5%；乳酸：0.05~5%；聚乙烯醇：0.1~10%；海藻糖：0.1~10%；水：余量。本发明制备的抑尘剂产品具有粘结、润湿、凝聚等多种作用效果，通过凝并作用使小颗粒粉尘团聚成大颗粒沉降，并在尘样表面形成三维网络结构，可以快速抑尘，然后通过生物高分子材料多次吸湿保湿作用控制二次扬尘，抑尘效果优异，生物相容性良好，抑尘周期长，应用场合广泛。
Description
技术领域
本发明属于抑尘剂技术领域，特别涉及一种生态抑尘剂及其制备和使用方法。
背景技术
粉尘污染对工业生产和人们的日常生活都造成了不同程度的影响，如何高效快速地控制粉尘污染是一个亟待解决的难题。
传统抑尘方法主要包括洒水抑尘、遮盖法抑尘和抑尘剂抑尘。传统的抑尘剂常因作用类型的单一（以粘结剂为主的粘结型抑尘剂、以表面活性剂为主的润湿型抑尘剂、以无机盐等吸湿材料为主的凝聚型抑尘剂）导致抑尘效果不佳、作用时间短、作用场合有限、存在二次污染的问题。
目前，采用多种抑尘机理的复合抑尘剂成为研究重点。CN113214792A公开了一种露天煤矿长效复合抑尘剂及其制备方法，由淀粉基高吸水树脂抑尘剂和淀粉基高吸水树脂抑尘剂微胶囊组成，但其抑尘剂的制备步骤较为复杂，主要作用类型为吸湿保湿，作用效果及应用场合有限；CN111040732A公开了一种生态抑尘剂及其制备方法，抗氧化剂：1-2，去离子水：3-5，吐温60：12-73，核桃油：10-65，司盘：12-15，聚氧化乙烯：5-10；该抑尘剂可以吸附、团聚细小粉尘颗粒，可以自然降解，但其成膜强度有限，且成本较高。CN111004608A公开了一种用于道路扬尘的润湿型抑尘剂及其制备方法，各原料组分的质量百分含量为：乳酸钠：0.1～2％，Span-80：0.1～6％，甘油：0.1％～3％，粘结剂：0.1～5％，尿素：0.5～5％，CaCl2：1～20％，表面活性剂：0.1～1％，水：余量。使用方便、成本低廉，但应用场合有限；CN111100600A公开了一种用于道路扬尘的粘结型抑尘剂及其制备方法，原料成分按质量百分数为：保湿剂：0.1～1％，聚乙烯醇：2～5％，粘结剂：0.5～9％，表面活性剂：0.5～4.5％，水：余量；环保且抑尘效果良好，但应用场合有限，作用效果较为单一；CN111117568A公开了一种用于露天矿山粉尘治理的生态抑尘剂及其制备方法，下述重量百分数的原料组分组成：吸湿剂：1～10％，表面活性剂：0.1～5％，聚丙烯酸钠：1～6％，丙三醇：0.1～3.1％，乳酸钠：0.1～3.1％，水：余量；再在上述100％的组分中加入适量柠檬酸，使体系中的pH为7.0±0.5；通过提高粉尘含水率达到抑尘效果，但应用场合有限，作用效果较为单一。
发明内容
本发明的目的是针对于现有抑尘剂产品存在的缺陷，提供了一种生态抑尘剂及其制备和使用方法。本发明制备的抑尘剂产品具有粘结、润湿、凝聚等多种作用效果，通过凝并作用使小颗粒粉尘团聚成大颗粒沉降，并在尘样表面形成三维网络结构，可以快速抑尘，然后通过生物高分子材料多次吸湿保湿作用控制二次扬尘，抑尘效果优异，生物相容性良好，抑尘周期长，应用场合广泛。
本发明的技术方案之一为，一种生态抑尘剂，各组分质量百分含量如下：
改性壳聚糖：0.1~10%；
丙二醇：0.1~10%；
表面活性剂：0.1~10%；
羧甲基纤维素钠：0.1~5%；
乳酸：0.05~5%；
聚乙烯醇：0.1~10%；
海藻糖：0.1~10%；
水：余量。
作为优选的，上述生态抑尘剂，各组分质量百分含量为：
改性壳聚糖：1~4%；
丙二醇：0.5~2%；
表面活性剂：0.1~1%；
羧甲基纤维素钠：0.5~1.8%；
乳酸：0.1~2%；
聚乙烯醇：0.05~1%；
海藻糖：0.1~1.8%；
水：余量。
进一步的，上述生态抑尘剂，所述的改性壳聚糖为羧甲基壳聚糖。
进一步的，上述生态抑尘剂，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、单月桂酸聚氧乙烯山梨醇酯、椰油酰胺丙基甜菜碱、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种。
本发明的技术方案之二为，上述抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将改性壳聚糖、羧甲基纤维素钠、海藻糖、聚乙烯醇按比例混合均匀，按比例加入A部分水，加热至70~80℃，搅拌混匀，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中按比例加入丙二醇、表面活性剂、B部分水，在室温下搅拌混合均匀，即得生态抑尘剂。
进一步的，上述抑尘剂的制备方法，A、B两部分水的质量比为1.5~2：3~3.5。
进一步的，上述抑尘剂的制备方法，将壳聚糖加入氢氧化钠溶液中碱化，碱化完成后，向溶液中加入定量氯乙酸-异丙醇溶液，在60~65℃下反应7~9小时；再用盐酸调节溶液pH至6.5~7.5，分离得到固体，清洗、干燥，得到改性壳聚糖高分子材料。
本发明的技术方案之三为，上述抑尘剂的使用方法，将抑尘剂用水稀释2~10倍，喷洒至裸露地面，喷洒用量为1~4L/m2，然后待地表完全干燥即可；
或者，将抑尘剂用水稀释5~20倍，喷洒至扬尘的空气中，喷洒用量为1~2L/m3，喷洒至地表洒满抑制剂溶液，然后待地表完全干燥即可。
进一步，上述抑尘剂的使用方法，抑尘剂喷洒在城市路面，矿山裸露地表，建筑施工堆场，或有扬尘的空气。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、采用化学接枝改性技术制备出了具有良好成膜性、表面活性、吸湿保湿性、自然降解性的水溶改性壳聚糖作为抑尘剂的主体材料。
2、水溶性高分子材料和海藻糖的加入可以有效提升改性壳聚糖溶液的粘度和成膜强度。表面活性剂的加入可使抑尘剂溶液快速润湿粉尘颗粒表面，之后抑尘剂可快速捕捉细小粉尘颗粒并使其凝并成大颗粒快速沉降，粉尘颗粒沉降到地表后，团聚体分子中的功能基团与保湿剂和表面活性剂分子中的功能基团结合形成三维网状结构，在粉尘表面成膜有效保持粉尘内部水分，吸湿保湿性强，防止二次扬尘，抑尘时效长（可达4-6个月）。
3、所用材料均为天然高分子材料，具有良好的生物相容性和环境友好性，在自然界中可完全降解，无二次污染。
4、本发明的抑尘剂可快速捕捉粉尘、抑尘效率高、分散体系稳定、渗透能力良好、pH呈中性、使用简便，可适用于露天矿山、地表扬尘等各类裸露地面场合，使用范围广泛。
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。
以下实施例中，羧甲基壳聚糖的制备方法为：将5g壳聚糖加入62.5mL的氢氧化钠溶液中充分碱化，碱化完成后，向溶液中加入100ml浓度为50%的氯乙酸-异丙醇溶液，在65℃下反应8小时。反应完成后用盐酸调节pH至7，离心分离后使用乙醇洗涤三次，固体在真空干燥箱中60℃下干燥至恒重，既得改性壳聚糖高分子材料。
实施例1
一种生态抑尘剂，由以下质量百分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：3%；丙二醇：1%；十二烷基硫酸钠：0.5%；羧甲基纤维素钠：1%；乳酸：0.1%；聚乙烯醇：0.4%；海藻糖：0.5%；水：93.5%。
制备方法：
（1）将30g的羧甲基壳聚糖、10g羧甲基纤维素、5g海藻糖和4g聚乙烯醇混合均匀，加入374g水，加热至75℃，在100rpm/min的转速下搅拌30min，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中加入10g丙二醇、5g十二烷基硫酸钠、1g乳酸和561g水，在室温下以150rpm/min的转速搅拌20min，即得生态抑尘剂。
实施例2
一种生态抑尘剂，由以下质量百分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：4%；丙二醇：1.5%；单月桂酸聚氧乙烯山梨醇酯：0.6%；羧甲基纤维素钠：1.5%；乳酸：0.2%；聚乙烯醇：0.5%；海藻糖：1.5%；水：90.2%。
制备方法：
（1）将40g的羧甲基壳聚糖、15g羧甲基纤维素钠、15g海藻糖和5g聚乙烯醇混合均匀，加入360g水，加热至70℃，在200rpm/min的转速下搅拌20min，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中加入15g丙二醇、6g单月桂酸聚氧乙烯山梨醇酯、2g乳酸和542g水，在室温下以100rpm/min的转速搅拌20min，即得生态抑尘剂。
对比例1
一种抑尘剂，所述抑尘剂由以下质量分数的组分组成：
丙二醇：1.5%；单月桂酸聚氧乙烯山梨醇酯：0.6%；羧甲基纤维素钠：1.5%；乳酸：0.2%；聚乙烯醇：0.5%；海藻糖：1.5%；水：94.2%。
制备方法：
（1）将15g羧甲基纤维素钠、15g海藻糖和5g聚乙烯醇混合均匀，加入A部分水376g，加热至80℃，在200rpm/min的转速下搅拌30min，降到室温后得到团聚剂；
（3）在团聚剂中加入15g丙二醇、6g单月桂酸聚氧乙烯山梨醇酯、2g乳酸和B部分水566g，在室温下以100rpm/min的转速搅拌10min，即得抑尘剂。
实施例3
一种生态抑尘剂，由以下质量百分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：2%；丙二醇：1.5%；椰油酰胺丙基甜菜碱：0.7%；羧甲基纤维素钠：1.2%；乳酸：0.1%；聚乙烯醇:0.6%；海藻糖: 1.2%；水：92.7%。
制备方法：
（1）将20g的羧甲基壳聚糖、15g羧甲基纤维素钠、12g海藻糖和6g聚乙烯醇混合均匀，加入371g水，加热至80℃，在150rpm/min的转速下搅拌30min，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中加入15g丙二醇、7g椰油酰胺丙基甜菜碱、1g乳酸和556g水，在室温下以100rpm/min的转速搅拌30min，即得生态抑尘剂。
对比例2
一种抑尘剂，所述抑尘剂由以下质量分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：2%；椰油酰胺丙基甜菜碱：0.7%；羧甲基纤维素钠：1.2%；乳酸：0.1%；聚乙烯醇: 0.6%；水：95.4%。
制备方法：
（1）将20g的羧甲基壳聚糖、15g羧甲基纤维素钠、6g聚乙烯醇混合均匀，加入A部分水382g，加热至70℃，在1500rpm/min的转速下搅拌20min，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中加入7g椰油酰胺丙基甜菜碱、1g乳酸和B部分水572g，在室温下以150rpm/min的转速搅拌20min，即得生态抑尘剂。
对比例3
一种抑尘剂，由以下质量百分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：2%；丙二醇：1.5%；椰油酰胺丙基甜菜碱：0.7%；羧甲基纤维素钠：1.2%；乳酸：0.1%；聚乙烯醇:0.6%；海藻酸钠: 1.2%；水：92.7%。
制备方法：
（1）将20g的羧甲基壳聚糖、15g羧甲基纤维素钠、12g海藻酸钠和6g聚乙烯醇混合均匀，加入371g水，加热至80℃，在150rpm/min的转速下搅拌30min，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中加入15g丙二醇、7g椰油酰胺丙基甜菜碱、1g乳酸和556g水，在室温下以100rpm/min的转速搅拌30min，即得抑尘剂。
实施例4
一种生态抑尘剂，由以下质量百分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：3.5%；丙二醇：2%；十二烷基二甲基苄基氯化铵：0.8%；羧甲基纤维素钠：1%；乳酸：0.15%；聚乙烯醇: 0.4%；海藻糖: 1%；水：91.15%。
制备方法：
（1）将35g的羧甲基壳聚糖、10g羧甲基纤维素钠、10g海藻糖和4g聚乙烯醇混合均匀，加入364.5g水，加热至70℃，在200rpm/min的转速下搅拌30min，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中加入20g丙二醇、8g十二烷基二甲基苄基氯化钠、1.5g乳酸和547g水，在室温下以150rpm/min的转速搅拌10min，即得生态抑尘剂。
对比例4
一种抑尘剂，所述抑尘剂由以下质量分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：3.5%；丙二醇：2%；羧甲基纤维素钠：1%；乳酸：0.15%；聚乙烯醇：0.4%；海藻糖: 1%；水：91.95%。
制备方法：
（1）将35g的羧甲基壳聚糖、10g羧甲基纤维素钠、10g海藻糖和4g聚乙烯醇混合均匀，加入A部分水367.5g，加热至70℃，在200rpm/min的转速下搅拌20min，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中加入20g丙二醇、1.5g乳酸和B部分水552g，在室温下以100rpm/min的转速搅拌20min，即得生态抑尘剂。
实施例5
一种生态抑尘剂，由以下质量百分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：1%；丙二醇：0.5%；十二烷基硫酸钠：0.1%；羧甲基纤维素钠：0.5%；乳酸：0.1%；聚乙烯醇：0.05%；海藻糖：0.1%；水：97.65%。
制备方法：
同实施例1。
实施例6
一种生态抑尘剂，由以下质量百分数的组分组成：
羧甲基壳聚糖：4%；丙二醇：2%；十二烷基硫酸钠：1%；羧甲基纤维素钠：1.8%；乳酸：2%；聚乙烯醇：1%；海藻糖：1.8%；水：86.4%。
制备方法：
同实施例1。
将实施例和对比例中的产品进行检测，检测数据见表1。
表1、抑尘剂检测数据
抑尘性能参照《铁路煤炭运输抑尘技术条件第1部分：抑尘剂》(TB/T 3201 .1) 中风蚀实验的方法测定；保湿性能参照《化工产品中水分测定的通用方法干燥减量法》(GB/ T6284-2006)测定。
本发明的生态抑尘剂中各材料的作用为：改性壳聚糖作为抑尘剂主体材料，具有保湿吸湿、凝聚、成膜等作用，丙二醇为保水助剂，表面活性剂润湿粉尘颗粒，羧甲基纤维素钠为提高粘结性，乳酸和海藻糖提高抑尘剂吸湿性，聚乙烯醇为成膜助剂。
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 (8)
1.一种生态抑尘剂，其特征在于，各组分质量百分含量如下：
改性壳聚糖：0.1~10%；
丙二醇：0.1~10%；
表面活性剂：0.1~10%；
羧甲基纤维素钠：0.1~5%；
乳酸：0.05~5%；
聚乙烯醇：0.1~10%；
海藻糖：0.1~10%；
水：余量；
所述的改性壳聚糖为羧甲基壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的生态抑尘剂，其特征在于，各组分质量百分含量为：
改性壳聚糖：1~4%；
丙二醇：0.5~2%；
表面活性剂：0.1~1%；
羧甲基纤维素钠：0.5~1.8%；
乳酸：0.1~2%；
聚乙烯醇：0.05~1%；
海藻糖：0.1~1.8%；
水：余量。
3.根据权利要求1或2所述的生态抑尘剂，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、单月桂酸聚氧乙烯山梨醇酯、椰油酰胺丙基甜菜碱、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种。
4.权利要求1或2所述的生态抑尘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将改性壳聚糖、羧甲基纤维素钠、海藻糖、聚乙烯醇按比例混合均匀，按比例加入A部分水，加热至70~80℃，搅拌混匀，降到室温后得到团聚剂；
（2）在团聚剂中按比例加入丙二醇、乳酸、表面活性剂、B部分水，在室温下搅拌混合均匀，即得生态抑尘剂。
5.根据权利要求4所述的生态抑尘剂的制备方法，其特征在于，A、B两部分水的质量比为1.5~2：3~3.5。
6.根据权利要求4所述的生态抑尘剂的制备方法，其特征在于，将壳聚糖加入氢氧化钠溶液中碱化，碱化完成后，向溶液中加入定量氯乙酸-异丙醇溶液，在60~65℃下反应7~9小时；再用盐酸调节溶液pH至6.5~7.5，分离得到固体，清洗、干燥，得到改性壳聚糖高分子材料。
7.权利要求1或2所述的生态抑尘剂的使用方法，其特征在于，将抑尘剂用水稀释2~10倍，喷洒至裸露地面，喷洒用量为1~4L/m2，然后待地表完全干燥即可；
或者，将抑尘剂用水稀释5~20倍，喷洒至扬尘的空气中，喷洒用量为1~2L/m3，喷洒至地表洒满抑制剂溶液，然后待地表完全干燥即可。
8.权利要求1或2所述的生态抑尘剂的使用方法，其特征在于，抑尘剂喷洒在城市路面，矿山裸露地表，建筑施工堆场，或有扬尘的空气。
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