CN115678500B - 一种增稠型矿用环保降尘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增稠型矿用环保降尘剂，所述降尘剂按照质量百分比包括下述组分：羧甲基纤维素钠0.2％‑0.9％；聚丙烯酰胺0.5％‑1.2％；N，N‑亚甲基双丙烯酰胺0.03％‑0.10％；过硫酸铵0.03％‑0.10％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％‑0.13％；烷基糖苷0.03％‑0.13％；余量为水。本发明同时还提供了一种增稠型矿用环保降尘剂的制备方法，该制备方法简单可行。本发明增稠型矿用环保降尘剂在保持良好的粘性的基础上，大大增强了润湿性能，具有粘结性能好、润湿性能强、原料简单易得、成本低廉、对环境友好的显著优点，使煤尘在尘源处被包裹、润湿、沉降，实现了煤尘的高效捕捉。
Description
技术领域
本发明属于矿井防尘用降尘剂技术领域，具体地是涉及一种增稠型矿用环保降尘剂及其制备方法。
背景技术
我国目前是世界上产煤和用煤的第一大国，在煤炭开采、储存和装卸以及运输过程中都会伴随着大量煤尘的产生，这不仅导致工作人员作业环境的恶化，还会对生态环境造成严重的污染。为了降低煤尘带来的危害和经济损失，我国在防治煤尘方面不断进取，并做出了大量的贡献。
最常用的煤尘防治方法主要包括以下五种形式：水力除尘、通风除尘、净化风流、个体防护、化学降尘。在五种常见的煤尘防治方法中，前四种均属于物理降尘，与物理降尘方法相比，化学降尘对呼吸性煤尘的防治更加明显。随着人们环保意识的加强，降尘剂开始逐步应用在防治煤尘污染上，其主要组分也逐渐从最初的碱金属盐和卤盐向目前的高倍吸水树脂、表面活性剂和生物质材料等过渡。
现有技术中有关降尘剂的研究报道主要有：申请公布号为CN111394062A，名为一种增加水体润湿能力的矿用降尘剂、配制方法及其应用的发明，公布了矿用降尘剂按照重量百分比包括下述原料组分：仲烷基磺酸钠：0.05％～0.3％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：0.05％～0.3％，十二烷基甜菜碱：0.05％～0.3％，硫酸钠：0.01％～0.10％，余量为水。申请公布号为CN109370525A，名为一种适用于低温环境的降尘剂的发明，公开了一种降尘剂，按照质量百分比计包括如下组分：甲酸钾：25-40％，醋酸钙：3.5-7.0％，醋酸钾：3.0-5.0％，醋酸镁：0.2-1.0％，磷酸钠：0.05-0.2％，醇类：1.5-3.0％，高分子聚合物：0.05-0.2％，其余为水。
然而，上述降尘剂存在对煤尘吸附粘结性差、喷洒后对环境造成二次污染等缺点。
发明内容
本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种增稠型矿用环保降尘剂及其制备方法，来解决目前矿用降尘剂润湿性差、粘结性差且有二次污染的问题，技术方案如下：
一种增稠型矿用环保降尘剂，所述降尘剂按照质量百分比包括下述组分：羧甲基纤维素钠0.2％-0.9％；聚丙烯酰胺0.5％-1.2％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.10％；过硫酸铵0.03％-0.10％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.13％；烷基糖苷0.03％-0.13％；余量为水。
优选地，所述降尘剂按照质量百分比包括下述组分：羧甲基纤维素钠0.2％-0.7％；聚丙烯酰胺0.6％-1.2％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.10％；过硫酸铵0.04％-0.10％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.13％；烷基糖苷0.04％-0.13％；余量为水。
优选地，所述降尘剂按照质量百分比包括下述组分：羧甲基纤维素钠0.3％-0.7％；聚丙烯酰胺0.6％-1.0％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.07％；过硫酸铵0.04％-0.08％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.10％；烷基糖苷0.04％-0.08％；余量为水。
本发明同时还提供了一种增稠型矿用环保降尘剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
①将羧甲基纤维素钠溶于水中，在50℃的温度下搅拌，加入过硫酸铵，搅拌至过硫酸铵溶解，得第一反应液；将聚丙烯酰胺溶于水中，在50℃的温度下搅拌，得聚丙烯酰胺溶液；
②将第一反应液与聚丙烯酰胺溶液混合，得混合溶液；
③将混合溶液中加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在60℃-70℃的温度下恒温反应5h，得聚合物；
④将步骤③中制得的聚合物与琥珀酸二辛脂磺酸钠、烷基糖苷混合，制得降尘剂，按照质量百分比各组分含量如下：羧甲基纤维素钠0.2％-0.9％；聚丙烯酰胺0.5％-1.2％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.10％；过硫酸铵0.03％-0.10％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.13％；烷基糖苷0.03％-0.13％；余量为水。
本发明所公开的一种增稠型矿用环保降尘剂，添加了不同种类的表面活性剂，如琥珀酸二辛脂磺酸钠与烷基糖苷。当添加的表面活性剂为单一组分时，若浓度较低，则润湿性无法得到保障，若浓度较高，表面活性剂分子便开始以不定的数目集结，缔合成为胶态聚合物。胶态聚合物的出现标志着表面活性剂降低表面张力的作用下降，从而影响降尘剂的湿润能力。本发明将琥珀酸二辛脂磺酸钠与烷基糖苷复合使用，其作用在于，通过烷基糖苷的添加使琥珀酸二辛脂磺酸钠的“离子头”之间的电性斥力减弱，气液界面活性剂分子间的吸附膜更加紧密，从而达到了减小表面张力的目的，进而使得润湿性能得到进一步提升。
本发明借助聚丙烯酰胺对羧甲基纤维素钠进行改性处理，将亲水基团-NH2引入大分子链中，在保留羧甲基纤维素钠优越粘结性的基础上，进一步提高了聚合物的润湿能力，使煤矿井下工作面尘源处的煤尘被捕捉凝结，实现了煤尘的快速沉降。
本发明的有益效果：
本发明所制备的降尘剂与水按比例混合后，可明显降低水的表面张力，增加水体湿润性能，极大地提高了粉尘的润湿效能和捕集效率。制备本发明的降尘剂，所用原料价格低廉，并且来源广泛，能够满足大规模矿山的除尘要求。
附图说明
图1为本发明一种增稠型矿用环保降尘剂的制备工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体的实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的降尘剂的实施方式均是按照以下方法制得，仅在各组分的质量上，各实施例不同。具体的制备步骤如下：
①将羧甲基纤维素钠溶于水中，在50℃的温度下搅拌，加入过硫酸铵，搅拌至过硫酸铵溶解，得第一反应液；将聚丙烯酰胺溶于水中，在50℃的温度下搅拌，得聚丙烯酰胺溶液；
②将第一反应液与聚丙烯酰胺溶液混合，得混合溶液；
③将混合溶液中加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在60℃-70℃的温度下恒温反应5h，得聚合物；
④将步骤③中制得的聚合物与琥珀酸二辛脂磺酸钠、烷基糖苷混合，制得降尘剂，按照质量百分比各组分含量如下：羧甲基纤维素钠0.2％-0.9％；聚丙烯酰胺0.5％-1.2％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.10％；过硫酸铵0.03％-0.10％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.13％；烷基糖苷0.03％-0.13％；余量为水。
实施例1
羧甲基纤维素钠5kg、聚丙烯酰胺8kg、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.5kg、过硫酸铵1kg、琥珀酸二辛脂磺酸钠0.8kg、烷基糖苷0.6kg。将以上原料加入984.1kg的清水中，充分混合后制备形成1000kg的降尘剂。
其中，在该配方中，各种原料所占质量百分比分别为：0.5％羧甲基纤维素钠，0.8％聚丙烯酰胺，0.05％N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.1％过硫酸铵，0.08％琥珀酸二辛脂磺酸钠，0.06％烷基糖苷。
实施例2
羧甲基纤维素钠2kg、聚丙烯酰胺5kg、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.8kg、过硫酸铵1kg、琥珀酸二辛脂磺酸钠1.1kg、烷基糖苷1kg。将以上配方原料加入989.1kg的清水中，充分混合后制备形成1000kg的降尘剂。
其中，在该配方中，各种原料所占质量百分比分别为：0.2％羧甲基纤维素钠，0.5％聚丙烯酰胺，0.08％N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.1％过硫酸铵，0.11％琥珀酸二辛脂磺酸钠，0.1％烷基糖苷。
实施例3
羧甲基纤维素钠3kg、聚丙烯酰胺6kg、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.3kg、过硫酸铵0.3kg、琥珀酸二辛脂磺酸钠0.6kg、烷基糖苷0.3kg。将以上配方原料加入989.5kg的清水中，充分混合后制备形成1000kg的降尘剂。
其中，在该配方中，各种原料所占百分比分别为：0.3％羧甲基纤维素钠，0.6％聚丙烯酰胺，0.03％N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.03％过硫酸铵，0.06％琥珀酸二辛脂磺酸钠，0.03％烷基糖苷。
实施例4
羧甲基纤维素钠7kg、聚丙烯酰胺10kg、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.7kg、过硫酸铵0.8kg、琥珀酸二辛脂磺酸钠1kg、烷基糖苷0.8kg。将以上配方原料加入979.7kg的清水中，充分混合后制备形成1000kg的降尘剂。
其中，在该配方中，各种原料所占百分比分别为：0.7％羧甲基纤维素钠，1.0％聚丙烯酰胺，0.07％N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.08％过硫酸铵，0.10％琥珀酸二辛脂磺酸钠，0.08％烷基糖苷。
实施例5
按照以下质量标准分别称取：羧甲基纤维素钠9kg、聚丙烯酰胺12kg、N，N-亚甲基双丙烯酰胺1kg、过硫酸铵1kg、琥珀酸二辛脂磺酸钠1.3kg、烷基糖苷1.3kg。将以上配方原料加入974.4kg的清水中，充分混合后制备形成1000kg的降尘剂。
其中，在该配方中，各种原料所占百分比分别为：0.9％羧甲基纤维素钠，1.2％聚丙烯酰胺，0.1％的N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.1％过硫酸铵，0.13％琥珀酸二辛脂磺酸钠，0.13％烷基糖苷。
针对本发明及对比文件的降尘剂，进行了与人体接触的皮肤刺激程度与毒理指标的测试。对比文件为申请公布号为CN111394062A，名为一种增加水体润湿能力的矿用降尘剂、配制方法及其应用的发明(下述简写为CN111394062A)及申请公布号为CN109370525A，名为一种适用于低温环境的降尘剂的发明(下述简写为CN109370525A)。
具体检测结果如表1所示：
表1各实施例及对比文件中的降尘剂的毒理指标测试结果
表中“0”表示该降尘剂未检出。由表1可知，通过重金属含量测试以及皮肤刺激度测试表明，本发明所提供的增稠型矿用环保降尘剂与CN112111247A、CN111394062A制备的降尘剂相比较，本发明所提供的降尘剂各毒理指标相对更低，更为安全环保，其中实施例3与实施例5在毒理指标测试方面安全环保性能最好。
本发明制得的降尘剂是水凝胶状的降尘剂，使用时，将制得的降尘剂经过70℃干燥12h后研磨成粉末状，再与水按照1:500的配比形成降尘剂溶液，进行喷洒工作。
本发明采用实验室实验与现场工业试验相结合的方法对制备后的降尘剂溶液的降尘性能进行测定，其中现场工业试验能够更加宏观的反应降尘剂的实际降尘效果。将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4与实施例5制备所得降尘剂分别进行了表面张力实验测定与在某煤矿的综采工作面的现场测试。
通过表面张力仪对实施例1-实施例5的降尘剂溶液进行表面张力测定。
表2各实施例降尘剂使用时的表面张力测试结果
经测试，通过实施例1-实施例5制备得到的降尘剂使用时的表面张力平均值为27.41mN/m，与清水相比，提高了61.86％，具有较好的润湿效果，其中实施例3配比的降尘剂使用时的表面平均张力值最小，其润湿效果最好。
表3为不采取任何防尘手段对工作面进行的粉尘浓度测试结果。
表3不采取任何防尘手段对工作面进行的粉尘浓度测试结果
| 粉尘浓度 | 迎头处 | 采煤机司机处 | 距迎头15m处 |
| 全尘浓度/(mg/m3) | 1621.60 | 1796.20 | 681.10 |
| 呼尘浓度/(mg/m3) | 814.60 | 1243.70 | 321.20 |
表4为使用了清水喷雾后，对工作面的全称浓度、呼尘浓度进行测试的结果。
表4采用清水喷雾后工作面的粉尘浓度测试结果
| 粉尘浓度 | 迎头处 | 采煤机司机处 | 距迎头15m处 |
| 全尘浓度/(mg/m3) | 932.10 | 967.30 | 396.50 |
| 呼尘浓度/(mg/m3) | 343.70 | 706.10 | 146.80 |
| 全尘降尘率 | 42.52 | 46.15 | 41.79 |
| 呼尘降尘率 | 57.81 | 43.23 | 54.30 |
表5使用各实施例的降尘剂喷雾后的工作面粉尘浓度测试结果
从表5中可以计算出，与清水喷雾相比，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5全尘降尘效率在迎头处分别提高了33.52％，36.30％，36.84％，36.35％，36.7％，呼尘降尘效率在迎头处分别提高了16.32％，22.49％，24.89％，22.34％，24.29％；实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5全尘降尘效率在采煤机司机处分别提高了21.83％，25.05％，25.95％，25.12％，25.71％，呼尘降尘效率在采煤机司机处分别提高了18.93％，24.39％，24.97％，24.55％，24.71％；实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5全尘降尘效率在迎头15m处分别提高了20.37％，23.09％，25.81％，23.18％，24.32％，呼尘降尘效率在迎头15m处分别提高了15.56％，16.96％，17.74％，17.03％，17.56％。本发明制得的降尘剂与清水喷雾相比大幅度提高了降尘效率与降尘效果，是现有技术的极大进步。
综合以上降尘数据，可以发现，实施例3的降尘剂的呼尘浓度数值最低，全尘降尘效率的数值最高。
综合环保性毒理测试、表面张力测试、现场应用试验，实施例3的配方最优。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种增稠型矿用环保降尘剂，其特征在于：所述降尘剂按照质量百分比包括下述组分：羧甲基纤维素钠0.2％-0.9％；聚丙烯酰胺0.5％-1.2％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.10％；过硫酸铵0.03％-0.10％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.13％；烷基糖苷0.03％-0.13％；余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种增稠型矿用环保降尘剂，其特征在于：所述降尘剂按照质量百分比包括下述组分：羧甲基纤维素钠0.2％-0.7％；聚丙烯酰胺0.6％-1.2％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.10％；过硫酸铵0.04％-0.10％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.13％；烷基糖苷0.04％-0.13％；余量为水。
3.根据权利要求1所述的一种增稠型矿用环保降尘剂，其特征在于：所述降尘剂按照质量百分比包括下述组分：羧甲基纤维素钠0.3％-0.7％；聚丙烯酰胺0.6％-1.0％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.07％；过硫酸铵0.04％-0.08％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.10％；烷基糖苷0.04％-0.08％；余量为水。
4.一种增稠型矿用环保降尘剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
①将羧甲基纤维素钠溶于水中，在50℃的温度下搅拌，加入过硫酸铵，搅拌至过硫酸铵溶解，得第一反应液；将聚丙烯酰胺溶于水中，在50℃的温度下搅拌，得聚丙烯酰胺溶液；
②将第一反应液与聚丙烯酰胺溶液混合，得混合溶液；
③将混合溶液中加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在60℃-70℃的温度下恒温反应5h，得聚合物；
④将步骤③中制得的聚合物与琥珀酸二辛脂磺酸钠、烷基糖苷混合，制得降尘剂，按照质量百分比各组分含量如下：羧甲基纤维素钠0.2％-0.9％；聚丙烯酰胺0.5％-1.2％；N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03％-0.10％；过硫酸铵
0.03％-0.10％；琥珀酸二辛脂磺酸钠0.06％-0.13％；烷基糖苷0.03％-0.13％；
余量为水。
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