CN115678501B - 一种露天矿用高效生物降解抑尘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种露天矿用高效生物降解抑尘剂及其制备方法，所述抑尘剂由没食子酸2%‑3.5%，海藻酸钠1.5%‑2%，表面活性剂0.25%‑2%，抗冻药液0.5%‑1%，余量为水按重量百分比组成。制备方法为（1）没食子酸的制备；（2）制备抗冻药液；（3）按重量份称取各个组分；（4）没食子酸、水、海藻酸钠以及抗冻药液的混合；（5）加入表面活性剂；（6）加入余量水，制备露天矿用高效生物降解抑尘剂。本发明具有抗低温，耐高温、粘结、润湿和固结煤尘等作用，可生物降解，不会造成二次污染；同时本发明对人体和环境均无危害，固结层稳定，不会出现二次扬尘，其制备工艺简单、绿色环保成本低廉，适合工业化放大生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种露天矿用高效生物降解抑尘剂及其制备方法，属于煤尘防治技术领域。
背景技术
近年来，在露天矿煤炭的开采、储存、运输等过程会产生大量的煤尘，并且由煤尘引发的职业健康、环境污染以及生命安全和财产损失等问题备受关注，研究表明为了减轻和防止煤尘的危害，表层固化被认为是煤尘治理的有效方法，因此开发和应用煤尘抑尘剂已成为解决煤尘污染的有效措施。为此，国内外研发了各种抑尘剂，广泛应用的有：卤盐类、淀粉类、焦油沥青类和丙烯酸酯共聚物等。这些固尘在抑制煤尘保证煤矿安全生产方面发挥重要作用的同时也存在着一些问题：如卤盐类（MgCl2、CaCl2）抑尘剂价格便宜，但是附着力差，强腐蚀性和固化时间长；淀粉类抑尘剂溶液粘度较大，喷洒困难；焦油沥青类的抑尘剂一般需要添加乳化剂，乳化后不稳定，抑尘剂成品储存期短并且严重有害；丙烯酸酯共聚物的抑尘剂因价格昂贵不适合推广应用。
由此可见，现有的露天矿用抑尘材料都存在不同程度的缺陷，为防治煤尘、减少资源浪费和保护环境，满足固化层的气候适应性，迫切需要研发露天矿用抑尘的新材料，跳出现有理论和技术框架，寻找更为有效的抑尘材料和技术，满足现场实际使用的要求。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种露天矿用高效生物降解抑尘剂及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种露天矿用高效生物降解抑尘剂，由以下组分按重量百分比组成：
没食子酸2%-3.5%，海藻酸钠1.5%-2%，表面活性剂0.25%-2%，抗冻药液0.5%-1%，余量为水；
所述抗冻药液的制备：甲酸与碳酸钾作用取得，或者用氢氧化钾与一氧化碳在水中加热、加压条件下作用而得；所得抗冻液为无色透明液体，无色无味，可显著降低抑尘剂的冰点。
优选地，所述没食子酸为石榴皮中采用超临界萃取得到。
优选地，所述表面活性剂为非离子表面活性剂或阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂。
进一步的，本发明还包括所述露天矿用高效生物降解抑尘剂的制备方法，步骤如下：
（1）从石榴皮中采用超临界萃取没食子酸，以甲醇或乙醇作夹带剂，在萃取压力为25-40Mpa、萃取温度为45-57℃、CO2流量为9-12L·h-1、分离压力为4.5-5Mpa、分离温度为45-60℃的条件下萃取时间1-3h；
（2）制备抗冻药液：甲酸与碳酸钾作用取得，或者用氢氧化钾与一氧化碳在水中加热、加压条件下作用而得；
（3）按重量份称取各个组分；
（4）将提取的没食子酸置于pH≈8.5的去离子水中，待没食子酸完全溶解后，加入海藻酸钠，磁搅拌至均匀溶解，然后再加入抗冻药液，在40-50℃下，以50-80r/min的转速充分搅拌30-40min；
（5）然后往溶液中加入表面活性剂，以150-200r/min的转速充分搅拌40-50min；
（6）加入余量水后，以150-250r/min的转速充分搅拌30-50min，得到露天矿用高效生物降解抑尘剂。
优选地，步骤（1）中，以甲醇作夹带剂，在萃取压力为30Mpa、萃取温度为45℃、CO2流量为10L·h-1、分离压力为4.5Mpa、分离温度为45℃的条件下萃取时间1h。
优选低，步骤（2）中在工作压力为0.9-1.5Mpa，温度为150℃-170℃的前提下，用氢氧化钾与纯度90％以上的CO气体在水中作用后通过沉清、加温使其结晶或浓缩获得抗冻药液。
优选地，步骤（4）中，在45℃下，以70r/min的转速充分搅拌40min。
优选地，步骤（5）中，以180r/min的转速充分搅拌45min。
优选地，步骤（6）中，以200r/min的转速下充分搅拌40min。
本发明露天矿用高效生物降解抑尘剂的优势主要体现在以下几个方面：
（1）本发明中引入的没食子酸，具有粘附、固结煤尘的能力，增加了抑尘剂固结强度，有效解决传统抑尘剂固尘后固结层易开裂造成二次扬尘等问题，具有良好的降尘、固尘作用；
（2）本发明中引入的海藻酸钠具有良好的吸水保水性能，作为抑尘剂的重要组分可以有效防止被保护面的扬尘污染，可与没食子酸形成动态氢键，进一步提高抑尘剂的保水性，在夏季高温环境下有利于水分的保存。另外，作为一种大分子有机物，喷洒后不会对保护面造成二次污染；
（3）本发明中加入的抗冻液重要的作用是降低抑尘剂的冰点，使产品在冬季低温环境下也可施用在露天矿路面，降低路面二次扬尘，相比于其他抗冻液其制备简单，安全无污染；
（4）本发明充分利用石榴皮（水果厂废物）廉价材料提取没食子酸，生产成本低，适合工业化放大生产，具有广泛的应用前景。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明露天矿用高效生物降解抑尘剂具有抗低温，耐高温、粘结、润湿和固结煤尘等作用，可生物降解，不会造成二次污染，另外固结层稳定，不会出现二次扬尘。相对传统抑尘剂，其制备工艺简单、成本低廉，并且对人体和环境均无危害，适用范围广，具有广泛的应用前景。
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1：一种露天矿用高效生物降解抑尘剂及其制备方法
抑尘剂由以下组分按重量百分比组成：
没食子酸：2%，海藻酸钠：2%，表面活性剂十二烷基硫酸钠：2%，抗冻药液：1%，余量为水；
上述抑尘剂的制备方法，具体步骤如下：
（1）从石榴皮中采用超临界萃取没食子酸，以甲醇作夹带剂，在萃取压力为30Mpa、萃取温度为45℃、CO2流量为10L·h-1、分离压力为4.5Mpa、分离温度为45℃的条件下萃取时间1h；
（2）制备抗冻药液：由甲酸与碳酸钾作用取得，抗冻药液的相对密度为1.4；
（3）按重量份称取各个组分；
（4）将提取的没食子酸置于去离子水中，待没食子酸完全溶解后，加入海藻酸钠，磁搅拌至均匀溶解。然后再加入抗冻药液，在40℃下，以50r/min的转速充分搅拌30min；
（5）然后往溶液中加入表面活性剂十二烷基硫酸钠，以150r/min的转速充分搅拌40min；
（6）加入余量水后，以150r/min的转速充分搅拌30min，得到露天矿用高效生物降解抑尘剂。
实施例2：一种露天矿用高效生物降解抑尘剂及其制备方法
抑尘剂由以下组分按重量百分比组成：
没食子酸：2.5%，海藻酸钠：1.7%，表面活性剂脂肪酸聚氧乙烯酯：1%，抗冻药液：1%，余量为水；
上述抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）从石榴皮中采用超临界萃取没食子酸，以乙醇作夹带剂，在萃取压力为40Mpa、萃取温度为50℃、CO2流量为11L·h-1、分离压力为5Mpa、分离温度为55℃的条件下萃取时间2h。
（2）制备抗冻药液：由甲酸与碳酸钾作用取得，抗冻药液的相对密度为1.5；
（3）按重量份称取各个组分；
（4）将提取的没食子酸置于去离子水中，待没食子酸完全溶解后，加入海藻酸钠，磁搅拌至均匀溶解。然后再加入抗冻药液，在50℃下,以50r/min的转速充分搅拌40min；
（5）然后往溶液中加入表面活性剂脂肪酸聚氧乙烯酯；以200r/min的转速充分搅拌50min；
（6）加入余量水后，以250r/min的转速充分搅拌50min，得到露天矿用高效生物降解抑尘剂。
实施例3：一种露天矿用高效生物降解抑尘剂及其制备方法
抑尘剂由以下组分按重量百分比组成：
没食子酸：3%，海藻酸钠：1.5%，表面活性剂十六烷基三甲基季铵溴化物：0.5%，抗冻药液：0.5%，余量为水；
上述抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）从石榴皮中采用超临界萃取没食子酸，以甲醇作夹带剂，在萃取压力为25Mpa、萃取温度为55℃、CO2流量为12L·h-1、分离压力为4.5Mpa、分离温度为45℃的条件下萃取时间2h；
（2）制备抗冻药液: 在工作压力为0.9-1.5Mpa，温度为150℃-170℃的前提下，用氢氧化钾与纯度90％以上的CO气体在水中作用后通过沉清、加温使其结晶或浓缩而得；
（3）按重量份称取各个组分；
（4）将提取的没食子酸置于去离子水中，待没食子酸完全溶解后，加入海藻酸钠，磁搅拌至均匀溶解，然后再加入抗冻药液，在40℃下，以70r/min的转速充分搅拌40min；
（5）然后往溶液中加入表面活性剂十六烷基三甲基季铵溴化物；以180r/min的转速充分搅拌45min；
（6）加入余量水后，以200r/min的转速充分搅拌40min，得到露天矿用高效生物降解抑尘剂。
本发明制备的抑尘剂根据露天矿的气候湿度情况用水稀释9-10倍，喷洒于煤堆或未铺展道路或其他，抑尘剂对扬尘进行粘附后固结于地面，有效抑制建筑施工﹑煤炭运输﹑粉尘车间等生产过程中出现的扬尘。抑尘剂在环境中的生物降解时间为50-70天。
本发明的抑尘剂可稀释使用，冰点达到-20℃以下，在25℃时的粘度可以达到50mPa·s，固结层抗压强度可达180KPa，保水时间可达60小时，抑尘效率达到99.7%。
Claims (8)
1.一种露天矿用高效生物降解抑尘剂，其特征在于，所述抑尘剂由以下组分按重量百分比组成：
没食子酸2%-3.5%，海藻酸钠1.5%-2%，表面活性剂0.25%-2%，抗冻药液0.5%-1%，余量为水；
所述露天矿用高效生物降解抑尘剂的制备方法，步骤如下：
（1）从石榴皮中采用超临界萃取没食子酸，以甲醇或乙醇作夹带剂，在萃取压力为25-40Mpa、萃取温度为45-57℃、CO2流量为9-12L·h-1、分离压力为4.5-5Mpa、分离温度为45-60℃的条件下萃取时间1-3h；
（2）制备抗冻药液：甲酸与碳酸钾作用取得，或者用氢氧化钾与一氧化碳在水中加热、加压条件下作用而得；
（3）按重量份称取各个组分；
（4）将提取的没食子酸置于pH≈8.5的去离子水中，待没食子酸完全溶解后，加入海藻酸钠，磁搅拌至均匀溶解，然后再加入抗冻药液，在40-50℃下，以50-80r/min的转速充分搅拌30-40min；
（5）然后往溶液中加入表面活性剂，以150-200r/min的转速充分搅拌40-50min；
（6）加入余量水后，以150-250r/min的转速充分搅拌30-50min，得到露天矿用高效生物降解抑尘剂。
2.根据权利要求1所述露天矿用高效生物降解抑尘剂，其特征在于，所述没食子酸为石榴皮中采用超临界萃取得到。
3.根据权利要求1所述露天矿用高效生物降解抑尘剂，其特征在于，所述表面活性剂为非离子表面活性剂或阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂。
4.根据权利要求1所述露天矿用高效生物降解抑尘剂，其特征在于，所述步骤（1）中，以甲醇作夹带剂，在萃取压力为30Mpa、萃取温度为45℃、CO2流量为10L·h-1、分离压力为4.5Mpa、分离温度为45℃的条件下萃取时间1h。
5.根据权利要求1所述露天矿用高效生物降解抑尘剂，其特征在于，所述步骤（2）中，在工作压力为0.9-1.5Mpa，温度为150℃-170℃的前提下，用氢氧化钾与纯度90％以上的CO气体在水中作用后通过沉清、加温使其结晶或浓缩获得抗冻药液。
6.根据权利要求1所述露天矿用高效生物降解抑尘剂，其特征在于，所述步骤（4）中，在45℃下，以70r/min的转速充分搅拌40min。
7.根据权利要求1所述露天矿用高效生物降解抑尘剂，其特征在于，所述步骤（5）中，以180r/min的转速充分搅拌45min。
8.根据权利要求1所述露天矿用高效生物降解抑尘剂，其特征在于，其特征在于，所述步骤（6）中，以200r/min的转速下充分搅拌40min。
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