摘要:以淀粉为亲水主链,丙烯酸和丙烯酰胺为接枝单体,利用加聚反应合成了新型煤尘抑尘剂.从保湿、凝 聚和固结机理出发,测试了其水溶性、吸水保水能力、黏度,以及对煤尘的渗透性和润湿性、凝聚能力、固结能力, 评价了其应用性能.结果表明,所合成的煤尘抑尘剂对煤尘具有长效抑尘作用.
关键词:淀粉;丙烯酸;丙烯酰胺;接枝共聚;煤尘;抑尘剂
煤炭扬尘是煤炭生产和使用企业以及矿区城市主要的大气污染尘源之一.由于煤尘中的绝大多数粉尘 属于可吸入颗粒物,人体吸入后会严重危害身体健康.据统计,我国与煤炭工业相关的尘肺病在各类尘肺病 患者中人数最多,比例也最高[1].除此之外,煤炭扬尘还会引发安全事故,例如企业的煤炭堆料厂,由于煤炭 扬尘会在供热管道、电缆等处沉积、自燃,从而引发火灾[2].因此,采取煤炭扬尘控制措施,即是煤炭生产和 使用企业降低污染物排放、安全生产的主要措施,也是矿区城市保护环境,实现全面、协调、可持续发展的重 要措施.
目前常采用洒水的方法抑制煤炭扬尘.洒水抑尘的主要作用在于润湿颗粒细小的干燥煤尘,使其相对 密度增大,并粘结成较大的颗粒,使之在外力作用下不能飞扬.这种方法虽然简便易行,但由于煤尘与水分 之间的结合力很弱,水分很容易蒸发,满足不了长期有效抑尘需求,必须定期洒水才能有效抑尘,水资源耗费 量很大.因此开发新型廉价优质的煤炭抑尘用新材料是非常必要的.通过实验室研究,合成了吸水保水树 脂抑尘剂.该材料无毒害、无污染,具有较高吸水保水能力,对煤尘具有保湿、凝并和固结作用,能够有效抑 制煤炭扬尘.
1实验部分
1.1原料与仪器
玉米淀粉(市售);丙烯酸(天津市凯通化学试剂有限公司,减压蒸馏处理除去阻聚剂);丙烯酰胺(天津市 福晨化学试剂厂);过硫酸铵(洛阳市化学试剂厂);N,N-亚甲基双丙烯酰胺(北京化工厂);氢氧化钠(天津 市凯通化学试剂有限公司);煤尘(平顶山市煤矿区).
100 mL三口烧瓶;超级恒温水浴槽(杭州蓝天化验仪器厂,501A型);垂直多用振荡器(江苏省金坛市环 宇科学仪器厂,HY-1型);数字黏度计(上海精密科学仪器有限公司,SNB-1型);电热恒温鼓风干燥箱(浙江 汇尔仪器设备有限公司,DHG-9240A型);鼓风机(东莞市全风环保设备有限公司,RB-2000A型);粉尘测定 仪(南京庚辰科学仪器厂,P5-L2C型).
1.2合成原理
吸水保水树脂一般都具有大分子空间网络结构,并且分子链上存在大量亲水性集团,如羧基、酰胺基、羟 基、氨基、磺酸基等而具有吸水保水能力.此类树脂的合成一般都采用烯类单体的加聚反应,通过单体的聚 合反应引入亲水性功能基团并形成网络结构[3].在本文的研究中,选择淀粉为亲水主链,丙烯酸和丙烯酰胺 为接枝单体,由自由基引发聚合反应,再通过交联作用,合成吸水保水树脂型煤尘抑尘剂.
1.3合成工艺流程
取一定量的丙烯酸,在冰水浴条件下缓慢滴加浓度为50%的NaOH溶液,按70%中和度(相对于丙烯 酸的物质的量百分数,下同)对丙烯酸进行中和,然后放置备用.取40%的玉米淀粉于容器中,加入适量水, 在80℃下糊化30 min,放置冷却.待糊化淀粉冷却至室温后,加入按预定中和度中和后的丙烯酸,然后将容 器放置在康氏振荡器上震荡5 min,使反应物充分混合.混合后,将0.3%的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺 加入到反应混合物中,在55℃下反应3 h,得产物1.再加入50%的丙烯酰胺和0.05%的引发剂过硫酸铵, 在70℃下反应3 h,得产物2.然后将反应容器的黏稠液体倒出,在室温下放置冷却既得最终产品.流程图 见图1.
2结果与讨论
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