用于喷雾降尘的高分子润湿型抑尘剂的制备与性能研究

用于喷雾降尘的高分子润湿型抑尘剂的制备与性能研究

随着煤炭安全技术的发展，对煤矿事故进行了一定程度的控制。然而，在许多危险的井和矿工的安全来源中，灰尘的损害难以消除，这对井和工人的健康生活产生了重大影响。1复配产物的制备1)原料。氢氧化钙,硫酸,碳酸钠,氯化钙,氯化镁,聚丙烯酰胺(PAM),过硫酸钠(NPS)(以上材料均为化学纯,采购于天津科密欧化学试剂有限公司),去离子水(实验室制备),造纸废液(工业生产废料)。2)木质素磺酸钠的制备。将氢氧化钙加水制成浆液,造纸废液中于95℃下机械搅拌30min后静置沉淀;将沉淀物滤除,用去离子水反复洗涤后加入一定浓度的硫酸,搅拌30min后过滤,除去杂质后向滤液中加入一定量的碳酸钠溶液,于90℃机械搅拌2h后静置沉淀,除去沉淀杂质后将滤液浓缩干燥,得到木质素磺酸钠(SLS)固体。3)SLS-PAM的制备。取2g制得的SLS溶于200mL去离子水,加入0.1gNPS,于50℃下搅拌引发30min;取3gPAM溶于50mL,缓慢滴加至反应体系中,于80℃下搅拌反应1h,得到SLS-PAM溶液,将溶液浓缩干燥,得到SLS-PAM固体。4)傅里叶红外光谱分析。用KBr压片法对SLS-PAM固体进行红外光谱分析。5)润湿性优化及测试。选择价格低廉,润湿效果良好的十二烷基苯磺酸钠与产物1∶1复配,利用接触角实验对比SLS-PAM溶液,十二烷基苯磺酸钠溶液和复配溶液在煤饼上的接触角,同时探究润湿性与使用浓度的关系。6)超景深显微镜实验。为从细观角度探究产物溶液润湿煤粉的效果,将复配产物溶液置于培养皿中,在表面均匀铺撒少量焦煤煤粉,利用LEICADVM5000HD型超景深显微镜对煤粉周围的润视情况进行观察,同时用水作为对照样品进行试验,对比作用效果。7)耐盐性测试。由于井下水硬度较大,对表面活性剂有一定的抑制作用,为测试产物复配溶液受盐浓度的影响,在不同浓度的氯化镁、氯化钙混合溶液中加入研制的抑尘剂,并进行沉降实验。在烧杯中以1∶1配比溶解一定量的氯化镁和氯化钙,加入抑尘剂,将0.5g焦煤煤粉铺撒在液面上,并开始计时,直至液面煤粉完全沉入杯底,表面只剩一层油污为止。以沉降实验所用时间为指标探究润湿效果与水硬度的关系。用十二烷基苯磺酸钠代替抑尘剂重复试验作为对照组。2结果与讨论2.1傅里叶红外光谱反应原料SLS和接枝产物SLS-PAM的傅里叶红外光谱如图1。由图1可以看出,产物与原料之间尤其在指纹区有明显变化。具体而言,3000～3500cm2.2浓度对木质素磺酸钠润湿性能的影响接触角与浓度关系折线图如图2。由图2可以发现,随着浓度的增加,接触角度数均呈现下降趋势,说明3种物质均有提高水对煤润湿效果的能力,但同时作用效果存在一定差别。当浓度为0.05%使接触角差别不大,此时接触角最大的是十二烷基苯磺酸钠,其原因可能为由于浓度较低,单个的表面活性剂分子提供的作用力不足,木质素磺酸钠分子结构为链式,在固液界面分布更集中,表现出更佳的效果。继续增加浓度接触角均出现一定降低,但相比之下木质素磺酸钠润湿效果更为局限,而十二烷基苯磺酸钠和复配产物表现出更加明显的作用效果。复配产物在整个浓度变化过程中均表现出比单一表面活性剂更好的润湿效果,其原因为2种表面活性剂分子的协同作用2.3煤粉的表面形貌水和润湿剂润湿煤粉超景深显微图如图3。从图3(a)可知,由于煤表面疏水官能团的影响,煤粉在水中表现出疏水现象,在重力作用下,煤粉陷入液面以下,但可以清楚的看到,煤粉并未被水润湿,而是由于表面张力作用,使液面高于煤粉平面。而图3(b)中,煤粉被溶液润湿浸入液面以下,使液面表现出了凹凸不平的形貌,突出的部分颜色较深且表面圆润,此为煤粉表面覆盖了液体的形貌,对比发现,图3(b)中没有出现由于表面张力作用导致液面在固体面以上的现象。据此说明,对于散布的细小煤粉,产物溶液可以将其包裹在溶液中,表现出极佳的润湿效果。2.4盐浓度的影响耐盐性试验中沉降时间与盐浓度的关系如图4。实验中2种润湿剂的使用浓度根据接触角实验确定为0.15%。由图4可以看出,十二烷基苯磺酸钠受盐浓度的影响十分显著,具体而言,当盐浓度从0%升至5%时,煤粉完全沉降所用时间略微减少,其原因为加入的金属离子与表面活性剂阴离子活性头相互穿插,降低了同离子之间的斥力,从而提高表面活性剂在气液、固液面的排布密度,对于润湿效果有一定的提升;但进一步增加盐浓度后沉降时间逐渐增加,增加趋势呈指数关系,其原因为过量的金属阳离子围绕在表面活性剂周围,对其亲水性造成一定影响,同时降低了表面活性剂的排布密度,从而影响对煤尘的润湿能力,盐浓度越大,这种影响越为显著。而最终产物虽然与十二烷基苯磺酸钠呈现类似的变化趋势,但变化幅度较小,其原因主要由于木质素磺酸钠分子链可以与Ca3煤粉润湿效果的测试分析研究利用造纸废料制备了一种高分子矿用润湿剂,通过红外光谱分析了制备产物的反应进程。利用接触角实验和沉降实验测试了产物对煤的润湿性能以及水的硬度对其润湿