环保型双网络水凝胶抑尘剂的性能研究.pdf
《环保型双网络水凝胶抑尘剂的性能研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《环保型双网络水凝胶抑尘剂的性能研究.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、43hydrogel dust suppressantJ.Safety in Coal Mines,2023,54(10):43-49.移动扫码阅读CHEN Zengjie,WANG Lijie,WEI Jianfeng.Study on performance of environment-friendly double network54(10):43-49.陈增杰环保型双网络水凝胶抑剂的性能饼全,2 0 2 3SafetyinCoalMinesOct.20232023年10 月No.10Vol.54煤矿全第10 期第54.卷DOI:10.13347/ki.mkaq.2023.10.007
2、环保型双网络水凝胶抑尘剂的性能研究陈增杰,王立杰,魏建凤?(1.山西朔州平鲁区龙矿大恒煤业有限公司,山西朔州0 36 0 0 0;2.山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛2 6 6 590摘要:基于露天储煤场煤尘污染问题,利用聚乙烯醇(PVA)、黄原胶(XG)和丙烯酸(AA)分子间的氢键作用,制备了具有互穿双网络结构的水凝胶(PVA-XG-AA),并通过加入表面活性剂(SDBS)进一步增强了润湿效果,制备了一种集润湿、黏结于一体的环保型双网络水凝胶抑尘剂(PVA-XG-AA/SDBS);通过表面张力实验及渗透性实验测试发现PVA-XG-AA/SDBS与传统型聚丙烯酸水凝胶抑尘剂(PAA)相
3、比具有更好的润湿性能;通过抗腐蚀性实验以及对喷洒PVA-XG-AA/SDBS前后煤粉的工业分析验证了PVA-XG-AA/SDBS的环保性。结果表明:PVA-XG-AA/SDBS对金属(铜、铁)和煤质未造成显著影响。关键词:煤尘污染;水凝胶抑尘剂;润湿性;环保性;抑尘效率中图分类号:TD714文献标志码:B文章编号:10 0 3-496 X(2023)10-0043-07Study on performance of environment-friendly double network hydrogel dust suppressantCHEN Zengjiel,WANG Lijie,WEI
4、Jianfeng(1.Shanxi Shuozhou Pinglu Longkuang Daheng Coal Co.,Ltd.,Shuozhou 036000,China;2.College of Safety andEnvironmental Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China)Abstract:Based on the problem of coal dust pollution in the open-air coal stocking yard,the hydro
5、gel with interpenetrating doublenetwork structure(PVA-XG-AA)was prepared by using the hydrogen bonding between polyvinyl alcohol(PVA),xanthan gum(XG)and acrylic acid(AA).The wetting effect was further enhanced by adding surfactant(SDBS),and an environment-friendlydouble network hydrogel dust suppres
6、sant(PVA-XG-AA/SDBS)integrating wetting and bonding was prepared.Through surfacetension test and permeability test,it was found that PVA-XG-AA/SDBS had better wettability than the traditional polyacrylic acidhydrogel dust suppressant(PAA).The environmental protection of PVA-XG-AA/SDBS was verified t
7、hrough corrosion resistanceexperiments and industrial analysis of pulverized coal before and after spraying PVA-XG-AA/SDBS.The results showed that PVA-XG-AA/SDBS had no significant impact on metals(copper,iron)and coal quality.Key words:coal dust pollution;hydrogel dust suppressant;wettability;envir
8、onmental protection;dust suppression efficiency煤炭作为重要的工业原料和基础能源,在煤炭工业的快速发展和机械化水平不断提高的推动下,其开采利用规模越来越大 。然而,煤矿开采、加工、运输等过程中会产生大量煤尘,不仅会对环境产生污染,还会使矿山工人暴露于高浓度粉尘环境,严重威胁工人的身体健康和生命安全 2-4。据统计,我国每年因煤尘污染造成的经济损失高达数十亿。并且大部分的露天储煤场分布在北方,而北方干燥多风的气候条件更容易产生扬尘。为防治煤尘的危害,很多抑尘技术和方法被开发出来。然而,传统抑尘方式如洒水、苦布苦盖、防尘网等,成本高、抑尘能力有限 5。
9、相对于传统的方式来说,化学抑尘技术具有抑尘效果好、节约水资源等优点,受到了广泛学者的关注 。但是存收稿日期:2 0 2 3-0 4-0 7责任编辑:兰莹作者简介:陈增杰(197 5),男,山东青岛人,高级工程师,本科,从事矿山压力与工程建设方面的工作。E-mail:3930 8 6 7 36 q q.c o m44SafetyinCoal Mines2023年10 月Oct.2023No.10Vol.54第10 期第54卷煤矿发全在容易造成二次污染的缺点。由此可见,随着经济、社会的发展,煤炭的需求不断增加,对绿色环保、性能高效的抑尘技术的需求越来越高。目前,以黏结型、凝聚型、润湿型及复合型化学
10、抑尘剂为主的传统型化学抑尘技术在煤尘防治方面存在难降解、成本高、腐蚀性强等缺点 7 。伴随着科技的不断发展,新型化学技术不断向环保、低廉、多功能方向发展 8 。例如,ZHANG等 9通过对天然聚合物瓜尔豆胶进行化学修饰并制备了一种可降解抑尘剂;WU等 10 1通过一锅法制备了一种新型环保型复合抑尘剂(聚乙烯醇/海藻酸钠/甘油),结果表明抑尘固化膜的抗压强度可达2 6.1kPa,降解率为33%;LIANG等 采用机械活化辅助固相反应和常规液相方法制备了基于淀粉的不同高吸水性聚合物,结果表明2 种方法制备的抑尘剂具有较好的成膜能力,与粉尘颗粒之间具有稳定的固结效果;WANG等 12 以普通玉米秸秆
11、为原料合成了一种纤维素基抑尘剂,结果表明在5%的浓度下,抑尘剂表现出优异的性能。然而,目前的新型化学抑尘技术仅仅考虑了抑尘剂本身的成膜性、抗压性,并没有考虑对煤尘本身性质及周围物体的腐蚀性问题聚乙烯醇(PVA)是一种线性的多羟基有机聚合物,具有无毒无味无刺激性特征。由于分子链上含有大量的羟基,因此具有良好的水溶性。此外,PVA还有优异的力学性能、耐化学性、环境友好性、成膜性及黏结性等优点,被认为是一种理想的绿色环保材料。但是,PVA同样含有大量的裸露羟基,易与环境中水分子结合产生塑化作用,导致力学性能和稳定性能变差。黄原胶(XG)是一种由细菌代谢而得的胞外多糖胶质,含有大量的羧基和羟基等强极性
12、基团。XG本身不容易发生反应形成凝胶,但是可以与PVA、瓜尔胶等产生协同作用,增加溶液黏度生成凝胶。丙烯酸(AA)单体分子中含有1个C=C不饱和键,容易被自由基引发,并且可以直接与其他单体、合成或天然有机高分子接枝共聚,通过氢键相互作用形成氢键网络。十二烷基苯磺酸钠(SDBS)润湿性好,渗透力强,生物降解率为90%,在较宽的pH值范围内稳定。目前,很多学者将其与其他表面活性剂或无机盐复配作为润湿型抑尘剂,降尘效果较好,且成本较低 8 。大部分水凝胶的合成为单体AA直接与其他物质接枝共聚,交联成单一网络。而互穿网络水凝胶指凝胶网络中包括2 张交联网络,通过将预交联的水凝胶浸没在含有另一种单体和引
13、发剂的溶液中引发第2 张网络的交联。这2 种聚合物各自独立成双,彼此不以共价键交联,而是紧密地穿插在一起。基于此,秉持抑尘高效、绿色环保的理念,利用PVA、XG 和AA制备了具有双网络互穿结构的水凝胶。并加人适量的SDBS增强润湿性,从而制备出一种环保型双网络水凝胶抑尘剂(PVA-XG-AA/SDBS)。研究了水凝胶抑尘剂的表面张力及腐蚀性能;探讨了水凝胶抑尘剂在煤表面的微观形貌及渗透速率;阐明了水凝胶抑尘剂对金属和煤质本身的影响;并通过小型煤堆现场对水凝胶抑尘剂的抑尘性能进行了分析。1材料与方法1.1水凝胶抑尘剂的制备实验材料:17 99型PVA,含量90.5%,分析纯AR;XG,U S P
14、级;AA分子量7 2.0 0,含量99.5%,分析纯AR;氢氧化钠(NaOH),分子量40.0 0,含量96.0%,分析纯AR;过硫酸铵(A PS),分子量2 2 8.2 0,含量98.0%,分析纯AR;S D BS 分子量348.48,含量90.0%,分析纯AR。1)PVA-XG-AA/SDBS的制备。首先,在8 5水浴锅中,缓慢且均匀地添加PVA到容量为10 0mL的三颈烧瓶中,恒温搅拌1.5h。然后,将水浴温度调至7 5,向上述溶液中缓慢且均匀地添加和分散XG,恒温搅拌1.5h。最后,降至55,在氮气保护下,加人AA,并借助NaOH将AA中和至7 0%,10 min后添加0.15gAPS
15、作为引发剂,大约1h后,反应结束,得到水凝胶(PVA-XG-AA),再加水将其稀释至固含量为1%。为进一步提高样品对煤尘的润湿能力,考虑到材料之间的相容性和表面张力,加人占总体积0.2 5%的表面活性剂SDBS13,得到PVA-XG-AA/SDBS。2)传统型聚丙烯酸水凝胶抑尘剂(PAA)的制备。为了与传统型水凝胶抑尘剂的抑尘性能及效果进行对比,制备了PAA。在通氮气的条件下,将5.7 g丙烯酸加入2 5mL水中,6 0 恒温水浴搅拌,之后加人0.0 7 g过硫酸铵(作为引发剂),反应结束后得到PAA。1.2水凝胶抑尘剂的理化性质1)傅里叶红外光谱测试。通过傅里叶红外光谱仪(ThermoFis
16、her,Ni c o l e t i S 50 FT-I R,美国)根45Safetyin Coal MinesOct.20232023年10 月No.10Vol.54煤矿发全第54卷第10 期据不同官能团特定位置和形状的红外吸收峰,并结合反应情况推断产物的分子结构 14。利用Peak-Fit和OMNIC软件对得到的光谱进行峰分离和标记分析,研究不同官能团在反应过程中的变化。2)表面张力测试。由于煤本身的疏水性,导致抑尘剂在应用到煤尘抑制领域时存在润湿性及渗透性差的问题。利用全自动张力仪(POWEREACH,JK99C型,中国)对PAA、PV A-XG-A A/S D BS 和0.25%SDB
17、S的表面张力进行测定,并设置3组对照组 15,研究了SDBS作用下PVA-XG-AA/SDBS溶液改善煤尘疏水性的能力。3)抗腐蚀性测试。腐蚀性是指金属与环境间的物理和化学相互作用,导致金属、环境及其构成系统受到损伤的现象 16-17 。采用全浸润方法(JB/T 7 90 1一1999),将铜柱、铁柱、铝柱分别浸没在PVA-XG-AA/SDBS溶液和蒸馏水中做抗腐蚀性对比试验,室温条件下,10 d。腐蚀速率计算如下:8.76x107 x(W2-W)F=(1)STD式中:F为腐蚀速率,mm/a;W为实验前样品质量,g;W,为实验后样品质量,g;S 为试样的总面积,cm;T 为实验时间,h;D 为
18、材料的密度,kg/m3。1.3水凝胶抑尘剂抑尘性能1)扫描电子显微镜测试。通过扫描电子显微镜(FEI,A PREO,美国)观察原煤、水凝胶抑尘剂(PAA、PV A-XG-A A/S D BS)与煤充分混合的微观形貌,以此来解释水凝胶抑尘剂的黏结能力。2)渗透性测试。采用向下渗透方法,通过将一定量的煤尘装人量筒中,使煤尘高度位于量筒的7 mL处,然后将量筒固定在水平桌面上;最后用胶头滴管分别吸取相同量的PVA-XG-AA/SDBS和PAA溶液,缓慢滴人装有煤尘的小量筒中。在2组对照的情况下,利用秒表实时记录从滴定到溶液渗透至量筒相同刻度处(4mL)所需要的时间,以最后的数据计算出2 组的渗透速率
19、 18 。3)抑尘剂对煤质的工业分析指标影响的研究。为了研究PVA-XG-AA/SDBS对煤质是否有影响,实验筛选了3种典型的不同变质程度的煤样(褐煤(H M)、烟煤(YM)和无烟煤(WYM),测量喷洒抑尘剂前后煤样的灰分、水分、挥发分和固定碳4个指标。实验仪器采用WS-G818型全自动工业分析仪,实验过程严格按照国家标准(GB/T307322014 19-20 4)小型煤堆现场试验。为了探究PVA-XG-AA/SDBS的实际应用性能,通过将PVA-XG-AA/SDBS进行现场试验。PVA-XG-AA/SDBS的应用现场位于黄岛区辛安煤场,针对起尘现象较为严重的露天煤堆区域进行水凝胶抑尘剂现场
20、试验,通过现场对比及人为施加风流扰动测试其抑尘效果,主要验证所研制的PVA-XG-AA/SDBS对储煤场现场大气中的总粉尘浓度的削减效果。实验以辛安煤场煤堆附近大气中的总粉尘浓度值为研究对象,用CCZ20型呼吸性粉尘采样器采样。具体方法:辛安煤场煤堆附近1m处选取1个实验区域,将固含量为1%的PVA-XG-AA/SDBS溶液用喷雾器按2.5L/m的喷洒量喷洒到煤堆上,在邻近的类似大小的相同煤种的煤堆也设置1个监测点,不喷洒任何抑尘剂作为对照组,在实验区域和对比区域各放置1个CCZ20型呼吸性粉尘采样器,连续监测15d大气中的总粉尘浓度。2实验结果2.1傅里叶红外光谱及PVA-XG-AA/SDB
21、S机理XG、PV A、A A 和PVA-XG-AA傅里叶红外光谱图如图1。AA-PVA-XGPVA-XG-AA4000350030002500200015001000500波数/cm*!图1XG、PV A、A A 和PVA-XG-AA傅里叶红外光谱图Fig.1Fourier transform infrared spectra ofXG,PVA,AA and PVA-XG-AA从图1可以看出:PVA中的342 0 cm-和XG中的3439cm处出现-OH基团伸缩振动;在PVA-XG-AA中,-OH基团在3 40 0 3 6 0 0 cm=1范围内表现出拉伸振动峰,表明XG与PVA分子链之间能够
22、通过氢键相互作用,形成第1层网络;XG中10 6 7.53cm处的吸收峰为C-H伸缩振动46SafetyinCoal MinesOct.20232023年10 月No.10Vo1.54煤砺岁全第54卷第10 期吸收峰,但在PVA-XG-AA的红外光谱中未发现,说明XG已经接枝到AA上;PVA中10 46 cm1处C-O的不对称伸缩振动峰和8 46.7 3cm-处CH,的振动吸收峰在PVA-XG-AA的红外光谱也未发现,说明PVA线型高分子穿插在了产物结构中。由此可见,PVA和XG2种聚合物之间的-OH基团能够通过氢键相互作用,形成第1层网络;随后加人的AA在引发剂APS的作用下能够发生聚合反应
23、生成聚丙烯酸链;最终,聚丙烯酸链上的-COOH与PVA、XG 上的-OH发生氢键相互作用,形成第2 层网络。PVA-XG-AA/SDBS机理图如图2。OHOHOHOHOHAAPVAXGSDBS图2PVA-XG-AA/SDBS机理图Fig.2PVA-XG-AA/SDBS mechanism diagram2.2表面张力测试每种溶液测定6 次,将所测结果取平均值。其中,PAA的表面张力最大,为40 mN/m;表面活性剂SDBS的表面张力最低,为2 9mN/m;PVA-XG-AA/SDBS的表面张力与SDBS的表面张力相差无几,为31mN/m。这说明PVA-XG-AA/SDBS具有和SDBS相近的润
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 环保 网络 凝胶 抑尘剂 性能 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。