摘要:以淀粉為親水主鏈,丙烯酸和丙烯酰胺為接枝單體,利用加聚反應合成了新型煤塵抑塵劑.從保濕、凝 聚和固結機理出發,測試了其水溶性、吸水保水能力、黏度,以及對煤塵的滲透性和潤濕性、凝聚能力、固結能力, 評價了其應用性能.結果表明,所合成的煤塵抑塵劑對煤塵具有長效抑塵作用.
關鍵詞:淀粉;丙烯酸;丙烯酰胺;接枝共聚;煤塵;抑塵劑
煤炭揚塵是煤炭生產和使用企業以及礦區城市主要的大氣污染塵源之一.由于煤塵中的絕大多數粉塵 屬于可吸入顆粒物,人體吸入后會嚴重危害身體健康.據統計,我國與煤炭工業相關的塵肺病在各類塵肺病 患者中人數最多,比例也最高[1].除此之外,煤炭揚塵還會引發安全事故,例如企業的煤炭堆料廠,由于煤炭 揚塵會在供熱管道、電纜等處沉積、自燃,從而引發火災[2].因此,采取煤炭揚塵控制措施,即是煤炭生產和 使用企業降低污染物排放、安全生產的主要措施,也是礦區城市保護環境,實現全面、協調、可持續發展的重 要措施.
目前常采用灑水的方法抑制煤炭揚塵.灑水抑塵的主要作用在于潤濕顆粒細小的干燥煤塵,使其相對 密度增大,并粘結成較大的顆粒,使之在外力作用下不能飛揚.這種方法雖然簡便易行,但由于煤塵與水分 之間的結合力很弱,水分很容易蒸發,滿足不了長期有效抑塵需求,必須定期灑水才能有效抑塵,水資源耗費 量很大.因此開發新型廉價優質的煤炭抑塵用新材料是非常必要的.通過實驗室研究,合成了吸水保水樹 脂抑塵劑.該材料無毒害、無污染,具有較高吸水保水能力,對煤塵具有保濕、凝并和固結作用,能夠有效抑 制煤炭揚塵.
1實驗部分
1.1原料與儀器
玉米淀粉(市售);丙烯酸(天津市凱通化學試劑有限公司,減壓蒸餾處理除去阻聚劑);丙烯酰胺(天津市 福晨化學試劑廠);過硫酸銨(洛陽市化學試劑廠);N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(北京化工廠);氫氧化鈉(天津 市凱通化學試劑有限公司);煤塵(平頂山市煤礦區).
100 mL三口燒瓶;超級恒溫水浴槽(杭州藍天化驗儀器廠,501A型);垂直多用振蕩器(江蘇省金壇市環 宇科學儀器廠,HY-1型);數字黏度計(上海精密科學儀器有限公司,SNB-1型);電熱恒溫鼓風干燥箱(浙江 匯爾儀器設備有限公司,DHG-9240A型);鼓風機(東莞市全風環保設備有限公司,RB-2000A型);粉塵測定 儀(南京庚辰科學儀器廠,P5-L2C型).
1.2合成原理
吸水保水樹脂一般都具有大分子空間網絡結構,并且分子鏈上存在大量親水性集團,如羧基、酰胺基、羥 基、氨基、磺酸基等而具有吸水保水能力.此類樹脂的合成一般都采用烯類單體的加聚反應,通過單體的聚 合反應引入親水性功能基團并形成網絡結構[3].在本文的研究中,選擇淀粉為親水主鏈,丙烯酸和丙烯酰胺 為接枝單體,由自由基引發聚合反應,再通過交聯作用,合成吸水保水樹脂型煤塵抑塵劑.
1.3合成工藝流程
取一定量的丙烯酸,在冰水浴條件下緩慢滴加濃度為50%的NaOH溶液,按70%中和度(相對于丙烯 酸的物質的量百分數,下同)對丙烯酸進行中和,然后放置備用.取40%的玉米淀粉于容器中,加入適量水, 在80℃下糊化30 min,放置冷卻.待糊化淀粉冷卻至室溫后,加入按預定中和度中和后的丙烯酸,然后將容 器放置在康氏振蕩器上震蕩5 min,使反應物充分混合.混合后,將0.3%的交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺 加入到反應混合物中,在55℃下反應3 h,得產物1.再加入50%的丙烯酰胺和0.05%的引發劑過硫酸銨, 在70℃下反應3 h,得產物2.然后將反應容器的黏稠液體倒出,在室溫下放置冷卻既得最終產品.流程圖 見圖1.
2結果與討論
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