一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料及其制备方法

本发明涉及煤矿抑尘，尤其涉及一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料及其制备方法。

背景技术：

1、煤炭资源作为我国能源消费占比最大的一次能源，在长时间内仍将占据主导地位。煤尘的有效防控与治理对煤矿安全生产和井下工作人员的职业健康安全具有重要意义。

2、目前，煤矿主要抑尘方法有通风、喷洒抑尘剂、注水等方法。目前，煤矿经常采取通风、喷雾等措施抑制扬尘，其中，喷雾技术占比达到95％以上。但由于煤的疏水性，煤尘很难被润湿，水分蒸发后便不具有抑尘效果，这不仅浪费水资源，且耗时耗力，因此抑尘效率较低。化学抑尘剂相较于传统水的喷雾降尘可对煤尘起到润湿、粘结、凝聚作用，可有效抑制粉尘飞扬。

3、因此制备一种兼具保水、润湿、捕尘、省水等功能，又可形成硬壳抑制粉尘飞扬的抑尘材料，对于煤矿安全、高效、绿色生产具有重要意义与实用价值。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明公开了一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料及其制备方法，制得的双重强化抑尘材料具有良好的抑尘性、润湿性，可有效的吸附煤尘颗粒，结合其自身良好的粘性，可更好的捕捉空气中的细小煤尘，并最终沉降成膜，有效防治煤尘的二次飞扬。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料，原料按照重量百份比计，包括：

3、

4、

5、余量蒸馏水。

6、进一步地，所述催化剂为浓硫酸；所述润湿剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；所述保水剂选用为甘油。

7、进一步地，选用的所述稀戊二醛的质量分数为5％。

8、进一步地，各原料按照重量比计，聚乙烯醇：乙酸：稀戊二醛：浓硫酸：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：甘油＝5：5：3：1：4：3。

9、进一步地，各原料质量为：

10、

11、本发明还公开了上述抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料的制备方法，具体包括以下步骤：

12、s1：在装有搅拌器、冷凝管、液封和温度计250ml三口烧瓶中加入1g聚乙烯醇和200ml蒸馏水，90℃水浴搅拌溶解2h；

13、s2：向三口烧瓶中加入1g冰乙酸、0.2g浓硫酸，再将三口烧瓶放入70℃的磁力搅拌水浴锅中磁力搅拌6h，得到混合液ⅰ；

14、s3：将水浴锅升温至80℃，随后向混合液ⅰ中添加0.6g戊二醛，磁力搅拌2h，得到混合液ⅱ；

15、s4：将三口烧瓶水浴降温至室温，并放置在冰水中，缓慢加入一定量的氢氧化钠调节溶液ph呈中性，得到中性混合液ⅱ；

16、s5：随后向中性混合液ⅱ中加入0.8g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与0.6g甘油，放置在35℃下的磁力搅拌水浴锅中磁力搅拌溶解30min，得到该双重强化抑尘材料。

17、本发明中，选用的原料具有以下特点：

18、聚乙烯醇具有良好的成膜性、粘接性、水溶性和生物相容性，安全性高，可生物降解，机械性能比较好，亲水性能优异。因其结构上含有很多的羟基，导致成膜后膜的耐水性差，经酯化改性后其耐水性和生物降解性可以得到一定的改善。

19、乙酸是一种有机一元酸，其水溶液呈弱酸性，材料易得且经济，因其结构中带有羧基常常是以酯的形式存在，与醇类发生酯化反应可以改善产物的稳定性。

20、戊二醛是一种有机化合物，常用作杀菌剂、食品工业加工助剂、消毒剂、鞣革剂、木材防腐剂、药物和高分子合成原料等，其自身醛基基团可与羟基发生缩醛反应，将羟基交联起来，提高改性产物的稳定性。

21、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠具有良好的表面活性剂润湿性能，同时兼具优异的水溶性、去污、乳化、发泡、抗硬水、温和、抗静电优势。

22、甘油具有良好的保水性，可以吸引周围的水分子，并将其锁定在表面上，形成一层保湿膜，防止表面干燥，保持一定的湿润度，同时甘油还能够提高抑尘剂结膜表面的光滑度，防止表面硬壳干裂而引起二次扬尘。

23、本发明制备过程中，聚乙烯醇与乙酸在催化剂的催化下发生酯化反应，其酯化产物与戊二醛发生缩醛反应，反应方程式分别如下：

24、(1)

25、(2)

26、反应过程如下：

27、反应(1)表示乙酸在酸性条件下，通过加热与聚乙烯醇发生酯化反应，其中乙酸分子上的羧基基团脱去一个氢原子和氧原子与聚乙烯醇上的羟基基团上的一个氢原子生成游离水，由于酯化反应通常是可逆的，即反应物不是完全都转化为生成物的，因此聚乙烯醇分子上仍然会有部分未反应的羟基以游离形式存在，可以利用该特点进行反应(2)。

28、戊二醛上的羰基是强极性基团，碳基较强的正电性，因而易与亲核试剂反应，而醇中羟基上的氧具孤对电子，有较强的亲核性，氧以其孤对电子进攻羰基碳形成缩醛键，而戊二醛在浓硫酸催化的条件下与酯化产物上未反应的羟基发生缩醛反应，将两个酯化产物分子交联起来，形成更加稳定的网络结构，同时改善聚乙烯醇的耐水性。

29、本发明的有益效果是，

30、(1)乙酸与聚乙烯醇发生酯化反应，使得聚乙烯醇上的羟基脱去一个氢原子，破坏了羟基结构，减少了羟基比例，在聚乙烯醇分子上引入了酯基基团，提高了聚乙烯醇膜的耐水性，改善了其热稳定性、黏性、保水性等性能；戊二醛将酯化产物上未反应完全的羟基进行进一步交联，生成更加稳定的网状结构，进一步提高了其自身的热稳定性以及成膜强度。

31、(2)反应后的改性产物通过混入润湿剂(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠)来降低水的表面张力，使其分子能够在煤尘表面吸附并形成定向的吸附层，从而提高抑尘剂的渗透率，使煤尘更容易被润湿，同时能够更好的捕捉细小煤尘使其沉降成团；添加保水剂(如甘油)可增强抑尘剂的抗蒸发性，延长其作用时间，同时提高抑尘剂的成膜平滑度，有效防止煤壳表面的开裂，进一步提高抑尘有效时间，减少二次扬尘的可能。

32、(3)聚乙烯醇具有良好的成膜性、降解性、经济性等，其分子中含有大量羟基，导致其水溶解性较高，影响了其成膜后产物的耐水性，同过于乙酸进行酯化反应可以减少分子上羟基的比例，提高耐水性；将酯化产物与戊二醛发生缩醛反应可以进一步减少其分子中羟基的数目，提高成膜后的稳定性；乙酸相较于其它一元或多元酸其安全性更高，可操作性更强，选用稀戊二醛可以在一定程度上降低反应的剧烈程度，增强反应过程的安全性，降低生产难度。

33、本发明中选用的原料易得，制备工艺简单，成本低，更易于工业化生产。制得的双重强化抑尘材料具有良好的抑尘性、润湿性，可有效的吸附煤尘颗粒，结合其自身良好的粘性，可更好的捕捉空气中的细小煤尘，并最终沉降成膜，有效防治煤尘的二次飞扬。

34、综上，采用本发明制得的双重强化抑尘材料具有抑尘性、成膜性、润湿性、保水性、粘附性、经济性、环保性等多种优异性能。

技术特征：

1.一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料，其特征在于，

2.如权利要求1所述的一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料，其特征在于，

3.如权利要求2所述的一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料，其特征在于，选用的所述稀戊二醛的质量分数为5％。

4.如权利要求3所述的一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料，其特征在于，原料按照重量比计，聚乙烯醇：乙酸：稀戊二醛：浓硫酸：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：甘油＝5：5：3：1：4：3。

5.如权利要求4所述的一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料，其特征在于，各原料质量为：

6.如权利要求5所述的一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种抑制煤堆扬尘的双重强化抑尘材料及其制备方法，涉及煤矿抑尘技术领域，双重强化抑尘材料的制备过程为：三口烧瓶中加入聚乙烯醇和蒸馏水，水浴搅拌溶解；再加入冰乙酸、浓硫酸，磁力搅拌得到混合液Ⅰ；升温，随后添加戊二醛，磁力搅拌，得到混合液Ⅱ；水浴降温至室温，放置在冰水中，再缓慢加入氢氧化钠调节溶液至中性，得到中性混合液Ⅱ；最后加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和甘油，磁力搅拌溶解，得到该双重强化抑尘材料。本发明的有益效果是，所选用的原料易得，制备工艺简单，成本低，更易于工业化生产；采用该方法制得的双重强化抑尘材料，具有抑尘性、成膜性、润湿性、保水性、粘附性、经济性、环保性等多种优异性能。技术研发人员：于海明,李旺,綦晗,谢瑶,聂文,程卫民,周刚,彭慧天,刘强,江丙友受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2