一种抑尘剂、制备方法和用途
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN201810861072.3 | 申请日 | 2018-08-01 |
| 公开(公告)号 | CN108865071A | 公开(公告)日 | 2018-11-23 |
| 申请人 | 山东圣泉新材料股份有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 高惠; 梁蒙蒙; 孟凡超; 唐地源; 张金柱; 刘顶; 王鹏辉; | 第一发明人 | 高惠 |
| 权利人 | 山东圣泉新材料股份有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 山东圣泉新材料股份有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：山东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：山东省济南市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：山东省济南市章丘区圣泉工业园 | 邮编 | 当前专利权人邮编：250204 |
| 主IPC国际分类 | C09K3/22 | 所有IPC国际分类 | C09K3/22 ; E01H3/00 ; E21F5/06 |
| 专利引用数量 | 6 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京品源专利代理有限公司 | 专利代理人 | 巩克栋; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种抑尘剂，所述抑尘剂包括 水 和分散在水中的 纤维 素类物质；所述抑尘剂中， 纤维素 类物质的含量为1～10wt％，除水以外的组分的80wt％以上都是纤维素类物质；所述纤维素类物质的直径为50～1000nm，长径比≥50。本发明选用具有特定尺寸的纤维素类物质，利用所述尺寸内的纤维素类物质相互搭接成网的特性，促进抑尘剂成膜，牢牢抓住微小灰尘，且不会再次飞灰到空中形成二次灰尘，抑尘周期长。 | ||
| 权利要求 | 1.一种抑尘剂，其特征在于，所述抑尘剂包括水和分散在水中的纤维素类物质； |
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| 说明书全文 | 一种抑尘剂、制备方法和用途技术领域[0001] 本发明属于环保技术领域，具体涉及一种抑尘剂、制备方法和用途。 背景技术[0002] 人类的很多活动都会产生扬尘。随着我国经济的不断发展，煤炭的产量和使用量也在不断地增长，煤场及灰场扬尘问题引起了人们的关注。同时，随着城市及周边地区高强度的经济活动，大规模的城市建设，高速发展的道路交通等都出现了众多的土料堆场，已对大气环境造成了严重的污染，对人类健康及环境生态造成了严重危害。 [0003] 目前主要的抑尘方式主要由洒水除尘和抑尘剂除尘。洒水除尘主要通过润湿颗粒细小的干燥粉尘，使其相对密度增大，粘结成较大的颗粒，使之在外力作用下不能飞扬，该方法简单易行，但对尘土的粘结力差，且水分易蒸发，抑尘时间短，不能满足露天煤矿矿坑的抑尘需求。另外，此种方法还需要耗费大量的水资源，增加了运输成本。 [0004] 抑尘剂是由新型多功能高分子聚合物组合而成。聚合物分子之间交联会形成网状结构，同时分子间存在各种离子基团，能与离子之间产生较强的亲和力。它的作用机理是通过捕捉、吸附、团聚粉尘微粒，将其紧锁于网状结构之中，起到润湿、粘接、凝结、吸湿、防尘、防浸蚀和抗冲刷的作用，抑尘剂除尘比洒水除尘效果好，但是喷洒抑尘剂会对周围环境产生不良影响，且现有抑尘剂对微小灰尘无法吸附和团聚，在保湿性能和抑尘效果方面仍有待进一步提高。 [0005] CN106957633B公开了一种高效环保型抑尘剂及其制备方法、应用；CN105646788A公开了一种花生壳可降解纳米抑尘剂的制备方法。但是现有技术的抑尘剂存在产品功能单一、抑尘效果不理想，对微小灰尘无法吸附和团聚的问题，且其成分中含有大量的化学物质，会对周围环境产生不良影响。 [0006] 本领域需要开发一种抑尘效果明显，抑尘周期长且能够对微小灰尘进行吸附的抑尘剂，所述抑尘剂具有高效抑尘、环保无污染的特性。 发明内容[0008] 所述抑尘剂中，纤维素类物质的含量为1～10wt％(例如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％等)，除水以外的组分的80wt％以上(例如82wt％、 85wt％、88wt％、89wt％、93wt％、96wt％、98wt％、100wt％等)都是纤维素类物质； [0009] 所述纤维素类物质的直径为50～1000nm(例如60nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、 900nm、950nm等)，长径比≥50(例如55、60、65、70、75、80、85、90、100、110、150等)。 [0010] 本发明选用具有特定尺寸的纤维素类物质制备抑尘剂，利用所述尺寸内的纤维素类物质相互搭接成网的特性，促进抑尘剂成膜，牢牢抓住微小灰尘，且不会再次飞灰到空中形成二次灰尘，抑尘周期长。同时，本发明通过选用合适的纤维素类物质的尺寸(如直径和长径比)就可以实现抑尘作用，不需要加入其他的表面活性剂或非环保型助剂，即可实现抑尘。在本发明提供的抑尘剂中，纤维素类物质是主要的抑尘组分，占到抑尘剂的除水以外的组分的80wt％以上，其他组分可以选择性加入，即可以只选用纤维素类物质作为抑尘剂，体系单一，配制简单。 [0011] 此外，50～1000nm直径范围内的纤维素类物质，能够在起到良好抑尘效果的同时，保证纤维素类物质搭接成网的致密性，直径过小，搭接的网络太致密；而直径过大，抑尘效果不好。一定致密度的膜不仅能够保证良好的抑尘效果，而且不会因为形成的膜太致密而影响植物种子等的发芽，即在保证抑尘效果的同时不影响植物种子等的发芽生长，进而通过植物根系抓牢土壤，实现抑尘。 [0012] 更进一步地，50～1000nm直径范围内的纤维素类物质作为抑尘剂喷洒液的成分，喷洒在被抑尘土壤表面，形成致密的膜，可避免土壤中水分的蒸发散失，保水性好，且进行抑尘时，抑尘效果更持久。 [0013] 优选地，所述抑尘剂中，所述除水以外的组分的90％以上都是纤维素类物质。 [0014] 优选地，所述纤维素类物质的直径为100～500nm，例如120nm、180nm、250nm、280nm、330nm、370nm、420nm、480nm等，优选200～500nm。 [0015] 优选地，所述纤维素类物质的长径比≥70，例如75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155等，优选70～100。 [0016] 所述纤维素类物质包括纳米纤维素、微纳米纤维素、微纳米木质素纤维素中的任意1种或至少2种的组合。 [0017] 优选地，所述微纳米木质素纤维素中含有通过化学键与微纳米纤维素连接的木质素成分。 [0018] 化学键(chemical bond)可以解释为“纯净物分子内或晶体内相邻两个或多个原子(或离子)间强烈的相互作用力的统称”。使离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键。化学键包括离子键、共价键和金属键三种，不包括氢键。 [0019] 本发明所述微纳米木质素纤维素中，木质素与纳米纤维素的结合方式必然包含化学键(如共价键)，也可以包括氢键、范德华力等。 [0020] 优选地，所述微纳米木质素纤维素中木质素成分的含量为13～37wt％(例如15wt％、18wt％、23wt％、28wt％、35wt％等)，优选25～28wt％。 [0023] 优选地，所述生物质原料包括甘蔗渣、玉米芯、玉米秸秆、稻草、麦秸、花生壳、椰子壳、桦木、农林废弃物中的任意1种或至少2种的组合。 [0024] 优选地，所述膜过滤包括纳滤膜过滤。 [0025] 所述纳滤溶液中包括大量的大分子糖类物质，在抑尘剂中起到辅助纤维素类物质成膜的作用。 [0026] 优选地，所述抑尘助剂的添加量为纤维素类物质质量的5～10％，例如6％、7％、8％、9％等。 [0027] 本发明目的之二是提供一种目的之一所述的抑尘剂的制备方法，所述抑尘剂含有的纤维素类物质为微纳米木质素纤维素，所述制备方法包括如下步骤： [0028] (1A)将含有木质素的纤维素原料分散在50℃以上的水溶液中，得到原料分散液； [0029] (1B)将步骤(1A)得到的原料分散液通过机械预处理进行剥离、磨碎，得到预处理产物； [0030] (1C)利用高压均质机对步骤(1B)得到的预处理产物进行高压均质，得到所述抑尘剂； [0031] 优选地，抑尘剂中含有抑尘助剂，在步骤(1C)后进行步骤(1D)：向步骤(1C)的产物中加入抑尘助剂。 [0032] 所述抑尘助剂具有如前所述的选择范围和添加量(所述抑尘助剂的添加量为纤维素类物质质量的5～10％)。 [0033] 优选地，步骤(1A)所述水溶液的温度≥70℃，优选所述水溶液的温度在水溶液沸点以下，进一步优选70～80℃(例如72℃、75℃、77℃、79℃等)，特别优选70～75℃。 [0034] 优选地，所述原料分散液中，含有木质素的纤维素原料的浓度为0.8～10wt％(例如0.85wt％、0.9wt％、1wt％、5wt％、8wt％、9wt％等)，优选5～8wt％。 [0035] 优选地，所述含有木质素的纤维素原料为植物原料完全提取半纤维素或部分提取半纤维素后的残渣。 [0036] 优选地，所述植物原料包括林木、农作物、农林废弃物中的任意1种或至少2种的组合。 [0037] 优选地，所述含有木质素的纤维素原料包括糠醛渣、木糖渣、未漂木浆、未漂草浆、枝桠、树皮、刨花、树根、锯屑、秸秆的农业废弃物中的任意1种或至少2种的组合。 [0038] 优选地，所述含有木质素的纤维素原料中，木质素含量为10～30wt％(例如12wt％、15wt％、18wt％、23wt％、26wt％等)，且纤维素含量在65wt％以上。 [0039] 优选地，所述含有木质素的纤维素原料还含有半纤维素。 [0040] 优选地，所述含有木质素的纤维素原料中，半纤维素含量≤10wt％。 [0041] 优选地，所述水溶液包括纯水或尿素水溶液。 [0042] 优选地，所述尿素水溶液的浓度为0.1～10mol/L，例如2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L、8mol/L、9mol/L等。 [0043] 优选地，所述机械预处理包括球磨、盘磨或砂磨中任意一种或至少两种的结合，进一步优选为砂磨。 [0044] 优选地，所述机械预处理的循环次数大于等于1次，例如2次、3次、4次6次、8次等。 [0045] 优选地，采用砂磨时，砂磨机的循环次数为1-3次，得到砂磨产物的直径为180～800nm；砂磨机的循环次数≥5次，得到砂磨产物的直径为80～180nm。 [0046] 优选地，采用盘磨和/或球磨时，循环次数大于等于12次。 [0047] 优选地，所述将步骤(1A)得到的原料分散液通过机械预处理进行剥离、磨碎时，保持原料分散液温度为70～80℃，例如72℃、76℃、78℃等。 [0048] 优选地，所述高压均质的压力为55～170MPa(例如60MPa、65MPa、70MPa、75MPa、80MPa、90MPa、120MPa、150MPa等)，优选70～80MPa。 [0049] 优选地，所述高压均质的循环次数为3～7次，例如4次、5次、6次等。 [0050] 示例性地，所述高压均质的过程中保持温度为70～80℃，例如72℃、77℃等。 [0051] 本发明目的之三是提供一种目的之一所述的抑尘剂的制备方法，所述抑尘剂含有的纤维素类物质为微纳米纤维素和/或纳米纤维素，所述制备方法包括如下步骤： [0052] (1a)将纤维素原料分散在水中，得到原料分散液； [0053] (1b)将所述原料分散液置于砂磨机中进行砂磨，得到抑尘剂； [0054] 优选地，在步骤(1b)之后进行步骤(1c)：将砂磨的产物进行均质处理； [0055] 优选地，抑尘剂中含有抑尘助剂，在步骤(1b)后进行步骤(1d)：向砂磨的产物中加入抑尘助剂，得到抑尘剂；或者在步骤(1c)后进行步骤(1d)：向均质处理的产物中加入抑尘助剂，得到抑尘剂。 [0056] 优选地，所述纤维素原料包括糠醛渣、漂白木浆、漂白草浆、棉浆、溶解浆、二次纤维、未漂木浆、未漂草浆、秸秆的农业废弃物中的任意1种或至少2种的组合； [0057] 优选地，所述纤维素原料中，纤维素的含量在95wt％以上，例如96wt％、97wt％、98wt％、99wt％等。 [0058] 优选地，所述原料分散液中，纤维素原料的浓度为2～10wt％，例如3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％等，优选5wt％。 [0059] 优选地，步骤(1b)所述砂磨过程中，锆珠粒径为0.8～1.5mm，锆珠填充率为50～70％，砂磨机转速为1000～3000rpm。 [0060] 优选地，步骤(1b)所述砂磨的循环次数大于等于1次，例如2次、3次、4次、6次、8次等。 [0061] 优选地，步骤(1b)所述砂磨的循环次数为1～3次，得到砂磨产物的粒径为300～1000nm，例如320nm、350nm、400nm、450nm、500nm、600nm、700nm、800nm、850nm、900nm、950nm等。 [0062] 优选地，步骤(1b)所述砂磨的循环次数≥5次，得到砂磨产物的粒径为100～500nm，例如120nm、180nm、200nm、260nm、350nm、400nm、450nm、480nm等。 [0063] 本发明目的之四是提供一种抑尘方法，所述方法包括如下步骤： [0064] (1)将目的之一所述的抑尘剂分散在水中，得到抑尘剂喷洒液； [0065] (2)将所述抑尘剂喷洒液喷洒至待抑尘区域表面； [0066] 优选地，所述抑尘剂喷洒液中，抑尘剂在水中的分散浓度为0.3wt‰～2wt‰； [0067] 优选地，所述抑尘剂喷洒液喷洒至待抑尘区域表面的喷洒密度不低于2kg/m2，优选不低于3.5kg/m2。 [0068] 所述抑尘剂分散在水中的分散方式包括辅助超声进行分散，所述超声功率为1000～3000kW(例如1200kW、1500kW、1800kW、2200kW、2600kW、2800kW等)，超声时间为10～30min。 [0069] 优选地，所述待抑尘区域包括采矿区、矿物渣堆料场、煤炭及矿粉运输场、矿物土方储存卸料场、建筑物拆迁区、在建道路沿线区、火电厂、水泥厂、钢铁厂、冶金厂、粉尘车间、人工沙场和沙漠化地区中的任意1处。 [0070] 本发明目的之五是提供一种抑尘剂喷洒液，所述抑尘剂喷洒液通过将目的之一所述的抑尘剂分散在水中得到。 [0071] 优选地，所述将目的之一所述的抑尘剂分散在水中的过程中辅助超声分散。 [0072] 优选地，所述超声分散的功率为1000～3000kW(例如1200kW、1500kW、1800kW、2200kW、2600kW、2800kW等)，超声时间为10～30min。 [0073] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0074] (1)本发明选用具有特定尺寸的纤维素类物质，利用所述尺寸内的纤维素类物质相互搭接成网的特性，促进抑尘剂成膜，牢牢抓住微小灰尘，且不会再次飞灰到空中形成二次灰尘，抑尘周期长。当所述抑尘剂用于土质场所(如沙土等)时，所述尺寸范围的纤维素类物质搭接形成的网的致密性能够在保证抑尘效果的同时，不会抑制种子发芽，从而通过其根系抓住灰尘，实现长久的抑尘。此外，在本发明提供的抑尘剂的直径范围内，纤维素类物质能够成膜，有效锁住水分，实现高保水率，提高抑尘的效果。 [0075] (2)本发明提供的抑尘剂的制备方法简单，只需要将具有特定尺寸范围的纤维素类物质分散在水中既可以得到抑尘剂，加水稀释后得到抑尘剂喷洒液。 [0076] (3)在优选技术方案中，抑尘助剂能够辅助抑尘剂成膜，弥补纤维素类物质成膜后的缺陷，使得抑尘剂的膜层更完整，更稳定的包覆灰尘，延长抑尘剂的抑尘周期。 具体实施方式[0077] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。 [0078] 本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。 [0079] 实施例1～16 [0080] 一种抑尘剂的制备方法，包括如下步骤： [0081] 将纤维素类物质、抑尘助剂分散液按照表1的配方量混合，超声分散后得到抑尘剂100g。 [0082] [0083] [0084] A1、A2、A3、A4、A5和A6均为微纳米木质素纤维素，其A1、A2中木质素含量分别为25wt％，A3、A4中木质素含量为13wt％，A5、A6中木质素含量为37wt％。B1和B2为纳米纤维素，其纤维素含量为99wt％。C1和C2为微纳米纤维素，其纤维素含量为99wt％。D1为微纳米纤维素，纤维素含量为99wt％，长径比为40。D2为微纳米纤维素，纤维素含量为99wt％，长径比为70。D3为微纳米纤维素，纤维素含量为99wt％，长径比为70。 [0085] 对比例4 [0086] 采用等质量的水作为对比例4。 [0087] 微纳米木质素纤维素的制备例 [0088] 表1所述微纳米木质素纤维素通过如下方法制备得到： [0089] (1)将含有木质素的纤维素原料(简称原料)分散在热的去离子水(简称水温)中，得到原料分散液； [0090] (2)将步骤(1)得到的原料分散液通过砂磨进行剥离、磨碎，得到预处理产物； [0091] (3)利用高压均质机对步骤(2)得到的预处理产物进行高压均质，得到所述微纳米木质素纤维素。 [0092] 表2给出了制备微纳米木质素纤维素的工艺条件。 [0093] 表2 [0094] [0095] 微纳米纤维素和纳米纤维素的制备例 [0096] 表1所述微纳米纤维素和纳米纤维素通过如下方法制备得到： [0097] (1a)将纤维素原料分散在水中，得到原料分散液； [0098] (1b)将所述原料分散液置于砂磨机中进行砂磨，得到微纳米纤维素。 [0099] 表3给出了制备微纳米纤维素的工艺条件。 [0100] 表3 [0101]条件 B1 B2 C1 C2 原料 草浆 木浆 漂白木浆 漂白草浆 砂磨循环次数 4 6 2 2 [0102] 性能测试： [0103] 1、抑尘效果：采用实施例1～16的抑尘剂配制成抑尘剂喷洒液(浓度为1wt‰)，取尘土/煤灰样品置于表面积为1m2，深度为10cm的的方形玻璃容器中，在尘土表面按照5kg/m2的量喷洒抑尘剂喷洒液，记录喷洒抑尘剂后尘土再次飞灰的时间间隔为抑尘周期，测试结果如表4所示。 [0104] 2、保水率：采用实施例1～16的抑尘剂配制成抑尘剂喷洒液(浓度为1wt‰)，取尘土/煤灰样品置于表面皿中，取抑尘剂喷洒液按照5kg/m2的量喷洒至尘土/煤灰表面后，称重m1，然后将喷洒抑尘剂的样品置于50℃烘箱中烘干，称重m2，根据公式E＝(m1-m2)/m1来计算保水率。 [0105] 表4 [0106] [0107] [0108] 从表1～表4的结果可以看出，当选用直径50～1000nm，长径比≥50的纤维素类物质作为抑尘剂时，抑尘周期在5天以上，而对于长径比40的微纳米纤维素，其抑尘周期只有3天，这可能是由于所述尺寸内的纤维素类物质相互搭接成网的特性，促进抑尘剂成膜，牢牢抓住微小灰尘，且不会再次飞灰到空中形成二次灰尘，抑尘周期长。尤其是当纤维素类物质的长径比≥70，纤维素类物质浓度为0.5wt‰时，抑尘效果能够达到10天以上。但配合有纳滤溶液、羧甲基纤维素、葡萄糖等抑尘助剂时，其抑尘周期能够进一步延长，原因可能是所述抑尘助剂能够弥补纤维素类物质搭接成网后存在的一些缺陷，使其能够更牢固的将灰尘抓住，延长抑尘周期；。 [0109] 3、搭接网致密性 [0110] 测试方法：取沙土置于容器中(铝箔盒或培养皿)，放入植物种子，取采用实施例1、7、15和对比例2、对比例3制备的抑尘剂配制成浓度1wt‰的抑尘剂喷洒液，喷洒至沙土表面后，然后将喷洒抑尘剂的样品置于室外，测试植物种子的发芽率(植物长出沙土表面)。测试结果如表5： [0111] 表5 [0112]序号 植物种子发芽率 实施例1 97.0％ 实施例7 96.0％ 实施例15 97.0％ 对比例2 30.0％ 对比例3 97.0％ 对比例4 97.0％ [0113] 从表5结果可以看出，选用直径为50～1000nm，长径比≥50的纤维素类物质作为抑尘剂喷洒液的成分喷洒在含有植物种子的沙土表面(实施例1、7、15)，与选用直径>1000nm(对比例3)的纤维素类物质作为抑尘剂喷洒液的成分和直接喷洒水(对比例4)相比，不影响植物的发芽率。选用直径＜50nm，长径比≥50的纤维素类物质作为抑尘剂喷洒液的成分喷洒在含有植物种子的沙土表面，种子发芽率显著降低，推测是因为抑尘剂在沙土表面形成的膜太致密，抑制了种子的萌发。选用直径为50～1000nm，长径比≥50的纤维素类物质作为抑尘剂喷洒液的成分喷洒在含有植物种子的沙土表面，抑尘剂在沙土表面形成一种致密性合适的膜，在保水和抑尘(表4结果)的同时，不影响植物发芽率，在抑尘的同时，因其良好的保水性，会促进植物的生长，进一步利用其根系牢牢抓住土壤，达到良好的抑尘效果。 |
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