本发明公开了一种润湿型锁水抑尘剂的制备方法，属于环境保护
技术领域：
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背景技术：
扬尘污染危害环境和人体健康，已成为世界污染难题。随着我国工业化程度加深，扬尘污染问题越发严重，尘源主要有沙漠、公路、铁路、码头、矿山、煤场、采矿、采石、水泥厂、化工厂、火力发电厂及建设施工现场等。扬尘污染不仅造成大量资源损失，而且污染周边环境，影响人们正常生产和生活。随着环保意识的增强，人们对扬尘污染的治理日益重视，对有效防尘抑尘方法需求更为迫切。粉尘按颗粒大小可分为两类：直径大的称为降尘，份量重容易沉降，直径小的称为飘尘，它以气溶胶形式长期飘浮在空气中，人们肉眼看不到。粉尘中含有多种重金属，飘尘能够吸附各种有毒物质，其中有的是致癌物质。吸附着有毒物质的飘尘到处飘荡，严重污染我们所赖以生存的环境。抑尘剂是由新型多功能高分子聚合物组合而成。聚合物分子间的交联度会形成网状结构，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合力。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内，起到湿润、粘接、凝结、吸湿、防尘、防浸蚀和抗冲刷的作用。抑尘剂具有良好的成膜特性，可以有效的固定尘埃并在物料表面形成防护膜。可广泛应用于煤炭及各类金属、非金属采矿区、矿物粉渣堆料场、煤炭及矿粉运输、矿物土方储存卸载场、建筑物拆除、在建道路沿线、火电厂、水泥厂、钢铁厂、冶金厂、粉尘车间、人工沙滩和沙漠化地区等场所。目前我国最常用的抑尘方法是湿法喷雾喷射抑尘剂，作用主要在于湿润颗粒细小的干燥粉尘，增加粉尘含湿量，从而使其密度增大，并粘结成较大的颗粒，使之在外力作用下不能飞扬，洒水操作简单，但需浪费大量水资源，且大多数情况下，当水蒸发后，微尘含量会剧增600％，而且水分抗蒸发能力差，有效抑尘时间短（夏季高温不足半小时）。因此，发明一种润湿型锁水抑尘剂对环境保护
技术领域：
具有积极意义。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题，针对目前利用湿法喷雾喷射抑尘剂控制粉尘时，水分只是润湿粉尘的表面，不能渗透到粉尘内部，这样就导致了水分蒸发快，洒水频率高，抑尘效果较差的缺陷，提供了一种润湿型锁水抑尘剂的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种润湿型锁水抑尘剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）将100～120g铝土矿石放入装有70～80ml氢氧化钾溶液的三口烧瓶中，加热升温，保温反应直至矿石不再溶解，过滤去除滤渣，降温至室温后，向三口烧瓶加入30～40g白炭黑，以300～400r/min的转速搅拌混合，得到沸石凝胶；（2）按重量份数计，将60～70份丙烯酰胺、4～5份n，n-二甲基聚丙烯酰胺、0.8～1.0份过硫酸铵依次加入80～90份沸石凝胶中，搅拌反应，得到最终混合凝胶，将最终混合凝胶转移至反应釜中，密封静置加热升温，晶化反应，自然冷却至室温后，过滤分离去除滤液得到改性沸石粉；（3）按重量份数计，将70～80份粒径为80～100μm的硅藻土与水混合，得到硅藻土浆料，向硅藻土浆料中加入10～15份硫酸溶液和5～10份连二亚硫酸钠，酸浸反应得到酸浸硅藻土浆料；（4）将上述酸浸硅藻土浆料过滤，分离得到滤渣，将滤渣用水洗涤至洗涤液呈中性后，放入烘箱中，干燥，得到硅藻土粉末，将硅藻土粉、白炭黑、碳酸氢钠混合，放入煅烧炉中，加热升温，煅烧后，得到活化硅藻土，将活化硅藻土、牛胆汁、氯化钙溶液、玉米淀粉混合分散得到混合浆料，备用；（5）向三口烧瓶中加入6～8g丙烯酸，在氮气保护下，继续加热升温，引发30～35min，继续加入20～22g丙烯酰胺、18～20ml次氯酸钠溶液、0.8～1.0gα-淀粉酶，继续反应，得到接枝产物，将接枝产物放入烘箱中，干燥4～5h，再鼓风干燥，得到负载氧化糊精的保水剂；（6）将上述负载氧化糊精的保水剂置于带有搅拌器的水浴锅中，向水浴锅中加入40～50ml蒸馏水，加热升温，启动搅拌器，以90～100r/min的转速搅拌20～25min，得到凝胶液，将20～25份大豆分离蛋白水乳液、60～70份凝胶液倒入反应釜中，搅拌分散后再向反应釜中加入5～10份透明质酸和20～25份备用的混合浆料，加热升温，搅拌控制反应釜中胶液粘度，降温至室温后再添加10～15份碳酸氢铵，得到润湿型锁水抑尘剂。步骤（1）所述的氢氧化钾溶液的质量分数为40%，加热升温后温度为100～110℃，搅拌混合时间为1～2h，得到沸石凝胶。步骤（2）所述的搅拌反应时间为1～2h，加热升温后温度为120～150℃，晶化反应时间为15～18h。步骤（3）所述的硅藻土浆料的固体质量含量为20～30%，硫酸溶液的质量分数为25%，酸浸反应时间为10～15h。步骤（4）所述的烘箱设定温度为70～80℃，干燥时间为4～5h，，硅藻土粉、白炭黑、碳酸氢钠混合质量比为10︰3︰1，加热升温后温度为600～800℃，煅烧时间为3～4h，活化硅藻土、牛胆汁、氯化钙溶液、玉米淀粉混合质量比为4︰1︰10︰3，氯化钙溶液的质量分数为0.5%。步骤（5）所述的继续加热升温后温度为55～60℃，引发反应时间为30～35min，次氯酸钠溶液的质量分数为0.1%，继续反应时间为3～4h，烘箱温度为40～45℃，鼓风干燥温度为120～130℃。步骤（6）所述的加热升温后温度为40～45℃，大豆分离蛋白水乳液的质量分数为3%，透明质酸的质量分数为5%，加热升温后温度为50～55℃，控制反应釜中胶液粘度为200～300mpa·s。本发明的有益效果是：（1）本发明将铝土矿石置于氢氧化钾溶液中加热溶解，掺入白炭黑，得到沸石凝胶，以丙烯酰胺为单体在沸石凝胶中反应得到最终混合凝胶，经保温晶化、过滤干燥，研磨得到改性沸石粉，将硅藻土与水混合制成硅藻土浆料，向其中加入稀硫酸溶液、连二亚硫酸钠，经酸浸反应得到酸浸硅藻土浆料，将酸浸硅藻土浆料过滤分离得到滤渣，经洗涤干燥后得到硅藻土粉末，将硅藻土粉末、白炭黑、碳酸氢钠按一定质量比混合，煅烧得到活化硅藻土，将活化硅藻土、牛胆汁、氯化钙溶液、玉米淀粉混合分散得到混合浆料，利用次氯酸钠溶液和α-淀粉酶将淀粉氧化并糊化，与丙烯酸和丙烯酰胺接枝共聚，得到负载氧化糊精的保水剂，将负载氧化糊精的保水剂加热稀释得到凝胶液，最后将大豆分离蛋白水乳液、凝胶液、透明质酸、混合浆料等原料混合加热，调节粘度后添加碳酸氢铵，得到润湿型锁水抑尘剂，本发明中改性沸石粉由于内部双电层结构的存在，改性沸石粉喷射出去后空气摩擦会附带静电，使抑尘剂吸附粉尘的能力增强，用α-淀粉酶的内切酶作用，以随机的方式从淀粉分子内部水解α-1，4糖苷键，从而改变直链淀粉及支链淀粉直线性侧链的聚合度，使淀粉水解产生水溶性糊精，因此可通过水来稀释控制抑尘剂的粘度和浓度，在不同季节可使用不同浓度的抑尘剂，减少水资源的浪费；（2）本发明中所添加的大豆分离蛋白是一种表面活性剂，它既能降低水和油的表面张力，又能降低水和空气的表面张力，使抑尘剂可形成稳定的乳状液，由于大豆分离蛋白沿着它的肽链骨架，含有很多极性基团，所以具有吸水性、保水性和发泡性，并且分离蛋白的吸水能力强，几乎不受温度的影响，最高水分保持能力可达其质量的10倍以上，添加碳酸氢铵起到发泡作用，它可以分解产生二氧化碳和氨气，使抑尘剂稀释后喷雾能够形成泡沫，增大对空气中粉尘润湿和吸附，本发明添加的牛胆汁可提高抑尘剂的湿润度，降低水的表面张力，阻止水聚成水珠，降低挥发速率，玉米粉酶解氧化后，使其聚合度降低和侧链支链化产生氧化糊精，暴露出更多的活性位点与丙烯酸单体和丙烯酰胺接枝共聚，糊精中绝大部分的支链接枝丙烯酸后，呈现发散的三维网状空间结构，因而使氧化糊精拥有极好的吸水膨胀性能，吸水后膨胀的氧化糊精填充容量也得到提高，此外，氧化糊精暴露出的羟基等吸水性基团，构成的氢键作用力更大，有利于吸水后的保水，避免吸水过多后渗漏，本发明在氧化糊精中掺入的氯化钙可渗透在氧化糊精接枝产物的空间网络结构中，可提高氧化糊精的保水量，并且抑尘剂落在地面后氯化钙吸收二氧化碳可形成硬质的碳酸钙，可以控制粉尘的抑散，应用前景广阔。具体实施方式将100～120g铝土矿石放入装有70～80ml质量分数为40%的氢氧化钾溶液的三口烧瓶中，加热升温至100～110℃，保温反应直至矿石不再溶解，过滤去除滤渣，降温至室温后，向三口烧瓶加入30～40g白炭黑，以300～400r/min的转速搅拌混合1～2h，得到沸石凝胶；按重量份数计，将60～70份丙烯酰胺、4～5份n，n-二甲基聚丙烯酰胺、0.8～1.0份过硫酸铵依次加入80～90份沸石凝胶中，继续搅拌反应1～2h，得到最终混合凝胶，将最终混合凝胶转移至反应釜中，密封静置加热升温至120～150℃，晶化反应15～18h，自然冷却至室温后，过滤分离去除滤液得到改性沸石粉；按重量份数计，将70～80份粒径为80～100μm的硅藻土与水混合，得到固体质量含量为20～30%的硅藻土浆料，向硅藻土浆料中加入10～15份质量分数为25%的硫酸溶液和5～10份连二亚硫酸钠，酸浸反应10～15h得到酸浸硅藻土浆料；将上述酸浸硅藻土浆料过滤，分离得到滤渣，将滤渣用水洗涤至洗涤液呈中性后，放入设定温度为70～80℃的烘箱中，干燥4～5h，得到硅藻土粉末，将硅藻土粉、白炭黑、碳酸氢钠按质量比为10︰3︰1混合，放入煅烧炉中，加热升温至600～800℃，煅烧3～4h后，得到活化硅藻土，将活化硅藻土、牛胆汁、质量分数为0.5%的氯化钙溶液、玉米淀粉按质量比为4︰1︰10︰3混合分散得到混合浆料，备用；向三口烧瓶中加入6～8g丙烯酸，在氮气保护下，继续加热升温至55～60℃，引发30～35min，继续加入20～22g丙烯酰胺、18～20ml质量分数为0.1%的次氯酸钠溶液、0.8～1.0gα-淀粉酶，继续反应3～4h，得到接枝产物，将接枝产物放入烘箱中，加热升温至40～45℃，干燥4～5h，再于120～130℃条件下鼓风干燥3～4h，得到负载氧化糊精的保水剂；将上述负载氧化糊精的保水剂置于带有搅拌器的水浴锅中，向水浴锅中加入40～50ml蒸馏水，加热升温至40～45℃，启动搅拌器，以90～100r/min的转速搅拌20～25min，得到凝胶液，将20～25份质量分数为3%的大豆分离蛋白水乳液、60～70份凝胶液倒入反应釜中，搅拌分散后再向反应釜中加入5～10份质量分数为5%的透明质酸和20～25份备用的混合浆料，加热升温至50～55℃，搅拌过程加水控制反应釜中胶液粘度为200～300mpa·s，降温至室温后再添加10～15份碳酸氢铵，得到润湿型锁水抑尘剂。将100g铝土矿石放入装有70ml质量分数为40%的氢氧化钾溶液的三口烧瓶中，加热升温至100℃，保温反应直至矿石不再溶解，过滤去除滤渣，降温至室温后，向三口烧瓶加入30g白炭黑，以300r/min的转速搅拌混合1h，得到沸石凝胶；按重量份数计，将60份丙烯酰胺、4份n，n-二甲基聚丙烯酰胺、0.8份过硫酸铵依次加入80份沸石凝胶中，继续搅拌反应1h，得到最终混合凝胶，将最终混合凝胶转移至反应釜中，密封静置加热升温至120℃，晶化反应15h，自然冷却至室温后，过滤分离去除滤液得到改性沸石粉；按重量份数计，将70份粒径为80μm的硅藻土与水混合，得到固体质量含量为20%的硅藻土浆料，向硅藻土浆料中加入10份质量分数为25%的硫酸溶液和5份连二亚硫酸钠，酸浸反应10h得到酸浸硅藻土浆料；将上述酸浸硅藻土浆料过滤，分离得到滤渣，将滤渣用水洗涤至洗涤液呈中性后，放入设定温度为70℃的烘箱中，干燥4h，得到硅藻土粉末，将硅藻土粉、白炭黑、碳酸氢钠按质量比为10︰3︰1混合，放入煅烧炉中，加热升温至600℃，煅烧3h后，得到活化硅藻土，将活化硅藻土、牛胆汁、质量分数为0.5%的氯化钙溶液、玉米淀粉按质量比为4︰1︰10︰3混合分散得到混合浆料，备用；向三口烧瓶中加入6g丙烯酸，在氮气保护下，继续加热升温至55℃，引发30min，继续加入20g丙烯酰胺、18ml质量分数为0.1%的次氯酸钠溶液、0.8gα-淀粉酶，继续反应3h，得到接枝产物，将接枝产物放入烘箱中，加热升温至40℃，干燥4h，再于120℃条件下鼓风干燥3h，得到负载氧化糊精的保水剂；将上述负载氧化糊精的保水剂置于带有搅拌器的水浴锅中，向水浴锅中加入40ml蒸馏水，加热升温至40℃，启动搅拌器，以90r/min的转速搅拌20min，得到凝胶液，将20份质量分数为3%的大豆分离蛋白水乳液、60份凝胶液倒入反应釜中，搅拌分散后再向反应釜中加入5份质量分数为5%的透明质酸和20份备用的混合浆料，加热升温至50℃，搅拌过程加水控制反应釜中胶液粘度为200mpa·s，降温至室温后再添加10份碳酸氢铵，得到润湿型锁水抑尘剂。将110g铝土矿石放入装有75ml质量分数为40%的氢氧化钾溶液的三口烧瓶中，加热升温至105℃，保温反应直至矿石不再溶解，过滤去除滤渣，降温至室温后，向三口烧瓶加入35g白炭黑，以350r/min的转速搅拌混合1.5h，得到沸石凝胶；按重量份数计，将65份丙烯酰胺、4份n，n-二甲基聚丙烯酰胺、0.9份过硫酸铵依次加入85份沸石凝胶中，继续搅拌反应1.5h，得到最终混合凝胶，将最终混合凝胶转移至反应釜中，密封静置加热升温至135℃，晶化反应17h，自然冷却至室温后，过滤分离去除滤液得到改性沸石粉；按重量份数计，将75份粒径为90μm的硅藻土与水混合，得到固体质量含量为25%的硅藻土浆料，向硅藻土浆料中加入12份质量分数为25%的硫酸溶液和7份连二亚硫酸钠，酸浸反应12h得到酸浸硅藻土浆料；将上述酸浸硅藻土浆料过滤，分离得到滤渣，将滤渣用水洗涤至洗涤液呈中性后，放入设定温度为75℃的烘箱中，干燥4.5h，得到硅藻土粉末，将硅藻土粉、白炭黑、碳酸氢钠按质量比为10︰3︰1混合，放入煅烧炉中，加热升温至700℃，煅烧3.5h后，得到活化硅藻土，将活化硅藻土、牛胆汁、质量分数为0.5%的氯化钙溶液、玉米淀粉按质量比为4︰1︰10︰3混合分散得到混合浆料，备用；向三口烧瓶中加入7g丙烯酸，在氮气保护下，继续加热升温至57℃，引发32min，继续加入21g丙烯酰胺、19ml质量分数为0.1%的次氯酸钠溶液、0.9gα-淀粉酶，继续反应3.5h，得到接枝产物，将接枝产物放入烘箱中，加热升温至42℃，干燥4.5h，再于125℃条件下鼓风干燥3.5h，得到负载氧化糊精的保水剂；将上述负载氧化糊精的保水剂置于带有搅拌器的水浴锅中，向水浴锅中加入45ml蒸馏水，加热升温至42℃，启动搅拌器，以95r/min的转速搅拌22min，得到凝胶液，将22份质量分数为3%的大豆分离蛋白水乳液、65份凝胶液倒入反应釜中，搅拌分散后再向反应釜中加入7份质量分数为5%的透明质酸和22份备用的混合浆料，加热升温至52℃，搅拌过程加水控制反应釜中胶液粘度为250mpa·s，降温至室温后再添加12份碳酸氢铵，得到润湿型锁水抑尘剂。将120g铝土矿石放入装有80ml质量分数为40%的氢氧化钾溶液的三口烧瓶中，加热升温至110℃，保温反应直至矿石不再溶解，过滤去除滤渣，降温至室温后，向三口烧瓶加入40g白炭黑，以400r/min的转速搅拌混合2h，得到沸石凝胶；按重量份数计，将70份丙烯酰胺、5份n，n-二甲基聚丙烯酰胺、1.0份过硫酸铵依次加入90份沸石凝胶中，继续搅拌反应2h，得到最终混合凝胶，将最终混合凝胶转移至反应釜中，密封静置加热升温至150℃，晶化反应18h，自然冷却至室温后，过滤分离去除滤液得到改性沸石粉；按重量份数计，将80份粒径为100μm的硅藻土与水混合，得到固体质量含量为30%的硅藻土浆料，向硅藻土浆料中加入15份质量分数为25%的硫酸溶液和10份连二亚硫酸钠，酸浸反应15h得到酸浸硅藻土浆料；将上述酸浸硅藻土浆料过滤，分离得到滤渣，将滤渣用水洗涤至洗涤液呈中性后，放入设定温度为80℃的烘箱中，干燥5h，得到硅藻土粉末，将硅藻土粉、白炭黑、碳酸氢钠按质量比为10︰3︰1混合，放入煅烧炉中，加热升温至800℃，煅烧4h后，得到活化硅藻土，将活化硅藻土、牛胆汁、质量分数为0.5%的氯化钙溶液、玉米淀粉按质量比为4︰1︰10︰3混合分散得到混合浆料，备用；向三口烧瓶中加入8g丙烯酸，在氮气保护下，继续加热升温至60℃，引发35min，继续加入22g丙烯酰胺、20ml质量分数为0.1%的次氯酸钠溶液、1.0gα-淀粉酶，继续反应4h，得到接枝产物，将接枝产物放入烘箱中，加热升温至45℃，干燥5h，再于130℃条件下鼓风干燥4h，得到负载氧化糊精的保水剂；将上述负载氧化糊精的保水剂置于带有搅拌器的水浴锅中，向水浴锅中加入50ml蒸馏水，加热升温至45℃，启动搅拌器，以100r/min的转速搅拌25min，得到凝胶液，将25份质量分数为3%的大豆分离蛋白水乳液、70份凝胶液倒入反应釜中，搅拌分散后再向反应釜中加入10份质量分数为5%的透明质酸和25份备用的混合浆料，加热升温至55℃，搅拌过程加水控制反应釜中胶液粘度为300mpa·s，降温至室温后再添加15份碳酸氢铵，得到润湿型锁水抑尘剂。对比例以北京某公司生产的润湿型锁水抑尘剂作为对比例对本发明制得的润湿型锁水抑尘剂和对比例中的润湿型锁水抑尘剂进行性能检测，检测结果如表1所示：测试方法：抑尘效果测试：将实例1～3和对比例中的抑尘剂用于煤码头货场进行初步应用，该货场具有煤炭储运数量大、存储时间短（一般3～5天）、周转快的特点，测得有效抑尘期、抑尘率及治理后空气污染指数（api）。空气污染指数api测试按空气质量标准gb：3095的标准进行检测。吸水倍率测试：将实例1～3和对比例中的抑尘剂分别置于去离子水中浸泡24h使其充分吸收去离子水至饱和，称量抑尘剂吸水前后的质量，计算其吸水倍率（吸水前后煤炭抑尘剂的质量差值与吸水前煤炭抑尘剂的质量之比）。失水率测试：分别将吸收去离子水至饱和的实例1～3和对比例中的抑尘剂搅拌均匀，得到去离子水饱和后的抑尘剂，然后将去离子水饱和后的抑尘剂均匀喷洒于事先铺好的煤粉上，单位面积煤粉上去离子水饱和后的抑尘剂的喷洒量为1kg/m2，将喷洒抑尘剂后的煤粉置于温度为30℃的烘箱中干燥5h，称量喷洒抑尘剂的煤粉干燥前和干燥5h后的质量，计算其失水率（干燥前后煤粉质量的差值与干燥前煤粉质量之比）。表1抑尘剂性能测定结果测试项目实例1实例2实例3对比例有效抑尘期（天）6672抑尘率（%）94949562api指数19191832吸水倍率（%）346348350210失水率（%）12.512.312.130.2注：api值小于32时，为可接受水平，对人体健康影响不明显；达到50时，可使慢性呼吸道疾病患者症状加剧；达到100时，对心脏病和呼吸道疾病患者有严重威胁，对健康者也有轻度影响；50～75时，应发出警告并须采取减轻污染的措施。根据上述中数据可知本发明的润湿型锁水抑尘剂有效抑尘期达到7天，洒水频率低，抑尘率≥94%，具有很好的抑尘效果，治理后空气污染指数api低，对人体无伤害，吸水效果极佳，吸水倍率均达到340以上，能够保证抑尘剂具有理想的抑尘效果，5h失水率均低于20％，具有保湿时间长，水分蒸发慢，保水效果好的优点，具有广阔的应用前景。当前第1页12