一种锅炉除烟降尘剂及其制备方法与流程

本发明涉及除烟降尘，特别涉及一种锅炉除烟降尘剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业的快速发展，锅炉在工业领域中的应用越来越广泛，但是锅炉在燃烧过程中会产生大量的烟尘，锅炉烟尘的种类很多，包括煤灰、飞灰、烟灰、焦炭等。这些烟尘的粒径从几微米到几百微米不等，具有较高的比表面积和热值，如果未经处理直接排放，会对空气质量、土壤和水体造成严重污染。此外，锅炉烟尘中还含有大量的有害物质，如含硫和含氮有机质烟尘等，如果长期暴露在这种环境中，会对人类健康产生不良影响，如引发呼吸系统疾病、心血管疾病等。因此，如何有效地降低锅炉烟气中的粉尘和有害物质成为了一个亟待解决的问题。

2、国内外目前主要采取喷雾降尘、除尘器除尘、通风除尘和化学抑尘等措施，但这些方法普遍存在着降尘效果不明显，归结其原因主要是降尘剂吸附能力较差，性能不理想。因此大量研究人员对降尘剂展开了一系列的研究，例如cn111234780b“一种降尘剂及其制备方法”通过在水中添加适当比例的起泡剂、粉尘捕收剂与粉尘固化剂制备得到一种降尘剂，其在喷洒过程中可形成诸多微小气泡，提升降尘效率，强化了气泡对粉尘颗粒的粘附力，同时使得粉尘颗粒成互相连接，形成具有一定强度的整体结构，有效防止了二次扬尘。此方法虽然能够吸附大量的固体粉尘，但是目前锅炉的使用广泛，在一些特定工厂中的锅炉会产生大量的有机质烟尘，仍然会对环境和人体造成不可逆的危害。

3、又如cn103301735b“一种中小型锅炉用烟气脱硫除尘剂”是先将蛭石、硅藻土，混合均匀，再加入镁络合8-羟基喹啉和碱化海水混合物干燥粉混合均匀，静置，最后拌入vc氧化物，此方法烟气脱硫除尘剂相对于普通的市售脱硫剂或自行搜集的脱硫剂,用量小，效率高。但此方法在使用之前还需要对烟尘进行一次降尘，而且在合成过程中使用大量的固体成分，后期处理容易造成二次污染的问题。

4、因此，开发一种环保，吸附能力强，能够同时去除有机质和无机质烟尘的除烟降尘剂迫在眉睫。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种锅炉除烟降尘剂及其制备方法，该除烟降尘剂结合喷雾、静电和粘结团聚协同作用吸附锅炉废气中的无机质和有机质烟尘，并且不受环境温度影响，无二次污染。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种锅炉除烟降尘剂，所述的锅炉除烟降尘剂按照重量百分比包括以下原料：表面活性剂4-6％、起泡剂0.5-0.7％、保水剂0.2-0.6％和水性改性树脂6-8％，其余为水；

4、所述水性改性树脂结构为：

5、

6、其中，a、b、c和d为大于0的整数，且1.5c＞b+d＞c；所述水性改性树脂的分子量为3000-14000；式中为重复结构单元。

7、常规的喷雾式除尘在使用过程中除尘效果较差，原因是喷雾除尘过程中，水雾较小，除尘效果不明显，且在高温环境下易挥发，低温环境下易凝结，申请人通过采用表面活性剂、起泡剂和保水剂协同作用，解决了上述缺点，此外添加了一种水性改性树脂，使除烟降尘剂能够吸附大量的无机质和有机质烟尘。

8、在一些实施方式中，所述表面活性剂由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂混合而成，且两者质量比为(1.8-2.2)：1。

9、优选的，所述表面活性剂由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂混合而成，且两者质量比为2：1。

10、在一些实施方式中，所述阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

11、优选的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，分子量为326-398；所述脂肪醇聚氧乙烯醚分子量为451-1067；本技术不对阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的来源做特殊限定，包含但不仅限于山东登诺新材料科技有限公司。

12、申请人发现，阳离子表面活性剂虽然使用较为广泛，但其去污能力差、起泡性差、刺激性大和成本高等缺点，不能够适用于锅炉除烟降尘剂中，阴离子表面活性剂合成技术较为成熟，种类较多，具有极好的去污能力、起泡性、润湿性和分散性，能够很好的应用在除烟降尘剂中；此外，阴离子表面活性剂和非离子表面活性基的配比方式不同，能够带来不同的作用效果。本发明采用特定配比的阴离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚，一方面能够增强除烟降尘剂的润滑性，使除烟降尘剂在后续喷洒完毕后，不沾黏设备，有效防止设备腐蚀，另一方面能够降低各组分的表面张力，提高除烟降尘剂的负载吸附能力，再一方面阴离子表面活性剂能够使除烟降尘剂带有大量的电荷，能够与锅炉废气中的正电荷烟尘发生静电效应，互相吸引团聚，粘接在一起，有利于提高除烟降尘剂在吸附烟尘后团聚更加紧密，利于快速沉降。

13、在一些实施方式中，所述水性改性树脂制备方法包括如下步骤：

14、s1、将单体丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸十八烷基酯加入到溶剂中搅拌，充入氮气，逐滴加入引发剂，加热搅拌得到自由基聚合的预聚物；

15、s2、向步骤s1得到的自由聚合的预聚物中加入二乙烯苯，加热搅拌得到水性树脂粗品；

16、s3、向步骤s2得到的水性树脂粗品中加入n,n-二甲基二丙烯三胺，加热搅拌得到水性改性树脂粗品；

17、s4、将步骤s3得到的水性改性树脂粗品用乙醚和乙醇洗涤，干燥后得到水性改性树脂。

18、优选的，所述水性改性树脂制备方法包括如下步骤：

19、s1、将单体丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸十八烷基酯加入到溶剂中搅拌，充入氮气，逐滴加入引发剂，滴加速率为11-15克/分钟，加热至60-80℃下搅拌6-9小时得到自由基聚合的预聚物；

20、s2、向步骤s1得到的自由聚合的预聚物中加入二乙烯苯，升温至90-110℃搅拌12-24小时得到水性树脂粗品；

21、s3、向步骤s2得到的水性树脂粗品中加入n,n-二甲基二丙烯三胺，在90-110℃下搅拌20-23小时得到水性改性树脂粗品；

22、s4、将步骤s3得到的水性改性树脂粗品用质量比为1：1乙醚和乙醇混合溶液洗涤4-6次，90-110℃下干燥10-14小时后得到水性改性树脂。

23、在一些实施方式中，所述丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸十八烷基酯的摩尔比为1：2：(0.7-0.9)。

24、优选的，所述丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸十八烷基酯的摩尔比为1：2：0.8。

25、本技术通过特定摩尔比的丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸十八烷基酯，来控制水性改性树脂中a+b与c的大小，使水性改性树脂的亲水性和疏水性达到平衡。更具体为，由于丙烯酸含有亲水官能团羧基，苯乙烯含有疏水官能团苯基，甲基丙烯酸十八烷基酯含有疏水官能团c18和亲水官能团酯基，水性树脂的亲水性和疏水性的强弱均影响其在水中的稳定性，而通过控制单体的配比能够使预聚物中的各个亲水基和疏水基的比例达到平衡，从而使水性改性树脂在除烟降尘剂中发挥最大的吸附能力。

26、在一些实施方式中，所述步骤s1中的溶剂为甲苯、丙酮和丁醇中的一种或几种。

27、优选的，所述步骤s1中的溶剂为甲苯。

28、在一些实施方式中，所述步骤s1中的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯或过氧化二苯甲酰。

29、优选的，所述步骤s1中的引发剂为过氧化二苯甲酰。

30、在一些实施方式中，所述步骤s1中溶剂的添加量是单体总质量的4-7倍体积。

31、优选的，所述步骤s1中溶剂的添加量是单体总质量的5倍体积。

32、在一些实施方式中，所述步骤s1中引发剂的添加量是单体总质量的0.4-1％。

33、优选的，所述步骤s1中引发剂的添加量是单体总质量的0.7％。

34、申请人发现，当引发剂用量过少时，反应体系中的引发剂浓度很低，链引发反应很难进行，导致单体反应不完全，最终残留大量的单体；当引发剂用量过多时，会产生更多的自由基，使体系更早的停止了聚合反应，合成的聚合物分子量偏小，导致除烟降尘剂使用过程中吸附性能下降。

35、在一些实施方式中，所述步骤s2中二乙烯苯的添加量是单体总质量的3-8％。

36、优选的，所述步骤s2中二乙烯苯添加量是单体总质量的6％。

37、本技术采用特定配比的二乙烯苯和单体，能够使除烟降尘剂吸附性能和稳定性得到提高，其原因为，二乙烯苯能够使聚合物形成三维网状结构，二乙烯苯占比过多会使聚合物结构过于紧密，导致除烟降尘剂无法柔韧的包裹颗粒灰尘；二乙烯苯占比过低会使聚合物形成网状三维结构的部分减少，甚至无法形成三维网状结构，导致除烟降尘剂在高温下的除尘性能下降。

38、在一些实施方式中，所述步骤s3中n,n-二甲基二丙烯三胺与丙烯酸的摩尔比为(1.3-1.7)：1。

39、优选的，所述步骤s3中n,n-二甲基二丙烯三胺与丙烯酸的摩尔比为1.5：1。

40、未改性之前的水性树脂仅能够将锅炉烟尘中的碱性有机质烟尘吸附，而锅炉排放的废气中，酸性有机质烟尘占比较高，本技术用特定的n,n-二甲基二丙烯三胺对水性树脂进行改性，增加了水性改性树脂中氨基的含量，能够大大提升除烟降尘剂吸附酸性有机质烟尘的能力。

41、在一些实施方式中，所述起泡剂为十二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基硫酸钠；所述保水剂为氯化钠和/或氯化钙。

42、本发明另一方面提供了一种锅炉除烟降尘剂的制备方法，包括如下步骤：将表面活性剂、起泡剂、保水剂和水性改性树脂加入到水中，搅拌均匀即得。

43、本发明与现有技术相比，有益效果如下：

44、(1)本发明通过表面活性剂、保水剂、起泡剂和水性改性树脂混合协同作用，实现了喷雾、静电和粘结团聚多种除尘方式结合，能够将锅炉废气中的无机质和有机质烟尘吸附，并使除烟降尘剂在高温或低温环境中使用更稳定，能够长时间包裹颗粒物。

45、(2)本发明采用特定配比的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，提高除烟降尘剂的负载吸附能力；使除烟降尘剂在后续喷洒完毕后，不沾黏和腐蚀设备；利用静电吸附效应使烟尘互相吸引团聚，粘接在一起。

46、(3)本发明采用特定摩尔比的丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸十八烷基酯作为单体，同时结合引发剂和二乙烯苯合成水性树脂，该方法合成的水性树脂一方面具有较好的亲水性和疏水性，同时能够包裹固体颗粒物，另一方面能够形成三维网状结构，增强水性树脂的力学性能和耐水性，从而使除烟降尘剂使用过程中更稳定；进一步加入n,n-二甲基二丙烯三胺对水性树脂进行改性，增加了水性树脂中的氨基含量，与酯基协同作用使除烟降尘剂能够很好的吸附有机碱性和酸性气体。