一種可生物降解抑塵劑及其製備方法和使用方法與流程

2023-11-01 02:33:57 2

1.本發明涉及降塵領域，具體涉及一種可生物降解抑塵劑及其製備方法和使用方法。


背景技術：

2.煤炭及各類金屬、非金屬採礦區、礦物粉渣堆料場、煤炭及礦粉運輸、礦物土方儲存卸載場、建築物拆除、在建道路沿線、火電廠、水泥廠、鋼鐵廠、冶金廠、粉塵車間、人工沙灘和沙漠化地區等場所每天都會產生大量的塵土，隨著社會發展不斷加快和經濟規模持續增加，環境空氣品質問題日益突出。揚塵汙染危害周邊環境，嚴重影響正常的生產秩序和生活質量。可吸入顆粒物pm10和細顆粒物pm2.5容易富集重金屬離子、有機氧化物、細菌和病毒，對人體危害極大。
3.灑水抑塵是最常用的抑塵方法，簡單易行，但因水的表面張力高，細顆粒物不易潤溼，降塵效率不足30％，資源利用率低下。例如在乾旱或夏季炎熱季節，由於水的蒸發性較強，一般噴灑一次只能保持半小時左右，頻繁地灑水耗費大量的工業用水，抑塵效果持續時間短，且造成水資源浪費。對於交通量較大的路面，路面又常因得不到及時養護而易遭損壞，造成表面積塵不均，灑水降塵，還可能使路況進一步惡化。另外，在冬季零下氣溫條件下，灑水方法因能造成路面冰凍而不能使用。而每天撒防凍液，進一步增加成本。
4.中國專利cn111690091a公開了一種環保型抑塵劑的配方、製備方法及其應用方法，其中配方組分按照質量百分比包括：6％～12％的澱粉、5％～10％的丙烯酸、1％～3％的鹼性物質、1％～2％的尿素、0.04％～0.10％的引發劑和0.04％～0.07％的交聯劑，餘量為水。雖然本發明在效果、性能穩定上有一定的提高，但是，噴灑後所形成結皮吸水性和保水性欠缺，隨水份揮發會變得比較脆硬，乾燥後形成結皮由於自身張力產生反卷，開裂，當風大時造成二次揚塵，失去抑塵作用。噴灑量越多，現象越明顯。
5.中國專利cn201911225611.5提供了一種複合抑塵劑，配方包括一定比例的高吸水性樹脂、聚乙烯醇水溶液、羧甲基纖維素鈉、表面活性劑、助劑和水。該複合抑塵劑雖然對粉塵的潤溼性好，無冒泡，且成膜性好，無裂縫，抑塵效果好，且成本較低，所採用吸水性樹脂很難被微生物所降解，必然會造成二次汙染。所選助劑含有對生物，動植物有害的化學品，如乙二醇，氯仿，甲醯胺，三聚氰胺磷酸鹽，磷酸胍，聚磷酸銨、多聚磷酸銨等，對作業人員的健康也會帶來潛在的危害。不符合科技環保，環境友好的可持續發展大趨勢。
6.因此，現有技術亟待改進。


技術實現要素：

7.針對現有技術中的技術問題，提出一種可生物降解抑塵劑，這種抑塵劑可以對乾燥塵土進行浸潤，捕獲，使之團聚沉降，而且灰塵沉降後，形成具有高韌性的封土膜，在道路表面形成具有一定強度和韌性的能抵抗車輛輪胎碾壓的牢固結皮，不易產生二度揚塵。
8.本發明提供的技術方案為：
9.一種可生物降解抑塵劑，主要由以下重量份原料製備而成：聚碳酸亞丙酯多元醇32-40份，光引發劑0.3-0.5份，衣康酸1-3份，去離子水53-57份，分散劑1-3份，中和劑0.6-1.4份，潤溼劑0.5-1.5份，吸溼劑1-3份。
10.具體的，本發明的可生物降解抑塵劑含有分散劑，潤溼劑和吸溼劑等成份，通過噴灑方式形成大量具有低表面能液滴，與空氣中塵土顆粒通過布朗運動的無規則碰撞，對乾燥塵土進行浸潤，捕獲，團聚，降低其運動熵，加快其沉降速度。由於聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸鹽對無機顆粒具有非常強的吸附能力，灰塵表面具有極性，或帶有靜電，聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸鹽為雙羧酸鹽，對極性表面具有很強吸附性，對無機顆粒具有非常強的吸附能力。能夠提高誘發塵土團聚，灰塵的密度，降低表面能，提高塵土沉降速度。灰塵沉降後，形成具有高韌性的封土膜，在道路表面形成具有一定強度和韌性的能抵抗車輛輪胎碾壓的牢固結皮。吸溼劑在一定的時間內吸收空氣中的水份，與潤溼劑協同作用，使降落的塵土所形成的結皮表面具有高於周圍環境的溼度，有利於吸附降落稍慢的細小揚塵，不易產生二度揚塵。聚碳酸亞丙酯多元醇接枝衣康酸在環境酸鹼度和微生物作用下逐漸發生部分分解，形成同樣具有吸溼性的丙二醇，對經過一定使用時間逐漸損失的吸溼劑進行補充，發揮長效抑塵作用。
11.在上述技術方案基礎上，所述聚碳酸亞丙酯多元醇購自宜興市興寧化工科技有限公司，是以二氧化碳、環氧丙烷作為原料，通過共聚製備而成；所述聚碳酸亞丙酯多元醇的分子量為2000-4000，羥值30-60mg koh/g，水份質量含量《0.5％，ph值為6-7，粘度在40℃下為2500-3500mpa.s。在此分子量和粘度下，容易進行接枝化反應。
12.在上述技術方案基礎上，所述光引發劑為二苯甲酮、硫雜蒽酮、2-乙基蒽醌中的一種或多種。
13.在上述技術方案基礎上，所述衣康酸為通過發酵法主要以澱粉、蔗糖、糖蜜、木屑、稻草等天然生物質為原料，用糖類做培養基，以天然菌種發酵而得的生物基來源衣康酸，純度≧99.6％，熔點166-168℃。在此條件下，所得產物水溶性好。
14.在上述技術方案基礎上，所述分散劑為木質素磺酸鈉、羥甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的一種或多種。
15.在上述技術方案基礎上，所述中和劑為碳酸氫鈉、碳酸氫鎂、碳酸氫鈣、碳酸氫鉀、碳酸氫鍶、碳酸氫銫、碳酸氫鋇中的一種或者任意兩種組合。
16.在上述技術方案基礎上，所述潤溼劑為聚乙烯醇、聚丙烯醯胺中的一種或兩種。
17.在上述技術方案基礎上，所述吸溼劑為甘油、二乙二醇、二乙醇胺中的一種或多種。
18.在上述技術方案基礎上，所述去離子水電導率《0.5us/cm。
19.基於同一個發明構思，本發明提供了一種可生物降解抑塵劑的製備方法，包括以下步驟：
20.步驟一，將相應份數的分散劑以及去離子水混合，用玻璃棒攪拌溶解製得分散劑溶液；
21.步驟二，將聚碳酸亞丙酯多元醇，光引發劑，衣康素酸加入帶攪拌的光反應器，氮氣置換空氣後，在led燈365nm紫外光下，在70-80℃下攪拌反應25-35分鐘進行接枝化，形成聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸；
22.步驟三，將步驟二所得接枝化化後聚合物轉入反應釜中，控制溫度20-30℃，在200-300rpm高速攪拌下加入步驟一所得分散劑溶液，分散均勻；緩慢加入中和劑，製得聚碳酸亞丙酯多元醇接枝衣康酸鹽水溶液；
23.步驟四，依次加入潤溼劑和吸溼劑，室溫攪拌24小時混合均勻即製得可生物降解抑塵劑。
24.基於同一個發明構思，本發明還提供了一種可生物降解抑塵劑的使用方法，將所述生物降解抑塵劑稀釋10-15倍後，對揚塵路面或工地進行噴散，用量為0.5公斤/平方米；根據揚塵層厚度可酌量添加至1公斤，秋冬季節可適當增加20-50％噴灑量。
25.本發明提供的技術方案產生的有益效果在於：
26.1、本發明提供的一種可生物降解抑塵劑具有高吸水性，噴灑於揚塵路面，通過吸溼劑，潤溼劑和聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸鹽的協同作用，在路面形成一層兼具韌性和強度的固化結皮層，具有高韌性和抗壓強度，能夠承受車輛的碾壓和風力作用。
27.2、本發明提供的一種可生物降解抑塵劑的製備方法，工藝簡單，無腐蝕、不會造成二次汙染、可生物降解，能夠有效的減少粉塵對行人和車輛的危害。
28.3、本發明所採用聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸鹽、聚乙烯醇、聚丙烯醯胺、纖維素類分散劑等最終降解成份為二氧化碳和水份，具有良好的環保意義和社會價值。
具體實施方式
29.下面將結合本發明實施例中的內容，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
30.除非另有定義，本說明書所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是用於限制本發明。本說明書所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。需要理解的是，如無特別說明，本發明中的各種原料均可以通過市售得到。
31.實施例1
32.本實施例的一種可生物降解抑塵劑，主要由以下重量份原料製備而成：聚碳酸亞丙酯多元醇40份，二苯甲酮0.4份，衣康酸1份，碳酸氫鎂0.6份，聚乙烯醇1份，二乙醇胺1份，木質素磺酸鈉1份，去離子水55份。
33.本實施例的一種可生物降解抑塵劑製備方法，包括以下步驟：
34.步驟一，將1份木質素磺酸鈉加至55份去離子水中，用玻璃棒攪拌溶解製得木質素磺酸鈉溶液；
35.步驟二，聚碳酸亞丙酯多元醇40份，二苯甲酮0.4份，衣康酸1份加入帶攪拌的光反應器(光反應器來源於德國ekato集團)，氮氣置換空氣後，在led燈365nm紫外光下，在75℃下攪拌反應30分鐘進行接枝化，形成聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸；
36.步驟三，將步驟二聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸轉入反應釜中，控制溫度25℃，250rpm高速攪拌下加入由步驟一所得木質素磺酸鈉溶液，分散均勻；緩慢加入碳酸氫鎂0.6份，制
得聚碳酸亞丙酯多元醇接枝衣康酸鎂溶液；
37.步驟四，依次加入聚乙烯醇1份和二乙醇胺1份，室溫攪拌24小時混合均勻即製得可生物降解抑塵劑。
38.實施例2
39.本實施例的一種可生物降解抑塵劑，主要由以下重量份原料製備而成：聚碳酸亞丙酯多元醇32份，硫雜蒽酮0.5份，衣康酸3份，碳酸氫鈉1份，聚丙烯醯胺1.5份，二乙二醇3份，羥甲基纖維素2份，去離子水57份。
40.本實施例的一種可生物降解抑塵劑製備方法，包括以下步驟：
41.步驟一，將2份羥甲基纖維素加至57份去離子水中，用玻璃棒攪拌溶解製得羥甲基纖維素溶液；
42.步驟二，聚碳酸亞丙酯多元醇32份，硫雜蒽酮0.5份，衣康酸3份加入帶攪拌的光反應器(光反應器來源於德國ekato集團)，氮氣置換空氣後，在led燈365nm紫外光下，在70℃下攪拌反應35分鐘進行接枝化，形成聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸；
43.步驟三，將步驟二所得聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸轉入反應釜中，控制溫度20℃，200rpm高速攪拌下加入步驟一所得羥甲基纖維素溶液，分散均勻；緩慢加入碳酸氫鈉1份，製得聚碳酸亞丙酯多元醇接枝衣康酸鹽水溶液；
44.步驟四，依次加入聚丙烯醯胺1.5份和二乙二醇3份，室溫攪拌24小時混合均勻即製得可生物降解抑塵劑。
45.實施例3
46.本實施例的一種可生物降解抑塵劑，主要由以下重量份原料製備而成：聚碳酸亞丙酯多元醇37份，2-乙基蒽醌0.3份，衣康酸2份，碳酸氫鈣1.4份，聚乙烯醇0.5份，聚丙烯醯胺0.8份，甘油2份，羥丙基甲基纖維素3份，去離子水53份。
47.本實施例的一種可生物降解抑塵劑製備方法，包括以下步驟：
48.步驟一，將3份羥丙基甲基纖維素加至53份去離子水中，用玻璃棒攪拌溶解製得羥丙基甲基纖維素溶液；
49.步驟二，聚碳酸亞丙酯多元醇37份，2-乙基蒽醌0.3份，衣康酸2份加入帶攪拌的光反應器(光反應器來源於德國ekato集團)，氮氣置換空氣後，在led燈365nm紫外光下，在80℃下攪拌反應25分鐘進行接枝化，形成聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸；
50.步驟三，將步驟二所得聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸轉入反應釜中，控制溫度30℃，300rpm高速攪拌下加入步驟一所得羥丙基甲基纖維素溶液，分散均勻；緩慢加入碳酸氫鈣1.4份，製得聚碳酸亞丙酯多元醇接枝衣康酸鈣溶液；
51.步驟四，依次加入聚乙烯醇0.5份，聚丙烯醯胺0.8份和甘油2份，室溫攪拌24小時混合均勻即製得可生物降解抑塵劑。
52.實施例4
53.本實施例的一種可生物降解抑塵劑，主要由以下重量份原料製備而成：聚碳酸亞丙酯多元醇36份，二苯甲酮0.5份，衣康酸1份，碳酸氫鋇1份，聚乙烯醇1份，聚丙烯醯胺0.5份，二乙醇胺1份，甘油1份，羥丙基甲基纖維素2份，去離子水57份。
54.本實施例的一種可生物降解抑塵劑製備方法，包括以下步驟：
55.步驟一，將2份羥丙基甲基纖維素加至57份去離子水中，用玻璃棒攪拌溶解製得羥
丙基甲基纖維素溶液；
56.步驟二，聚碳酸亞丙酯多元醇36份，二苯甲酮0.5份，衣康酸1份加入帶攪拌的光反應器(光反應器來源於德國ekato集團)，氮氣置換空氣後，在led燈365nm紫外光下，在70℃下攪拌反應25分鐘進行接枝化，形成聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸；
57.步驟三，將步驟二所得聚碳酸亞丙酯接枝衣康酸轉入反應釜中，控制溫度25℃，300rpm高速攪拌下加入步驟一所得羥丙基甲基纖維素溶液，分散均勻；緩慢加入碳酸氫鋇1份，製得聚碳酸亞丙酯多元醇接枝衣康酸鋇溶液；
58.步驟四，依次加入聚乙烯醇1份，聚丙烯醯胺0.5份和二乙醇胺1份，甘油1份，室溫攪拌24小時混合均勻即製得可生物降解抑塵劑。
59.對比例1
60.本對比例的一種抑塵劑，主要由以下重量份原料製備而成：聚丙二醇32份，硫雜蒽酮0.5份，衣康酸3份，碳酸氫鈉1份，聚丙烯醯胺1.5份，二乙二醇3份，羥甲基纖維素2份，去離子水57份。
61.本對比例的一種抑塵劑製備方法，包括以下步驟：
62.步驟一，將2份羥甲基纖維素加至57份去離子水中，用玻璃棒攪拌溶解製得羥甲基纖維素溶液；
63.步驟二，聚丙二醇32份，硫雜蒽酮0.5份，衣康酸3份加入帶攪拌的光反應器(光反應器來源於德國ekato集團)，氮氣置換空氣後，在led燈365nm紫外光下，在70℃下攪拌反應35分鐘進行接枝化，形成聚丙二醇酯接枝衣康酸；
64.步驟三，將步驟二所得聚丙二醇酯接枝衣康酸轉入反應釜中，控制溫度20℃，200rpm高速攪拌下加入步驟一所得羥甲基纖維素溶液，分散均勻；緩慢加入碳酸氫鈉1份，製得聚丙二醇酯接枝衣康酸鹽水溶液；
65.步驟四，依次加入聚丙烯醯胺1.5份和二乙二醇3份，室溫攪拌24小時混合均勻即製得抑塵劑。
66.對比例2
67.本對比例選擇某市售ts-106環保抑塵劑，主要成分為氯化鈣和水玻璃，含量》99％，ph為6-8，粘度在25℃時為500-1000mpa
·
s。
68.實驗結果及性能分析
69.1.成膜性測試
70.成膜性，是衡量噴灑抑塵劑溶液或其它液體之後粉體(如：土、粉煤等)表面固結成膜能力的性能指標；噴灑抑塵劑溶液或其它液體之後，如果粉體表面能夠固結成膜形成塊體，有效避免二次揚塵，則表示該溶液或液體的成膜性為優；如果粉體表面仍然是鬆散的，則表示該溶液或液體的成膜性為差；如果粉體表面能夠固結成膜形成塊體，但還有少量粉體仍是鬆散的，表示該溶液或液體的成膜性為良。
71.本發明採用以下方法進行測試：
72.土樣預處理：選取10目及以下的土樣，50℃下烘乾300min，除去水分，放入乾燥器備用。
73.測試方法：稱取一定質量的上述土樣(已預處理)平鋪在培養皿中，然後將一定量的抑塵劑溶液均勻噴灑到土樣表面，待其滲透入到土樣中後，將培養皿放入40℃的恆溫幹
燥箱中乾燥，每隔兩個小時稱量一次培養皿的質量，根據下述公式(1)計算樣品的保溼率：
[0074][0075]
其中，
[0076]
η為保溼率，％；
[0077]
m為未滴加抑塵劑溶液時培養皿的質量，g；
[0078]
m0為滴加抑塵劑溶液後培養皿的質量，g；
[0079]
mi為烘乾至第i小時培養皿的質量，g；
[0080]
本發明中，以i＝6作為保溼率的測試評價結果。
[0081]
通過上述方法，分別測試本發明實施例1-4以及對比例1-2的抑塵劑原液用水稀釋15倍的保溼性能，並同時考察噴灑抑塵劑溶液之后土樣表面的成膜性。
[0082]
表1實施例1-4及對比例1-2保溼率和成模性測試結果
[0083]
測試項目保溼率(％)成膜性實施例130.4優實施例228.9優實施例327.3優實施例426.9優對比例116.7差對比例220.3良
[0084]
由表1數據可以看出，本發明的抑塵劑，按照抑塵劑原液用水稀釋15倍使用，抑塵劑具有優異的保溼性，能夠快速成膜而且成膜性能好，且實施例1-4的性能遠遠優於對比例1-2。
[0085]
2.抑塵效率測試
[0086]
根據標準《t/caepi 7-2017水溶性道路抑塵劑》附錄a-抑塵效率的測試方法，分別測試本發明實施例1-4以及對比例1-2所得抑塵劑原液用水稀釋15倍，噴灑量(2l/m2)後的抑塵效率，每個樣品進行三次試驗，分別求得平均pm
2.5
抑塵效率(％)、pm
10
抑塵效率(％)。此外將實施例1-4以及對比例1-2所得抑塵劑原液用水稀釋15倍後在實驗框(規格1.2m
×
1.2m)內的空曠土壤表面噴灑，待土壤表面乾燥後5h，採用可攜式風洞(pi-swerl)對比測試抑塵劑和水對土壤風蝕揚塵控制效率，測試實施例1-4以及對比例1-2的抑塵劑原液用水稀釋15倍後能夠抵禦的最大風力，結果見表2。
[0087]
表2實施例1-4及對比例1-2pm
2.5
抑塵效率、pm
10
抑塵效率和能夠抵禦最大風力測試結果
[0088] pm
2.5
抑塵效率(％)pm
10
抑塵效率(％)能夠抵禦最大風力實施例193.2287.638級實施例291.4885.218級實施例390.7984.628級實施例489.4581.887級對比例178.5677.545級對比例283.2580.826級
(對照)水62.4560.293級
[0089]
由表2的數據可以看出，本發明實施例1-4製備的抑塵劑和對比例1-2的抑塵劑，按照抑塵劑原液用水稀釋15倍使用，實施例1-4的pm
2.5
抑塵效率89.45-93.22％，pm
10
抑塵效率81.88-87.63％，且均能抵禦7-8級的最大風力，其抑塵性能明顯優於對比例1-2，說明本實施例1-4的各個原料的配方組合，相互協調作用，能夠顯著改善抑塵劑的抑塵效果。綜合保溼性能、成膜性能和抑塵性能，實施例1綜合性能最優。通過實施例1-4和對比例1可以說明，聚碳酸亞丙酯多元醇加入量過小或過大，對抑塵劑的吸溼性和抑塵效果具有一定程度的影響；聚碳酸亞丙酯多元醇用量過小，其對粉塵吸附的作用發揮不到最大，用量過大，導致成本高，性能過剩，因此聚碳酸亞丙酯多元醇重量份數選擇32-40份，優選的，聚碳酸亞丙酯多元醇為40份，此時，效果最優。
[0090]
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點，對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。
[0091]
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。