朱開金，朱鵬宇，譚俊華，趙彥亮，劉 菲，高建金

(1.太原工業學院，山西 太原 030008； 2.江蘇理工學院化工與環境學院，江蘇 常州 213001)

羥基淀粉煤炭抑塵劑的制備及性能表征

朱開金1，朱鵬宇2，譚俊華1，趙彥亮1，劉 菲1，高建金1

(1.太原工業學院，山西 太原 030008； 2.江蘇理工學院化工與環境學院，江蘇 常州 213001)

采用羥丙基淀粉醚為主要原料，以N，N-亞甲基雙丙烯酰胺作交聯劑，過硫酸銨作引發劑，羧乙基纖維素鈉作粘度調節劑和成膜劑，得到一種保濕性、抗風蝕性、水穩性、耐溫性等性能優良的煤炭抑塵劑。通過實驗對比，此種抑塵劑在抗風蝕性、水穩性、耐溫性方面比純淀粉基煤炭抑塵劑的各項指標均優。交聯反應雖可形成網絡結構，提高產物的保濕抗風蝕等性能，也會降低其粘度，不利于成膜性，因此控制交聯反應程度為一關鍵。最佳的反應條件是溫度為70℃左右，時間為1h。

羥丙基淀粉醚；N，N-亞甲基雙丙烯酰胺；交聯；煤炭抑塵劑；性能

目前煤炭抑塵劑的研究分濕潤型、粘結型和強吸水型三類，各類抑塵劑均有其優點，但都存在保濕時間短、粘結強度不夠、吸水性能不強等問題[1]。以羥丙基淀粉醚為主要原料，用N，N-亞甲基雙丙烯酰胺與之作交聯反應，再加少量經溶解后的羧乙基纖維素鈉，即可得到一種粘結保濕能力強、抑塵效果佳、不引起二次污染的生態型改性淀粉基煤炭抑塵劑[2-3]。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

1)原料。羥丙基淀粉醚：山東特耐斯淀粉有限公司；羧乙基纖維素鈉：廣東佛山市日特化工有限公司；N，N-亞甲基雙丙烯酰胺：天津化學試劑廠；過硫酸銨：鄭州化工廠；淀粉基煤炭抑塵劑：市售；改性淀粉基煤炭抑塵劑：自制。

2)儀器。電子天平、恒溫水浴、烘箱、旋轉粘度計、粉塵粒篩等。

1.2 制備

稱取一定量的羥丙基淀粉醚溶解于500mL的燒杯水中，攪勻。加一定比例量的交聯劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，然后將燒杯置于恒溫水浴中，升溫并控制在70℃左右，添加少量引發劑過硫酸銨，保溫攪拌反應1h后，再加少量的羧乙基纖維素鈉攪拌，然后經過濾、烘干，制得改性淀粉基煤炭抑塵劑樣品。

實驗表明，交聯反應會降低體系粘度，故反應程度不可太大。羧乙基纖維素鈉水溶液粘度較大，可調節其體系的粘度。經交聯后產物形成的緊密網狀結構，有利于煤炭抑塵劑其他性能的改善。

1.3 測試

對制備好的本煤炭抑塵劑結合煤粉進行粘度、抗風蝕性、水穩性、耐溫性等各項物理性能指標測試，并與非改性淀粉煤炭抑塵劑性能指標進行實驗對比，考察其實用性和相比性[4]。

2 性能表征

2.1 粘度

煤炭抑塵劑粘度是其實用性與否的重要技術指標，考慮到粘結劑受環境溫度的影響而變化，用旋轉粘度法測試了不同溫度下改性淀粉基煤炭抑塵劑(以下簡稱改性煤抑劑)的粘度，并與市售的淀粉基煤炭抑塵劑(以下簡稱非改性煤抑劑)粘度以及鐵道行業標準TB/T3210.1-2009作了對比[5]。兩者均與水按實際使用配比1∶50的比例配成水溶液進行粘度測試，得結果見表1。

表1 不同溫度條件下抑塵劑粘度對比

從表1可以看出，在各個所測溫度點，改性抑塵劑均比非改性抑塵劑粘結性能優，通常高4～6倍，且在極端溫度50℃時，粘度也遠超TB/T3210.1-2009標準要求[6]，而后者在40℃以上的高溫條件下卻不能滿足要求。

2.2 保濕性

分別稱取50g過100目篩的煤粉三份攤平于一定面積的玻璃板上，稱取改性抑塵劑、非改性抑塵劑各1g用50倍水稀釋后，分別在兩份煤樣表面噴灑10ml的量，再用純凈水樣使另一煤樣表面噴灑相同的量，用烘箱測試0～50℃區間不同溫度點和不同置放時間的保濕性，以煤樣失水率作為衡量保濕性程度的基準(表2～4)。

表2 噴灑改性煤抑劑后煤樣保濕性試驗結果

表3 噴灑非改性煤抑劑后煤樣保濕性試驗結果

對比表2～4可看出，改性煤抑劑具有明顯的保濕效果，比相同條件下的非改性煤抑劑提高1倍左右，比噴水樣提高6～10倍，且溫度達50℃時失水率不超過15%。

2.3 抗風蝕性

煤炭在運輸過程中，要受到大風的侵蝕，由此造成大量煤粉的逸散和對環境的污染，故評價煤炭抑塵劑的另一指標即其抗風蝕性具有重要的意義[7]。

表4 噴灑水后煤樣保濕性試驗結果

本實驗采用電吹風法檢驗抑塵劑的抗風蝕能力。將過40目(1#)、60目(2#)、80目(3#)和100目(4#)四種篩的煤粉各100g置于一定大小的瓷盤中，每種煤粉稱兩次重復樣，然后按粒徑分成兩組共8個樣，將改性煤抑劑和非改性煤抑劑配成水樣后按0.18ml/cm2的用量分別噴灑在兩組樣品表面，待其自然固化。

用小型可調速電扇橫向間隙吹風，風速5m/s，吹風時間為10min，電扇與樣品間隔距離為2m，事先用塑料罩對吹落的煤粉進行收集，完后將收集的煤粉用電子天平進行稱量。

改變風速，重復上述試驗，得相應結果。

同時實驗顯示，若不噴灑煤炭抑塵劑，煤粉經5m/s的風侵后全部被吹盡，損失100%(表5～6)。

表5 改性煤抑劑抗風蝕性能試驗結果

表5、表6結果表明，對各種粒徑煤粉噴灑改性煤抑劑和非改性煤抑劑后，在風速5～20m/s情況下的吹損程度，前者比后者明顯減少，平均損失率減少1倍多。

2.4 水穩性

水穩性是指煤粉經噴灑抑塵劑后所形成的固結層抗雨水侵蝕是否散落及散落的程度。用改性煤抑劑與未改性煤抑劑進行水穩性對比實驗，使用前者對煤粒第一次噴灑后形成的固結層，浸水5s后表面基本不散落，自然風干后無明顯裂紋，而用后者對相同煤粒噴灑形成的固結層一旦浸入很快即表面散落，表明其水穩性能不佳。表7是一組對比數據。

表6 非改性煤抑劑抗風蝕性能試驗結果

表7 不同抑塵劑對煤粒的水穩試驗情況

表7說明該抑塵劑具有較好的穩定性。

2.5 固化層厚度的穩定性

對靜態散煤粉噴灑改性煤抑劑，形成厚度為15mm左右的固化層。為考察其對溫度、時間的穩定性，將試驗品置于烘箱中，測試固化層厚度的變化[8]。結果表明，對于負溫情況則固化層厚度很穩定；在不超過38℃的情況下，溫度對固化層厚度影響不大，略有減少；保持30℃的溫度時固化時間可以達到30天以上，在極端溫度50℃時固化時間仍超過10天(圖1)。

圖1 固化層厚度對溫度、時間的穩定性變化

用非改性煤抑劑進行相同情況試驗發現，固化層耐極限溫度35℃，耐溫時間不超過8天，說明此種抑塵劑耐溫性不及改性淀粉基煤炭抑塵劑。

3 結 論

1)以羥基淀粉醚為主要原料制成的煤炭抑塵劑的粘性、保濕性、抗風蝕性、耐水耐溫性等各物理性能指標均優于非改性的淀粉基煤炭抑塵劑。由于本抑塵劑是交聯反應生成的產物，產物內部網狀結構比較緊密，再加上乙基纖維素鈉良好的成膜性，因此保內部穩定性和抗外界沖擊的性能比較好[9]。

2)羥基淀粉醚進行交聯反應時，一定要掌握好反應物加入量、反應溫度、反應時間等條件，否則交聯過度會導致粘度下降甚重，進而造成乙基纖維素鈉的成膜性降低，產物性能不佳。最佳的反應條件是溫度為70℃左右，時間為1h。

3)利用羥基淀粉醚易溶于水且支鏈多，羥基經交聯后易形成復雜網絡結構，進而提高產物綜合性能是一創新。

4)本煤炭抑塵劑制造成本不高，不僅能很好的應用于鐵路運煤，對煤礦坑口裝運、露天堆煤及運輸等均具有較好的推廣應用價值。由于使用普通非毒的有機原料，因此本煤炭抑塵劑對人體無刺激性，對周圍環境無毒無害，不會造成二次污染，且對車體金屬、有機漆層無腐蝕性，生態特點明顯。

[1] 魏光平，侯鳳才，王樂平，等.國內外濕潤型抑塵劑研究與應用[J].中國礦業，2007，16(9):90-92.

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The preparation and performance characterization of a coal dust suppression with hydroxy-starch

ZHU Kai-jin1，ZHU Peng-yu2，TAN Jun-hua1，ZHAO Yan-liang1，LIU Fei1，GAO Jian-jin1

(1.Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，China； 2.School of Chemical and Environmental Engineering，Jiangsu Univeisity of Technology，Changzhou 213001，China )

Hydroxypropyl starch is used as the main raw material，N，N-methylene-bis-arcylamide as a cross-linking agent，ammonium persulphate as an intiator，sodium carboxy ethyl cellulose as a viscosity regulator and film-forming agent，a coal dust-depressor with fine moisture，anti-rheumatic，water stability and temperature resistance is gotten.By comparison，the technology indicators of this suppressant are well than pure starch-based coal dust-depressor in some aspects such as anti-rheumatic，water stability and temperature resistance.Cross-linking reaction could form a network structure，and improve product’s moisture and the resistance to wind erosion，but it could also reduce product’s viscosity，is not conductive to film-forming property，so controlling the degree of cross-linking is critical.Optimum reaction conditions are a temperature of about 70 degrees，and time of 1h.

hydroxypropyl starch；N，N-methylene-bis-arcylamide；cross-linking；coal dust-depressor；property

2014-12-26

朱開金(1962-)，男，安徽馬鞍山人，教授，工學博士，從事環境工程技術研究。E-mail:zkj621104@163.com。

TD714+.4

A

1004-4051(2015)07-0145-04