泡沫除塵劑配方研究

吳 景，馬有營，徐榮蕭，張樹立，孫慧赟

(濱州學院 化工與安全學院 ，山東 濱州 256600)

泡沫除塵技術耗水量低、除塵效率高，有效提高了粉塵防治的效果[1-2]，在國外煤礦粉塵防治領域得到廣泛應用。我國關于泡沫除塵的研究比較晚，泡沫發泡劑的缺陷是泡沫除塵中存在的比較大的問題[3-5]。為此，本文通過進行實驗優選得到的最佳泡沫除塵劑配方，具有發泡效果強、潤濕性能好、除塵效率高、對金屬腐蝕少、節省用水量等諸多優點。

1 發泡劑單體優選實驗

本文選擇四種常用的發泡劑：1#發泡劑為十二烷基二甲基氧化胺、2#發泡劑為椰油酰胺丙基甜菜堿、3#發泡劑為十二烷基硫酸鈉、4#發泡劑為月桂酰胺甜菜堿[6-7]。每種發泡劑配置成0.3%、0.5%、0.7%的濃度，使用羅氏泡沫儀對發泡劑進行發泡能力測試，從而選出發泡能力強的發泡劑單體濃度。

1.1 實驗數據處理

使用羅氏泡沫儀對發泡劑進行發泡能力測量后得出數據如圖1～圖4。

圖1 1#發泡劑發泡能力圖

圖2 2#發泡劑發泡能力圖

圖3 3#發泡劑發泡能力圖

圖4 4#發泡劑發泡能力圖

1.2 實驗結論

每種發泡劑的發泡能力并不是隨著濃度增高而提升，每種發泡劑有一個最佳發泡濃度。如圖所示，1#發泡劑為十二烷基二甲基氧化胺濃度為0.7%時發泡能力最強，0.3%時發泡能力次之，0.5%時發泡能力較弱；2#發泡劑為椰油酰胺丙基甜菜堿濃度為0.9%時發泡能力最強，0.7%時發泡能力次之，0.3%時發泡能力較弱；3#發泡劑為十二烷基硫酸鈉濃度為0.9%時發泡能力最強，0.7%時發泡能力次之，0.5%時發泡能力較弱；4#發泡劑為月桂酰胺甜菜堿濃度為0.1%時發泡能力最強，0.3%時發泡能力次之，0.5%時發泡能力較弱。

2 發泡劑單體正交復配試驗

將優選出的發泡劑單體試劑按照四因素三水平的正交表進行正交試驗。每種濃度試劑配置比例為1∶1∶1∶1，得到九種正交試劑，將復配出的試劑采用改進的羅氏泡沫法測發泡劑的發泡能力。

2.1 實驗數據處理

復配發泡劑發泡能力濃度統計見表1。

表1 復配發泡劑發泡能力濃度統計表

2.2 實驗結論

實驗結果表示，當0.3%的十二烷基二甲基氧化胺、0.3%的椰油酰胺丙基甜菜堿、0.9%十二烷基硫酸鈉、0.3%的月桂酰胺甜菜堿按照1∶1∶1∶1的比例混合后，發泡能力在9種復配試劑中最強。四種試劑復配混合試劑使用羅氏泡沫儀測定值，試劑滴完5,10,15min時泡沫體積分別為310，290，260mL，5min與10min時泡沫體積減少率為0.65%。發泡體積多，泡沫減少率低，可作為本文實驗的優選復配試劑。

3 潤濕劑的優選實驗

選取三種潤濕劑1#十二烷基苯磺酸鈉、2#咪唑啉、3#月桂酰胺丙基氧化胺，分別配置成0.2%、0.4%、0.6%、0.8%四種濃度。記錄煤塵在不同潤濕劑不同濃度中的沉降時間，時間越短潤濕性能越強，時間越長潤濕性能越弱，從而得出潤濕劑的潤濕性差異。

3.1 實驗數據處理

三種潤濕劑潤濕時間對比見圖5。

圖5 三種潤濕劑潤濕時間對比圖

3.2 實驗結論

通過此實驗結果得出，0.8%的月桂酰胺丙基氧化胺的潤濕性在此實驗中潤濕性能優異，煤塵最快沉降時間為4s，煤塵全部沉降時間為60s；0.6%的咪唑啉試劑中，煤塵最快沉降時間為34s，煤塵全部沉降時間為6min；0.8%的十二烷基苯磺酸鈉試劑中，煤塵最快沉降時間為40s，煤塵全部沉降時間為600s。0.8%的月桂酰胺丙基氧化胺中煤塵沉降時間遠小于其他兩種對比試劑，將其選為本實驗的最佳潤濕劑，將優選出的潤濕劑與最佳復配發泡劑進行比例混合實驗，優選出發泡能力最佳的潤濕劑與發泡劑的配比比例。

4 發泡劑的配比實驗

優選出最佳潤濕劑0.8%的月桂酰胺丙基氧化胺后，與發泡劑進行比例調配實驗。將潤濕劑與發泡劑進行配比，發泡劑與潤濕劑的配置比例為10∶0、9∶1、4∶1、7∶3、3∶2、1∶1、2∶3、3∶7、

1∶4、1∶9、0∶10。分析發泡劑與潤濕劑的混合試劑發泡能力的強弱，從而得出發泡能力強的混合試劑，從而得出發泡劑與潤濕劑的最佳混合比例。

4.1 實驗數據處理

發泡劑與潤濕劑不同比例混合后的泡沫體積對比見圖6。

圖6 發泡劑與潤濕劑不同比例混合后的泡沫體積對比圖

4.2 實驗結論

發泡劑與潤濕劑充分混合后發泡能力會增強，當混合試劑達到最佳配比后發泡能力最佳，由圖4.1可知當發泡劑復配試劑與潤濕劑的混合試劑配比比例為4∶1時，混合試劑的發泡效果最佳，靜置5min時泡沫體積為350mL，靜置10min時泡沫體積為300mL。混合試劑的發泡體積和泡沫持續時間遠高于其他對比數據，選其為最佳混合比例。

5 穩泡劑的優選實驗

選出三種常用穩泡劑：1#聚乙烯醇、2#淀粉、3#聚丙烯酰胺，配置成不同濃度的試劑，加入到優選出的發泡劑復配試劑中，用攪拌器充分混合攪拌，觀察并比較泡沫體積減少率，從而得到最佳穩泡劑。

5.2 實驗數據處理

三種穩泡劑復配發泡劑混合后的實驗數據柱狀見圖7。

圖7 三種穩泡劑復配發泡劑混合后的實驗數據柱狀圖

5.3 實驗結論

由圖可知，當3%的聚乙烯醇與復配發泡劑混合攪拌后，泡沫體積減少率在19.09%左右，其余幾組實驗結果泡沫體積減少率較大，與3%的聚乙烯醇相比較穩泡效果差，故而3%的聚乙烯醇選為最佳穩泡劑。

6 緩蝕劑的優選實驗

除塵劑泡沫會對金屬設備產生一定的腐蝕，故而在除塵發泡劑中添加緩蝕劑來減緩除塵泡沫對金屬設施的腐蝕。通過查閱資料選出三種緩蝕劑：1#苯并三唑、2#亞硝酸鈉、3#硼酸鈉。將三塊相同形狀、質量的鐵釘分別侵泡在濃度為20%的苯并三唑溶液、亞硝酸鈉溶液和硼酸鈉溶液中，通過計算質量減少率從而優選出最佳緩蝕劑。

6.1 實驗數據處理

鐵釘質量減少量柱狀見圖8。

圖8 鐵釘質量減少量柱狀圖

6.2 實驗結論

通過圖中可以看出，加入硼酸鈉的鹽水中，鐵釘質量減少率為4.81%；加入苯并三唑的鹽水中，鐵釘質量減少率為5.78%；加入亞硝酸鈉的鹽水中，鐵釘質量減少率為5.40%；未加入緩蝕劑的鹽水中，鐵釘質量減少率為24.17%。加入硼酸鈉緩蝕劑的鹽水中，鐵釘質量減少率明顯低于其他對照組，故而將硼酸鈉優選為本文實驗的最佳緩蝕劑。

7 結語

通過進行發泡劑發泡能力單體實驗、發泡劑單體正交實驗、潤濕劑的優選實驗、潤濕劑與發泡劑的配比實驗、穩泡劑的優選實驗、緩蝕劑的優選實驗，確定泡沫除塵劑的最佳配方為：0.3%的十二烷基二甲基氧化胺、0.3%的椰油酰胺丙基甜菜堿、0.9%十二烷基硫酸鈉、0.3%的月桂酰胺甜菜堿按照1∶1∶1∶1的比例混合后，得到最佳復配發泡劑，最佳復配發泡劑與0.8%的月桂酰胺丙基氧化胺以4∶1的比例進行混合，并向復配試劑中加入0.6%的聚丙烯酰胺和硼酸鈉。