新型環(huán)保煤塵抑塵劑的制備及其應(yīng)用

李佳寧

摘要：隨著我國工業(yè)在未來較長時期內(nèi)的快速發(fā)展，煤炭作為我國主要能源仍將保持強勁的發(fā)展態(tài)勢。然而，在煤炭運輸和儲存過程中，由于煤炭運輸車輛的顛簸和風的作用，會發(fā)生嚴重的粉塵污染。為解決煤塵污染問題，采用食品級轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶作為交聯(lián)劑，使殼聚糖和明膠交聯(lián)。在陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉的聯(lián)合作用下，獲得了一種新型環(huán)保抑塵劑。通過考察抑塵劑的各個性能，發(fā)現(xiàn)抑塵劑性能良好，抑塵效果較為明顯。

關(guān)鍵詞：煤塵污染;抑塵劑

長期以來，煤炭作為我國的一次性能源，在我國能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中一直占據(jù)主要地位，其需求和產(chǎn)量也在快速增長。在煤炭儲運過程中，由于受風和外界因素的影響，大量煤渣和煤塵隨風飄散，不僅造成經(jīng)濟損失，而且煤塵進入還會帶來對大氣或河流環(huán)境污染。煤塵中所含的細顆粒物對人體健康特別有害。PM10可進入上呼吸道引起哮喘等一系列呼吸道疾病，而PM2.5可進入肺泡與血液混合，直接損害人體免疫系統(tǒng)。因此，開展煤塵控制研究對提高環(huán)境質(zhì)量和人民的生活水平具有積極作用。

1煤塵的危害

1.1鐵路運煤的揚塵危害性

列車在迎面、轉(zhuǎn)彎、剎車段行駛時，由于局部氣流的作用，煤表面較細的煤粉被吹出，煤粒沿特殊輸送線散開，造成環(huán)境污染。長期積聚在運輸專線上的煤塵和細煤顆粒日益增多。隨著火車經(jīng)過，煤塵再次移動，形成污染帶。當火車進出隧道時，會產(chǎn)生高速氣流，高速氣流將細小的煤塵顆粒吹到車廂表面，更大的煤顆粒會被風吹走，從車體上散落到鐵路路堤上。較薄的粉煤吸附在隧道壁上部或隧道及相關(guān)設(shè)備上，鐵路路基污染嚴重，隧道部位受污染程度嚴重，部分煤塵被埋在構(gòu)筑物內(nèi)，需日常維護由維修部門維修，給工人帶來較多不便，維修工作量也在增加，同時對鋼結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件腐蝕有一定影響，各個方面存在很多安全問題。其次，通信電纜、鐵路信號等設(shè)備的污染，給這些設(shè)備的日常運行維護帶來了困難。此外，鐵路工人的工作條件進一步惡化，對長期在隧道內(nèi)工作的人員的健康構(gòu)成尤為嚴重的威脅。這些只是鐵路沿線環(huán)境污染的外在表現(xiàn)，其中一些可能的表現(xiàn)更為危險。當鐵路隧道內(nèi)煤塵濃度達到一定范圍時，明火會引起爆炸，對國家安全和人民生命財產(chǎn)安全造成不可挽回的后果。

1.2散堆煤場的揚塵危害性

在我國，露天煤的儲煤方式面臨諸多問題，儲煤方式存在的問題一是堆煤原料占地大，二是春、秋季氣候干燥多風，尤其是內(nèi)蒙古、山西等北部煤區(qū)，在大風季節(jié)，會使堆煤塵飄浮在空中。附近的人都不敢在大風多塵的天氣開窗曬衣服。晴天灰塵較多，雨天出行不便，給煤倉周邊居民生活造成較大影響，造成嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境惡化。大風造成的煤炭損失也很大，給國家造成了巨大的資源浪費和經(jīng)濟損失。

2煤揚塵抑制劑的發(fā)展趨勢

化學抑塵劑雖然種類繁多，有的配方抑塵性能較好，但存在功能單一、毒性、腐蝕性強、成本高、難降解、存在二次污染等常見問題。以原油、瀝青、渣油為主要結(jié)合劑抑塵，雖然對粉塵有很好的附著力和抗蒸發(fā)能力，但抑制能力一般，且會造成有毒、難降解的水土污染問題。在水或濕型無機鹽、化學抑塵劑中加入各種表面活性劑，具有很好的吸水性，成本也較低，但其結(jié)合力較差，吸水后呈酸性，對運輸設(shè)備具有較強的腐蝕性。因此，需要添加特殊的緩蝕劑，而且容易洗掉，對煤塵的緩蝕效果不是特別明顯，同時造成二次環(huán)境污染。大量使用鹵化物會降低煤的熱值。因此，為了提高抑塵器的使用效率，進一步降低使用成本，化學抑塵的發(fā)展將集中在專用型和復(fù)合型上。

3實驗部分

3.1 原料

殼聚糖：食品級，有效成分>90%;明膠：天津科密歐集團有限公司;轉(zhuǎn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（以下簡稱TG酶）：食品級，有效成分約1%，生物活性：120，谷神生物科技集團有限公司;十二烷基磺酸鈉：化學純。冰乙酸：工業(yè)級，有效成分>98%，天津科密歐集團有限公司。蒸餾水：自制。

3.2儀器

電熱恒溫水浴攪拌鍋，電子天平，萬能材料試驗機，噴霧器，培養(yǎng)皿，風機，尺子。

3.3 抑塵劑的制備

（1）把少量的冰乙酸放入到300mL的蒸餾水中，配制成1%的醋酸溶液。接著將2g的殼聚糖加入到稀醋酸溶液里面，放入恒溫水浴攪拌鍋中進行溶解，溶解溫度為60℃。

（2）等到殼聚糖完全溶解后，稱取4g明膠，加入到溶有殼聚糖的溶液里面。待明膠完全容解后，調(diào)整溫度到45℃，加入1gTG酶，反應(yīng)時間3小時。向反應(yīng)后溶液中加入一定量的表面活性劑就能夠制得生物型潤濕抑塵劑。

3.4 抑塵劑的使用

用噴霧器將上述制備好的抑塵劑溶液均勻噴灑在無煙煤料的表面，噴灑量為1.5L/m2，待抑塵劑的水分蒸發(fā)后，會在煤料表面形成固化層。同時，用現(xiàn)在廣泛使用的國內(nèi)塵克抑塵劑（CCW）和德國巴斯夫抑塵劑（BASF）來進行對比實驗。

4 結(jié)果與分析

4.1 抑塵劑抗風性實驗

在不采取任何措施的情況下，2h內(nèi)的平均損失率達到7.61%。在長期風力作用下，煤堆會產(chǎn)生大量粉塵，對周邊工人和附近居民造成嚴重危害，也造成資源的巨大浪費。在樁上噴水試驗后，發(fā)現(xiàn)煤的損失率較小，這是因為水增加了煤的質(zhì)量，煤不易被吹走，但由于煤的疏水性，噴水煤塵難以有效潤濕，水分蒸發(fā)后，措施失去作用，達到理想要求。從噴灑抑塵劑的情況來看，抑塵劑良好的潤濕效果可以有效潤濕煤塵，煤的損失率為0.24%。，一段時間后，抑塵器中的水分蒸發(fā)，可有效粘結(jié)煤塵，作用時間較長。

4.2 固化層抗壓情況測定

CCW和HASF抑塵劑形成的固化層堅硬，即不會產(chǎn)生很大的位移和變形。達到壓力上限后，會產(chǎn)生裂紋。但本文研究的生物抑塵器具有一定的彈性，在數(shù)值比較強的情況下會產(chǎn)生變形，并保持原狀，不會被破壞。即靈敏度高時，由于固化層柔軟有彈性，顯示的壓力低;當靈敏度高時，固化層的變形逐漸達到上限，壓力繼續(xù)增加產(chǎn)生撕裂變形，所以力值很高。力消失后，繼續(xù)恢復(fù)原狀，保證抑塵率。實驗證明，新型抑塵劑形成的固化層具有良好的抵抗性能，能有效抵抗外界環(huán)境的變化。

結(jié)語

（1）本文以殼聚糖和明膠作為主要原料，氯化鈣為防凍劑，十二烷基磺酸鈉為潤濕劑，明膠與殼聚糖通過TG酶分子修飾交聯(lián)，故該產(chǎn)品不僅具有良好的力學性能，而且具有一定的變形能力，制造了一種新的除塵劑。

（2）與國內(nèi)外同類抑塵器相比，本發(fā)明的抑塵器具有優(yōu)良的力學性能、固化層抗雨、抗風能力，適用于煤炭的儲運。

（3）由于生物抑塵劑的原料是殼聚糖和明膠，殼聚糖來自甲殼類動物的殼，明膠是從動物的骨骼和皮膚中提取的，是可再生的食品原料。TG酶作為交聯(lián)劑，常用于食品等行業(yè)。因此，所制備的抑塵劑環(huán)保環(huán)保，無毒無害，不會造成環(huán)境污染。

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