馬云龍

（山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東青島 266000）

一種復(fù)合型環(huán)保抑塵劑的制備及性能研究

馬云龍

（山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東青島 266000）

基于接枝共聚技術(shù)制備出一種兼?zhèn)湮鼭癖Ｋ宛そY(jié)功能的復(fù)合型環(huán)保抑塵劑。反應(yīng)基體為海藻酸鈉，單體為丙烯酰胺，引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨，交聯(lián)劑為N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺。利用單因素實(shí)驗(yàn)確定了各組分用量，最后對(duì)產(chǎn)物的吸水性和黏結(jié)粉塵能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。

抑塵劑；海藻酸鈉；丙烯酰胺；接枝共聚

近年來(lái)，我國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，諸多城市受到霧霾影響，環(huán)保問(wèn)題成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。煤炭作為主要能源之一，在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位，由煤炭引起的污染問(wèn)題也成為了環(huán)保工作的重中之重[1]。

化學(xué)抑塵以其優(yōu)異的作用效果和廣闊的發(fā)展前景，在粉塵控制領(lǐng)域占有重要地位。按照當(dāng)前化學(xué)抑塵劑的類(lèi)型可將其分為潤(rùn)濕型、凝聚型、黏結(jié)型和復(fù)合型，其中，復(fù)合型抑塵劑通常兼具兩種或兩種以上有利于抑塵的特性，相對(duì)于前三種類(lèi)型其性能更加優(yōu)越。

本文利用接枝共聚技術(shù)對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行化學(xué)改性，將鏈狀結(jié)構(gòu)的海藻酸鈉交聯(lián)穿插在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酰胺中，使產(chǎn)物結(jié)構(gòu)疏松，制備具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子材料，相對(duì)于一般的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠具有更好的流動(dòng)性和吸水性。最終產(chǎn)物具有黏性，可以落在表面的細(xì)小粉塵黏住，防治其二次進(jìn)入空氣當(dāng)中；產(chǎn)物同時(shí)具有吸濕保水的性能，可有效起到潤(rùn)濕覆蓋的作用，防治揚(yáng)塵。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)探究各組分用量，最終得到一種兼?zhèn)湮鼭癖Ｋ宛そY(jié)功能的復(fù)合型環(huán)保抑塵劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)試劑：海藻酸鈉（SA）（化學(xué)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；丙烯酰胺（AM）（分析純，成都市科龍化工試劑廠）；過(guò)硫酸銨（APS）（分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）（分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；

1.2 PAM/SA semi-IPN的制備

稱(chēng)取適量單體AM和交聯(lián)劑MBA溶于200mL去離子水加入三口燒瓶中，并向三口燒瓶中加入適量SA和引發(fā)劑APS，在機(jī)械攪拌下充分溶解，70℃恒溫水浴加熱攪拌反應(yīng)2h，即可得到水凝膠PAM/SA semi-IPN。

1.3 單因素實(shí)驗(yàn)

以1g SA為反應(yīng)物，以最終產(chǎn)物吸水能力為主要指標(biāo)，分別以反應(yīng)中AM，MBA，APS的用量為單因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究各組分用量對(duì)產(chǎn)物吸水能力的影響。

1.4 溶脹動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

將產(chǎn)物放入真空干燥箱中于90℃干燥至恒重，取1g產(chǎn)物放入水中浸泡，每隔一段時(shí)間將產(chǎn)物取出，控去表面水分后稱(chēng)量其質(zhì)量，直至質(zhì)量不發(fā)生變化，選取浸泡時(shí)間為1h，3h，5h，12h，24h，48h。按照公式（1）計(jì)算產(chǎn)物吸水倍率，單位為倍。

1.5 粘塵實(shí)驗(yàn)

取最終產(chǎn)物試樣稱(chēng)重記為m1，放入煤粉中滾動(dòng)5min，使產(chǎn)物表面充分與煤粉接觸，取出沾有煤粉的試樣稱(chēng)重記為m2。將取樣近似成邊長(zhǎng)為1cm的正方體，其表面積約為6cm2。產(chǎn)物單位面積黏結(jié)粉塵量的計(jì)算公式如式（2），單位為kg/m2。

將試樣放在室外環(huán)境下靜置24h，取回試樣稱(chēng)重，探究產(chǎn)物在自然風(fēng)作用下固定粉塵的能力。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

從單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，當(dāng)以1g SA為反應(yīng)物，在200mL去離子水中進(jìn)行反應(yīng)，AM用量為3g，交聯(lián)劑摩爾分?jǐn)?shù)為0.8%，引發(fā)劑摩爾分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，吸水倍率最高達(dá)到31.47倍。當(dāng)單體用量不足3g時(shí)，由于反應(yīng)物較少，形成的凝膠結(jié)構(gòu)疏松，不能有效鎖住水分，因此吸水倍率較低；當(dāng)用量超過(guò)3g時(shí)，由于單體量過(guò)多而導(dǎo)致交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過(guò)密，同樣影響了吸水倍率。

2.2 溶脹動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

通過(guò)總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出產(chǎn)物吸水倍率隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，產(chǎn)物在最初的幾小時(shí)內(nèi)吸水迅速，浸泡1h吸水后質(zhì)量達(dá)到11.23g，3h后達(dá)到19.35g，之后吸水速度減慢，浸泡5h后質(zhì)量為22.74g，浸泡24h后質(zhì)量為32.41g，之后趨于平穩(wěn)。在產(chǎn)物剛浸泡的數(shù)小時(shí)內(nèi)，水逐漸進(jìn)入產(chǎn)物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)，吸水速度較快；當(dāng)達(dá)到一定水平后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本充滿(mǎn)的水，此時(shí)半互穿結(jié)構(gòu)被吸收的水撐開(kāi)，使產(chǎn)物可以進(jìn)一步吸水溶脹，直至飽和。

2.3 黏塵實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

產(chǎn)物黏塵能力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，每平方米產(chǎn)物約可黏結(jié)粉塵0.53kg。按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將產(chǎn)物放置在自然條件下24h后稱(chēng)重，總質(zhì)量保持不變。依此說(shuō)明，產(chǎn)物對(duì)于粉塵有較好的黏結(jié)固定能力，可以將落在表面的粉塵固定住，防止粉塵二次進(jìn)入到空氣中。

3 結(jié)論

本文利用接枝共聚技術(shù)制備出一種具有半互穿結(jié)構(gòu)的高吸水性樹(shù)脂應(yīng)用于粉塵控制，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)探究出制備產(chǎn)物的最佳配比，其中海藻酸鈉與丙烯酰胺的配比為1∶3，交聯(lián)劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺的摩爾分?jǐn)?shù)為0.8%，引發(fā)劑過(guò)硫酸銨摩爾分?jǐn)?shù)為1%。制備出的產(chǎn)物兼具吸濕保水和黏結(jié)粉塵的能力，產(chǎn)物選材環(huán)保，反應(yīng)物均為有機(jī)物，可生物降解，不會(huì)造成二次污染。

[1] 鐘立超，孫曉然.揚(yáng)塵危害及抑塵技術(shù)的進(jìn)展與評(píng)價(jià)[J].上?；?2010，（12）：26-30.

P r e p a r a t i o n a n d P e r f o r ma n c e o f a c o mp l e x E n v i r o n me n t a l D u s t S u p p r e s s i o n A g e n t

Ma Yun-long

In this paper，based on the fabrication of a graft copolymerization with hygroscopic water interdisciplinary environmental dust suppression agent and binding functions.Reaction substrate for sodium alginate，for acrylamide monomer，initiator for ammonium sulfate，crosslinking agent for N，N ‘-methylene double acrylamide.Using single factor experiment to determine the dosage of components，f i nally，the result of experiments have been carried out to explore water imbibition and cohesive dust capacity.

dust suppression agent；sodium alginate；acrylamide；graft copolymerization

X964

B

1003-6490（2017）08-0210-02

2017-05-06

馬云龍（1992—），男，山東濟(jì)寧人，主要研究方向?yàn)榉蹓m防治。