稳定剂抑制粉尘研究

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粉尘造成环境污染、职业病以及经济损失等一系列问题受到广泛关注。在原有抑尘技术的基础上,本文提出了一种新型聚合物稳定剂,该稳定剂由醋酸乙烯酯、过硫酸铵、十二烷基硫酸钠以及木质素磺酸钠组成,具有良好的成膜性。针对稳定剂对粉尘抑制效果进行了理论与实验研究。运用接触角测量仪、差示扫描量热仪以及傅里叶红外光谱仪,开展了对稳定剂的性质研究。实验表明,聚合物稳定剂有着较低的接触角(24.1°)和表面张力(47.54m N/m),具有良好的润湿性;当温度介于10-110℃之间,稳定剂热稳定性良好;稳定剂中富含醋酸基、羧基和羟基,可以通过氢键及阳离子交换作用,与粉尘颗粒形成紧密的连接结构。运用孔径分析和扫描电镜分析仪器,开展了对内蒙古褐煤表观形态分布和孔径结构特性的研究,研究表明褐煤煤尘微孔占比15.01%、过渡孔占比49.9%、中孔占比35.09%;颗粒之间无粘结、空隙明显。煤样表面喷洒稳定剂后,首先通过稳定剂良好的润湿性固定煤尘。通过接触角测量仪,测量不同浓度的SDS乳化剂对稳定剂润湿性的影响,结果表明SDS乳化剂浓度大于0.5%(超过临界胶束浓度CMC后),稳定剂表面张力和煤粉接触角变化相对较小,当SDS用量为单体的2%时,稳定剂有着较高的表观粘度。使用Materials studio 8.0分子动力学模拟软件进行分子动力学模拟,针对静电势、氢键和相互作用能进行分析,静电电位的不同会影响氢键的数量,氢键数量越多,吸附力越强,相互作用能越低说明乳化剂与煤颗粒吸附越强,结果表明添加SDS乳化剂后聚合物稳定剂溶液,与煤吸附产生的氢键数量最多为97个,以及最低的相互作用能(Einter=-4518.6kcal/mol),提高了稳定剂对煤粉的润湿、吸附作用。经过长达12h的固化,稳定剂能在粉尘表面形成一层保护壳并具有一定的抗压强度。使用LX-D型邵氏硬度计,测量添加不同浓度的木质素磺酸钠(LS)后,稳定剂的结壳强度。结果表明随着LS浓度的增加,煤粉表面结壳强度逐渐提高,当浓度超过20g/L时,稳定剂自身体系内聚力超过其与煤粉颗粒物之间的吸附力,稳定剂扩散并进入煤粉颗粒内部的能力变弱,导致结壳强度基本保持不变。运用SEM扫描电镜仪,观测到喷洒聚合物稳定剂后煤表面颗粒吸附、粘结在一起,并形成具有一定抗外力侵蚀性能的结壳层,内部的粉尘与空气隔离,从而具有较好的抑尘效果。风洞实验结果表明,对于喷洒稳定剂覆盖的样品,当风速小于20m/s时,稳定剂固化后可有效抑制煤尘的扩散;接触角和抗雨蚀实验表明,稳定剂固化层具有良好的疏水性能,能抵抗长达110min的强降雨侵蚀。
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