生态型煤尘抑制剂的制备与应用研究

摘要

中国是产煤大国，煤炭在储存和运输过程中由于风力作用引起煤尘飞扬，每年煤尘损失约3000万吨左右，相当于经济损失十几亿元，并且造成严重的环境空气污染。山西省的煤炭产量占全国的四分之一左右，产量位居全国首位，煤尘污染加重了山西的环境问题。在煤炭开采、储运等过程，可引发肺矽病等，给人们的身体健康带来了威胁。
　　现有抑尘技术主要有洒水、挡风抑尘网、遮篷布等物理法抑尘和喷洒具有粘结性和润湿性试剂的化学法抑尘。目前物理抑尘效率低。化学抑尘剂因成本高、可产生二次污染等还基本没有推广应用。现有化学抑尘剂成分主要有粘结性物质羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等和润湿性物质乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、丙三醇等化学原料。它们大都由棉花、原油等原材料合成，原料成本高、合成工艺要求苛刻，难以工业化实施。本论文试图以废纸和废可乐瓶等废弃物为原料，通过改性或者降解得到常用的煤尘抑制剂原料乙二醇和羧甲基纤维素等，再加工煤尘抑制剂;并对产品的润湿性、粘结性、抗风吹等性能进行了测试和应用试验验证;降低原料成本实现“以废治废”。具体为:
　　(1)以废纸为原料经过碱化、醚化改性制得煤尘抑制剂初级产品羧甲基纤维素。通过实验考察产品的pH和洗涤次数对产品性能的影响。用红外分析生成的产物，并用显微镜观察反应过程中纤维素结构的变化和羧甲基纤维素与煤尘结合的方式。结果表明，PH=7，用85％的乙醇洗涤2次时，产品性能较好。通过对产品进行红外测试，反应生成了CH-O-CH2，证明生成了羧甲基纤维素。通过性能测试，废纸制得的羧甲基纤维素的粘结性能和抗压强度良好;温度在-18℃-50℃时，不影响其使用;保水性良好;加入到煤样后对煤的燃烧热值、硫分无明显影响;取代度大于0.6，满足要求。
　　(2)以废可乐瓶为原料通过破碎、脆化、碱性水解、加酸过滤得到初级产品乙二醇。并测定了不同氢氧化钠质量分数、固液比和反应时间等情况下废可乐瓶的分解率。通过实验证明:用乙二醇熏蒸脆化后的废旧可乐瓶的分解率大大提高，脆化后比未脆化的样品碱性水解所需的碱的用量大大降低。当氢氧化钠质量分数为5％，固液比为1∶8-1∶14，反应时间为60min时，废可乐瓶的分解率最高。此时，PET的分解率可达到90％。实现了常压水解废旧可乐瓶。对可乐瓶进行脆化、碱性水解、加酸过滤，可得到比较纯的对苯二甲酸固体和乙二醇溶液。乙二醇溶液作为煤尘抑制剂具有较好的保水性、抗冻性，且不影响煤燃烧的热值。
　　(3)对两种产品进行了喷洒试验、成膜试验等应用试验。结果表明:①乙二醇溶液与CMC溶液相比，前者润湿性和渗透能力好，成膜时间短，后者粘结性好。喷洒后者的煤尘颗粒粒径大于喷洒前者的煤尘颗粒粒径。实际使用中，可以先喷表面活性剂乙二醇，再喷粘结剂CMC，增强抑尘效果。②对于小于15天的短期储煤抑尘，CMC溶液浓度在0.5％-1％之间即可，但是如果储煤时间比较长，CMC溶液的浓度要大于1％。③通过改良配方，在CMC和乙二醇的混合溶液中加入少量聚乙烯醇溶液，可以增强结壳韧性，增强抑尘效果。在气温较低的情况下，可以添加0.5％-1％的硼砂来缩短固化时间。通过储煤场和运输车上的应用试验证明混合抑尘剂效果良好。
　　本论文以廉价的废纸、废旧可乐瓶等为原料得到可作为煤尘抑制剂的物质CMC和乙二醇，提出了废可乐瓶、废纸再利用的新途径，解决的抑尘剂原材料昂贵的问题，实现了以废治污的双重目的。

目录

摘要

绪论

第一章 文献综述

1．1 煤尘的介绍

1．1．1 煤尘的产生

1．1．2 煤尘的结构

1．2 煤尘的防护措施及现状

1．2．1 煤尘的防护措施

1．2．2 煤尘的防护现状

1．3 煤尘抑尘剂的研究现状

1．3．1 抑尘剂的研究现状

1．3．2 煤尘抑制剂的研究现状

1．3．3 煤尘抑制剂的发展动向

1．4 本论文研究内容

第二章 实验原料及方法

2．1 实验材料及所制备物质

2．1．1 羧甲基纤维素

2．1．2 废纸

2．1．3 乙二醇

2．1．4 废可乐瓶

2．2 实验原理

2．2．1 以废纸为原料改性制备羧甲基纤维素的原理

2．2．2 废可乐瓶降解原理

2．3 实验主要设备

2．4 实验表征方法

2．4．1 粘度的测定

2．4．2 保水性测定

2．4．3 抗压强度的测定

2．4．4 耐高温和低温性能测定

2．4．5 取代度测定

2．4．6 燃烧性能的测定

2．4．7 抗风吹性能测试

2．4．8 渗透性测试

2．4．9 成膜时间测试

2．4．10 煤尘颗粒变化测试

第三章 以废纸为原料制备煤尘抑制剂

3．1 实验仪器及药品

3．2 实验方案及步骤

3．2．1 实验方案

3．2．2 实验步骤

3．3 结果与分析

3．3．1 纤维素制备前后的显微镜图

3．3．3 pH对产品的影响

3．3．4 乙醇洗涤次数的影响

3．3．5 粘度测定

3．3．6 抗压强度测定

3．3．7 耐高温和低温性测定

3．3．8 保水性能的测定

3．3．9 取代度的测定

3．3．10 燃烧性能影响分析

3．3．11 喷洒羧甲基纤维素煤样的显微镜图

3．4 小结

第四章 以废可乐瓶为原料制备煤尘抑制剂

4．1 实验仪器及药品

4．2 实验方案及步骤

4．2．1 实验方案

4．2．2 实验步骤

4．3 结果与分析

4．3．1 脆化条件确定

4．3．2 最佳确定NaOH浓度的确定

4．3．3 最佳固液比的确定

4．3．4 最佳分解时间的确定

4．3．5 样品中乙二醇(EG)浓度的测定

4．3．6 保湿性实验测试

4．3．7 热值测定实验

4．4 小结

第五章 应用试验研究

5．1 室内试验

5．1．1 喷洒试验

5．1．2 成膜试验

5．1．3 抗风吹试验

5．1．4 喷洒抑尘剂后煤尘颗粒的变化

5．1．5 燃烧性能测试

5．2 室外应用试验Ⅰ

5．2．1 实验条件

5．2．2 实验方法

5．3 室外应用试验Ⅱ

5．4 室外应用试验Ⅲ

5．4 室外应用试验Ⅳ

5．5 小结

第六章 效益及推广应用前景分析

6．1 环境效益

6．2 经济效益

6．3 社会效益

6．4 推广应用前景

第七章 结论

参考文献

硕士研究生期间发表论文

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