我国是煤炭最主要的生产消费国,煤炭在开采、储存、运输过程中都会产生煤尘,煤尘不仅会对人体、环境造成不可逆的危害,还会造成煤炭资源浪费。为了减小煤尘的危害,工业上通常使用抑尘剂来抑制煤尘的扩散。但多数抑尘剂仍存在难以润湿煤尘、粘结能力低、抑尘时间短等问题,甚至具有一定毒性,对环境产生危害。为了克服传统抑尘剂的不足,目前多以生物质为原料制备抑尘剂,但此类抑尘剂所选单体对原料针对性不强,同时对不同粒径煤样的抑尘能力研究较少。本文选取造纸工业副产品木质素磺酸钠为原料,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰胺(AM)为单体,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,采用水溶液聚合法接枝共聚制备新型木质素磺酸钠抑尘剂(LAA),提高抑尘剂对煤样的粘结性和有效性,同时复配表面活性剂增强其对煤尘的润湿性,并测试其对不同粒径煤样的抑尘能力。该抑尘剂是一种兼具润湿、粘结、环保的复合型生物质抑尘剂,具有一定工业应用价值,具体研究内容及结论如下: 通过单因素和正交实验确定LAA最佳合成条件为:LS质量为1.5g、AMPS质量为5 g、AM质量为6 g、KPS/单体量为0.6%、反应温度为85℃。通过XRD、FTIR和¹H NMR证明AMPS与AM接枝到LS结构中,成功合成目标产物LAA。通过对LAA进行性能测试发现,LAA对80目以下煤样具有良好的抑尘能力,在放置15天后,其抗风蚀率仍大于99%;通过SEM观察煤样微观结构发现,LAA能够有效粘结煤尘颗粒,形成固结层,但煤尘颗粒间存在一定空隙,这说明LAA中所含基团可有效与煤样结合,对煤样具有粘结效果,但LAA对煤尘润湿性能较差,当煤样目数大于80目时,LAA难以润湿和渗透进煤尘颗粒之间,无法起到抑尘效果,因此需要复配表面活性剂以提高其对煤样的润湿性。 选取十种常用表面活性剂测试在不同浓度下的表面张力,得到不同表面活性剂的临界胶束浓度,并结合沉降时间和沉降速率,优选出最佳单体表面活性剂及使用浓度。结果表明,表面活性剂达到临界胶束浓度后,才对煤样具有一定润湿性;同一类型表面活性剂临界胶束浓度越小,在低浓度时对煤样润湿效果越好;十种表面活性剂随着浓度增加,其沉降时间均减少,十种表面活性剂的润湿效果为:APEO>SDBS>AOS>SDS>AE S>1305>C12APG>CAB>AEO>CTAB,其中非离子表面活性剂APEO润湿效果较好,但对人体和环境具有较大危害,SDBS尽管对煤尘润湿效果不如APEO,但满足润湿煤尘的需求且对环境友好。综合考虑表面活性剂的润湿效果、成本、毒性等方面,决定选用SDBS作为复配单体,最佳使用浓度为0.4%,此时SDBS表面张力为28.1 m N/m,沉降时间为28.59 s,沉降速率为13.99 mg/s。 将LAA与0.4%的SDBS进行复配,制备复合型木质素磺酸钠抑尘剂(LAA-S),同时通过一系列性能测试发现,LAA-S对80目以下煤样的抑尘能力优于LAA的抑尘能力,这说明LAA与SDBS产生协同作用,提高对煤样的润湿性和抑尘能力;对80-120目、120-160目和160-200目煤样,在24 m/s风速条件下,其抗风蚀率分别为99.83%、99.61%和99.01%,相比喷洒LAA的抗风蚀率分别提高57.96%、61.9%和98.45%,放置15天后LAA-S抗风蚀率仍大于98.15%,说明LAA-S具有长期有效的抑尘能力,满足实际抑尘需求。