新型環(huán)保煤塵抑塵劑的制備及其應用

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、鐵路信號等設備的污染，給這些設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，反應時間3小時。向反應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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