一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶及制备方法
阅读说明：本技术 一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶及制备方法 (Multifunctional gel for inhibiting coal pile dust emission and preventing spontaneous combustion and preparation method thereof ) 是由 周鲁洁 孙健 俞凯 陈静 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶及制备方法,涉及多功能凝胶技术领域,制备原料按照重量百分比计,包括：1-3份羧甲基纤维素钠；1-3份衣康酸；2-6份二乙稀三胺；0.1-0.4份引发剂；0.1-0.4份交联剂；5-15份硅藻土；4-10份硅酸钠；0.1-0.3份润湿剂；余量蒸馏水。本发明的有益效果是,原料易得,制备工艺简单,成本低,更易于工业化生产；采用本发明所制得的多功能凝胶具有多功能性,并且抑尘和防火两种性能还能相互协同作用,吸水性可以提高粘稠度,粘结煤尘的同时还能降低煤尘飞扬；凝胶中混有硅酸钠,可以有效降低煤炭自燃的风险,起到很好的防火作用。(The invention discloses a multifunctional gel for inhibiting coal pile dust emission and preventing spontaneous combustion and a preparation method thereof, relating to the technical field of multifunctional gels, and the preparation raw materials comprise the following components in percentage by weight: 1-3 parts of sodium carboxymethyl cellulose; 1-3 parts of itaconic acid; 2-6 parts of diethylenetriamine; 0.1-0.4 part of initiator; 0.1-0.4 part of a crosslinking agent; 5-15 parts of diatomite; 4-10 parts of sodium silicate; 0.1-0.3 part of wetting agent; the balance of distilled water. The invention has the advantages of easily obtained raw materials, simple preparation process, low cost and easy industrialized production; the multifunctional gel prepared by the invention has multiple functions, and the two performances of dust suppression and fire prevention can be mutually synergistic, so that the water absorption can improve the viscosity, and the flying of coal dust can be reduced while the coal dust is bonded; the sodium silicate is mixed in the gel, so that the risk of spontaneous combustion of coal can be effectively reduced, and a good fireproof effect is achieved.)
技术领域
本发明涉及多功能凝胶技术领域，尤其涉及一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶的凝胶及制备方法。
背景技术
目前，在煤炭堆放的过程中，由于不可抗拒的自然和人为原因，导致煤堆中总会产生大量的扬尘，甚至在随着堆放时间和外部环境的变化，煤体自身都会发生煤自燃现象。煤扬尘现象和煤自燃问题对煤炭生产行业的危害是巨大的。
单单是煤扬尘现象所带来的危害就有：对人造成不可逆的呼吸性疾病，例如尘肺病；并且细小的煤粉会渗入到机器内部，影响设备的使用寿；更加危险的是煤粉容易产生粉尘爆炸，后果更是不可估计的。另外，煤自燃的问题，更会加剧煤扬尘现象，因而这两种危害都是巨大的。
为降低煤堆扬尘现象，操作人员会定期喷洒水抑制扬尘，但是用水的效率是非常低的，因为单独的水喷散，降尘抑尘的时间很短暂，而且还会造成水资源的浪费。目前，有效的防治扬尘的手段是在煤堆表面铺盖一层绿化膜，但是这样有不可避免的增加了煤自燃的风险。
因此，急需开发一种能实现抑尘和防火相互结合的物质，既能有效的降低扬尘问题，又能降低煤自燃的风险。
发明内容
为解决露天煤炭堆放过程中不可避免出现的扬尘和煤自燃的技术问题，本发明公开了一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶及制备方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶，该多功能凝胶的制备原料包括羧甲基纤维素钠、衣康酸、二乙稀三胺、引发剂、交联剂、硅藻土、硅酸钠和润湿剂。
进一步地，制备原料按照重量百分比计，包括：
1-3份羧甲基纤维素钠；
1-3份衣康酸；
2-6份二乙稀三胺；
0.1-0.4份引发剂；
0.1-0.4份交联剂；
5-15份硅藻土；
4-10份硅酸钠；
0.1-0.3份润湿剂；
余量蒸馏水。
进一步地，所述引发剂为二过碘酸合铜。
进一步地，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
进一步地，所述润湿剂为重烷基苯磺酸盐。
进一步地，该多功能凝胶的制备过程中，原料的配比为：
羧甲基纤维素钠：衣康酸：二乙稀三胺＝1:1:2；
二过碘酸合铜：N,N’-亚甲基双丙烯酰胺＝2:3；
硅藻土：硅酸钠＝3:2；
重烷基苯磺酸盐：水＝1:1000。
进一步地，制备过程中，200毫升蒸馏水条件下，各原料重量分别为：
2g羧甲基纤维素钠；
2g衣康酸；
4g二乙稀三胺；
0.2g二过碘酸合铜；
0.3gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺；
2g硅藻土；
8g硅酸钠；
0.2g重烷基苯磺酸盐。
进一步地，该多功能凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：向三口烧瓶中加入蒸馏水，并将一定量的羧甲基纤维素钠装入三口烧瓶中，通入氮气，在60℃温度下溶解得羧甲基纤维素钠溶液；
S2：羧甲基纤维素钠溶液冷却至40℃后，依次加入一定量的衣康酸和二乙稀三胺，再加入一定量的二过碘酸合铜，水浴加热0.5h，得混合液Ⅰ；
S3：向混合液Ⅰ中加入一定量的硅藻土和硅酸钠，充分混匀，得混合液Ⅱ；
S4：向混合液Ⅱ中加入一定量的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续水浴加热0.5h，得混合液Ⅲ；
S5：待混合液Ⅲ冷却至室温后，加入一定量的重烷基苯磺酸盐，即可制得该多功能凝胶。
在制备该多功能凝胶过程中，选用的原料具有以下特点：
羧甲基纤维素钠是一种天然高分子材料，广泛存在于大自燃中。
引发剂二过碘酸合铜为一种金属氧化物，可利用三价铜离子的强氧化性进行反应。
交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
重烷基苯磺酸盐作为润湿剂，是重烷基苯(HAB)，是生产十二烷基苯过程中的副产物，它具有低温流动性好和凝固点低的优点，可以应对北方寒冷的气候条件，利用其较好的润湿性可提高凝胶对煤堆的润湿。
硅藻土作为吸水剂，是一种具有丰富的空结构的材料，孔体积达到0.45-0.98m3/g，比表面积达到40-65㎡/g，可以有效的吸附扬尘；并且它的吸水性强，吸水率是自身体积的2-4倍，可以提高凝胶的吸水性。
硅酸钠作为防火剂，自身具有优良的防火性，利用其水溶性的特点，在凝胶制备过程中，混入硅酸钠，在提高凝胶的防火性的同时，还可以提高凝胶的粘结性和防腐性，提高凝胶的使用寿命。
本发明中羧甲基纤维素钠与衣康酸和二乙稀三胺接枝共聚反应的反应方程式如下：
本发明的有益效果是，采用羧甲基纤维素钠与衣康酸和二乙稀三胺进行接枝共聚反应，共聚后而得的改性产物中再混入吸水剂(硅藻土)和防火剂(硅酸钠)，以及润湿剂(重烷基苯磺酸盐)，粘稠性良好和吸水性优良的流动性凝胶。
本发明中选用的原料易得，制备工艺简单，成本低，更易于工业化生产。
制得的该多功能凝胶具有良好的吸水性，可以有效的吸附人工喷洒的水分，结合其自身良好的粘性，可以在煤堆表面形成一层致密的保护膜，以防治煤尘的飞扬。
由于该多功能凝胶吸水性好，凝胶中还混有硅酸钠，可以有效降低煤炭自燃的风险,起到很好的防火作用。
综上，采用本发明所制得的多功能凝胶具有多功能性，并且抑尘和防火两种性能还能相互协同作用，吸水性可以提高粘稠度，粘结煤尘的同时还能降低煤尘飞扬。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶，采用的原料包括羧甲基纤维素钠、衣康酸、二乙稀三胺、引发剂(二过碘酸合铜)、交联剂(N,N’-亚甲基双丙烯酰胺)、硅藻土、硅酸钠和润湿剂(重烷基苯磺酸盐)。
实施例1
一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)向三口烧瓶中加入200ml蒸馏水，并将2g羧甲基纤维素钠装入三口烧瓶中，通入氮气，在60℃温度下溶解得羧甲基纤维素钠溶液；
(2)羧甲基纤维素钠溶液冷却至40℃后，依次加入1g衣康酸和2g二乙稀三胺，再加入0.2g二过碘酸合铜，水浴加热0.5h，得混合液Ⅰ；
(3)向混合液Ⅰ加入12g硅藻土和8g硅酸钠，充分混匀，得混合液Ⅱ；
(4)向混合液Ⅱ中加入0.3g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续水浴加热0.5h，得混合液Ⅲ；
(5)待混合液Ⅲ冷却至室温后，加入0.2g重烷基苯磺酸盐，即可制得该多功能凝胶，记为凝胶样品1。
实施例2
一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)向三口烧瓶中加入200ml蒸馏水，并将2g羧甲基纤维素钠装入三口烧瓶中，通入氮气，在60℃温度下溶解得羧甲基纤维素钠溶液；
(2)羧甲基纤维素钠溶液冷却至40℃后，依次加入3g衣康酸和6g二乙稀三胺，再加入0.2g二过碘酸合铜，水浴加热0.5h，得混合液Ⅰ；
(3)向混合液Ⅰ加入12g硅藻土和8g硅酸钠，充分混匀，得混合液Ⅱ；
(4)向混合液Ⅱ中加入0.3g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续水浴加热0.5h，得混合液Ⅲ；
(5)待混合液Ⅲ冷却至室温后，加入0.2g重烷基苯磺酸盐，即可制得该多功能凝胶，记为凝胶样品2。
实施例3
一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)向三口烧瓶中加入200ml蒸馏水，并将2g羧甲基纤维素钠装入三口烧瓶中，通入氮气，在60℃温度下溶解得羧甲基纤维素钠溶液；
(2)羧甲基纤维素钠溶液冷却至40℃后，依次加入2g衣康酸和4g二乙稀三胺，再加入0.2g二过碘酸合铜，水浴加热0.5h，得混合液Ⅰ；
(3)向混合液Ⅰ加入8g硅藻土和4g硅酸钠，充分混匀，得混合液Ⅱ；
(4)向混合液Ⅱ中加入0.3g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续水浴加热0.5h，得混合液Ⅲ；
(5)待混合液Ⅲ冷却至室温后，加入0.2g重烷基苯磺酸盐，即可制得该多功能凝胶，记为凝胶样品3。
实施例4
一种抑制煤堆扬尘和防止自燃的多功能凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)向三口烧瓶中加入200ml蒸馏水，并将2g羧甲基纤维素钠装入三口烧瓶中，通入氮气，在60℃温度下溶解得羧甲基纤维素钠溶液；
(2)羧甲基纤维素钠溶液冷却至40℃后，依次加入2g衣康酸和4g二乙稀三胺，再加入0.2g二过碘酸合铜，水浴加热0.5h，得混合液Ⅰ；
(3)向混合液Ⅰ加入12g硅藻土和8g硅酸钠，充分混匀，得混合液Ⅱ；
(4)向混合液Ⅱ中加入0.3g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续水浴加热0.5h，得混合液Ⅲ；
(5)待混合液Ⅲ冷却至室温后，加入0.2g重烷基苯磺酸盐，即可制得该多功能凝胶，记为凝胶样品4。
下面对实施例1-4制得的多功能凝胶进行保水性测试。
测试方法为：将制备好的四个凝胶样品分别置于60℃的干燥箱内，称量它们的初始质量为m1。然后，每隔1h测试一下它们的质量，用m2表示，凝胶保水率为W。
四个凝胶样品的测试结果如下表1所示。
表1
保水率计算公式为：
W(g/g)＝(m2/m1)×100％
上式中，m1为凝胶初始质量(单位g)；m2为凝胶在不同时间失水后质量(单位g)，保水率W(单位g/g)。
由此可见，本发明可通过设置不同的配比，来检测制得的多功能凝胶的保水率，以此判断凝胶的实际抑尘防火效果。
将本发明所制得的多功能凝胶涂抹或是喷洒在露天堆放的煤堆时，利用其具有的优良吸水性，可以有效的吸附人工喷洒的水分，结合自身良好的粘性，可以在煤堆表面形成一层致密的保护膜，以防治煤尘的飞扬。另外，由于吸水性好的凝胶中还混合有硅酸钠，还可以起到很好的防火作用。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
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