Приготовление и нанесение пылеподавителя на основе гидроксипропилметилцеллюлозы под действием ультразвука

Реферат: С использованием гидроксипропилметилцеллюлозы, акриловой кислоты, акриламида и др. в качестве сырья, персульфата аммония в качестве инициатора и хлорида диметилдиаллиламмония в качестве сшивающего агента под действием ультразвука методом полимеризации в водном растворе был получен пылеподавитель на основе гидроксипропилметилцеллюлозы. был синтезирован, и его структура была охарактеризована с помощью FT-IR, TGA, DSC, SEM и т. д., и были протестированы его характеристики пылеподавления. Результаты показывают, что синтезированный раствор пылеподавителя стабилен, пленка мягкая и обладает высокой прочностью на разрыв. Степень водоудержания образца угля, обработанного пылеподавителем, может достигать 74,52% после выдержки при комнатной температуре в течение 40 часов, а скорость потери угольного порошка составляет всего 1,26% после непрерывного продувки при скорости ветра 14-15 м/с в течение 3 часов. часы. Потери пылевидного угля составляют всего 5,06% после встряхивания в течение 40 ч при условии мин.

Ключевые слова: гидроксипропилметилцеллюлоза; пылеподавитель; ультразвуковой; полимеризация в водном растворе

1. Введение

Уголь всегда занимал важное место (от 60% до 70%) в структуре производства и потребления энергии в моей стране. В процессе добычи, транспортировки и хранения образуется много пыли, что не только приводит к серьезной трате угольных ресурсов, но и загрязняет окружающую среду. Чрезмерное количество угольной пыли может также вызвать взрывы пыли, представляющие угрозу для жизни людей. В связи с непрерывным развитием технологий пылеподавления, химические пылеподавители становятся все более популярными благодаря их превосходным характеристикам пылеподавления. Сучковый слой твердый и ломкий, легко ломается от ударов и ветра при транспортировке, теряя при этом эффект пылеподавления.

В связи с этой проблемой в данной статье в качестве сырья используются гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ), акриловая кислота (АК), акриламид (АМ), персульфат аммония (АПС) в качестве инициатора и диметилдиенпропиламмонийхлорид (ДМДААХ). сшивающий агент для приготовления пылеподавителя в виде мягкой пленки с образованием мягкой пленки, высокой прочностью на растяжение и термической стабильностью, а также хорошими эксплуатационными характеристиками. Он может эффективно препятствовать загрязнению угольной пылью, имеет хорошие перспективы применения.

2. Экспериментальная часть

2.1 Экспериментальные реактивы и приборы

2.1.1 Реагенты

ГПМЦ: промышленный сорт, KIMA CHEMICAL CO., LTD; AA, AM, APS, бикарбонат натрия, аналитически чистый, Tianjin Damao Chemical Reagent Factory; DMDAAC, додецилбензолсульфонат натрия (SDBS), глицерин, ЧДА, Tianjin Tianli Chemical Reagent Co., Ltd.

2.1.2 Инструменты

ультразвуковой процессор MS-600N, Shanghai Shengji Ultrasonic Chemical Instrument Co., Ltd.; Инфракрасный Фурье-спектрометр VECTOR-22 (FT-IR), Германия, Bruker; Сканирующий электронный микроскоп S4800 (SEM), Japan Rigaku Co., Ltd.; термогравиметрический анализатор (ТГА) Q500, американская компания ТА; Дифференциальный сканирующий калориметр (ДСК) Q2000, American TA Company; Универсальная испытательная машина XWW-20B, Chengde Jinjian Testing Instrument Co., Ltd.; HY-4 Многоцелевой осциллятор с регулируемой скоростью, Guohua Electric Co., Ltd.

2.2 Приготовление пылеподавителя ГПМЦ

Взвесьте 2 г ГПМЦ в стакан, добавьте 80 г деионизированной воды, растворите ультразвуком в течение 5 мин и сохраните для последующего использования. Взвешивают 6 г АК, нейтрализуют его до 80% раствором бикарбоната натрия на водяной бане со льдом, затем добавляют 2 г АМ и быстро перемешивают до полного растворения. Добавьте в смесь приготовленный раствор мономера, 0,08 г инициатора АПС и 0,04 г сшивающего агента ДМДААХ.

Добавьте 0,1 г SDBS и 0,5 г пластификатора глицерина в стакан с раствором HPMC, реагируйте в течение 70 минут при мощности ультразвука 200 Вт и охлаждайте до комнатной температуры, чтобы получить раствор для подавления пыли. Затем промывают абсолютным этанолом и сушат при 0,7 МПа, 70 °C в течение 12 ч в условиях вакуума, затем измельчают и пропускают через сито 100 меш для получения порошкообразного пылеподавителя.

2.3 Структурная характеристика и тестирование производительности

2.3.1 Характеристика инфракрасного спектра (FT-IR)

Подготовьте образец методом таблетирования KBr, снова измельчите приготовленный сухой порошок пылеподавителя, а затем полностью смешайте его с KBr и приготовьте в соотношении 1:100, затем засыпьте подготовленный образец и порошок KBr в таблетировочную машину. делаются срезы, помещаются в отделение для образцов и измеряются инфракрасные спектры.

2.3.2 Термогравиметрический анализ (ТГА)

Взвесьте 10 мг высушенного и очищенного продукта, поместите его в тигель и испытайте в атмосфере азота со скоростью 20 мл/мин, чтобы получить термогравиметрическую кривую. Условия испытаний: скорость нагрева 20 °С/мин, диапазон температур 20-600 °С.

2.3.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)

Температура стеклования Tg и температура плавления Tm пылеподавителя могут быть измерены с помощью дифференциального сканирующего калориметра, а параметры испытаний установлены как: скорость нагрева 20 ℃/мин, диапазон температур 20-280 ℃; тест получает кривую ДСК.

2.3.4 Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)

СЭМ использовали для наблюдения за сухим поверхностным слоем угольного порошка (золотые брызги) после распыления раствора пылеподавителя (или воды).

2.3.5 Испытание пленки на растяжение

Возьмите соответствующее количество пылеподавителя, приготовленного при различных соотношениях мономеров, приготовьте 5% раствор пылеподавителя соответственно, налейте его в пластину из политетрафторэтилена и отлейте в пленку. Нарежьте пылеподавляющую пленку на образец полоски размером 10 мм × 50 мм, а затем измерьте ее удлинение при разрыве при растяжении на универсальной испытательной машине.

2.3.6 Тест производительности приложения

Водоудержание, стойкость к ветровой эрозии и ударопрочность приготовленного раствора пылеподавителя были испытаны в соответствии с методами, указанными в справочных материалах.

3. Результаты и их обсуждение

3.1 Инфракрасный спектральный анализ

3474 см-1 соответствует пику поглощения валентных колебаний -ОН на сахарном кольце гидроксипропилметилцеллюлозы, а 2931 см-1 соответствует пику поглощения валентных колебаний СН-Н на -СН3. Интенсивность пика поглощения -ОН в ГПМЦ явно выше, чем на кривой ГПМЦ-АА-АМ. По этому результату можно судить, что активная гидроксильная группа в ГПМЦ активно участвует в реакции. 1 724 см-1 представляет собой пик поглощения валентных колебаний C=O на амидной связи, а 1 594 см-1 представляет собой пик поглощения валентных колебаний связи C-N. Результаты показали, что цепи ГПМЦ содержали АМ- и АА-сегменты, что доказывало наличие привитой полимеризации.

3.2 Термогравиметрический анализ

Из кривой термогравиметрического анализа видно, что в начале за счет термического разложения -ОН происходит относительно быстрая потеря массы. Привитой сополимер начинает разлагаться при 309,41 ℃, а затем, когда температура продолжает повышаться, соответствующее разложение происходит быстрее, и после 534,64 ℃ он в основном заканчивается и показывает хорошую термическую стабильность, поэтому температура не повлияет на применение пыли. подавитель.

3.3 Дифференциальный сканирующий калориметрический анализ

Из анализа дифференциальной сканирующей калориметрии ГПМЦ и ГПМЦ-AA-AM видно, что температура стеклования Tg составляет 12,56 ℃, поэтому можно показать, что пленка мягкая при комнатной температуре; Tm составляет 146,05 ℃, поэтому это может объяснить плавление пленки. Температура выше, и термостойкость пленки хорошая.

3.4 СЭМ-анализ

Из морфологии поверхности угольного порошка после распыления воды видно, что расположение частиц угольного порошка после испарения воды демонстрирует рыхлые характеристики, поэтому эффект подавления пыли распылением воды ограничен, и пыль можно подавить только смачиванием и коагуляцией. короткое время. Из морфологии поверхности угольного порошка после распыления пылеподавителя видно, что после распыления пылеподавителя поверхностные частицы угольного порошка тесно связаны друг с другом, образуя затвердевший слой определенной толщины, который может эффективно предотвратить угольная пыль от летания, играет лучшую роль в подавлении пыли.

3.5 Анализ результатов тестирования производительности

3.5.1 Результаты испытаний свойств пленки на растяжение

Чем больше прочность на растяжение пылеподавителя после образования пленки, тем выше ударная вязкость, и его не так легко повредить после образования пленки, и он может иметь лучший эффект подавления пыли.

Из результатов растяжения пленки видно, что пылеподавитель имеет высокую прочность на растяжение после формирования пленки, что может гарантировать, что он не будет легко поврежден во время использования.

3.5.2 Результаты испытаний на водоудержание

Из взаимосвязи между водоудерживающей способностью пылевидного угля и временем хранения видно, что доля пылевидного угля, теряющего воду в первые 16 часов, очень высока, а кривая скорости падения распыляемой воды в этом интервале, очевидно, выше, чем при распылении пылеподавителя. Кроме того, также видно, что уровень удержания воды после распыления пылеподавителя в течение 40 часов достигает 74,52%, в то время как уровень удержания воды после распыления воды составляет всего 15,69%.

3.5.3 Результаты испытаний на стойкость к ветровой эрозии

Согласно результатам испытаний на противоветровую эрозию, скорость потери угольной пыли при распылении пылеподавителя составляет всего 1,26% после непрерывного продувки ветром 14-15 м/с в течение 3 часов, а поверхность угольной пыли относительно гладкая, при обрызгивании водой. После того, как образец угля продувался ветром в течение 3 часов, поверхность пылевидного угля была неровной, что привело к большим потерям пылевидного угля, с коэффициентом потерь 7,91%. По этому результату можно сделать вывод, что сопротивление ветровой эрозии этого пылеподавителя также достигло относительно высокого уровня.

3.5.4 Результаты противоударных испытаний

Из результатов, полученных в течение 40 часов низкоскоростной вибрационной обработки пылевидного угля, видно, что после периода встряхивания скорость потерь пылевидного угля, распыленного на поверхность раствором пылеподавителя, намного ниже, чем у пылевидного угля, распыленного на поверхность. с водой на поверхности. В течение 40-часового эксперимента по встряхиванию при скорости 150 об/мин конечная скорость потери пылеобразователя образца угля, обрызганного водой на поверхностном слое пылевидного угля, достигла 69,14 %, в то время как скорость потери пылевидного угля на поверхности, обрызганной пылью, составила 69,14%. раствора супрессора было только 5,06%. Таким образом, противоударные характеристики пылеподавителя для пылевидного угля были значительно улучшены.

4. Вывод

(1) Мягкий пленочный подавитель угольной пыли был приготовлен под действием ультразвука. Инфракрасный анализ полученного продукта показывает, что под действием ультразвука ГПМЦ, АК, АМ могут вступать в реакцию привитой сополимеризации, а полученный пылеподавитель обладает хорошей термической стабильностью. Они могут быть тесно связаны друг с другом, образуя затвердевший слой определенной толщины, обладающий хорошим пылеподавляющим эффектом.

(2) Коэффициент водоудержания угольного порошка с пылеподавляющим напылением все еще может достигать 74,52% после 40 часов при комнатной температуре, а скорость потери угольного порошка составляет всего 1,26% после непрерывного продувки при скорости ветра 14-15 м/с в течение 3 часа. Потери пылевидного угля составляют всего 5,06% после встряхивания в течение 40 ч при скорости вращения в минуту, что показывает, что пылеподавитель обладает хорошими водоудерживающими свойствами, устойчивостью к ветровой эрозии и ударопрочностью.

(3) Пылеподавитель может не только эффективно решить проблему загрязнения угольной пылью при хранении и транспортировке угля, но также может использоваться в местах с большим количеством пыли, таких как здания, шахты, дороги и т. д., и имеет широкий спектр применения. перспективы применения.