Preparación y aplicación de un supresor de polvo a base de hidroxipropilmetilcelulosa bajo la acción de ultrasonidos

Resumen: Usando hidroxipropil metilcelulosa, ácido acrílico, acrilamida, etc. como materias primas, persulfato de amonio como iniciador y cloruro de dimetil dialil amonio como agente de reticulación, bajo la acción de ultrasonido, el método de polimerización en solución acuosa fue un supresor de polvo de hidroxipropil metilcelulosa. sintetizado, y su estructura fue caracterizada por FT-IR, TGA, DSC, SEM, etc. y su rendimiento de supresión de polvo fue probado. Los resultados muestran que la solución supresora de polvo sintetizada es estable, la película es suave y tiene una alta resistencia a la tracción. La tasa de retención de agua de la muestra de carbón rociada con supresor de polvo aún puede alcanzar el 74,52 % después de colocarla a temperatura ambiente durante 40 horas, y la tasa de pérdida de polvo de carbón es solo del 1,26 % después de un soplado continuo con viento de 14-15 m/s durante 3 horas. La tasa de pérdida de carbón pulverizado es solo del 5,06% después de agitar durante 40 h en condiciones de min.

Palabras clave: hidroxipropilmetilcelulosa; supresor de polvo; ultrasónico; polimerización en solución acuosa

1. Introducción

El carbón siempre ha ocupado una posición importante (60% a 70%) en la estructura de producción y consumo de energía de mi país. Generará una gran cantidad de polvo en el proceso de extracción, transporte y almacenamiento, lo que no solo provoca un grave desperdicio de recursos de carbón, sino que también contamina el medio ambiente circundante. El exceso de polvo de carbón también puede causar explosiones de polvo, lo que representa una amenaza para la vida de las personas. Con el desarrollo continuo de la tecnología de supresión de polvo, los supresores de polvo químicos son cada vez más populares debido a su excelente rendimiento de supresión de polvo. La capa del nudo es dura y quebradiza, y se rompe fácilmente por el impacto y el viento durante el transporte, perdiendo así el efecto de supresión de polvo.

En vista de este problema, este artículo utiliza hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC), ácido acrílico (AA), acrilamida (AM) como materia prima, persulfato de amonio (APS) como iniciador y cloruro de dimetildienopropilamonio (DMDAAC) como un agente reticulante para preparar un supresor de polvo ambiental de tipo película blanda con formación de película blanda, alta resistencia a la tracción y estabilidad térmica, y buen rendimiento de aplicación. Puede inhibir efectivamente la contaminación por polvo de carbón. Tiene una buena perspectiva de aplicación.

2. Parte experimental

2.1 Reactivos e instrumentos experimentales

2.1.1 Reactivos

HPMC: grado industrial, KIMA CHEMICAL CO., LTD; AA, AM, APS, bicarbonato de sodio, analíticamente puro, Tianjin Damao Chemical Reagent Factory; DMDAAC, dodecilbencenosulfonato de sodio (SDBS), glicerol, grado analítico, Tianjin Tianli Chemical Reagent Co., Ltd.

2.1.2 Instrumentos

Procesador ultrasónico MS-600N, Shanghai Shengji Ultrasonic Chemical Instrument Co., Ltd.; Espectrómetro infrarrojo por transformada de Fourier VECTOR-22 (FT-IR), Alemania Bruker; Microscopio electrónico de barrido (SEM) S4800, Japón Rigaku Co., Ltd.; Analizador termogravimétrico Q500 (TGA), American TA Company; Calorímetro diferencial de barrido (DSC) Q2000, American TA Company; Máquina de prueba universal XWW-20B, Chengde Jinjian Testing Instrument Co., Ltd.; Oscilador multipropósito de velocidad ajustable HY-4, Guohua Electric Co., Ltd.

2.2 Preparación del supresor de polvo HPMC

Pesar 2 g de HPMC en un vaso de precipitados, agregar 80 g de agua desionizada, disolver ultrasónicamente durante 5 min y guardarlo para uso posterior. Pesar 6 g de AA, neutralizar al 80% con solución de bicarbonato de sodio en baño de agua helada, luego agregar 2 g de AM y agitar rápidamente hasta su completa disolución. Agregue la solución de monómero preparada, 0,08 g de iniciador APS y 0,04 g de agente reticulante DMDAAC en el

Agregue 0,1 g de SDBS y 0,5 g de plastificante de glicerol al vaso de precipitados de la solución HPMC, reaccione durante 70 min con una potencia ultrasónica de 200 W y enfríe a temperatura ambiente para obtener una solución supresora de polvo. Luego lavar con etanol absoluto y secar a 0,7 MPa, 70 °C durante 12 h en condiciones de vacío, luego triturar y pasar por un tamiz de malla 100 para obtener un supresor de polvo en polvo.

2.3 Caracterización estructural y pruebas de desempeño

2.3.1 Caracterización del espectro infrarrojo (FT-IR)

Prepare la muestra con el método de formación de tabletas de KBr, muela nuevamente el polvo supresor de polvo seco preparado y luego mézclelo completamente con KBr y prepárelo de acuerdo con la proporción de 1:100, luego vierta la muestra preparada y el polvo de KBr en la máquina de tabletas Thin se hacen cortes, se colocan en el compartimiento de la muestra y se miden los espectros infrarrojos.

2.3.2 Análisis termogravimétrico (TGA)

Pesar 10 mg del producto seco y purificado, colocarlo en un crisol y ensayarlo en atmósfera de nitrógeno a 20 mL/min para obtener una curva termogravimétrica. Las condiciones de prueba son: la velocidad de calentamiento es de 20 °C/min y el rango de temperatura es de 20-600 °C.

2.3.3 Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

La temperatura de transición vítrea Tg y la temperatura de fusión Tm del supresor de polvo se pueden medir con un calorímetro diferencial de barrido, y los parámetros de prueba se establecen como: tasa de calentamiento 20 ℃/min, rango de temperatura 20-280 ℃; la prueba obtiene la curva DSC.

2.3.4 Microscopio electrónico de barrido (SEM)

Se usó SEM para observar la capa superficial de polvo de carbón seco (spray de oro) después de rociar la solución supresora de polvo (o agua).

2.3.5 Prueba de tracción de la película

Tome una cantidad adecuada de supresor de polvo preparado con diferentes proporciones de monómeros, prepare una solución supresora de polvo al 5 % respectivamente, viértala en una placa de politetrafluoroetileno y colóquela en una película. Corte la película supresora de polvo en una tira de muestra de 10 mm × 50 mm y luego mida su alargamiento a la rotura cuando se estira en una máquina de prueba universal.

2.3.6 Prueba de rendimiento de la aplicación

Las pruebas de rendimiento de retención de agua, resistencia a la erosión eólica y resistencia a los golpes de la solución supresora de polvo preparada se probaron de acuerdo con los métodos de las referencias.

3. Resultados y discusión

3.1 Análisis espectral infrarrojo

3474 cm-1 es el pico de absorción de vibración de estiramiento de -OH en el anillo de azúcar de hidroxipropilmetilcelulosa, y 2 931 cm-1 es el pico de absorción de vibración de estiramiento de CH-H en el -CH3. La intensidad del pico de absorción de -OH en HPMC es obviamente más fuerte que en la curva HPMC-AA-AM. De acuerdo con este resultado, se puede juzgar que el grupo hidroxilo activo en HPMC participa ampliamente en la reacción. 1 724 cm-1 es el pico de absorción de vibración de estiramiento de C=O en el enlace amida, y 1 594 cm-1 es el pico de absorción de vibración de estiramiento del enlace C-N. Los resultados mostraron que las cadenas de HPMC contenían segmentos AM y AA, lo que demostró que se había producido polimerización por injerto.

3.2 Análisis termogravimétrico

Se puede ver en la curva de análisis termogravimétrico que al principio, debido a la descomposición térmica de -OH, la pérdida de masa es relativamente rápida. El copolímero de injerto comienza a descomponerse a 309,41 ℃, y luego, a medida que la temperatura continúa aumentando, la descomposición correspondiente es más rápida y, después de 534,64 ℃, básicamente está terminado y muestra una buena estabilidad térmica, por lo que la temperatura no afectará la aplicación del polvo. supresor

3.3 Análisis de calorimetría diferencial de barrido

A partir del análisis de calorimetría diferencial de barrido de HPMC y HPMC-AA-AM, se puede ver que la temperatura de transición vítrea Tg es de 12,56 ℃, por lo que puede mostrar que la película es blanda a temperatura ambiente; Tm es 146.05 ℃, por lo que puede explicar el derretimiento de la película. La temperatura es más alta y la resistencia al calor de la película es buena.

3.4 Análisis SEM

Se puede ver en la morfología de la superficie del polvo de carbón después de la pulverización de agua que la disposición de las partículas del polvo de carbón muestra características sueltas después de la evaporación del agua, por lo que el efecto de supresión de polvo de la pulverización de agua es limitado, y el polvo solo se puede suprimir por humectación y coagulación en un tiempo corto. Se puede ver en la morfología de la superficie del polvo de carbón después de rociar el supresor de polvo que después de rociar el supresor de polvo, las partículas superficiales del polvo de carbón están estrechamente unidas entre sí, formando una capa solidificada con un cierto espesor, que puede prevenir efectivamente la el polvo de carbón del vuelo, juega un mejor papel en la supresión del polvo.

3.5 Análisis de los resultados de las pruebas de rendimiento

3.5.1 Resultados de la prueba de propiedades de tracción de la película

Cuanto mayor sea la resistencia a la tracción del supresor de polvo después de la formación de la película, mejor será la tenacidad y no se dañará fácilmente después de la formación de la película, y puede tener un mejor efecto de supresión del polvo.

Se puede ver a partir de los resultados de estiramiento de la película que el supresor de polvo tiene una alta resistencia a la tracción después de la formación de la película, lo que puede asegurar que no se dañará fácilmente durante el uso.

3.5.2 Resultados de la prueba de retención de agua

De la relación entre la tasa de retención de agua del carbón pulverizado y el tiempo de almacenamiento, se puede ver que la proporción de carbón pulverizado que pierde agua en las primeras 16 horas es muy alta, y la tasa de caída de la curva de pulverización de agua en este intervalo es obviamente más alto que el de rociar supresor de polvo. Además, también se puede ver que la tasa de retención de agua después de rociar el supresor de polvo durante 40 horas es tan alta como 74,52 %, mientras que la tasa de retención de agua después de rociar agua es solo del 15,69 %.

3.5.3 Resultados de la prueba de resistencia a la erosión eólica

De acuerdo con los resultados de las pruebas de rendimiento contra la erosión eólica, la tasa de pérdida de polvo de carbón del carbón rociado con supresor de polvo es solo del 1,26 % después de un soplado continuo con un viento de 14-15 m/s durante 3 horas, y la superficie del polvo de carbón es relativamente suave, mientras se rocía con agua Después de que el viento soplara la muestra de carbón durante 3 horas, la superficie del carbón pulverizado era irregular, lo que resultó en una gran pérdida de carbón pulverizado, con una tasa de pérdida del 7,91%. De acuerdo con este resultado, se puede juzgar que la resistencia a la erosión eólica de este supresor de polvo también ha alcanzado un nivel relativamente alto.

3.5.4 Resultados de la prueba antichoque

Se puede ver a partir de los resultados obtenidos dentro de las 40 horas del tratamiento de vibración a baja velocidad del carbón pulverizado que, después de un período de agitación, la tasa de pérdida del carbón pulverizado rociado con una solución supresora de polvo en la superficie es mucho menor que la del carbón pulverizado rociado. con agua en la superficie. Durante el experimento de agitación de 40 h en condiciones de 150 r/min, la tasa final de pérdida de carbón pulverizado de la muestra de carbón rociada con agua sobre la capa superficial de carbón pulverizado alcanzó el 69,14 %, mientras que la tasa de pérdida de carbón pulverizado de la superficie rociada con polvo la solución supresora fue sólo del 5,06%. Por lo tanto, el rendimiento antichoque del supresor de polvo para carbón pulverizado se ha mejorado significativamente.

4. Conclusión

(1) Se preparó un supresor de polvo de carbón de película blanda bajo la acción de ultrasonidos. El análisis infrarrojo del producto obtenido muestra que, bajo la acción del ultrasonido, HPMC, AA, AM pueden sufrir una reacción de copolimerización por injerto y el supresor de polvo obtenido tiene una buena estabilidad térmica. Se pueden unir estrechamente entre sí para formar una capa solidificada con cierto espesor, que tiene un buen efecto de supresión de polvo.

(2) La tasa de retención de agua del polvo de carbón rociado con supresor de polvo aún puede alcanzar el 74,52 % después de 40 horas a temperatura ambiente, y la tasa de pérdida de polvo de carbón es solo del 1,26 % después de un soplado continuo con un viento de 14-15 m/s durante 3 horas. La tasa de pérdida de carbón pulverizado es solo del 5,06 % después de agitar durante 40 h en condiciones de r/min, lo que demuestra que el supresor de polvo tiene buena retención de agua, resistencia a la erosión eólica y resistencia a los golpes.

(3) El supresor de polvo no solo puede resolver eficazmente el problema de la contaminación por polvo de carbón en el almacenamiento y transporte de carbón, sino que también puede usarse en lugares con mucho polvo, como edificios, áreas mineras, carreteras, etc., y tiene una amplia perspectivas de aplicación.