杉木锯屑基高吸水抑尘材料制备及效果分析

Preparation and effect analysis of cedar sawdust-based super absorbent dust suppressant material

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摘要煤矿生产及运输过程中存在大量煤炭残渣和粉尘,对作业环境和当地居民造成极大影响,为提高抑尘剂的抑尘效率,改善作业空间及周边环境,笔者遵循废物利用原则,实现了废物再利用.提出了以杉木锯屑为原材料,经过NaOH、Na2SO3等溶液处理后获得脱木素木粉(DWF),通过微波辅助-原位合成的手段,制备了一种新型绿色高吸水抑尘剂(AA-DWF-PAM/GD).试验结果表明:借助SEM、FTIR、TG-DTG及溶胀动力学试验手段,对AA-SW-PAM/GD的微观形貌、反应机理、热稳定性及吸水性能进行研究,发现该抑尘剂呈现网状空间结构且稳定性较高,DWF与丙烯酸(AA)和聚丙烯酰胺(PAM)反应良好,在73 ℃之前不会发生任何活性破坏,且最高吸水倍率为325倍,在NaCl、MgCl2、CaCl2三种盐溶液溶度为1％时,最高吸盐水倍率为100左右.在AA-DWF-PAM/GD与煤尘性能测试中发现,当风速14 m/s时抑尘率在90％左右;抑尘材料与煤混合后的燃烧后,热释放速率提高了4.53 kW/m2,燃烧时间延长了15 s左右,在喷洒使用后不会对煤的热值产生负面影响.分子动力学模拟(MS)结果表明抑尘剂主要作用于煤?水界面处,煤?水界面吸附层的厚度增大至28×10?6 mm (13×10?6～41×10?6 mm),促进了水分子在煤表面的扩散,吸引水分子向煤层方向迁移,添加AA-DWF-PAM/GD后水分子的自扩散系数(D)增加了4.3×10?9 m2/s,提高了煤层表面的润湿性.总的来说,该抑尘剂具有成本低、绿色环保、抑尘性能强的优势,有望使其在煤矿现场大规模应用推广.

作者周刚 ^[1] 李帅龙 ^[2] 徐乙鑫 ^[1] 李琳 ^[1] 孟群智 ^[1] 王琪 ^[1] 学术成果认领

作者单位山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590 ^[1] 山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590;阿尔伯塔大学土木与环境工程系,加拿大埃德蒙顿 T6G2R3 ^[2]

关键词煤矿粉尘高吸水凝胶煤层润湿抑尘机理杉木锯屑

分类号 TD714

栏目名称 安全科学与工程

DOI 10.13199/j.cnki.cst.2022-1102

发布时间 2023-05-05

基金项目

国家自然科学基金 山东省高等学校青创科技计划资助项目 教育部国家留学基金