泡沫除尘剂配方研究

吴 景，马有营，徐荣萧，张树立，孙慧赟

(滨州学院 化工与安全学院 ，山东 滨州 256600)

泡沫除尘技术耗水量低、除尘效率高，有效提高了粉尘防治的效果[1-2]，在国外煤矿粉尘防治领域得到广泛应用。我国关于泡沫除尘的研究比较晚，泡沫发泡剂的缺陷是泡沫除尘中存在的比较大的问题[3-5]。为此，本文通过进行实验优选得到的最佳泡沫除尘剂配方，具有发泡效果强、润湿性能好、除尘效率高、对金属腐蚀少、节省用水量等诸多优点。

1 发泡剂单体优选实验

本文选择四种常用的发泡剂：1#发泡剂为十二烷基二甲基氧化胺、2#发泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱、3#发泡剂为十二烷基硫酸钠、4#发泡剂为月桂酰胺甜菜碱[6-7]。每种发泡剂配置成0.3%、0.5%、0.7%的浓度，使用罗氏泡沫仪对发泡剂进行发泡能力测试，从而选出发泡能力强的发泡剂单体浓度。

1.1 实验数据处理

使用罗氏泡沫仪对发泡剂进行发泡能力测量后得出数据如图1～图4。

图1 1#发泡剂发泡能力图

图2 2#发泡剂发泡能力图

图3 3#发泡剂发泡能力图

图4 4#发泡剂发泡能力图

1.2 实验结论

每种发泡剂的发泡能力并不是随着浓度增高而提升，每种发泡剂有一个最佳发泡浓度。如图所示，1#发泡剂为十二烷基二甲基氧化胺浓度为0.7%时发泡能力最强，0.3%时发泡能力次之，0.5%时发泡能力较弱；2#发泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱浓度为0.9%时发泡能力最强，0.7%时发泡能力次之，0.3%时发泡能力较弱；3#发泡剂为十二烷基硫酸钠浓度为0.9%时发泡能力最强，0.7%时发泡能力次之，0.5%时发泡能力较弱；4#发泡剂为月桂酰胺甜菜碱浓度为0.1%时发泡能力最强，0.3%时发泡能力次之，0.5%时发泡能力较弱。

2 发泡剂单体正交复配试验

将优选出的发泡剂单体试剂按照四因素三水平的正交表进行正交试验。每种浓度试剂配置比例为1∶1∶1∶1，得到九种正交试剂，将复配出的试剂采用改进的罗氏泡沫法测发泡剂的发泡能力。

2.1 实验数据处理

复配发泡剂发泡能力浓度统计见表1。

表1 复配发泡剂发泡能力浓度统计表

2.2 实验结论

实验结果表示，当0.3%的十二烷基二甲基氧化胺、0.3%的椰油酰胺丙基甜菜碱、0.9%十二烷基硫酸钠、0.3%的月桂酰胺甜菜碱按照1∶1∶1∶1的比例混合后，发泡能力在9种复配试剂中最强。四种试剂复配混合试剂使用罗氏泡沫仪测定值，试剂滴完5,10,15min时泡沫体积分别为310，290，260mL，5min与10min时泡沫体积减少率为0.65%。发泡体积多，泡沫减少率低，可作为本文实验的优选复配试剂。

3 润湿剂的优选实验

选取三种润湿剂1#十二烷基苯磺酸钠、2#咪唑啉、3#月桂酰胺丙基氧化胺，分别配置成0.2%、0.4%、0.6%、0.8%四种浓度。记录煤尘在不同润湿剂不同浓度中的沉降时间，时间越短润湿性能越强，时间越长润湿性能越弱，从而得出润湿剂的润湿性差异。

3.1 实验数据处理

三种润湿剂润湿时间对比见图5。

图5 三种润湿剂润湿时间对比图

3.2 实验结论

通过此实验结果得出，0.8%的月桂酰胺丙基氧化胺的润湿性在此实验中润湿性能优异，煤尘最快沉降时间为4s，煤尘全部沉降时间为60s；0.6%的咪唑啉试剂中，煤尘最快沉降时间为34s，煤尘全部沉降时间为6min；0.8%的十二烷基苯磺酸钠试剂中，煤尘最快沉降时间为40s，煤尘全部沉降时间为600s。0.8%的月桂酰胺丙基氧化胺中煤尘沉降时间远小于其他两种对比试剂，将其选为本实验的最佳润湿剂，将优选出的润湿剂与最佳复配发泡剂进行比例混合实验，优选出发泡能力最佳的润湿剂与发泡剂的配比比例。

4 发泡剂的配比实验

优选出最佳润湿剂0.8%的月桂酰胺丙基氧化胺后，与发泡剂进行比例调配实验。将润湿剂与发泡剂进行配比，发泡剂与润湿剂的配置比例为10∶0、9∶1、4∶1、7∶3、3∶2、1∶1、2∶3、3∶7、

1∶4、1∶9、0∶10。分析发泡剂与润湿剂的混合试剂发泡能力的强弱，从而得出发泡能力强的混合试剂，从而得出发泡剂与润湿剂的最佳混合比例。

4.1 实验数据处理

发泡剂与润湿剂不同比例混合后的泡沫体积对比见图6。

图6 发泡剂与润湿剂不同比例混合后的泡沫体积对比图

4.2 实验结论

发泡剂与润湿剂充分混合后发泡能力会增强，当混合试剂达到最佳配比后发泡能力最佳，由图4.1可知当发泡剂复配试剂与润湿剂的混合试剂配比比例为4∶1时，混合试剂的发泡效果最佳，静置5min时泡沫体积为350mL，静置10min时泡沫体积为300mL。混合试剂的发泡体积和泡沫持续时间远高于其他对比数据，选其为最佳混合比例。

5 稳泡剂的优选实验

选出三种常用稳泡剂：1#聚乙烯醇、2#淀粉、3#聚丙烯酰胺，配置成不同浓度的试剂，加入到优选出的发泡剂复配试剂中，用搅拌器充分混合搅拌，观察并比较泡沫体积减少率，从而得到最佳稳泡剂。

5.2 实验数据处理

三种稳泡剂复配发泡剂混合后的实验数据柱状见图7。

图7 三种稳泡剂复配发泡剂混合后的实验数据柱状图

5.3 实验结论

由图可知，当3%的聚乙烯醇与复配发泡剂混合搅拌后，泡沫体积减少率在19.09%左右，其余几组实验结果泡沫体积减少率较大，与3%的聚乙烯醇相比较稳泡效果差，故而3%的聚乙烯醇选为最佳稳泡剂。

6 缓蚀剂的优选实验

除尘剂泡沫会对金属设备产生一定的腐蚀，故而在除尘发泡剂中添加缓蚀剂来减缓除尘泡沫对金属设施的腐蚀。通过查阅资料选出三种缓蚀剂：1#苯并三唑、2#亚硝酸钠、3#硼酸钠。将三块相同形状、质量的铁钉分别侵泡在浓度为20%的苯并三唑溶液、亚硝酸钠溶液和硼酸钠溶液中，通过计算质量减少率从而优选出最佳缓蚀剂。

6.1 实验数据处理

铁钉质量减少量柱状见图8。

图8 铁钉质量减少量柱状图

6.2 实验结论

通过图中可以看出，加入硼酸钠的盐水中，铁钉质量减少率为4.81%；加入苯并三唑的盐水中，铁钉质量减少率为5.78%；加入亚硝酸钠的盐水中，铁钉质量减少率为5.40%；未加入缓蚀剂的盐水中，铁钉质量减少率为24.17%。加入硼酸钠缓蚀剂的盐水中，铁钉质量减少率明显低于其他对照组，故而将硼酸钠优选为本文实验的最佳缓蚀剂。

7 结语

通过进行发泡剂发泡能力单体实验、发泡剂单体正交实验、润湿剂的优选实验、润湿剂与发泡剂的配比实验、稳泡剂的优选实验、缓蚀剂的优选实验，确定泡沫除尘剂的最佳配方为：0.3%的十二烷基二甲基氧化胺、0.3%的椰油酰胺丙基甜菜碱、0.9%十二烷基硫酸钠、0.3%的月桂酰胺甜菜碱按照1∶1∶1∶1的比例混合后，得到最佳复配发泡剂，最佳复配发泡剂与0.8%的月桂酰胺丙基氧化胺以4∶1的比例进行混合，并向复配试剂中加入0.6%的聚丙烯酰胺和硼酸钠。