一种缓释型抑尘微胶囊、制备方法及应用
技术领域
本发明属于煤矿抑尘以及微胶囊技术领域，尤其涉及一种缓释型抑尘微胶囊、制备方法及应用。
背景技术
目前，煤炭作为我国的主要能源，具有无法替代的地位。随着煤矿开采过程中机械化水平的不断提高，作业生产过程中的粉尘也严重超标，严重威胁着矿工身体健康。在因工作环境接触各类职业危害引发的职业安全健康问题中，其中以煤工尘肺为主的职业病新发病例数、累计病例数和死亡病例数均居世界首位。截止2018年底，累计报告职业病97.5万例，其中，职业性尘肺病87.3万例，约占报告职业病病例总数的90％；据统计，全国煤矿每年因尘肺病死亡人数约1900人，是矿难和其他工伤事故死亡矿工数量6倍之多，煤尘污染已成为煤炭安全高效生产的巨大威胁。因此，降低煤矿开采过程中的粉尘浓度，防止煤炭开采、储存、装卸及运输过程中二次扬尘，是我们首要解决的问题。
目前，化学抑尘是对粉尘防治有效的方法之一，其化学抑尘剂可通过化学物质，捕获空气中的粉尘，消除或减轻粉尘对环境的污染。将抑尘剂溶液喷洒到工作面后，通过捕捉、吸附、团聚原理实现粉尘沉降、抑制飞扬目的。随着时间延长，抑尘剂中的水分蒸干，物料表面形成致密的固化层，可有效固定粉尘，使固化层覆盖下的粉状物料与空气隔离，防止二次飞扬，达到抑尘目的。但这种常见的抑尘剂，在固化成膜后，只对固化层覆盖的粉尘起到防治作用，无法继续对正在煤炭开采、储存、装卸及运输过程中产生的新的煤尘进行捕捉，难以达到理想的效果。因此，延长抑尘剂作用时间，提高抑尘剂抑尘效率，有待于更进一步的改进和发展。
缓释微胶囊技术可以在一个特定体系内，采取某些措施来减慢某种活性制剂的释放速度，从而在某段时间内，使活性制剂缓慢或受控制释放，提高利用效率。目前缓释微胶囊已经广泛应用到医药、农药、化妆品、涂料、添加剂等多个领域，但从未应用到抑尘领域，因此缓释型抑尘微胶囊技术具有崭新且广阔的应用前景。现有的抑尘技术，是使用常见的抑尘剂，在煤矿巷道表面、施工、运输现场进行喷洒降尘。抑尘剂通过捕捉、吸附、团聚原理实现粉尘沉降、抑制飞扬目的。并在物料表面形成致密的固化层，有效固定粉尘，防止二次飞扬，达到抑尘目的。但是在固化成膜后，只对固化层覆盖的粉尘起到防治作用，无法继续对正在煤炭开采、储存、装卸及运输过程中产生的新的煤尘进行捕捉，难以达到理想的效果。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有的抑尘技术在固化成膜后，只对固化层覆盖的粉尘起到防治作用，无法继续对正在煤炭开采、储存、装卸及运输过程中产生的新的煤尘进行捕捉，难以达到理想的效果。
(2)目前缓释微胶囊在抑尘中属于技术空白。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种缓释型抑尘微胶囊、制备方法及应用。
本发明是这样实现的，一种缓释型抑尘微胶囊，所述缓释型抑尘微胶囊按照质量百分比由1％-2％的木质素磺酸钠、3％-5％的丙烯酰胺、2％-4％的丙烯酸、0.08％-0.1％的交联剂、0.03％-0.05％的引发剂、0.02％-0.04％的氯化钙、0.1％-0.3％的乳化剂、1％-2％的壳聚糖、1％-2％的乙基纤维素、2％-4％的二氯甲烷、1％-2％的戊二醛、0.1-0.3％的pH调节剂和水组成，余量为水，水补足至100％。
进一步，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或其混合物；交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺。
进一步，所述乳化剂为Tween80、聚乙烯醇、明胶的一种；pH调节剂为柠檬酸或冰乙酸中的一种或其混合物。
本发明的另一目的在于提供一种所述缓释型抑尘微胶囊的制备方法，所述缓释型抑尘微胶囊的制备方法包括：
第一步，将木质素磺酸钠与氯化钙混合均匀后，加入丙烯酸并充分搅拌。然后向溶液中加入交联剂并通入氮气进行保护，反应得到第一溶液；
第二步，将温度升高到60℃，向第一溶液中继续加入丙烯酰胺与引发剂，持续搅拌并反应2h，得到第二溶液；
第三步，将乙基纤维素与壳聚糖溶于蒸馏水中搅拌均匀，加入pH剂，调节至4-5左右得到壁材溶液，随后向第二溶液中加入乳化剂，待充分混合后，将其滴加到壁材溶液中，超声分散2h，得到乳化产物；
第四步，向乳化产物中加入二氯甲烷，搅拌挥发，得到中间产物，壁材开始逐渐沉积；最后向中间产物中加入戊二醛，400rmp下交联反应1h，过滤洗涤干燥后，得到微胶囊。
进一步，在45℃下，反应1h，得到第一溶液。
进一步，设置反应温度为40℃，在600rmp下搅拌3h挥发。
进一步，加入pH剂，pH为4。
进一步，微胶囊技术与抑尘剂的结合应用，以可降解型抑尘剂为芯材，以缓释骨料为壁材。
进一步，采用超声乳化交联法进行制备，壁材的形成过程，利用二氯甲烷的蒸发以及戊二醛的双醛基与壳聚糖分子中的氨基发生胺醛缩合反应所形成席夫碱结构。
本发明的另一目的在于提供一种煤矿抑尘的方法，所述煤矿抑尘方法使用所述的缓释型抑尘微胶囊。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：在现有抑尘剂的基础上，本发明采用缓释/控释微胶囊技术，选取特定的缓释骨料为壁材，采用超声乳化交联法对制备出的高效抑尘剂进行包封。超声乳化交联技术利用了超声波空化效应，在强超声波作用下，产生大量的气泡，随着超声振动，气泡内产生了高温高压并在液体中产生了强烈的局部激波，也形成了局部的高温高压，从而对制备出的芯壁溶液进行乳化交联，促使壁材表面产生的孔洞更加细小、均一。这些壁材表面的孔洞可以减慢高效抑尘剂的释放速度，使微胶囊具有控释的能力和多次释放的能力，高效抑尘剂缓慢或受控制释放，提高抑尘剂的使用效率。
本发明缓释型抑尘微胶囊采用超声乳化交联法进行制备。首先采用接枝共聚技术制备出了高效的抑尘剂作为芯材，随后超声乳化，促使缓释骨料对其进行包覆。选用乙基纤维素与壳聚糖作为复合壁材，利用二氯甲烷的蒸发以及戊二醛的双醛基与壳聚糖分子中的氨基发生胺醛缩合反应所形成席夫碱结构，制备出了孔洞更细小均匀，释放能力更佳的缓释型微胶囊。实际应用过程中，本发明将常规抑尘剂与缓释型微胶囊型抑尘剂进行复配，常规抑尘剂前期发挥吸湿保水作用，而缓慢释放的微胶囊型抑尘剂起到后期保水作用，各司其职，最大程度地延长抑尘剂保水时间，实现协同增效抑尘。微胶囊技术与抑尘剂的结合应用，使得缓释型抑尘微胶囊不仅仅能够捕获浮沉，固定落尘，还能对不断产生的新鲜沉降的煤尘起作用，这极大地延长了抑尘剂的吸水保湿时间，弥补了现有抑尘剂的不足，提高了抑尘剂抑尘效率。同时材料的选择具有可降解性，不会对人体产生危害，也不会对环境造成二次污染。因此，缓释抑尘微胶囊技术具有广阔的应用前景。
本发明利用缓释微胶囊技术，可以选取特定的缓释骨料为壁材，对制备出的高效抑尘剂进行包封，缓释型微胶囊通过壁材的微孔来控制高效抑尘剂的释放速率，使微胶囊具有控释的能力和多次释放的能力，在一定程度上可以提高抑尘剂的使用效率。以延长抑尘剂的作用时间，大幅度提高防尘、抑尘效率，降低抑尘成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法的实现流程图。
图3是本发明实施例提供的缓释型抑尘微胶囊的芯材分子形成过程图。
图4是本发明实施例提供的缓释型抑尘微胶囊的壁材分子单体交联过程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种缓释型抑尘微胶囊、制备方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明提供的缓释型抑尘微胶囊按照质量百分比由1％-2％的木质素磺酸钠、3％-5％的丙烯酰胺、2％-4％的丙烯酸、0.08％-0.1％的交联剂、0.03％-0.05％的引发剂、0.02％-0.04％的氯化钙、0.1％-0.3％的乳化剂、1％-2％的壳聚糖、1％-2％的乙基纤维素、2％-4％的二氯甲烷、1％-2％的戊二醛、0.1-0.3％的pH调节剂和水组成，余量为水，水补足至100％。
本发明的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或其混合物；交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺；乳化剂为Tween80、聚乙烯醇、明胶的一种；pH调节剂为柠檬酸或冰乙酸中的一种或其混合物。
如图1所示，本发明提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法包括以下步骤：
S101：将木质素磺酸钠与氯化钙混合均匀后，加入丙烯酸并充分搅拌。然后向上述溶液中加入交联剂并通入氮气进行保护，在45℃下，反应1h，得到第一溶液；
S102：将温度升高到60℃，向第一溶液中继续加入丙烯酰胺与引发剂，持续搅拌并反应2h，得到第二溶液；
S103：将乙基纤维素与壳聚糖溶于蒸馏水中搅拌均匀，加入pH剂，调节至4-5左右得到壁材溶液。随后向第二溶液中加入乳化剂，待充分混合后，将其滴加到壁材溶液中，超声分散2h，得到乳化产物；
S104：向乳化产物中加入二氯甲烷，设置反应温度为40℃，在600rmp下搅拌3h使其挥发，得到中间产物，此时壁材开始逐渐沉积。最后向中间产物中加入戊二醛，400rmp下交联反应1h，过滤洗涤干燥后，得到微胶囊。
本发明加入pH剂，设定溶液的pH为4-5左右，其中pH为4最佳。
本发明微胶囊技术与抑尘剂的结合应用，以可降解型抑尘剂为芯材，以缓释骨料为壁材。
本发明采用超声乳化交联法进行制备。壁材的形成过程，利用了二氯甲烷的蒸发以及戊二醛的双醛基与壳聚糖分子中的氨基发生胺醛缩合反应所形成席夫碱结构。
本发明提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法仅仅是一个具体实施例而已。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1
本发明提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法包括：称取2g木质素磺酸钠加入装有100ml蒸馏水的三口烧瓶中，随后加入0.1g氯化钙混合均匀，充分溶解后，依次加入6g丙烯酸和0.2gN-N亚甲基双丙烯酰胺充分搅拌，并向三口烧瓶中通入氮气，在45℃搅拌反应1h。待其冷却至室温加入7g丙烯酰胺与0.1g过硫酸铵，将温度升高到60℃，持续搅拌并反应2h得到芯材溶液。将1g乙基纤维素与1g壳聚糖溶于100ml蒸馏水中搅拌均匀，并加入冰乙酸，调节pH至4，待充分混合后，将其滴加到芯材溶液中，超声分散2h后取出，并加入4g二氯甲烷，在40℃、600rmp下搅拌3h使其挥发。最后加入1g戊二醛，在400rmp下交联反应1h，经过滤、洗涤、干燥后，得到微胶囊。
实施例2
本发明提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法包括：称取2g木质素磺酸钠加入装有100ml蒸馏水的三口烧瓶中，随后加入0.1g氯化钙混合均匀，充分溶解后，依次加入6g丙烯酸和0.2gN-N亚甲基双丙烯酰胺充分搅拌，并向三口烧瓶中通入氮气，在45℃搅拌反应1h。待其冷却至室温加入7g丙烯酰胺与0.1g过硫酸铵，将温度升高到60℃，持续搅拌并反应2h得到芯材溶液。将1g乙基纤维素与2g壳聚糖溶于100ml蒸馏水中搅拌均匀，并加入冰乙酸，调节pH至4，待充分混合后，将其滴加到芯材溶液中，超声分散2h后取出，并加入4g二氯甲烷，在40℃、600rmp下搅拌3h使其挥发。最后加入1g戊二醛，在400rmp下交联反应1h，经过滤、洗涤、干燥后，得到微胶囊。
实施例3
本发明提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法包括：称取2g木质素磺酸钠加入装有100ml蒸馏水的三口烧瓶中，随后加入0.1g氯化钙混合均匀，充分溶解后，依次加入6g丙烯酸和0.2gN-N亚甲基双丙烯酰胺充分搅拌，并向三口烧瓶中通入氮气，在45℃搅拌反应1h。待其冷却至室温加入7g丙烯酰胺与0.1g过硫酸铵，将温度升高到60℃，持续搅拌并反应2h得到芯材溶液。将2g乙基纤维素与1g壳聚糖溶于100ml蒸馏水中搅拌均匀，并加入冰乙酸，调节pH至4，待充分混合后，将其滴加到芯材溶液中，超声分散2h后取出，并加入4g二氯甲烷，在40℃、600rmp下搅拌3h使其挥发。最后加入1g戊二醛，在400rmp下交联反应1h，经过滤、洗涤、干燥后，得到微胶囊。
实施例4
本发明提供的缓释型抑尘微胶囊的制备方法包括：称取2g木质素磺酸钠加入装有100ml蒸馏水的三口烧瓶中，随后加入0.1g氯化钙混合均匀，充分溶解后，依次加入6g丙烯酸和0.2gN-N亚甲基双丙烯酰胺充分搅拌，并向三口烧瓶中通入氮气，在45℃搅拌反应1h。待其冷却至室温加入7g丙烯酰胺与0.1g过硫酸铵，将温度升高到60℃，持续搅拌并反应2h得到芯材溶液。将2g乙基纤维素与2g壳聚糖溶于100ml蒸馏水中搅拌均匀，并加入冰乙酸，调节pH至4，待充分混合后，将其滴加到芯材溶液中，超声分散2h后取出，并加入4g二氯甲烷，在40℃、600rmp下搅拌3h使其挥发。最后加入1g戊二醛，在400rmp下交联反应1h，经过滤、洗涤、干燥后，得到微胶囊。
下面结合测试对本发明的技术效果作详细的描述。
对该抑尘微胶囊的防尘效果进行检测。取相同质量的煤样堆放，每组分别喷洒实施例1、2、3、4中的溶液，并设置不做处理的对照组。在实验室模拟30min吹风实验，记录的测试结果，如表1所示。
表1
对该抑尘微胶囊的捕尘效果进行检测，在实验室内营造扬尘环境，设置三组实验，一组清水喷雾，一组只喷洒抑尘剂，一组喷洒实施例4中的溶液，模拟实验并记录的测试结果，如表2所示。
表2
通过表1可以发现，未经处理的煤堆在风力作用下质量损失高达10％以上，而喷洒实施例溶液后的质量损失不足2％，可见，缓释型抑尘微胶囊对于煤尘具有极佳的抑制效果。通过表2可以发现，10min后抑尘剂与缓释型抑尘微胶囊溶液都具有极高的捕尘效果，捕尘效率在90％左右。24h后，抑尘剂的捕尘效率下降到32.8％，而缓释型抑尘微胶囊溶液的捕尘效率维持在85％左右，由此可见，缓释型抑尘微胶囊溶液具有优异的抑制效果。缓释微胶囊技术极大地延长了抑尘剂发挥效用的时间，弥补了抑尘剂固化成膜后无法捕获新煤尘的缺陷，提高了抑尘剂的抑尘效率，最大限度的发挥抑尘作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
