化學(xué)抑塵劑的研究現(xiàn)狀分析

王姣龍，胡志光，張玉玲

（華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北保定071003）

化學(xué)抑塵劑的研究現(xiàn)狀分析

王姣龍，胡志光，張玉玲

（華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北保定071003）

近來(lái)，我國(guó)以可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）為特征的區(qū)域性大氣環(huán)境問(wèn)題日益突出，利用化學(xué)抑塵劑抑制顆粒物進(jìn)入大氣是改善我國(guó)大氣污染現(xiàn)狀的重要措施。本文主要介紹了化學(xué)抑塵劑的研究現(xiàn)狀，基于化學(xué)抑塵劑與粉塵之間的潤(rùn)濕、粘結(jié)、凝聚機(jī)理，系統(tǒng)地分析了化學(xué)抑塵劑的合成技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀。為今后新型化學(xué)抑塵劑的研究與開(kāi)發(fā)提供參考。

化學(xué)抑塵劑；顆粒物；現(xiàn)狀分析

霧霾是靜穩(wěn)大氣下，大量顆粒性物質(zhì)持續(xù)積聚，進(jìn)而超過(guò)大氣循環(huán)能力與承載度而形成的。PM2.5因其粒徑更為細(xì)小，大部分可直接進(jìn)入人體的肺部并在肺泡沉積，進(jìn)入血液循環(huán)，從而對(duì)人體產(chǎn)生巨大危害[1]。當(dāng)前主要塵源有工業(yè)過(guò)程、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放和地面揚(yáng)塵等。其中揚(yáng)塵是導(dǎo)致全年空氣質(zhì)量不佳主要原因，且又難以控制[2]。抑塵劑可有效控制顆粒性物質(zhì)的飛揚(yáng)，在施工工地、道路、礦山、公園、廠區(qū)、煤料場(chǎng)等使用的效果已得到認(rèn)可[3]。抑塵劑具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，有著極其廣闊的發(fā)展前景[4]。目前，化學(xué)抑塵劑雖然在我國(guó)已得到越來(lái)越多的研究和應(yīng)用，但仍有許多方面不夠完善，因此，我們應(yīng)該了解國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)和成果開(kāi)發(fā)出價(jià)格低廉、使用方便、抑塵效果好的新型化學(xué)抑塵劑[5]。盡管化學(xué)抑塵劑在我國(guó)起步較晚，但近年來(lái)一直在不斷地創(chuàng)新與發(fā)展，在科研和工業(yè)運(yùn)行中被認(rèn)為是解決開(kāi)放性粉塵源污染的最佳方法[6]。

1 化學(xué)抑塵劑的類型

按照抑塵機(jī)理的不同，化學(xué)抑塵劑可以分為潤(rùn)濕型、粘結(jié)型、凝聚型和復(fù)合型4大類。

1.1 潤(rùn)濕型化學(xué)抑塵劑

潤(rùn)濕型化學(xué)抑塵劑主要由表面活性劑和某些無(wú)機(jī)鹽組成,可用于提高水對(duì)粉塵潤(rùn)濕效果。其中表面活性劑是潤(rùn)濕型化學(xué)抑塵劑的主要成分，其主要是降低溶液體系的表面張力，起到滲透、潤(rùn)濕、乳化、發(fā)泡等作用[7]。吸濕性無(wú)機(jī)鹽作用則是彌補(bǔ)表面活性劑的吸濕保水方面的不足，促進(jìn)表面活性劑的作用發(fā)揮。在美國(guó)，夏季與春季將MgCl2應(yīng)用于非鋪裝路面抑塵和道路固化，在美國(guó)環(huán)保署制定的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限制下，鹽和鹽水是最常用的抑塵類型[8]。近來(lái)，楊靜[9]等以聚乙烯醇(PVA)、脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)和少量成膜助劑，開(kāi)發(fā)出一種適于煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)過(guò)程中降塵用的抑塵劑；程淑艷[10]等分別利用十二烷基苯磺酸鈉、C9脂肪醇聚氧乙烯醚制得一種潤(rùn)濕型煤塵抑制劑。其開(kāi)發(fā)方向主要是在保證抑塵效率的前提下開(kāi)發(fā)出更為廉價(jià)的潤(rùn)濕型化學(xué)抑塵劑。

1.2 粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑

粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑是利用覆蓋、粘結(jié)、硅化和聚合等原理防止粉塵和泥土飛揚(yáng)。根據(jù)原料的不同又分為粘結(jié)型有機(jī)化學(xué)抑塵劑和粘結(jié)型無(wú)機(jī)化學(xué)抑塵劑。粘結(jié)型有機(jī)粘結(jié)劑一般由原油、石油渣油、石蠟、石蠟油、煤渣油、瀝青、橄欖油廢渣、生物油渣、木質(zhì)素衍生物、纖維素濾料、樹(shù)脂、聚合物等組分復(fù)合進(jìn)一步復(fù)配其他有機(jī)化合物形成[7]。無(wú)機(jī)型粉塵粘結(jié)劑主要包括鹵化物、CaCl2、粉煤灰、黏土、石膏、高嶺土、酸等。該類抑塵劑的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)表明，道路固塵效果較好，但是其乳化性能較差。為了更好的實(shí)現(xiàn)原材料的有效利用，應(yīng)尋找更好的添加劑來(lái)改善其性能，提高其抑塵效果。

1.3 凝聚型化學(xué)抑塵劑

凝聚型化學(xué)抑塵劑是由能吸收大量水分的吸收劑組成的，它能使泥土或粉塵保持較高的含濕量從而防止揚(yáng)塵。按照作用機(jī)理與材料可分為吸濕性無(wú)機(jī)鹽凝聚劑和高倍吸水樹(shù)脂凝聚劑。

吸濕性無(wú)機(jī)鹽材料很多，如MgC12、CaCl2、NaCl、Na2SiO3、AlC13、活性氧化鋁、硅膠等，這些材料都能夠從空氣中吸收水分，使粉塵凝并、保持粉塵的含濕量，從而達(dá)到抑塵的目的。但吸濕鹽水溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)施工設(shè)備腐蝕很大，對(duì)石灰、水泥等材料有一定的改性甚至危害[11]。

高倍吸水樹(shù)脂凝聚劑是近30年來(lái)開(kāi)發(fā)的一種具有吸水倍率高、保水性能好、粘結(jié)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的抑塵劑，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[12]。近來(lái)，高學(xué)偉[13]等對(duì)膨潤(rùn)土接枝丙烯酸高吸水性樹(shù)脂的抑塵性能進(jìn)行研究；李云濤[14]等選取4種類型的高倍吸水樹(shù)脂抑塵劑通過(guò)模擬公路工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境分別測(cè)試其抗蒸發(fā)能力以確定抑塵效果，得到濃度為0.2%的抑塵劑SAP的成膜狀態(tài)最好；祁曉華[15]等通過(guò)研究聚丙烯酸/硅藻土復(fù)合、聚(丙烯酸-co-異丙烯磷酸)/改性高嶺土復(fù)合、多孔聚(丙烯酸-co-2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸)/凹凸棒土復(fù)合的高倍吸水樹(shù)脂。該類抑塵劑的保水、抗壓性能突出，但其制備成本相對(duì)較高，應(yīng)用面僅限于道路及堆料場(chǎng)。如果能開(kāi)發(fā)更為廉價(jià)的原材料或新型合成方法，則其在抑塵領(lǐng)域具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

1.4 復(fù)合型化學(xué)抑塵劑

復(fù)合型化學(xué)抑塵劑是兩種或兩種以上抑塵劑在一定的物理或化學(xué)條件下復(fù)合而成，將濕潤(rùn)、黏結(jié)、凝并、吸濕保水等功能綜合為一體，是上述各種類型抑塵劑功能的統(tǒng)一。濕潤(rùn)增強(qiáng)水的捕塵性能；黏結(jié)則是提高路面的強(qiáng)度；凝并即將細(xì)小的粉塵顆粒聚合成較大的粉塵顆粒以抑制可懸浮粉塵；吸濕則提高路面塵土的含水率，并增強(qiáng)路面柔韌性及顆粒質(zhì)量，減少破碎和抑制粉塵揚(yáng)起時(shí)間，以達(dá)到較好的抑塵效果[16]。隨著新材料的不斷開(kāi)發(fā)以及除塵要求提高，復(fù)合型抑塵劑得到了較快的發(fā)展。蔣富強(qiáng)[17]等將木質(zhì)素磺酸鈉、丙烯酸、雙氧水、CaCl2、四硼酸鈉、甲基硅酸鈉按一定比例復(fù)合制成對(duì)煤塵具有良好效果的抑塵劑；抑塵劑多在惡劣、復(fù)雜多變的環(huán)境下使用，為避免更多的中試驗(yàn)失敗，因地制宜的研究復(fù)合型抑塵劑是極其必要的。

綜合比較將各類型抑塵劑優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 各類型抑塵劑的比較Tab.1 Comparison of different dust Inhibitor

2 近期化學(xué)抑塵劑的發(fā)展

我國(guó)化學(xué)抑塵劑的研究和應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展迅速。90年代以來(lái)，有關(guān)化學(xué)抑塵劑的研究成果不斷出現(xiàn)，涉及的領(lǐng)域也不斷拓寬，現(xiàn)在我國(guó)的化學(xué)抑塵劑的研究和發(fā)展已經(jīng)在國(guó)際上占有一席之地。對(duì)于霧霾的治理來(lái)說(shuō)，抑塵劑是不二之選，因?yàn)橐謮m劑可有效地減少空氣中的顆粒物，但必須防止抑塵劑形成空降[19]。潤(rùn)濕型化學(xué)抑塵劑和粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑是早期抑塵劑的典型代表，盡管它們的性能都不盡完善，但對(duì)粉塵污染嚴(yán)重的場(chǎng)所的抑塵起到了積極作用。近年來(lái)，為提高化學(xué)抑塵劑的抑塵效果，逐漸向縱深發(fā)展，結(jié)合其它形式的抑塵技術(shù)，使其朝著價(jià)格更廉、更環(huán)保和多功能型發(fā)展，開(kāi)發(fā)出了高分子型抑塵劑，環(huán)保型抑塵劑，功能型抑塵劑。

2.1 高分子抑塵劑

近來(lái)化學(xué)抑塵劑從采用重油和無(wú)機(jī)鹽類物質(zhì)開(kāi)始向有機(jī)高分子物過(guò)渡，其原理是利用粘著力將表面塵粒粘結(jié)在一起，或增加塵粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度以達(dá)到表面粉塵成團(tuán)或物料表層結(jié)殼，從而達(dá)到防止起塵的目的；同時(shí)，又考慮了固化抑塵劑噴灑到物料表層后有適宜的滲透深度，在散料表層形成一定厚度和強(qiáng)度的固化層，從而達(dá)到防止散料損失和抑塵目的[6]。隨著高分子材料的快速發(fā)展，應(yīng)更加注重抑塵劑使用的安全性、可操作性和持續(xù)有效性，使高分子超強(qiáng)吸水劑變得越來(lái)越廉價(jià)，進(jìn)而能夠得到更廣泛的應(yīng)用。

2.2 環(huán)保型抑塵劑

采用工業(yè)廢品、生產(chǎn)副產(chǎn)品、生活垃圾等作為原材料，制備出成本低，污染小的環(huán)保型抑塵劑。例如Miguel A.Medeirosa[20]研究了在酸（硫酸或磷酸）和堿的催化條件下甘油聚合產(chǎn)生抑塵劑；曹麗瓊等[21]以廢可樂(lè)瓶為原料提取乙二醇制備煤塵抑制劑；程淑艷[22]等以廢紙為原料制得羧甲基纖維素然后制備煤塵抑制劑；使用生產(chǎn)生物柴油的副產(chǎn)品丙三醇等經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工制得環(huán)保抑塵劑。生態(tài)環(huán)保型抑塵劑的保濕性主要體現(xiàn)在能夠緩解粉塵中的水分蒸發(fā)，延長(zhǎng)抑塵劑有效抑塵時(shí)間方面。其主要用于鐵路煤炭、礦粉運(yùn)輸中粉塵抑制，還可廣泛用于礦山道路、城市道路、建筑工地、車(chē)站碼頭等粉塵的抑制。

其特點(diǎn)是（1）保護(hù)環(huán)境，能夠有效去除PM2.5粉塵顆粒；（2）無(wú)腐蝕、無(wú)污染、可生物降解、不會(huì)造成二次污染；（3）抗風(fēng)蝕、抗雨水沖蝕；（4）能夠有效降低并減少物料損耗；（5）能夠有效減少粉塵危害。

2.3 功能型抑塵劑

針對(duì)特定的抑塵環(huán)境，研究出具有特殊抑塵效果的專用抑塵劑即功能型抑塵劑。其主要集中在防自燃，防凍，防腐蝕的研究。例如在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，煤炭仍是一個(gè)主要能源來(lái)源，這就不得不讓人們面對(duì)粉塵造成的空氣污染，為了防治煤塵產(chǎn)生的污染，就得針對(duì)煤塵研發(fā)抑塵劑來(lái)抑制粉塵污染[23]。Ding Cui[24]等基于幾種常見(jiàn)的表面活性劑，對(duì)表面活性劑與表面張力進(jìn)行分析，且在磁化煤接觸角與溶液pH值得條件下，對(duì)不同表面活性劑的影響進(jìn)一步分析，得出在一定范圍內(nèi)，隨著表面活性劑濃度的增加，溶液的表面張力減??；煤的接觸角大大減小后，表面活性劑溶液被磁化，且溶液濃度由0.02%增加至0.03%時(shí)煤的接觸角最小和潤(rùn)濕效果最好；故磁化表面活性劑溶液在礦井煤塵中有巨大的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)大氣中顆粒物（PM2.5、PM10）現(xiàn)有的源解析數(shù)據(jù)，將環(huán)境友好型和功能型結(jié)為一體，開(kāi)發(fā)出專用型抑塵劑，這是解決當(dāng)前霧霾天氣的重要措施。

（2）開(kāi)發(fā)出價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)害的高效抑塵劑和節(jié)能、操作簡(jiǎn)單的實(shí)施裝置是抑塵劑得以廣泛應(yīng)用的前提。

（3）目前，對(duì)抑塵劑的抑塵機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠透徹，應(yīng)具體結(jié)合不同類型的抑塵劑深入各種類型抑塵劑的抑塵機(jī)理，為以后新的抑塵劑設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，在低能耗、低污染、低排放的低碳經(jīng)濟(jì)模式下，化學(xué)抑塵劑的研究和應(yīng)用將具有更好地發(fā)展前景。

［1］郭濤，馬永亮，賀克斌.區(qū)域大氣環(huán)境中PM2.5/PM10空間分布研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2009，3（1）:147-150．

［2］Radim J.Srama，BlankaBinkova，MiroslavDostal，MichaelaMerkerova-Dostalova,Helena Libalova,Alena Milcova,Pavel Rossner Jr., AndreaRossnerova,Jana Schmuczerova,Vlasta Svecova,Jan Topinka, Hana Votavova［J］.Health impactofair pollution to children,International Journal of Hygiene and Environmental Health,2013,216: 533-540.

［3］E.M.Okonkwo,O.Ofoegbu.Renewable eco-friend ly material for road dustsuppression and prevention［C］//2nd InternationalConference on Waste Management，Water Pollution,Air Pollution,Indoor Climate（WWAI'08）,2008.

［4］王薇，霍茂清，鄭向軍，等.復(fù)合型抑塵劑的制備與應(yīng)用研究［J］.環(huán)境工程，2010，28（S1）:178-204．

［5］F.Amato,X.Querol,C.Johansson,C.Nagl,A.Alastuey.A review on theeffectivenessofstreetsweeping,washingand dustsuppressantsas urban PM controlmethods［J］.ScienceoftheTotalEnvironment，2010，408：3070-3084.

［6］楊靜，劉丹丹，祝賀林，等.化學(xué)抑塵劑的研究進(jìn)展［J］.化學(xué)通報(bào)，2013，76（4）.

［7］李成關(guān)于抑塵劑開(kāi)發(fā)及其存在主要問(wèn)題的探討［J］.環(huán)境工程，2013，（31）.

［8］Joseph Chan B.Sc.,Jeffrey Cooke Ph.D,Tibor Horvath M.Sc.,Sarah Aziz B.Sc.Dust Suppression of Phosphate Rock:Storage,Conveyanceand Shipping.Procedia Engineering，2012，46:213-219.

［9］楊靜，王琨，房孝敏.新型煤塵抑塵劑的研制與性能測(cè)試［J］.煤礦安全2011，42（8）:1-4．

［10］程淑艷，程芳琴，等.潤(rùn)濕型煤塵抑制劑在火電廠中的應(yīng)用研究［J］.電力學(xué)報(bào)，2012，6（27）.

［11］肖紅霞，鄭義.復(fù)合型抑塵劑的制備研究［J］.環(huán)境工程，2011，29（1）:76-79．

［12］王祖友.高倍吸水樹(shù)脂抑塵劑在公路施工中的應(yīng)用研究［D］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2007.

［13］高學(xué)偉，李秋榮，等.膨潤(rùn)土接枝丙烯酸高吸水性樹(shù)脂的抑塵性能研究［J］.環(huán)境污染與防治，2010，2（32）：2.

［14］李云濤.不同配比高倍吸水樹(shù)脂抑塵劑抑塵效果研究［J］.西部交通科技，2008，（2）:97-100．

［15］祁曉華.耐鹽性高吸水樹(shù)脂的合成及其溶脹動(dòng)力學(xué)研究［D］.蘭州:蘭州大學(xué)，2009．

［16］李滿，徐海宏，舒新前.化學(xué)抑制劑在抑制煤塵中的應(yīng)用要論［J］.中國(guó)煤炭,2007,33（8）:46-47.

［17］蔣富強(qiáng)，楊柳，熊治文.一種煤炭抑制劑的制備［P］.CN：10174 7866A，2009-10.

［18］張雷波，焦姣，趙雪艷，等，生態(tài)友好型抑塵劑的制備及性能［J］.2013，18-29.

［19］C.R.Copeland，TCEisele，SK Kawatra.Suppression of air borne particulatesin ironoreprocessing facilities［J］.International Journal ofMineralProcessing,2009,93:232-238．

［20］Miguel A.Medeirosa,Carla M.M.Leite,Rochel M.Lago.Use of glycerolby-productofbiodiesel to produce an efficient dustsuppressant［J］.ChemicalEngineering Journal,2012，180：364-369.

［21］曹麗瓊，程芳琴等.以廢可樂(lè)瓶為原料提取乙二醇制備煤塵抑制劑［J］.2010，30（6）：12.

［22］程淑艷，郝艷紅，等.以廢紙為原料制備煤塵抑制合成及應(yīng)用［J］.2013,7（9）：9.

［23］B.Fabiano,F.Currò,A.P.Reverberi,E.Palazzi.Coal dustemissions:From environmental control to risk minimization by underground transport.An applicative case-study［J］.ProcessSafetyand EnvironmentalProtection,2014,92:150-159.

［24］Ding Cui,Nie Baisheng,Yang Hua,Dai Linchao,Zhao Caihong, Zhao Fei,LiHailong.Experimental research on optimization and coaldustsuppressionperformanceofmagnetized surfactantsolution［J］.ProcediaEngineering,2011,26:1314-1321.

Analysis on the present situation of chem ical dust suppressant

WANG Jiao-long,HU Zhi-guang,ZHANG Yu-ling
（North China Electric Power University,Institute of Environmental Science and Engineering,Baoding 071003，China）

s：At present,the atmospheric pollution in China is grim.The regional atmospheric environmental problems characterized by PM10 and PM2.5 are increasingly prominent.Dust inhibitor is an importantmeasure for inhibiting particles into atmosphere and can improve the present situation of atmospheric environment in our country.In this paper,the present situation of research on dust inhibitor is introduced firstly,and then the synthetic technique and app lication status of dust suppressant are summarized systematically based on chem icalmechanism ofwetting,adhesion,and aggregation.This paper provides a reference for the further research and development of new chemical dust inhibitor.

chemical dust inhibitor;particulate;present situation

TD714.4

A

1002-1124（2014）07-0051-03

2014-05-10

王姣龍，女，在讀碩士研究生，研究方向：廢水處理，主要是阻垢劑，抑塵劑的研究。

導(dǎo)師簡(jiǎn)介：胡志光，男，教授，碩士生導(dǎo)師，電除塵標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員，現(xiàn)任華北電力大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)工教研室主任，從事教學(xué)、科研工作。