抑塵劑的應用與研究進展

王益民，孟麗聰，鄭燕飛，李星宇

(1.唐山學院 環(huán)境與化學工程系，河北 唐山 063000；2.河北民族師范學院 化學與化工學院，河北 承德 067000)

專論與綜述

抑塵劑的應用與研究進展

王益民1，孟麗聰1，鄭燕飛1，李星宇2

(1.唐山學院 環(huán)境與化學工程系，河北 唐山 063000；2.河北民族師范學院 化學與化工學院，河北 承德 067000)

隨著經濟的發(fā)展，環(huán)境問題也日益突出。其中以大氣污染較為嚴重，抑塵劑可以有效的抑制揚塵等顆粒物進入大氣以使環(huán)境得以改善。本文主要介紹了抑塵劑的幾種常見類型，基于抑塵劑與粉塵之間的潤濕、凝聚、粘結機理，系統的介紹了抑塵劑的各種類型及其應用現狀與研究進展。

抑塵劑；常見類型；研究進展

近年來，我國部分地區(qū)大氣問題日益嚴峻。研究表明[1-2]，揚塵是導致空氣污染嚴重的主要原因之一，且又很難加以控制。主要塵源有地面揚塵、建筑施工、機動車尾氣的排放、煤灰以及工業(yè)過程等。由于顆粒物粒徑更為細小，揚塵大部分可通過口鼻，進入人體肺部從而對人體造成很大傷害。抑塵劑能夠有效控制顆粒物分散。因此，可以利用抑塵劑與顆粒物之間的潤濕、凝聚、粘結作用，從而達到抑塵的效果。對抑塵劑的研究是改善我國大氣污染現狀的重要措施，同時抑塵劑具有優(yōu)良的環(huán)境和經濟效益，有著非常廣闊的發(fā)展空間。

1 幾種常見的化學抑塵劑類型

1.1 凝聚型抑塵劑

凝聚型抑塵劑主要是由吸濕劑組成，可以充分吸收水分，借以保持粉塵的濕量，進而避免揚塵。根據材料以及作用機理的不同，凝聚型抑塵劑可以劃分成高倍吸水樹脂抑塵劑、吸濕性無機鹽抑塵劑兩大類型。

1.1.1 高倍吸水樹脂抑塵劑

高倍吸水樹脂抑塵劑是近年來開發(fā)的一種具有良好的保水性能，較強的粘結性以及較高的吸水倍率新型抑塵劑，目前在很多領域中已經得到應用。但是其制備難度大、成本比較高，阻礙了它的推廣。開發(fā)更為廉價的原材料以及研究新型合成方法，時期發(fā)展的方向。

1.1.2 吸濕型無機鹽抑塵劑

目前有多種吸濕型無機鹽抑塵劑，包括NaCI、Na2SiO3、MgCl2、AlCl3、CaCl2、硅膠以及活性氧化鋁等，這些材料可使粉塵凝并，通過吸收空氣中的水分，使粉塵的含濕量增加，由此達到抑塵的效果。但是，吸濕型無機鹽水溶液的腐蝕性較強，容易腐蝕施工設備，也可能會改變水泥、石灰等材料的性能，甚至可能會造成其它危害[3]。

1.2 潤濕型抑塵劑

潤濕型抑塵劑的主要成分是可有效提高粉塵的水潤濕效果的無機鹽以及表面活性劑。其中吸濕性無機鹽可以更好的發(fā)揮表面活性劑的作用，而表面活性劑可有效減弱溶液體系表面張力，具有發(fā)泡、乳化、潤濕以及滲透等其他方面作用[4]。然而該抑塵劑對于粒徑小、濕潤性差的呼吸性粉塵，其除塵效率不佳[5]。

1.3 粘結型抑塵劑

粘結型抑塵劑通過粘結、硅化、聚合、覆蓋等作用，可以避免泥土以及粉塵的飛揚。按照原料不同，此類抑塵劑通常可以劃分為粘結型有機抑塵劑(聚合物、石蠟油、木質素衍生物、樹脂、原油、生物油渣、纖維素濾料、樹脂、瀝青等[4])以及無機抑塵劑(如高嶺土、粉煤灰、鹵化物等)。通過開發(fā)試驗證明，這種抑塵劑具有較好的固塵效果，但它的乳化性能相對較差，因此有必要研制出更好的添加劑來提高其性能，以便改善該抑塵劑的抑塵效果。

1．4 復合型抑塵劑

復合型抑塵劑是指在某種化學、物理條件下，由2種及以上具有凝并、吸濕保水、濕潤以及黏結等諸多功能的抑塵劑復合而成，集合了以上幾種抑制劑的功能，所以抑塵效果更佳。近年來不斷研制新的材料，而且對抑塵、除塵也提出了相對較高的要求，在一定程度上促進了復合型抑塵劑的發(fā)展。

1.5 其他類型抑塵劑

1.5.1 微生物抑塵劑

微生物礦化是指自然界中的一些微生物能夠利用自身的新陳代謝產生礦物結晶。由于碳酸鈣性質穩(wěn)定、分布廣泛以及具有較強的耐久性和強度，因此微生物沉積碳酸鈣一直以來都是微生物成礦作用研發(fā)的熱點。研究表明，利用微生物沉積碳酸鈣技術，通過向土體中灌輸營養(yǎng)鹽及菌液，方解石凝膠可在土顆粒間快速析出，進而將松散土顆粒粘結為整體，并有效增強土體的剛度、強度、抗凍性及抗侵蝕性[6]。由于微生物礦化的產物具有易降解、無毒、生態(tài)相容性好、粘結性能優(yōu)良等特點，并且是經濟高效的環(huán)保材料，所以，研發(fā)其礦化作用的建筑工地揚塵的防治技術，有著極其重要的理論意義和實用價值[7]。

1.5.2 有機高分子抑塵劑

近年來，化學抑塵劑由采用無機鹽類和重油物質開始向有機高分子物質進行過渡。有機高分子抑塵劑能夠增加揚塵顆粒間的粘結強度或利用粘著力使表面揚塵顆粒粘結在一起，這樣就可以使物料表層結殼或表面粉塵成團，以此達到抑塵的目的；同時，由于固化抑塵劑接觸到物料表面后能夠滲透一定的深度，在物料表層形成一定強度和厚度的固化層，從而起到抑塵效果，并且可以減少散料損失[8]。隨著抑塵劑成果的不斷更新， 應更加重視其使用的可操作性、安全性、持續(xù)有效性和環(huán)保性；并且要降低有機高分子抑塵劑的成本，進而使其能夠被更廣泛的應用到抑塵中。

1.5.3 特殊功能型抑塵劑

根據抑塵劑作用的環(huán)境不同，研制出具有防凍、防腐、防火等特殊功能的抑塵劑。程愛華等[9]合成了一種具有抗凍融性能的抑塵劑，其最佳配比為氯化鈣1.0%-3.0%；丙三醇1.0%～2.0%；水溶性高分子0.2%～0.3%。李萬捷等[10]通過接枝共聚的方法在聚乙烯醇主鏈上接枝丙烯酸制得一種具有一定的韌性，同時耐堿、耐酸、耐雨水的抑塵劑。劉雨忠等[11]發(fā)明了具有高效抑塵、低腐蝕性和防塵作用，而且對環(huán)境友好的高效防火抑塵材料。特殊型抑塵劑由于其特殊的功能和良好的抑塵效率，備受相關人員的重視。

1.5.4 綠色環(huán)保型抑塵劑

利用生活垃圾、工業(yè)廢品等開發(fā)出了綠色環(huán)保、無二次污染的抑塵劑。例如曹麗瓊[12]等利用廢舊可樂瓶為原料，提取出其中的乙二醇進而達到制備煤塵抑制劑的目的；Miguel A.Medeirosa[13]研究了在堿和酸的催化作用下由甘油的聚合產生的抑塵劑；陳淑艷[14]等以廢舊紙張為原料制備羧甲基纖維素進而制備抑塵劑。

1.5.5 生物納膜抑塵劑

生物納膜抑塵技術是由BME(柏美迪康環(huán)?？萍加邢薰?所研發(fā)的。其專注于在源頭抑制粉塵產生，相比其它在生產后除塵的技術，具有很大的優(yōu)勢，因為有效地控制粉塵的散發(fā)，所以能夠大幅度提高除塵效率并降低能耗。破碎過程中產生的粉塵都聚集成細料，最終成為成品料，能增加0.5%～3%的產量。BME生物納膜抑塵技術不僅解決了粉塵問題，還增加了0.5%～3%的產量。納膜制劑不影響成品料品質且對環(huán)境無污染，除此之外，BME生物納膜抑塵技術還能有效防治PM2.5、PM10污染，符合國家有關環(huán)保及節(jié)能減排技術政策。生物藥劑主要成分是椰子及動物提取物，對人體和環(huán)境沒有危害，能在一定時間后自行分解，一般3h 內降解率約 70%，48h后降解率大于 95%。礦石含水量越高，藥劑的抑塵效果保持時間越長，納膜藥劑的吸附作用越強，除在破碎時產生少量粉塵，篩分和運輸過程幾乎不產生新的二次揚塵，這也是生物納膜抑塵技術得到廣泛應用的原因[15]。

2 抑塵劑的應用

2.1 抑塵劑在抑制煤塵中的應用

凝聚劑主要是進行把煤塵凝結成餅狀來抑制煤塵，并且能夠通過吸收空氣中的水分使粉塵和泥土凝聚，減少污染；濕潤劑主要是把煤塵濕潤，從而抑制煤塵的污染。其能夠使部分無機或有機化學材料的滲透力得到改善，在實際的抑塵中，常被用來抑制煤塵；黏結劑主要把煤塵粘結在一起進而抑制煤塵造成的污染。黏結劑主要用于加固土的土質地面的凝聚力，防止產生的大量的煤塵。

2.2 抑塵劑在路面抑塵中的應用

在道路抑塵中經常使用的抑塵方法有：灑吸濕鹽溶液、灑水、灑高倍吸水樹脂等。用吸濕型無機鹽水溶液處理路面時，因為其具有較好的吸濕性，所以能夠減少水分的蒸發(fā)；但是其作用效果與空氣濕度、濃度密切相關。濃度越大．抗蒸發(fā)性能越好，相對濕度也越大，但吸濕型無機鹽水溶液對施工設備具有較強的腐蝕性，對水泥、石灰等建筑材料有一定程度的改性甚至造成其他危害。

在路面噴灑純水時，能使粉塵顆粒潤濕，粘結成塊，從而減少揚塵。由于水會入滲且溫度高時會很快蒸發(fā)掉，所以抑塵時間很短。

高倍吸水樹脂抑塵劑綜合了其它抑塵劑的優(yōu)點，彌補了它們的不足。pH值在6.7-7.5之間的中性物質易降解，是一種被廣泛應用到各種路面抑塵中的材料。

2.3 抑塵劑在鐵路運輸中的應用

鐵路運輸中抑塵劑在內蒙古進行長達一年的試驗。在每節(jié)運煤車廂噴灑60kg濃度為1%的天然植物膠抑塵劑，列車在運輸途中通過較多橋梁和隧道，全長2000多千米，氣溫變化在-15～40℃之間。經過分析發(fā)現，噴灑抑塵劑的車廂煤炭表面仍然完整，雖然固化層隨著煤炭一起下降5～15cm，但是固化層并沒有形成空殼也沒有被破壞；固化層表面的裂紋具有一定的粘接性和韌性，沒有被風吹起。而未噴灑天然植物膠抑塵劑的車廂內，顆粒細小的煤塵被風吹走，顆粒粗大的煤粒被風吹到車廂兩側，且煤層高度也有所降低。該抑塵劑對車體沒有腐蝕并且容易清除。通過對始站和末站的分析，每節(jié)車廂大約能夠節(jié)約煤180-2000kg，明顯地減少了煤炭揚塵帶來的污染同時也節(jié)約了煤炭資源[16]。

2.4 抑塵劑在建筑施工中的應用

快速成膜抑塵劑具有優(yōu)良的黏結性和快速成膜性，能夠固結表層的細小顆粒，增大表面強度并在表面快速成膜，覆蓋在地表上， 其無毒無害、環(huán)境友好、成本低廉且抑塵效率可達99%以上 ，能夠在城市建筑施工中對揚塵進行控制。該抑塵劑所形成的海藻酸鈣膜具有吸濕保水性，使用它可減慢塵土表層水分的蒸發(fā)，也能使吸水性提高且長時間維持土表含水率在11%以上；如果海藻酸鈣膜沒有被破壞，則能夠有效的覆蓋地表進行抑塵。該抑塵劑能夠使裸露土層的抗水蝕、抗風蝕能力有效提高，風吹或用水沖刷都不會使膜破壞或抑塵效果降低，表明該抑塵劑具有良好水土保持能力和固砂效果[17]。

3 結論

目前，對抑塵劑抑塵機理研究還不夠透徹，各種環(huán)境飄塵性質差異較大，應該根據不同的環(huán)境條件研制相應的抑塵劑，提高抑塵效率。針對大氣中顆粒物(PM2.5)污染，若能研制出一種特效的抑塵劑，以更好的解決當前的霧霾問題應是目前研究的重點方向。研制無二次污染的抑塵劑也是應該注意問題；另外，目前研制出的抑塵劑不能夠廣泛應用一定程度上與其成本有關，所以要研制價格低廉的抑塵劑也勢在必行。

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(本文文獻格式：王益民，孟麗聰，鄭燕飛，等.抑塵劑的應用與研究進展[J].山東化工，2016，45(12)：40-42.)

Study on Application and Research Progress of the Dust-Depressor

Wang Yimin1,Meng Licong1,Zheng Yanfei1,Li Xingyu2

(1.Tangshan College,Tangshan 063000,China;2.College of Chemisty and Chemical Engineering, Hebei Normal University for Nationalities,Chengde 067000,China)

With the development of economy, the environment problem is increasingly outstanding.With more severe atmospheric pollution, dust suppression agent can effectively inhibit dust and other particles into the atmosphere so that the environment was improved.Dust suppression agent is mainly introduced in this paper, several common types of based on dust suppression agent with dust wetting, cohesion, binding mechanism, agent of various types of dust suppression system introduced and its application status and research progress.

dust-depressor;common types;research progress

2016-04-26

河北省科技計劃項目 項目編號 15273722

王益民(1962—)，河北唐山人，副教授，主要從事化工合成及環(huán)境保護研究。

TD714

A

1008-021X(2016)12-0040-03