國內外化學抑塵劑研究進展及應用前景

閻 杰 謝 軍 陳 聰 舒新前

(1.中國礦業(yè)大學環(huán)境與化學工程學院，北京 010000；2.河北建筑工程學院土木工程學院，河北 張家口 075000；3.張家口市環(huán)保局，河北 張家口 075000)

國內外化學抑塵劑研究進展及應用前景

閻 杰1，2謝 軍2陳 聰3舒新前1*

(1.中國礦業(yè)大學環(huán)境與化學工程學院，北京 010000；2.河北建筑工程學院土木工程學院，河北 張家口 075000；3.張家口市環(huán)保局，河北 張家口 075000)

介紹了國內外化學抑塵劑的研究現(xiàn)狀，基于化學抑塵劑與粉塵之間的潤濕、粘結、凝聚機理，系統(tǒng)地分析了化學抑塵劑的合成技術及其應用現(xiàn)狀.為今后新型化學抑塵劑，尤其是生態(tài)型化學抑塵劑的研究與開發(fā)提供參考.

抑塵劑；粉塵；顆粒物；生態(tài)型

0 引 言

近幾年，我國以PM2.5為主要特征的區(qū)域性大氣污染，對環(huán)境影響日益突出，對人們的健康影響也越來愈多的引起人們的關注.廣大學者開始應用化學抑塵劑抑制顆粒物進入大氣，從此，使用抑塵劑成為改善我國大氣污染現(xiàn)狀的重要措施[1].

粉塵污染是當今空氣污染的主要構成之一，因此自上個世紀30年代就有了抑塵劑的出現(xiàn)，并且一直受到人們的關注.而在近30 a，隨著城市化進程的加快，施工堆料場及路面揚塵也在不斷增加；礦山生產強度的增大以及機械化水平的提高，增加了生產作業(yè)的粉塵污染；再加上北方地區(qū)干旱大風，經常發(fā)生沙塵暴，腐蝕土壤，影響交通安全及人體健康.因此，抑塵劑也應運得以快速發(fā)展[2-3].

1 抑塵劑的分類及機理

抑塵劑按照不同的抑塵機理，化學抑塵劑包括4種類型，即：潤濕型化學抑塵劑、粘結型化學抑塵劑、凝聚型化學抑塵劑及復合型化學抑塵劑[4-10].

1.1 潤濕型化學抑塵劑

潤濕型化學抑塵劑的主要原材料包括表面活性劑及一些吸濕性無機鹽.表面活性劑是其中的主要成分，可以降低溶液的表面張力，從而達到潤濕、乳化的作用，從而起到抑塵的作用.而所謂的吸濕性無機鹽則具有能夠彌補材料先天吸濕保水性弱的特點，進而能夠提高表面活性劑的抑塵效果.大量研究表明，粉塵沉降的數(shù)學描述可表達為：

式中，Vf為粉塵顆粒沉降速度，m/s；r為粒徑，m；u為運動粘性系數(shù)；θ為外摩擦系數(shù)；g為重力加速度；ρ為密度，kg/m3.

從上式可知，當Vf>0時，粉塵沉降；而當粉塵處于濕潤狀態(tài)時，即ρ粒-ρ流>0，則可使Vf>0，即可抑制粉塵飛揚，加速粉塵沉降.

1.2 粘結型化學抑塵劑

粘結型化學抑塵劑的應用原理包括通過覆蓋、粘結、硅化和聚合等作用，可以抑制粉塵以及塵土等所產生的揚塵，從而達到抑塵的效果.該類抑塵劑分為無機粘結型抑塵劑和有機粘結型抑塵劑.無機粘結型抑塵劑的主要原材料是一些無機材料(例如黏土、鹵化物、粉煤灰、氯化鈣等).無機粘結型抑塵劑具有良好的固塵效果，主要應用于道路固塵，但乳化性較差.有機粘結型抑塵劑則由原油、石蠟、橄欖油廢渣、石蠟油、石油渣油煤渣油、瀝青、樹脂、生物油渣、纖維素濾料、木質素衍生物、聚合物等原材料組成，通過復合作用而形成的抑塵劑.粘結型抑塵劑分別具有一定的優(yōu)缺點，因此可以加入適當?shù)奶砑觿?，用于改變產品性能，提高抑塵效果.

1.3 凝聚型化學抑塵劑

凝聚型化學抑塵劑是一種通過增加泥土或粉塵的含濕量達到抑塵效果的抑塵劑.其主要原材料為能夠大量吸收水分的吸收劑.凝聚型抑塵劑按照抑塵程度分為兩大類，吸濕性無機鹽類和高倍吸水樹脂類.吸濕性無機鹽凝聚劑是通過吸收空氣中水分，增加粉塵含濕量而達到抑塵的效果的一種抑塵劑.原材料均是一些無機鹽，主要包括鹵化物(如MgCl2、CaCl2、NaCl、AlCl3)、活性氧化鋁、硅膠等.但吸濕鹽水溶液存在腐蝕性強的弊端，容易腐蝕施工設備，危害石灰、水泥等材料.而高倍吸水樹脂凝聚劑開發(fā)的比較晚，有近30 a的歷史，在研制的過程中，體現(xiàn)出良好的保水性和粘結性，廣泛應用于各個領域與行業(yè)，并且有好的發(fā)展前景.

1.4 復合型化學抑塵劑

復合型抑塵劑是基于以上4種抑塵劑的基礎上研發(fā)出來的一種新型抑塵劑.復合型抑塵劑區(qū)別于其他抑塵劑的原因在于，它同時具有兩種或兩種以上的抑塵效果，因為它是由兩種或多種抑塵劑通過一定的物理化學作用，而合成的同時具有以上4種抑塵劑的效果的一種抑塵劑.復合型抑塵劑通常具有以上幾種抑塵劑的功能，同時具有潤濕功能、粘結功能、提高路面強度，凝并功能以及吸濕性能，抑塵效果好，尤其適用于在復雜的環(huán)境下使用.復合型抑塵劑的具有廣闊的發(fā)展前景，因地制宜的研制復合型抑塵劑是非常必要的.

2 抑塵劑優(yōu)缺點比較

潤濕型抑塵劑用于噴霧系統(tǒng)，控制大氣飄塵、道路揚塵、濕式除塵；優(yōu)點：通過提高潤濕粉塵效果，降低表面張力；缺點：腐蝕性強，危害植物，對其機理研究尚未成熟.

粘結型抑塵劑主要應用于路面、建筑工地已經露天堆場的揚塵；優(yōu)點：抑塵效果好，原料易得，原料價格低，生產技術成熟；缺點：難以在實際過程中操作，具有較低的乳化性，降解難，造成了二次污染.

凝聚型抑塵劑主要應用于防治在制料、搬運過程中所產生的揚塵；優(yōu)點：具有比較高的吸水率，好的保水性和高的粘結性；缺點是容易造成車胎和金屬零件的腐蝕，不能抵抗水，污染環(huán)境，并且加工成本較高，不具有比較好的實用性能.

復合型化學抑塵劑主要用于路面抑塵劑，具有有效改善路面質量、增強其抗碾壓性能的特點，防止土質路面因水土流失而造成破壞，達到固土抑塵的目的；復合型抑塵劑是在物理或化學條件下復合而成，把吸濕、保水、黏結、凝并等功能綜合為一體，抑塵效果較為優(yōu)越，成為路面抑塵劑發(fā)展的趨勢.但是由于參加抑塵劑合成的因子較多，且各因子的水平也較多，影響因素復雜，很難找出抑塵劑的最優(yōu)配合比.

3 新型抑塵劑

3.1 高分子抑塵劑

高分子抑塵劑的原材料主要包括一些有機高分子，通過高分子的粘著力將塵粒聚集在一起，使得塵粒之間的粘結強度提高，進而在塵粒表面結殼，起到抑塵的效果.同時，噴灑到物料表面的抑塵劑起到固化效果，又會形成一定的滲透深度，可以延長抑塵時間，起到更好的抑塵效果.高分子抑塵劑具有良好的使用安全性、可操作性，因此引用越來越廣泛，抑塵效果良好[11].

3.2 環(huán)保型抑塵劑

環(huán)保型抑塵劑實際是通過廢物的再利用而研發(fā)的抑塵劑，比如利用工業(yè)廢品、生活垃圾、生產副產品等等作為原材料，制備出的一種新型抑塵劑，具有低成本，污染小的特點.在鐵路煤炭、礦粉運輸中，已經廣泛使用了環(huán)保型抑塵劑，目前環(huán)保型抑塵劑逐步向著礦山道路、建筑工地等方向發(fā)展[12].

3.3 功能型抑塵劑

功能型抑塵劑主要作用是用于防自燃、防凍和防腐蝕，是針對特定的環(huán)境的具有特殊抑塵效果的專用抑塵劑.目前煤炭仍作為主要能源來源，帶來的空粉塵氣污染日益嚴重.防治煤塵產生的污染，首先就要針對煤塵來研發(fā)抑塵劑[13-16].

4 發(fā)展前景

目前，隨著社會的進步及社會的發(fā)展，人們對物資的需求越來越高，從而對健康的重視程度也與日俱增，為了改善目前粉塵已經大氣的污染，以往單一型的抑塵劑已經越來越不能滿足人們要求，逐步向復合型抑塵劑逐漸轉換，尤其是無二次污染的環(huán)保型抑塵劑，通過尋找來源廣泛、價格低廉的原材料材料，研制出能抵抗各種惡劣條件的新型抑塵劑.

近年來，關于超強吸水劑的研究進展迅速，初步應用于抑塵固塵領域，并在發(fā)展并拓寬，主要具有無二次污染、可以反復利用，保濕性固結性強.抑塵劑的發(fā)展已經取得了階段性的進展，未來抑塵劑的主要研究前景可以從以下幾方面入手：

(1)解決當今霧霾的重要措施，是根據(jù)大氣中顆粒物源解析數(shù)據(jù)，開發(fā)出專用型抑塵劑.

(2)抑塵劑得以廣泛應用的前提包括兩方面，一是開發(fā)出高效環(huán)保的抑塵劑，這種抑塵劑具有價格低、無毒害的特點；二是研發(fā)出節(jié)能、易操作的裝置，使得抑塵劑在使用過程中增加可操作性.

(3)對抑塵劑的研究主要在于對機理的認識程度.目前，尚未研究清楚抑塵劑的抑塵機理，因此對于抑塵劑機理的研究是當今學者的又一研究難點.機理的深入研究，將對于新型抑塵劑的研制奠定良好的基礎.

(4)人們對生存環(huán)境的重視程度決定了化學型抑塵劑要向著低碳環(huán)保方向發(fā)展，因此，化學型抑塵劑具有良好的發(fā)展前景，尤其是對于生態(tài)型抑塵劑的研究，在今后很長時期內都會成為一個熱門的課題.

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TheResearchProgressandApplicationProspectsoftheChemicalDustSuppressantsatHomeandAbroad

YANJie1,2，XIEJun2，CHENCong3，SHUXin-qian1*

(1.Beijing School of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology；2.Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering；3.The Environmental Protection Agency of Zhangjiakou)

The research status quo of the chemical dust suppressants at home and abroad is introduced in this paper.Based on the wetting,bonding and agglomeration mechanism between chemical dust suppressants and dust,the synthesis technology of chemical dust suppressants and its application status quo are systematically analyzed.This paper provides references for the research and development of new chemical dust suppressants,especially the ecological chemical dust suppressants.

dust suppressant；dust；particulate matter；ecotype

2017-07-20

2016年科技局指令項目(項目編號：1611057B)，2016校青年基金項目(項目編號2016XJJQN01)

閻杰(1980-)，女，在讀博士，講師.

舒新前，教授，博士生導師.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.03.027

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