新型光觸媒環(huán)保抑塵劑的設(shè)計研究

王斌凱

【摘要】通過新一代光觸媒與抑塵劑的結(jié)合，研制光觸媒節(jié)能環(huán)保復(fù)合型抑塵劑材料。新型光觸媒環(huán)保抑塵劑不僅具有傳統(tǒng)抑塵劑的水溶性、吸濕性、固塵性等性質(zhì)，還具有膠體保護作用、成膜性、粘結(jié)性、吸濕性、增容或凝聚特性，和光觸媒殺菌抑菌、分解有害氣體的特性。通過特性互補的優(yōu)勢，能從不同層面降低空氣污染物含量，有效控制空氣中PM2.5、PM10、NOx等物質(zhì)含量。與社會上已有的抑塵劑生產(chǎn)技術(shù)，新型光觸媒環(huán)保抑塵劑設(shè)備要求程度低、制備操作簡便、成本低、效果持續(xù)性長，能夠減少財政支出，并大幅度節(jié)約水資源的使用，提高太陽光利用率，有顯著的節(jié)能減排的效果。

【關(guān)鍵詞】抑塵劑；光觸媒；節(jié)能減排；太陽光利用率

一、研究背景

環(huán)境問題越來越引起人們的關(guān)注，許多國家在抑塵劑方面做了大量工作。如美國、俄羅斯、日本、德國等發(fā)表了大量的專題報道，在一些國家和地區(qū)已形成良好的市場供求關(guān)系，并取得優(yōu)良經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。目前國內(nèi)外所應(yīng)用的抑塵劑可分為凝聚型抑塵劑、濕潤型抑塵劑、粘結(jié)型抑塵劑、復(fù)合型抑塵劑及其他類型抑塵劑這五大類。

二、研究意義

利用光觸媒材料的產(chǎn)品特性，與現(xiàn)有抑塵劑的有機結(jié)合，合成一種具有新功能的光觸媒環(huán)保抑塵劑，可以彌補市面上普遍抑塵劑功能不齊全的缺點，有效降低空氣中有毒有害物質(zhì)的含量并抑制揚塵。根據(jù)原材料制備條件簡便、設(shè)備要求不高、成本低的特性來制備，通過光觸媒環(huán)保抑塵劑與水的混合，大幅提高抑塵效果的持續(xù)時間，減少灑水次數(shù)以節(jié)約水資源，并且能夠減少雇傭人員數(shù)量和汽車耗油量，達到降低財政支出，緩解空氣質(zhì)量問題的效果。

三、制備流程

新型光觸媒環(huán)保抑塵劑主要通過常溫絡(luò)合——控制水解法制備。過程中通過離子摻雜，使光觸媒的吸收光波段向可見光區(qū)域移動，有機酸溶解，經(jīng)熱處理回流提取光觸媒。最終產(chǎn)品可以使光觸媒吸收可見光波段，實現(xiàn)提高太陽光的利用率，大大加快光催化速率。

四、功效及所具性能

（一）功能原理

1.路面抑塵

光觸媒節(jié)能環(huán)保抑塵劑具有較好的吸濕性，所以能夠較少水分的蒸發(fā)，能使粉塵顆粒濕潤，粘結(jié)成塊，在路面形成一層抑塵膜，當(dāng)太陽光照射還可產(chǎn)生氧化性氣體，殺死抑制路面的致病菌，并分解汽車產(chǎn)生的尾氣。

2.煤礦抑塵

光觸媒節(jié)能環(huán)保抑塵劑，能夠吸收空氣中的水分，使煤塵凝結(jié)成塊，減少煤塵被吸入，光觸媒成分經(jīng)光照，分解出的強氧化性氣體可使空氣中C含量降低，保護工作人員身體健康。

3.建筑工地抑塵

光觸媒節(jié)能環(huán)保抑塵劑，通過自有特性，能在地表面迅速成膜，并無毒無害，成本低廉，抑塵效果顯著，陽光照射其表面后所分解的氧化性物質(zhì)，可將施工過程中的甲醛、放射性氣體、重金屬、苯等物質(zhì)氧化分解，減少氣體對人體的損害。

（二）性能分析

1.透明且附著力強

乳液粒度小、分散性好、穩(wěn)定性高，并且可以噴涂于玻璃、瓷磚等表面。噴涂后會形成硬度相當(dāng)，無色透明的膜層，且并不會影響基材外觀，除非用金屬等器物強制破壞，否則不會脫膜，在無形之中提供強有力的環(huán)境保護作用。

2.超防污性能

光觸媒具有很好的殺菌、除臭、凈化空氣、超親水性，防污、防紫外線等功能。與人工清洗的效果來比，人工清洗重復(fù)著從干凈到污染的過程，而自潔性產(chǎn)品的效果是一直保持其環(huán)保狀態(tài)。

3.超親水性

物體表面與水珠的接觸角為零度，不會凝聚成水滴，進而薄薄地擴散開，形成薄薄的膜狀。通過地心作用帶著灰塵下落，且不產(chǎn)生靜電，不易灰塵附著。通過這兩種現(xiàn)象，物體表面的污垢會被清洗得一干二凈。

4.防靜電性

對玻璃進行噴涂光觸媒后會對玻璃本身的電子進行破壞，產(chǎn)生與自然環(huán)境相同的電子即：“+”或“-”，從而形成同性相斥的原理，不易產(chǎn)生靜電，有效減少了空氣灰塵的吸附。

五、社會經(jīng)濟效益

（一）社會效益

近年來，我國部分城市大氣問題日益顯著，嚴(yán)重污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對人民的健康、生活影響巨大。研究表明，揚塵是導(dǎo)致空氣污染嚴(yán)重的原因之一。城市道路因車輛通過造成揚塵問題，愈來愈受到重視，傳統(tǒng)灑水抑塵的固塵方法，造成水資源的嚴(yán)重浪費；目前市面上銷售的抑塵劑僅通過保持水分、利用靜電力吸附、形成粘結(jié)性薄膜的方式進行抑塵，減少空中塵土含量，但無法做到消除空氣中的有害物質(zhì)和氣體。而光觸媒所具有的殺菌抑菌、減少有害氣體含量的性質(zhì)可以彌補這一缺陷，從多方面防治空氣污染，解決空氣質(zhì)量問題。

新代光觸媒節(jié)能環(huán)保抑塵劑，利用了抑塵劑所具有的水溶性高分析化合物性質(zhì)，具有膠體保護作用、成膜性、粘結(jié)性、吸濕性、增容或凝聚作用，和光觸媒的殺菌抑菌作用、有害氣體分解作用的優(yōu)勢，在不同方面降低空氣污染物含量，做到特性互補，能夠提高抑塵效率減少灑水量和灑水頻次，對防治大氣污染、節(jié)約用水有重要意義。

（二）經(jīng)濟效益

以保定市為例，需要灑水的城市路網(wǎng)約為200km，道路寬度約15 m，每4天灑一次水，灑水量為2～3L/m2，傳統(tǒng)抑塵劑濃度為1%，考慮取水油耗等因素，具體成本分析見表1。運用新型抑塵劑后，抑塵劑濃度降低，噴灑量為1～1.5L/m2，而且灑水周期大幅度延長，抑塵劑有效期可達9～15天，以9天為例，進行經(jīng)濟分析，具體成本見表2。

通過兩表的成本分析對比可以看出，新型抑塵劑能每年有效節(jié)50%（約3萬噸）水資源，每年節(jié)約經(jīng)濟成本約195.8萬元。新型光觸媒環(huán)保抑塵劑不但可以有效地抑制道路揚塵，維持抑塵效果時間，還能夠節(jié)約大量的水資源以及人力物力成本，緩解財政支出。

六、總結(jié)

隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，在新的環(huán)保形勢下，我們可以看出多功能復(fù)合抑塵劑和專用型抑塵劑已經(jīng)成為目前研究的主要方向。將現(xiàn)有的光觸媒材料技術(shù)與抑塵劑材料結(jié)合成新型的節(jié)能環(huán)保型抑塵劑，能有效降低空氣中有毒有害物質(zhì)含量，保護人們身體健康，大幅度節(jié)約市政、礦場、道路運輸?shù)纫謮m項目的用水量，節(jié)約水資源，降低材料成本，適應(yīng)社會發(fā)展潮流，響應(yīng)國家節(jié)能減排政策號召。

參考文獻

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