抑塵劑的應(yīng)用研究進(jìn)展

宋禮慧

(中鹽工程技術(shù)研究院有限公司，天津 300450)

近些年來，隨著空氣質(zhì)量的變化，越來越多的地區(qū)遭受霧霾的困擾[ 1]，人們對環(huán)境污染也越來越重視，尤其是對以霧霾為代表的PM10、PM2.5特別關(guān)注。產(chǎn)生空氣污染的霧霾主要是顆粒狀污染物[2-3]，人們通常所說的可吸入顆粒物(PM10)是指空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑不大于10 μm的顆粒物，細(xì)顆粒物(PM2.5)則是指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑不大于2.5μm的顆粒物[4-5]。為解決霧霾等粉塵污染問題，我國普遍采用灑水車灑水，灑水抑塵并非高效節(jié)約的防塵辦法[6]，而且北方冬季氣溫很低，灑水抑塵這種方法根本不合理也不經(jīng)濟(jì)[7]。采用抑塵劑是世界各國研究的主要方向[8-9]。在抑塵劑的研究及應(yīng)用方面，我國還落后于俄羅斯、美國、日本等[10]。

1 抑塵劑的分類及特點(diǎn)

抑塵劑按照不同的抑塵機(jī)理，可以分為潤濕型、粘結(jié)型、凝聚型[11]及復(fù)合型四大類。目前，按照應(yīng)用對象的不同，抑塵劑正向著廣泛型、專業(yè)型和環(huán)保型方向發(fā)展。

1.1 潤濕型抑塵劑

潤濕型抑塵劑主要的組成部分包括某些無機(jī)鹽和鹵化物等具有吸濕性的化學(xué)物質(zhì)作為主要材料，再配以一些表面活性劑作為輔料[12]。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(dá)到潤濕、乳化的作用，從而起到抑塵的作用[13]。

中南大學(xué)吳超教授及其團(tuán)隊(duì)最早從事潤濕型化學(xué)抑塵劑研究工作，分別采用了正向滲透實(shí)驗(yàn)法、下向滲透實(shí)驗(yàn)法、毛細(xì)管反滲濕潤實(shí)驗(yàn)法以及毛細(xì)管正向滲透實(shí)驗(yàn)法對多種表面活性劑分析研究，得出的理論分析對后來的潤濕型化學(xué)抑塵劑具有重要的理論指導(dǎo)意義[14]。楊繼星等優(yōu)選了曲拉通 X-100 和MgCl2、CaCl2作為抑塵劑配方輔料和主料，其路面實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該抑塵劑的抑塵有效期可達(dá)到4 d以上，效果良好[15]。

1.2 粘結(jié)型抑塵劑

粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑的主要抑塵機(jī)理是固結(jié)作用[13]，通過覆蓋、硅化、粘結(jié)以及聚合等作用，噴灑抑塵劑溶液過后會在抑塵面(通常是路面或散堆物料表面)上形成一層具有一定程度和硬度的固化層[16]，可以抑制粉塵以及塵土等所產(chǎn)生的揚(yáng)塵，從而達(dá)到揚(yáng)塵的效果。該類抑塵劑分為無機(jī)粘結(jié)型抑塵劑和有機(jī)粘結(jié)型抑塵劑。

1.3 凝聚型抑塵劑

凝聚型抑塵劑是一類通過增加粉塵顆粒物的含水量從而達(dá)到控制粉塵的效果。其主要組成部分是能夠大量吸收水分的吸濕劑，通過在自身表面形成水膜而捕獲空氣中的塵粒，來達(dá)到控制揚(yáng)塵的效果。凝聚型抑塵劑可以劃分為高倍吸水樹脂型抑塵劑、吸濕性無機(jī)鹽抑塵劑兩大類[17]。

1.4 復(fù)合型抑塵劑

復(fù)合型化學(xué)抑塵劑是由兩種或多種抑塵劑的原材料通過物理作用、化學(xué)作用或者物理化學(xué)綜合作用等復(fù)合而研發(fā)出來的一種新型抑塵劑，能夠有效的將粘結(jié)、潤濕、吸濕保水、凝并等功能通過整合統(tǒng)一發(fā)揮作用[18]。復(fù)合型化學(xué)抑塵劑常常具有傳統(tǒng)抑塵劑的主要功能，區(qū)別于其他抑塵劑的原因在于，即同時具有潤濕性、粘結(jié)性以及吸濕放濕性的抑塵劑效果，尤其適用于在復(fù)雜的環(huán)境中使用。

艾封年[19]等人采用由多種可降解高分子材料組成的新型復(fù)合型道路抑塵劑噴灑酒泉市肅州區(qū)道路，研究結(jié)果表明，噴灑前后城市道路揚(yáng)塵中PM10、PM2.5和氮氧化物的變化，抑塵效果明顯，抑塵劑所帶來的經(jīng)濟(jì)效益可以節(jié)省30%的經(jīng)濟(jì)用水，且對人體和環(huán)境無毒害。杜翠鳳等人[20]，通過對礦山采場路面噴灑YCH抑塵劑的研究表明，YCH抑塵劑處理過的路面,有效抑塵時間可以超過10 d,在有效抑塵時間內(nèi),降塵效率可以達(dá)到98.4%。與每天灑水4次相比,應(yīng)用YCH抑塵劑控制路面揚(yáng)塵,節(jié)水率為98%,降塵成本降低31%。YCH路面抑塵劑不僅降塵和節(jié)水效果顯著,還具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。復(fù)合型化學(xué)抑塵劑有著優(yōu)異的抑塵效果，逐漸成為城市道路抑塵劑發(fā)展的趨勢；由于參與復(fù)合型抑塵劑合成的原材料因素較多，而且各個原材料因素的因素水平也較多，各個原材料因素相互之間的影響因素復(fù)雜，因此,需要大量的實(shí)驗(yàn)來找出最佳的配合比[12]。

2 國內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1 國內(nèi)抑塵劑的研究進(jìn)展

我國露天礦汽車運(yùn)輸路面防塵技術(shù)的研究工作還處在剛剛起步和探索階段,相關(guān)學(xué)者從 20 世紀(jì) 80 年代就開始對抑塵劑進(jìn)行研究，由于受生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約,雖然起步稍晚于國外，但是發(fā)展迅速，在抑塵劑的開發(fā)與理論研究取得的不錯進(jìn)展。近年來北京科技大學(xué)、蘭州沙漠研究所、南方冶金學(xué)院、冶金部安全環(huán)保研究院多有論文報(bào)道,但至今少有其成熟的相關(guān)防塵技術(shù)應(yīng)用于工程報(bào)道[22]。

2.2 國外抑塵劑的研究進(jìn)展

國外的相關(guān)學(xué)者早在20世紀(jì)20年代就開始了對化學(xué)抑塵劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用到礦井的抑塵中[21]。在 1957 年，有相關(guān)文章報(bào)道了美國、加拿大等地利用25%濃度的木質(zhì)磺酸鈣鹽等水溶液來處理碎石路面，其有效防塵期與天氣條件如季節(jié)、氣溫、降水量等有關(guān),有效的抑塵周期能到三周；1965 年，美國的亞利桑那州有專家利用瀝青乳濁液在處理后的碎石道路噴灑抑塵；而當(dāng)時的蘇聯(lián)也在 1963 年用氯化鈣與碎石混合鋪筑路面，也取得良好的抑塵效果[22]。目前國外的抑塵劑發(fā)展占據(jù)著業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。已經(jīng)開始利用多種化工原料、化工邊角廢物料以及生物料等材料開發(fā)新型抑塵劑，其研究內(nèi)容也越來越深入[12]。

3 抑塵劑的研究方向

隨著納米制備技術(shù)的快速發(fā)展，各級各類的納米級顆粒被廣泛的進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，李明等人，通過對納米溶液的抑塵機(jī)理及其性能的測試研究表明，納米級顆粒溶液具有一定的抑塵作用，特別是固塵、抗風(fēng)蝕性能效果明顯。相對于傳統(tǒng)化學(xué)抑塵劑而言，盡管目前存在加工、制備難度大、成本相對較高等問題，但它無毒、無腐蝕性、不會造成二次環(huán)境污染，可為將來抑塵技術(shù)研究提供新的方向和思路[23]。

為控制中國北方裸露農(nóng)田土壤風(fēng)蝕，改善城市環(huán)境質(zhì)量，張雷波等人以鹽地堿蓬籽餅為主要原料，以十二烷基苯磺酸鈉、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇等為輔料，改性制備了一種生態(tài)友好型抑塵劑并研究了其保濕性、水穩(wěn)定性、抗風(fēng)蝕性等性能以及該抑塵劑對種子出苗率及農(nóng)田土壤土質(zhì)的影響。結(jié)果表明，該抑塵劑的抑塵效率提高了99%以上，可增加土壤中植物生長所需的一些營養(yǎng)成分，可提高作物出苗率，促進(jìn)作物生長?？蔀榻窈笠謮m劑研究與實(shí)踐提供思路[24]。

目前，隨著社會的進(jìn)度及社會的發(fā)展，人們對生存環(huán)境的重視程度決定了化學(xué)抑塵劑的研究方向是綠色、低碳、環(huán)保。因此，價格低、無毒害、無二次污染的化學(xué)抑塵劑具有廣闊的發(fā)展前景，尤其是生態(tài)型抑塵劑的研究，受到研究者們的青睞。