环保抑尘剂的制备研究

王益民，孟丽聪

(唐山学院，河北 唐山 063000 )

环保抑尘剂的制备研究

王益民，孟丽聪

(唐山学院，河北 唐山 063000 )

近年来，我国部分城市大气问题日益显著，严重污染现象经常发生，扬尘是导致空气污染严重的原因之一。抑尘剂可以有效的抑制扬尘等颗粒物进入大气以使环境得以改善。本文通过聚乙烯醇经丙烯酸改性复配低浓度甘油制备复合型抑尘剂。实验表明物料比1：5；引发剂浓度1×10-2mol/L；40℃聚合反应2h。

抑尘剂；环保；聚乙烯醇；甘油

近年来，我国部分城市大气问题日益显著，严重污染现象经常发生，对人民的健康、生活影响巨大[1-3]。研究表明，扬尘是导致空气污染严重的原因之一。城市道路因车辆通过造成扬尘问题，愈来愈受到重视，很多城市增加洒水车辆和洒水频次，以减少扬尘，洒水是一种原始且维持效果周期短的抑尘方式，我国大多数城市道路路面就是采用这种传统洒水抑尘的固尘方法，然而洒水抑尘最大的缺点是水资源的浪费，喷洒效果时间相对来说比较短，在气候较干燥和温度较高的情况下只能维持几十分钟。研究开发环保型城市道路抑尘剂，利用有机物质结合的有效基团，例如羧基，羟基，提高保湿性能,并且能够在干燥后与路面粉尘相结合，达到抑制扬尘的作用。抑尘剂能够提高抑尘效率减少洒水量和洒水频次，对防治大气污染、节约用水有重要意义[4-9]。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

原料：12%甘油水溶液，聚乙烯醇，丙烯酸，过硫酸钾。

仪器：电热恒温水浴箱，邵氏硬度仪，乌氏黏度计，空气颗粒物采样器。

1.2 环保抑尘剂的制备

将聚乙烯醇10g和水100g加入到烧杯中，在室温下搅拌，使聚乙烯醇与水混合充分，将混合物置于恒温水浴箱加热，搅拌直到聚乙烯醇完全溶解，加入引发剂过硫酸钾，徐徐加入丙烯酸，恒温反应一段时间之后，加入12%甘油200g，即得到复合型抑尘剂。

1.3 对实验抑尘剂合成工艺条件的研究

1.3.1 单体配比

其它条件不变的情况下，不同的单体配比，导致抑尘剂的性能变化。以聚乙烯醇为主料，丙烯酸为单体，选取聚乙烯醇和丙烯酸的质量比为1∶1，1∶2，1∶3，1:5。

1.3.2 引发剂用量

其它条件不变的情况下，引发剂的用量会对聚合影响，使用引发剂过硫酸钾，将引发剂用量分别设为2，5，1，1.5，2，2.5mg。

1.3.3 反应时间

其它条件不变的情况下，选取反应时间为：0.5，1，1.5，2，2.5，3h、分别进行实验，从而确定最佳反应时间。

1.3.4 反应温度

其它条件不变的情况下，反应温度对聚合，选取聚合温度：20，30，40，50，60，70℃进行实验。

1.4 抑尘剂的性质表征

1.4.1 抑尘剂的黏度表征

黏度是抑尘剂中重要的参数，黏度的测定数值越大，聚合度越高，对粉尘的粘结作用越好。抑尘剂样品的黏度以乌氏黏度计测定。

1.4.2 固化尘土的表面固化层硬度表征

固话硬度度是抑尘剂中重要的参数，硬度的测定数值越大，对粉尘的粘结作用越好。把采集的道路粉尘堆成圆锥体状的模型，置于托盘中，在上面喷洒不同配比的抑尘剂，让其在自然条件下固结，测定邵氏硬度。

1.5 抑尘剂的相关测试

1.5.1 固化土样的保水效果测试

抑尘剂的保水性能，是考察抑尘剂的实际应用方面的一项重要参数。土样通过扫取城市道路上的尘土得到，土样中保存了一定的水分，使得处于湿润状态下的土样，能够起到有效的防尘效果。

测试方法：取500g土样，放于边长20cm的玻璃板上，厚度约为2cm。将抑尘剂均匀的喷洒在土样表面，称其质量，然后放置于干燥通风的环境中，按下公式1计算保水率。

G=(G2-G0)/(G1-G0) ×100%

G：保水率(%)；G0：土样与玻璃板的质量(g)；

G1：喷洒后土样的质量；G2：每隔一段时间的土样质量。

给土样喷洒不同浓度的抑尘剂，计算8小时之后将土样的保水率。

1.5.2 抑尘剂对道路扬尘的影响测试

选取2段道路用喷洒器洒水，1段喷洒水，另1段喷洒抑尘剂：水为1:10的水剂。在每2h测定路边空气中总悬浮颗粒物质量，时间段分别设为8:00-10:00、12:00-14:00、16:00-18:00。

2 实验结果与分析

2.1 确定最佳反应条件

2.1.1 单体配比对实验的影响

单体配比是抑尘剂性能的好坏的决定因素，本实验不同单体配比实验结果如下表所示。

表1 单体的配比对性能的影响

由上表可以看出，单体配比不同，实验结果不同，主料聚乙烯醇和单体丙烯酸的反应增加了聚合物的黏度，并且单体丙烯酸的量增加，黏度增加。当聚乙烯醇∶丙烯酸的质量比为1:5时，共聚物黏度取得最大值，并且固结层强度较硬，所以选择聚乙烯醇与丙烯酸的质量比为1:5作为最佳单体配比。

2.1.2 引发剂用量对实验的影响

本实验引发剂为过硫酸钾，引发剂不同用量实验结果如下表所示。

表2 引发剂的浓度对性能的影响

从上表中可以看出，当引发剂的浓度设为1mg时，黏度的时间表征最佳、固结层硬度最佳，共聚物性能表现最为优异。因此本实验将1×10-2mol/L作为实验引发剂的浓度。

2.1.3 聚合时间对结果的影响

合适的聚合反应时间才能保证最终产物性能的优异，本实验不同聚合时间的实验结果如下表所示。

表3 聚合时间对性能的影响

由表中可以看出，聚合物的黏度随着反应时间的加长而逐渐增大，即性能逐渐改变，2h之后反应聚合物的黏度逐渐趋于平稳；而固结层硬度基本都在80HA以上，硬度较好。不难得出，本实验的最佳聚合时间为2h。

2.1.4 聚合温度对实验的影响

在实验中反应的温度也会影响实验的进程和结果。本实验不同反应温度对实验的影响如下表所示。

表4 聚合温度对实验的影响

从上表看出，聚合温度在40℃时，抑尘剂的黏度达到最佳，固结层硬度最高。当聚合温度继续增加时，黏度增长不大，所以聚合温度40℃为宜。

2.2 复合型抑尘剂的应用性能测试结果

2.2.1 保水性

如果抑尘剂保水性能较好，就能够使得抑尘土样表面保持湿润状态，有效抑制扬尘的产生，在实际应用效果中具有很重要的意义。按照上文介绍的方法测定抑尘剂的保水性。

取浓度分别为2%、5%、10%、20%、30%、40%的抑尘剂水溶液，分别对土样表面喷洒，2h之后测土样的保水率。

表5 抑尘剂保水性能测试

从上表中可以看出，虽然抑尘剂的质量分数越大，土样的保水率就越大，但是当质量浓度增大到10%时，保水率的变化速率逐渐减小。根据实际情况，为减少成本，将最佳适合质量分数设为10%。

2.2.2 对道路扬尘总量的影响

为了研究抑尘剂性能我们通过对比常规洒水及加入抑尘剂后的总悬浮颗粒物含量。结果如表6,7。

采样：固定好空气颗粒物采样器，开气泵取样一段时间，然后取出滤膜称量。

总悬浮颗粒物(TSP)含量计算公式：

TSP含量(mg/m3)=(W1-W0)×1000/V

W1：采样后滤膜的质量(g)

W0：采样前滤膜的质量(g)

表6 喷洒水对照实验结果

表7 喷洒抑尘剂实验结果

从两组实验结果可以看出，与喷洒水之后空气中总悬浮颗粒物含量相比，喷洒复合型抑尘剂之后空气中总悬浮颗粒物含量明显减少。

3 结论

将聚乙烯醇10份和水100份加入到反应器，搅拌至完全溶解，加入引发剂过硫酸钾，徐徐加入丙烯酸，恒温反应后，加入12%甘油，得到复合型抑尘剂。实验表明最佳单体配比为聚乙烯醇与丙烯酸的质量比为1:5；引发剂浓度为1×10-2mol/L；40℃聚合反应2h。抑尘剂的使用通过对比实验优于喷洒水的效果。

[1] 李 萍,薛粟尹,王胜利,等. 兰州市大气降尘重金属污染评价及健康风险评价[J].环境科学, 2014, 35(3):1021-1028.

[2] 刘庆阳,刘艳菊,杨 峥,等. 北京城郊冬季一次大气重污染过程颗粒物的污染特征[J].环境科学学报,2014,35(1):12-18.

[3] 李 培,王 新,柴发合,等. 我国城市大气污染控制综合管理对策[J].环境与可持续发展,2011,36(05):8-14.

[4] 冯跃武，陈 杰.城市扬尘污染防治初探[J].能源与节能，2011(4)：40-45.

[5] 李 成．关于抑尘剂开发及其存在主要问题的探讨[J]．环境工程，2013 (S1): :360-362．

[6] 郑向军,李晋生,薛 峰,等. 新型环保道路抑尘剂在城市道路的应用[J].环境工程技术学报,2014(2):169-172.

[7] 王欣欣,亓学奎,李晋生,等. 使用道路抑尘剂控制北京PM_(2.5)、PM_(10)、NO_x污染的应用及评价研究[J].环境工程技术学报,2014(6):481-488.

[8] 凌文翠,李真真,孙长虹,等. 醋酸盐类城市道路抑尘剂的生态毒性及生物降解特性[J]. 环境科学研究,2016(11):1643-1650.

[9] 王益民,孟丽聪,郑燕飞,等.抑尘剂的应用与研究进展[J].山东化工,2016,45(12): 40-42．

(本文文献格式：王益民，孟丽聪.环保抑尘剂的制备研究[J].山东化工，2017，46(06)：26-28.)

Study on the Preparation of Environmental Protection Dust-Depressor

WangYimin,MengLicong

(Tangshan University ,Tangshan 063000,China)

In recent years, air pollution is becoming more and more serious in some cities of our country, which is one of the main causes of air pollution. Dust suppression agent can effectively suppress dust and other particles into the atmosphere in order to improve the environment. In this paper, a composite type of dust suppressant was prepared by blending polyvinyl alcohol and acrylic acid. The experimental results show that the ratio of material to 1:5 is 1 (10-2mol/L) and the polymerization rate is 2h.

dust-depressor;environmental protection ;polyvinyl alcohol;glycerol

2017-02-15

河北省科技计划项目 项目编号 15273722

王益民(1962—) ，河北唐山人，副教授，主要从事化工合成及环境保护研究。

X701.2

A

1008-021X(2017)06-0026-03