国内外化学抑尘剂研究进展及应用前景

阎 杰 谢 军 陈 聪 舒新前

(1.中国矿业大学环境与化学工程学院，北京 010000；2.河北建筑工程学院土木工程学院，河北 张家口 075000；3.张家口市环保局，河北 张家口 075000)

国内外化学抑尘剂研究进展及应用前景

阎 杰1，2谢 军2陈 聪3舒新前1*

(1.中国矿业大学环境与化学工程学院，北京 010000；2.河北建筑工程学院土木工程学院，河北 张家口 075000；3.张家口市环保局，河北 张家口 075000)

介绍了国内外化学抑尘剂的研究现状，基于化学抑尘剂与粉尘之间的润湿、粘结、凝聚机理，系统地分析了化学抑尘剂的合成技术及其应用现状.为今后新型化学抑尘剂，尤其是生态型化学抑尘剂的研究与开发提供参考.

抑尘剂；粉尘；颗粒物；生态型

0 引 言

近几年，我国以PM2.5为主要特征的区域性大气污染，对环境影响日益突出，对人们的健康影响也越来愈多的引起人们的关注.广大学者开始应用化学抑尘剂抑制颗粒物进入大气，从此，使用抑尘剂成为改善我国大气污染现状的重要措施[1].

粉尘污染是当今空气污染的主要构成之一，因此自上个世纪30年代就有了抑尘剂的出现，并且一直受到人们的关注.而在近30 a，随着城市化进程的加快，施工堆料场及路面扬尘也在不断增加；矿山生产强度的增大以及机械化水平的提高，增加了生产作业的粉尘污染；再加上北方地区干旱大风，经常发生沙尘暴，腐蚀土壤，影响交通安全及人体健康.因此，抑尘剂也应运得以快速发展[2-3].

1 抑尘剂的分类及机理

抑尘剂按照不同的抑尘机理，化学抑尘剂包括4种类型，即：润湿型化学抑尘剂、粘结型化学抑尘剂、凝聚型化学抑尘剂及复合型化学抑尘剂[4-10].

1.1 润湿型化学抑尘剂

润湿型化学抑尘剂的主要原材料包括表面活性剂及一些吸湿性无机盐.表面活性剂是其中的主要成分，可以降低溶液的表面张力，从而达到润湿、乳化的作用，从而起到抑尘的作用.而所谓的吸湿性无机盐则具有能够弥补材料先天吸湿保水性弱的特点，进而能够提高表面活性剂的抑尘效果.大量研究表明，粉尘沉降的数学描述可表达为：

式中，Vf为粉尘颗粒沉降速度，m/s；r为粒径，m；u为运动粘性系数；θ为外摩擦系数；g为重力加速度；ρ为密度，kg/m3.

从上式可知，当Vf>0时，粉尘沉降；而当粉尘处于湿润状态时，即ρ粒-ρ流>0，则可使Vf>0，即可抑制粉尘飞扬，加速粉尘沉降.

1.2 粘结型化学抑尘剂

粘结型化学抑尘剂的应用原理包括通过覆盖、粘结、硅化和聚合等作用，可以抑制粉尘以及尘土等所产生的扬尘，从而达到抑尘的效果.该类抑尘剂分为无机粘结型抑尘剂和有机粘结型抑尘剂.无机粘结型抑尘剂的主要原材料是一些无机材料(例如黏土、卤化物、粉煤灰、氯化钙等).无机粘结型抑尘剂具有良好的固尘效果，主要应用于道路固尘，但乳化性较差.有机粘结型抑尘剂则由原油、石蜡、橄榄油废渣、石蜡油、石油渣油煤渣油、沥青、树脂、生物油渣、纤维素滤料、木质素衍生物、聚合物等原材料组成，通过复合作用而形成的抑尘剂.粘结型抑尘剂分别具有一定的优缺点，因此可以加入适当的添加剂，用于改变产品性能，提高抑尘效果.

1.3 凝聚型化学抑尘剂

凝聚型化学抑尘剂是一种通过增加泥土或粉尘的含湿量达到抑尘效果的抑尘剂.其主要原材料为能够大量吸收水分的吸收剂.凝聚型抑尘剂按照抑尘程度分为两大类，吸湿性无机盐类和高倍吸水树脂类.吸湿性无机盐凝聚剂是通过吸收空气中水分，增加粉尘含湿量而达到抑尘的效果的一种抑尘剂.原材料均是一些无机盐，主要包括卤化物(如MgCl2、CaCl2、NaCl、AlCl3)、活性氧化铝、硅胶等.但吸湿盐水溶液存在腐蚀性强的弊端，容易腐蚀施工设备，危害石灰、水泥等材料.而高倍吸水树脂凝聚剂开发的比较晚，有近30 a的历史，在研制的过程中，体现出良好的保水性和粘结性，广泛应用于各个领域与行业，并且有好的发展前景.

1.4 复合型化学抑尘剂

复合型抑尘剂是基于以上4种抑尘剂的基础上研发出来的一种新型抑尘剂.复合型抑尘剂区别于其他抑尘剂的原因在于，它同时具有两种或两种以上的抑尘效果，因为它是由两种或多种抑尘剂通过一定的物理化学作用，而合成的同时具有以上4种抑尘剂的效果的一种抑尘剂.复合型抑尘剂通常具有以上几种抑尘剂的功能，同时具有润湿功能、粘结功能、提高路面强度，凝并功能以及吸湿性能，抑尘效果好，尤其适用于在复杂的环境下使用.复合型抑尘剂的具有广阔的发展前景，因地制宜的研制复合型抑尘剂是非常必要的.

2 抑尘剂优缺点比较

润湿型抑尘剂用于喷雾系统，控制大气飘尘、道路扬尘、湿式除尘；优点：通过提高润湿粉尘效果，降低表面张力；缺点：腐蚀性强，危害植物，对其机理研究尚未成熟.

粘结型抑尘剂主要应用于路面、建筑工地已经露天堆场的扬尘；优点：抑尘效果好，原料易得，原料价格低，生产技术成熟；缺点：难以在实际过程中操作，具有较低的乳化性，降解难，造成了二次污染.

凝聚型抑尘剂主要应用于防治在制料、搬运过程中所产生的扬尘；优点：具有比较高的吸水率，好的保水性和高的粘结性；缺点是容易造成车胎和金属零件的腐蚀，不能抵抗水，污染环境，并且加工成本较高，不具有比较好的实用性能.

复合型化学抑尘剂主要用于路面抑尘剂，具有有效改善路面质量、增强其抗碾压性能的特点，防止土质路面因水土流失而造成破坏，达到固土抑尘的目的；复合型抑尘剂是在物理或化学条件下复合而成，把吸湿、保水、黏结、凝并等功能综合为一体，抑尘效果较为优越，成为路面抑尘剂发展的趋势.但是由于参加抑尘剂合成的因子较多，且各因子的水平也较多，影响因素复杂，很难找出抑尘剂的最优配合比.

3 新型抑尘剂

3.1 高分子抑尘剂

高分子抑尘剂的原材料主要包括一些有机高分子，通过高分子的粘着力将尘粒聚集在一起，使得尘粒之间的粘结强度提高，进而在尘粒表面结壳，起到抑尘的效果.同时，喷洒到物料表面的抑尘剂起到固化效果，又会形成一定的渗透深度，可以延长抑尘时间，起到更好的抑尘效果.高分子抑尘剂具有良好的使用安全性、可操作性，因此引用越来越广泛，抑尘效果良好[11].

3.2 环保型抑尘剂

环保型抑尘剂实际是通过废物的再利用而研发的抑尘剂，比如利用工业废品、生活垃圾、生产副产品等等作为原材料，制备出的一种新型抑尘剂，具有低成本，污染小的特点.在铁路煤炭、矿粉运输中，已经广泛使用了环保型抑尘剂，目前环保型抑尘剂逐步向着矿山道路、建筑工地等方向发展[12].

3.3 功能型抑尘剂

功能型抑尘剂主要作用是用于防自燃、防冻和防腐蚀，是针对特定的环境的具有特殊抑尘效果的专用抑尘剂.目前煤炭仍作为主要能源来源，带来的空粉尘气污染日益严重.防治煤尘产生的污染，首先就要针对煤尘来研发抑尘剂[13-16].

4 发展前景

目前，随着社会的进步及社会的发展，人们对物资的需求越来越高，从而对健康的重视程度也与日俱增，为了改善目前粉尘已经大气的污染，以往单一型的抑尘剂已经越来越不能满足人们要求，逐步向复合型抑尘剂逐渐转换，尤其是无二次污染的环保型抑尘剂，通过寻找来源广泛、价格低廉的原材料材料，研制出能抵抗各种恶劣条件的新型抑尘剂.

近年来，关于超强吸水剂的研究进展迅速，初步应用于抑尘固尘领域，并在发展并拓宽，主要具有无二次污染、可以反复利用，保湿性固结性强.抑尘剂的发展已经取得了阶段性的进展，未来抑尘剂的主要研究前景可以从以下几方面入手：

(1)解决当今雾霾的重要措施，是根据大气中颗粒物源解析数据，开发出专用型抑尘剂.

(2)抑尘剂得以广泛应用的前提包括两方面，一是开发出高效环保的抑尘剂，这种抑尘剂具有价格低、无毒害的特点；二是研发出节能、易操作的装置，使得抑尘剂在使用过程中增加可操作性.

(3)对抑尘剂的研究主要在于对机理的认识程度.目前，尚未研究清楚抑尘剂的抑尘机理，因此对于抑尘剂机理的研究是当今学者的又一研究难点.机理的深入研究，将对于新型抑尘剂的研制奠定良好的基础.

(4)人们对生存环境的重视程度决定了化学型抑尘剂要向着低碳环保方向发展，因此，化学型抑尘剂具有良好的发展前景，尤其是对于生态型抑尘剂的研究，在今后很长时期内都会成为一个热门的课题.

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[2]赵磊,等.云冈石窟大气颗粒物化学成分的单颗粒分析[J].环境科学与技术，2015,38(4):138～142

[3]王益民，孟丽聪.环保抑尘剂的制备研究[J].山东化工，2017，46：26～28

[4]彭小兰，吴超.化学抑尘剂新进展研究[J].中国安全生产科学技术，2005，10(5)：44～47

[5]常婷.程芳琴.表面活性剂在化学抑尘中的应用[J].科技情报开发与经济，2009，19(11)：122～124

[6]金龙哲，杨继星.润湿型化学抑尘剂的试验研究[J].安全与环境学报，2007，7(6)：109～112

[7]郑云海，田森林,等.基于表面活性剂的施工扬尘抑尘剂及其性能[J].环境工程学报，2017，11(4)：2391～2396

[8]谭卓英，赵星光.露天矿山运输路面抑尘剂的研究与综述[J].分析与环保，2005，9(8)：48～51

[9]王海宁，董力.高倍吸水树脂抑尘剂的研究[J].环境与开发，1997，12(4)：19～24

[10]李满，徐海宏，舒新前.化学抑尘剂在抑制煤尘中的应用探讨[J].中国煤炭，2007，33(8)：46～47

[11]张雷波，焦姣.生态友好型抑尘剂的制备及性能[J].农业工学，2013(18)：218～225

[12]郭晓华，蔡卫.表面活性剂在煤矿防降尘中的应用实验[J].矿业安全与环保，2010(3)：27～30

[13]黄维刚，胡夫.表面活性剂对煤尘湿润性能的影响研究[A].矿业安全与环保，2010(3)：4～7

[14]王姣龙，胡志光，张玉玲.化学抑尘剂的研究现状分析[J].化学工程师，2004(7):51～53

[15]白向兵，刘建，闫英桃,等.城市扬尘污染和抑尘剂研究现状及展望[J].陕西理工学院学报，2005，21(4):43～47

[16]程卫民，薛娇,等.基于红外光谱的煤尘润湿性[J].煤炭学报，2014.11(39):2256～2262

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年科技局指令项目(项目编号：1611057B)，2016校青年基金项目(项目编号2016XJJQN01)

阎杰(1980-)，女，在读博士，讲师.

舒新前，教授，博士生导师.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.03.027

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