抑尘剂的应用研究进展

宋礼慧

(中盐工程技术研究院有限公司，天津 300450)

近些年来，随着空气质量的变化，越来越多的地区遭受雾霾的困扰[ 1]，人们对环境污染也越来越重视，尤其是对以雾霾为代表的PM10、PM2.5特别关注。产生空气污染的雾霾主要是颗粒状污染物[2-3]，人们通常所说的可吸入颗粒物(PM10)是指空气中空气动力学当量直径不大于10 μm的颗粒物，细颗粒物(PM2.5)则是指环境空气中空气动力学当量直径不大于2.5μm的颗粒物[4-5]。为解决雾霾等粉尘污染问题，我国普遍采用洒水车洒水，洒水抑尘并非高效节约的防尘办法[6]，而且北方冬季气温很低，洒水抑尘这种方法根本不合理也不经济[7]。采用抑尘剂是世界各国研究的主要方向[8-9]。在抑尘剂的研究及应用方面，我国还落后于俄罗斯、美国、日本等[10]。

1 抑尘剂的分类及特点

抑尘剂按照不同的抑尘机理，可以分为润湿型、粘结型、凝聚型[11]及复合型四大类。目前，按照应用对象的不同，抑尘剂正向着广泛型、专业型和环保型方向发展。

1.1 润湿型抑尘剂

润湿型抑尘剂主要的组成部分包括某些无机盐和卤化物等具有吸湿性的化学物质作为主要材料，再配以一些表面活性剂作为辅料[12]。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[13]。

中南大学吴超教授及其团队最早从事润湿型化学抑尘剂研究工作，分别采用了正向渗透实验法、下向渗透实验法、毛细管反渗湿润实验法以及毛细管正向渗透实验法对多种表面活性剂分析研究，得出的理论分析对后来的润湿型化学抑尘剂具有重要的理论指导意义[14]。杨继星等优选了曲拉通 X-100 和MgCl2、CaCl2作为抑尘剂配方辅料和主料，其路面实验结果表明，该抑尘剂的抑尘有效期可达到4 d以上，效果良好[15]。

1.2 粘结型抑尘剂

粘结型化学抑尘剂的主要抑尘机理是固结作用[13]，通过覆盖、硅化、粘结以及聚合等作用，喷洒抑尘剂溶液过后会在抑尘面(通常是路面或散堆物料表面)上形成一层具有一定程度和硬度的固化层[16]，可以抑制粉尘以及尘土等所产生的扬尘，从而达到扬尘的效果。该类抑尘剂分为无机粘结型抑尘剂和有机粘结型抑尘剂。

1.3 凝聚型抑尘剂

凝聚型抑尘剂是一类通过增加粉尘颗粒物的含水量从而达到控制粉尘的效果。其主要组成部分是能够大量吸收水分的吸湿剂，通过在自身表面形成水膜而捕获空气中的尘粒，来达到控制扬尘的效果。凝聚型抑尘剂可以划分为高倍吸水树脂型抑尘剂、吸湿性无机盐抑尘剂两大类[17]。

1.4 复合型抑尘剂

复合型化学抑尘剂是由两种或多种抑尘剂的原材料通过物理作用、化学作用或者物理化学综合作用等复合而研发出来的一种新型抑尘剂，能够有效的将粘结、润湿、吸湿保水、凝并等功能通过整合统一发挥作用[18]。复合型化学抑尘剂常常具有传统抑尘剂的主要功能，区别于其他抑尘剂的原因在于，即同时具有润湿性、粘结性以及吸湿放湿性的抑尘剂效果，尤其适用于在复杂的环境中使用。

艾封年[19]等人采用由多种可降解高分子材料组成的新型复合型道路抑尘剂喷洒酒泉市肃州区道路，研究结果表明，喷洒前后城市道路扬尘中PM10、PM2.5和氮氧化物的变化，抑尘效果明显，抑尘剂所带来的经济效益可以节省30%的经济用水，且对人体和环境无毒害。杜翠凤等人[20]，通过对矿山采场路面喷洒YCH抑尘剂的研究表明，YCH抑尘剂处理过的路面,有效抑尘时间可以超过10 d,在有效抑尘时间内,降尘效率可以达到98.4%。与每天洒水4次相比,应用YCH抑尘剂控制路面扬尘,节水率为98%,降尘成本降低31%。YCH路面抑尘剂不仅降尘和节水效果显著,还具有一定的经济效益。复合型化学抑尘剂有着优异的抑尘效果，逐渐成为城市道路抑尘剂发展的趋势；由于参与复合型抑尘剂合成的原材料因素较多，而且各个原材料因素的因素水平也较多，各个原材料因素相互之间的影响因素复杂，因此,需要大量的实验来找出最佳的配合比[12]。

2 国内外研究进展

2.1 国内抑尘剂的研究进展

我国露天矿汽车运输路面防尘技术的研究工作还处在刚刚起步和探索阶段,相关学者从 20 世纪 80 年代就开始对抑尘剂进行研究，由于受生产力和经济发展的制约,虽然起步稍晚于国外，但是发展迅速，在抑尘剂的开发与理论研究取得的不错进展。近年来北京科技大学、兰州沙漠研究所、南方冶金学院、冶金部安全环保研究院多有论文报道,但至今少有其成熟的相关防尘技术应用于工程报道[22]。

2.2 国外抑尘剂的研究进展

国外的相关学者早在20世纪20年代就开始了对化学抑尘剂进行实验与应用到矿井的抑尘中[21]。在 1957 年，有相关文章报道了美国、加拿大等地利用25%浓度的木质磺酸钙盐等水溶液来处理碎石路面，其有效防尘期与天气条件如季节、气温、降水量等有关,有效的抑尘周期能到三周；1965 年，美国的亚利桑那州有专家利用沥青乳浊液在处理后的碎石道路喷洒抑尘；而当时的苏联也在 1963 年用氯化钙与碎石混合铺筑路面，也取得良好的抑尘效果[22]。目前国外的抑尘剂发展占据着业内领先。已经开始利用多种化工原料、化工边角废物料以及生物料等材料开发新型抑尘剂，其研究内容也越来越深入[12]。

3 抑尘剂的研究方向

随着纳米制备技术的快速发展，各级各类的纳米级颗粒被广泛的进行工业化生产，李明等人，通过对纳米溶液的抑尘机理及其性能的测试研究表明，纳米级颗粒溶液具有一定的抑尘作用，特别是固尘、抗风蚀性能效果明显。相对于传统化学抑尘剂而言，尽管目前存在加工、制备难度大、成本相对较高等问题，但它无毒、无腐蚀性、不会造成二次环境污染，可为将来抑尘技术研究提供新的方向和思路[23]。

为控制中国北方裸露农田土壤风蚀，改善城市环境质量，张雷波等人以盐地碱蓬籽饼为主要原料，以十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇等为辅料，改性制备了一种生态友好型抑尘剂并研究了其保湿性、水稳定性、抗风蚀性等性能以及该抑尘剂对种子出苗率及农田土壤土质的影响。结果表明，该抑尘剂的抑尘效率提高了99%以上，可增加土壤中植物生长所需的一些营养成分，可提高作物出苗率，促进作物生长。可为今后抑尘剂研究与实践提供思路[24]。

目前，随着社会的进度及社会的发展，人们对生存环境的重视程度决定了化学抑尘剂的研究方向是绿色、低碳、环保。因此，价格低、无毒害、无二次污染的化学抑尘剂具有广阔的发展前景，尤其是生态型抑尘剂的研究，受到研究者们的青睐。