【深度】抑尘剂开发现状及其存在的主要问题探讨

“十三五”针对PM2.5提出了控制及监测技术的要求，作为PM2.5重要控制手段之一的化学抑尘，抑尘剂的开发及改良显得迫在眉睫。多数研究表明，颗粒物的来源无外乎工业过程、机动车尾气排放、裸露地面以及建筑工地扬尘。进行粉尘排放控制，对于遏制灰霾天气产生，改善我国大气环境状况，抑制呼吸系统疾病尤其是尘肺疾病的发生，都具有十分重要的意义。

经过多年的研究和应用，除尘技术已经得到长足的发展，降尘效率逐步提高。但是，关于细颗粒物的脱除仍然是国内外面临的一个难题，仍然缺乏有效的手段加以解决。目前细颗粒物脱除采取的措施主要有电除尘、滤料除尘、机械除尘、湿式除尘、喷雾降尘等。其中特别是喷雾降尘，由于使用方便、降尘效率较高，因此是使用比较普遍的降尘方法。但是，由于粉尘颗粒的疏水性，喷雾只能起到碰撞、拦截、部分粘附的等作用降尘。稍大颗粒的粉尘与水雾碰撞后会由于惯性力和重力作用而沉降。细粒粉尘由于难以克服重力作用，降尘效果相对较差。显然，为了提高喷雾降尘效率，有必要开发和使用抑尘剂，通过改善粉尘的润湿效果，促使细粒粉尘凝聚结团而沉降，以提高降尘效率。

从目前的使用情况看，抑尘剂的使用范围还有待拓宽、抑尘剂的使用量还有待提高、抑尘剂的作用机理还有待认识。为了促进抑尘剂的广泛使用，本文评述了抑尘剂开发技术进展，希望能对抑尘剂的开发和应用提供某些借鉴。

1 抑尘剂的分类

抑尘剂按作用机理可以分为润湿型、粘结型、凝聚型、复合型四类。

1.1 润湿型抑尘剂

润湿型抑尘剂主要由表面活性剂和某些无机盐组成。表面活性剂依据其自身的性质，主要是降低溶液体系的表面张力，起到渗透、润湿、乳化、发泡等作用，无机盐的作用则是弥补表面活性剂的吸湿保水方面的不足，促进表面活性剂的作用发挥。这类抑尘剂在煤尘抑制领域应用比较普遍。早期缺乏对表面活性剂与高分子材料耦合作用机理的认识，很大程度限制了该类抑尘剂走向多功能高效率的复合抑尘剂的研发方向。杨静等以聚乙烯醇(PVA)、脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)和少量成膜助剂，开发出一种适于煤炭储运过程中降尘用的抑尘剂。施春红等利用MgCl2、CaCl2及少量辅助剂研制出新型煤矿防火抑尘剂，通过在煤表面形成含水液膜，阻隔煤表面活性自由基团与氧气直接接触和反应，同时起到防火目的。Talamoni等以聚乙烯醇、丙烯酸乳胶为粘结剂、甘油为吸湿剂，聚硅氧烷树脂为表面活性剂制成一种新型润湿抑尘剂。

该类型抑尘剂在大气降尘及煤矿综掘面等一线高密度粉尘作业场应用较多，未来的开发方向主要集中在保证抑尘效率的前提下开发更为廉价的润湿性抑尘剂。另外，将该类抑尘剂与现有除尘装置结合以提高PM2.5脱除效率的研究思路在近年出现较多。

1.2 粘结型抑尘剂

粘结型抑尘剂在道路扬尘、建筑工地、露天堆料场扬尘、裸露地面扬尘方面的应用较多，根据原料的不同又可分进一步分为粘结型有机化学抑尘剂和粘结型无机化学抑尘剂。

1.2.1 粘结型有机化学抑尘剂

粘结型有机粘结剂一般由原油、石油渣油、石蜡、石蜡油、煤渣油、沥青、橄榄油废渣、生物油渣、木质素衍生物、纤维素滤料、树脂、聚合物等等组分复合进一步复配其他有机化合物形成。主要有淀粉系、纤维素系、木质素系、合成树脂系四类。淀粉系通过淀粉接枝丙烯晴、丙烯酸盐、丙烯酰胺;淀粉羧甲基化;淀粉黄原酸化接枝丙烯酸盐;淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐接枝共聚等方法制成。接枝引发剂为本类抑尘剂的重要组成，常用的引发剂包括过氧化苯酰、过硫酸钾、H2O2-Fe2+、Mn3+盐类等。纤维素系主要基于纤维素分子中的活性羟基通过酯化、醚化、接枝共聚形成，如纤维素的羧甲基化以及纤维素接枝丙烯晴、丙烯酸盐、丙烯酰胺，纤维素黄原酸化接枝丙烯酸盐形成。木质素系通过接枝共聚丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯晴、甲基丙烯氨酰胺通过交联反应、曼尼希反应制备。合成树脂系抑尘剂主要包括聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧撑系等。

该类抑尘剂的优势在于骨价原料廉价易得、制备技术相对成熟。多数粘结性有机化学抑尘剂的开发结果表明，多数木质素类和纤维素类抑尘剂有良好的亲水性和生物亲和力，对于重金属粉尘控制及工业废气预处理有很好的应用前景，且该类产品在抗寒、抗压、可生物降解方面比其他类型抑尘剂更有优势，目前研究方向多倾向于木质素系抑尘剂的研发。

粘结型有机化学抑尘剂增溶物的碳氢链长与表面活性剂的碳氢链长导致其实际生产过程中难以控制，如果他们的链长接近时，增溶作用小，溶解度低，难以提高抑尘效率。目前主要使用聚氧乙烯型增溶剂，有待于开发新型添加剂以扩宽研究方向。

1.2.2 粘结型无机化学抑尘剂

无机型粉尘粘结剂主要包括卤化物、氧化钙、粉煤灰、粘土、石膏、高岭土、酸等。Barlow等将CaCO3、高岭土、石膏按一定比例混合制成粘结性粉尘。刘顺妮等研究了改性石灰粘土固化剂外加其他助剂，得出生石灰84%、石膏3%、硫酸钠5%、硫酸铝8%的配方。

该类抑尘剂的开发试验表明，道路固尘效果较好，但是其乳化性能较差。为了更好的实现原材料的有效利用，有待于寻找更好的添加剂来实现多功能复合抑尘剂。

1.3 凝聚型化学抑尘剂

1.3.1 吸湿型无机盐凝聚剂

国内外学者在吸湿性无机盐凝聚剂方面的研究主要集中在NaCl、MgCl2、CaCl2、CaO等高吸水性无机盐，前苏联于1963年首次报道，用吸湿性较强的氯化钙(0.6kg/m)均匀洒在空气相对湿度较高的矿山路面可以有效的防止路面扬尘，防尘有效期可达45-90天。吴超等学者研究了固体NaCl、MgCl2、CaCl2在自然环境条件中昼夜周期吸湿、放湿行为，结果表明，MgCl2、CaCl2的吸湿性能较好，NaCl需要在湿度很大的情况下才能发挥吸湿抑尘作用。

较好吸湿抗蒸发性使得该类抑尘剂在早期应用于路面控尘较多，但是，土地盐碱化及受温度影响较大缺点让产品单一的吸湿型无机盐凝聚剂慢慢淡出了抑尘剂市场，目前更多以融雪剂等产品应用于道路。

1.3.2 高倍树脂凝聚剂

高倍吸水树脂是近30年来开发的一种性能优良、应用领域广泛的水溶性高分子材料，具有吸水倍率高、保水性能好、粘结性强等优点。目前使用的高倍树脂凝聚剂合成方式主要分为抑尘剂SAP(Su-per Absorbent Polymer，高倍吸水抑尘剂);抑尘剂LAS(由高倍吸水抑尘剂和表面活性剂配制而成);LSP(由LAS&SAP复配而成)。李云涛选取四种类型的高倍吸水树脂抑尘剂通过模拟公路工程施工现场环境分别测试其抗蒸发能力以确定抑尘效果，得到浓度为0.2%的抑尘剂SAP的成膜状态最好。祁晓华通过研究聚丙烯酸/硅藻土复合、聚(丙烯酸-co-异丙烯磷酸)/改性高岭土复合、多孔聚(丙烯酸-co-2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸)/凹凸棒土复合的高倍吸水树脂。

该类抑尘剂的保水、抗压性能突出，但其制备成本相对较高，应用面仅限于道路及堆料场，且多数产品因对环境适应性差而无法走出实验室中试成功。如果能开发更为廉价的原材料或新型合成方法，则其在抑尘领域具有更为广阔的应用前景。

延伸阅读：

解读《施工及堆料场地扬尘排放标准》