徐海栋，张雷波，尹立峰，姬亚芹

(1.天津市机动车排污检控中心 天津 300191；2.天津市环境规划院 天津 300191；3.南开大学环境科学与工程学院 天津 300071)

0 引 言

近年来，我国城市化建设及工业化进程加快，荒漠化问题突出，城市郊区土壤风蚀严重，致使我国城市大气颗粒物污染问题十分突出。许多研究结果表明，[1-4]扬尘是大气颗粒物污染的重要来源之一，可导致呼吸不适及呼吸系统症状。扬尘的来源十分广泛，主要包括裸露土地、交通扬尘、建筑施工、拆迁、堆料、渣土、煤灰、工厂等。[4-5]

为了改善城市空气环境，遏制郊区土壤侵蚀，减缓土地荒漠化，亟需采取必要措施加以治理。目前，采用化学抑尘剂控制扬尘、修复裸露土地是行之有效的方法之一。该方法自诞生之日起就受到了各国研究人员的重视，到现在已经走过了近百年的时间。[6-7]化学抑尘剂的种类已由最初单一的润湿剂发展到了现在的润湿型、粘结型、凝聚型等普通化学抑尘剂以及复合型、生态环保型、特殊型等新型化学抑尘剂；其使用效用也由当初的功能单一、效果不佳发展到了现在的使用广泛、功能多样、效果良好以及追求高性价比；所需材料除了已经研发的具有良好润湿性、保湿性、吸水性能的新型添加剂之外，更加提倡使用天然生物质或企业尾料。

1 抑尘技术的基本原理及作用机理

化学抑尘的基本原理是：在潮湿的环境下，使被处理物料表面保持湿润，含有一定的水分，起到抑尘效果；在干燥的环境下，使被处理物料表面能有效粘结成硬壳，确保细颗粒不被扬起，从而达到抑尘及改善大气环境质量的目的。[8]

大量研究表明，扬尘颗粒沉降的数学表达式为：[9]

式中：Vt——颗粒沉降速度/(m·s-1)；r——颗粒粒径/m；ρ——密度/(kg·m3)；ρ粒——颗粒密度/(kg·m3)；ρ流——气流密度/(kg·m3)；μ——运动黏性系数；θr——外磨擦系数；g——重力系数。

从公式可以看出，ρ和 g为常数，在 μ和 θr不变的情况下，颗粒的沉降速度与粒径 r及密度之差(ρ粒—ρ流)的值有关。显然，如果能使扬尘颗粒的粒径或密度增大，则扬尘颗粒的沉降速度亦随之增大，所以可考虑增加扬尘颗粒的粒径和密度来控制扬尘。目前公认的抑尘机理有 3种，即润湿、固结和凝并机理。润湿是使被抑尘面始终保持一定的湿度，这时扬尘颗粒密度必然增加，其沉降速度也会增大；固结是使被抑尘面形成具有一定强度和硬度的表面以抵抗风力等外力因素的破坏；凝并作用可使细小扬尘颗粒凝聚成大粒径颗粒，达到快速沉降的目的。[10]

2 化学抑尘剂的分类

国外化学抑尘剂的研究始于 20世纪 30年代，并一直得到各国研究人员的高度重视。我国在此方面的研究起步较晚，但发展迅速。20世纪 70年代末，我国一些研究人员开始研究化学抑尘剂；80年代取得了显著的进展，申请了不少专利；90年代以来，化学抑尘剂的研究成果不断涌现，涉及的领域也不断深入和拓宽。[7]传统的化学抑尘剂主要有润湿型化学抑尘剂、粘结型化学抑尘剂、凝聚型化学抑尘剂等3大类。此外，随着生产技术的不断进步以及人们对环保要求的不断提高，又出现了复合型、生态环保型及特殊型化学抑尘剂。

2.1 润湿型化学抑尘剂

润湿型化学抑尘剂通过提高水的润湿能力来增强水的捕尘能力，从而提高抑尘效果。如单纯采用洒水抑尘，散放尘源的某些细尘粒存在疏水特性，往往不能被水润湿，因而抑尘效果不佳，例如，水对 2,µm 粉尘的捕获率仅为 1%,～28%。[11]润湿型化学抑尘剂是一种由吸湿性化学物质和表面活性剂配制而成的混合剂，其中吸湿性化学物质是主料，表面活性剂为辅料。[12]

黄维刚等[13]通过对选取的 6种表面活性剂进行煤尘沉降润湿实验研究，发现多数阴离子表面活性剂及非离子表面活性剂对粉尘具有较好的湿润性能。Ding Cui等[14]发现将抑尘剂中的表面活性剂磁化能够进一步减少抑尘剂对煤尘的接触角，而且对煤尘的润湿能力更强，有着良好的应用前景。

在抑尘效果方面，叶学海[15]制得一种润湿型抑尘剂，抑尘率在 90%,以上，抗风能力≤8级，有效抑尘期可达到 5天，取得了很好的抑尘效果。金龙哲等[12]选择 MgCl2和 CaCl2作为配方基料，曲拉通X-100作为辅料配制抑尘剂，路面碾压测试结果表明，该抑尘剂能使路面平均粉尘质量浓度从 600,mg/m3降到10,mg/m3以下，且抑尘有效期可达到6天。

润湿型化学抑尘剂通过改善物料的渗透能力达到抑尘效果。[16]此类抑尘剂对疏水扬尘的抑制效果较好，由于耐候性差，有效抑尘期一般为 5～10天，超出有效抑尘期后，润湿性能明显下降，可能会出现二次扬尘，此时需要重复喷洒，因而限制了该类抑尘剂的广泛使用。

2.2 粘结型化学抑尘剂

粘结型化学抑尘剂主要是通过固结机理，在路面或散堆物料表面形成一层具有一定强度和硬度的固结层来抵抗风力等外力因素的破坏从而实现抑尘目的。过去使用较多的粘结型化学抑尘剂主要有：前苏联的乌尼维尔辛乳状液、美国的Coherex型粘结剂，英国 Weslig公司研究成功的 Wesling-120抑尘剂以及许多国家用废重油、沥青、造纸和酒精工业的废液、废渣组成的粘尘剂。[17]

现有的抑尘剂玻璃化温度Tg值往往大于0,℃，存在的主要问题是：在静态实验条件下，能够保持固结层的完整性；但在动态实验条件下(即存在外界扰动，如人踩、车轧)，固结层容易出现破裂。最近，国外有专利[18]报道了一种玻璃化温度较低的抑尘剂，其玻璃化温度 Tg值低于-20,℃，在一定程度上解决了固结层遇到外力破坏时出现破裂的情况。刘生玉等[19]经过反复试验发现，改性淀粉基固化抑尘剂对煤散料具有良好的粘结性能。

粘结型化学抑尘剂与润湿型抑尘剂相比，有效抑尘期相对较长，但渗透力不强，且对环境有一定的污染。此外，国外研发的低玻璃化温度抑尘剂对我国抑尘剂的进一步研究具有启示作用。

2.3 凝聚型化学抑尘剂

凝聚型化学抑尘剂是利用凝并作用使细小扬尘颗粒凝聚成大粒径颗粒，达到快速沉降，从而实现抑尘的目的。凝聚型化学抑尘剂的主要成分为吸湿剂，它能使扬尘保持较高的含湿量从而抑制粉尘飞扬。按照所用材料的不同可分为吸湿型无机盐抑尘剂和高倍吸水树脂抑尘剂。

2.3.1 吸湿型无机盐抑尘剂

吸湿型无机盐材料众多，如 NaCl、CaCl2、MgCl2、AlCl3、Na2CO3、Na2SiO3、活性氧化铝和硅胶等，这些材料都具有很强的吸湿保水特性，能提高粉尘的含湿量，从而抑制粉尘飞扬。[10,16]20世纪 90年代中后期，中南工业大学的吴超等[20-21]在CaCl2、MgCl2中添加碱性氧化物CaO和MgO，在一定程度上解决了卤化物施用后偏酸性的问题；后又将卤化物与水玻璃复合，不仅使粘尘功能进一步增强，而且其溶液的弱酸性得到进一步降低，取得了良好的效果。但吸湿型无机盐具有较强的腐蚀性，而且最近有研究发现它对路边土壤和植物也有一定的危害。[22]2006年，金龙哲等[23]在吸湿型无机盐中加入了一种阻蚀剂，结果发现该抑尘剂能够减少对钢铁等材料的腐蚀，在解决吸湿型无机盐抑尘剂的腐蚀方面取得了新的进展。2.3.2 高倍吸水树脂抑尘剂

高倍吸水树脂是一种具有特殊功能的高分子材料，它不仅可以吸收比自身质量大几倍甚至几千倍的水，而且保水能力强，在很大的压力作用下也不脱水，具有良好的吸水、保水、吸湿、放湿等特性。

高学伟等[24]在微波辐射条件下，利用膨润土接枝丙烯酸制得了高吸水性树脂 SAP。北京精诚博桑科技有限公司[25]研制出了一种以丙烯酸等高分子材料为主要成分的抑尘剂，该抑尘剂具有较好的耐水性，现场喷洒试验证明，抑尘效果较好。He E等[26]公开了一种高倍吸水树脂抑尘剂专利，主要用于堆放粉尘的防尘抑尘，喷施后可形成类似网状的结构，保水性好，具有很强的粘尘性能。

使用高倍吸水树脂进行抑尘具有固结强度较高、吸水保水性好、耐水性好、粘结性好等特点。但也存在一些缺点，其中最突出的就是成本较高、制备难度大，给它的推广使用带来了很大障碍，因此目前多处于实验室研究阶段，但未来应用潜力巨大。

2.4 复合型化学抑尘剂

复合型化学抑尘剂由两种或两种以上抑尘剂通过物理或化学作用复合而成，能够将润湿、粘结、凝并、吸湿保水等功能合为一体。

张文案等[27]合成了一种具有网状结构的复合型抑尘剂，该抑尘剂具有较好的保水性、粘结性及抑尘效果。肖红霞等[28]采用预乳化法，以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸正丁酯合成复合型抑尘剂，喷洒在料堆、路面，能在尘面形成一层大分子量的黏性油膜，既有黏性又有很好的耐蒸发性，吸湿性较强，具有较好的吸水保水能力，其成本比洒水低。董波等[29]研究了一种新型复合型抑尘剂，研究结果表明，该抑尘剂能够在-5～40,℃的温度范围内正常使用，固化时间短，固化层厚度均匀，固化效果好，具有实际应用价值。

目前，国内外复合型化学抑尘剂的研究成果尚少，但该类型抑尘剂的抑尘效果较好，性能优越，适用范围较广。

2.5 生态环保型抑尘剂

随着国家对环保要求的不断提高以及人们对环保的逐步重视，最近几年，科研工作者不断利用生物有机高分子材料及可降解环保材料开发出了生态环保型抑尘剂，具有绿色环保、无二次污染等特点。

韩娟娟等[30]采用乳液聚合方法，以丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯合成了生态环保型抑尘剂，由该抑尘剂制备的沙模耐水冲蚀可达到 5次以上，且该抑尘剂符合目前绿色化工的要求，对环境无污染。Miguel A.Medeiros等[31]以生产生物柴油过程中产生的副产品丙三醇为主要原料，制备了一种高效的生态型抑尘剂。Usher J[32]公开了一种生态型抑尘剂专利，该抑尘剂由甘蔗渣、糖浆、表面活性剂和消泡剂等为原料制备而成，对水的利用率很高，尤其适合缺水地区的生产和使用，为抑尘剂的发展开辟了一条节能且可持续的道路。

目前，国内外生态环保型抑尘剂的研究成果不断出现，主要利用工业副产品或天然生物质为原料制备抑尘剂，此类抑尘剂具有可持续的特点，而且能够变废为宝；也有使用可降解高分子材料来制备生态抑尘剂的，但价格昂贵。

2.6 特殊型化学抑尘剂

特殊型化学抑尘剂是指为满足一些特殊场合的抑尘需求或用于特别时期的抑尘剂，如防火、耐酸、耐碱、耐雨水、抗高温、抗冻等。

程爱华等[33]合成了一种抗冻融的抑尘剂，最佳配比为水溶性高分子 0.2%～0.3%,；丙三醇 1.0%～2.0%,；CaCl21.0%～3.0%,。李万捷等[34]研制的抑尘剂具有一定的韧性，耐酸、耐碱、耐雨水，通过接枝共聚的方法将丙烯酸接枝到聚乙烯醇主链上制得。刘雨忠等[35]发明的高效防火抑尘材料具有低腐蚀性、高效抑尘和防尘作用，而且对环境友好。曹丽琼等[36]以废旧可乐瓶为原料提取乙二醇制备煤尘抑制剂，乙二醇溶液作为煤尘抑制剂具有较好的保水性、抗冻性，且不影响煤燃烧的热值。该工艺不仅可实现废旧物品的资源化利用，而且可减少废旧可乐瓶及煤尘污染带来的危害。特殊型化学抑尘剂以其独特的性能、良好的抑尘效果，越来越受到相关专业人员的重视。

3 结 语

近几年，国内外化学抑尘剂新成果不断涌现，笔者认为，化学抑尘剂的发展正经历着由存在二次污染到环境友好，由注重实验室效果到注重现场实用性的转变，即抑尘剂的发展已经进入了拐点，即转型期。

通过对近几年国内外化学抑尘剂的研究成果分析，总结出以下几个特点：①化学抑尘剂的新成果增加了一些以往抑尘剂所不具备的新特性，如磁化表面活性剂、低玻璃化温度、可生物降解、绿色环保等。②从研制的新产品来看，开始使用新型表面活性剂、超强吸水剂及天然生物质等作为原料，且对环保的要求逐渐增加。③化学抑尘剂大多集中于解决煤矿、铁矿的粉尘污染，针对裸土道路、建筑施工、堆料、渣土等场所的防尘抑尘剂较少，随着人们环保意识的加强，对于各种开放尘源的治理都有待解决。④化学抑尘剂的价格往往偏高，尤其是高倍吸水树脂抑尘剂，虽然效果较好，但因耗资大，经济上难以承受，所以寻找价格低廉的原材料、采用工艺简单的技术制备高性价比的抑尘剂是未来的发展趋势。⑤生态环保型抑尘剂的出现已引起科研工作者极大的兴趣和关注，虽然目前成果尚少，但其有着广阔的应用前景。⑥已有科研工作者开始使用废旧塑料瓶提取有用物质制备化学抑尘剂，随着技术的进步，将来会有更多的废料或企业尾料被挖掘并应用到抑尘剂的制备中来。■

［1］王瑞芳.城市建筑施工扬尘污染治理对策和措施[J].科技信息，2011(15)：780.

［2］何建，肖保平.成都市扬尘对大气环境影响初探[J].四川环境，2002，21(3)：68-71.

［3］韩力慧，庄国顺，程水源，等.北京地面扬尘的理化特性及其对大气颗粒物污染的影响[J].环境科学，2009，30(1)：1-8.

［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］许艳玲，程水源，陈东升，等.北京市交通扬尘对大气环境质量的影响[J].安全与环境学报，2007，7(1)：53-56.

［6］王磊，刘泽常，李敏，等.化学抑尘剂进展研究[J].有色矿冶，2006，22(增1)：119-120.

［7］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，2005，1(5)：44-47.

［8］韩明迪.氧化淀粉接枝丙烯酸丙烯酰胺抑尘剂的合成与应用研究[D].北京：北京化工大学，2009.

［9］刘霖，彭兴文，陆国荣.MPS型抑尘剂在兰尖铁矿道路的应用[J].工业安全与防尘，1998(11)：14-17.

［10］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)：43-46.

［11］金龙哲.矿井粉尘防治[M].北京：煤炭工业出版社，1993.

［12］金龙哲，杨继星，欧盛南.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.

［13］黄维刚，胡夫，刘楠琴.表面活性剂对煤尘湿润性能的影响研究[J].矿业安全与环保，2010，37(3)：4-10.

［14］Ding C，Nie B S，Yang H，et al.Experimental research on optimization and coal dust suppression performance of magnetized surfactant solution[J].Procedia Engineering，2011(26)：1314-1321.

［15］叶学海，刘红光，张晓波，等.一种润湿型抑尘剂及其制备方法和用途[P].中国专利：CN 101003721，2007-07-25.

［16］曹晓峰.固尘抑尘剂的研制[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2009.

［17］陈军良，吴超，张强.国内外路面防尘技术研究现状及评价[J].矿冶，1998，7(1)：8-13.

［18］Fan W W，Zhu D，Zhu Q，et al.Dust suppressant[P].WIPO：WO 2010091326-A2.

［19］刘生玉，苏立红，郭建英，等.散料表层渗透固化机理及技术应用研究[J].煤炭学报，2011，36(增 1)：125-130.

［20］吴超，周勃，王海宁.卤化物添加 CaO和 MgO的抑尘性能研究[J].中南工业大学学报，1996，27(5)：520-524.

［21］吴超，周勃.卤化物与水玻璃复合物的抑尘性能[J].中南工业大学学报，1997，28(6)：519-521.

［22］Goodrich B，Koski R，Jacobi W R.Condition of soils and vegetation along roads treated with magnesium chloride for dust suppression[J].Water Air and Soil Pollution，2009，198(1-4)：165-188.

［23］Jin L Z，Wang L，Chen D K.Corrosion inhibition of a hygroscopic inorganic dust-depressor [J].Journal of University of Science and Technology Beijing，Mineral，Metallurgy，Material，2006，13(4)：368-371.

［24］高学伟，李秋荣，段雅丽，等.膨润土接枝丙烯酸高吸水性树脂的抑尘性能研究[J].环境污染与防治，2010，32(2)：74-78.

［25］王薇，霍茂清，郑向军，等.复合型抑尘剂的制备与应用研究[J].环境工程，2010，28(增1)：176-178.

［26］He E，He Y.Dust depressor for powder material[P].Chinese：CN 101497782-A.

［27］张文案，霍磊霞，刘海龙.复合型煤尘抑制剂的制备及性能研究[J].煤化工，2009(5)：21-24.

［28］肖红霞，郑义.复合型抑尘剂的制备研究[J].环境工程，2011，29(1)：76-79.

［29］董波，蔡觉先，李颖泉.煤炭运输专用抑尘剂的合成与应用[J].洁净煤技术，2010，16(5)：88-91.

［30］韩娟娟，张丽丹，韩春英.新型丙烯酸酯抑尘剂的合成及应用性能[J].北京化工大学学报，2007，34(增2)：78-81.

［31］Miguel A M，Carla M M L，Rochel M L.Use of glycerol by-product of biodiesel to produce an efficient dust suppressant[J].Chemical Engineering Journal，2012，180(1)：364-369.

［32］Usher J.Dust suppressant concentrate[P].Australian：AU 2007216923-A1，2008-04-10.

［33］程爱华，刘威，端木合顺.新型散煤抑尘剂的制备及性能研究[J].矿业安全与环保，2010，37(1)：7-9.

［34］李万捷，陈庆柏，李春.运输用聚乙烯醇/丙烯酸接枝共聚共混物抑尘剂的制备及特性[J].煤炭学报，2010，35(7)：1177-1181.

［35］刘雨忠，金龙哲，刘祥来，等.高效防火抑尘材料及合成方法[P].中国专利：CN 1884426，2006-12-27.

［36］曹丽琼，程芳琴，武海波，等.以废可乐瓶为原料提取乙二醇制备煤尘抑制剂[J].山西化工，2010，30(6)：1-4.