本發(fā)明涉及環(huán)衛(wèi)領域，尤其是涉及一種高效環(huán)保型抑塵劑及其制備方法、應用。
背景技術：
顆粒物污染對我國城市空氣質量的影響范圍很廣，是大多數城市空氣污染的首要因素。國內外一般對開放性塵源的防治對策主要有灑水抑塵、苫蓋抑塵、設置擋風墻抑塵、建造封閉式結構、化學抑塵等。灑水抑塵不僅造成大量水資源的浪費，而且由于我們北方地區(qū)夏季氣溫高，蒸發(fā)快(一般噴灑一次只能保持10min左右)，而冬季氣溫低，易結冰，因此，其實際應用受到很大限制。散料的苫蓋編織布強度低、光滑、重量輕、易兜風，使用壽命短、成本高，不僅造成了資源的浪費，而且苫蓋和柴垛工序麻煩，不利于作業(yè)的提速增效。擋風抑塵墻和建造封閉式結構抑塵一次性投資巨大，且不能捕捉漂浮在空氣中的粉塵，對于不斷有新的粉塵產生的作業(yè)區(qū)，其抑塵能力有限?；瘜W抑塵的方法從誕生之日起就為世界各國所廣泛采用，取得了良好的效果，在科研和工業(yè)運行中被認為是解決開放性塵源揚塵污染的最佳方法。
現有抑塵劑大致可分為濕潤型、粘結性、吸濕保濕型和多功能復合型，其中功能單一的居多，而復合型抑塵劑報道較少。一般來說，單一的抑塵劑抑塵效果不理想。目前國內外尚未研制出一種普遍適用、抑塵效果好的通用型抑塵劑，而適用范圍廣且效果理想的復合型抑塵劑研究也才剛剛起步。因此，開發(fā)一種具有良好抑塵效果的環(huán)境友好型路面抑塵劑是目前亟待解決的技術難題。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高效環(huán)保型抑塵劑，所述的抑塵劑解決了現有產品功能單一、引入二次污染等問題。
本發(fā)明的第二目的在于提供上述高效環(huán)保型抑塵劑的制備方法，所述的方法簡單、高效、成本低，易于推廣。
本發(fā)明的第三目的在于提供上述高效環(huán)保型抑塵劑的應用，其應用廣泛，可用于煤炭及各類金屬、非金屬采礦區(qū)、礦物粉渣堆料場、煤炭及礦粉運輸、礦物土方儲存卸載場、建筑物拆除、在建道路沿線、火電廠、水泥廠、鋼鐵廠、冶金廠、粉塵車間、人工沙灘和沙漠化地區(qū)等場所，尤其適用于粉塵顆粒較小的道路，例如對總懸浮微粒(tsp)、pm10、pm2.5和氮氧化物的捕捉吸附。
為了達到以上目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：
一種高效環(huán)保型抑塵劑，主要由以下成分混合而成：按重量計，
膠乳0.1-7％，
改性淀粉/改性纖維素0.1-6％，
海藻酸鈉0.1-5％，
聚乙烯醇0.1-8％，
硅酸鈉0.1-8％，
丙三醇10-60％，
表面活性劑0.01-5％，
水余量。
以上配方選用多種功能不同的高分子聚合物與小分子的吸濕保濕劑以及表面活性劑組合而成，能夠有效捕捉、吸附、團聚粉塵微粒，尤其是粒徑較小的顆粒(tsp、pm10、pm2.5、氮氧化物、汽車尾氣等)，同時還具有濕潤、吸濕、防浸蝕等作用。以上抑塵劑形成的粘結層還具有很大強度，可以抵抗一般自然氣候的沖刷。
經統(tǒng)計，本發(fā)明提供的抑塵劑的保濕率高達40％以上，抑塵效率高達90％以上，噴施一次的抑塵周期達7天以上。
另外，本發(fā)明所述抑塵劑所有的組分或天然取材，或者可自然降解，因此不會引入二次污染，為環(huán)保性處理劑。
應當注意的是，本發(fā)明的效果并不是由各個組份簡單疊加而實現的，而是由各個組份有機協調協同實現的，即每個成分并不只是發(fā)揮單一的主體功能，還發(fā)揮次要的功能，次要功能可能與其它成分協同完成。例如，硅酸鈉在起到吸水性能的同時，也和改性淀粉/改性纖維素起到協同粘結作用；丙三醇具有優(yōu)良的保濕性，可以從空氣中吸收水分，在粉塵表面的殼膜下形成一層保水層，從而起到潤濕的作用，其還和膠乳協同起到保水、抗蒸發(fā)的作用，大大提高了抑塵劑的抑塵效率。
為了獲得更高的保濕率和抑塵效率，更長的抑塵周期，上述配方的各成分優(yōu)選選用以下類型，例如：
優(yōu)選地，所述膠乳選自水性聚氨酯、丁苯膠乳、純丙膠乳或天然膠乳中的一種或多種，優(yōu)選水性聚氨酯，更優(yōu)選陰離子型水性聚氨酯，其固含量優(yōu)選為50％。
優(yōu)選地，所述表面活性劑選自陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑中的一種或兩者混合。
優(yōu)選地，所述陰離子表面活性劑選自十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十四烷基苯磺酸鈉、十五烷基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十七烷基苯磺酸鈉、十八烷基苯磺酸鈉中的一種或多種，優(yōu)選十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚，優(yōu)選分子量為300-330或575-605。
優(yōu)選地，所述海藻酸鈉的粘度為50-600cps，優(yōu)選200-400cps。
優(yōu)選地，所述聚乙烯醇的分子量為2萬-30萬。
優(yōu)選地，所述改性淀粉為羧甲基淀粉及其鈉鹽。
優(yōu)選地，所述改性纖維素為羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的一種或幾種的混合物，優(yōu)選羥丙基甲基纖維素。
同樣，各成分的含量對保濕性能和抑塵性能也有重要影響，為獲得較高水平的綜合性能，優(yōu)選如下：
按重量計，
膠乳0.3-7％，更優(yōu)選0.3-1％，例如0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％等。
改性淀粉/改性纖維素0.2-6％，優(yōu)選0.2-0.5％，例如0.3％、0.4％、0.5％、0.2％。
海藻酸鈉0.1-5％，優(yōu)選1-3％，例如1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、2％、2.5％、3％等。
聚乙烯醇0.12-8％，優(yōu)選0.12-1％，優(yōu)選0.12-0.5％，例如0.12％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％等。
硅酸鈉0.1-8％，優(yōu)選1-8％，優(yōu)選1-5％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％等。
丙三醇20-60％，優(yōu)選20-50％，例如20％、25％、30％、35％、40％、45％等。
表面活性劑0.01-5％，優(yōu)選0.01-0.02％，例如0.015％、0.02％等。
本發(fā)明還提供了上文高效環(huán)保型抑塵劑的制備方法：
將聚乙烯醇溶解在熱水中，然后將其與其余原料混勻，即得產品。
具體地，先將一定量的聚乙烯醇和水加入反應器中，恒溫(優(yōu)選90-95℃)加熱至完全溶解；
然后將其余成分和剩余水加入容器中，攪拌均勻；
將以上兩步得到的溶液混合，最終獲得乳白色液體，即抑塵劑溶液。
由此可見，上述方法僅涉及簡單的物理混合，因此操作簡單，無需苛刻的反應條件，成本較低，更易推廣。
由于本發(fā)明所述的高效環(huán)保型抑塵劑在粘結性、濕潤性、成膜性、膜強度、抗沖刷、抗浸蝕都有顯著優(yōu)勢，對不同粒徑范圍的顆粒都具有穩(wěn)定、較強的吸附功能，因此適用范圍廣，可用于煤炭及各類金屬、非金屬采礦區(qū)、礦物粉渣堆料場、煤炭及礦粉運輸、礦物土方儲存卸載場、建筑物拆除、在建道路沿線、火電廠、水泥廠、鋼鐵廠、冶金廠、粉塵車間、人工沙灘和沙漠化地區(qū)等場所，尤其適用于粉塵顆粒較小的道路，例如對總懸浮微粒(tsp)、pm10、pm2.5和氮氧化物的捕捉吸附。
本發(fā)明抑塵劑的使用方法以噴灑為主，即將所述高效環(huán)保型抑塵劑噴灑于路面即可。
本發(fā)明抑塵劑的用量優(yōu)選為：1.5-3l/m2。
綜上，與現有技術相比，本發(fā)明達到了以下技術效果：
(1)保濕性更強：高達40％以上；
(2)抑塵穩(wěn)定性更高：抑塵周期至少為7天；
(3)滲透性強：可快速捕捉吸附粉塵；
(4)更具針對性：對tsp、pm10、pm2.5和氮氧化物較多的路面的抑塵效果最佳；
(5)取材天然或可降解，無二次污染。
具體實施方式
下面將結合具體實施方式對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用于說明本發(fā)明，而不應視為限制本發(fā)明的范圍?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產品。
實施例1
一種高效環(huán)保型抑塵劑：
按照以下配方取料：按重量計，
陰離子型水性聚氨酯(固含量為50％)0.3％，
羧甲基纖維素鈉0.2％，
海藻酸鈉0.1％，
聚乙烯醇17500.12％，
硅酸鈉0.1％，
丙三醇20％，
十二烷基苯磺酸鈉0.02％，
水余量。
制備過程：
(1)a溶液的制備：將聚乙烯醇和去離子水加入反應器中，恒溫(90-95℃)加熱至完全溶解；
(2)b溶液的制備：將其余原料和剩余去離子水加入容器中，攪拌均勻；
(3)將b溶液緩慢加入a溶液，并攪拌均勻，得到乳白色液體，即得該道路抑塵劑溶液。
實施例2-3
與實施例1的區(qū)別僅在于丙三醇用量不同，分別為40％、50％。
實施例4
與實施例1的區(qū)別僅在于將水性聚氨酯替換為丁苯膠乳。
實施例5-7
與實施例1的區(qū)別僅在于水性聚氨酯的用量不同，分別為0.2％、1％、7％。
實施例8-10
與實施例1的區(qū)別僅在于羥丙基甲基纖維素的用量不同，分別為0.1％、0.5％、6％。
實施例11-12
與實施例1的區(qū)別僅在于分別將十二烷基苯磺酸鈉替換為十二烷基磺酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-3。
實施例13-14
與實施例1的區(qū)別僅在于海藻酸鈉的類型和用量不同，分別選用粘度為200cps的海藻酸鈉1％、400cps的海藻酸鈉3％。
實施例15-16
與實施例1的區(qū)別僅在于聚乙烯醇的分子量和用量不同，分別為分子量2.2萬的聚乙烯醇0.12％，分子量10.5萬的聚乙烯醇0.5％。
實施例17-19
與實施例1的區(qū)別僅在于硅酸鈉的用量不同，分別為1％、5％、8％。
對比例1-5
對比例1-5所選用的抑塵劑型號分別為bss、yyj、wh、ds、rc。
測試以上所有產品的保濕和抑塵性能，結果如表1。
保濕效率的檢測方法：
土樣預處理：
選取10目及以下的土樣，50℃的溫度條件下在烘箱中烘300min，除去水分，放入干燥器備用。
稱取一定質量粒徑小于10目的土樣(已預處理)放入培養(yǎng)皿中，量取一定量的抑塵劑溶液均勻滴加到土樣表面，待其慢慢滲透入到土樣中后，將塵皿放入40℃的恒溫干燥箱中干燥，每隔一個小時稱量一次塵皿的質量，根據公式(1)計算樣品的保濕率。
其中，η為保濕率，％；m0為滴加抑塵劑溶液后塵皿的質量，g；mi為烘干至第i小時塵皿的質量，g；m為未滴加抑塵劑溶液的塵皿質量，g。
抑塵效率的檢測方法：
選取10目(篩網每英寸長度上所具有的網眼數即為目數)及以下的土樣，80℃的溫度條件下在烘箱中烘180min，除去水分。取適當量的土樣分別盛放于2個表面皿中，使樣品表面與表面皿平齊。將兩個表面皿中分別噴灑抑塵劑(噴灑量按3l/m2)，80℃的溫度條件下在烘箱中烘180min后分別進行稱重，其中樣品的質量為w1。之后分別放入風洞中，樣品表面風速為30m/s的條件下進行5min的吹蝕，然后分別進行稱重，剩余樣品的質量為w2。按下列公式(2)分別計算風蝕率：
式中：
e-樣品風蝕率；
w1-吹蝕前土樣的質量；
w2-吹蝕后土樣的質量。
得到樣品1的風蝕率為e1，樣品2的風蝕率為e2，取其平均值。
抑塵周期的檢測方法如下：
主要儀器及材料：
2050型多功能采樣器，可連續(xù)實時監(jiān)測tsp、pm10、pm2.5濃度變化、nox測試儀ec9841、環(huán)衛(wèi)噴灑車、計數器、道路抑塵劑、自來水。
選取一段市政道路，在噴灑路面及對照路面分別設置采樣點，檢測噴灑前后空氣中揚塵主要參數nox、pm10、pm2.5濃度變化。
配置抑塵劑溶液，利用環(huán)衛(wèi)灑水車對路面進行噴灑作業(yè)。噴灑道路約2km，折合抑塵劑用量為1.5l/m2。噴灑只進行一次，并同時用相同水量噴灑對照點周圍路面，隨后不對區(qū)域路面做任何處理，直至監(jiān)測結束，以便對比空氣治理效果。噴灑抑塵劑前2d開始監(jiān)測，總共監(jiān)測14d。
效果表征：
采用道路抑塵的方式控制交通帶產生的大氣污染物，進行連續(xù)14d的監(jiān)測，與未噴灑抑塵劑的對比路面相比，噴灑抑塵劑后，nox、pm10、pm2.5濃度有明顯的降低。
抑塵周期為自噴灑抑塵劑后，nox、pm10、pm2.5濃度開始降低，即產生效果開始，持續(xù)至其濃度上升至噴灑前的濃度范圍。
表1
最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。