本发明涉及环卫领域，尤其是涉及一种高效环保型抑尘剂及其制备方法、应用。
背景技术：
颗粒物污染对我国城市空气质量的影响范围很广，是大多数城市空气污染的首要因素。国内外一般对开放性尘源的防治对策主要有洒水抑尘、苫盖抑尘、设置挡风墙抑尘、建造封闭式结构、化学抑尘等。洒水抑尘不仅造成大量水资源的浪费，而且由于我们北方地区夏季气温高，蒸发快(一般喷洒一次只能保持10min左右)，而冬季气温低，易结冰，因此，其实际应用受到很大限制。散料的苫盖编织布强度低、光滑、重量轻、易兜风，使用寿命短、成本高，不仅造成了资源的浪费，而且苫盖和柴垛工序麻烦，不利于作业的提速增效。挡风抑尘墙和建造封闭式结构抑尘一次性投资巨大，且不能捕捉漂浮在空气中的粉尘，对于不断有新的粉尘产生的作业区，其抑尘能力有限。化学抑尘的方法从诞生之日起就为世界各国所广泛采用，取得了良好的效果，在科研和工业运行中被认为是解决开放性尘源扬尘污染的最佳方法。
现有抑尘剂大致可分为湿润型、粘结性、吸湿保湿型和多功能复合型，其中功能单一的居多，而复合型抑尘剂报道较少。一般来说，单一的抑尘剂抑尘效果不理想。目前国内外尚未研制出一种普遍适用、抑尘效果好的通用型抑尘剂，而适用范围广且效果理想的复合型抑尘剂研究也才刚刚起步。因此，开发一种具有良好抑尘效果的环境友好型路面抑尘剂是目前亟待解决的技术难题。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高效环保型抑尘剂，所述的抑尘剂解决了现有产品功能单一、引入二次污染等问题。
本发明的第二目的在于提供上述高效环保型抑尘剂的制备方法，所述的方法简单、高效、成本低，易于推广。
本发明的第三目的在于提供上述高效环保型抑尘剂的应用，其应用广泛，可用于煤炭及各类金属、非金属采矿区、矿物粉渣堆料场、煤炭及矿粉运输、矿物土方储存卸载场、建筑物拆除、在建道路沿线、火电厂、水泥厂、钢铁厂、冶金厂、粉尘车间、人工沙滩和沙漠化地区等场所，尤其适用于粉尘颗粒较小的道路，例如对总悬浮微粒(tsp)、pm10、pm2.5和氮氧化物的捕捉吸附。
为了达到以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种高效环保型抑尘剂，主要由以下成分混合而成：按重量计，
胶乳0.1-7％，
改性淀粉/改性纤维素0.1-6％，
海藻酸钠0.1-5％，
聚乙烯醇0.1-8％，
硅酸钠0.1-8％，
丙三醇10-60％，
表面活性剂0.01-5％，
水余量。
以上配方选用多种功能不同的高分子聚合物与小分子的吸湿保湿剂以及表面活性剂组合而成，能够有效捕捉、吸附、团聚粉尘微粒，尤其是粒径较小的颗粒(tsp、pm10、pm2.5、氮氧化物、汽车尾气等)，同时还具有湿润、吸湿、防浸蚀等作用。以上抑尘剂形成的粘结层还具有很大强度，可以抵抗一般自然气候的冲刷。
经统计，本发明提供的抑尘剂的保湿率高达40％以上，抑尘效率高达90％以上，喷施一次的抑尘周期达7天以上。
另外，本发明所述抑尘剂所有的组分或天然取材，或者可自然降解，因此不会引入二次污染，为环保性处理剂。
应当注意的是，本发明的效果并不是由各个组份简单叠加而实现的，而是由各个组份有机协调协同实现的，即每个成分并不只是发挥单一的主体功能，还发挥次要的功能，次要功能可能与其它成分协同完成。例如，硅酸钠在起到吸水性能的同时，也和改性淀粉/改性纤维素起到协同粘结作用；丙三醇具有优良的保湿性，可以从空气中吸收水分，在粉尘表面的壳膜下形成一层保水层，从而起到润湿的作用，其还和胶乳协同起到保水、抗蒸发的作用，大大提高了抑尘剂的抑尘效率。
为了获得更高的保湿率和抑尘效率，更长的抑尘周期，上述配方的各成分优选选用以下类型，例如：
优选地，所述胶乳选自水性聚氨酯、丁苯胶乳、纯丙胶乳或天然胶乳中的一种或多种，优选水性聚氨酯，更优选阴离子型水性聚氨酯，其固含量优选为50％。
优选地，所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或两者混合。
优选地，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十五烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十七烷基苯磺酸钠、十八烷基苯磺酸钠中的一种或多种，优选十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
优选地，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，优选分子量为300-330或575-605。
优选地，所述海藻酸钠的粘度为50-600cps，优选200-400cps。
优选地，所述聚乙烯醇的分子量为2万-30万。
优选地，所述改性淀粉为羧甲基淀粉及其钠盐。
优选地，所述改性纤维素为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或几种的混合物，优选羟丙基甲基纤维素。
同样，各成分的含量对保湿性能和抑尘性能也有重要影响，为获得较高水平的综合性能，优选如下：
按重量计，
胶乳0.3-7％，更优选0.3-1％，例如0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％等。
改性淀粉/改性纤维素0.2-6％，优选0.2-0.5％，例如0.3％、0.4％、0.5％、0.2％。
海藻酸钠0.1-5％，优选1-3％，例如1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、2％、2.5％、3％等。
聚乙烯醇0.12-8％，优选0.12-1％，优选0.12-0.5％，例如0.12％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％等。
硅酸钠0.1-8％，优选1-8％，优选1-5％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％等。
丙三醇20-60％，优选20-50％，例如20％、25％、30％、35％、40％、45％等。
表面活性剂0.01-5％，优选0.01-0.02％，例如0.015％、0.02％等。
本发明还提供了上文高效环保型抑尘剂的制备方法：
将聚乙烯醇溶解在热水中，然后将其与其余原料混匀，即得产品。
具体地，先将一定量的聚乙烯醇和水加入反应器中，恒温(优选90-95℃)加热至完全溶解；
然后将其余成分和剩余水加入容器中，搅拌均匀；
将以上两步得到的溶液混合，最终获得乳白色液体，即抑尘剂溶液。
由此可见，上述方法仅涉及简单的物理混合，因此操作简单，无需苛刻的反应条件，成本较低，更易推广。
由于本发明所述的高效环保型抑尘剂在粘结性、湿润性、成膜性、膜强度、抗冲刷、抗浸蚀都有显著优势，对不同粒径范围的颗粒都具有稳定、较强的吸附功能，因此适用范围广，可用于煤炭及各类金属、非金属采矿区、矿物粉渣堆料场、煤炭及矿粉运输、矿物土方储存卸载场、建筑物拆除、在建道路沿线、火电厂、水泥厂、钢铁厂、冶金厂、粉尘车间、人工沙滩和沙漠化地区等场所，尤其适用于粉尘颗粒较小的道路，例如对总悬浮微粒(tsp)、pm10、pm2.5和氮氧化物的捕捉吸附。
本发明抑尘剂的使用方法以喷洒为主，即将所述高效环保型抑尘剂喷洒于路面即可。
本发明抑尘剂的用量优选为：1.5-3l/m2。
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
(1)保湿性更强：高达40％以上；
(2)抑尘稳定性更高：抑尘周期至少为7天；
(3)渗透性强：可快速捕捉吸附粉尘；
(4)更具针对性：对tsp、pm10、pm2.5和氮氧化物较多的路面的抑尘效果最佳；
(5)取材天然或可降解，无二次污染。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种高效环保型抑尘剂：
按照以下配方取料：按重量计，
阴离子型水性聚氨酯(固含量为50％)0.3％，
羧甲基纤维素钠0.2％，
海藻酸钠0.1％，
聚乙烯醇17500.12％，
硅酸钠0.1％，
丙三醇20％，
十二烷基苯磺酸钠0.02％，
水余量。
制备过程：
(1)a溶液的制备：将聚乙烯醇和去离子水加入反应器中，恒温(90-95℃)加热至完全溶解；
(2)b溶液的制备：将其余原料和剩余去离子水加入容器中，搅拌均匀；
(3)将b溶液缓慢加入a溶液，并搅拌均匀，得到乳白色液体，即得该道路抑尘剂溶液。
实施例2-3
与实施例1的区别仅在于丙三醇用量不同，分别为40％、50％。
实施例4
与实施例1的区别仅在于将水性聚氨酯替换为丁苯胶乳。
实施例5-7
与实施例1的区别仅在于水性聚氨酯的用量不同，分别为0.2％、1％、7％。
实施例8-10
与实施例1的区别仅在于羟丙基甲基纤维素的用量不同，分别为0.1％、0.5％、6％。
实施例11-12
与实施例1的区别仅在于分别将十二烷基苯磺酸钠替换为十二烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-3。
实施例13-14
与实施例1的区别仅在于海藻酸钠的类型和用量不同，分别选用粘度为200cps的海藻酸钠1％、400cps的海藻酸钠3％。
实施例15-16
与实施例1的区别仅在于聚乙烯醇的分子量和用量不同，分别为分子量2.2万的聚乙烯醇0.12％，分子量10.5万的聚乙烯醇0.5％。
实施例17-19
与实施例1的区别仅在于硅酸钠的用量不同，分别为1％、5％、8％。
对比例1-5
对比例1-5所选用的抑尘剂型号分别为bss、yyj、wh、ds、rc。
测试以上所有产品的保湿和抑尘性能，结果如表1。
保湿效率的检测方法：
土样预处理：
选取10目及以下的土样，50℃的温度条件下在烘箱中烘300min，除去水分，放入干燥器备用。
称取一定质量粒径小于10目的土样(已预处理)放入培养皿中，量取一定量的抑尘剂溶液均匀滴加到土样表面，待其慢慢渗透入到土样中后，将尘皿放入40℃的恒温干燥箱中干燥，每隔一个小时称量一次尘皿的质量，根据公式(1)计算样品的保湿率。
其中，η为保湿率，％；m0为滴加抑尘剂溶液后尘皿的质量，g；mi为烘干至第i小时尘皿的质量，g；m为未滴加抑尘剂溶液的尘皿质量，g。
抑尘效率的检测方法：
选取10目(筛网每英寸长度上所具有的网眼数即为目数)及以下的土样，80℃的温度条件下在烘箱中烘180min，除去水分。取适当量的土样分别盛放于2个表面皿中，使样品表面与表面皿平齐。将两个表面皿中分别喷洒抑尘剂(喷洒量按3l/m2)，80℃的温度条件下在烘箱中烘180min后分别进行称重，其中样品的质量为w1。之后分别放入风洞中，样品表面风速为30m/s的条件下进行5min的吹蚀，然后分别进行称重，剩余样品的质量为w2。按下列公式(2)分别计算风蚀率：
式中：
e-样品风蚀率；
w1-吹蚀前土样的质量；
w2-吹蚀后土样的质量。
得到样品1的风蚀率为e1，样品2的风蚀率为e2，取其平均值。
抑尘周期的检测方法如下：
主要仪器及材料：
2050型多功能采样器，可连续实时监测tsp、pm10、pm2.5浓度变化、nox测试仪ec9841、环卫喷洒车、计数器、道路抑尘剂、自来水。
选取一段市政道路，在喷洒路面及对照路面分别设置采样点，检测喷洒前后空气中扬尘主要参数nox、pm10、pm2.5浓度变化。
配置抑尘剂溶液，利用环卫洒水车对路面进行喷洒作业。喷洒道路约2km，折合抑尘剂用量为1.5l/m2。喷洒只进行一次，并同时用相同水量喷洒对照点周围路面，随后不对区域路面做任何处理，直至监测结束，以便对比空气治理效果。喷洒抑尘剂前2d开始监测，总共监测14d。
效果表征：
采用道路抑尘的方式控制交通带产生的大气污染物，进行连续14d的监测，与未喷洒抑尘剂的对比路面相比，喷洒抑尘剂后，nox、pm10、pm2.5浓度有明显的降低。
抑尘周期为自喷洒抑尘剂后，nox、pm10、pm2.5浓度开始降低，即产生效果开始，持续至其浓度上升至喷洒前的浓度范围。
表1
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。