王益民，孟麗聰

(唐山學(xué)院，河北 唐山 063000 )

環(huán)保抑塵劑的制備研究

王益民，孟麗聰

(唐山學(xué)院，河北 唐山 063000 )

近年來，我國部分城市大氣問題日益顯著，嚴重污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，揚塵是導(dǎo)致空氣污染嚴重的原因之一。抑塵劑可以有效的抑制揚塵等顆粒物進入大氣以使環(huán)境得以改善。本文通過聚乙烯醇經(jīng)丙烯酸改性復(fù)配低濃度甘油制備復(fù)合型抑塵劑。實驗表明物料比1：5；引發(fā)劑濃度1×10-2mol/L；40℃聚合反應(yīng)2h。

抑塵劑；環(huán)保；聚乙烯醇；甘油

近年來，我國部分城市大氣問題日益顯著，嚴重污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對人民的健康、生活影響巨大[1-3]。研究表明，揚塵是導(dǎo)致空氣污染嚴重的原因之一。城市道路因車輛通過造成揚塵問題，愈來愈受到重視，很多城市增加灑水車輛和灑水頻次，以減少揚塵，灑水是一種原始且維持效果周期短的抑塵方式，我國大多數(shù)城市道路路面就是采用這種傳統(tǒng)灑水抑塵的固塵方法，然而灑水抑塵最大的缺點是水資源的浪費，噴灑效果時間相對來說比較短，在氣候較干燥和溫度較高的情況下只能維持幾十分鐘。研究開發(fā)環(huán)保型城市道路抑塵劑，利用有機物質(zhì)結(jié)合的有效基團，例如羧基，羥基，提高保濕性能,并且能夠在干燥后與路面粉塵相結(jié)合，達到抑制揚塵的作用。抑塵劑能夠提高抑塵效率減少灑水量和灑水頻次，對防治大氣污染、節(jié)約用水有重要意義[4-9]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及儀器

原料：12%甘油水溶液，聚乙烯醇，丙烯酸，過硫酸鉀。

儀器：電熱恒溫水浴箱，邵氏硬度儀，烏氏黏度計，空氣顆粒物采樣器。

1.2 環(huán)保抑塵劑的制備

將聚乙烯醇10g和水100g加入到燒杯中，在室溫下攪拌，使聚乙烯醇與水混合充分，將混合物置于恒溫水浴箱加熱，攪拌直到聚乙烯醇完全溶解，加入引發(fā)劑過硫酸鉀，徐徐加入丙烯酸，恒溫反應(yīng)一段時間之后，加入12%甘油200g，即得到復(fù)合型抑塵劑。

1.3 對實驗抑塵劑合成工藝條件的研究

1.3.1 單體配比

其它條件不變的情況下，不同的單體配比，導(dǎo)致抑塵劑的性能變化。以聚乙烯醇為主料，丙烯酸為單體，選取聚乙烯醇和丙烯酸的質(zhì)量比為1∶1，1∶2，1∶3，1:5。

1.3.2 引發(fā)劑用量

其它條件不變的情況下，引發(fā)劑的用量會對聚合影響，使用引發(fā)劑過硫酸鉀，將引發(fā)劑用量分別設(shè)為2，5，1，1.5，2，2.5mg。

1.3.3 反應(yīng)時間

其它條件不變的情況下，選取反應(yīng)時間為：0.5，1，1.5，2，2.5，3h、分別進行實驗，從而確定最佳反應(yīng)時間。

1.3.4 反應(yīng)溫度

其它條件不變的情況下，反應(yīng)溫度對聚合，選取聚合溫度：20，30，40，50，60，70℃進行實驗。

1.4 抑塵劑的性質(zhì)表征

1.4.1 抑塵劑的黏度表征

黏度是抑塵劑中重要的參數(shù)，黏度的測定數(shù)值越大，聚合度越高，對粉塵的粘結(jié)作用越好。抑塵劑樣品的黏度以烏氏黏度計測定。

1.4.2 固化塵土的表面固化層硬度表征

固話硬度度是抑塵劑中重要的參數(shù)，硬度的測定數(shù)值越大，對粉塵的粘結(jié)作用越好。把采集的道路粉塵堆成圓錐體狀的模型，置于托盤中，在上面噴灑不同配比的抑塵劑，讓其在自然條件下固結(jié)，測定邵氏硬度。

1.5 抑塵劑的相關(guān)測試

1.5.1 固化土樣的保水效果測試

抑塵劑的保水性能，是考察抑塵劑的實際應(yīng)用方面的一項重要參數(shù)。土樣通過掃取城市道路上的塵土得到，土樣中保存了一定的水分，使得處于濕潤狀態(tài)下的土樣，能夠起到有效的防塵效果。

測試方法：取500g土樣，放于邊長20cm的玻璃板上，厚度約為2cm。將抑塵劑均勻的噴灑在土樣表面，稱其質(zhì)量，然后放置于干燥通風(fēng)的環(huán)境中，按下公式1計算保水率。

G=(G2-G0)/(G1-G0) ×100%

G：保水率(%)；G0：土樣與玻璃板的質(zhì)量(g)；

G1：噴灑后土樣的質(zhì)量；G2：每隔一段時間的土樣質(zhì)量。

給土樣噴灑不同濃度的抑塵劑，計算8小時之后將土樣的保水率。

1.5.2 抑塵劑對道路揚塵的影響測試

選取2段道路用噴灑器灑水，1段噴灑水，另1段噴灑抑塵劑：水為1:10的水劑。在每2h測定路邊空氣中總懸浮顆粒物質(zhì)量，時間段分別設(shè)為8:00-10:00、12:00-14:00、16:00-18:00。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 確定最佳反應(yīng)條件

2.1.1 單體配比對實驗的影響

單體配比是抑塵劑性能的好壞的決定因素，本實驗不同單體配比實驗結(jié)果如下表所示。

表1 單體的配比對性能的影響

由上表可以看出，單體配比不同，實驗結(jié)果不同，主料聚乙烯醇和單體丙烯酸的反應(yīng)增加了聚合物的黏度，并且單體丙烯酸的量增加，黏度增加。當聚乙烯醇∶丙烯酸的質(zhì)量比為1:5時，共聚物黏度取得最大值，并且固結(jié)層強度較硬，所以選擇聚乙烯醇與丙烯酸的質(zhì)量比為1:5作為最佳單體配比。

2.1.2 引發(fā)劑用量對實驗的影響

本實驗引發(fā)劑為過硫酸鉀，引發(fā)劑不同用量實驗結(jié)果如下表所示。

表2 引發(fā)劑的濃度對性能的影響

從上表中可以看出，當引發(fā)劑的濃度設(shè)為1mg時，黏度的時間表征最佳、固結(jié)層硬度最佳，共聚物性能表現(xiàn)最為優(yōu)異。因此本實驗將1×10-2mol/L作為實驗引發(fā)劑的濃度。

2.1.3 聚合時間對結(jié)果的影響

合適的聚合反應(yīng)時間才能保證最終產(chǎn)物性能的優(yōu)異，本實驗不同聚合時間的實驗結(jié)果如下表所示。

表3 聚合時間對性能的影響

由表中可以看出，聚合物的黏度隨著反應(yīng)時間的加長而逐漸增大，即性能逐漸改變，2h之后反應(yīng)聚合物的黏度逐漸趨于平穩(wěn)；而固結(jié)層硬度基本都在80HA以上，硬度較好。不難得出，本實驗的最佳聚合時間為2h。

2.1.4 聚合溫度對實驗的影響

在實驗中反應(yīng)的溫度也會影響實驗的進程和結(jié)果。本實驗不同反應(yīng)溫度對實驗的影響如下表所示。

表4 聚合溫度對實驗的影響

從上表看出，聚合溫度在40℃時，抑塵劑的黏度達到最佳，固結(jié)層硬度最高。當聚合溫度繼續(xù)增加時，黏度增長不大，所以聚合溫度40℃為宜。

2.2 復(fù)合型抑塵劑的應(yīng)用性能測試結(jié)果

2.2.1 保水性

如果抑塵劑保水性能較好，就能夠使得抑塵土樣表面保持濕潤狀態(tài)，有效抑制揚塵的產(chǎn)生，在實際應(yīng)用效果中具有很重要的意義。按照上文介紹的方法測定抑塵劑的保水性。

取濃度分別為2%、5%、10%、20%、30%、40%的抑塵劑水溶液，分別對土樣表面噴灑，2h之后測土樣的保水率。

表5 抑塵劑保水性能測試

從上表中可以看出，雖然抑塵劑的質(zhì)量分數(shù)越大，土樣的保水率就越大，但是當質(zhì)量濃度增大到10%時，保水率的變化速率逐漸減小。根據(jù)實際情況，為減少成本，將最佳適合質(zhì)量分數(shù)設(shè)為10%。

2.2.2 對道路揚塵總量的影響

為了研究抑塵劑性能我們通過對比常規(guī)灑水及加入抑塵劑后的總懸浮顆粒物含量。結(jié)果如表6,7。

采樣：固定好空氣顆粒物采樣器，開氣泵取樣一段時間，然后取出濾膜稱量。

總懸浮顆粒物(TSP)含量計算公式：

TSP含量(mg/m3)=(W1-W0)×1000/V

W1：采樣后濾膜的質(zhì)量(g)

W0：采樣前濾膜的質(zhì)量(g)

表6 噴灑水對照實驗結(jié)果

表7 噴灑抑塵劑實驗結(jié)果

從兩組實驗結(jié)果可以看出，與噴灑水之后空氣中總懸浮顆粒物含量相比，噴灑復(fù)合型抑塵劑之后空氣中總懸浮顆粒物含量明顯減少。

3 結(jié)論

將聚乙烯醇10份和水100份加入到反應(yīng)器，攪拌至完全溶解，加入引發(fā)劑過硫酸鉀，徐徐加入丙烯酸，恒溫反應(yīng)后，加入12%甘油，得到復(fù)合型抑塵劑。實驗表明最佳單體配比為聚乙烯醇與丙烯酸的質(zhì)量比為1:5；引發(fā)劑濃度為1×10-2mol/L；40℃聚合反應(yīng)2h。抑塵劑的使用通過對比實驗優(yōu)于噴灑水的效果。

[1] 李 萍,薛粟尹,王勝利,等. 蘭州市大氣降塵重金屬污染評價及健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué), 2014, 35(3):1021-1028.

[2] 劉慶陽,劉艷菊,楊 崢,等. 北京城郊冬季一次大氣重污染過程顆粒物的污染特征[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2014,35(1):12-18.

[3] 李 培,王 新,柴發(fā)合,等. 我國城市大氣污染控制綜合管理對策[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2011,36(05):8-14.

[4] 馮躍武，陳 杰.城市揚塵污染防治初探[J].能源與節(jié)能，2011(4)：40-45.

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[9] 王益民,孟麗聰,鄭燕飛,等.抑塵劑的應(yīng)用與研究進展[J].山東化工,2016,45(12): 40-42．

(本文文獻格式：王益民，孟麗聰.環(huán)保抑塵劑的制備研究[J].山東化工，2017，46(06)：26-28.)

Study on the Preparation of Environmental Protection Dust-Depressor

WangYimin,MengLicong

(Tangshan University ,Tangshan 063000,China)

In recent years, air pollution is becoming more and more serious in some cities of our country, which is one of the main causes of air pollution. Dust suppression agent can effectively suppress dust and other particles into the atmosphere in order to improve the environment. In this paper, a composite type of dust suppressant was prepared by blending polyvinyl alcohol and acrylic acid. The experimental results show that the ratio of material to 1:5 is 1 (10-2mol/L) and the polymerization rate is 2h.

dust-depressor;environmental protection ;polyvinyl alcohol;glycerol

2017-02-15

河北省科技計劃項目 項目編號 15273722

王益民(1962—) ，河北唐山人，副教授，主要從事化工合成及環(huán)境保護研究。

X701.2

A

1008-021X(2017)06-0026-03