田 敏，李治剛，郭紅光，李雨成

（太原理工大學(xué)安全與應(yīng)急管理學(xué)院，山西太原 030024）

煤塵抑塵劑因其顯著的效果和特點(diǎn)被認(rèn)為是治理煤塵揚(yáng)塵的有效方法之一。因此，分析總結(jié)了煤塵抑塵劑在不同作業(yè)場(chǎng)所的研究應(yīng)用，探討了高分子、微生物抑塵劑的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景，有利于更好地了解和把握煤塵抑塵技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

1 煤塵抑塵劑的研究及應(yīng)用

1）礦井噴霧抑塵劑。礦井開(kāi)采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量動(dòng)態(tài)粉塵，為了控制粉塵進(jìn)一步擴(kuò)散，多使用噴霧抑塵劑進(jìn)行降塵。井下噴霧系統(tǒng)使用的抑塵劑以潤(rùn)濕性能為主，該抑塵劑通過(guò)降低溶液的表面張力來(lái)提高對(duì)粉塵的潤(rùn)濕效果，從而捕捉、沉降空氣中的浮塵。李樹(shù)芳等[3]以氯化鈣、氯化鎂、過(guò)硫酸鈉及十二烷基磺酸鈉制備一種應(yīng)用于井下噴霧降塵的潤(rùn)濕型抑塵劑，接觸角僅有21°，潤(rùn)濕效果良好；金龍哲等[4]對(duì)比分析了多種吸濕材料和表面活性劑，進(jìn)行氯化鈣、氯化鎂和曲拉通X-100 復(fù)配優(yōu)化，粉塵含水率提高10%，抑塵率98.3%。目前井下噴霧抑塵劑的應(yīng)用相對(duì)成熟，但仍需針對(duì)3 個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：①抑塵周期短：使用時(shí)需要反復(fù)噴灑，要考慮到使用成本問(wèn)題；②腐蝕性問(wèn)題：考慮是否會(huì)腐蝕噴嘴造成堵塞；③毒害性：考慮抑塵劑噴灑在空氣中是否會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。

2）煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)抑塵劑。煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)過(guò)程中主要是受到顛簸或風(fēng)力影響導(dǎo)致?lián)P塵污染，因此其應(yīng)用抑塵劑的性能更偏向于黏結(jié)凝聚粉塵。該抑塵劑通過(guò)覆蓋、固結(jié)、聚合等作用在噴灑過(guò)的散堆物料表面形成具有一定強(qiáng)度硬度的固化層，從而達(dá)到抑制煤塵飛揚(yáng)的目的。陳景序等[5]以羧甲基纖維素鈉、十二烷基磺酸鈉、聚丙烯酸鈉和無(wú)水硫酸鈉制備一種用于散煤運(yùn)輸?shù)囊謮m劑，固結(jié)層抗壓強(qiáng)度為0.22 MPa，平均抑塵率超過(guò)96%，有效降低煤塵排放；JIN H 等[6]利用大豆分離蛋白、羧甲基纖維素鈉、十二烷基磺酸鈉、甲基硅酸鈉制得復(fù)合抑塵劑，其黏度為22.7 mPa·s，最低的風(fēng)蝕率達(dá)到20.62%。煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)過(guò)程中應(yīng)用的抑塵劑一般都具有良好的抗雨水沖刷性和抗凍融性，但實(shí)際應(yīng)用中無(wú)機(jī)抑塵劑易出現(xiàn)乳化效果不好的問(wèn)題；有機(jī)抑塵劑滲透力不強(qiáng)，部分組成物質(zhì)難以自然降解，易造成二次污染。

3）露天煤礦抑塵劑。露天煤礦開(kāi)采過(guò)程中由于煤層埋藏較淺，在機(jī)械破碎作用下容易產(chǎn)生大量浮沉，浮沉受自然風(fēng)流擾動(dòng)的影響，會(huì)嚴(yán)重污染大氣環(huán)境。針對(duì)露天礦區(qū)粉塵污染問(wèn)題，一些學(xué)者提出了以黏結(jié)凝聚為主，潤(rùn)濕為輔的復(fù)合型抑塵劑。潘海霞[7]利用氯化鈣、水玻璃、硫酸鈉、甘油和脂肪醇聚氧乙烯醚類制備一種適用于礦山露天開(kāi)采的抑塵劑，除塵效率為89.6%，相比清水提高53.1%；廖奇等[8]研究一種由表面活性劑、增效離子和纖維素組成的礦用復(fù)合抑塵劑，同時(shí)兼具潤(rùn)濕、黏結(jié)、凝聚粉塵的作用，使用后全塵和呼塵的降塵率分別達(dá)95.0%和92.8%。但由于合成復(fù)合抑塵劑工藝工序較復(fù)雜，同時(shí)對(duì)抑塵劑的環(huán)保性能要求較高。因此，露天礦區(qū)抑塵劑的研發(fā)仍然需要不斷試驗(yàn)與探索。

2 新型煤塵抑塵劑的發(fā)展前景

當(dāng)前煤塵抑塵劑的研究與應(yīng)用越來(lái)越廣泛，與此同時(shí)新型抑塵劑的發(fā)展也紛至沓來(lái)，其中以環(huán)保型、功能型、高分子、微生物抑塵劑為典型代表引領(lǐng)著新型煤塵抑塵劑的發(fā)展。

2.1 井工礦抑塵劑的發(fā)展

針對(duì)特定環(huán)境或滿足特別需求的抑塵劑往往是普通抑塵劑應(yīng)用的瓶頸，特別是煤礦開(kāi)采有自燃傾向性和煤塵爆炸危險(xiǎn)性的煤層時(shí)，煤塵抑塵劑需要有效針對(duì)特殊礦井環(huán)境，滿足特別需求。而功能型抑塵劑恰好可以填補(bǔ)這一空缺，其主要是以高分子聚合物為主，具有較強(qiáng)的成膜性，可有效隔絕物料表層，起到阻燃、阻氧化作用。施春紅等[9]針對(duì)井下運(yùn)輸巷、工作面回風(fēng)巷等場(chǎng)所研制一種新型防火抑塵劑，阻化率達(dá)到80.93%，有效抑塵期達(dá)20 d 以上；來(lái)水利等[10]以納米SiO2、海藻酸鈉等高分子材料合成一種軟膜型硅磷協(xié)同煤炭阻燃抑塵劑，噴灑該抑塵劑煤樣的風(fēng)蝕率降低98.07%，同時(shí)兼具阻燃、抑塵2 種性能。

功能型抑塵劑通常針對(duì)性強(qiáng)、特點(diǎn)鮮明。例如防火抑塵劑，有較高的熱穩(wěn)定性和成膜性，形成的分子間聚合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)起到隔熱阻燃作用，可有效解決煤自燃現(xiàn)象。對(duì)于井工礦作業(yè)場(chǎng)所，開(kāi)發(fā)集抑塵、防火、防爆于一體的煤塵抑塵劑是未來(lái)主要發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 煤炭運(yùn)輸抑塵劑的發(fā)展

煤炭運(yùn)輸過(guò)程是煤塵揚(yáng)塵的重要來(lái)源，既污染環(huán)境又浪費(fèi)資源。為了符合國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求，環(huán)保型抑塵劑漸漸成為關(guān)注的熱點(diǎn)。其主要是利用工農(nóng)業(yè)廢品、生活垃圾、生產(chǎn)副品、動(dòng)植物等可降解的物質(zhì)作為其配置原材料，不僅原料環(huán)保且制作成本低。Li 等[11]利用廢紙?zhí)崛◆燃谆w維素鈉與聚乙烯醇和N-乙烯基吡咯烷酮聚合生成一種礦用有機(jī)抑塵劑，具有98HA 的固化強(qiáng)度，在風(fēng)速15 m/s 時(shí)抑塵率達(dá)88%; 梁文俊等[12]以農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈為原料，通過(guò)添加纖維素復(fù)合酶、瓜爾豆膠、乳酸鈉等制成一種環(huán)保型煤塵抑塵劑，表面張力31.20 mN/m、接觸角為15.2°，實(shí)際應(yīng)用表明PM10 濃度由145.2 mg/m3下降到24.3 mg/m3。

環(huán)保型抑塵劑具有生態(tài)相容性，成本低、綠色無(wú)害、無(wú)腐蝕、降解性好等優(yōu)點(diǎn)，在有效抑制煤塵揚(yáng)塵減少資源損失的同時(shí)又不會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)危害。針對(duì)我國(guó)煤炭運(yùn)輸過(guò)程中的煤塵逃逸問(wèn)題，環(huán)保型抑塵劑具有良好的應(yīng)用前景。

在婦科腹腔鏡手術(shù)過(guò)程中,給予患者采用單純?nèi)?則無(wú)法使患者的交感神經(jīng)-腎上腺素髓質(zhì)系統(tǒng)受完全性阻滯,從而造成患者發(fā)生較明顯的應(yīng)激反應(yīng),使手術(shù)操作及手術(shù)效果受影響[4]。本次研究中,給予研究組患者施行全麻復(fù)合硬膜外麻醉,取得了較滿意的麻醉效果。全麻復(fù)合硬膜外麻醉可以有效對(duì)固定子宮神經(jīng)支配通路,以及其固定組織的神經(jīng)支配通路,達(dá)到神經(jīng)傳導(dǎo)完全阻滯,達(dá)到較為理想的子宮松弛度,從而為順利進(jìn)行手術(shù)操作而奠定基礎(chǔ)[5]。

2.3 洗煤廠與堆煤場(chǎng)抑塵劑的發(fā)展

高分子抑塵劑憑借著潤(rùn)濕能力、抗風(fēng)能力、抑塵能力突出等優(yōu)勢(shì)在洗煤廠、堆煤場(chǎng)煤塵抑制領(lǐng)域備受青睞。其主要是通過(guò)聚乙烯醇、海藻酸鈉、瓜爾膠等有機(jī)高分子接枝共聚制成，具有很好的黏結(jié)性。謝德瑜等[13]選用堿金屬鹽作為原料，利用表面活性劑和改性劑開(kāi)發(fā)出SH 型抑塵劑，有效提高了洗煤廠煤塵的保水性和凝聚性；WEI 等[14]利用聚乙烯醇、黃原膠和丙烯酸聚合生成雙網(wǎng)水凝膠抑塵劑，黏度45 mPa·s，表面張力達(dá)30 mN/m，抑塵固化后煤體抗壓強(qiáng)度達(dá)126 kPa；ZHOU 等[15]通過(guò)殼聚糖與丙烯酸和聚乙烯醇接枝聚合，再與乙二胺四乙酸進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)生產(chǎn)出一種控制煤渣堆積區(qū)揚(yáng)塵的抑塵劑，附著力好，固化層硬度可達(dá)98 HA，風(fēng)速為15～18 m/s時(shí)，固塵率達(dá)92.67%。除此之外，太原理工大學(xué)葛少成、山東科技大學(xué)楊靜、東南大學(xué)楊林軍等都對(duì)高分子抑塵劑的配置方法展開(kāi)深入研究。近10 年高分子抑塵劑的研究與應(yīng)用成果見(jiàn)表1。

表1 近10 年高分子抑塵劑的研究與應(yīng)用成果Table 1 Research and application results of polymer dust suppressants in recent ten years

在洗煤廠、堆煤場(chǎng)等煤塵抑制領(lǐng)域，高分子抑塵劑憑借著黏結(jié)性強(qiáng)，抑塵周期長(zhǎng)，綜合效益高、抗風(fēng)抗雨能力突出等優(yōu)勢(shì)具有良好的應(yīng)用前景。

2.4 露天煤礦抑塵劑的發(fā)展

露天煤礦抑塵劑因作業(yè)場(chǎng)所受地域、節(jié)氣和溫差影響大，情況比較復(fù)雜，因此，對(duì)抑塵劑的作用特點(diǎn)要求較高。微生物抑塵劑因其多方面的顯著特點(diǎn)備受關(guān)注，東南大學(xué)錢春香、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)時(shí)國(guó)慶、山東科技大學(xué)胡相明、美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)Nasser M. Hamdan、Brian Knorr 等國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的微生物抑塵劑的研究與應(yīng)用。近3 年微生物抑塵的研究與應(yīng)用成果見(jiàn)表2。

表2 近3 年微生物抑塵的研究與應(yīng)用成果Table 2 Research and application results of microbial dust suppression in recent three years

微生物抑塵劑的生物菌種以巴氏芽孢桿菌為主，菌種分泌脲酶加速尿素水解產(chǎn)生CO32-，通過(guò)外界加入鈣源形成微生物碳酸鈣。微生物碳酸鈣具有膠凝特性，促進(jìn)松散煤塵顆粒的聚合和膠結(jié)，在煤塵表面形成固化層，有效提高其剛度、強(qiáng)度及抗風(fēng)蝕性。SONG W 等[22]從露天礦區(qū)的土壤中分離到1 株脲酶菌，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定生物抑塵劑的最佳配比，抑塵劑使用后的可抗風(fēng)速最大達(dá)到45.45 m/s；WU 等[24]研發(fā)一種適用于露天煤礦的新型生物抑塵劑，實(shí)驗(yàn)研究表明其無(wú)毒、腐蝕性小、呈弱堿性、煤粉的失重率為2.56%。

當(dāng)前微生物抑塵劑的研究多以尿酶菌分解尿素制備的碳酸鹽為主，在其膠結(jié)煤塵過(guò)程存在氨氣釋放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定負(fù)面影響，制約了該類型抑塵劑的推廣應(yīng)用，而膠質(zhì)芽孢桿菌進(jìn)行誘導(dǎo)碳酸鹽沉淀的方法有可能突破這一瓶頸，該菌種分泌的碳酸酐酶可以直接捕獲空氣中的二氧化碳，促進(jìn)二氧化碳水合反應(yīng)生成碳酸鹽。因此，利用該菌種既能減少環(huán)境的危害，又對(duì)緩解溫室效應(yīng)加劇產(chǎn)生積極的作用。總的來(lái)說(shuō)，微生物抑塵劑成本低、無(wú)毒無(wú)害、生物相容性好，在露天煤礦應(yīng)用領(lǐng)域中有重要的研究?jī)r(jià)值。

圍繞不同作業(yè)場(chǎng)所，以環(huán)保型、功能型、高分子、微生物抑塵劑為典型代表的新型抑塵劑目前多處于試驗(yàn)與探索階段，商業(yè)化模式還尚不成熟，對(duì)于新型抑塵劑的持續(xù)有效性、生態(tài)環(huán)保性、安全可靠性、經(jīng)濟(jì)適用性、工藝簡(jiǎn)易性等考核指標(biāo)還需要現(xiàn)場(chǎng)和時(shí)間的進(jìn)一步考證。因此，新型抑塵劑的作用機(jī)制以及相關(guān)的考核指標(biāo)仍然需要大量的數(shù)據(jù)支撐與驗(yàn)證。遵循國(guó)家綠色環(huán)保的發(fā)展理念，微生物抑塵劑具有廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景，特別是可以利用膠質(zhì)芽孢桿菌誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀制備出一種環(huán)保型微生物抑塵劑，具有良好的生態(tài)相容性，其對(duì)二氧化碳的固定與封存具有一定的積極作用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)真正意義上的碳中和未來(lái)可期。

3 結(jié) 語(yǔ)

1）煤塵抑塵劑的發(fā)展經(jīng)歷了由效率強(qiáng)化型到功能復(fù)合型，由環(huán)保功能凸顯型到新型材料經(jīng)濟(jì)實(shí)用型。新型煤塵抑塵劑目前仍然處于試驗(yàn)探索階段。井工礦中功能型抑塵劑的抑塵機(jī)理研究還不成熟，特別是不同類型、性質(zhì)的煤塵及復(fù)雜多變的礦山環(huán)境都會(huì)影響到它的應(yīng)用效果，未來(lái)還需有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和適用性的開(kāi)發(fā)。

2）煤炭運(yùn)輸中環(huán)保型抑塵劑需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化制備工藝，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)擴(kuò)大其普及范圍是未來(lái)環(huán)保型抑塵劑發(fā)展的主要方向。

3）洗煤廠、堆煤場(chǎng)中高分子抑塵劑多以聚酯醇類為主，在未來(lái)的研究中還要不斷開(kāi)發(fā)新的高分子原材料以拓寬其適用范圍，向著生態(tài)環(huán)保性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、簡(jiǎn)易操作性、持續(xù)有效性的方向發(fā)展。

4）露天煤礦中微生物抑塵劑既能減少環(huán)境的危害，又對(duì)緩解溫室效應(yīng)產(chǎn)生積極的作用，但其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的適用性、有效性與可靠性研究仍是未來(lái)發(fā)展的主要任務(wù)。