CN106753248B - 一种基于活性酶制备的多功能复配式扬尘抑制剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于活性酶制备的多功能复配式扬尘抑制剂，包括以下重量百分比的原料：0.28%~0.32%的生物活性酶、0.07%~0.12%的高分子吸水树脂、4.50%~5.00%的CO(NH₂)₂、4.40%~4.50%的CaCl₂、2.20%~2.30%的CaO和余量的水。生物活性酶为脲酶，是一种人工提取的植物酶。该抑尘剂的使用方法为：将粉剂按照上述重量百分比溶解于水，均匀混合后喷洒在路面、料堆表面；处理1m²的市政道路，所需的用量为1~3L；处理1m²料堆，所需的用量为3~6L。本发明利用吸湿、保水、粘结、生物降解和生物钙化的原理，有效提高了扬尘抑制效果，具有作用持续时间长、减少二次扬尘、反应速度快、耐高温、绿色环保的优点。

Description

一种基于活性酶制备的多功能复配式扬尘抑制剂

技术领域

本发明属于环境保护和工程施工领域，涉及一种扬尘抑制剂。

背景技术

工程施工现场难以避免产生浮土和灰尘，由于风力、车辆通行等因素，周边扬尘污染较为严重，危害居民及工人身体健康，影响施工区周边动植物生长，破坏生态平衡，造成极坏的社会影响，给国家和企业造成极大的经济损失。通过查阅各类道路施工的环评报告和环保竣工验收报告得知，道路施工现场的扬尘污染较为严重，其中混凝土搅拌、路基平整场地外100m处的总悬浮颗粒物(英文缩写TSP，又称总悬浮微粒，指用标准大容量颗粒采集器在滤膜上收集到的颗粒物的总质量)含量远超过环境空气质量标准二级标准。

我国是世界上大气污染状况比较严重的国家之一，根据国家环境保护总局统计显示，我国城市空气中的主要污染物也已经从二氧化硫、烟尘逐渐转变为悬浮颗粒物，悬浮颗粒物已经成为制约我国城市空气质量的主要因素，是城市大气污染治理的重点。

在空气的TSP中，扬尘的贡献率已达到或超过50％，扬尘颗粒物粒径较小，极易起动飞扬，一旦受到外力作用就可再次进入空气，极难治理。研究发现，扬尘包含了分散度不同的一系列颗粒物，其中PM10，即可吸入颗粒物，粒径r≤10μm，对扬尘的贡献率最高。可吸入颗粒物极易使工人产生尘肺病，危害问题突出，已引起政府部门的高度重视。

目前在城市和工程建设现场道路主要采用洒水抑尘的传统方式，常规的洒水法对2μm扬尘的捕获率仅为1％～28％左右，水分只是润湿扬尘的表面，不能渗透到扬尘内部，导致了水分蒸发快，洒水频率高，造成大量水资源的浪费和人工及设备费用增加。因此国内外部分学者都不断地开发各类抑尘剂来控制道路扬尘污染。

近几年来国内外学者开展了抑尘剂方面的研究，并申请了一批专利，主要为有湿润剂、固体/液体吸湿剂、粘尘剂、以及复合型抑尘剂几种。但各类抑尘剂都存在一定的缺陷和不足，吸湿剂、粘尘剂抑尘效果有限，而且对道路的使用功能存在影响，以高分子有机物为代表的吸湿剂，由于缺乏一定的粘结性，容易被交通工具附着带走，而影响使用效果。

与此同时，现有的湿润剂、固体/液体吸湿剂、粘尘剂、以及复合型抑尘剂，由于不能在环境中自然降解，所以容易引起环境的恶化和污染。

发明内容

技术问题：本发明提供一种作用能生物降解、持续时间长、减少二次扬尘的基于活性酶制备的多功能复配式扬尘抑制剂。

技术方案：本发明的基于活性酶制备的多功能复配式扬尘抑制剂，包括以下重量百分比的原料：0.28％～0.32％的生物活性酶、0.07％～0.12％的高分子吸水树脂、4.50％～5.00％的CO(NH₂)₂、4.40％～4.50％的CaCl₂、2.20％～2.30％的CaO和余量的水，其中的生物活性酶为脲酶。

进一步的，本发明扬尘抑制剂中，高分子吸水树脂为聚丙烯酸钠架桥成的网络结构，所述聚丙烯酸钠的结构式为[－CH₂－CH(COONa)]_n。

本发明利用吸湿、保水、粘结、生物降解和生物钙化的原理，有效提高了扬尘抑制效果，具有作用持续时间长、减少二次扬尘、反应速度快、耐高温、绿色环保的优点。

本发明的扬尘抑制剂中CO(NH₂)₂可以被生物活性酶分解成NH₃和CO₂，CO₂可以与Ca^{2 +}反应生成CaCO₃；CaO进入水中可以生成Ca(OH)₂，一方面与CaCl₂一同为反应提供Ca²⁺源，同时可以为生物活性酶保温并调节pH值，即使天气较低时也能保证生物活性酶的反应速率；高分子吸水树脂，它具有很强的吸水性能，能够吸收比自身重量多几十倍的水分，可以有效地吸收路面周边空气中的水分，保持路面的湿度，起到长时间抑制扬尘的作用，同时为酶促反应保证水分，提高反应效率；反应所产生的CaCO₃具有强烈的粘结性能，可以把周边扬尘颗粒粘结到一起形成大颗粒，有效防止了扬尘的泛起，同时将高分子吸水树脂粘结在路面或材料表面，使得作用持续时间更长；由于高分子吸水树脂吸水饱水性能强，粘结在路面或材料表面可以保证表面的持续湿润，高分子吸水树脂还具有桥联作用，即借助离子键、氢键和范德华力，同时吸附多个颗粒，能在微小的扬尘颗粒之间起架桥作用，形成一种网状三维结构，这样细小扬尘颗粒就可凝并为大颗粒，从而较易沉降；原料中的生物活性酶即脲酶，可以自然降解，脲酶在40℃的高温天气下仍能保持很高的酶活性，使得抑尘效果不受高温天气的影响，而且原料中并未添加任何污染环境的交联剂、增强剂、分散剂，被生物活性酶降解的CO(NH₂)₂被转化成了气体，使得抑尘剂不会造成对环境的污染。

本发明抑尘剂的使用方法为：将粉剂按照上述重量百分比溶解于水，均匀混合后喷洒在路面、料堆表面；处理1m²的市政道路，所需的用量为1～3L；处理1m²料堆，所需的用量为3～6L。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

化学抑尘剂一般可以分为润湿型、粘结型、凝聚型和复合型4大类。润湿型抑尘剂具有腐蚀性，对植物有一定危害；粘结型抑尘剂在实际生产过程中难以控制，乳化性能差、不易降解、残留率高，易造成二次污染；凝聚型抑尘剂对汽车轮胎和金属零部件有腐蚀作用，易被雨水冲走，对土壤环境造成污染，其制备成本相对较高；复合型抑尘剂多在恶劣、复杂多变的环境下使用，试验极易失败。

目前，应用原油、沥青、渣油、卤化物、水玻璃、磺酸盐作为土路和散体堆放场的抑尘剂基料的抑尘技术已得到广泛的应用。尽管这些抑尘剂抑尘效果好，但是其中许多化学物质会对环境造成二次污染，如固体卤化物、(NH₄)₂SO₄、木质素衍生物等存在二次污染，又易被雨水冲走，若用于路面还会腐蚀车胎和金属零部件，其组分中许多表面活性剂等物质在自然状态下又难以分解除去。若使用原油、煤渣油、油废渣、生物油渣、沥青等，其润湿渗透力不强且对周围环境也有一定影响。所以，现有的化学抑尘剂都存在着各种各样的缺点。

本发明的抑制剂在水中反应所形成的CaCO₃固体具有很强的固结强度，牢固的粘结粉尘从而减少粉尘的扬起率，并显著提高地面(土质或水泥质)粉尘的抗辗压性，抑制扬尘的再起，同时提高了抗雨淋性能；其良好的粘结作用可以促进高吸水树脂与扬尘之间的结合，避免车辆活动和风力等外部干扰因素对高分子吸水树脂的影响，增强扬尘的抗风性能。喷洒出的高分子吸水树脂能使微小的扬尘颗粒形成一种网状三维结构，这样细小扬尘颗粒就可凝并为大颗粒，消除了喷洒时的二次扬尘。本发明能够促进抑尘剂，使扬尘内部与外部相互融合，提高了抑尘剂的作用范围，增强了其抑尘功能，所以能够做到一次性抑尘效果远远好于其他抑尘剂。

此外，该抑尘剂所用原料组分及其溶液无毒副作用和腐蚀作用，为生态环保材料，同时由于该抑尘剂效果好，所需浓度很低，而且抑尘剂本身固定在扬尘颗粒中，不会渗透及流失，一段时间后能自行降解，无二次污染，因此应用本发明的抑尘剂更有利于环保。

脲酶抑尘剂与微生物抑尘剂相比，本发明在成分中直接添加脲酶取代了微生物，从而省去了微生物分泌脲酶的时间，也克服了微生物抑尘剂运用的苛刻条件，使得本发明抑尘作用更及时，见效更快，适应场地更广，耐寒耐温性能均有提升；本发明添加的脲酶量是微生物分泌脲酶量的十几倍，从而能够生成更多的具有强烈粘结性能的CaCO₃固体，大幅提高抑尘效果；而且芽孢杆菌发酵产乳酸，会分解已经生成的碳酸钙，使抑尘效果大打折扣，脲酶抑尘剂就不存在这种问题。脲酶抑尘剂中的高分子吸水树脂不但具有持湿的功能，还将碳酸钙产率提高了20％，从而固结更多的粉尘颗粒，大幅提升抑尘效果，实现了1+1大于2的意外效果。

本发明只需与水混合喷洒，无需特殊辅助工具，操作简单，实用性强，可用于城市道路、建筑场地、广场建设以及料场等抑尘，不受场地和地点限制。

附图说明

图1为抑尘剂抗蒸发性测定结果；

图2为抑尘剂保水性测定结果；

图3为抑尘剂抗风性测定结果；

图4为抑尘剂抑尘效率测定结果；

图5为本发明抑尘剂的使用流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

第一步：将CaO与CaCl₂投入比例水中进行混合均匀。

第二步：投入CO(NH₂)₂和高分子吸水树脂混合均匀。

第三步：添加生物活性酶并混合均匀。

第四步：进行按照比例均匀喷洒。

上述配比的药量约120kg，加入到1m³的水中，搅匀对2000m²左右的城市路面进行喷洒，实施结果表明，重量配比为0.28％的生物活性酶、0.07％的高分子吸水树脂、4.50％的CO(NH₂)₂、4.40％的CaCl₂、2.20％的CaO时，喷洒后7天内的TSP为0.30mg/m³，在环境空气质量标准三级标准以内；重量配比为0.30％的生物活性酶、0.10％的高分子吸水树脂、4.75％的CO(NH₂)₂、4.45％的CaCl₂、2.25％的CaO时，喷洒后7天内的TSP为0.26mg/m³，在环境空气质量标准三级标准以内；重量配比为0.32％的生物活性酶、0.12％的高分子吸水树脂、5.00％的CO(NH₂)₂、4.50％的CaCl₂、2.30％的CaO时，喷洒后7天内的TSP为0.27mg/m³，仍在环境空气质量标准三级标准以内。

为了对比市面上常见的抑尘剂与脲酶抑尘剂的效果，选取纯水、CaCl₂、SAP这三种典型的抑尘剂为参照，与脲酶抑尘剂的应用性能进行对比试验。其中，CaCl₂抑尘剂浓度为0.24％，SAP抑尘剂为0.2％。试验包括抑尘剂的抗蒸发性、保水性、抗风性能以及抑尘效率。

(1)、抑尘剂的抗蒸发性

称取20g的粉尘样品放在玻璃皿中，分别取15mL的抑尘剂溶液均匀淋到粉尘样品表面，使其慢慢渗透入粉尘样品中，天平测得总质量W₁，把玻璃皿放入35℃的烘箱中8h，取出称得总重量W₂。测定一定温度下单位面积、单位时间内抑尘剂水溶液所蒸发的水量，用蒸发率直观的表示液体的抗蒸发性。蒸发率的计算公式为：

式中，E_t——液体的蒸发率，g·m^-2·s^-1；

W₁、W₂——蒸发前后玻璃皿总质量，g；

S——玻璃皿面积，m²；

t——蒸发时间，s。

从图1可以看出，四种抑尘剂的蒸发率从高到低依次为：SAP＞纯净水＞CaCl₂＞脲酶。脲酶抑尘剂的抗蒸发性显著优于其它三种抑尘剂，说明脲酶抑尘剂在夏季干燥的环境下蒸发的水量最少，抑尘效果更加持久。

(2)、抑尘剂的保水性

称取20g的粉尘样品放在玻璃皿中，事先测得玻璃皿的质量m₁，将15mL抑尘剂溶液均匀淋到粉尘样品表面，使其慢慢渗透入粉尘样品中，天平测得总质量m₂，至于室温下2d后称得总重量m₃，通过样品的重量变化来衡量它的失水量，可以用失水率表示抑尘剂保水性的优劣，失水率的计算公式为：

式中，m₁——玻璃皿的质量，g；

m₂——实验前玻璃皿与抑尘剂质量，g；

m₃——2天后玻璃皿与抑尘剂的质量，g。

从图2可以看出，经过两天后，脲酶抑尘剂的失水率最小，损失的水分最少，说明其保水性最强，抑尘剂溶液撒到煤粉上以后，使煤粉的保湿时间更长，失水速度更慢，抑尘效果更好。

(3)、抑尘剂的抗风性能

先称量玻璃皿的质量m₁，将15mL抑尘剂溶液均匀淋在玻璃皿上，测定其重量m₂；对抑尘剂进行抗风性实验(用FS40-B3B型Midea 400mm机械落地扇3档对抑尘剂进行吹风，在玻璃皿侧面1m处吹风8h)，测定玻璃皿质量m₃，并按照下面公式求出抗风指数M。抗风指数的计算公式为：

式中，M——抗风指数；

m₁——玻璃皿的质量，g；

m₂——玻璃皿与抑尘剂质量，g；

m₃——抗风性实验结束后玻璃皿与抑尘剂的质量，g。

从图3可以看出，抗风指数最强的为脲酶抑尘剂，纯净水与CaCl₂几乎不具备抗风能力，在暴风天气下粉尘很容易会被吹起，再次污染大气环境；而脲酶抑尘剂的抗风能力很强，能够有效抵抗强风的影响。

(4)、抑尘剂的抑尘效率

先称量玻璃皿的质量m₁，在玻璃皿中装入20g煤粉；将15mL抑尘剂溶液均匀地淋在已干燥过的煤粉样品表面，并测定其质量n₁；待煤粉表面形成固化层后，对已经覆盖抑尘剂的煤粉进行抗风性实验(用FS40-B3B型Midea 400mm机械落地扇3档对煤粉表面进行吹风，在煤粉侧面1m处吹风8h)；抗风性实验结束后，对覆盖上抑尘剂的煤粉与玻璃皿进行称量n₂；抑尘效率计算公式：

式中，η——抑尘效率，％；

m₁——玻璃皿的质量，g；

n₁——添加抑尘剂后煤粉样品与玻璃皿的质量，g；

n₂——抗风性实验结束后抑尘剂覆盖煤粉样品与玻璃皿的质量，g。

从图4可以看出，脲酶抑尘剂的抑尘效率最高，长时间的抗风试验下，扬起的煤粉不足30％。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于活性酶制备的多功能复配式扬尘抑制剂，其特征在于，该扬尘抑制剂包括以下重量百分比的原料：

生物活性酶 0.28%~0.32%

高分子吸水树脂 0.07%~0.12%

CO(NH₂)₂ 4.50%~5.00%

CaCl₂ 4.40%~4.50%

CaO 2.20%~2.30%

水 余量；

所述的生物活性酶为脲酶。

2.根据权利要求1所述的一种基于活性酶制备的多功能复配式扬尘抑制剂，其特征在于，所述的高分子吸水树脂为聚丙烯酸钠架桥成的网络结构，所述聚丙烯酸钠的结构式为[－CH₂－CH(COONa)]_n。