治理近地表空气中可吸入颗粒物的道路抑尘剂及制备方法

摘要

本发明涉及治理近地表空气中可吸入颗粒物的道路抑尘剂及制备方法，其中所述的道路抑尘剂包括100～150重量份的醋酸钙镁盐、0.04～0.2重量份的抑尘助剂和300～1800重量份的水，所述的醋酸钙镁盐包括0.1～0.9份的醋酸钙和0.1～0.9份的醋酸镁，所述的抑尘助剂选自十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚TX-10、润湿剂X-405、十二烷基苯磺酸钠、吐温、司盘中的一种或几种表面活性剂的混合物。本发明的道路抑尘剂能够有效地降低道路上可吸入颗粒物及氮氧化物、硫化物等有害物质。其具有环境友好、对车辆和路面腐蚀性弱、效用持续时间长等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保抑尘组合物，特别是涉及一种治理近地表气 体中可吸入颗粒物的道路抑尘剂及制备方法。

背景技术

伴随着工业化的发展，大气污染日益成为整个社会不可避免并且 必须直面的环境问题。其中，可吸入颗粒物更是能够直接危害人们身 体健康的严重污染物。

在现有技术中，通常把粒径在10微米以下的颗粒物（包括液滴） 称为PM10，又称为可吸入颗粒物或飘尘。而颗粒物的直径越小，其 进入人类呼吸道的部位便会越深。10微米直径的颗粒物通常会沉积在 上呼吸道，而5微米直径的颗粒物则可进入呼吸道的深部，2.5微米以 下的颗粒物可100%深入到细支气管和肺泡。

可吸入颗粒物的来源主要为：火力发电厂、冶炼等企业的烟道排 放物；采矿企业的粉尘排放；垃圾焚烧的排放；煤炭燃烧的烟道排放； 汽车尾气的排放；建筑工地的排放；车辆碾压道路表面引起的粉尘排 放；沙漠化土地的粉尘等。现今的各种研究表明，可吸入颗粒物最多 的来源是煤炭燃烧和汽车尾气排放。

可吸入颗粒物的形成除了以上各个因素产生的颗粒状飞灰之外， 煤炭燃烧和汽车尾气排放的碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物、 氯化物与空气中的水分子结合会形成酸性液滴物质，这些酸性液滴物 质还会进一步与飞灰颗粒相结合，形成对动植物有危害的细小颗粒。 煤炭燃烧还有汞、砷及重金属颗粒物质产生。

可吸入颗粒物的危害包括：心血管系统疾病和呼吸系统疾病的发 病率、入院率、病死率与室外空气的污染呈显著的正相关关系，特别 是与直径≤2.5μm和≤10μm的颗粒物（相应地以PM2.5和PM10 表是与可吸入颗粒物的浓度相关。PM2.5的粒径小、比表面积大，易 于富集空气中的有毒有害物质，更容易富集重金属元素及挥发性有机 物（VOC）、多环芳烃（PAH），可以随着人的呼吸进入气管、支气 管，甚至穿过气血屏障，进入血液循环，广泛分布于体内器官和组织， 加重或导致各种疾病。

目前，降低可吸入颗粒物排放措施主要有：一、提倡减少燃煤（包 括冶炼企业）的烟尘排放，特别是飞灰的排放，采用先进的技术和装 备降低烟气中飞灰、氮氧化合物、硫氧化合物等有害物的排放；二、 科学规划城市建设，提倡民众就近工作，降低车辆的无效行驶；三、 缩小城市规模，城市主城区和副中心之间留足绿化隔离空间，方便空 气流通；四、增加绿化面积，提高城区绿化覆盖率，比如屋顶和墙面 绿化等。

但这些均需要社会多个部门、多个领域的共同协作、合作方能产 生显著效果。另一方面，在道路交通中，由于车辆碾压道路的表面及 车轮磨损等引起的粉尘排放，更是可吸入颗粒物众多来源中贡献率较 大的一种，但上述现有技术中，并没有针对道路交通中产生的可吸入 颗粒物进行针对性地治理。

发明内容

本发明的目的是提出一种环境友好、在抑尘的同时不影响交通安 全的治理近地表气体中可吸入颗粒物的道路抑尘剂及制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种治理近地表气体中可吸入颗 粒物的道路抑尘剂，所述道路抑尘剂包括100～150重量份的醋酸钙镁 盐、0.04～0.2重量份的抑尘助剂和300～1800重量份的水，所述的醋 酸钙镁盐包括0.1～0.9份的醋酸钙和0.1～0.9份的醋酸镁，所述的抑 尘助剂选自十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚TX-10、润湿剂X-405、 十二烷基苯磺酸钠、吐温、司盘中的一种或几种表面活性剂的混合物。

优选地，本发明的道路抑尘剂的还包括2～20重量份的氧化钙和 /或碳酸钙、和/或氢氧化钙。

优选地，所述道路抑尘剂还包括0.01～10重量份的纳米级二氧化 钛。

优选地，所述道路抑尘剂还包括0.05～1重量份的缓蚀剂，所述 缓蚀剂选自六偏磷酸钠、或硅酸钠、或D-葡萄糖酸钠中的一种或任意 几种的混合物。

本发明的另一目的为提供一种道路抑尘剂的制备方法，所述制备 方法包括如下步骤：

A、将0.1～0.9：0.1～0.9重量份的醋酸钙和醋酸镁与30～100 重量份的水充分混合，制成醋酸钙镁盐水溶液；B、再向步骤A中的 醋酸钙镁盐水溶液加入0.04～0.2重量份的抑尘助剂；所述的抑尘助剂 选自十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚TX-10、润湿剂X-405、十 二烷基苯磺酸钠、吐温、司盘中的一种或几种表面活性剂的混合物。

优选地，所述制备方法还包括单独制备含有纳米级二氧化钛溶液 的步骤。

优选地，在制备含有纳米级二氧化钛溶液的步骤中添加浓度为 0.2～5%的粘结剂，所述粘结剂选自水性氟树脂、纯丙乳液、苯丙乳 液、醋丙乳液、水性聚氨酯中的一种或任意几种的混合物。

本发明的又一目的为提供一种道路抑尘剂的喷洒施工方法，所述 喷洒施工方法包括如下步骤：A、先将含有纳米级二氧化钛的粘结剂 溶液喷洒到路面上；B、20～120分钟后，待粘结完成后，再将含有醋 酸钙镁盐的道路抑尘剂喷洒到经过步骤A预处理后的路面上。

本发明的再一目的为提供醋酸钙镁盐水溶液在制备道路抑尘剂 中的应用。

优选地，在该应用当中，所述的醋酸钙镁盐水溶液包括100～150 重量份的醋酸钙镁盐、0.04～0.2重量份的抑尘助剂和300～1800重量 份的水，所述的醋酸钙镁盐包括0.1～0.9份的醋酸钙和0.1～0.9份的 醋酸镁，所述的抑尘助剂选自十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚 TX-10、润湿剂X-405、十二烷基苯磺酸钠、吐温、司盘中的一种或几 种表面活性剂的混合物。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

本发明的道路抑尘剂能够有效地降低道路上可吸入颗粒物及氮 氧化物、硫化物等有害物质。其具有环境友好、对车辆和路面腐蚀性 弱、效用持续时间长等特点。而且，本发明的道路抑尘剂能够对近地 表已有的可吸入颗粒物、行驶车辆所携带的可吸入颗粒物以及车轮与 地面的摩擦产生的炭黑均能够进行有效地抑尘、无害化处理。本发明 能够在铺装、非铺装道路等领域广泛地应用，可以显著地降低总悬浮 颗粒物（TSP）、PM10，PM2.5以及氮氧化物、硫化物等有害物的浓 度。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描 述。

实施例1

称取醋酸钙镁盐混合物150克，其中醋酸钙与醋酸镁的比例为6： 4，氧化钙20克、十二烷基硫酸钠0.2克，与700克自来水混合搅拌 均匀，再准备3.5克纳米级二氧化钛的2%水性氟碳溶液3000毫升。

首先，将含二氧化钛胶液3000毫升，均匀喷洒在33～35平方米 铺装道路。

然后，20～120分钟后，根据气温和风速视情况决定，待完全干 化后，再以每平方米路面喷洒抑尘剂溶液30～35毫升的喷洒量进行均 匀地喷洒。

24小时后，进行可吸入颗粒物、氮氧化物等方面的检测。结果为： TPM10下降了78.83～86.96%；PM2.5下降42.50～61.88%；氮氧化 物含量降低82.27～85.16%。

本发明采用的颗粒物评价方法为：HJ618标准下对环境空气中 PM10和PM2.5的测定重量法。

本发明采用的氮氧化物评价方法为：F-HZ-HJ-DQ-0110b环境测 得——氮氧化物测定——二磺酸酚分光光度法。

主要测量结果请参见表1。

表1

进一步，对路面摩擦衰减率、碳钢腐蚀率、皮肤刺激性及植物种 子相对受害率等参数指标进行检测。相应主要的检测方法和检测结果 如下说明以及表2：

路面摩擦衰减率按JTGE60-2008中T0964－2008摆式仪测定路 面抗滑值试验方法操作，结果为：湿基＜10%，半湿基＜6%。

碳钢腐蚀率按GB/T18175-2000规定的方法进行测定，结果为： ≤0.11(mm/a)。

表2

此外，本发明为了使得纳米级二氧化钛能够更好地附着在地面 上，可以在制备含有纳米级二氧化钛溶液的步骤中添加浓度为0.2～ 5%的粘结剂，该粘结剂优选采用水性胶，例如：可采用水性氟树脂、 纯丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液、水性聚氨酯等且可以光固化交联的 水性胶，由此可以不影响正常的行车安全。

本发明的工作原理和技术效果为：

机动车行驶时，由机动车排放到空间中的微小颗粒物在车轮前进 时向下气流的扰动下，会有部分的微小颗粒物粘接在路面上，并随着 车轮被带走或被清扫除去。

通过喷洒本发明的道路抑尘剂，能够有效地将近地表空气中可吸 入颗粒物固定在路面上，并防止由于机动车行进中与地面的摩擦而产 生新的微小颗粒物扬撒到近地表的空气中。

本发明道路抑尘剂的作用颗粒对象和作用原理分别为：

A、近地表已有的可吸入颗粒物

针对在路面近地表附近悬浮的PM2.5和PM10等微小颗粒物， 可以通过向路面喷洒本发明的道路抑尘剂，使得近地表已有的可吸入 颗粒物被吸附并完成抑尘处理，最终使得可吸入颗粒物被本发明的道 路抑尘剂固定在路面上。

B、行驶车辆所携带的可吸入颗粒物，及车辆周边的有毒物质

对于行驶车辆所携带的可吸入颗粒物，可以通过行驶车轮向下的 气流扰动，使微小颗粒物被吸附在路面上已经喷洒的道路抑尘剂上， 从而防止由于车辆行进中与地面的摩擦而产生新的微小颗粒物扬撒到 近地表的空气中。并且由于有氧化钙等物质可以与粘附在路面上的酸 性气溶胶反应，能够去除更多的有害物质。

C、车轮与地面的摩擦产生的炭黑

众所周知，车轮与地面的摩擦产生的炭黑与风沙扬尘，以及氮氧 化物和硫氧化物等有机物共同形成了主要的可吸入颗粒物，因此，炭 黑也在可吸入颗粒物占有相当的数量。对于车轮与地面的摩擦产生的 炭黑，本发明的道路抑尘剂能够在保证车辆能够安全行驶在路面的基 础上，将车轮与路面之间的摩擦力，减小到合理的安全范围（例如保 证车辆刹车的制动性能和安全的刹车距离），同时，在减小车轮与路 面之间摩擦力的过程中，本发明有效地减少了车轮与地面之间由于剧 烈摩擦产生较多的炭黑，从而使得本发明对近地表的可吸入颗粒物完 成了进一步地治理。

此外，本发明还能通过纳米级二氧化钛的光化学反应，使得近地 表的甲醛、甲苯、二甲苯、氨类、氡、TVOC等有害有机物、污染物、 臭气、细菌、微生物等有害有机物，在日照等可见光或紫外光的作用 下，进行无害化处理，彻底分解成无害的CO2和H2O，因此，使得 本发明不仅能够通过物理吸附的作用处理近地表的可吸入颗粒物，还 能更加进一步地通过化学反应消除可吸入颗粒物中的有害物质。同时， 本发明还具有去除污染物、亲水性、自洁性等特性，性能持久，不会 产生二次污染。

实施例2

本实施例与上述实施例的主要差别在于，各组分含量的不同、检 测时间不同，具体如下：称取醋酸钙镁盐混合物100克，其中醋酸钙 与醋酸镁的比例为5：5，与300克自来水混合搅拌均匀。在路面每平 方米路面喷洒本发明的道路抑尘剂100毫升。均匀喷洒在10平方米铺 装道路，在4周的时间中进行连续检测，相应主要的检测方法和检测 结果如下说明以及表3：

本实施例采用的颗粒物评价方法为：HJ618标准下对环境空气中 PM10的测定重量法。

表3

其中，TPM10平均下降78.06～90.16%。

本实施例的道路抑尘剂喷洒施工方法，包括如下步骤：先将含有 纳米级二氧化钛的粘结剂溶液喷洒到路面上；20～120分钟后（根据 气温和风速视情况决定），待粘结完成后，再将含有醋酸钙镁盐的道 路抑尘剂喷洒到经过步骤A预处理后的路面上。

实施例3

称取称取醋酸钙镁盐混合物122克，其中醋酸钙与醋酸镁的比例 为4：6，氢氧化钙4克、六偏磷酸钠0.5克，烷基酚聚氧乙烯醚TX-10 称取0.06克，十二烷基苯磺酸钠0.08克，再加入0.1～0.3克纳米级二 氧化钛，与1800克自来水混合搅拌均匀。在路面每平方米路面喷洒本 发明的道路抑尘剂200毫升。均匀地喷洒在铺装道路上，4周中连续 检测，相应主要的检测方法与上述实施例相同，本实施例的检测结果 请参见表4：

表4

其中，TPM10平均下降67.52～86.78%，氮氧化物含量降低 81.94～87.76%。

通过上述各个实施例的检测结果说明，本发明的道路抑尘剂以及 醋酸钙镁盐水溶液在制备道路抑尘剂中的应用，均达到了意想不到的 抑尘效果以及氮氧化物等有害物质的无害化处理。并且，本发明中的 抑尘助剂可以提高水对含油粉尘的捕捉能力，与氧化钙和/或碳酸钙的 共同作用下，能够将汽车尾气刚排出的氮氧化合物、碳氧化合物、硫 氧化合物尽早反应为较大分子的盐类并吸附在本发明的道路抑尘剂 中。

经过与上述实施例相近似的多组平行试验和结果测定，根据不同 的温度、湿度以及风速条件下，本发明的道路抑尘剂能够达到持续高 效的抑尘时间为3～18天，并且能够保护车辆轮胎、道路、桥梁不受 腐蚀。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而 非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属 领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进 行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案 的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。