以绿化废弃物为原料的复合型抑尘剂制备及其性能研究

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由建筑施工活动引起的大气扬尘是空气中PM2.5和PM10的重要来源,其不仅造成了环境污染,还严重影响着人群身体健康。目前,应对施工扬尘的主要措施有洒水、绿网覆盖及喷洒抑尘剂等。其中,喷洒抑尘剂因具有抑尘效率高和无残留固体废弃物等特点,近年来受到了广泛关注。本研究从园林绿化废弃物悬铃木树枝中提取出纤维素,并进一步利用其制备出羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose sodium,CMC),以具有成膜性的聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)和润湿性的表面活性剂为复配助剂,制备出了一种复合型抑尘剂。首先,对经低共熔溶剂(deep-eutectic solvents,DES)预处理前后的悬铃木、提取产物和反应产物进行鉴别、FTIR和XRD表征,观察其表观形貌,并对其最佳预处理条件进行初步探索。然后利用单因素实验探究该复合型抑尘剂的组分含量特性。此外基于正交实验和TOPSIS分析法得出该抑尘剂的最优配比。再将自制抑尘剂与市售三种抑尘剂、纯水的基础理化性质、应用性能进行检测和对比,并表征了复合型抑尘剂和土样的微观形貌和结构。得到的主要结果如下:(1)以木粉失重率为指标,得到木粉的最佳预处理溶剂为氯化胆碱-乙二醇,最佳的反应时间、反应温度、质量液固比分别为6 h、160℃、20:1。木粉经氯化胆碱-乙二醇处理,再通过硝酸-乙醇法的提取,最后经过碱化和醚化反应,得到提取产物和反应产物,通过红外光谱和X射线衍射表征,结果表明提取产物为纤维素,反应得到的产物为CMC。(2)通过单体试验确定了最佳表面活性剂为辛癸基葡糖苷(APG0810),将制得的CMC与PVA、APG0810进行复配得到复合型抑尘剂。单因素实验结果表明,CMC、PVA的质量分数越大,复合型抑尘剂的黏度越大,而APG0810的质量分数对复合型抑尘剂黏度无明显影响。此外,沉降时间和接触角都会随着CMC、PVA质量分数的增大而增加;APG0810作为表面活性剂,其质量分数越大,复合型抑尘剂的接触角和沉降时间越小,润湿性越好。三个组分的质量分数越大,抑尘剂的抗风蚀性越好。表面活性剂类物质含量越多,抑尘剂的生物毒性越大。(3)正交实验结果表明CMC含量对复合型抑尘剂的黏结性和润湿性有显著影响;PVA含量对黏结性和抗风蚀性有显著性影响;APG0810含量是影响润湿性和生物毒性的显著性因素。利用正交实验、TOPSIS法对复合型抑尘剂的综合性能进行分析,得到该复合型抑尘剂最优配方中CMC、PVA、APG0810的质量分数为0.20%、2.00%、0.10%。以该配方制备的复合型抑尘剂在25℃下的黏度为41.97m Pa·s,沉降时间为68.62 s,质量损失率为0.57%,小麦发芽率为70%,具有较好的综合性能。(4)自制复合型抑尘剂的p H为7.4,固形物含量为1.09%,密度为1.0518g/cm~3,当喷洒量为3.45 L/m~2时,固化层厚度为11.56 mm,均满足行业标准的要求。将自制抑尘剂与市售抑尘剂和纯水的应用性能进行比较,发现自制复合型抑尘剂的黏结性、润湿性、抗风蚀性能良好且无明显生物毒性。经SEM表征喷洒前后粉尘的微观形貌,发现原本土样表面的分散细小的颗粒,黏聚成团。经FTIR和XRD表征后发现喷洒抑尘剂前后的土样结构未发生明显变化。
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