一、研究背景
雾霾天气过程是不利气象条件和不断增加的污染物排放共同作用的结果。环境专家研究表明，城市扬尘是吉林省雾霾的主要成因之一。通过对吉林省城市扬尘污染源的分析，散状物料堆场(大型的煤炭堆场、矿料及矿渣堆场、垃圾堆场、建材堆场、粉煤灰堆场、渣土堆场等)是主要的扬尘污染源。通过对各种抑尘方法综合对比分析，在扬尘体表面喷洒抑制材料，通过表面硬化达到防止粉尘飞扬的方法效果好、耐久性强、投资相对较低。但是传统的硬覆盖材料均对水分存在排斥作用，水分不能自由进出覆盖层，不能对天然降水加以利用和保存，不符合新兴的“海绵城市”的建设理念。因此，有必要深入研究，研制一种新型湿润浸透型覆盖材料，增加粉尘，颗粒对水的亲和力，同时具有一定的吸水和保湿的作用，满足粉尘生态治理的要求。
二、研究过程
(一)刚性透水覆盖材料的制备
改性淀粉溶解是一个缓慢的过程，包括两个过程：①水分子徐缓地渗透进入淀粉中，使之体积增大，称为溶胀。加入改性淀粉时缓加快摇，使其充分溶胀。②淀粉分子均匀地分散在水溶剂中形成完全溶解的分子分散均相体系。
称取适量的有机硅乳液于烧杯中，加适量水搅拌均匀，常温下添加一定量已配置好的改性淀粉溶液，在碱性条件下常温聚合 2h，制备出覆盖材料母液。在使用前，添加一定量水调制成浓度适中的覆盖材料溶液。
(二)刚性透水覆盖材料优化实验
1. 吸水保水性能实验
抑制材料是复合型材料，具有黏结和保水的作用。用蒸发皿装一定量覆盖材料，充分吸水，称重后置于 55℃的烘箱中加热 10h 后取出称重，然后再次充分吸水，反复实验 4 次。
2. 扬尘抑制层耐温实验
抑制层样品放入 100℃烘箱中加热 10h，观察抑制层表面是否有曝皮、开裂现象。抑制层样品置于 -18℃冰箱中冷冻 10h，观察抑制层是否有反霜、冻裂等现象。
3. 抑制层透水实验
在培养皿抑制层表面加水 1 ～ 1.5cm，观察培养皿抑制层渗水情况，并记录渗透时间。
4. 抑制层耐风力实验
将抑制层置于可调风速的多级风扇下，采用不同风力的风对其进行吹扫，由弱到强，每隔 2h 调速 1 次，测试其是否扬尘。
5. 抑制层耐压强度实验
委托吉林大学化学学院采用螺旋压杆仪测定其耐压强度。
6. 覆盖层抗紫外线老化性能实验
将覆盖有抑制材料的样品置于 60W 汞灯下照射，观察膜的稳定性。
(三)实验结果
1. 有机硅乳液不同添加量对抑尘性能的影响
从各组实验结果综合分析，由于有机硅乳液具有较好的成膜性，并由此具有优异的耐水性、耐温性、耐老化性等，但其吸水保水性差，单独作为覆盖材料存在较大弊端;而改性淀粉的保水性能可以使其作为扬尘抑制材料，但其耐久性较差，也限制了它的应用。所以将两者有效结合，利用各自特点，取长补短，才能达到理想的抑尘覆盖效果。另外，有机硅乳液添加量只有在 10% ～ 20% 时，覆盖材料表现出较好的综合性能。从经济性指标考虑，选择较低添加量是合适的。
2. 改性淀粉不同添加量对覆盖性能的影响
实验结果表明，改性淀粉的不同用量对覆盖材料的耐老化性能和耐温性能影响不大，较低的改性淀粉用量就可以满足覆盖层耐风化、耐温性能的要求。从各组实验结果综合考虑，在保证覆盖材料综合覆盖性能的前提下，选择配比为改性淀粉∶有机硅乳液 =2∶5 是最佳的用量配比。
(四)最佳组分刚性透水覆盖材料性能实验
1. 成膜性能实验
成膜性能是覆盖材料的一个重要的指标。实验结果显示，复合材料具有较好的成膜性能，覆盖层平整致密，没有出现断裂等现象。
2. 水渗透性测试
水渗透性能是刚性透水覆盖材料的一个重要的指标。形成的覆盖层表面注满水后，水分在 30 分钟内完全渗透到覆盖层下，说明覆盖层具有多孔的表面结构。实验结果显示，复合材料具有较好的水渗透性能。
3. 不同污染源覆盖层成膜性能实验
从控制污染源多样性的角度考虑，我们选择了常见的煤粉、细沙和矿粉作为另外三种污染源。实验结果显示，我们选择使用的覆盖材料对三种污染源均具有较好的覆盖效果。
4. 生物毒性实验
从环境安全角度考虑，我们对覆盖材料样品进行了生物毒性研究，选择虎皮鱼作为实验对象。实验结果显示，我们制备的覆盖材料没有生物毒性，不存在环境的二次污染问题。
三、刚性透水覆盖材料在粉尘污染治理中的应用研究
(一)抑尘效果模拟应用实验
因为粉煤灰粒度小，遇风容易扬尘，所以拟采用粉煤灰作为实验物料。设计实验箱体为 300mm×300mm×300mm，两个对比实验箱体联合构造。箱体顶部进风，侧面排风，排风管设置无纺布除尘滤袋。在一侧实验箱体内喷洒刚性透水覆盖材料，成膜后同时用两个吹风机相同送风挡为两个箱体送风。通风后，未喷洒覆盖材料的箱体内立刻扬尘翻滚，箱体除尘布袋内大量粉尘堆积，白色的除尘布袋瞬间变成灰色;而喷洒覆盖材料箱体持续保持通风状态，箱体内未见任何扬尘，除尘布袋内也没有粉尘被截留，覆盖材料抑尘效果得到验证。
(二)透水效果模拟应用实验
在筛网上放置纱布 4 层，然后将粉煤灰置于纱布上，粉尘层厚度约 6mm，喷淋抑制材料形成覆盖层，待覆盖层固化完全后，将水注入形成的覆盖层凹面内，观察其透水性能，约 30 分钟后，水完全从筛网底部渗出。
专家评语
本项目研制有机硅与可降解改性淀粉聚合而形成的膜材料，成膜后形成新型刚性透水覆盖材料，具有多孔结构，实现水分的自由进出，防尘效果良好，快速实现大面积、开放性城市扬尘抑制作用。材料抑制扬尘中未考虑植物生长情况，建议进一步改进，以有利于植物生长。
