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案例分享

2016年中学组项目一等奖:给城市里的扬尘源穿上透水衣——刚性透水覆盖材料

来源: 作者: 发布时间:2019-04-18 11:11:10 浏览次数: 【字体:

吉林大学附中实验学校 王铖熠

  指导教师 李金华

  来源:全国青少年科技创新大赛获奖作品展播

  城市扬尘是雾霾的主要成因之一,散状物料堆场(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。现在抑制城市内扬尘污染源的通常办法是在散状物料堆场的表面覆盖网状塑料膜或是喷洒抑制材料,使得表面硬化来防止粉尘飞扬,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,需要研制一种新型刚性透水覆盖材料,增加粉尘、颗粒对水的亲和力,来满足粉尘生态治理的要求。

  经过我们的六项实验对比(吸水保水性能实验、扬尘抑制层耐温实验、抑制层透水实验、抑制层耐风力实验、抑制层耐压强度实验、覆盖层抗紫外线老化性能实验),发现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。因此,较好的解决方案是将两者结合,达到较理想的抑尘效果,从实验结果来看,有机硅乳液添加量在10%~20%时,覆盖材料的抑尘综合性能表现最好,结合考虑到对覆盖材料的耐老化性能和耐温性能的影响,选择配比为改性淀粉:有机硅乳液=2:5 是最佳的用量配比。对最佳组分刚性透水覆盖材料,我们测试了其成膜性能(选择了常见的煤粉、细沙和矿粉),发现均具有较好的覆盖效果。

  对于按最佳配比形成的刚性透水覆盖材料,我们对其进行了抑尘效果模拟实验和透水效果模拟实验:

  1) 以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。

  2) 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,覆盖材料透水效果得到验证。

本文由北京工业大学教授、博士生导师,中国人工智能学会科普工作委员会秘书长于乃功 进行科学性把关


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