农业秸秆源可持续抑尘剂的分子机制、性能优化与环境效应研究

针对传统化学抑尘剂环境风险高、成本昂贵的问题，研究人员开发了一种基于小麦秸秆的植物源复合抑尘剂（含SAP/HEC/APG0810）。通过FTIR、XRD、SEM等多维表征，证实其通过OH?氢键网络（3429.21 cm?1）、无定形SiO2和NaCl晶体协同作用，实现63倍水分保持力与7.5%风蚀损失率，为农业废弃物资源化与PM2.5控制提供绿色解决方案。

　　

随着城市化进程加速，建筑扬尘、工业排放等导致的PM₁₀和PM_2.5污染已成为重大公共卫生挑战。中国职业性尘肺病占职业病总数90%，2022年直接导致9613人死亡。传统抑尘技术如洒水法易蒸发失效，化学抑尘剂存在环境毒性，而每年7亿吨农业秸秆焚烧又加剧空气污染。如何将秸秆废弃物转化为高效抑尘材料，成为环境工程领域亟待解决的难题。

中国矿业大学的研究团队创新性地利用小麦秸秆开发出植物源复合抑尘剂，其核心组分包括1.82%秸秆基超吸水性聚合物(SAP)、0.10%羟乙基纤维素(HEC)和0.80%烷基糖苷(APG0810)。研究发现该材料在《Results in Engineering》发表的研究中展现出突破性性能：风蚀7级条件下100分钟粉尘损失率仅7.5%，水分保持能力达纯水的63倍，且96小时种子发芽率100%。

研究采用六大关键技术：傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析羟基(3429.21 cm?1)氢键网络，能量色散谱(EDS)检测到49.84 wt%碳和38.84 wt%氧的有机基质，X射线衍射(XRD)揭示无定形SiO₂与NaCl晶体协同增强吸湿性，热重分析(TGA)证实180°C以下热稳定性，扫描电镜(SEM)观察到纤维连接结构使土壤孔隙率降低，光学显微镜(OM)量化抑尘剂蒸发速率0.57%/10分钟。

FTIR光谱显示SAP与HEC的OH?峰融合形成新特征峰(1048.86 cm?1)，氢键网络使水分子滞留时间延长。EDS元素组成发现硅(1.51 wt%)和钙(1.10 wt%)通过填充孔隙和静电作用增强颗粒凝聚力。XRD分析表明无定形SiO₂在15°–30°宽峰区提供高比表面积，而NaCl晶体(50°峰)提升大气水分捕获能力。TGA热稳定性测试显示300°C始现HEC分解，800°C完全降解的特性满足环境友好要求。SEM成像对比显示抑尘剂处理组形成连续薄膜覆盖土壤裂纹，而对照组呈现明显裂隙。OM测试证实抑尘剂蒸发速率仅为商用产品的1/7.6。

该研究首次系统阐释了秸秆抑尘剂的多尺度作用机制：分子层面通过OH?和CO键增强水合作用，微观层面借助SiO₂-NaCl杂化体系提升保水性，宏观层面形成纤维网络抑制颗粒再悬浮。相较于传统抑尘剂，该材料将农业废弃物转化率提高82%，土壤重金属渗出量降低60%，为碳中和背景下粉尘治理提供了"以废治污"新范式。未来研究可优化APG0810 surfactant的替代方案，并探索秸秆纤维素在不同pH土壤中的长效稳定性。

这项突破不仅解决了秸秆焚烧与粉尘污染的双重环境问题，更开创了生物质基功能材料设计的新思路。其2 L/m2的低施用剂量和6.89的中性pH值，兼具工程适用性与生态安全性，有望在矿山修复、建筑工地等领域实现规模化应用，推动绿色抑尘技术进入"农业废弃物+"新时代。