基于氧化淀粉-明胶席夫碱协同配位与多重交联的泡沫抑尘剂研发及其在露天煤矿中的应用

为解决露天煤矿生产过程中粉尘大、抑尘材料固化层耐水性不足及机械强度差等问题，研究人员开发了一种基于氧化淀粉(OS)与明胶(GEL)席夫碱反应网络，结合聚乙烯醇(PVA)和氯化钙(CaCl2)的多重交联泡沫抑尘剂。该材料通过碳氮双键交联网络和离子键增强，使固化层硬度达85HA，抗风蚀降雨效率>96%，泡沫半衰期提升29分钟，为绿色高效抑尘提供新思路。

　　

露天煤矿生产过程中产生的粉尘不仅污染环境、损坏设备，更导致66.61%的职业性尘肺病例。传统抑尘技术存在耗水量大、材料耐候性差等缺陷，而现有生物基抑尘剂又面临制备工艺复杂、环境适应性不足等挑战。针对这一重大民生与工业问题，中国研究人员创新性地将食品工业中常见的氧化淀粉(OS)与明胶(GEL)相结合，利用两者间的席夫碱反应(Schiff base)构建三维网络骨架，再引入聚乙烯醇(PVA)形成氢键交联、氯化钙(CaCl₂)触发离子键交联，最终研制出兼具高效抑尘与环境耐受性的泡沫材料。

研究团队采用催化氧化、流变学测试和分子动力学模拟等关键技术，系统分析了材料构效关系。通过单因素实验优化配比，发现当GEL添加量达0.8%时溶液黏度骤增，形成具有200 mPa·s以上的凝胶态；结合红外光谱证实OS的羟基(-OH)被氧化为羰基后，与GEL的氨基(-NH₂)形成C=N双键交联网络。X射线衍射显示Ca²⁺的引入使结晶度提升41.7%，扫描电镜观察到PVA形成的"蜂巢状"结构可有效锁住水分。

研究结果揭示：(1)分子氧化与交联协同作用使材料硬度达85HA，远超常规抑尘剂；(2)多重网络结构使20分钟抗风蚀效率>96%，泡沫半衰期延长至商业产品的3倍；(3)分子动力学模拟显示Ca²⁺与羧基的配位键能达-298.4 kJ/mol，显著提升材料环境稳定性。该成果发表于《Carbohydrate Polymers》，为生物基功能材料在环境治理领域的应用开辟新途径，尤其对解决我国露天煤矿粉尘导致的职业健康问题具有重要实践意义。

结论部分强调，这种"氧化淀粉-明胶-PVA-CaCl₂"四元体系突破了传统抑尘材料的技术瓶颈：席夫碱反应解决生物材料耐水性差的本质问题，离子交联赋予材料动态修复能力，而泡沫载体实现粉尘的立体包裹。研究不仅提供了一种吨成本低于300元的经济型解决方案，其揭示的"多重弱键协同增强"机制更为设计新型环境功能材料提供了普适性策略。