《Powder Technology》：Development and optimization of fine particulate matter control Technology for Clean Production of biomass fuel
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•利用肥皂和木质素磺酸盐抑制粉尘，以废治废。•PM2.5的去除率接近90%。•探索协同除尘机制。•成本极低，经济性优异。引言在全球推动能源结构转型与实现碳中和的背景下，作为重要可再生清洁能源的生物质能源，其开发与应用规模不断扩大[1]、[2]、[3]。由于具备碳中性特点以及存储和
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利用肥皂和木质素磺酸盐抑制粉尘，以废治废。
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PM2.5的去除率接近90%。
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探索协同除尘机制。
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成本极低，经济性优异。
引言
在全球推动能源结构转型与实现碳中和的背景下，作为重要可再生清洁能源的生物质能源，其开发与应用规模不断扩大[1]、[2]、[3]。由于具备碳中性特点以及存储和运输方面的优势，生物质致密燃料已成为化石燃料的重要替代品。然而，在从原材料预处理到最终产品输出的整个产业链中，尤其是在破碎、干燥、筛分和输送等上游工序中（见图1），强烈的机械力和热作用会产生大量可吸入的细颗粒物，如PM2.5和PM10[4]、[5]。这种普遍存在的无组织粉尘排放已成为制约该行业可持续发展的瓶颈。目前工业上广泛采用的粉尘控制方法，如布袋过滤和旋风分离，都属于典型的末端处理技术[6]、[7]、[8]。这些技术侧重于在粉尘生成后再进行捕获，但对于在排放源处迅速生成并扩散的超细颗粒物，其收集效率往往不尽如人意。此外，这类末端处理设施还存在初始投资高、运行能耗大，且难以完全防止粉尘通过设备缝隙等其他途径无组织逸出等固有缺陷[9]、[10]。因此，在粉尘生成和扩散的初始阶段就采取主动干预措施，同时研发高效且经济的源头抑制技术，已成为该领域亟需研究的重点方向。
1-松木锯末，秸秆；2-粉末；3-提升机；4-混合器；5-中间料斗；6-成型机；7-输送机；8-干燥机；9-振动筛；10-称重；11-包装。
因此，那些能够通过物理或化学手段增强粉尘颗粒之间的相互作用，促使它们在扩散前发生团聚并沉降的源头抑制技术，受到了广泛关注[11]、[12]、[13]。其中，基于复合配方开发的化学抑尘方法，尤其具有较大的应用潜力[14]、[15]。生物质粉尘表面通常具有一定的疏水性，导致用普通水雾喷洒时润湿效果较差。为此，研究人员开始致力于开发以表面活性剂为核心的化学配方，通过有效降低溶液的表面张力来提升其润湿和渗透能力。陈[16]研究了SDBS+CDEA复合表面活性剂对甲烷-煤粉尘爆炸的抑尘效果。黄[17]则采用了自行设计的带有表面活性剂的内部混合式气液两相喷嘴，实现了超过90%的抑尘效率。余[18]研究了阳离子型十六烷基三甲基溴化铵与两性型椰油酰胺丙基甜菜碱的协同效应，该协同作用使煤粉尘的吸附能降低了38.46千卡/摩尔。聂[19]通过宏观实验和微观模拟分析了表面活性剂GLDA——聚氧乙烯醚硫酸钠的润湿性能。孟则通过优化表面活性剂的选择、计算相互作用参数、进行吸附模拟以及开展润湿性测试，提出了一种高效的复合表面活性剂方案[20]。
不过，目前大多数研究主要集中于评估复合体系在宏观层面的抑尘效果，而对于表面活性剂分子与聚合物链在气液界面和固液界面之间的微观协同机制，缺乏系统而深入的分析。传统的单因素实验设计无法充分揭示和量化各种配方参数（如浓度、比例）与工艺参数（如液固比、喷淋压力）之间的复杂相互作用，从而导致优化过程效率低下[[21]、[22]]。更为重要的是，现有大量研究仍然依赖价格较高的化学级试剂，而对于日用化学工业产生的、成分复杂且产量巨大的工业副产物或废弃物——如含皂类液体——的资源回收和高值化利用，相关研究则相对不足。研究如何将这类“废弃物”中的有效成分（如各类表面活性剂和添加剂）与天然聚合物科学地复合，并阐明其协同机制，不仅具有重要的科学意义，还能带来显著的环境和经济效益。
本研究提出了一种基于废皂类液体与木质素磺酸盐复合配方的新型源头抑尘系统。首先从界面化学的角度阐明了这两种组分在降低界面张力、提升粉尘润湿性以及促进颗粒团聚方面的协同机制。随后，通过响应面法实验建立了关键变量与抑尘性能之间的预测模型，从而确定了高效且低成本的最佳工艺参数。最后，通过性能测试和成本效益分析，证明了该技术的可行性、经济性及其应用价值。这项工作不仅为生物质粉尘的控制提供了一种高效低成本的解决方案，还为日用化学工业废弃物的资源化利用以及“以废治废”的实践提供了技术思路和理论基础。
章节要点
生物质原料
本研究选择了松木锯末（木质生物质）和秸秆粉（草本生物质）作为生物质原料。这些原料在105摄氏度下干燥24小时，再通过200目筛子筛选，之后存放在干燥箱中。筛选后的原料基本性质如表1所示。
复合溶液体系
液体肥皂（S）：这种以肥皂为基质的溶液，其活性成分含量为50%，包含脂肪酸甲酯磺酸盐、脂肪酸甲酯乙氧基化物以及脂肪醇。
复合溶液对物料理化性质的影响
溶液的界面活性和润湿能力是其抑尘性能的基础[[23]、[24]]。如图3所示，以松木锯末为例，溶液的成分对其表面张力有着显著影响。去离子水的表面张力为72.8毫牛/米。单独使用肥皂溶液（浓度为0.1%）时，表面张力可降至38.5毫牛/米，而单独使用聚合物溶液（浓度分别为0.2%的LS和OS）时，其界面活性几乎可以忽略，表面张力值分别为68.3和
结论
“与传统末端处理方法或单一表面活性剂喷雾不同，本研究建立了一种针对生物质燃料预处理过程的、基于源头的多机制抑尘系统。实验表明，该复合溶液通过分子间的协同作用，可将表面张力显著降低至28.6毫牛/米，同时使典型生物质粉尘的接触角从102.3度降至45.6度，动态渗透率则上升至1.01毫米/分钟，从而有效提升了粉尘的
作者贡献说明
张泽：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿撰写，可视化处理，结果验证，研究指导，软件应用，资源协调，项目管理，方法设计，实验研究，资金申请，正式分析，数据整理，概念构思。傅殿良：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿撰写，可视化处理，项目管理，正式分析，数据整理，概念构思。
利益冲突声明
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致谢
本研究得到了河南省科学技术研究项目的支持（项目编号：262102320216）。
张泽|傅殿良
