1) 制备原料。本研究抑尘剂的原料主要包括水、农业废弃物秸秆(华北地区农业固废)、淀粉(AR)、工业碱(例如NaOH (AR))、表面活性剂(AR)、草本植物种子等。

2) 制备设备。本研究实验过程中使用到的实验仪器与设备包括：精密分析天平 (BS210S) 、精密电动搅拌器(JJ-1)、粘度测定仪(Viscotester C)、全自动界面张力仪(JYW-200B)、接触角测试仪 (Dataphsics TP50) 、扫描电镜 (Hitachi S-4300) 、电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9055A)、万能粉碎机(ZNH-180)、空压机(30L-750W)、便携式风洞(PISWERL)等。

3) 制备工艺。首先用秸秆粉碎机将秸秆粉碎至2~3 mm，在容器中加入适量水，将淀粉、渗透剂、碱等按照一定质量比加入容器，待试剂充分溶解后向反应釜中加入一定质量比的秸秆碎片搅拌20 min，从而使得秸秆在碱性环境下的纤维素结构被破坏，然后将溶液与植物种子在搅拌器中混合均匀，即得到生态修复型抑尘剂。制备流程如图1所示。

秸秆是制备抑尘剂的主要原料，在抑尘剂中发挥链桥的作用。秸秆的加入可提高抑尘剂结壳后的强度，以增加整体结构的稳定性。同时，抑尘剂中植物种子的生长可起到生态修复效果，秸秆还可为植物种子的生长提供养料，从而同步实现有效抑尘和生态修复。

1) 粘度是抑尘剂的重要性能指标，用来衡量抑尘剂对于颗粒物的粘结效果。适当的粘度可增强抑尘剂分子间的联结性^[16]，从而使抑尘剂在喷洒后在抑尘面结壳更加紧实，以更好地发挥抑尘性能。本研究制备了一系列不同秸秆添加量的抑尘剂待测样品，采用Thermo Viscotester C 粘度测定仪测试了秸秆添加量对抑尘剂粘度的影响；选用常温下可溶解的淀粉作为抑尘剂粘结剂，向淀粉溶液中加入碱作为助剂，并对淀粉和碱的质量对抑尘剂体系粘度的影响进行了表征。

2) 抑尘剂需借助渗透剂提升其渗透性和润湿性。良好的渗透性能可增强抑尘剂在抑尘面的铺展能力，更好地与扬尘颗粒接触，从而达到抑尘目的^[17]。本研究选用工业上常用的表面活性剂作为渗透剂，采用JYW-200B 全自动界面张力仪和Dataphsics TP50 接触角测试仪对溶液的表面张力和接触角进行测试。

在生态修复植物的选择时，首先需要遵循生态适应性、和谐性等原则，选用的植物要注意与周围环境相互协调，以保证植物形态与周围植物群落的相近性；其次，选用植物应具有耐旱、耐寒、耐热、耐贫瘠、耐盐碱、根系发达、生长周期短、成活率高等优点，从而保证在无人养护的条件下具有较强的存活力^[18-20]。本研究选用了绿化植物种常见的高羊茅、胡枝子、早熟禾、紫花苜蓿、混播四季青和耐践踏四季青6种植物，将6种植物种子分别采取应用于抑尘剂后播种和直接播种的方式播种于托盘，对2种播种方式的植物生长情况及发芽周期进行记录。

1) 结壳性能的表征。结壳时间是抑尘剂重要的应用指标之一，抑尘剂在喷洒后短时间内结壳，可在堆体表面形成一层覆盖壳体，以减少外界环境对粉尘的扰动，从而达到抑尘效果。考察了抑尘剂喷洒后在25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃和50 ℃温度下各表层干结成壳所需的时间，并使用扫描电镜对其结壳后的表面形貌进行了观察。

2) 抗风蚀与抗雨淋性能表征。抗风蚀性能是模拟在际应用中抑尘剂喷洒并结壳以后在大风天气下的形态变化。将尘土堆成圆锥体来模拟实际料场中的堆体，将抑尘剂以2 mm、3 mm和4 mm的喷洒厚度喷洒在圆锥体表面，待其干燥结壳后，在5级风(8~10 m·s⁻¹)的条件下，持续吹6 h，分别记录其风蚀率。抗雨淋性能测试是模拟实际应用中抑尘剂在降雨条件下的形态变化：将尘土堆成底面直径为45 cm、高为 15 cm的圆锥体来模拟实际料场中的堆体；再将抑尘剂喷洒在堆体表面；待干燥结壳后，采用自制设备在堆体上方以均匀小孔覆盖来模拟自然降雨 (中雨条件下，即降雨量为20 mm·d⁻¹) ；再次结壳后观察降雨前后表面形态的变化。

3) 抑尘效率的表征。抑尘效率是评价抑尘剂性能的重要指标。采用便携式风洞(PI-SWERL)对抑尘剂喷洒3 d、10 d、30 d和60 d后的抑尘效率进行表征，并与洒水的抑尘效率进行对比。装置由风洞腔体、旋转环、DustTrak8530智能粉尘仪、控制箱和电脑组成，如图2(a)所示。PI-SWERL可通过不同转速模拟不同等级的风在抑尘面的剪切力来侵蚀土壤释放扬尘，同时，对PM_2.5质量浓度进行实时监测，并记录抑尘面的颗粒物累积排放潜势。在现场布置了5个测试区域 (1.2 m×1.2 m) ，并对测试区域表层2.5 cm的土壤进行平整以备测试，如图2(b)所示。将测试出的PM_2.5累积排放潜势与喷水、未喷洒的裸地进行对比，并通过PM_2.5质量浓度计算抑尘效率，计算方法如式(1)所示。

式中：$ \eta $为抑尘效率，%；$ {C}_{1} $为裸地区域PM_2.5质量浓度，mg·m⁻³；$ {C}_{i} $为喷洒抑尘剂或水区域i天后的PM_2.5质量浓度，mg·m⁻³。

4) 生态修复效果的表征。通过研究植物生长情况发现，在植物种子中以混播四季青长势最好，其生长周期短，故选用混播四季青用于抑尘剂进行实际喷洒和生态修复效果研究。在校园内开辟了一块2 m×2 m的实验区域用于抑尘剂的喷洒，喷洒量为为2 L·m⁻²。观察植物的长势，如图3所示。

秸秆对抑尘剂性能影响测试结果如图4所示。随着秸秆质量的增加，粘度呈现出先增大后减小的趋势。这是由于秸秆的加入增强了液体分子间的交联性，因此粘度开始呈现增大的趋势。当秸秆的量继续增加，突破了交联的阈值，从而部分秸秆无法与抑尘剂液体有效交联。未交联的秸秆占据了抑尘剂分子的空间结构，因而粘度达到阈值后呈现出下降的趋势。表征结果表明，秸秆质量6 g即质量分数为2%是最佳秸秆添加量。

图5是粘结剂和碱对抑尘剂性能影响的测试结果。由图5(a)可知，随着淀粉质量的增加，抑尘剂的粘度越来越高。这是因为淀粉溶于水后有糊化作用，可显著增加溶液的粘度。由图5(b)可知，随着碱质量的增加，抑尘剂的粘度呈微量增加趋势，但对粘度影响有限。这是由于碱性环境有利于淀粉的水合溶解，加速纤维素化合物的降解过程，同时，碱性环境有利于秸秆纤维素结构的破坏、软化秸秆，从而增强溶液体系的韧性^[21-22]。

在实际应用中，适当的粘度有利于提高结壳强度、增强抑尘效果，而粘度过低或过高都不利于喷洒抑尘剂。图6表明，随着粘度的增加，分散性能先增加后降低。这是由于粘度过低会影响抑尘剂溶液整体的联结性，除不能有效粘结粉尘颗粒物外，也不能抵消秸秆在抑尘剂中的浮力，出现分层现象；粘度过高会导致抑尘剂溶液过于粘稠，影响喷洒的均匀性且易堵塞喷洒管路，降低抑尘效率。本研究中，当粘度为250~350 mPa·s时抑尘剂的分散度最好。因此，在抑尘剂制备材料中，确定淀粉的质量分数为0.7%、碱的质量分数为0.5%。

图7表明，随着表面活性剂质量分数的增加，溶液的表面张力和接触角呈现出先减小后趋于平缓的趋势。这是因为当表面活性剂分子进入水溶液后，疏水基与亲水基相互平衡，疏水基面向空气，亲水基插入水相；当表面活性剂分子浓度达到一定值时，分子富集在溶液表面，形成致密的界面膜，降低了表面张力^[23-24]。另外，接触角越小，溶液在抑尘面的铺展能力越强，故表面活性剂的加入显著增强了抑尘剂的润湿性能，使其能有效润湿粉尘，使其粘附团聚、密度增加，从而达到抑尘目的。当达到表面活性剂的临界胶束浓度后，溶液的表面张力降至最低值，此时若再提高表面活性剂浓度只会导致体相浓度增加，而溶液表面张力不再降低^[25]。在本研究中，接触角在表面活性剂质量分数为0.2%时达到拐点，此时的表面张力已达到阈值，说明此时抑尘剂具有良好的润湿性能。

表1表明，应用于抑尘剂后播种种子的发芽时间要晚于直接播种的种子。这是由于抑尘剂的粘度要远高于水，喷洒抑尘剂后土壤会出现结壳，从而导致该区域种子的发芽时间受到影响。图8表明，除早熟禾外，其他几种植物生长状况良好，且应用于抑尘剂后播种与直接播种种子的长势无明显差别。这说明本研究抑尘剂对于植物种子的生长无不良影响，可与多种绿色植物种子混合使用，亦可配合多种植物种子混播使用。此外，通过对植物生长情况的初步研究，在选取的植物种子中混播四季青长势最好，其生长周期短，且价格低廉，因此，初步选择混播四季青用于抑尘剂，并进行实际喷洒和生态修复效果的研究。

图9表明，在不同温度条件下，抑尘剂喷洒后的结壳时间会随着温度的升高而变得越来越短。在25 ℃下，结壳时间最长大于70 min；当气温在35 ℃左右时，结壳时间缩短至1 h以内；当温度达到50 ℃时，结壳时间最短，为20 min。这说明抑尘剂喷洒后可在短时间内干燥结壳，起到抑尘作用。通过扫描电镜 (SEM) 对抑尘面的微观结构表征结果（图10）发现，喷洒抑尘剂前后粉尘表面结构存在明显差异。在喷洒抑尘剂之前，粉尘总体呈现松散状态，颗粒之间存在大量间隙，缺乏致密性；在喷洒抑尘剂之后，喷施抑尘剂使得颗粒呈现紧密连接的网状结构，小颗粒粘在大颗粒上，明暗程度相对均匀，表现出较强的机械性能。这说明粉尘颗粒在表面活性剂的作用下得到了有效润湿，颗粒被黏附在抑尘面，即抑尘剂增强了整体结构的稳定性，使粉尘不易扬起。

图11为抑尘剂抗风蚀性能测试结果。每条网线代表抑尘剂的风蚀率。当抑尘剂结壳后，在5级风(8~10 m·s⁻¹)的条件下，持续吹6 h，喷洒量越厚、风蚀率越低。但3种喷洒厚度堆体风蚀率均不到1%，这说明抑尘剂干燥后形成的壳体正如SEM所示，粉尘颗粒得到有效润湿并黏附在一起，展现出较强的机械性能，具有良好的抗风蚀的能力，因此抑尘剂2 mm的喷洒厚度即可满足要求。经过在中雨条件(即降雨量为20 mm·d⁻¹)下抗雨淋性能的测试，结果如图12所示。对比降雨前后堆体的表面形态发现，在初次干燥后堆体表层形成了一层保护壳体，壳体在经过雨淋后未出现松散现象；再次干燥后，表层壳体依旧紧实，覆盖性良好；雨淋前后壳体的厚度均为7 mm，未出现变化。这说明抑尘剂结壳后具有良好的抗雨淋性能。

各区域风蚀扬尘PM_2.5的累计排放潜势如图13所示。空白区域在经过风洞腔体不同转速的连续侵蚀后，其PM_2.5累计排放为887.07 mg·m⁻²，经过洒水处理的区域在相同条件下累计排放值为728.95 mg·m⁻²，相比于空白区域略有降低。而喷洒抑尘剂的区域PM_2.5累计排放大幅降低，在喷洒3 d、10 d、30 d和60 d后，PM_2.5累计排放分别为5.49 mg·m⁻²、17.80 mg·m⁻²、18.77 mg·m⁻²和70.27 mg·m⁻²。这说明PM_2.5的排放得到有效控制，故抑尘剂喷洒结壳后可有效抵抗大风侵蚀。

由图13可知，在整个风蚀模拟过程中，占全年总天数约81.9%的极大风速(≤10.4 m·s⁻¹，对应转速≤3 000 r·min⁻¹)条件下，PM_2.5累积排放潜势占总排放潜势的0.38%，而占比较小的极大风速(≥ 15.5 m·s⁻¹s，对应转速≥ 5 000 r·min⁻¹)条件下，对应的累积排放潜势占总排放潜势的86.91%。转速大于4 000 r·min⁻¹后，累积排放潜势有了明显上升趋势，因此，本研究仅讨论PI-SWERL模拟极大风速≥ 13.1 m·s⁻¹，对应转速≥ 4 000 r·min⁻¹时，抑尘效率的变化。如表2所示，洒水的抑尘效率会随着风洞转速的提高而越来越低，当转速达到6 000 r·min⁻¹时，抑尘效率仅为5.9%，且有效时间短；喷洒抑尘剂后，其在30 d内的抑尘效率可达99%以上，而60 d内抑尘效率略有降低，但仍可达到90%。抑尘剂的抑尘效率会随着转速的提高而增长，这是由于在低转速时，相同条件下的扬尘本底值较低，而随着转速提高，本底值出现了大幅上升，而喷洒抑尘剂的区域PM_2.5浓度变化不大，因此，高转速时的抑尘效率要大于低转速时的抑尘效率。虽然风洞腔体模拟与实际抑尘场景存在差异，但所有的测试均在相同环境中进行，且检测数值稳定性好，所以能实现不同抑尘剂的抑尘效率在同一实验体系下进行比较和评价。测试结果表明，相比于相同方法测试的其他抑尘剂^[26]，本研究制备的抑尘剂抑尘效果更佳。

通过将混播四季青用于抑尘剂制备，并对实际喷洒后的生态修复效果进行研究，结果 (图14) 表明抑尘剂喷洒区域的植物生长状态正常。这说明抑尘剂对于植物的生长并无影响，本研究制备的抑尘剂与种子混合后具有良好的生态修复效果。实验区域内植物存在长势不均匀的情况，这是由于抑尘剂在喷洒时无法做到使植物种子分布绝对均匀，且植物种子也存在失活情况。草坪在形成的过程中亦需进行多次补播，因此，生长不均的情况可通过补播来改善。

1) 通过对所制备抑尘剂的性能评价，确定秸秆、淀粉、表面活性剂和碱的最质量配比为20∶7∶2∶5。该抑尘剂具有良好的渗透性能、抗风蚀和抗雨淋性能。

2) 制得抑尘剂的抑尘效果显著，在17.2 m·s⁻¹风力条件下其抑尘效率可达到99.8%，在喷洒60 d以后，其抑尘效率亦可保持在90%以上。

3) 该抑尘剂具有良好的生态修复效果，多种常见的植物种子均可适用于此类型的抑尘剂。

4) 该抑尘剂制备工艺简单、成本低廉，解决了传统液体抑尘剂运输成本高、不便储存的难题，实现了废物资源的再利用。