本發(fā)明屬于凝膠泡沫滅火,具體涉及一種用于防止煤自燃的凝膠泡沫。
背景技術(shù):
1、公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解,而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
2、煤炭是能源供給的主力軍,對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會生活有著至關(guān)重要的影響。但煤炭開采過程中面臨自燃、高瓦斯、水災(zāi)等重大災(zāi)害,對人們的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為防止煤炭自燃,目前存在泡沫、惰性氣體注入、凝膠等技術(shù)。其中,泡沫是一種常見的防滅火材料,根據(jù)泡沫的組成不同,可以分為兩相泡沫和三相泡沫。兩相泡沫即水性泡沫,主要通過表面活性劑分子在氣液界面形成界面膜來穩(wěn)定,能夠在接觸火源時,迅速吸收熱量,從而達(dá)到快速冷卻的效果。但是由于表面活性劑穩(wěn)定的界面膜較薄,保水性能較差,因此兩相泡沫主要用于快速滅火過程。為了提高泡沫的穩(wěn)定性,通過引入固體顆?;蚰z聚合物等,形成三相泡沫。其中,凝膠泡沫是常見的三相泡沫,它融合了三種滅火技術(shù)(即泡沫、凝膠和惰性氣體)的綜合性優(yōu)點,因此被廣泛研究。凝膠泡沫主要是由發(fā)泡劑、膠凝劑、交聯(lián)劑等其他助劑組成,形成機(jī)制包括兩個階段,首先通過表面活性劑分子在氣液界面形成泡沫,然后通過膠凝劑和交聯(lián)劑的相互作用來穩(wěn)定泡沫。凝膠泡沫成膠前具備良好的流動性,成膠后具有良好的保水性和冷卻性,既能克服一般水性泡沫易破裂、失水快的缺點,又可克服凝膠擴(kuò)散性能差的缺點。因此,凝膠泡沫可以作為一種高效防滅火材料運(yùn)用在煤自燃領(lǐng)域。
3、煤燃燒過程分為三個階段:失水失重、氧化增重、燃燒失重。將凝膠泡沫在常溫下通過噴灑在煤表面,由于其三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的保水效果和冷卻效果,從而緩解煤的失水失重現(xiàn)象。同時,隨著凝膠泡沫水分的緩慢散失,在煤炭表面可以形成一層致密的凝膠膜,從而有效阻礙煤與氧氣的接觸,中斷煤的自由基鏈反應(yīng),減少氧化物的生成,抑制了煤的氧化增重過程。當(dāng)煤處于快速的燃燒失重階段時,通過噴灑凝膠泡沫,迅速釋放水分冷卻煤樣品,起到優(yōu)異的滅火效果。為了提高凝膠泡沫的抗氧化能力,有研究者通過添加原花青素等抗氧化劑來實現(xiàn),如專利cn116396761a,利用其含有的豐富的酚羥基來消除多種形式的自由基,從而減緩了煤表面自由基鏈反應(yīng)。除了添加抗氧化劑以外,有文獻(xiàn)報道可以添加阻燃劑和抑制劑,進(jìn)一步提高防滅火效果,如專利cn113926129a、cn111841455a等。但是,多種添加劑的摻入不可避免會給環(huán)境帶來一定負(fù)擔(dān)。同時為了增強(qiáng)凝膠泡沫的穩(wěn)定性和對添加劑的包覆效果,大量工作通過使用有機(jī)聚合物來實現(xiàn),對環(huán)境造成危害。
4、因此,研發(fā)環(huán)境友好型凝膠泡沫,提高其穩(wěn)定性、抗氧化能力以及阻燃效果具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的是提供一種用于防止煤自燃的凝膠泡沫,本發(fā)明提供的凝膠泡沫不含抗氧化劑和阻燃劑,能夠避免污染環(huán)境,是一種環(huán)境友好型抗氧化性凝膠泡沫,且防止煤自燃效果優(yōu)異。
2、為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案為:
3、本發(fā)明的第一個方面,提供一種用于防止煤自燃的凝膠泡沫,按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計,包括以下組分:
4、復(fù)合發(fā)泡劑0.1-0.5%,膠凝劑5-15%,交聯(lián)劑0.1-0.5%,余量水;
5、所述復(fù)合發(fā)泡劑包括木質(zhì)素磺酸鈉(sls)和脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉(aec-9na);所述凝膠劑包括硅溶膠(silica)和海藻酸鈉(sa)。
6、在本發(fā)明的一些實施例中,所述復(fù)合發(fā)泡劑由木質(zhì)素磺酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉組成,所述凝膠劑由硅溶膠和海藻酸鈉組成,所述交聯(lián)劑選自鈣鹽或鐵鹽中的任一種。
7、在本發(fā)明的一些實施例中,所述木質(zhì)素磺酸鈉與脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉的質(zhì)量比為:0.1~6:6~0.1,優(yōu)選為1:5~6;
8、所述硅溶膠與海藻酸鈉的質(zhì)量比為25~35:1,優(yōu)選為29~31:1;
9、所述交聯(lián)劑包括但不限于氯化鈣或乳酸鈣,優(yōu)選為氯化鈣。
10、在本發(fā)明的一些實施例中,所述交聯(lián)劑包括氯化鐵
11、在本發(fā)明的一些實施例中,所述凝膠泡沫按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計,包括以下組分:
12、復(fù)合發(fā)泡劑0.4-0.5%,膠凝劑9-11%,交聯(lián)劑0.1-0.3%,余量水;
13、所述復(fù)合發(fā)泡劑由質(zhì)量比為1:5~6的木質(zhì)素磺酸鈉與脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉組成,所述凝膠劑由質(zhì)量比為29~31:1的硅溶膠與海藻酸鈉組成,所述交聯(lián)劑為氯化鈣。
14、在本發(fā)明的一些實施例中,所述凝膠泡沫按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計,由以下組分組成:
15、木質(zhì)素磺酸鈉0.06-0.07%,脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉0.3-0.4%,硅溶膠9-10%,海藻酸鈉0.3-0.4%,交聯(lián)劑0.1-0.2%,余量水;
16、所述交聯(lián)劑為氯化鈣。
17、在本發(fā)明的一些實施例中,所述凝膠泡沫按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計,由以下組分組成:
18、木質(zhì)素磺酸鈉0.0656%,脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉0.367%,硅溶膠9.836%,海藻酸鈉0.328%,交聯(lián)劑0.182%,余量水;
19、所述交聯(lián)劑為氯化鈣。
20、本發(fā)明的第二個方面,提供一種上述的凝膠泡沫的制備方法,包括如下步驟:
21、將復(fù)合發(fā)泡劑、膠凝劑和水混合,得到a組分,交聯(lián)劑作為b組分;
22、使用時,將a組分和b組分混合,即得凝膠泡沫。
23、在本發(fā)明的一些實施例中,將交聯(lián)劑溶于部分水中,得到b組分;
24、將復(fù)合發(fā)泡劑、膠凝劑和剩余水混合,得到a組分。
25、本發(fā)明的第三個方面,提供一種上述的凝膠泡沫或通過上述的制備方法制得的凝膠泡沫在a類火災(zāi)中的應(yīng)用。
26、本發(fā)明的第四個方面,提供一種防止煤自燃和/或抑制其燃燒過程中產(chǎn)生煙霧的方法,包括如下步驟:
27、噴灑上述的凝膠泡沫或通過上述的制備方法制得的凝膠泡沫,以將煤覆蓋。
28、本發(fā)明的有益效果為:
29、基于在凝膠泡沫制備中存在污染環(huán)境的問題,本發(fā)明秉承環(huán)保的理念,在不摻入抗氧化劑和阻燃劑的條件下,設(shè)計制備了一種環(huán)境友好型抗氧化型凝膠泡沫,用于防止煤自燃。本發(fā)明選用具有一定抗氧化性和阻燃效果的sls和具有優(yōu)良發(fā)泡性的aec-9na進(jìn)行復(fù)配,從而增強(qiáng)體系的發(fā)泡體積。同時,也避免了添加額外的抗氧化劑和阻燃劑造成的成本增加和環(huán)境危害。選用硅溶膠和海藻酸鈉作為膠凝劑能夠增強(qiáng)體系的粘度,減緩水性泡沫的破裂速度,提高泡沫的穩(wěn)定性。采用鈣離子作為交聯(lián)劑,鈣離子能夠與海藻酸鈉迅速發(fā)生離子交換形成熱不可逆的互傳凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),且在ca2+加入時,二氧化硅表面電荷分布發(fā)生破壞,容易引發(fā)溶膠-凝膠的轉(zhuǎn)變,從而增強(qiáng)凝膠泡沫的穩(wěn)定。通過sls、aec-9na、硅溶膠、海藻酸鈉和鈣離子的協(xié)同作用,制備了一種環(huán)境友好型抗氧化型凝膠泡沫材料。
30、本發(fā)明制備的凝膠泡沫具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),因此具有優(yōu)良的保水性,可以緩解煤炭的失水失重。同時,該凝膠泡沫能夠有效地阻礙煤與氧氣的接觸,中斷煤自由基鏈反應(yīng),避免了煤炭的氧化增重,具有優(yōu)異的阻燃效果。為了模擬火災(zāi)中的真實燃燒行為,通過錐形量熱儀來表征凝膠泡沫處理的煤樣品在燃燒過程中的熱危害和排煙性能,發(fā)現(xiàn)其在燃燒過程中產(chǎn)熱量少,并且由于凝膠泡沫具有優(yōu)良的成炭性,能形成緊密的碳層,具有優(yōu)良的抑煙效果。綜合來看,本發(fā)明制備的環(huán)境友好型的抗氧化型凝膠泡沫能夠作為一種高效防滅火材料運(yùn)用在防止煤自燃領(lǐng)域。