丙烷对甲烷-空气预混气体爆炸影响机理研究

为探究丙烷对甲烷爆炸的影响，通过试验研究不同体积分数丙烷对甲烷爆炸特性的影响特征，利用CHEMKIN-PRO软件模拟丙烷影响甲烷爆炸过程中自由基变化特征。结果表明，随着丙烷体积分数的增大，丙烷对甲烷爆炸呈现出先促进后抑制的作用。当丙烷体积分数为0.2%～0.6%时，促进甲烷爆炸；当丙烷体积分数为0.8%～1.0%时，抑制甲烷爆炸。在丙烷促进甲烷爆炸阶段，丙烷通过均裂反应生成·C₂H₅和·CH₃,·CH₃增大·H、·O、·OH的生成速率，导致爆炸强度增强；在丙烷抑制甲烷爆炸阶段，随着丙烷体积分数的持续增加，O₂体积分数降低，·O生成速率降低，·H、·OH生成速率降低，导致爆炸强度减弱。     

多元可燃性气体爆炸压力与中间产物发射光谱特性的耦合研究

工业生产中爆炸事故往往是由多元可燃气体与空气混合后遇到明火而引起的,为研究乙烷（C₂H₆）、乙烯（C₂H₄）、一氧化碳（CO）、氢气（H₂）对甲烷爆炸特性的影响,选取多组分可燃气体甲烷爆炸压力特性和自由基发射光谱的影响进行研究,利用陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心重点实验室搭建的多功能球形气体/粉尘爆炸实验装置和单色仪进行爆炸实验测试,同步采集时间—压力曲线、中间产物（OH,CH₂O）的发射光谱信号,考察多组分可燃气体浓度对甲烷爆炸压力特性和中间产物的影响。结果表明:在富氧状态下,多组分可燃气体加剧了甲烷—空气混合体系的爆炸剧烈程度,随着体系中氧气含量的减少、由富氧状态变为贫氧状态、促进作用逐渐减弱转变为阻尼作用,爆炸压力特性与中间产物发射光谱参数的影响规律基本保持一致,均呈高度正相关;多元混合体系爆炸剧烈程度越大,自由基发射光谱达到峰值的速度越快,自由基更早、更快的积累是加剧爆炸程度的原因之一。     

采空区注超临界CO2防灭火试验研究

为研究超临界CO₂注入采空区防灭火的规律,自主研制了产生超临界CO₂和模拟采空区遗煤自燃升温试验系统,得到了不同温压条件下超临界CO₂注入采空区前后不同监测点的温度、O₂和CO浓度变化数据信息。试验结果表明:注入采空区的超临界CO₂发生相变,有序结构急速失序,大量吸收热量,采空区内的煤体、空气温度随时间呈线性快速下降规律,其降温能力是气态N₂的10倍;超临界CO₂在自燃发火煤体中的强渗透扩散特性,使自燃煤体快速惰化,防灭火效率高;停止注入后,小范围回温符合反二次函数特征;高压力超临界CO₂相对于低压条件,防灭火性能更佳;超临界CO₂是1种降温降氧能力显著,且输送性能优良的采空区新型防灭火材料,超临界CO₂防灭火效果优于气态N₂。     

(FeS)m(m=1～6)团簇与O2相互作用的密度泛函理论研究

为探究石化行业中硫铁化合物自燃的微观机理，基于密度泛函理论建立了(FeS)_m(m=1～6)团簇模型，计算O₂在(FeS)_m(m=1～6)团簇上的吸附性质与反应过程。吸附性质计算表明，O₂倾向于吸附在Fe原子周围，随着FeS团簇尺寸增大，吸附能先增大后减小，当m=3时吸附能最大。O₂吸附前后，(FeS)_m(m=1～6)团簇的能隙均逐渐减小，其中(FeS)₃团簇在所有吸附结构中能隙最小，化学活性最好。反应路径计算表明，反应分不同阶段，反应初期有FeSO、SO等产物形成，随着反应进行会生成S₂和FeO,反应后期产物S₂会受热氧化生成SO₂。各阶段反应在动力学和热力学上均是可行的。分析认为FeS的氧化过程是一个自发的多阶段放热反应，FeS的氧化释放大量的热，引发S₂的氧化反应，两步反应形成协同效应，加剧体系的反应进程，使反应体系不断积聚热量直至发生自燃。     

全氟己酮与惰性气体对甲烷爆炸的协同阻爆作用

为探究全氟己酮及其与CO₂、N₂协同下的抑爆能力，通过改变全氟己酮用量和CO₂、N₂的压力来观测其对甲烷爆炸传播特性的影响。结果表明：在试验条件下，单喷CO₂和N₂不能实现对甲烷的完全抑爆；而单喷全氟己酮能实现对甲烷的完全抑爆；全氟己酮与CO₂或N₂混合喷出有利于全氟己酮完全汽化、提升其抑爆能力；与N₂混合，抑爆所需的全氟己酮最小量由23 mL下降到17 mL,与CO₂混合，阻爆所需全氟己酮最小量从23 mL下降到5 mL,全氟己酮与CO₂混合使用的抑爆能力强于全氟己酮与N₂混合使用的抑爆能力。全氟己酮/CO₂的协同抑制机理在于全氟己酮产生的自由基F会优先替代氧气产生的O参与基元反应，CO₂作为第3体参与反应会优先阻断OH的放热反应，二者具有良好的协同互补关系，从而更好地抑制和阻断甲...     

硫化氢对不同煤级煤甲烷吸附影响效应研究

为探究H₂S在不同煤级煤体中对CH₄吸附特性的影响效应,利用分子模拟构建肥煤、瘦煤及贫煤3种不同煤级的复杂煤大分子结构模型,并探究H₂S对煤体孔隙的影响作用以及H₂S在煤中的吸附特性,分析不同煤级煤体中H₂S对CH₄饱和吸附量的影响作用。结果显示：煤体表面积与孔隙体积与煤变质程度有关,由大到小依次为肥煤、瘦煤、贫煤;在煤体吸附H₂S过程中,煤体表面及孔隙为H₂S提供吸附场所,且H₂S对贫煤孔隙率影响较为明显;在同温同压条件下,H₂S在同一煤体中的吸附热约为CH₄的1.5倍,在对CH₄及H₂S的双组分气体吸附中,煤体对H₂S的吸附能力大于CH₄;煤体H₂S质量分数在0～1.5%变化区间内,贫煤的Langmuir吸附常数a降幅高达77.4%,肥...     

水溶剂效应对煤氧化特性的影响

水既可以隔绝空气,又可以吸热降温,是防火、灭火的绝好材料。但经过大量的煤矿现场应用及实验研究发现:很多情况下,注水不仅不能预防煤炭自燃灾害,反而易于灾害发生。为了揭示煤矿井下注水易引起煤自燃的原因,应用Gaussian09程序,采用含时密度泛函理论（TD-DFT）,在B3LYP/6-31G (d,p)水平上,分析水溶剂效应对煤氧化特性的影响。由计算结果可知:煤各模型的HOMO与O2的LUMO对称性相同,且能级差均小于0.4 eV,符合前线轨道理论提出的反应条件,所以煤HOMO轨道的电子将流向O2未占据的LUMO轨道,从而发生氧化反应,氧化反应剧烈时将引起煤炭自燃;当煤浸泡在水中,煤分子与水分子间将产生静电相互作用,氢键及孔洞能等相互作用,这些相互作用影响了煤分子的核外电子排布,改变了煤的前线轨道能级,煤各模型的HOMO与O2的LUMO能级差比在气相中更小,因此,被水浸泡的煤更容易发生氧化自燃。     

含硫天然气管道泄漏扩散危险区域的多因素耦合分析

为在含硫天然气管道发生泄漏后制定科学有效的风险防控措施,采用数值模拟的方法,分别以泄漏孔径、风速和大气温度为影响因素,以泄漏发生后CH₄扩散的最大面积、CH₄爆炸危险区域面积和H₂S中毒危险区域面积为试验指标,研究3种因素对试验指标的影响。结果表明,泄漏扩散危险区域受泄漏孔径的影响最大,其次是风速,大气温度对其的影响较为不明显。此外,泄漏孔径对H₂S中毒危险区域影响程度最大,对CH₄最大扩散区域影响次之,对CH₄爆炸危险区域影响程度最小。风速和大气温度趋势一致,对CH₄爆炸危险区域影响程度最大,对H₂S中毒危险区域影响次之,对CH₄最大扩散区域影响程度最小。     

新生成Ti(OH)4沉淀物对水中Mn2+的吸附机理研究

采用氧化Ti³⁺方法得到水合Ti(OH)₄絮体沉淀物，研究了以新生成Ti(OH)₄絮体作为吸附剂吸附去除水中Mn²⁺的效率，分析了吸附热力学、动力学及吸附前后Ti(OH)₄絮体的ζ电位变化，研究了pH值和几种常见离子对该吸附的影响。结果表明：Ti(OH)₄絮体对Mn²⁺的吸附可以较好地符合拟二级动力学模型；热力学结果显示，吉布斯自由能变化值ΔG^Θ为负值，吸附反应可自发进行；吸附可以较好地用Langmuir等温式描述，pH值为7.0和8.5时，计算的Q_max分别为58.8 mg/g、92.6 mg/g,但pH值为8.5时不能排除Mn²⁺通过形成沉淀而去除的途径。在试验的条件下，吸附反应进行较快，吸附很快达到准平衡，而且平衡吸附容量与最大吸附容量在数值上较为接近，吸附性质属于单分子层化学吸附。吸附容量还与Ti(OH)₄絮体表面的ζ电位值有一定的相关性，...     

添加H2对生物质气层流燃烧特性的影响

为研究H₂对生物质气层流燃烧特性的影响，在内径和长度均为200 mm,点火位置为正中央的圆柱形定容燃烧弹内进行当量比为0.6～1.4、H₂体积分数为7.15%～33.15%的掺氢生物质气/空气燃烧试验。利用高速摄像仪采集火焰传播图片，并通过计算分析软件Chemkin-Pro进行化学反应路径分析。研究结果表明：添加H₂对生物质气/空气的层流燃烧速度起促进作用，在贫燃侧增长效应平稳而在富燃侧增长效应显著，使火焰的不稳定性增强；火焰结构中主要自由基浓度的增大是引起层流燃烧速度增大的主要化学动力学原因；H₂主要通过参与HCO基团氧化加快反应速率，富燃侧层流燃烧速度显著增大的原因是H₂作用的路径多为有O₂参与的反应。     

海州露天矿采空区地表CO2通量的试验研究

为探究海州露天矿东邦废弃采空区自然发火状态,基于采空区遗煤自燃特性和气体扩散理论,采用智能土壤气体通量监测系统,以月为单位,对东邦自燃采空区上覆地表CO₂通量开展长周期、多测点连续性监测试验;根据试验区域内地表CO₂通量和土壤温度分布特征,探究地下火区释放CO₂的地表涌出范围和变化情况;同时,着眼于温室气体排放的评估,计算试验区域内的CO₂涌出量,并分析其随时间的变化特征。结果表明:地表CO₂通量与土壤温度有明显正相关性;试验区域地表CO₂高通量区域呈逐月扩大和递增的趋势;CO₂涌出量随月份逐渐递增,试验区域年CO₂涌出量约为3.6×10⁶ m³。     

充填浆液的产气测试及对CO传感器监测的影响

针对采空区充填浆液因发生物化反应后产生干扰气体,引起矿用电化学CO传感器误报警的问题,基于浆液的氧化周期、产气特性、反应后成分的X射线衍射(XRD)及充填产生气体对矿用电化学CO传感器的交叉干扰等测试,研究煤矸石、粉煤灰、普通硅酸盐水泥和矿井水以65.5∶4.5∶10∶20比例配置成的充填浆液的产气特性,探究充填产生气体对矿用电化学CO传感器的影响特征。结果表明：采空区充填浆液在物化反应过程中会消耗O₂和CO₂,且会产生H₂、CO和CH₄;其中O₂和CO的体积分数变化与煤矸石氧化有关,CH₄的体积分数变化与煤矸石中甲烷解吸有关,CaO和CO₂的反应会导致CO₂体积分数的降低,粉煤灰中的铝粉在碱性环境中反应会产生H₂,且H₂是造成矿用电化学CO传感器误报警的主要因素,并对矿用电化学CO传感器检测结果呈正交叉干扰。     

煤对CO2，N2和CH4的吸附速率经验公式与异同性研究*

为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题,通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO₂,N₂,CH₄吸附速率的适用性,选取4种不同煤质的煤样在0.5,1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验,分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳;压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性,气体吸附速率与压力符合指数函数关系,与挥发分呈现出二次函数关系,并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样;CH₄和N₂的吸附速率随压力升高而升高,而CO₂的吸附速率因煤样而不同,且在同压下,不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。     

惰性气体-水雾协同抑爆甲烷研究

采用自行改造的20 L球形爆炸容器进行瓦斯抑爆研究，试验中采用分压法来制备混合气体，定量描述了爆炸压力、爆炸压力上升速率及抑爆效率等特征，分析了在3种惰性气体(CO₂、N₂和Ar)作用下CH₄的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率。结果表明，CO₂的抑爆效果优于其他两种惰性气体，当CO₂的体积分数达到6%时，CH₄的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率分别降为0.113 MPa和1.58 MPa/s,下降了78.6%和86.4%。通过试验可知，3种惰性气体均能延缓瓦斯爆炸的发生，降低爆炸的强度，但对于N₂和Ar而言则需要增加惰性气体的体积分数以达到与CO₂相同的抑爆效果。基于上述单相抑爆结果，选择3种惰性气体中抑爆效果最佳的CO₂来进行惰性气体-水雾协同抑爆效率的研究。通过大量重复性试验得出，2%CO₂-1 MPa水雾抑爆效率由单相体积分数为2%的CO₂     

浸水褐煤的自燃特性及红外分析

为防治采空区遗煤浸水后引发的自燃火灾,制备褐煤原煤及浸水煤煤样,进行程序升温试验,测试煤样的傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,并通过分区拟合分析浸水对煤分子结构的影响。结果表明:浸水煤的失水结束点温度、着火温度和最大失重速率点温度较原煤均有不同程度的提前,着火活化能降低了11. 2%,说明浸水煤更容易发生自燃;浸水后煤中烷基醚、芳基醚、亚甲基以及自缔合羟基氢键等基团含量升高,导致煤体活性增强。     

再生水铸铁管道腐蚀管垢的特征分析

为分析再生水铸铁管道腐蚀管垢的物质组成特征以及管垢形成的理化因素，并与自来水管垢进行对比，采集两种铸铁管的典型腐蚀管垢，通过扫描电子显微镜及能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)等微观表征技术，系统性地研究了两种腐蚀管垢的微观形貌、元素组成和化合物构成等物理-化学双态特征差异。结果表明两种管垢具有相似的分层结构，但再生水管垢的沉积层厚度大，且内核层的孔隙小、沉积杂质丰富。两种管垢成分均以铁的(羟基)氧化物为主，自来水管垢的主要成分为α-FeOOH和Fe₃O₄,而再生水管垢除了α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe(OH)₃等主要成分外，还包括再生水的沉积物SiO₂、Ca(OH)₂和Al(OH)₃等。影响再生水管垢异于自来水管垢的主要原因源于再生水的水质成分及水力条件。     

惰性粉体对蔗糖粉尘最小点火能的影响研究

为了预防蔗糖粉尘爆炸,利用1.2 L哈特曼管研究了NH₄H₂PO₄与Al(OH₄对蔗糖粉尘爆炸的抑制作用。在蔗糖粉尘质量分数一定的条件下,通过改变 NH₄H₂PO₄与Al(OH)₄的粒径和质量分数,测定其对蔗糖粉尘爆炸的抑制效果。结果表明:随着NH₄H₂PO₄和Al(OH)₄质量分数的增加,粒径的减小,蔗糖粉尘的最小点火能均逐渐增大,当惰性粉体增加到一定质量时,蔗糖粉尘被完全惰化,在蔗糖粉尘中分别加入粒径为48~74,38~47,25~37 μm的NH₄H₂PO₄和Al(OH)₄,3种粒径的NH₄H₂PO₄使蔗糖粉尘完全惰化的质量分数分别为40%,35%,30%,3种粒径的Al(OH)₃使蔗糖粉尘惰化的质量分数均为60%。因此(NH₄)H₂PO₄抑制蔗糖粉尘爆炸的效果比Al(OH)₃更显著。     

LaCoO3/Bi2MoO6异质结微球在可见光条件下降解四环素的研究

钼酸铋(Bi₂MoO₆)作为一种新型光催化材料在废水处理方面具有巨大潜力，但Bi₂MoO₆存在量子产率低、电子与空穴易复合等问题。为了进一步提高Bi₂MoO₆的光催化活性，采用溶剂热法辅助柠檬酸制备钴酸镧(LaCoO₃),并将其与Bi₂MoO₆复合以制备不同质量比的p-n型异质结复合光催化材料LaCoO₃/Bi₂MoO₆,进而用于可见光催化降解水中四环素(Tetracycline, TC)的研究。采用XRD、FT-IR、XPS、UV-vis等手段对复合材料进行表征，并考察其光催化性能，分析光催化降解效果，探究催化反应机理。结果显示：构建的LaCoO₃/Bi₂MoO₆复合材料显著增强了Bi₂MoO₆的光催化活性，LaCo...     

甲烷爆炸中尿素粉体浓度对典型自由基影响研究

要有针对性地采取措施提高甲烷抑爆效果，深入分析尿素抑制甲烷爆炸的微观机理十分重要。采用光谱分析方法，利用试验获得的甲烷爆炸初期火焰发射光谱，分析了CHO、NO、HNO、C₂、OH、CN、CO、HNO₂和C₃含量随时间的变化、随尿素粉体质量浓度的变化以及存在时长的变化规律。结果表明，NO、HNO、C₂、CN、CO和C₃自由基含量随时间呈现先上升后下降的趋势，CHO、OH和HNO₂含量随时间基本保持在一定范围内波动。CHO、NO和HNO含量随加入尿素粉体质量浓度增大而增大，C₂、OH和CN含量随加入尿素粉体质量浓度增大而降低，CO含量随加入尿素粉体质量浓度增大呈现先增大后降低的趋势。加入尿素后，CHO、NO、OH、CN、CO和HNO₂自由基的存在时长会有明显的缩短，而尿素的加入对HNO、C₂和C₃自由基的存在时长基本没有影响。NO和HNO自由基是关键抑爆自由基，尿素在甲烷爆...     

基于活化能指标的煤自燃最佳含水率研究

为研究水分对煤热分析特性的影响,以葫芦素2-1煤为研究对象,应用同步热分析仪研究了煤的热行为,获得了不同含水率煤样的TG-DSC曲线,根据特征温度将煤自燃过程分为5个不同反应阶段。采用Coats-Redfern积分法,基于9种不同动力学机制模式函数分别对不同反应阶段的数据就ln[g(a)/T2]对1/T进行相关性分析,求解了不同含水率煤样的动力学参数。结果表明:水分对煤自燃过程的影响是双重的;依据相关系数最大原则,确定不同含水率煤样在吸氧增重阶段是1级反应,其活化能表征了煤的氧化能力;将煤样在水浸前后吸氧增重阶段的活化能差值与原煤样活化能的百分比定义为抑制率,提出用抑制率来评价水分对煤自燃的影响程度;根据抑制率最小准则,确定了葫芦素2-1煤自燃的最佳含水率约为12.01%。