含纳米二氧化硅颗粒三相泡沫性能与作用机理研究

为提升水成膜泡沫(AFFF)的灭火性能,基于AFFF泡沫液和纳米硅颗粒,制得新型三相灭火泡沫。实验研究了三相泡沫发泡性和稳定性的变化规律,分析了泡沫组成和工况参数对泡沫性能的影响规律。通过分子动力学(MD)模拟,研究了泡沫溶液中表面活性剂分子吸附对颗粒表面润湿性的影响,揭示了泡沫中颗粒与表面活性剂间相互作用对泡沫稳定性的影响机理。研究发现：随着颗粒浓度增加,泡沫稳定时间和抗烧时间显著增长,而发泡性变化不大。泡沫中颗粒表面润湿性影响颗粒与表面活性剂间的相互作用,进而影响泡沫稳定性。在亲水颗粒泡沫中,表面活性剂浓度增加能够强化二者间的协同作用,利于泡沫稳定;在疏水颗粒泡沫中,随着表面活性剂浓度增加,二者间由协同作用转变成抵抗作用。研究成果对优化三相灭火泡沫配方和提升泡沫灭火效率有指导意义。     

黄原胶对无氟泡沫灭火剂性能影响研究

为解决传统水成膜泡沫灭火剂（AFFF）对生态环境的不利影响,以天然表面活性剂无患子皂苷、碳氢表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB）和十二烷基磺酸钠（SDS）作为发泡剂,探究黄原胶（XG）对3种表面活性剂复配体系泡沫性能的影响。采用多种方法研究泡沫溶液的表面张力、粘度、发泡性、泡沫稳定性、泡沫灭油火的有效性等性能。结果表明：XG的加入对泡沫溶液的表面张力影响很小,随着XG质量分数的增加,泡沫溶液的发泡性能略有下降,而粘度快速提高。XG质量分数对泡沫稳定性有显著影响。根据《泡沫灭火剂》（GB 15308—2006）0.25 m2油盘火试验,当XG质量分数为0.30%时,极大地提高了泡沫的灭火性能,灭火时间为88 s,相比无XG添加时减少20 s;100%抗烧时间比无XG添加时增加504 s。实验结果为XG在无氟泡沫灭火剂中的潜在应用提供了依据。     

水泥灰三相泡沫的形成机理与稳定性试验研究

针对高硫矿石容易发生氧化自燃的危险,通常的灌浆、注砂、注惰气和喷洒阻化剂等技术还存在一些不足,提出一种以水泥灰为基料的三相泡沫来预防硫化矿石自燃的新技术。该技术是将水泥灰和水按一定的比例混合,同时加入一定比例的发泡剂和稳泡剂后,经物理机械方式发泡形成,集固、液、气三相材料的防灭火性能与一体。理论分析了水泥灰三相泡沫的形成与衰变机理,并通过正交试验,对三相泡沫的发泡倍数与半衰期进行研究,最后采用单因素实验,定量分析灰水质量比,发泡剂和稳泡剂浓度对三相泡沫稳定性能的影响,得到最佳泡沫配方。结果表明:当灰水质量比为1:5,发泡剂浓度为5g/L,稳泡剂浓度为8g/L时,制得的三相泡沫发泡倍数达到6倍,半衰期达到6h以上。     

细水雾灭火系统对油池火抑制效果研究

为了进一步深入优化细水雾的灭火性能,本文依托油池火实验为研究对象,进行了普通细水雾与含表面活性剂细水雾火焰抑制实验。通过测量不同细水雾作用下,火焰底部温度及火焰轴向温度的变化规律,分析了表面活性剂对细水雾火焰抑制机理的影响。实验结果表明,表面活性剂能降低液体表面张力,有利于雾滴在保护半径内有效扩散,实现火焰区覆盖,增强细水雾气相火焰冷却和燃料表面冷却作用,该研究为细水雾防灭火系统设计与优化提供可靠的实验依据和数据支撑。     

水基溶液起泡性能评价方法比较研究

泡沫液的发泡比和半衰期是表征起泡剂特性的基本物理量.选用十二烷基硫酸钠为典型的表面活性剂,测量了不同质量分数溶液的表面张力,得到试验条件下的临界胶束浓度(CMC)为0.25％,采用改进的Ross-Mile法、搅拌法和测压力法,在相同的环境下对同一溶液进行发泡试验,其中测压力法可以得到表征重力排液和扩散排液过程等泡沫破灭过程的定量数据.结果表明,发泡比因起泡方法的不同而有较大差异,在相同质量分数下,测压力法的起泡量最大而搅拌法的起泡量最小,3种方法所产生的发泡体积随质量分数的变化趋势一致,当表面活性剂质量分数≥0.25％ (CMC)时,搅拌法、Ross-Mile法和测压力法的发泡体积比为1:1.25:1.36.3种方法所产生泡沫的半衰期随表面活性剂质量分数增加而增大,达到最大值后缓慢减小,有相似的变化趋势,测压力法、Ross-Mile法和搅拌法的半衰期之比约为1:3:6,分析了3种方法所产生泡沫的发泡比和半衰期差异的原因.     

煤层注水润湿效果的研究

本文通过对表面活性剂类型、浓度与表面张力的关系分析研究,确定了能够有效提高固体表面润湿效果的表面活性剂类型和浓度,并提出了表面张力与表面活性剂浓度对数值之间的函数关系,可以为煤矿防尘、瓦斯防突出等实际应用中表面活性剂的使用提供借鉴和帮助,具有现实意义。     

我国主导两项泡沫灭火产品国际标准正式实施

最近,由我国提出并主导起草的两项消防产品标准作为国际标准ISO7076-1∶2012《泡沫灭火系统第1部分:泡沫比例混合设备》和ISO7076-2∶2012《泡沫灭火系统第2部分:低倍数泡沫设备》正式实施。泡沫比例混合设备是泡沫灭火系统中的一种重要产品,主要作用是按照不同的比例把泡沫液和水进行混合,以提供可发泡的灭火介质。混合比例不同,灭火作用也不同。按照泡沫发泡倍数,泡沫灭火系统可分为低倍数泡沫灭火系统、中倍数泡沫灭火系统     

水泥基泡沫形成机理及抑制煤堆自燃试验研究

煤炭开采面临煤自然发火等灾害的严重威胁,在分析现有防灭火技术特征的基础上,制备了1种水泥基泡沫材料。探讨了水泥基泡沫形成机理,包括水基泡沫与浆液扰流混合发泡,表面活性剂增加颗粒疏水性及颗粒稳定泡沫液膜,液膜中水泥、粉煤灰颗粒水化反应及促凝剂加速凝结固化。搭建了小型抑制煤堆自燃试验平台,开展了煤堆自燃温升变化及黄泥浆、无机凝胶、阻化泡沫、水泥基泡沫等防灭火介质降温效果试验,结果表明:水泥基泡沫具有向上堆积的能力,能对高温煤颗粒进行覆盖、包裹,并具有较好的热稳定性,总体降温性能最佳;压注后,监测时间0~900 s内,径向距离为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 m处温度分别从376.98,376.00,374.38,372.14,369.27 ℃下降到21,26,29,35,42 ℃。     

防灭火三相泡沫流体特性及油面铺展性能研究

灭火泡沫的流动铺展性能直接影响其施放和灭火效率。为研究防灭火三相泡沫的流体特性及其在平板和油面的流动铺展性能,利用旋转黏度计考察剪切速率、浆液浓度、温度、剪切持续时间等因素对三相泡沫黏度的影响;用自主设计的试验台架,测定几种典型的三相泡沫在玻璃槽内和航空煤油表面的流动铺展速度。试验结果表明:所测这些三相泡沫属于屈服假塑性流体,其黏度主要受浆液浓度、温度和发泡倍数的影响;三相泡沫在平板上的流动性与泡沫黏度呈正相关,而超细粉体的加入对泡沫油面铺展性能的影响不大,满足灭火要求。     

表面活性剂对土壤中多环芳烃菲洗脱作用的比较研究

采用静态平衡法,比较研究了在水-土体系中,阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、非离子表面活性剂聚氧乙烯失水山梨脂肪酸脂醇醚(TW80)和阴-非混合表面活性剂(SDS-TW80)对天然黄土中菲的洗脱作用,考察了振荡时间、水士比、无机盐和土壤种类等因素对洗脱作用的影响.最佳振荡时间为60min.表面活性剂质量浓度小于4 000mg/L时,按洗脱效率从大到小排列为:TW80、W(SDS):W(TW80)=1:3、W(SDS):W(TW80)=1:1、W(SDS):W(TW80)=3:1、SDS;表面活性剂质量浓度为4 000～10 000mg/L时,菲的去除率不随表面活性剂质量浓度的增大而改变.水土比为20:1(L/g)时,洗脱效率最好.加入不同的无机盐对洗脱效率影响不同,尤以Ca2 、Mg2 鞍为突出.土壤类型对菲的洗脱效率也有影响.研究结果可为表面活性剂淋洗修复技术提供参考.     

生物表面活性剂产生菌处理水体石油污染物的研究

为研究水体石油污染物的生物处理方法,通过富集培养、蓝色凝胶平板分离初筛、摇瓶复筛等方法从长期被石油污染的油泥中筛选生物表面活性剂产生菌.采用薄层层析显色法和红外光谱法鉴定该菌所产表面活性剂种类,测定表面活性剂的乳化性能、表面张力和临界胶束浓度等性能,并对菌株降解水体石油污染物的影响因素及效果进行了研究.结果表明,筛选出的生物表面活性剂高产菌株LJ2所产表面活性剂为糖脂,其乳化指数为33％,25℃下可将水的表面张力从71.14 mN/m降至27.22 mN/m,临界胶束质量浓度为5 mg/L;当表面活性剂水溶液质量浓度为100 mg/L时,其乳化指数可达50％.温度、降解时间以及NaCl质量分数对菌株LJ2处理水体石油污染效果影响很大.在34℃条件下处理5d,菌株LJ2对质量浓度为2 g/L的水体石油污染物的降解率高达99.5％.研究表明,生物表面活性剂产生菌L J2对水体石油污染物有良好的降解效果,而且该菌还对水体中较高浓度的NaCl有一定的耐受性.     

井下移动式灌浆注胶防灭火系统技术研究与应用

灌浆和注胶是防止煤层自燃的两种重要技术措施,井下移动式灌浆注胶防灭火系统是这两种防灭火措施的结合体。井下移动式灌浆注胶防灭火系统可以利用粉煤灰、黄土等多种材料,制备不同溶度的浆液,同时可以压注复合胶体和高分子胶体,提高了防灭火效率。应用结果表明,洪洞鑫磊煤矿2404工作面采空区CO、C2H4、C2H2浓度一直保持在相对较低的水平,没有自燃现象,证明井下移动式灌浆注胶防灭系统是有效的防灭火技术措施,具有一定的应用价值。     

碳氟碳氢表面活性剂表面活性及灭火性能

对全氟辛基磺酰基季铵碘化物(FC-203)和十二烷基苯磺酸纳(SDBS)混合溶液的表面张力、起泡能力及其灭火性能进行了试验研究.结果表明,FC-203与SDBS复配对于提高溶液的表面活性具有明显的协同效应,混合溶液只有在同时具备低表面张力和较强起泡能力条件下才表现出较好的灭火性能.对于浓度为5 mmol/L的混合溶液,当FC-203与SDBS的物质的量比为1∶2时,其灭火时间可降低至6.9 s.研究结果对于碳氟碳氢表面活性剂在灭火剂中的应用具有一定的意义.     

超细磷酸铵盐微粒灭火剂与B类火作用的有效性研究

为研究超细微粒灭火剂的灭火能力,对NH4H2PO4质量分数为90%的ABC干粉进行超细化和表面改性,制得具有良好流散性的平均粒度在2～10 μm的微粒灭火剂,然后将不同量的微粒灭火剂和一定压力的氮气一起充装于1 L的贮压式灭火器中,然后在1 m3灭火室内进行全淹没条件下的B类油火灭火试验.结果表明,粒度在4.11 μm以下的微粒灭火剂能在空中滞留15 min以上,并且其灭火质量浓度随着灭火剂的体积平均直径的减小而减少;微粒灭火剂的体积平均粒径为2.48 μm时,其灭火质量浓度仅为59～64 g/m3,平均灭火时间小于6 s.超细微粒灭火剂具有良好的空间流动扩散能力,可用于全淹没火灾保护,作用于B类油火时,灭火质量浓度低且灭火时间短,灭火效率很高.     

高水无机材料防灭火性能影响因素研究与实践*

为进一步揭示高水无机材料抑制煤自燃机理,将其更好地应用于煤矿防灭火领域,开展高水无机材料流动渗透性能实验与高水无机材料抑制煤堆自燃实验,研究不同水灰比和不同空隙率条件下高水无机材料浆液流动渗透规律和高水无机材料浆液煤堆自燃降温规律。结果表明:高水无机材料浆液的水灰比和煤块间的间隙宽度对其流动渗透性能有显著影响,煤堆不同径向距离处的温度均呈现出开始迅速降低、之后缓慢降低的2个降温阶段。三河尖矿防灭火工程实践应用表明水灰比28∶1的高水无机材料浆液有较好的防灭火效果。     

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。     

阴-非混合表面活性剂对DNAPLs的增溶作用

表面活性剂增溶修复是一种有效的土壤有机污染修复技术.采用静态平衡法比较研究了单一的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和非离子表面活性剂聚氧乙烯失水山梨脂肪酸酯醇醚(TWSO)及其混合表面活性剂对3种氯代烃化合物氯苯(CB)、1,2-二氯苯(1,2-DCB)和三氯乙烯(TCE)的增溶作用.考察了无机盐离子Na 、M2 和Ca2 对增溶作用的影响,以期为土壤和地下水重非水相液体(DNAPLs)污染提供新的修复途径.结果表明,阴-非混合表面活性剂TW80-SDS对3种化合物的增溶效果明显强于单一的阴离子表面活性剂SDS,混合表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)随着非离子表面活性剂质量分数的增加而降低,其增溶能力随着非离子表面活性剂质量分数的增加而增加,对污染物的增溶程度排序为:三氯乙烯＞氯苯＞1,2-二氯苯.表面活性剂在临界胶束浓度以上,对有机物的分配系数Kmc与有机物的辛醇-水分配系数Kow相当,而增溶比与有机物的水溶解度呈正相关,与Kow、kow、溶质的摩尔体积和表面活性剂的亲水-亲油平衡值HLB呈负相关.Na 、Mg2 和Ca2 能增大氯苯在表面活性剂中的表观溶解度,阴非离子表面活性剂SDS与TW80混合后能提高表面活性剂的抗硬水能力,提高增溶效率.     

二元表面活性剂复配对水成膜灭火剂性能影响

由于含氟表面活性剂具有较长的氟碳链,难以降解,实验采用两种不含氟的碳氢表面活性剂复配,同时也添加3种辅助添加剂,配置出3%型水成膜泡沫灭火剂,并对其性能进行测试,结果表明:新配制出的水成膜泡沫灭火剂表面张力降低到了20.85 mN/m、发泡倍数达到了6.4倍,25%析液时间为4.1 min、在丙酮上的稳泡时间为5.8 min、灭火时间为0.18 min,各项性能指标均能达到国家标准,是一种环境友好型的水成膜泡沫灭火剂。     

增粘型水成膜泡沫灭火剂制备及性能表征

针对变电站场景火灾特点,使用多种表面活性剂复配,形成1种增粘型水成膜泡沫灭火剂.对产品的表面张力、泡沫性能、体系粘度、流变性能和灭火性能进行了表征,结果表明:增粘型水成膜泡沫灭火剂经3％比例稀释后,泡沫溶液粘度增加且呈现剪切变稀的流变行为;增粘型水成膜泡沫灭火剂具有发泡倍率高、泡沫稳定性好的特点,能够快速熄灭B类火灾.     

复配超细粉体三相泡沫的制备与稳定性研究

为改善泡沫灭火剂的高温稳定性和抗复燃性能,将石墨粉、膨润土和空心玻璃微珠按一定比例复配加入泡沫灭火剂中制备防灭火三相泡沫,利用自主设计的实验台架,研究其发泡、稳泡及油面热稳定性等主要性能,分析复配超细粉体对泡沫灭火剂稳定性的影响机理。实验证明,复配粉体的加入可使泡沫灭火剂在高温下的稳定时间延长10倍以上,粉体颗粒会在泡沫表面形成一层致密壳层,增强泡沫的隔热阻燃性能,石墨粉的存在使壳层更加致密且增强了泡沫的流动性,但会对泡沫的发泡性能产生较大的影响,当空心玻璃微珠和石墨粉的添加质量比为5∶2时,整体效果较好。