含钾盐干水灭火剂的制备及灭火机理研究

1. 含钾盐干水灭火剂概述

1.1 干水灭火剂的背景与意义

1.1.1 火灾的危害性

• 火灾是一种极具破坏性的灾害，它不仅危害人们生命还会破坏环境同时造成巨大财产损失。
• 配备适合而且高效的灭火剂是预防火灾、保护生命和财产安全的必要措施。

1.1.2 干水灭火剂的优势

• 干水灭火剂因其高吸水性，能迅速吸收并在其内部保存的水分，形成类似水凝胶的状态。
• 干水灭火剂具有双重作用：物理降温和化学抑制，能显著减缓火焰的蔓延速度，并降低火灾现场的温度。
• 干水灭火剂轻便性和操作简便性，方便携带和使用，大大增强了灭火操作的灵活性和响应速度。
• 干水灭火剂的成分通常是无毒无害的，不会对环境造成负面影响，保护了土壤和地下水，确保了现场人员的健康安全。

1.2 含钾盐干水灭火剂的研究现状

1.2.1 干水灭火剂的制备方法

• 干水的制备方法有振动粉砕法、搅拌反应法和液滴雾化法。
• 振动粉砕法适合于大规模制备干水，而搅拌反应法则适合于在实验室中制备用于实验分析的干水。
• 液滴雾化法对于雾化器雾化的水滴粒径要求较高，在多种方法的综合优缺点比较下，本文中采用的为搅拌反应法。

1.2.2 干水灭火剂的灭火机理

• 干水灭火剂的灭火机理包括：外部SiO2隔绝氧气，内部溶液蒸发吸热，以及SiO2与火焰自由基发生反应。
• 干水灭火剂的双重作用：物理降温和化学抑制，能显著减缓火焰的蔓延速度，并降低火灾现场的温度。

2. 含钾盐干水灭火剂的制备

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 实验试剂

• 氯化钾、乙酸钾、磷酸二氢钾、疏水性SiO2、去离子水。

2.1.2 制备方法

• 将去离子水和SiO2按质量比10：1的比例在5000r/min的高速搅拌机搅拌1min得到干水。
• 在去离子水中分别加入一定量的乙酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾，配制成5%浓度的溶液。
• 将溶液和SiO2按质量比10：1的比例在5000r/min的高速球搅拌机搅拌1min得到改性干水。

2.2 干水灭火剂的表征分析

2.2.1 形貌表征

• 使用捷克TESCAN立式扫描式电子显微镜对四组干水的形貌进行观察。
• 通过观察可以发现磷酸二氢钾干水出现堆叠现象，粒度较大同时流动性不佳。

2.2.2 粒度测试

• 使用英国马尔文公司生产的MS2000激光粒度仪对四组干水粒度进行测试。
• 测试结果为后续的灭火实验结果及粒度对灭火效果的影响分析做准备。

2.2.3 流动性测试

• 采用休止角法对干水的流动性进行测试。
• 通过测定的休止角评估制备的四种干水的粉体流动性。

2.2.4 保湿性能测试

• 在烘箱中对四组干水进行保湿性能测试。
• 测试结果可以测定在疏水性二氧化硅和溶液比例为1:10的比例中干水的保湿型以及不同钾盐添加物对于干水保湿性的影响。

2.2.5 热分析

• 采用瑞士梅特勒托利多公司生产的DSC对四组干水测试。
• 测量四种不同干水在加热和冷却过程中的相变行为，发现这四种干水的热力学性质。

3. 含钾盐干水灭火剂的灭火性能测试

3.1 木垛火灭火实验

3.1.1 实验设置

• 木垛采用规格为2cm2cm20cm的松木按4*5堆积。
• 木垛底部的油盘用于引燃木垛火。
• 铠装热电偶每隔10cm依次放置，从下至上依次为TC1、TC2、TC3、TC4、TC5。
• 录像仪用于记录火焰燃烧和扑灭的过程。
• 热像仪用于记录火焰发出的红外能量。

3.1.2 实验结果与分析

• 纯水干水对燃烧的木垛进行灭火工作，温度收集装置记录木垛燃烧时且纯水干水灭火剂未使用时及在使用灭火剂的时候木垛火焰温度变化规律。
• 录像仪记录火焰从点燃到扑灭过程中火焰的变化。
• 热像仪利用红外成像技术把木垛燃烧时候产生的热量转化为可见光图像，从而对木垛火燃烧及采用干水灭火剂进行灭火时火焰的热量变化。
• 五个铠装热电偶基于热电效应较为准确的测量温度变化，依据收集的木垛火及灭火温度变化绘制温度变化曲线。

3.2 正庚烷火灭火实验

3.2.1 实验设置

• 正庚烷火实验与木垛火实验类似，同样采用铠装热电偶、录像仪、热像仪等设备进行实验。

3.2.2 实验结果与分析

• 正庚烷火实验结果与木垛火实验结果类似，干水灭火剂能显著减缓火焰的蔓延速度，并降低火灾现场的温度。
• 纯水干水、氯化钾干水、乙酸钾干水、磷酸二氢钾干水这四种干水对正庚烷火均有较好的灭火效果。
• 不同干水对正庚烷火的灭火效果存在差异，其中乙酸钾干水的灭火效果最佳。

4. 含钾盐干水灭火剂的灭火机理探讨

4.1 外部SiO2隔绝氧气

• 干水灭火剂中的SiO2可以隔绝氧气，减缓火焰的蔓延速度。
• 实验结果显示，乙酸钾干水、氯化钾干水、磷酸二氢钾干水均能显著减缓火焰的蔓延速度，并降低火灾现场的温度。

4.2 内部溶液蒸发吸热

• 干水灭火剂中的水分在燃烧过程中蒸发吸热，降低火焰的温度。
• 实验结果显示，不同干水对正庚烷火的灭火效果存在差异，其中乙酸钾干水的灭火效果最佳。

4.3 钾盐分解吸热

• 干水中的钾盐在燃烧过程中分解吸热，降低火焰的温度。
• 实验结果显示，不同干水对正庚烷火的灭火效果存在差异，其中乙酸钾干水的灭火效果最佳。

4.4 钾盐分解产生氢氧化钾与火焰自由基发生反应

• 干水中的钾盐在燃烧过程中分解产生氢氧化钾，与火焰自由基发生反应，抑制火焰的燃烧。
• 实验结果显示，不同干水对正庚烷火的灭火效果存在差异，其中乙酸钾干水的灭火效果最佳。

5. 结论与展望

5.1 结论

• 含钾盐干水灭火剂是一种高效环保的灭火剂，具有较好的灭火效果。
• 乙酸钾干水对正庚烷火的灭火效果最佳，有望成为一种高效环保灭火剂。

5.2 展望

• 进一步研究含钾盐干水灭火剂的灭火机理，提高其灭火效果。
• 探索其他类型的干水灭火剂，扩大干水灭火剂的应用范围。
• 研究干水灭火剂在实际火灾中的应用效果，提高其在火灾扑救中的实用性。