含钾盐干水灭火剂的制备及灭火机理研究
1. 引言
1.1 背景
1.1.1 火灾的危害
- 火灾不仅危及人们的生命安全，还可能破坏环境并造成巨大的财产损失。
- 配备合适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 现有灭火剂的局限性
- 哈龙灭火剂虽高效，但其卤素成分对臭氧层造成破坏。
- 干粉灭火剂和细水雾灭火剂虽价格低廉且高效，但存在一些问题，如干粉的粉尘危险和细水雾对阴燃火的扑灭效果不佳。
- 科学家们一直在探索高效环保的灭火剂。
1.2 干水及研究现状
1.2.1 干水的定义
- 干水是一种由疏水性SiO2和水溶液组成的材料，具有外部SiO2阻断火源和内部水溶液蒸发吸热的双重抑制作用。
1.2.2 干水的研究进展
- 陈先锋课题组制备了海藻酸钙凝胶干水和SiO2凝胶干水，提升了干水的流动性、耐压性、保水性和稳定性。
- Wang Yang的研究发现0.6至0.7 MPa的灭火效率最佳。
- 孔令东在干水中加入磷酸二氢铵，提高了抑制效果，但磷酸二氢铵分解产生的氨气对环境和人类有害。
1.3 干水的制备方法
1.3.1 制备原理
- 干水通过疏水性二氧化硅包覆液体制成，类似于油包水型乳状液。
1.3.2 制备方法
- 振动粉砕法：高速摇动和震荡制备干水。
- 搅拌反应法：在搅拌装置中通过插入混合液中的刀头搅拌制得干水。
- 液滴雾化法：使液体通过雾化器雾化成细微液滴分布在密闭空间中，然后布满疏水性二氧化硅粉末。
1.4 干水的制备机理
1.4.1 界面膜理论
- 固体粒子在水汽界面形成稳定的膜，阻止颗粒聚结。
1.4.2 接触角理论
- 接触角是衡量固体小颗粒是否容易润湿的度量，接触角接近90°时乳液最稳定。
1.4.3 粘附能理论
- 粘附能和表面张力解释干水的形成机理，疏水性粉末粘附在水滴外面形成干水。
1.4.4 润湿能理论
- 供给系统的能量将液体剪切成液滴，但未超出润湿能，固体粒子粘附在液滴表面形成干水。
1.5 干水的改性
1.5.1 改性的目的
- 改变干水的粒径分布、灭火效果、抗压强度等。
1.5.2 改性方法
- 包覆改性法、机械改性法、表面结构改性法等。
1.5.3 本研究的改性方法
- 在制备干水的液体中加入钾盐化合物，改变干水的化学性质。
2. 干水灭火剂的基本性能及制备
2.1 干水的性质
2.1.1 高吸水性
- 干水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。
2.1.2 低温效应
- 干水释放出的冷却效果有助于进一步控制火势，特别是对高温火源。
2.1.3 轻便性和操作简便性
- 干水以粉末或细小颗粒形式存在，方便运输和储存，操作简便。
2.1.4 环保性
- 干水的成分通常是无毒无害的，不会对环境造成负面影响。
2.1.5 稳定性
- 干水在干燥的环境中可以长时间保存而不会失去效力。
2.2 干水灭火剂的制备
2.2.1 实验材料和仪器
- 氯化钾、乙酸钾、磷酸二氢钾、疏水性SiO2、去离子水等。
2.2.2 制备方法
- 将去离子水和SiO2按质量比10：1的比例在高速搅拌机搅拌得到干水。
- 在去离子水中加入乙酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾，配制成5%浓度的溶液，与SiO2按质量比10：1的比例搅拌得到改性干水。
2.2.3 表征方法
- 使用扫描电子显微镜、激光粒度仪、休止角测试仪、差示扫描量热仪等对干水进行表征。
2.3 灭火实验
2.3.1 实验装置
- 灭火平台配备温度收集装置、录像仪、热像仪、铠装热电偶等。
2.3.2 实验步骤
- 使用油盘引燃木垛火，分别用纯水干水、乙酸钾干水、氯化钾干水、磷酸二氢钾干水进行灭火实验。
- 记录火焰燃烧和扑灭的过程，收集温度变化数据。
3. 结果与讨论
3.1 形貌表征
3.1.1 形貌与表征分析
- 磷酸二氢钾干水出现堆叠现象，粒度较大同时流动性不佳。
3.1.2 小结
- 磷酸二氢钾溶液表面张力较小，疏水性二氧化硅对溶液的包覆效果不佳。
3.2 热稳定性能
3.2.1 热稳定性能分析
- 纯水干水吸热焓最大，乙酸钾干水存在多段吸热焓。
3.2.2 小结
- 粒径越小活化能越小，灭火效率越好。
4. 干水材料对木垛火和油料火灭火实验及机理分析
4.1 不同钾盐扑灭A类火
4.1.1 扑灭A类火实验
- 使用不同钾盐干水进行A类火实验。
4.1.2 扑灭A类火实验现象分析
- 观察火焰燃烧和扑灭的过程，分析灭火效果。
4.1.2A类火实验小结
- 分析不同钾盐干水对A类火的灭火效果。
4.2 不同钾盐扑灭B类火
4.2.1 不同钾盐扑灭B类火实验
- 使用不同钾盐干水进行B类火实验。
4.2.2 扑灭B类火实验现象分析
- 观察火焰燃烧和扑灭的过程，分析灭火效果。
4.2.2B类火实验小结
- 分析不同钾盐干水对B类火的灭火效果。
4.3 灭火机理分析
- 分析不同钾盐干水灭火的机理，如外部二氧化硅隔绝氧气，内部溶液蒸发吸热、乙酸钾分解吸热、乙酸钾分解产生氢氧化钾与火焰自由基发生反应等。
5. 结论与展望
5.1 结论
- 乙酸钾干水灭火效果最佳，具有多重灭火机制。
- 乙酸钾干水有望成为一种高效环保灭火剂。
5.2 展望
- 进一步研究乙酸钾干水的灭火机理和实际应用。
- 探索其他高效环保的灭火剂。
