一种抑制甲烷爆炸的抑爆材料的制备方法及产品与流程

文档序号:15578862发布日期:2018-09-29 06:18
本发明属于抑爆材料
技术领域
,具体涉及一种抑制甲烷爆炸的抑爆材料的制备方法及产品。
背景技术
:煤炭是我国重要的基础资源,在未来相当长的时期内,以煤为主的能源供应和消费格局难以改变。瓦斯是煤成藏过程中的伴生产物,以甲烷为主,因为甲烷遇火源时存在燃烧和爆炸的可能性,所以瓦斯爆炸灾害成为制约煤炭安全开采的主要灾害之一。瓦斯爆炸不仅造成大量人员伤亡,而且还会摧毁井巷设施、中断生产,有时还会引起粉尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌等二次伤害。因此,控制瓦斯爆炸事故一直是各产煤国煤矿安全的主攻方向之一。传统的哈龙灭火剂在大气中受到太阳光辐射后,分解出氯、溴的自由基严重破坏臭氧层;目前学者研究的超细水雾灭火系统,虽然有了一定的进展,但仍有不足,主要考虑存在两方面问题:能否将水雾发散到足够广的空间;能否产生足够小且速度快的水微粒。因此,急需一种绿色环保、抑爆效果优异的抑爆材料。技术实现要素:有鉴于此,本发明的目的之一在于提供一种抑制甲烷爆炸的抑爆材料的制备方法;目的之二在于提供一种抑制甲烷爆炸的抑爆材料。为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:1、一种抑制甲烷爆炸的抑爆材料的制备方法,所述方法包括如下步骤:(1)将凹凸棒土干燥后过140-200目筛,取筛下物配制凹凸棒土悬浮液,将所述凹凸棒土悬浮液离心除渣后取上层固体,将所述上层固体干燥后研磨成粉,获得提纯后的凹凸棒土;(2)将步骤(1)中获得的提纯后的凹凸棒土加入水中后再加入浓度为4-6mol/L的盐酸溶液,在65-85℃下搅拌1-2h,制得金属盐溶液,所述提纯后的凹凸棒土和盐酸溶液的质量体积比为1:5-6,所述质量体积比单位为g:mL;(3)待步骤(2)中制得的金属盐溶液冷却至室温后滴加氨水至所述金属盐溶液的pH值为7.6-8,形成凝胶沉淀,再加入无水乙醇,在40-50℃下搅拌0.5-1h,静止放置至所述凝胶沉淀完全析出;(4)以水对步骤(3)中获得的凝胶沉淀进行洗涤并同时进行抽滤处理,然后将所述凝胶沉淀干燥后研磨成粉,制得改性后的凹凸棒土;(5)将步骤(4)中制备的改性后的凹凸棒土加入无水乙醇中,制得改性后的凹凸棒土分散液,然后将NaHCO3溶液加入所述改性后的凹凸棒土分散液中混匀得混合液,将所述混合液静置1-3h后过滤,将滤渣干燥后研磨成粉,制得抑制甲烷爆炸的抑爆材料;所述混合液中改性后的凹凸棒土和NaHCO3的质量比为3-4:5。优选地,步骤(1)中,所述凹凸棒土干燥具体为:将凹凸棒土在60-70℃,红外光条件下干燥8-12h,且按12次/min翻动所述凹凸棒土。优选地,步骤(1)中,所述离心的速度为1300-1500r/min,时间为10-15min。优选地,步骤(1)中,所述上层固体干燥具体为:在65-85℃下干燥8-12h;所述研磨的时间为2-3h。优选地,步骤(3)中,所述无水乙醇的加入量等于步骤(2)中盐酸溶液的加入量。优选地,步骤(4)中,所述干燥具体为:在65-85℃下干燥8-12h,所述研磨的时间为1-2h。优选地,步骤(5)中,所述改性后的凹凸棒土分散液中改性后的凹凸棒土与无水乙醇的质量体积比为3-4:10,所述质量体积比单位为g:mL。优选地,步骤(5)中,所述NaHCO3溶液中NaHCO3与水的质量体积比为1:10,所述质量体积比单位为g:mL。优选地,步骤(5)中,所述干燥具体为:在60-70℃下干燥10-12h,所述研磨的时间为1-2h。2、由所述的方法制备的抑制甲烷爆炸的抑爆材料。本发明的有益效果在于:本发明提供了一种抑制甲烷爆炸的抑爆材料的制备方法及产品,该方法将NaHCO3微粒负载到改性后的凹凸棒土上,一方面提高了抑爆材料在高温环境中的热分解吸热量,另一方面提高了该材料的比表面积和在爆炸空间的分散度。其中,改性后的凹凸棒土继承了原凹凸棒土较好的长径比和丰富的内孔道及不燃等优点,这种多孔隙的结构,使其具有较大的比表面积和较高的表面能,在抑爆过程中不仅能够有效吸附爆炸中产生的活性自由基,减少活性自由基浓度,降低链锁反应活性,迫使反应链终止,还能够吸收有毒挥发成分,达到绿色环保的要求;另外,改性后的凹凸棒土中化学组分发生很大变化,原有成分中铝、镁等碱金属离子被除去,镁、铝等金属氧化物变为金属氢氧化物,在高温环境中,金属氢氧化物会热解出水并吸收大量的能量,使最终制备的抑爆材料具有较高的热分解吸热量,在瓦斯爆炸过程中能够有效降低爆炸系统的温度。由该方法制备的抑爆材料还能够处理二级爆炸,因为爆炸波冲击力可以再次将沉落的粉体扬起,对二次爆炸火焰起抑制作用。该抑爆材料制备方法简单易操作,且成本低,适合工业化生产。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:图1为实施例2中制备的抑爆材料的扫描电镜图;图2为实施例2中制备的抑爆材料在甲烷爆炸过程中压力变化曲线图。具体实施方式下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例1制备抑制甲烷爆炸的抑爆材料(1)将凹凸棒土在60℃,红外光条件下干燥12h,期间按12次/min翻动凹凸棒土,然后过140目筛,取筛下物配制凹凸棒土悬浮液,将凹凸棒土悬浮液按1300r/min的速度离心15min除渣后取上层固体,将上层固体在65℃下干燥12h后研磨成粉,研磨的时间为3h,获得提纯后的凹凸棒土;(2)将20g步骤(1)中获得的提纯后的凹凸棒土加入蒸馏水中后再加入104mL浓度为6mol/L的盐酸溶液,在85℃下搅拌2h,制得金属盐溶液;(3)待步骤(2)中制得的金属盐溶液冷却至室温后滴加氨水至所述金属盐溶液的pH值为7.6,形成凝胶沉淀,再加入与步骤(2)中盐酸溶液等体积的无水乙醇,在50℃下搅拌0.5h,静止放置至所述凝胶沉淀完全析出;(4)以蒸馏水对步骤(3)中获得的凝胶沉淀进行洗涤并同时进行抽滤处理,然后将凝胶沉淀在65℃下干燥12h后研磨成粉,研磨的时间为1h,制得改性后的凹凸棒土;(5)将12g步骤(4)中制备的改性后的凹凸棒土加入40mL无水乙醇中超声分散30min,制得改性后的凹凸棒土分散液,然后将20gNaHCO3粉体加入200mL蒸馏水中超声分散30min,制得NaHCO3溶液,将该NaHCO3溶液加入所述改性后的凹凸棒土分散液中混匀得混合液,将该混合液静置1h后过滤,将滤渣在65℃下干燥11h后研磨成粉,研磨的时间为1.5h,制得抑制甲烷爆炸的抑爆材料。实施例2制备抑制甲烷爆炸的抑爆材料(1)将凹凸棒土在65℃,红外光条件下干燥10h,期间按12次/min翻动凹凸棒土,然后过170目筛,取筛下物配制凹凸棒土悬浮液,将凹凸棒土悬浮液按1400r/min的速度离心12min除渣后取上层固体,将上层固体在70℃下干燥10h后研磨成粉,研磨的时间为2.5h,获得提纯后的凹凸棒土;(2)将20g步骤(1)中获得的提纯后的凹凸棒土加入蒸馏水中后再加入100mL浓度为5mol/L的盐酸溶液,在65℃下搅拌1h,制得金属盐溶液;(3)待步骤(2)中制得的金属盐溶液冷却至室温后滴加氨水至所述金属盐溶液的pH值为8,形成凝胶沉淀,再加入与步骤(2)中盐酸溶液等体积的无水乙醇,在40℃下搅拌1h,静止放置至所述凝胶沉淀完全析出;(4)以蒸馏水对步骤(3)中获得的凝胶沉淀进行洗涤并同时进行抽滤处理,然后将凝胶沉淀在70℃下干燥10h后研磨成粉,研磨的时间为1.5h,制得改性后的凹凸棒土;(5)将15g步骤(4)中制备的改性后的凹凸棒土加入40mL无水乙醇中超声分散30min,制得改性后的凹凸棒土分散液,然后将20gNaHCO3粉体加入200mL蒸馏水中超声分散30min,制得NaHCO3溶液,将该NaHCO3溶液加入所述改性后的凹凸棒土分散液中混匀得混合液,将该混合液静置3h后过滤,将滤渣在70℃下干燥10h后研磨成粉,研磨的时间为1h,制得抑制甲烷爆炸的抑爆材料。通过扫描电镜对实施例2中制备的抑爆材料进行扫描,结果如图1所示,由图1可知,所合成的抑爆材料呈微棒状,粒径大小为20μm,除此之外,在较大凹凸棒土颗粒表面附着小晶体,粒径大约为1μm,推测为附着在凹凸棒土粉体孔道表面的NaHCO3晶体。实施例3制备抑制甲烷爆炸的抑爆材料(1)将凹凸棒土在70℃,红外光条件下干燥8h,期间按12次/min翻动凹凸棒土,然后过200目筛,取筛下物配制凹凸棒土悬浮液,将凹凸棒土悬浮液按1500r/min的速度离心10min除渣后取上层固体,将上层固体在85℃下干燥8h后研磨成粉,研磨的时间为2h,获得提纯后的凹凸棒土;(2)将20g步骤(1)中获得的提纯后的凹凸棒土加入蒸馏水中后再加入120mL浓度为4mol/L的盐酸溶液,在70℃下搅拌1.5h,制得金属盐溶液;(3)待步骤(2)中制得的金属盐溶液冷却至室温后滴加氨水至所述金属盐溶液的pH值为7.8,形成凝胶沉淀,再加入与步骤(2)中盐酸溶液等体积的无水乙醇,在45℃下搅拌1h,静止放置至所述凝胶沉淀完全析出;(4)以蒸馏水对步骤(3)中获得的凝胶沉淀进行洗涤并同时进行抽滤处理,然后将凝胶沉淀在85℃下干燥8h后研磨成粉,研磨的时间为2h,制得改性后的凹凸棒土;(5)将16g步骤(4)中制备的改性后的凹凸棒土加入40mL无水乙醇中超声分散30min,制得改性后的凹凸棒土分散液,然后将20gNaHCO3粉体加入200mL蒸馏水中超声分散30min,制得NaHCO3溶液,将该NaHCO3溶液加入所述改性后的凹凸棒土分散液中混匀得混合液,将该混合液静置2h后过滤,将滤渣在60℃下干燥12h后研磨成粉,研磨的时间为2h,制得抑制甲烷爆炸的抑爆材料。对比实施例1与实施例1的区别在于,不包含步骤(1)-(4),将步骤(5)中改性后的凹凸棒土替换为普通凹凸棒土。对比实施例2与实施例2的区别在于,不包含步骤(1)-(4),将步骤(5)中改性后的凹凸棒土替换为普通凹凸棒土。对比实施例3与实施例3的区别在于,不包含步骤(1)-(4),将步骤(5)中改性后的凹凸棒土替换为普通凹凸棒土。将实施例1-3和对比实施例1-3制备的抑爆材料置于甲烷浓度为95%的环境中进行抑爆,测试各抑爆材料的爆炸压力值,测试结果见表1。表1实施例1-3和对比实施例1-3制备的抑爆材料的爆炸压力值测试结果实验组对比实施例1对比实施例2对比实施例3实施例1实施例2实施例3爆炸压力值82mbar68mbar73mbar75mbar61mbar70mbar由表1可知,含有等量改性凹凸棒土的抑爆材料对甲烷的抑爆效果明显要高于含有等量普通凹凸棒土的抑爆材料。其中,实施例1中抑爆材料较对比实施例1中抑爆材料,甲烷的爆炸压力值降低7mbar;实施例2中抑爆材料较对比实施例2中抑爆材料,甲烷的爆炸压力值降低7mbar;实施例3中抑爆材料较对比实施例3中抑爆材料,甲烷的爆炸压力值降低3mbar。由此可见,改性后的凹凸棒土对甲烷的抑爆效果更好。其中,实施例2中制备的抑爆材料对甲烷的抑爆效果最好。将实施例1-3中制备的抑爆材料和改性凹凸棒土置于甲烷浓度为95%的环境中进行抑爆,测试各抑爆材料的爆炸压力值,测试结果见表2。由表2可知,单纯的改性凹凸棒土抑爆材料与复合有NaHCO3粉体的改性凹凸棒土相比,复合由NaHCO3粉体的改性凹凸棒土的抑爆材料对甲烷的抑爆效果明显要高于单纯的改性凹凸棒土抑爆材料。其中,实施例1制备的抑爆材料较实施例1中制备的单纯的改性凹凸棒土抑爆材料,甲烷的爆炸压力值降低21mbar;实施例2制备的抑爆材料较实施例2中制备的单纯的改性凹凸棒土抑爆材料,甲烷的爆炸压力值降低25mbar;实施例3制备的抑爆材料较实施例3中制备的单纯的改性凹凸棒土抑爆材料,甲烷的爆炸压力值降低14mbar;由此可见,改性凹凸棒土和NaHCO3粉体的协同作用对甲烷抑爆效果更好。将实施例2中制备的抑爆材料加入到甲烷中进行甲烷爆炸试验,另外以不加实施例2中制备的抑爆材料的甲烷作为甲烷爆炸对照试验组,试验结果如图2所示,由图2可知,添加实施例2中制备的抑爆材料后,甲烷爆炸的第一峰值和第二峰值分别下降1.72kpa和1.6kpa,同时第一峰值的延迟时间为1.6ms,所以实施例2中制备的抑爆材料的加入对甲烷的爆炸强度具有明显的抑爆作用。最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
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