本发明涉及一种高效绿色环保型灭火剂的制备方法。
背景技术：
火灾一直是人类的大敌。从古至今，不论是自然火灾还是事故火灾，一方面造成了大量的自然资源和财产损失，另一方面，人类本身也深受其害。当前，世界上广泛使用的各类灭火剂产品在使用条件、适用范围、环境保护和灭火性能等方面都或多或少有着不足之处，而且对于火灾所造成的烟气的抑制作用非常有限。哈龙灭火剂是其中最为典型的代表。
哈龙灭火剂具有灭火效率较高、用量少、空间淹没性和化学稳定性较好，不导电、腐蚀性和毒性较小等特点，可用于扑救多种火灾，但由于其不易分解，且严重消耗大气中的臭氧，对人类健康和生态环境造成巨大的威胁。现在常见的哈龙系列灭火剂的替代品有七氟丙烷气体灭火剂、二氧化碳灭火剂、高压储罐式、低压多组分、低压泵站式细水雾灭火系统、k、s型热气溶胶灭火装置，再就是超细干粉灭火剂，前面几种灭火剂作为哈龙替代品虽然得到了较快的发展，但目前市场上广泛使用的固体类灭火剂仍是干粉类灭火剂。干粉灭火剂由一种或多种具有灭火能力的细微无机粉末组成，其灭火机理为：灭火剂覆盖在可燃物表面，阻隔了可燃物与空气中的氧气接触，从而使燃烧无法维持而熄灭。但是，常见干粉灭火剂也有其不可避免的缺点，比如熔点较低，易受潮，颗粒尺寸受限，生产成本高，对液体火灾作用很小等。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种灭火效率高且绿色环保的灭火剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效绿色环保型灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取4-6重量份的二水合磷酸二氢钠、1.5-3重量份的碳酸氢铵、2-3重量份的碳酸钠混合后加入玛瑙研钵中，研磨1-2h后过筛，控制粒度在200-300目之间，得到第一混合物；
（2）在第一混合物中加入0.5-1.5重量份的白炭黑，充分混合后继续研磨1-2h，然后过筛，控制粒度在300-400目之间得到第二混合物；
（3）向第二混合物中加入二甲基硅油，添加量为每一重量份第二混合物中添加0.05-0.1ml二甲基硅油，然后搅拌均匀，形成第三混合物；
（4）将第三混合物放入电恒温数显鼓风干燥箱中，设定温度100-105℃，保温2-3个小时后取出即可。
作为优选的，所述的白炭黑采用的是微米或纳米级二氧化硅。
为简单说明问题起见，以下对本发明所述的一种高效绿色环保型灭火剂的制备方法均简称为本方法。
本方法所用白炭黑为微米或纳米级二氧化硅，结构为多孔性无定型态，呈白色粉末状，单个颗粒粒径很小，堆积密度很低，这个特性赋予了试样优秀的空间填充性。白炭黑具有优良的耐高温性、电绝缘性、耐油性、化学稳定性和环境友好性，本身无味、无嗅、无毒，不能燃烧，可以归土还田。白炭黑作为一种环保、性能优异的材料，在本方法中承担着主要作用，因为它的超高比表面积具有极高吸附力，能显著提高最终产品的悬浮率，使灭火剂产品在应对液体火灾时能悬浮在液体表面且保持持久效力，易于悬浮形成隔绝氧气的薄膜，有良好的隔氧性、耐高温性质和化学稳定性。同时，由于其超细的粒径和超轻的单颗粒重量，能有效提高灭火剂粉体颗粒之间的自由流动性，使灭火剂产品不易结块，且具有一定的粘附性。
本方法采用的磷酸二氢钠为每个分子含两个结晶水的分析纯试剂，其密度为1.949g/cm3，熔点为60℃。非常容易溶于水，不溶于醇，在潮湿空气中易结块，100℃时会脱去结晶水成无水物，而且随着温度升高，会发生多种反应。水溶液呈酸性。
本方法所用碳酸氢铵是一种白色化合物，呈柱状结晶，有氨臭。与酸作用会生成二氧化碳和水。而磷酸二氢钠水溶液呈酸性，本试验正是利用了这一性质，在高温状态下两者相互反应，产生对灭火有益的二氧化碳和水，对灭火起重要作用，而且由于这个反应吸热，所以不仅能够抑制火灾，还能降低火场的温度。
本方法所用的碳酸钠主要作为一种粉碎助剂，帮助在研磨过程中使原料可以被研磨得更加彻底，最终得到的试样粒径更小更均匀，而且其分解产物吸热，产生的二氧化碳也有助于灭火。
本方法所用的二甲基硅油，是一种疏水类的有机硅物料，一般状态下是一种无色透明粘稠液体，本身无味、无嗅、无毒。具有优异的憎水防潮性、良好的透光性、化学稳定性。广泛用于绝缘、耐热材料，也用作防湿填充剂和表面处理剂。本方法正是利用其优异的憎水防潮性、化学稳定性和耐热性，作为一种表面处理剂，一定的温度下，二甲基硅油在灭火剂粉体颗粒表面形成一层薄膜，从而使灭火剂具有良好的隔氧性、疏水性、耐热性和化学稳定性。
综上，根据本方法所制备的灭火剂不仅灭火效率高，而且与普通灭火剂相比，还具有耐高温、憎水防潮、抗结块的特性，绿色环保且生产成本较低，势必具有很好的市场环境和发展前景，肯定能够产生相当可观的经济效益和环境效益。
附图说明
图1是本方法所制得的灭火剂的差热曲线。
图2是本方法所制得的灭火剂的热重曲线。
图3是本方法实施例二所制得的灭火剂的粒径分布曲线。
图4是本方法实施例二所制得的灭火剂的x射线衍射图谱。
具体实施方式
实施例一：
一种高效绿色环保型灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取4g的二水合磷酸二氢钠、1.5g的碳酸氢铵、2g的碳酸钠混合后加入玛瑙研钵中，研磨1h后过筛，控制粒度在200-250目之间，得到第一混合物；
（2）在第一混合物中加入0.5g的微米或纳米级二氧化硅，充分混合后继续研磨1h，然后过筛，控制粒度在300-350目之间得到第二混合物；
（3）向第二混合物中加入二甲基硅油，添加量为每1g第二混合物中添加0.05ml二甲基硅油，然后搅拌均匀，形成第三混合物；
（4）将第三混合物放入电恒温数显鼓风干燥箱中，设定温度100℃，保温2个小时后取出即可。
实施例二：
一种高效绿色环保型灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取5g的二水合磷酸二氢钠、2.25g的碳酸氢铵、2.5g的碳酸钠混合后加入玛瑙研钵中，研磨1.5h后过筛，控制粒度在230-270目之间，得到第一混合物；
（2）在第一混合物中加入1g的微米或纳米级二氧化硅，充分混合后继续研磨1.5h，然后过筛，控制粒度在330-370目之间得到第二混合物；
（3）向第二混合物中加入二甲基硅油，添加量为每1g第二混合物中添加0.075ml二甲基硅油，然后搅拌均匀，形成第三混合物；
（4）将第三混合物放入电恒温数显鼓风干燥箱中，设定温度102.5℃，保温2.5个小时后取出即可。
实施例三：
一种高效绿色环保型灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取6g的二水合磷酸二氢钠、3g的碳酸氢铵、3g的碳酸钠混合后加入玛瑙研钵中，研磨2h后过筛，控制粒度在250-300目之间，得到第一混合物；
（2）在第一混合物中加入1.5g的微米或纳米级二氧化硅，充分混合后继续研磨2h，然后过筛，控制粒度在350-400目之间得到第二混合物；
（3）向第二混合物中加入二甲基硅油，添加量为每1g第二混合物中添加0.1ml二甲基硅油，然后搅拌均匀，形成第三混合物；
（4）将第三混合物放入电恒温数显鼓风干燥箱中，设定温度105℃，保温3个小时后取出即可。
性能测试：
以下灭火剂性能测试均采用上述实施例二所制备的样品。
实验器材：
ar-1140型电子分析天平：上海梅特勒-托利多仪器有限公司。
gzx-9076-mbe型电恒温数显鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司。
bettersize-2000型激光粒度分布仪:丹东百特仪器有限公司。
xd-3型x射线粉末衍射仪：北京普析仪器有限公司。
jj-1型电动搅拌器：江苏省金坛市金城国胜试验仪器厂。
1、水溶性测试：
灭火剂能否溶于水是其环保性能的一大体现。干粉类灭火剂在使用之后会有大量粉末残留，若是不能溶解，则会对环境造成不良影响。因此，干粉灭火剂应具备漂浮在常见易燃液体表面和短时间内不易溶解的性质，长时间后能溶解。在水溶性测试中，分别用了生活中常见的三种液体作为测试对象，分别是水、乙醇和食用油。准备3个100ml的烧杯，分别加入60ml的蒸馏水、乙醇和食用油。称取5g的样品粉末，均匀喷洒到三种液体表面，开始计时并观察记录粉末在三种液体面上的漂浮状况和搅拌沉入液体后溶解所需的时间，测试结果如表1所示。
表1：
在白炭黑的硅油共同作用下，可以看出，若是不搅拌，灭火剂在三种液体上都能一直漂浮，有利于形成隔氧灭火薄膜。搅拌之后，灭火剂进入液体中，在水中和乙醇中，灭火剂沉到液体底部，但并未见明显溶解。3h后，发现水和乙醇开始变得浑浊，即灭火剂开始溶解。6h时，灭火剂基本溶解完全，液体中可见少量残留，经收集检测发现为二氧化硅，即白炭黑。而在食用油中，一直未见明显溶解，灭火剂大部分随机分散在食用油中。综合来看，试样粉末水溶性良好，灭火初期并不会马上溶解进液体中，形成隔绝氧气的薄膜，能有效发挥灭火作用；长时间后，易于溶解，不会造成大量残留影响环境。
2、灭火剂的热失重和差热分析：
差热、热重测试：用小坩埚称取10mg左右的样品，通过热重分析仪作对比分析，得到灭火剂样品的差热和热重曲线，然后根据热重、差热曲线分析得到灭火剂样品在高温下的热失重和热分解吸放热情况。
评判一种灭火剂灭火性能的一个重要指标就是热分解和吸放热情况，通过对本方法所制得的灭火剂试样的热重分析测试，得到了试样的热重、差热曲线。如图1、图2所示，可以看到试样的热重曲线图在170℃时有了第一个滑坡，此时碳酸氢铵开始分解，与此同时，从差热曲线上可以看到，有一个很明显的吸热峰，表明试样在分解时是吸收外界热量的。在310℃时热重曲线又出现了一个滑坡，此时磷酸二氢钠分解，同时差热曲线也出现了吸热峰。500℃以后，由于白炭黑的耐高温性质，试样热重曲线保持平稳，说明试样不再分解，耐高温性质良好。
可以得出一下论断：在火灾现场，灭火剂试样在高温作用下开始多段分解，产生抑制火灾的二氧化碳气体和水蒸气，同时吸收火场热量，降低火场温度，且温度达到500℃以上时，试样中的二氧化硅微纳颗粒不再分解，能有效用于高温灭火剂。所以，通过差热、热重分析，本方法所制得的灭火剂试样能高效用于高温和油电灭火需求。
3、灭火剂试样的粒径分布：
称取一定量的灭火剂粉末式样，利用激光粒度测试仪对其进行粒度分析。稍微要注意的是，由于式样表面包裹着一层薄薄的硅油膜，具有一定的疏水性，因此，在加入式样的过程中需用玻璃板不断地搅拌，加速粉末式样进入水体中，完成粒度分析测试。根据测试结果，可得到粉末式样的粒度分布情况。
通过激光粒度测试仪测试出本试验所研制的灭火剂粉末试样粒度分布如图3所示，图3横坐标为粒径大小，纵坐标为不同粒径所对应的百分比含量。众所周知，化学灭火剂的颗粒尺寸与灭火效能是成反比关系的，从图3中，我们可以清楚地看到试样粒径97.36%都处于39.23μm以下，颗粒粒径微小，比表面积大，粉末颗粒与火焰的接触面积就很大，粉末对火焰热量的吸收能力也会很大，配合纳米白炭黑的作用，颗粒质量小，活性大，经加压喷射，可在保护空间形成均匀分布相对稳定的气溶胶薄膜，隔绝氧气，因此，总体灭火效能比普通灭火剂高很多。
4、灭火剂粉末试样的x射线衍射图谱：
用药勺挑取适量样品加入药品槽中，压片严实后，准确放在x射线粉末衍射仪的载样台上，关好门，在电脑上启动分析程序，设定分析参数后，即可开始进行自动扫描测试，扫描结束得到数据，处理后可得到试样衍射图谱，根据衍射图谱与标准卡片比较分析试样的组成。
参见图4，x轴为衍射角；y轴为峰强度，本方法说制备的灭火剂试样中二氧化硅的xrd衍射图谱。根据pdf标准卡片对比、分析发现：经过在jade中把基线处理好后，试样在（-110）晶面（18.29°）和（010）晶面（22.10°）处出现了二氧化硅特征衍射峰，且两个峰都很尖锐，说明微纳米级二氧化硅在灭火剂试样中结晶程度较高。
5、末试样灭火性能测试
测试灭火对象为木柴和酒精，取等量的木柴和酒精加入不锈钢盆中，在相同条件下，点燃可燃物且稳定燃烧后，用普通干粉灭火剂和本方法所制备的灭火剂配制相同的浓度（300g/l）用同一种喷枪进行灭火性能测试。测试结果如下表2所示。
表2：
本方法所制备的灭火剂通过与普通灭火剂的灭火效果进行对比，可以清楚地看到，本方法所制备的灭火剂的灭火时间和灭火剂用量有远远比普通灭火剂少，而且因为白炭黑的耐高温、比表面能大、纳米吸附成膜作用强，对火灾烟气的抑制和隔氧作用更明显，所以本方法所制备的灭火剂的灭火性能要远远高于普通灭火剂。