一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法

本发明涉及矸石山防灭火，具体涉及一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法。

背景技术：

1、煤炭一直发挥着不可替代的作用。但在煤炭开采过程中，产生约10-15％的附属矸石，这些矸石大量堆积形成矸石山，现存已经超过了1600多座。这些矸石山在一定条件下会发生自燃，产生大量粉尘、二氧化碳和甲烷等温室气体，加剧了全球的温室效应；还会产生co、so2、h2s等有毒有害气体以及pm2.5、pm10等可吸入固体颗粒物，严重损害了周边居民的身体健康。更为严重的是，降雨后形成酸性水体，同时矸石山中所含的各种重金属，如铅、镉、砷、铬和汞随着降雨渗入土壤，造成严重的水污染和土壤污染。

2、现在针对自燃矸石山的防治主要有注浆灭火、胶体防灭火、泡沫防灭火、表面覆盖技术、注水灭火、局部挖出冷却、注入惰性气体等技术手段。但是由于煤矸石的堆积过程较为随意、堆积形态较为复杂，造成其燃烧火区不规则发展，具有典型的非控性，难以对煤矸石山内部高温自燃区域位置进行精准探测和判定。同时由于火区的不规则分布，造成灭火材料耗量多、难以准确到达火源高温区域等问题，灭火效果不佳。

3、现有反相变凝胶主要应用于医学领域，作用机理是以液体为载体搭载药物到达指定位置后，发生相转变，由液态转化为半固态凝胶的制剂。通过该种凝胶可以提高药物生物利用度、延长药物的滞留时间等。如cn115521603a发明了一种由聚乙二醇双脂肪酸嫁接物和非水溶剂组成的组合物，该组合物遇水即发生相转变形成凝胶。cn112807439a发明了一种可植入原位成型的壳聚糖水凝胶，先用n-异丙基丙烯酰胺nipam和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸amps自由基聚合制备聚阴离子pnam，然后加入到壳聚糖溶液中得到水凝胶。虽然医用反相变凝胶相对成熟，但是还存在基质材料种类很少、基质安全性是否能够得到保障等问题；而对于矸石山防灭火领域，反相变凝胶几乎没有进行研究。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，该方法原料来源广泛、反应条件温和，可降低成本；所制备的水凝胶可通过温度条件来控制反相变水凝胶在煤矸石山内部凝胶位置，从而实现对煤矸石山内部高温区域的精准灭火降温。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)制备生物衍生阻燃剂：

5、(1-1)将3-甲基腺嘌呤溶液滴入去离子水中形成浓度为1％v/v的3-甲基腺嘌呤水溶液，在80-90℃的温度下磁力搅拌30-35min；

6、(1-2)将次氮基三亚甲基膦酸溶液滴入3-甲基腺嘌呤水溶液中，在80-85℃的恒温下搅拌60-70min，得到混合溶液；所述次氮基三亚甲基膦酸与3-甲基腺嘌呤水溶液之间的体积比为1:20；

7、(1-3)将混合溶液倾倒在旋转蒸发仪中，设置80℃的恒温蒸发20-30min，充分蒸发完去离子水后得到白色粉末；将得到的白色粉末用无水乙醇洗涤3-5次，放置在80℃的恒温真空干燥箱中干燥得到生物衍生阻燃剂待用；

8、(2)将羟丙基甲基纤维素粉末加入到去离子水中，搅拌30-40min得到浓度为1-3wt％的羟丙基甲基纤维素溶液；

9、(3)向步骤(2)制备得到的羟丙基甲基纤维素溶液中加入普朗尼克-127粉末，在30-35℃的恒温下磁力搅拌30-35min，以普朗尼克-127的含量来计，得到浓度为8-12wt％的前驱液；

10、(4)向步骤(3)制备得到的前驱液中逐滴滴加甘油，甘油与前驱液之间的体积比为(0.1-0.3)：1，并以恒定速率搅拌均匀后添加步骤(1)制备得到的生物衍生阻燃剂，以生物衍生阻燃剂的含量来计，得到质量浓度为10-15wt％的溶液，再次搅拌均匀后倒入固定模具，在恒温恒湿的培养箱放置20-24h，即制备得到反相变水凝胶。

11、优选的，步骤(1-1)中，所述3-甲基腺嘌呤溶液的浓度是0.1mol/l。

12、优选的，步骤(1-2)中，所述次氮基三亚甲基膦酸溶液的浓度是0.1mol/l。

13、优选的，步骤(1-2)中，所述次氮基三亚甲基膦酸溶液的滴定速率是2s/drop。

14、优选的，步骤(4)中，所述甘油的滴定速率是2s/drop。

15、优选的，步骤(4)中，所述恒温恒湿培养箱的温度为30℃，相对湿度50％。

16、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

17、(1)本发明所制备的反相变水凝胶在低温下为溶胶态，流动性强粘度小，便于灌注和流动；在超过临界温度后，即在高温区域能够迅速凝胶化，水凝胶由溶胶态快速转变为凝胶态，封堵漏风通道，减少封堵灭火时间，阻断氧气供应并释水降温，同时，释放出生物衍生阻燃剂附着在矸石上面，达到精准防灭火的效果。

18、(2)本发明所制备的反相变水凝胶通过温度条件来控制反相变水凝胶在煤矸石山内部的凝胶位置，实现对煤矸石山内部高温区域的精准灭火降温；

19、(3)本发明使用的原料来源广泛，成本较低，环境友好，具有良好的生物相容性；反应条件温和，大批量生产比较容易。

技术特征：

1.一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1-1)中，所述3-甲基腺嘌呤溶液的浓度是0.1mol/l。

3.根据权利要求1或2所述一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1-2)中，所述次氮基三亚甲基膦酸溶液的浓度是0.1mol/l。

4.根据权利要求1或2所述一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1-2)中，所述次氮基三亚甲基膦酸溶液的滴定速率是2s/drop。

5.根据权利要求1或2所述一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述甘油的滴定速率是2s/drop。

6.根据权利要求1或2所述一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述恒温恒湿培养箱的温度为30℃，相对湿度50％。

技术总结
本发明公开了一种用于防治矸石山自燃的反相变水凝胶的制备方法，包括以下步骤：首先以次氮基三亚甲基膦酸和3‑甲基腺嘌呤为原料制备生物衍生阻燃剂；然后配制羟丙基甲基纤维素溶液，再向羟丙基甲基纤维素溶液中加入普朗尼克‑127粉末，搅拌混匀得到前驱液；向前驱液中逐滴滴加甘油，并以恒定速率搅拌均匀后添加生物衍生阻燃剂，再次搅拌均匀后倒入固定模具，在恒温恒湿的培养箱放置20‑24h，即制备得到反相变水凝胶。该方法原料来源广泛、反应条件温和，可降低成本；所制备的水凝胶可通过温度条件来控制反相变水凝胶在煤矸石山内部凝胶位置，从而实现对煤矸石山内部高温区域的精准灭火降温。

技术研发人员：戚绪尧,张亚博,邹建国,饶宇轩,魏宏阳,辛海会
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15