CN107955612B - 一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂及其制备方法。该复合阻化剂组成包括葡萄糖和氢氧化钠的混合溶液与阻化剂，复合阻化剂中各组分添加量按质量配比为，葡萄糖：氢氧化钠：阻化剂＝(8～10):1:(0.1～0.3)。制法如下：按配比，取葡萄糖和氢氧化钠配制相应质量分数的葡萄糖溶液和氢氧化钠溶液后，混合得脱氧剂溶液；向脱氧剂溶液中加入阻化剂，拌匀制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂。本发明制备方法简单，产物对预防煤自燃将起到阻止煤的活性基团氧化与吸收遗煤周围氧气的作用；并具有类似传统阻化剂可配置成溶液的性质，因此在煤矿井下煤自燃防治方面能够应用于井下开放和封闭的采空区和两巷两线裂隙发育的煤壁等地点，应用范围广泛。

Description

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂及其制备方法

技术领域：

本发明属于煤矿防灭火材料技术领域，具体涉及一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂及其制备方法。

背景技术：

煤自燃灾害造成严重安全事故与环境污染，为了推动煤自燃防治技术继续向前发展，适应我国煤矿生产条件复杂性和煤自燃发生多样性的特点，进一步遏制灾害的发生，减少经济损失和人员伤亡，阻化剂(一般用无机盐类MgCl₂、NaCl、CaCl₂等)防灭火是重要的技术手段。但阻化剂只能减少煤与氧气接触的机会，却无法降低周围氧气浓度，不能更好的抑制煤自燃。

鉴于此，需要一种简便实用，无污染的复合型阻化剂，对煤、氧两个自燃要素都具有阻化作用，是对阻化防灭火技术的进一步创新和发展。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，针对阻化剂只有单一阻化作用，提供一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂溶液，该阻化剂能够在常温下吸收空气中的氧气，降低一定空间范围内的氧含量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，其组成包括阻化剂和脱氧剂，其中：

所述的脱氧剂为葡萄糖和氢氧化钠的混合溶液，所述的有机脱氧型复合阻化剂中各组分添加量按质量配比为，葡萄糖∶氢氧化钠∶阻化剂＝(8～10)∶1∶(0.1～0.3)。

所述的葡萄糖能够以半乳糖进行替换。

所述的氢氧化钠能够以氢氧化钾进行替换。

所述的阻化剂为氯化镁、氯化钠或氯化钙中的一种。

所述的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，备料：

按配比，分别称取葡萄糖，氢氧化钠和阻化剂备用；

步骤2，脱氧剂溶液配制：

(1)取葡萄糖，配制葡萄糖溶液；

(2)取氢氧化钠，配制氢氧化钠溶液；

(3)将葡萄糖溶液和氢氧化钠溶液混合，获得脱氧剂溶液；

步骤3，复合阻化剂制备：

立即向脱氧剂溶液中加入阻化剂，搅拌均匀，制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂。

所述的步骤2(1)中，葡萄糖溶液质量分数为20～25％，

所述的步骤2(2)中，氢氧化钠溶液的质量分数为20～25％。

所述的方法制备的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂应用在煤自燃领域，优选适用温度范围为25～60℃。

本发明所采用的阻化原理是：无机盐类MgCl₂、NaCl等对煤具有吸水隔氧、降温的作用。此外，无机盐中的金属离子Mg²⁺、Na⁺等与煤中的N、S、P的活性基团形成配位结构，降低煤与氧气发生化学反应的活性，进而对煤自燃起到抑制作用。

本发明所采用的耗氧原理是：由糖为原料生产的碱性衍生物，利用糖的还原性与氢氧化钠作用形成儿茶酚等多种化合物，除氧的简略反应机制如下：

(CH₂O)_n+nNaOH+nH₂O+nO₂→儿茶酚+甲基儿茶酚+甲基对位苯醌

从“煤”角度考虑，阻化剂的添加可改变煤的活性，进而对煤自燃起到很好的抑制作用；从“氧”角度考虑，脱氧剂的添加可消耗周围环境中的氧气，进而对煤自燃起到很好的抑制作用。但随着阻化剂质量的增加，阻化效果越好，脱氧剂的耗氧效果越差。因此，在综合考虑耗氧与阻化效果方面，本发明经过无数次创造性实验得出葡萄糖∶氢氧化钠∶阻化剂＝(8～10)∶1∶(0.1～0.3)的配比范围。

本发明的有益效果：

(1)本发明的制备方法将传统阻化剂与脱氧剂混合来预防煤自燃，可实现对“煤”与“氧”两个引起煤自燃的主要因素的同时控制，具有无毒、无害、安全、经济等特点，且具有可溶性方便使用，为煤自燃防治提供一种新的方法；

(2)本发明的制备方法操作简单，制备的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂具有“煤氧”双阻化作用，对预防煤自燃将起到两方面的作用：一是阻止煤的活性基团氧化；二是吸收遗煤周围的氧气降低氧浓度；

(3)本发明的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂具有类似传统阻化剂可配置成溶液的性质，因此在煤矿井下煤自燃防治方面能够应用于井下开放和封闭的采空区和两巷两线裂隙发育的煤壁等地点，应用范围广泛，并且在地面易自燃煤的运输方面，也可使用有机脱氧型复合阻化剂，可为最终实现煤矿自燃火灾的有效治理提供更多可选择的防灭火技术手段。

附图说明：

图1是本发明实施例1加入不同质量的氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，其中图1(a)为加入0.17g氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图1(b)为加入0.34g氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图1(c)为加入0.51g氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图；

图2是本发明实施例2加入不同质量的氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，其中图2(a)为加入0.17g氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图2(b)为加入0.34g氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图2(c)为加入0.51g氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图；

图3是本发明实施例3加入不同质量的氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，其中图3(a)为加入0.17g氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图3(b)为加入0.34g氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图3(c)为加入0.51g氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图；

图4是本发明实施例6加入不同种类及质量的阻化剂制备的有机脱氧型复合阻化剂在60℃条件下的耗氧规律图，其中图4(a)为加入0.17g氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在60℃条件下的耗氧规律图，图4(b)为加入0.34g氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在60℃条件下的耗氧规律图，图4(c)为加入0.17g氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在60℃条件下的耗氧规律图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

以下实施例1～6中，预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂制备完成后，进行相应的耗氧试验，以封闭空间内氧气浓度为指标，判断各实施例不同组成与配比的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的耗氧规律，以判断相应的阻化-耗氧性能。

现有煤自燃环境中氧气浓度范围大致在21％左右，由于煤发生自燃现象的氧含量一般要大于7～10％，故当试验封闭空间内氧气浓度为6％时停止试验，以氧气浓度降为6％的时间作为衡量预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂阻化-耗氧性能的标准。

实施例1

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，其组成包括葡萄糖和氢氧化钠的混合溶液与氯化镁，所述的复合阻化剂中各组分添加量按质量比为，葡萄糖∶氢氧化钠∶氯化镁＝10∶1∶0.1。

所述的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，脱氧剂溶液配制：

按配比，称取17g葡萄糖放入烧杯中，加入55ml水，配置成质量分数为23.6％的葡萄糖溶液，称取1.7g氢氧化钠放入烧杯中，加入5.1ml水，配置成质量分数为25％的氢氧化钠溶液，将配置好的葡萄糖溶液与氢氧化钠溶液混合，获得脱氧剂溶液；

(2)复合阻化剂制备：

按配比，立即向脱氧剂溶液中加入氯化镁0.17g，并用玻璃棒搅拌均匀，制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，将配置好的试剂放置到1000ml广口瓶中，连接测氧仪，放到40℃恒温水浴锅中加热，进行试验，每隔一小时测定瓶内氧气浓度，经测试，氧气浓度在33.3h降到6％，说明其具有良好的耗氧性能；

同时，在步骤1制备的脱氧剂溶液的前提下，另外分别加入质量为0.34g、0.51g的氯化镁制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，进行耗氧试验，作为与加入0.17g氯化镁制得的有机脱氧型复合阻化剂的对比例，得到加入不同质量氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，如图1所示，其中图1(a)为加入0.17g氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图1(b)为加入0.34g氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图1(c)为加入0.51g氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图；通过实验结果看出，随着氯化镁质量的增加，有机脱氧型复合阻化剂的耗氧效果越差，需相对较长的时间，使封闭空间内的氧气浓度降到6％。

实施例2

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，其组成包括葡萄糖和氢氧化钠的混合溶液与氯化钠，所述的复合阻化剂中各组分添加量按质量比为，葡萄糖∶氢氧化钠∶氯化钠＝10∶1∶0.2。

所述的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，脱氧剂溶液配制：

按配比，称取17g葡萄糖放入烧杯中，加入55ml水，配置成质量分数为23.6％的葡萄糖溶液，称取1.7g氢氧化钠放入烧杯中，加入5.1ml水，配置成质量分数为25％的氢氧化钠溶液，将配置好的葡萄糖溶液与氢氧化钠溶液混合，获得脱氧剂溶液；

(2)复合阻化剂制备：

按配比，立即向脱氧剂溶液中加入氯化钠0.34g，并用玻璃棒搅拌均匀，制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，将配置好的试剂放置到1000ml广口瓶中，连接测氧仪，放到40℃恒温水浴锅中加热，进行试验，每隔一小时测定瓶内氧气浓度，经测试，氧气浓度在28.6h降到6％，说明其具有良好的耗氧性能；

同时，在步骤1制备的脱氧剂溶液的前提下，另外分别加入质量为0.17g、0.51g的氯化钠制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，进行耗氧试验，作为与加入0.34g氯化钠制得的有机脱氧型复合阻化剂的对比例，得到加入不同质量氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，如图2所示，其中图2(a)为加入0.17g氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图2(b)为加入0.34g氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图2(c)为加入0.51g氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图；通过实验结果看出，氯化钠的质量由0.17～0.34g变化时，有机脱氧型复合阻化剂的耗氧效果变化不明显，均较好，继续增加氯化钠的质量为0.51g时，有机脱氧型复合阻化剂的耗氧效果减弱，封闭空间内的氧气浓度降到6％的时间增大，但变化程度相对较小。

实施例3

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，其组成包括葡萄糖和氢氧化钠的混合溶液与氯化钙，所述的复合阻化剂中各组分添加量按质量比为，葡萄糖∶氢氧化钠∶氯化钙＝10∶1∶0.1。

所述的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，脱氧剂溶液配制：

按配比，称取17g葡萄糖放入烧杯中，加入55ml水，配置成质量分数为23.6％的葡萄糖溶液，称取1.7g氢氧化钠放入烧杯中，加入5.1ml水，配置成质量分数为25％的氢氧化钠溶液，将配置好的葡萄糖溶液与氢氧化钠溶液混合，获得脱氧剂溶液；

(2)复合阻化剂制备：

按配比，立即向脱氧剂溶液中加入氯化钙0.17g，并用玻璃棒搅拌均匀，制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，将配置好的试剂放置到1000ml广口瓶中，连接测氧仪，放到40℃恒温水浴锅中加热，进行试验，每隔一小时测定瓶内氧气浓度，经测试，氧气浓度在22.6h降到6％，说明其具有良好的耗氧性能；

同时，在步骤1制备的脱氧剂溶液的前提下，另外分别加入质量为0.34g、0.51g的氯化钙制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，进行耗氧试验，作为与加入0.17g氯化钙制得的有机脱氧型复合阻化剂的对比例，得到加入不同质量氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，如图3所示，其中图3(a)为加入0.17g氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图3(b)为加入0.34g氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图，图3(c)为加入0.51g氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在40℃条件下的耗氧规律图；通过实验结果看出，随着氯化钙质量的增加，有机脱氧型复合阻化剂的耗氧效果越差，需相对较长的时间，使封闭空间内的氧气浓度降到6％。

实施例4

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，其组成包括葡萄糖和氢氧化钠的混合溶液与氯化钙，所述的复合阻化剂中各组分添加量按质量比为，葡萄糖∶氢氧化钠∶氯化钙＝8∶1∶0.1。

所述的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，脱氧剂溶液配制：

按配比，称取13.6g葡萄糖放入烧杯中，加入相应量的水，配置成质量分数为25％的葡萄糖溶液，称取1.7g氢氧化钠放入烧杯中，加入相应量的水，配置成质量分数为23.6％的氢氧化钠溶液，将配置好的葡萄糖溶液与氢氧化钠溶液混合，获得脱氧剂溶液；

(2)复合阻化剂制备：

按配比，立即向脱氧剂溶液中加入氯化钙0.17g，并用玻璃棒搅拌均匀，制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，将配置好的试剂放置到1000ml广口瓶中，连接测氧仪，放到40℃恒温水浴锅中加热，进行试验，每隔一小时测定瓶内氧气浓度，经测试，氧气浓度在21.3h降到6％，说明其具有良好的耗氧性能；

通过与实施例3实验结果相对比看出，葡萄糖、氢氧化钠与氯化钙质量比为8∶1∶0.1和10∶1∶0.1时，有机脱氧型复合阻化剂的耗氧效果均较好，需相对较短的时间，使封闭空间内的氧气浓度降到6％。

实施例5

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，其组成包括葡萄糖和氢氧化钾的混合溶液与氯化镁，所述的复合阻化剂中各组分添加量按质量比为，葡萄糖∶氢氧化钾∶氯化镁＝10∶1∶0.1。

所述的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，脱氧剂溶液配制：

按配比，称取17g葡萄糖放入烧杯中，加入相应量的水，配置成质量分数为20％的葡萄糖溶液，称取1.7g氢氧化钾放入烧杯中，加入相应量的水，配置成质量分数为20％的氢氧化钾溶液，将配置好的葡萄糖溶液与氢氧化钾溶液混合，获得脱氧剂溶液；

(2)复合阻化剂制备：

按配比，立即向脱氧剂溶液中加入氯化镁0.17g，并用玻璃棒搅拌均匀，制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，将配置好的试剂放置到1000ml广口瓶中，连接测氧仪，放到25℃恒温水浴锅中加热，进行试验，每隔一小时测定瓶内氧气浓度，经测试，氧气浓度在128h降到10％，说明其具有的耗氧性能相对较差。

实施例6

一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，其组成包括葡萄糖和氢氧化钠的混合溶液与氯化镁，所述的复合阻化剂中各组分添加量按质量比为，葡萄糖∶氢氧化钠∶氯化镁＝10∶1∶0.1。

所述的预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，脱氧剂溶液配制：

按配比，称取17g葡萄糖放入烧杯中，加入55ml水，配置成质量分数为23.6％的葡萄糖溶液，称取1.7g氢氧化钠放入烧杯中，加入5.1ml水，配置成质量分数为25％的氢氧化钠溶液，将配置好的葡萄糖溶液与氢氧化钠溶液混合，获得脱氧剂溶液；

(2)复合阻化剂制备：

按配比，立即向脱氧剂溶液中加入氯化镁0.17g，并用玻璃棒搅拌均匀，制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，将配置好的试剂放置到1000ml广口瓶中，连接测氧仪，放到60℃恒温水浴锅中加热，进行试验，每隔一小时测定瓶内氧气浓度，经测试，氧气浓度在14.7h降到6％，说明其具有良好的耗氧性能；

同时，在步骤1制备的脱氧剂溶液的前提下，另外分别加入质量为0.34g的氯化钠、0.17g的氯化钙制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂，进行耗氧试验，作为与加入0.17g氯化镁制得的有机脱氧型复合阻化剂的对比例，得到加入不同种类及质量的阻化剂制备的有机脱氧型复合阻化剂在60℃条件下的耗氧规律图，如图4所示，其中图4(a)为加入0.17g氯化镁制备的有机脱氧型复合阻化剂在60℃条件下的耗氧规律图，图4(b)为加入0.34g氯化钠制备的有机脱氧型复合阻化剂在60℃条件下的耗氧规律图，图4(c)为加入0.17g氯化钙制备的有机脱氧型复合阻化剂在60℃条件下的耗氧规律图，加入0.34g氯化钠的有机脱氧型复合阻化剂氧气浓度在14.5h降到6％，加入0.17g氯化钙的有机脱氧型复合阻化剂氧气浓度在14h降到6％；通过实验结果看出，随着温度的升高，有机脱氧型复合阻化剂的耗氧效果越好，需相对较短的时间，使封闭空间内的氧气浓度降到6％。

Claims (1)

1.一种预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂的制备方法，其特征在于，所述的复合阻化剂包括阻化剂和脱氧剂，其中：

所述的脱氧剂为葡萄糖和氢氧化钠的混合溶液，所述的有机脱氧型复合阻化剂中各组分添加量按质量配比为，葡萄糖：氢氧化钠：阻化剂=(8~10):1:(0.1~0.2)，其中，所述的阻化剂为氯化镁、氯化钠或氯化钙中的一种；所述的有机脱氧型复合阻化剂应用在煤自燃领域，适用温度范围为40℃-60℃，其中：

当为40℃时，所述的阻化剂为氯化钙，所述的有机脱氧型复合阻化剂中各组分添加量按质量配比为，葡萄糖：氢氧化钠：氯化钙=(8~10):1:(0.1~0.2)；

当为60℃时，所述的有机脱氧型复合阻化剂中各组分添加量按质量配比为，葡萄糖：氢氧化钠：阻化剂=10:1:(0.1~0.2)；

所述的制备方法包括以下步骤：

步骤1，备料：

按配比，分别称取葡萄糖，氢氧化钠和阻化剂备用；

步骤2，脱氧剂溶液配制：

(1)取葡萄糖，配制葡萄糖溶液，葡萄糖溶液质量分数为20~25%；

(2)取氢氧化钠，配制氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量分数为20~25%；

(3)将葡萄糖溶液和氢氧化钠溶液混合，获得脱氧剂溶液；

步骤3，复合阻化剂制备：

立即向脱氧剂溶液中加入阻化剂，搅拌均匀，制得预防煤自燃的有机脱氧型复合阻化剂。

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