CN108798749A - 一种利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法和应用，属于甲烷抑爆技术领域。在室温下，将垃圾飞灰分散到蒸馏水中，加入盐酸，搅拌至橘黄色悬浊液；缓慢滴加氨水至pH值为7.9，得飞灰混合液；将飞灰混合液分散到无水乙醇中，缓慢加入NaHCO3水溶液，搅拌均匀，迅速地将垃圾焚烧飞灰/NaHCO3溶液倒入液氮中，把得到的速冻固体放在1.33x10‑3Pa或更低的真空环境下，使冰升华，得到垃圾焚烧飞灰/NaHCO3复合物。发明所制备的新型抑爆剂有微粒粒径小和吸热性能优异、材料来源广泛、成本低廉、制备流程简单等优点，可在管道灭火、瓦斯抑爆等领域加以应用。
Description
技术领域
本发明属于甲烷抑爆技术领域，具体涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法和应用。
背景技术
矿井瓦斯爆炸是煤矿生产的重大灾害之一，严重影响煤炭工业的安全生产。矿井瓦斯的主要成分是甲烷，是易燃易爆气体。因此甲烷爆炸的抑制剂被认为是煤炭行业抑爆的关键。近年来，在抑制瓦斯爆炸方面，各种抑制剂的研究都取得了重大进展。
粉体材料作为一种优良的防爆材料，具有易于储存，成本低，效率高，环境友好等优点，引起了人们的广泛关注，并在瓦斯爆炸抑制领域得到应用。据报道，CaCO3，SiO2，NaHCO3，Al(OH)3，(NH4)2SO4，NaCl，硅藻土，铝土矿对甲烷爆炸有一定的抑制作用。
我国生活垃圾焚烧有机械炉排焚烧炉和流化床焚烧炉两种主流炉型，目前二者的处理能力分别约占我国生活垃圾焚烧总处理能力的2/3和1/3。机械炉排焚烧炉飞灰产生量较小，约为入炉垃圾量的3～5％；流化床焚烧炉飞灰产生量较大，约为入炉垃圾量的10～15％。据此估算，2014年我国生活垃圾焚烧飞灰产生量约400万吨，其中机械炉排焚烧炉飞灰约150万吨，流化床焚烧炉飞灰约250万吨。垃圾焚烧飞灰中存在大量具有抑爆作用的组分。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法，制得的抑爆剂对甲烷具有优异的抑爆效果。
本发明通过下述技术方案实现：
在室温下，将垃圾焚烧飞灰分散到蒸馏水中，加入盐酸，搅拌至橘黄色悬浊液；再向橘黄色悬浊液中缓慢滴加氨水至pH值为7.9，得飞灰混合液；同时按照质量比为4:13的比例取NaHCO3和蒸馏水，将NaHCO3溶于蒸馏水中配制成NaHCO3水溶液；取NaHCO3质量4/5的飞灰混合液，在磁力搅拌下分散到无水乙醇中，缓慢加入NaHCO3水溶液，搅拌均匀后，进行预冷，然后迅速地将预冷后的垃圾焚烧飞灰/NaHCO3溶液倒入装有液氮的容器中速冻，把得到的速冻固体放在1.33×10∧(-3)Pa或更低的真空环境下，使冰升华，得到垃圾焚烧飞灰/NaHCO3抑爆剂。
所述的盐酸的质量分数为15％，加入盐酸的目的为溶解垃圾飞灰中的金属盐抑爆物质。
所述的氨水的质量分数为10％，滴加氨水目的为中和过量盐酸。
所述的无水乙醇体积为NaHCO3水溶液中蒸馏水体积的1/20～1/2。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明针对大量的垃圾飞灰无法得到有效利用的问题，对垃圾飞灰进行资源化利用，将垃圾飞灰加酸溶解金属盐，溶解的金属盐在后续冷冻干燥时，微粒间的间隙变小，减少微粒粒径，从而使其具有优异的抑爆作用；
(2)本发明将飞灰混合液加入无水乙醇中，无水乙醇蒸发吸热可具有预冷的效果，提高速冻效率，并且加入无水乙醇后可以降低粒子表面的配位水分子，从而可以有效降低颗粒团聚；
(3)本发明将预冷后的垃圾焚烧飞灰/NaHCO3溶液进行液氮冷冻干燥，得到垃圾焚烧飞灰/NaHCO3抑爆剂粉体，其中，采用液氮冷冻干燥不仅可以有效避免颗粒发生团聚，而且还可以减少抑爆剂粒子的直径，从而增加粒子比表面积，增强抑爆效果；
(4)本发明制备步骤简单，材料来源广泛，微粒粒径小，吸热性能优异，得粉率高，制备的抑爆剂中垃圾焚烧飞灰与NaHCO3之间协同作用，协同后可增强抑爆效果，在瓦斯抑爆领域具有广泛的应用前景；
(5)本发明将飞灰混合液先加入盐酸再加入氨水后得到的金属氢氧化物具有良好的隔氧、热分解作用，能够吸收瓦斯爆炸空间的部分热量，降低瓦斯爆炸空间的温度，有效抑制瓦斯爆炸。
附图说明
附图1为制备垃圾焚烧飞灰/NaHCO3抑爆剂方法流程图。
附图2为实施例1中制备得到垃圾焚烧飞灰/NaHCO3抑爆剂的电镜结构图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详尽描述。
实施例1
室温下，将垃圾焚烧飞灰分散到蒸馏水中，加入盐酸，搅拌至橘黄色悬浊液；再向橘黄色悬浊液中缓慢滴加氨水至pH值为7.9，得飞灰混合液；同时按照质量比为4:13的比例取NaHCO3和蒸馏水，将NaHCO3溶于蒸馏水中配制成NaHCO3水溶液；取NaHCO3质量4/5的飞灰混合液，在磁力搅拌下分散到体积为NaHCO3水溶液中蒸馏水体积1/20-1/2的无水乙醇中，缓慢加入NaHCO3水溶液，搅拌均匀后，进行预冷，然后迅速地将预冷后的垃圾焚烧飞灰/NaHCO3溶液倒入装有液氮的容器中，把得到的速冻固体放在1.33x10∧(-3)Pa真空环境下，使冰升华，得到垃圾焚烧飞灰/NaHCO3抑爆剂。
实施例2
室温下，将垃圾焚烧飞灰分散到蒸馏水中，加入盐酸，搅拌至橘黄色悬浊液；再向橘黄色悬浊液中缓慢滴加氨水至pH值为7.9，得飞灰混合液；同时按照质量比为4:13的比例取NaHCO3和蒸馏水，将NaHCO3溶于蒸馏水中配制成NaHCO3水溶液；取NaHCO3质量5/10的飞灰混合液，在磁力搅拌下分散到体积为NaHCO3水溶液中蒸馏水体积1/20-1/2的无水乙醇中，缓慢加入NaHCO3水溶液，搅拌均匀后，进行预冷，然后迅速地将预冷后的垃圾焚烧飞灰/NaHCO3溶液倒入装有液氮的容器中，把得到的速冻固体放在低于1.33x10∧(-3)Pa的真空环境下，使冰升华，得到垃圾焚烧飞灰/NaHCO3抑爆剂。
实施例3
室温下，将垃圾焚烧飞灰分散到蒸馏水中，加入盐酸，搅拌至橘黄色悬浊液；再向橘黄色悬浊液中缓慢滴加氨水至pH值为7.9，得飞灰混合液；同时按照质量比为4:13的比例取NaHCO3和蒸馏水，将NaHCO3溶于蒸馏水中配制成NaHCO3溶液；取NaHCO3质量12/10的飞灰混合液，在磁力搅拌下分散到体积为NaHCO3水溶液中蒸馏水体积1/20-1/2的无水乙醇中，缓慢加入NaHCO3水溶液，搅拌均匀后，进行预冷，然后迅速地将预冷后的垃圾焚烧飞灰/NaHCO3溶液倒入装有液氮的容器中，把得到的速冻固体放在低于1.33×10∧(-3)Pa的真空环境下，使冰升华，得到垃圾焚烧飞灰/NaHCO3抑爆剂。
表1实施例1-3中不同甲烷抑爆剂的平均粒径和对甲烷抑爆效果对比。
| 实验组 | 实施例1中抑爆剂 | 实施例2中抑爆剂 | 实施例3中抑爆剂 |
| 最大爆炸值 | 73mbar | 87mbar | 80mbar |
| 平均粒径 | 332.369μm | 507.003μm | 410.502μm |
由表1可知，实施例1-3中甲烷的最大爆炸压力分别为73mbar、87mbar、80mbar，由于该抑爆剂依靠垃圾焚烧飞灰与NaHCO3的协同作用实现抑爆，因此当取质量为所取NaHCO3质量4/5的飞灰溶液时抑爆效果最好。
将实施例1-3中的NaHCO3去除，制备出3种不含NaHCO3的改性垃圾焚烧飞灰抑爆剂，然后将上述3种不含NaHCO3的抑爆剂(对照组1-3)与实施例1-3中的抑爆剂置于甲烷浓度为95％的环境中进行抑爆，各抑爆剂对甲烷的抑爆效果见表2。
表2不同甲烷抑爆剂对甲烷抑爆效果对比
由表2可知，不含NaHCO3垃圾焚烧飞灰抑爆剂的对照组1-3与实施例1-3相比，含有NaHCO3的垃圾焚烧飞灰抑爆剂对甲烷的抑爆效果明显要高于不含NaHCO3的垃圾焚烧飞灰抑爆剂。其中，对照组1较实施例1，甲烷的爆炸压力值要高出20mbar；对照组2较实施例2，甲烷的爆炸压力值要高出21mbar；对照组3较实施例3，甲烷的爆炸压力值要高出19mbar。
将实施例1-3中的垃圾焚烧飞灰去除，制备出3种不含垃圾焚烧飞灰的NaHCO3抑爆剂，然后将上述3种不含垃圾焚烧飞灰的抑爆剂(对照组4-6)与实施例1-3中的抑爆剂置于甲烷浓度为95％的环境中进行抑爆，各抑爆剂对甲烷的抑爆效果见表3。
表3不同甲烷抑爆剂对甲烷抑爆效果对比
由表3可知，不含垃圾焚烧飞灰抑爆剂的对照组1-3与实施例1-3相比，NaHCO3对甲烷的抑爆效果明显要低于含有NaHCO3的垃圾焚烧飞灰抑爆剂。其中，对照组4较实施例1，甲烷的爆炸压力值要高出31mbar；对照组5较实施例2，甲烷的爆炸压力值要高出33mbar；对照组6较实施例3，甲烷的爆炸压力值要高出28mbar；由此可见，NaHCO3和垃圾焚烧飞灰的协同作用可提高甲烷抑爆效果。并且从图2复合粉末的电镜结构图中可知NaHCO3是负载于飞灰表面，该结合方式可促进协同作用的发生，提高对甲烷的抑爆效果。
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。
Claims (7)
1.一种利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法，其特征在于，具体制备步骤为：
(1)在室温下，将垃圾焚烧飞灰分散到蒸馏水中，加入盐酸，搅拌至橘黄色悬浊液，再向橘黄色悬浊液中缓慢滴加氨水至pH值为7.9，得飞灰混合液；
(2)将NaHCO3溶于蒸馏水中配制成NaHCO3水溶液；
(3)称取飞灰混合液，在磁力搅拌下分散到无水乙醇中，分散后缓慢加入NaHCO3水溶液，搅拌均匀后得垃圾焚烧飞灰/NaHCO3溶液，迅速将垃圾焚烧飞灰/NaHCO3溶液倒入装有液氮的容器中速冻，得速冻固体后放在真空环境下，使冰升华，升华后即可得到垃圾焚烧飞灰/NaHCO3抑爆剂。
2.如权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的盐酸质量分数为15％；所述的氨水质量分数为10％。
3.如权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的NaHCO3和蒸馏水的质量比为4:13。
4.如权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的飞灰混合液质量为NaHCO3质量4/5。
5.如权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的无水乙醇体积为NaHCO3水溶液中蒸馏水体积1/20～1/2。
6.如权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备新型抑爆剂的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的真空环境为1.33×10∧(-3)Pa或小于1.33×10∧(-3)Pa的真空状态。
7.如权利要求1-6任意一项所述的制备方法制备的抑爆剂在抑制甲烷爆炸中的应用。
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