CN112473065B - 一种氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法及其产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法及其产品，包括如下步骤：在氧化石墨烯溶液中加入氟化物并密闭水热，得到氟化氧化石墨烯凝胶；向上述氟化氧化石墨烯凝胶中加入明胶并超声处理；向上述溶液中加入表面活性剂和稳泡剂并搅拌得到氟化氧化石墨烯灭火剂。该灭火剂的主要成分氟化氧化石墨烯可通过过滤从环境中回收，其他辅料为低毒或无毒物质，避免了传统水成膜灭火剂中氟化物污染环境的问题。

Description

一种氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法及其产品
技术领域
本发明涉及灭火剂领域，更具体地，涉及水成膜泡沫灭火剂（AFFF），尤其是指一种氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法及其产品。
背景技术
水成膜泡沫灭火剂（AFFF）是一类广泛应用于扑灭油脂火灾的灭火介质。它能在油脂表面快速铺展，有效切断其与空气的接触，从而达到快速灭火的目的。传统的水成膜灭火剂配方都包含氟碳类表面活性剂，例如全氟辛烷基化合物（PFOS）。其具有生物毒性且难以降解，对环境有一定的污染，限制了AFFF的应用。
氧化石墨烯（GO）是通过剧烈的化学氧化过程剥离石墨得到的，其具有与石墨烯类似的二维柔性结构，且表面含有大量的亲水性基团，如羧基、羟基、环氧基等。其与氢氟酸等氟化物水热可得氟化石墨烯。氟化石墨烯具有一些氟碳化合物的特征，也被称作“二维特氟龙”。如果减弱反应条件，就可得到表面既含有亲水的含氧基团又含有疏水疏油的氟基团的石墨烯（FGO），具有一定的氟碳表面活性剂的性质。FGO在加热条件下可脱去部分修饰基团而互相交联形成层状的石墨烯凝胶，也具有一定的隔绝空气的作用。
发明内容
针对水成膜灭火剂中氟碳类表面活性剂污染环境的问题，本发明目的在于提供一种氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的氟化氧化石墨烯灭火剂产品。
本发明目的通过下述方案实现：一种氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在氧化石墨烯溶液中加入氟化物并密闭水热，所述氟化物为氢氟酸、氟化钠、氟化铵、氟化锂中的一种，或者它们的混合物，得到氟化氧化石墨烯凝胶；
（2）向步骤（1）所得氟化氧化石墨烯凝胶中加入明胶并超声处理，所述的氟化氧化石墨烯与明胶的质量比为1：10到1：100；
（3）向步骤（2）所得溶液中加入碳氢表面活性剂和醇类稳泡剂并搅拌得到氟化氧化石墨烯灭火剂。
优选的，步骤（1）所述氟化物为氢氟酸。
优选的，步骤（3）中采用的表面活性剂为咪唑啉，稳泡剂为十二醇。
本发明提供一种氟化氧化石墨烯灭火剂，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明的优点在于不使用含氟有机化合物，减少了对环境的污染。加入氟化氧化石墨烯得到优良的阻燃性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1.
3%型氟化氧化石墨烯灭火剂的制备。（3%意为需由3份本液和97份水混合得到最终的灭火液）
一、氟化氧化石墨烯的制备：
室温下将1 g氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，搅拌30分钟，超声30分钟；加入0.5 mL 50%氢氟酸溶液，搅拌4小时；将溶液置于特氟龙水热釜中加热至180℃维持4小时；充分冷却后，超声打散得到的氟化氧化石墨烯凝胶，并加入0.1 g mL-1 NaOH溶液中和至中性pH值=6-8，回收产生的氟化钠废液；
二、明胶负载氟化氧化石墨烯：
在90 mL水中加入10 g工业明胶，搅拌溶解，加入步骤（一）中得到的氟化氧化石墨烯，搅拌30分钟后超声处理4小时；
三、加入表面活性剂与稳泡剂：
依次向步骤（二）中得到的氟化氧化石墨烯溶胶加入30 g咪唑啉、5 mL十二醇和15mL水，搅拌4小时即得3%型氟化氧化石墨烯灭火剂。
实施例2.
6%型氟化氧化石墨烯灭火剂的制备。（6%意为需由6份本液和94份水混合得到最终的灭火液）
一、氟化氧化石墨烯的制备：
室温下将1 g氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，搅拌30分钟，超声30分钟；加入0.5 mL 50%氢氟酸溶液，搅拌4小时；将溶液置于特氟龙水热釜中加热至180℃维持4小时；充分冷却后，超声打散得到的氟化氧化石墨烯凝胶，并加入0.1 g mL-1 NaOH溶液中和至中性，回收产生的氟化钠废液。
二、明胶负载氟化氧化石墨烯：
在90 mL水中加入10 g工业明胶，搅拌溶解；加入步骤（一）中得到的氟化氧化石墨烯，搅拌30分钟后超声处理4小时。
三、加入表面活性剂与稳泡剂。
依次向步骤（二）中得到的氟化氧化石墨烯溶胶加入15 g咪唑啉、3 mL十二醇和32mL水，搅拌4小时即得6%型氟化氧化石墨烯灭火剂。
实施例3.
3%型氟化氧化石墨烯灭火剂的制备。本例以氟化铵代替氢氟酸作为氟化剂，省去了中和步骤，且操作危险性较小。
一、氟化氧化石墨烯的制备：
室温下将1 g氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，搅拌30分钟，超声30分钟；加入0.5 g氟化铵，搅拌4小时；将溶液置于特氟龙水热釜中加热至180℃维持4小时；充分冷却后，超声打散得到的氟化氧化石墨烯凝胶，回收氟化铵废液；
二、明胶负载氟化氧化石墨烯：
在90 mL水中加入10 g工业明胶，搅拌溶解；加入步骤（一）中得到的氟化氧化石墨烯，搅拌30分钟后超声处理4小时；
三、加入表面活性剂与稳泡剂：
依次向步骤（二）中得到的氟化氧化石墨烯溶胶加入30 g咪唑啉、5 mL十二醇和15mL水，搅拌4小时即得3%型氟化氧化石墨烯灭火剂。
实施例4.
3%经济型氟化氧化石墨烯灭火剂的制备。本例减小了氟化氧化石墨烯用量以节约成本。
一、氟化氧化石墨烯的制备：
室温下将1 g氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，搅拌30分钟，超声30分钟；加入0.5 g氟化铵，搅拌4小时；将溶液置于特氟龙水热釜中加热至180℃维持4小时；充分冷却后，超声打散得到的氟化氧化石墨烯凝胶，回收氟化铵废液；
二、明胶负载氟化氧化石墨烯。
在90 mL水中加入10 g工业明胶，搅拌溶解；加入0.1 g步骤（一）中得到的氟化氧化石墨烯，搅拌30分钟后超声处理4小时；
三、加入表面活性剂与稳泡剂。
依次向步骤（二）中得到的氟化氧化石墨烯溶胶加入45 g咪唑啉和5 mL十二醇，搅拌4小时即得3%经济型氟化氧化石墨烯灭火剂。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种3%型氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法，其特征在于，按下述步骤：
（1）室温下将1 g氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，搅拌30分钟，超声30分钟；加入0.5 mL 50%氢氟酸溶液，搅拌4小时；将溶液置于特氟龙水热釜中加热至180℃维持4小时；充分冷却后，超声打散得到的氟化氧化石墨烯凝胶，并加入0.1 g mL-1 NaOH溶液中和至中性pH值=7，回收产生的氟化钠废液；
（2）在90 mL水中加入10 g工业明胶，搅拌溶解，加入步骤（1）中得到的氟化氧化石墨烯，搅拌30分钟后超声处理4小时，得到氟化氧化石墨烯溶胶；
（3）依次向步骤（2）中得到的氟化氧化石墨烯溶胶加入30 g咪唑啉、5 mL十二醇和15mL水，搅拌4小时即得3%型氟化氧化石墨烯灭火剂。
2.一种6%型氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法，其特征在于，按下述步骤：
（1）室温下将1 g氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，搅拌30分钟，超声30分钟；加入0.5 mL 50%氢氟酸溶液，搅拌4小时；将溶液置于特氟龙水热釜中加热至180℃维持4小时；充分冷却后，超声打散得到的氟化氧化石墨烯凝胶，并加入0.1 g mL-1 NaOH溶液中和至中性，回收产生的氟化钠废液。
（2）在90 mL水中加入10 g工业明胶，搅拌溶解；加入步骤（1）中得到的氟化氧化石墨烯，搅拌30分钟后超声处理4小时，得到氟化氧化石墨烯溶胶。
（3）依次向步骤（2）中得到的氟化氧化石墨烯溶胶加入15 g咪唑啉、3 mL十二醇和32mL水，搅拌4小时即得6%型氟化氧化石墨烯灭火剂。
3.一种3%型氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法，其特征在于，按下述步骤：
（1）室温下将1 g氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，搅拌30分钟，超声30分钟；加入0.5 g氟化铵，搅拌4小时；将溶液置于特氟龙水热釜中加热至180℃维持4小时；充分冷却后，超声打散得到的氟化氧化石墨烯凝胶，回收氟化铵废液；
（2）在90 mL水中加入10 g工业明胶，搅拌溶解；加入步骤（1）中得到的氟化氧化石墨烯，搅拌30分钟后超声处理4小时，得到氟化氧化石墨烯溶胶；
（3）依次向步骤（2）中得到的氟化氧化石墨烯溶胶加入30 g咪唑啉、5 mL十二醇和15mL水，搅拌4小时即得3%型氟化氧化石墨烯灭火剂。
4.一种3%型氟化氧化石墨烯灭火剂的制备方法，其特征在于，按下述步骤：
（1）室温下将1 g氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，搅拌30分钟，超声30分钟；加入0.5 g氟化铵，搅拌4小时；将溶液置于特氟龙水热釜中加热至180℃维持4小时；充分冷却后，超声打散得到的氟化氧化石墨烯凝胶，回收氟化铵废液；
（2）在90 mL水中加入10 g工业明胶，搅拌溶解；加入0.1 g步骤（1）中得到的氟化氧化石墨烯，搅拌30分钟后超声处理4小时，得到氟化氧化石墨烯溶胶；
（3）依次向步骤（2）中得到的氟化氧化石墨烯溶胶加入45 g咪唑啉和5 mL十二醇，搅拌4小时即得3%经济型氟化氧化石墨烯灭火剂。
5.一种氟化氧化石墨烯灭火剂，其特征在于根据权利要求1-4任一所述方法制备得到。
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