CN112604225B - 一种石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂的制备方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂的制备方法及其产品，在气相二氧化硅表面复合还原氧化石墨烯，并进一步复合水解蛋白的形成水溶液中稳定分散的灭火复合物，从而制备泡沫灭火剂。通过气相法二氧化硅作为核心，依次复合还原氧化石墨烯和水解蛋白后形成复合物的溶胶，其能够在灭火剂溶液中稳定分散。通过在气相二氧化硅外复合石墨烯，大大增加了其在水溶液中的分散性。利用水解蛋白进一步复合石墨烯与气相二氧化硅复合物，同时增加其稳定性并减弱其消泡作用，形成实用化的灭火复合物。

Description

一种石墨烯复合气相二氧化硅泡沫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，涉及泡沫灭火剂，尤其是指一种石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂的制备方法及其产品。

背景技术

为了扑灭顽固性火灾，往往需要在泡沫灭火剂中添加其他的耐烧性纳米粒子，如纳米二氧化硅、石墨微粉、硅微粉和纳米级铜粉等（唐宝华, 陈伟红, 杨双华,等. 粉体对泡沫灭火剂发泡能力和热稳定性影响研究[J]. 辽宁化工, 2014, 043(009):1101-1103.）。其中，纳米二氧化硅一般通过气相法制备，也称作气相二氧化硅。气相二氧化硅具有制备容易，毒性低、隔热性能和抗烧性能优良的特点，具有较好的应用前景。但是，因为其密度远大于水，所以容易沉于灭火溶液底部，造成灭火液分层而失去最佳灭火效果。此外，纳米粒子容易导致灭火泡沫破裂（消泡作用），不能直接应用于泡沫灭火剂。为了提高其在水溶液中的分散性，减小消泡作用，可以对其表面作进一步的修饰。

氧化石墨烯（GO）是经过化学方法修饰了含氧官能团石墨烯，含氧量较高的GO可均匀分散在水中，将其部分还原就得到还原氧化石墨烯（rGO），随着含氧官能团含量的下降，rGO在水中的分散能力随之下降。通过控制还原过程可将石墨烯复合于其他粒子的表面，改善其他粒子的分散性能。另一方面，石墨烯基材料也是良好的耐火材料（管崇生, 林晓莉.基于石墨烯的复合材料阻燃性能研究[J]. 消防科学与技术, 2013, 32(10): 1145-1147.），在灭火剂领域有初步的应用（中国专利CN 108079477 A、中国专利CN 106823229A、中国专利CN 108273225 A）。

发明内容

针对气相二氧化硅在水溶液中分散不稳定的问题，本发明目的在于提供一种石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂产品。

本发明目的通过下述方案实现：一种石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂的制备方法，在气相二氧化硅表面复合还原氧化石墨烯，并进一步复合水解蛋白，形成的水溶液中稳定分散灭火复合物，从而制备泡沫灭火剂，包括如下步骤：

（1）将气相二氧化硅与氧化石墨烯溶液通过快速搅拌与超声充分混匀，1份氧化石墨烯中加入不少于5份的气相二氧化硅粒子，得到混合液；

（2）在加热还原或加入还原剂的还原条件下加热步骤（1）所得混合液并继续搅拌，得分散液；

（3）向步骤（2）中所得分散液中加入水解蛋白，加入量为氧化石墨烯质量的1/10，并继续搅拌；

（4）将步骤（3）中所得分散液中加入氧化石墨烯质量0.01%的发泡剂十六烷基三甲基氯化铵和少量稳泡剂十二醇并搅拌均匀得到灭火剂。

步骤（1）所述气相二氧化硅粒子平均粒径不超过20 nm。

步骤（2）所述加热还原的方法是，搅拌条件下，维持混合液微沸5 h。通过该还原方法调控复合物的分散性。或者，

步骤（2）所述加入还原剂还原的方法，该还原剂较优的是柠檬酸三钠。

本发明提供一种石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂，根据上述任一所述方法制备得到。

本发明首先将石墨烯通过部分还原的方式与气相二氧化硅复合，然后利用水解蛋白质进一步修饰还原氧化石墨烯表面以降低其消泡性，得到高分散、低消泡性的复合物，进而复配得到实用化的泡沫灭火剂。

通过在气相二氧化硅外复合石墨烯，大大增加了其在水溶液中的分散性。利用水解蛋白进一步复合石墨烯与气相二氧化硅复合物，同时增加其稳定性并减弱其消泡作用，形成实用化的灭火复合物。

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.

一种1：5型石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂，在气相二氧化硅表面复合还原氧化石墨烯，通过加热时间控制还原量，并进一步复合水解蛋白，形成的水溶液中稳定分散灭火复合物，从而制备泡沫灭火剂，按如下步骤制备：

（1）石墨烯与气相二氧化硅混合物的制备：

将100 mg氧化石墨烯粉末加入100 mL水中，并搅拌超声溶解，得氧化石墨烯溶液；

将500 mg平均粒径7 nm的气相二氧化硅与氧化石墨烯溶液通过快速搅拌与超声充分混匀，得到混合液；其中室温下快速搅拌0.5 h，超声0.5 h，再快速搅拌0.5 h；

（2）部分还原氧化石墨烯形成还原石墨烯与气相二氧化硅复合物：

保持搅拌并加热步骤（1）中所得混合液至其微沸，在还原条件下加热步骤（1）所得混合液并继续搅拌，维持微沸5 h，每小时补充3 mL水，得石墨烯-气相二氧化硅复合物分散液；

（3）步骤（2）中所得分散液与水解蛋白形成复合物：

继续保持搅拌与微沸状态，向步骤（2）中得到的石墨烯-气相二氧化硅复合物中加入10 mg工业用途水解蛋白并继续反应1 h得到水解蛋白、还原氧化石墨烯和气相二氧化硅三者的复合物，补充水至100 mL，得三种复合物的分散液；

（4）配制灭火剂：

停止加热与搅拌，待步骤（3）中所得分散液冷却，向该分散液中加入发泡剂1 g十六烷基三甲基氯化铵和稳泡剂0.2 g十二醇，低速搅拌1 h，得到灭火剂原液。

实验表明，稳定分散的复合物只在氧化石墨烯与气相二氧化硅比例达到1：5后才产生，更高比例的氧化石墨烯也能产生稳定分散的复合物，但是出于成本考虑，以1：5为最佳。

实施例2

一种1：5型石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂，在气相二氧化硅表面复合还原氧化石墨烯，通过还原剂的加入量控制还原量，并进一步复合水解蛋白，形成的水溶液中稳定分散灭火复合物，从而制备泡沫灭火剂，按如下步骤制备：

（1）石墨烯与气相二氧化硅混合物的制备：

室温下将100 mg氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，并搅拌超声溶解，得到氧化石墨烯溶液；将500 mg平均粒径7 nm气相二氧化硅与氧化石墨烯溶液通过快速搅拌0.5 h，超声0.5 h，再快速搅拌0.5 h充分混匀，得到混合液；

（2）部分还原氧化石墨烯形成还原石墨烯与气相二氧化硅复合物：保持搅拌并加热步骤（1）中所得混合液至其微沸，加入20 mg柠檬酸三钠继续反应1 h，得分散液；

（3）步骤（2）中所得分散液与水解蛋白形成复合物：

保持搅拌与微沸状态，向步骤（2）中得到的石墨烯-气相二氧化硅复合物中加入10mg工业用途水解蛋白并继续搅拌1 h得到水解蛋白、还原氧化石墨烯和气相二氧化硅三者的复合物；

（4）配制灭火剂：

停止加热与搅拌，待步骤（3）中所得分散液冷却，将步骤（3）中所得分散液中依次加入发泡剂1 g十六烷基三甲基氯化铵和稳泡剂0.2 g十二醇，并搅拌均匀得到灭火剂原液。

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 (3)

1.一种1：5型石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：

（1）石墨烯与气相二氧化硅混合物的制备：

将100 mg氧化石墨烯粉末加入100 mL水中，并搅拌超声溶解，得氧化石墨烯溶液；

将500 mg平均粒径7 nm的气相二氧化硅与氧化石墨烯溶液通过快速搅拌与超声充分混匀，得到混合液；其中室温下快速搅拌0.5 h，超声0.5 h，再快速搅拌0.5 h；

（2）部分还原氧化石墨烯形成还原石墨烯与气相二氧化硅复合物：

保持搅拌并加热步骤（1）中所得混合液至其微沸，在还原条件下加热步骤（1）所得混合液并继续搅拌，维持微沸5 h，每小时补充3 mL水，得石墨烯-气相二氧化硅复合物分散液；

（3）步骤（2）中所得分散液与水解蛋白形成复合物：

继续保持搅拌与微沸状态，向步骤（2）中得到的石墨烯-气相二氧化硅复合物中加入10mg工业用途水解蛋白并继续反应1 h得到水解蛋白、还原氧化石墨烯和气相二氧化硅三者的复合物，补充水至100 mL，得三种复合物的分散液；

（4）配制灭火剂：

停止加热与搅拌，待步骤（3）中所得分散液冷却，向该分散液中加入发泡剂1 g十六烷基三甲基氯化铵和稳泡剂0.2 g十二醇，低速搅拌1 h，得到灭火剂原液。

2.一种1：5型石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：

（1）石墨烯与气相二氧化硅混合物的制备：

室温下将100 mg氧化石墨烯粉末溶解于100 mL水中，并搅拌超声溶解，得到氧化石墨烯溶液；将500 mg平均粒径7 nm气相二氧化硅与氧化石墨烯溶液通过快速搅拌0.5 h，超声0.5 h，再快速搅拌0.5 h充分混匀，得到混合液；

（2）部分还原氧化石墨烯形成还原石墨烯与气相二氧化硅复合物：保持搅拌并加热步骤（1）中所得混合液至其微沸，加入20 mg柠檬酸三钠继续反应1 h，得分散液；

（3）步骤（2）中所得分散液与水解蛋白形成复合物：

保持搅拌与微沸状态，向步骤（2）中得到的石墨烯-气相二氧化硅复合物中加入10 mg工业用途水解蛋白并继续搅拌1 h得到水解蛋白、还原氧化石墨烯和气相二氧化硅三者的复合物；

（4）配制灭火剂：

停止加热与搅拌，待步骤（3）中所得分散液冷却，将步骤（3）中所得分散液中依次加入发泡剂1 g十六烷基三甲基氯化铵和稳泡剂0.2 g十二醇，并搅拌均匀得到灭火剂原液。

3.一种石墨烯复合气相二氧化硅泡沫灭火剂，其特征在于根据权利要求1或2所述方法制备得到。