CN113577946B - 一种微泡型消烟剂及其制备方法 - Google Patents

一种微泡型消烟剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种微泡型消烟剂及其制备方法，该消烟剂是向消烟溶液中通入压缩空气并搅拌至微泡状态形成的，所述消烟溶液包括5‑50份表面活性剂、3‑10份高分子聚合物、25‑75份碱性盐和5‑10份CO催化氧化剂，余量用水补充。该消烟剂利用泡沫的覆盖性、粘附性直接有效的清除烟气中的固体颗粒物，增强环境可视度；CO催化剂和碱性物质以泡沫作为载体充分实现与毒害气体的催化氧化和中和作用，达到烟气绿色高效净化的目的；微泡型消烟剂有机成分易于降解，无机成分含量低，符合绿色环保要求，且成本较低，具有广阔的应用前景。

Description

一种微泡型消烟剂及其制备方法
技术领域
本发明属于消防应急救援技术领域，具体涉及一种微泡型消烟剂及其制备方法。
背景技术
火灾危害主要是热量、烟气和缺氧环境这三种因素共同作用导致的。相对于热量和燃烧产生的威胁，烟气所造成的伤害比例最大；烟是聚合物材料热分解或不完全燃烧时所产生的固体、液体小颗粒悬浮在空气中形成的一种溶胶。烟对人体危害很大，除了烟本身的化学成分对人造成毒害以外，其主要危害在于烟的产生和移动速度也很快，通常比火焰传播速度快很多，而大量的烟雾使人的直视距离缩短，能见度降低，在火灾情况下使人迷失方向无法逃离和难以救援，严重威胁生命财产的安全；相关统计结果表明，火灾中85％以上的遇难者是死于烟气的影响，其中大部分是吸入了烟尘及有毒气体昏迷后而致死的。
近年来，随着材料工业的发展，新型材料不断涌现，火灾烟气中的毒性物质品种及数量变得极为复杂，发生火灾烟气毒性伤害的几率大为增加。由于烟气毒性的威胁，阻碍了受困人员安全疏散和消防队员灭火救援行动的实施，极易造成巨大的人员伤亡和财产损失。
针对火场烟气的传统处理方法主要有物理排烟和水雾排烟，其中又以物理排烟方式为主，但是，物理排烟要求具有符合要求的排烟空间，给空间设计和应用上提出了附加要求，因此该种排烟方式常受制于空间场所本身，例如在某些特殊的建筑环境下：大空间建筑、地下建筑、隧道等封闭、半封闭空间内，由于建筑结构布置错综复杂，机械物理型排烟方式存在诸多局限性，自然排烟效果差，排烟机无法开展负压排烟操作。
采取传统水雾消烟的缺陷是用水量大、消烟效率低下，且无法有效消除有毒有害气体，实际降尘效率不高。且当空间内的设施设备淋上大量的水后，会对设备造成较为严重的损害。
为了解决这些问题，本领域的技术人员尝试设计研发出了除烟效率更高且受制小的消烟剂，如中国专利CN 1321719C公开的电气火灾用消烟剂，其是以表面活性剂、粘接剂、碱性盐和溶剂水为主要配方制备的消烟剂，水一方面是各种添加成分的有效溶剂，另一方面水自身可以沉降烟尘离子，并能够溶解一氧化碳、氯化氢等易溶于水的有毒气体，从而达到一定的消烟效果。该消烟剂的使用相比于传统消烟方法而言工作效率有明显的提升，但是水雾喷散时与烟尘的接触时间仍然较短，烟尘的吸附沉降效率有待进一步提高，且烟尘中的一氧化碳溶水率低，烟气净化效果仍不是特别的理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微泡型消烟剂及其制备方法，利用泡沫的覆盖性、粘附性直接有效的清除烟气中的固体颗粒物，增强环境可视度；CO催化剂和碱性物质以泡沫作为载体充分实现与毒害气体的催化氧化和中和作用，达到烟气绿色高效净化的目的。
本发明公开的技术方案如下：一种微泡型消烟剂，具体是向消烟溶液中通入压缩空气并搅拌至微泡状态形成的，所述消烟溶液由下述重量份的各原料配比而成：
Figure BDA0003187232500000021
余量为水。
进一步地，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、α-烯烃磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
进一步地，所述高分子聚合物选自羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或多种。
进一步地，所述碱性盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、硅酸钠中的一种或多种。
进一步地，所述CO催化氧化剂为WCeCoOx催化剂，WCeCoOx催化剂是一种以Co3O4、CeO2、WO3共同作为活性组分的复合型非贵金属低温CO催化剂。
上述微泡型消烟剂的制备方法如下：
a.按指定重量份数向混料器中加入水，加热并将温度控制在45℃-50℃；
b.按相应重量份数将表面活性剂、高分子聚合物、碱性盐顺序缓慢加入混料器中，搅拌45min使表面活性剂、高分子聚合物、碱性盐快速溶解并混合均匀；
c.停止搅拌，静置10-20min并将温度控制在35℃-40℃；
d.将指定重量份数的CO催化氧化剂缓慢加入到混料器中搅拌30-40min，停止搅拌，静置至形成浅粉色透明且均一稳定的消烟剂溶液；
e.在常温下，采用自吸空气式泡沫发生器吸入消烟剂溶液、高压水和环境空气，旋流产生微泡沫型消烟剂。
进一步地，步骤e中，高压水工作压力为0～10.5MPa，工作流量为0～1.0m3/h。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1.本发明提供一种微泡沫型降毒消烟剂，是微泡沫在降毒消烟领域的首次应用；泡沫具有显著空间堆积性，在受限空间可形成泡沫幕帘，与烟尘充分接触，烟尘经过碰撞、截留、扩散等一系列作用后被泡沫粘附而沉降，因此，其消烟效率较传统消烟降尘方式具有显著提升；
2.本申请在消烟剂中添加了CO催化氧化剂，其可以泡沫为载体有效消减火灾烟气中的难溶水的CO气体，从而达到烟气绿色高效净化的目的，突破了现有消烟剂降毒效果差的困局，为消防人员打开救援通道，受灾人员安全逃生提供了技术保障。
3.消烟剂中添加的表面活性剂降低了水气界面的表面张力，通过润湿、凝并、粘结，增大烟粒子的亲水性，使其更易润湿、凝并从而负重落下；添加的碱性盐以酸碱中和、化学吸收等作用消除烟气中的CO2、HCL、H2S、SO2、HCN 等主要刺激性和毒害性气体，消烟效果更为理想；
4.本发明制备的微泡型消烟剂的配方兼具绿色性、经济性；所用成分为无毒、无害、无刺激的表面活性剂、高分子聚合物，其中，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚都具有优良的生物降解性能；所选材料为常见材料，成本较低，在消防消烟降毒领域具有广泛的适用性；
5.本发明公开的制备方法合理，整体流程基于各组分的物理化学性质，通过科学调控各组分搅拌时间和温度，既使表面活性剂、高分子聚合物、碱性盐和 CO催化氧化剂能快速溶解并混合均匀，又避免了物质的分解和凝胶的形成，保证了催化剂化学活性不被破坏。
附图说明
图1是实施例一至三所制备的微泡型消烟剂的制备流程图；
图2是实施例一至三所制备的微泡型消烟剂与现有的细水雾型消烟剂的性能测试结果统计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例一、一种消除矿井火灾烟气的微泡型消烟剂
所述消烟剂主要由下述重量份的原料组成：
Figure BDA0003187232500000041
制备该微泡型消烟剂的步骤如下：
a.向混料器中加入21千克的水，加热并将温度控制在45℃；
b.把相应重量的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、聚乙烯醇、碳酸钠顺序缓慢加入混料器中搅拌45min，使脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、聚乙烯醇、碳酸钠快速溶解并混合均匀；
c.停止搅拌，静置15min并将温度控制在38℃；
d.将0.5千克的WCeCoOx催化剂(一种以Co3O4、CeO2、WO3共同作为活性组分的复合型非贵金属低温CO催化剂)缓慢加入到混料器中搅拌40min，停止搅拌，静置至形成浅粉色透明且均一稳定的消烟剂溶液；
e.采用自吸空气式泡沫发生器(高压水工作压力为0～10.5MPa，工作流量为0～1.0m3/h)吸入消烟剂溶液及环境空气，旋流产生微泡沫型消烟剂。
实施例二、一种消除地下建筑火灾烟气微泡型消烟剂
所述消烟剂主要由下述重量份的原料组成：
Figure BDA0003187232500000042
Figure BDA0003187232500000051
制备该微泡型消烟剂的步骤如下：
a.向混料器中加入23千克的水，加热并将温度控制在48℃；
b.把相应重量的十二烷基苯磺酸钠、羟乙基纤维素、碳酸钠顺序缓慢加入混料器中，搅拌45min，使十二烷基苯磺酸钠、羟乙基纤维素、碳酸钠快速溶解并混合均匀；
c.停止搅拌，静置12min并将温度控制在40℃；
d.将0.4千克的WCeCoOx催化剂缓慢加入到混料器中，搅拌35min，停止搅拌，静置至形成浅粉色透明且均一稳定的消烟剂溶液；
e.采用自吸空气式泡沫发生器(高压水工作压力为0～10.5MPa，工作流量为0～1.0m3/h)吸入消烟剂溶液及环境空气，旋流产生微泡沫型消烟剂。
实施例三、一种消除地面建筑火灾烟气微泡型消烟剂
所述消烟剂主要由下述重量份的原料组成：
Figure BDA0003187232500000052
制备该微泡型消烟剂的步骤如下：
a.向混料器中加入20.5千克的水，加热并将温度控制在50℃；
b.把相应重量的脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺、碳酸氢钠顺序缓慢加入混料器中，搅拌45min，使脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺、碳酸氢钠快速溶解并混合均匀；
c.停止搅拌，静置16min，并将温度控制在38℃；
d.将0.5千克的WCeCoOx催化剂缓慢加入到混料器中，搅拌38min，停止搅拌，静置至形成浅粉色透明且均一稳定的消烟剂溶液；
e.在常温下，采用自吸空气式泡沫发生器(高压水工作压力为0～10.5MPa，工作流量为0～1.0m3/h)吸入消烟剂溶液及环境空气，旋流产生微泡沫型消烟剂。
相关性能测试：
将实施例一至三所制备的微泡型消烟剂与现有的细水雾型消烟剂进行性能测试，通过泡沫界面流变仪(Tracker)测定4种消烟剂样品的表面张力；以消烟剂使用前后的通光密度评价其消烟效率；通过烟气分析仪测定4种消烟剂使用前后的烟气组分含量变化，以FED方法评价其降毒效率。实验数据如图2所示；
其中，消烟效率评价方法是
δ＝(C1-C2)/C1×100
式中：δ为消烟效率；C1为未使用消烟剂时烟气的光照度；C2为使用消烟剂后烟气的光照度。
降毒效率评价方法是
η＝(FED(1)-FED(2))/FED(1)×100
式中：η为降毒效率；FED(1)为未使用消烟剂时经烟气成分分析系统采样得到的各组分计算得来的毒性指标；FED(2)为使用消烟剂后经烟气成分分析系统采样得到的各组分计算得来的毒性指标。
从图2可以看出，实施例制备的微泡型消烟剂关键指标、实验表现与现有细水雾型消烟剂相比具有显著的优越性。以水为主要有效成分的消烟剂大多面临着表面张力过大，对烟尘的润湿性差；难以消除以CO为主的难溶于水的有毒有害气体等诸多问题。本实施方式中提出的微泡型消烟剂提出了烟气绿色高效净化的新思路，利用微泡沫的覆盖性、粘附性直接有效的清除烟气中的固体颗粒物，增强环境可视度；CO催化剂和碱性物质以泡沫作为载体充分实现与毒害气体的催化氧化和中和作用，达到烟气绿色高效净化的目的。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种微泡型消烟剂，其特征在于，所述消烟剂是向消烟溶液中通入压缩空气并搅拌至微泡状态形成的，所述消烟溶液由下述重量份的各原料配比而成：
表面活性剂 5-50份
高分子聚合物 3-10份
碱性盐 25-75份
CO催化氧化剂 5-10份
余量为水；
所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、α-烯烃磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种；
所述高分子聚合物选自羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或多种；
所述CO催化氧化剂为WCeCoOx催化剂，WCeCoOx催化剂是一种以Co3O4、CeO2、WO3共同作为活性组分的复合型非贵金属低温CO催化剂。
2.如权利要求1所述的一种微泡型消烟剂，其特征在于，所述碱性盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、硅酸钠中的一种或多种。
3.如权利要求1-2中任一项所述的一种微泡型消烟剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
a.按指定重量份数向混料器中加入水，加热并将温度控制在45℃-50℃；
b.按相应重量份数将表面活性剂、高分子聚合物、碱性盐顺序缓慢加入混料器中，搅拌45min使表面活性剂、高分子聚合物、碱性盐快速溶解并混合均匀；
c．停止搅拌，静置10-20 min并将温度控制在35℃-40℃；
d.将指定重量份数的WCeCoOx催化剂缓慢加入到混料器中搅拌30-40 min，停止搅拌，静置至形成浅粉色透明且均一稳定的消烟剂溶液；
e．在常温下，采用自吸空气式泡沫发生器吸入消烟剂溶液、高压水和环境空气，旋流产生微泡沫型消烟剂。
4.如权利要求3所述的一种微泡型消烟剂的制备方法，其特征在于，步骤e中，高压水工作压力为0~10.5 MPa但≠0，工作流量为0~1.0 m3/h但≠0。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
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