新型气-固复合粉基灭火介质及其灭火机理研究

针对传统粉体灭火剂灭火效率不高、腐蚀性较大、抗复燃性差等不足，本项目旨在设计制备一种洁净高效的气-固复合粉基灭火介质。它以具有可逆吸附性能的多孔沸石为基体，经过适当的物理化学改性，在其孔洞之中负载洁净高效的卤代烯烃气体灭火剂分子，形成气-固两相复合型粉基灭火介质。研究复合粉体的制备方法及理化特性；构建多尺度的模拟灭火实验，对复合粉体的灭火性能进行系统表征，着重考察复合粉体的灭火性能与其组成之间的内在关系；联合高速摄像仪、火焰光谱仪、红外热像仪等多种先进的测试手段，深入研究复合粉体抑制熄灭火焰的过程，并与相应的单相粉体和气体的灭火过程进行比较，对气-固复合粉体的灭火作用机理作出科学推断。研究结论可为新型灭火剂的设计、制备及应用提供重要的理论和技术指导，为完善粉体灭火机理模型提供新的信息参考。

本项目针对目前粉体灭火介质灭火性能较低，腐蚀性较大、抗复燃性差等不足，设计制备了由洁净气体和多孔沸石所组成的新型气-固复合灭火粉体，研究了复合粉体的制备方法、理化特性和灭火性能、考察了复合粉体的灭火性能与其组成和结构之间的关系, 并探索了复合粉体的灭火机理。研究发现：(1) 利用变压吸附的方法可以制备出溴氟丙烯(BTP)洁净气体和沸石 (4A, 13X)所组成的复合灭火粉体，该类复合粉体在常温常压下可以稳定存在，且组成比例可控。在以13X沸石为基体的复合粉体中，BTP气体的含量可在0~12.3w.t.%之间调节；在以4A沸石为基体的复合粉体中，BTP气体的质量比例可在0~4.8% w.t.之间进行调节，通过对4A沸石负载不同的金属离子，可以改变其对BTP的吸附性能，使BTP气体在沸石中的负载量提高到8.6%。在两种复合粉体中，BTP均以静电极化作用吸附在沸石基体的孔洞之中；(2) 1m3封闭腔室油池火和大尺寸开放空间油池火两种尺度的模拟灭火实验表明，两种复合粉体的灭火效能高于普通市售干粉灭火剂，在同样的实验条件下，BTP/13X沸石对汽油火的灭火效能比市售普通干粉提高约30%。对于易复燃的食用油火，封闭空间的遮挡火比普通的干粉灭火剂有着明显的优势：抗复燃性强，且悬浮时间长; (3) 杯式燃烧器灭火实验结果表明复合粉体的灭火性能随着复合粉体中BTP含量呈现先增加后减小再增大的变化过程，对BTP-13X沸石，在BTP含量为7.5%时，灭火性能最佳；(4) 气-固复合粉体在灭火过程中存在着协同灭火效应，复合粉体遇到火焰后首先受热解吸，然后以化学作用机理进行灭火：BTP的灭火主要是均相催化作用机理，其分子中所含的Br原子在捕捉火焰自由基的过程中发挥重要的催化作用；而沸石粉体主要是以异相催化作用灭火，沸石的比表面积大小和其中金属离子种类和含量对其灭火效率起重要作用。研究结论可为新型灭火剂的设计、制备及应用提供较为系统的实验数据和信息参考，为粉体灭火机理的完善提供新的内容，具有重要的理论和实际意义。