抑制液体危化品有毒气体生成与传输的分子膜研究

我国液体危险化学品的泄漏事故频发，常规应急处理措施不能有效控制有毒气体的生成与扩散。本项目采用分子膜阻蒸发技术，设计一种非均相液膜阻蒸发体系，其可在液体危化品表面自发铺展形成不溶性分子膜，改变液体直接裸露于空气中的状态，有效抑制有毒气体的生成与传输,可弥补现有抢险救援技术的不足。重点以分子不溶膜理论为基础，通过表面压、π-A曲线、π-t曲线，阐明气液界面非均相液膜铺展成膜机理；气液界面的微观结构对气体传输影响显著，通过表面粘度、表面电势、表面电流、AFM等研究手段有机结合，表征界面分子膜微观结构及性能，明确非均相液膜抑制有毒气体生成与传输的机理；模拟气液界面毛细波，运用表面电流和表面电势的变化，表征界面膜分子运动模式，明确风力对非均相液膜的干扰机理和分子膜自修复机理。最终为分子膜阻蒸发技术在液体危化品安全生产、使用和泄露事故救援中应用奠定理论基础。

我国液体危险化学品的泄漏事故频发，常规应急处理措施不能有效控制有毒气体的生成与扩散。本项目采用分子膜阻蒸发技术，设计一种非均相液膜阻蒸发体系，其可在液体危化品表面自发铺展形成不溶性分子膜，改变液体直接裸露于空气中的状态，有效抑制有毒气体的生成与传输，弥补现有抢险救援技术的不足。.本项目针对现有膜基材（如脂肪醇C16OH）抗环境干扰能力差的问题，设计合成了一种环氧树脂基分子膜基材（ER系列），系统研究了ER系列的界面分子膜性能和抗环境因素干扰的性能（如温度变化和风力作用）。运用能量障碍理论解释了ER系列分子膜的阻蒸发机理。通过在气液界面模拟表面波，研究了风力对分子膜的破坏作用。研究结果表明，与C16OH相比，ER系列具有更好的耐温度变化和风力作用的能力。.本项目以盐酸、氨水、甲醛和硝酸等液体危化品为研究对象，以分子不溶膜理论为基础，通过表面压、π-A曲线、π-t曲线，阐明气液界面非均相液膜铺展成膜机理；气液界面的微观结构对气体传输影响显著，通过表面粘度、表面电势、表面电流、AFM等研究手段有机结合，表征界面分子膜微观结构及性能，并利用量化模拟计算以及能量障碍理论，明确了非均相液膜抑制有毒气体生成与传输的机理。.主要研究结果如下：.（1）抑制剂可在液体危化品表面自发铺展成膜，有效抑制气液界面有毒气体的生成与传输，环境温度对抑制效率影响显著。在5-45℃下抑制剂表现出极佳的抑制性能。在5-35℃下，挥发抑制率高达90%以上；在40-45℃下，抑制率依然大于70%；当温度升高到50-80℃时分子膜界面排列有序程度变差，致密度降低，结构破坏，逐渐丧失抑制性能。.（2）利用量子化学方法对挥发过程中的团簇结构进行几何结构优化和能量计算，找到气液界面分子团簇结构在不同挥发阶段的最稳定结构。能量计算结果表明，随挥发进行，团簇结构变化所需的能量逐渐增大，即团簇构型更稳定，进一步验证了传质系数的变化规律。.（3）抑制过程能量障碍理论及热力学分析结果表明：温度越高，抑制剂产生的能量障碍越大，抑制效果越好。当温度介于25-50℃时，抑制剂的蒸发比阻明显增大，产生的最小能量障碍远远大于溶液挥发所需的最大能量值。与此同时，气液界面传质过程的吉布斯自由能变恒大于0，由温度变化引起的挥发过程受到阻碍。.研究成果为分子膜阻蒸发技术在液体危化品安全生产、使用和泄露事故救援中应用奠定了基础。