掺杂介孔分子筛在木材阻燃中的烟气捕集与转化机理研究

For the flammable characteristic, wood can not only cause fire to spread but also release plenty of smog and toxic gas when burning, which is the main reason resulting in casualties. The study in the past is, however, mainly focused on flame retardant for wood rather than smoke suppression and attenuation. Preliminary work found out that doped mesoporous molecular sieves took a role in gas capture and catalytic attenuation for wood flame retardant. Based on our early research, this project probes the law of smoke trapping and conversion efficiency, the mechanism of gas capture and catalytic transformation for fire retardant of wood with different activated components ( such as transition metals, rare earth elements, metal oxide, etc.) doped mesoporous molecular sieves, using the cone calorimeter, TG-FTIR-MS, by static/dynamic adsorption and pyrolysis apparent dynamics method and under the theory of the selective adsorption and catalytic oxidation, so that the principles and methods to reduce the smoke concentration of the fire can be obtained, which would provide theoretical basis and technical support for smoke suppression and attenuation in flame retardant of wood,thus reducing casualties.

木材易燃，不仅会导致火灾蔓延，而且燃烧时释放烟雾毒气是导致人员伤亡的主要原因。木材阻燃受到人们的广泛关注，抑烟减毒却研究不多。研究表明掺杂介孔分子筛用于木材阻燃具有烟气捕集与催化减毒作用。本项目在前期研究基础上，采用锥形量热、TG-FTIR-MS等现代仪器，在选择吸附和催化氧化理论的指导下，运用静态/动态吸附和热解表观动力学等方法，探索火灾环境下烟气的捕集规律与转化效率，揭示介孔分子筛掺杂活性组分（过渡金属、稀土元素、金属复合氧化物等）对木材阻燃过程中的烟雾毒气的捕集与催化转化机理，获得降低火灾环境下烟雾毒气浓度的原理和方法，为木材阻燃中抑烟减毒提供科学理论依据和技术支撑，对于降低烟雾和毒气，减少人员伤亡具有重要的意义。

木材广泛应用于家具、地板、建筑装修等行业，许多火灾发生与蔓延都与木材及其制品直接相关，且其燃烧时产生的大量烟雾毒气是导致人员伤亡的首要原因。因而，对木材阻燃、抑烟和减毒处理是有效减少火灾、保障人民生命财产安全的重要措施之一。为此，基于介孔材料介观结构的可设计和功能性，本项目开展了功能性有序介孔有机/无机杂化硅材料和介孔WC/C复合材料以及分子筛改性等相关工作，探索了介孔材料介观结构的转变与调控机制，这些工作为进一步研究介孔分子筛的结构、类型和掺杂活性组分等对阻燃过程中烟气转化的影响提供了可行性和技术支撑。与此同时，基于介孔分子筛具有高的比表面积、高吸附容量和选择吸附性、易于掺入活性组分等特性，可赋予材料优异的催化活性。本项目创造性的将掺杂介孔分子筛应用于木材阻燃过程中抑烟减毒，并对掺杂介孔分子筛在火灾环境下实现烟雾毒气的诱捕与催化转化机制进行了研究。通过研究过渡金属、金属复合氧化物、稀土元素等掺杂分子筛在木材阻燃过程中抑烟减毒作用，阐明了火灾条件下分子筛掺杂活性组分的化学、物理特性对木材阻燃过程中的烟雾毒气的催化转化机理。总之，本项目不但丰富了木材阻燃过程中催化抑烟、减毒理论，获得降低火灾环境下烟雾毒气浓度的原理和方法，对于减少火灾中人员伤亡具有重要的意义，而且也为我们开发阻燃效率高、低烟低毒、环境友好等多功能型复合阻燃抑烟体系提供了科学理论依据和技术支撑。在本项目的研究基础上，基于生物仿生自组装策略我们以木材及其衍生物为模板在分级孔炭材料及多维网络结构构筑方面开展了相关研究工作，这将为拓展木材及其衍生材料在吸附、储能等领域应用提供新思路。本项目现已发表学术论文8篇，其中SCI、EI收录7篇，授权国家发明专利6件。联合培养与指导硕士研究生2名，课题组成员2人晋升为副教授，获湖南省科技进步奖二等奖1次。