一种靶向抑制危险化学品爆炸组分可调干水抑爆剂及其制备方法

一种靶向抑制危险化学品爆炸组分可调干水抑爆剂及其制备方法

随着工业的快速发展，危险化学品爆炸事故频发，严重威胁人民群众的生命财产安全。传统的抑爆材料存在效率低、成本高等问题，难以满足现代社会对安全防护的需求。本文介绍了一种新型的靶向抑制危险化学品爆炸组分可调干水抑爆剂及其制备方法，通过在干水内部添加改性剂，实现了对不同危险化学品爆炸的高效抑制。

背景技术

硝基类、C-C不饱和烃类、偶氮类和过氧类等危险化学品具有高能量密度、高敏感性和自加速分解等特点，一旦引发燃爆事故将对人民群众的生命财产安全及社会和谐稳定造成严重威胁。现有的燃爆抑制技术通过喷洒抑制材料中断自由基燃爆链式反应，达到燃爆事故初期防护的目的，然而市面上的商用抑爆材料效率低，可按照其状态分为气态、液态和固态抑爆剂三类。

气体抑爆剂通常包括惰性气体、卤代烃（有毒）和二氧化碳气体，对存储条件要求高且所需抑爆剂浓度高。液体抑爆剂的抑制效果受喷洒装置限制，无法实现高浓度快速喷洒。固体抑爆剂的研究经历了普通惰性粉体到化学活性粉体再到复合粉体的过程，普通惰性粉体虽然方便易得，成本低廉，但是用量较大分解速率慢且效果较差。化学活性粉体的抑制效果在相同浓度下比普通惰性粉体好，但对于卤化物，其产物通常有毒；碳酸氢盐和三聚氰胺酸盐分解需要一定长度时间导致错过抑制爆炸的最佳时机，无机金属氢氧化物的抑制利用了结晶水蒸发吸热这一特性，但对抑制效果的提升也不明显。

为满足工业快速发展对优质抑制材料的需求，学者们发现通过化学改性、自组装等手段所研制的新型复合抑制材料可发挥不同抑制材料之间的协同作用，从而提高燃爆抑制效率。干水材料作为一种疏水性粉体包裹液体的核壳结构新型材料，外观呈粉末状，具有良好的流动性和分散性，在化妆品、催化剂、钻井液、水合物储气、灭火剂等方面有较大的潜在应用价值。由于干水材料主要成分包括水溶液和疏水性粉体，其中的水份占有较大的比例，并且疏水性粉体具有抑爆作用，所以干水材料同时具有水溶液和粉体抑爆的效果，有成为一种新型的抑爆剂的潜质。此外，通过在干水内部添加改性剂将大大提高其抑爆效果。

因此，研制经济环保、性能高效的燃爆靶向抑制剂替代传统商用燃爆抑制剂，已成为危险化学品爆炸抑制领域的必然趋势。

技术实现思路

针对现有技术的不足，本发明提供一种靶向抑制危险化学品爆炸的，可调组分改性干水抑爆剂，以克服以上缺陷满足靶向抑制危险化学品爆炸的需要。

一种靶向抑制危险化学品爆炸组分可调干水抑爆剂的制备方法，包括以下步骤：

1. 配置内相澄清溶液：将靶向捕获剂添加至水中，搅拌直至混合液体变为澄清透明，得到内相澄清溶液；
2. 靶向捕获剂包括靶向抑制硝基类危险化学品捕获剂、靶向抑制不饱和烃类危险化学品捕获剂、靶向抑制偶氮类危险化学品捕获剂或靶向抑制过氧类危险化学品捕获剂；
3. 靶向抑制硝基类危险化学品捕获剂为含氮捕获剂和含磷捕获剂，含氮捕获剂和含磷捕获剂的质量比为（4-6）：1；含磷捕获剂为磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢镁；含氮捕获剂为尿素；
4. 靶向抑制不饱和烃类危险化学品捕获剂为含氟捕获剂，选自全氟己酮、氟碳表面活性剂；
5. 靶向抑制偶氮类危险化学品捕获剂为含钠捕获剂，选自磷酸二氢钠、碳酸氢钠；
6. 靶向抑制过氧类危险化学品捕获剂为含磷捕获剂，选自磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢镁中的1-3种；
7. 配置内相稳定溶液：向内相澄清溶液中加入稳定剂，搅拌至无明显絮状产物的乳浊液，得到内相稳定溶液；
8. 靶向捕获剂采用靶向抑制硝基类危险化学品捕获剂时，水：靶向捕获剂：稳定剂的质量比为（200-250）:（250-300）:1；
9. 靶向捕获剂采用靶向抑制不饱和烃类危险化学品捕获剂时，水：靶向捕获剂：稳定剂的质量比为（250-300）:（80-100）:1；
10. 靶向捕获剂采用靶向抑制偶氮类危险化学品捕获剂时，水：靶向捕获剂：稳定剂的质量比为（125-190）:（10-15）:1；
11. 靶向捕获剂采用靶向抑制过氧类危险化学品捕获剂时，水：靶向捕获剂：稳定剂的质量比为（200-390）:（50-100）:1；
12. 制备干水抑爆剂：将内相稳定溶液与气相疏水固体粒子按照质量比为100：（8-10）的比例混合后，搅拌，静置得到干水抑爆剂；
13. 稳定剂为海藻酸钠、明胶、羧甲基纤维素钠、卡拉胶、刺槐豆胶、瓜尔胶、果胶、微晶纤维、魔芋胶、黄原胶中的1-3种；
14. 气相疏水固体粒子为二氧化硅、二氧化锰、二氧化锡、二氧化钛、氧化铁、氧化铜、氧化铝、氧化镁、氧化锌或氧化钨；
15. 气相疏水固体粒子的粒径为4~15nm；
16. 在内相稳定溶液形成后20min内，加入气相疏水固体粒子。

一种靶向抑制危险化学品爆炸组分可调干水抑爆剂，采用上述制备方法制得。所述干水抑爆剂应用于抑制硝基类危险化学品、抑制不饱和烃类危险化学品、抑制偶氮类危险化学品、抑制过氧类危险化学品的爆炸。

进一步的，干水抑爆剂通常可由如下部分组成：
关键添加剂（尿素、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢镁、全氟己酮、碳酸氢钾、碳酸氢钠等危化品靶向捕获剂）、稳定剂（海藻酸钠、明胶、羧甲基纤维素钠、卡拉胶、刺槐豆胶、瓜尔胶、果胶、微晶纤维、魔芋胶、黄原胶或其他）、去离子水、气相疏水固体粒子（二氧化硅、二氧化锰、二氧化锡、二氧化钛、氧化铁、氧化铜、氧化铝、氧化镁、氧化锌或氧化钨）。

进一步地，制备方法，包括如下步骤：

1. 对靶向捕获剂的制备。对于固体靶向捕获剂，首先捕获剂粉体置于鼓风干燥机中进行烘干，得到含水量不超过1%的固体捕获剂粉体。然后将固体捕获剂置于行星球磨机中进行研磨作业，球磨机中的球体质量与固体粉末的质量比为3:1。对于液体靶向捕获剂，需保证样品在稳定条件下贮存，使用时样品性质并未发生改变。
2. 内相澄清溶液的配制。然后将干燥后的捕获剂粉体添加到去离子水中，且去离子水的质量与干燥后的固体靶向捕获剂的质量之比为固定值。对于硝基类危险化学品，去离子水、含氮捕获剂（如尿素）与含磷捕获剂（磷酸二氢铵、磷酸二氢钠）的配比为5:5:1。对于C-C不饱和烃类危险化学品，去离子水与含氟捕获剂（如全氟己酮、短链氟碳表面活性剂等）的配比为3:1。对于偶氮类危险化学品，去离子水与含钠捕获剂（碳酸氢钠、磷酸二氢钠等）的配比为12.5:1。对于过氧类危险化学品，去离子水与含磷捕获剂（磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢镁等）的配比为3.75:1。将上述材料按照固定配比称重后，置于磁力搅拌系统中密封搅拌3h，直至混合液体变为澄清透明的水溶液。
3. 内相稳定溶液的配制。在上述透明水溶液中加入稳定剂，以提高该溶液的稳定性。对于硝基类危险化学品，去离子水、含氮捕获剂（如尿素）与含磷捕获剂（磷酸二氢铵、磷酸二氢钠）和稳定剂的配比为250：250：50：1。对于C-C不饱和烃类危险化学品，去离子水、含氟捕获剂（如全氟己酮、短链氟碳表面活性剂等）与稳定剂的配比为280:90:1。对于偶氮类危险化学品，去离子水、含钠捕获剂（碳酸氢钠、磷酸二氢钠等）与稳定剂的配比为150:12:1。对于过氧类危险化学品，去离子水、含磷捕获剂（磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢镁等）与稳定剂的配比为270:70:1。将上述材料按照固定配比称重后，置于高速混合搅拌系统中密封搅拌3h，直至混合液体变为无明显絮状产物的乳浊液。
4. 改性干水粉体的制备。在内相稳定溶液形成的20min内，将该稳定溶液与气相疏水粒子按照固定配比混合后，置于高速混合搅拌系统中进行搅拌，将反应釜置于搅拌轴中心位置，反应釜外侧两边用夹套夹紧，盖好釜盖。设置搅拌速度与搅拌时间，然后静置10~20min即可得到靶向抑制危险化学品爆炸的，可调组分改性干水抑爆剂。特别注意在高速搅拌过程中注意及时冷却搅拌系统，以减少环境温度对制备结果的影响。

提供一种抑爆剂，该抑爆剂为上述制备方法得到的一种基于稳定剂的靶向抑制危险化学品爆炸的，可调组分改性干水抑爆剂。

有益效果

1. 本发明提供的靶向抑制危险化学品爆炸的，可调组分改性干水抑爆剂的制备方法，成本低廉，操作简单，过程安全且绿色无毒，可实现工业量级的合成。
2. 本发明提供的靶向抑制危险化学品爆炸的，可调组分改性干水抑爆剂，对不同危险化学品爆炸产生的火焰关键自由基具有靶向捕获作用，此外还包括热量吸收、氧含量稀释、物理隔绝等抑制机理，由此降低危化品爆炸中的化学反应速率，从而降低爆炸强度，实现对危险化学品的靶向抑爆。