Al3+交联的聚丙烯酸钠凝胶防灭火特性

作     者：王建国 赵一帆 许娟娟 高喜才 

作者机构：西安科技大学安全科学与工程学院 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室 西安科技大学能源学院 

出 版 物：《西安科技大学学报》 (Journal of Xi'an University of Science and Technology)

年 卷 期：2024年第5期

页      面：825-834页

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51634007) 

主　　题：煤自燃 聚合物凝胶 热稳定性 离子交联 防灭火性能 

摘      要：为解决传统矿用防灭火凝胶保水性能差、受热易分解等问题，基于高分子材料聚丙烯酸钠易与高价态金属离子发生分子交联从而凝胶化的特性，研制出一种耐高温、高保水的新型Al3+聚合物防灭火凝胶。从热稳定性、阻化效果及官能团3个方面分析Al3+聚合物凝胶的阻化机理，首先利用恒温干燥箱和热重试验测试凝胶在不同温度条件下失水率、质量及特征温度点变化情况；其次利用程序升温气相色谱法对升温过程中的气相产物进行检测，根据检测结果进行气体阻化率计算和活化能氧化动力学分析；最后利用红外光谱仪研究聚合物凝胶对煤分子中官能团的影响。结果表明：Al3+与聚丙烯酸钠交联形成的三维网络结构使凝胶具有良好的热稳定性，在150℃恒温条件下加热12 h,最大失水率为42.9%,凝胶阻化煤样其特征温度点均出现不同程度的延后；凝胶阻化后的煤样CO气体的生成量大幅度减少，最大CO阻化率为76.76%;凝胶能通过提高煤氧反应所需的活化能以及降低参与煤氧反应官能团的含量来降低煤的自燃倾向性，活化能最大增幅为14.6%。研究结果以期为高分子材料在煤火灾害治理方面的应用及发展提供一定的参考。