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封闭空间火灾烟气消除方法研究取得新进展
文章来源:SKLFS  作者:赵传文  发布时间:2015-01-08 08:45:00

   船舶和潜艇舱室封闭空间内可燃物复杂,及具火灾危险性。火灾事故模式下,可燃物热解燃烧会产生大量有毒有害气体,威胁系统内人员疏散与逃生。为保障该类环境控制和生命维持系统内人员-设备-环境安全协调运转,需进一步研发新型气体净化吸收剂,尤其是适用于火灾烟气环境中人员逃生与应急救援用个体防护滤毒剂和火灾后封闭空间烟气环境自循环净化剂(Post fire cleanup)。

   近年来,火灾风险评估研究室围绕火灾烟气消除新型吸收剂研发及其与烟气组分作用的机理与特性开展了一系列研究工作,相关成果已发表在Applied Energy, Chemical Engineering Journal和Journal of Thermal Analysis and Calorimetry等国际知名刊物上,还申请了多项国家发明专利,专利“潜艇舱室中CO2的清除系统及方法”于近期获得授权。其中Applied Energy(2014. 129,17-24)收录的研究成果被Renewable Energy Global Innovations网站作为Key Scientific Article特别报道。Renewable Energy global innovations是一个全球性科研创新成果收录网站,精选在该领域极具创新性的重要研究进展在发表的第一时间进行专门报道,被世界主要的相关科研机构及工业界广泛关注。

   网站收录论文(Applied Energy(2014. 129,17-24))的主要创新性在于,针对烟气中严重影响人员安全的高浓度CO2,将现在国际研究热点的胺基和碱金属基CO2吸收剂耦合在一起,制备出了一种新型CO2吸收剂。该吸收剂兼具两者优点,同时有效克服了胺基CO2吸收剂高温热损失和碱金属基吸收剂负载量有限的缺陷。

 

图1 新型吸收剂PEI-K2CO3/AC扫描电镜图 (Applied Energy, 2014. 129, 17-24)

   图1为该新型吸收剂的微观结构图。结果显示,通过分步浸渍将胺基PEI和碱金属基K2CO3耦合负载于载体活性炭(AC)上,所获得的高活性PEI-K2CO3/AC吸收剂具有如下特点:胺基多分布在载体孔隙结构内,碱金属基易则主要分布于载体表面。这种分布特性决定了胺基和碱金属基活性组分都能充分发挥作用,从而极大地提高了吸收剂的脱碳性能。

图2 新型吸收剂PEI-K2CO3/AC孔径分布图 (Applied Energy, 2014. 129, 17-24)

   对所制备的新型吸收剂PEI-K2CO3/AC与传统碱金属基吸收剂K2CO3/AC和胺基负载型吸收剂PEI/AC进行对比。图2为新型吸收剂PEI-K2CO3/AC的孔径分布图(PSD)。传统碱金属基吸收剂K2CO3/AC和胺基负载型吸收剂PEI/AC孔隙几乎全部被活性组分充填,其孔结构较差。相比而言,新型吸收剂PEI-K2CO3/AC由于活性组分分布特性各异,其活性组分充填后仍保持一定孔结构,有利于气体扩散吸附。

 

 

图3 新型吸收剂PEI-K2CO3/AC脱碳效果 (Applied Energy, 2014. 129, 17-24)

   图3为新型吸收剂PEI-K2CO3/AC脱碳效果。在干燥的CO2环境中,传统胺基负载型吸收剂PEI/AC脱碳能力稍高于PEI-K2CO3/AC。在湿润的CO2/H2O环境中,胺基PEI吸收CO2能力增强,且增加了碱金属基K2CO3吸收CO2的贡献,新型吸收剂PEI-K2CO3/AC脱碳能力明显高于PEI/AC和K2CO3/AC。

图4 新型吸收剂PEI-K2CO3/AC循环脱碳 (Applied Energy, 2014. 129, 17-24)

   图4为新型吸收剂PEI-K2CO3/AC与PEI/AC和K2CO3/AC再生循环脱碳能力对比。在5次脱碳-再生循环过程中,PEI-K2CO3/AC脱碳性能保持稳定,平均脱碳能力为3.48 mmol/g。该新型吸收剂脱碳能力高,多次循环脱碳性能稳定。

 

图5 其他新型烟气净化吸收剂

   此外,研究室在封闭空间内火灾事故模式下烟气快速消除方法方面,还研制了PEI/wood ash,WA,K2CO3/SG和K2CO3/AC(图5)等多种新型烟气净化吸收剂。

   进一步的研究工作将围绕吸收剂与火灾烟气中多种有害组分CO、CO2、HCl及HCN等协同作用机理与特性开展。研究的新型烟气净化吸收剂主要可用于船舶和潜艇舱室封闭空间火灾事故模式下人员逃生与应急救援用个体防护器材和烟气快速消除技术,为大型舰船火灾动力学与防护技术方面的研究提供理论和技术支撑

 
 
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