一种玄武岩三相泡沫灭火剂及其制备方法与流程

1.本发明属于消防灭火材料领域，具体涉及一种泡沫灭火剂，更具体涉及一种高效玄武岩三相泡沫灭火剂及其制备方法。


背景技术：

2.传统的两相泡沫灭火剂在扑灭池火灾以及油品类火灾中起到了重要作用。泡沫灭火剂主要通过冷却、屏蔽和隔热三个作用来扑灭火灾。两相泡沫是由表面活性剂水溶液及气体组成的分散体系，其高比表面积表面能导致热力学不稳定。导致泡沫衰减的主要机理是泡沫的排水，聚结和粗化。不稳定的小气泡之间会发生聚结从而形成较大的气泡。在重力和拉普拉斯压差的驱动下，液膜中的水自动流向plateau边界，导致液膜变薄，并且在不同大小气泡之间的压力差的存在下导致液膜粗化和破裂。泡沫灭火剂中的表面活性剂可以吸附在气/液界面从而形成稳定的泡沫。由于表面活性剂具有降低表面张力的作用，因此可以通过降低不同气泡间的压力梯度来减缓排水速度。但是由于表面活性剂分子在液膜处的吸附是可逆的，在油和高温等因素的干扰下，低的黏附能导致表面活性剂易于解吸，结果导致泡沫稳定性差。
3.因此泡沫灭火剂在实际应用中，普遍存在高温下热稳定性差、抗复燃能力低等突出问题。为了解决两相泡沫中起泡剂分子形成的界面膜强度低，液膜排液快，易消泡的问题，现有许多学者尝试在两相泡沫中添加耐烧粉体形成空气、水和固体微粒的固、液、气三相共存的泡沫体系，称之为三相泡沫。
4.相比于传统的气液两相泡沫，由于固体微粒的加入势必将影响液膜中水的析出速度及泡沫的稳定性，此外固体颗粒的性质特别是表面特性也会对液膜强度和液膜的稳定性有很大影响。许多研究人员对三相泡沫稳定机制进行了深入研究。据证明，只有具有适当润湿性的颗粒才具有优异的稳泡性能，三相泡沫的稳定性在很大程度上还取决于固体颗粒的大小，形状和浓度。固态纳米颗粒，例如二氧化硅，caco3和氧化铝，通常用于稳定三相泡沫系统。然而，由于高昂的成本和纳米颗粒的团聚问题，使用纳米颗粒稳定泡沫在大型油田中的应用受到限制。玄武岩在中国福建、河南、黑龙江等省广泛分布，其不仅价格便宜易得，加工方便，还具有耐高温性好，隔热性能好的优点。玄武岩三相泡沫灭火剂有利于在扑灭油气火灾时在油面形成一层隔氧隔热层，从而快速扑灭火灾。
5.国内外对三相泡沫灭火剂的研究并不是很多，鲜有一些学者尝试从不同的应用场景和使用方式进行优化和改进，它们虽然在某个具体应用场景具有优异性能，但仍然存在各种问题。
6.例如专利cn1776195、cn210698570u、cn205042006u、cn2841966等都是针对煤矿矿井的实际应用环境对泡沫发泡装置进行改进，但是并未说明三相泡沫的灭火原理以及制作方式，且应用场景受到局限。
7.专利cn110448852a、cn108421196a、cn102836516a等描述了三相泡沫的制作方式，但均添加了氟碳类表面活性剂。2009年4月,联合国环境规划署(epa)通过了《关于持久性有
机污染物pops的斯德哥尔摩公约》将afff中所含的全氟辛烷磺酸(pf0s)及其盐类等9大类物质列入了持久性有机污染物(pops)的行列。
8.综上所述，目前国内外研究的三相泡沫灭火剂存在的缺点分别是：研究内容较少，大多基于具体应用场景对发泡装置进行改进，泡沫液中添加了对环境不友好的表面活性剂。三相泡沫灭火技术还不成熟。


技术实现要素：

9.针对现有技术中传统两相灭火剂使用氟碳表面活性剂、螯合剂等价格较高且有毒有害，对环境不友好且对灭油类火灾时泡沫易破裂、不稳定的问题，本发明提供一种高效玄武岩三相泡沫灭火剂及其制备方法，其目的在于：提高泡沫灭火剂的灭火效率，保护环境。
10.本发明采用的技术方案如下：
11.一种玄武岩三相泡沫灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
12.s1：将玄武岩颗粒研磨至粒径为微米级；
13.s2：将研磨好的玄武岩颗粒分散于去离子水中，然后加入聚磷酸铵超声至玄武岩颗粒完全分散，得到玄武岩分散液；
14.s3：向玄武岩分散液中加入tris缓冲液，调节ph至8.5后加入多巴胺搅拌反应，反应完成后洗涤、过滤、烘干，得到多巴胺包覆的玄武岩；
15.s4：按重量份数计，称取1～5份氨基磺酸溶于40～60份乙醇中，量取1～5份kh560与氨基磺酸乙醇溶液搅拌反应，然后向溶液中加入2～3份多巴胺包覆的玄武岩继续反应，再加入0.2～1份辛基三甲基硅烷，继续反应至反应完毕，洗涤、过滤、烘干，得到改性玄武岩粉末；
16.s5：将1～3重量份十二烷基磺酸钠、2～5重量份有机硅表面活性剂、21～42重量份烷基糖苷、4～8重量份十二烷基甜菜碱加入到40重量份去离子水中，充分搅拌，得到组分a，将10～31重量份丙二醇、0.8～2.5重量份十二醇加入到20重量份去离子水中，得到组分b，将组分a加入到组分b中，充分混合后加入1.5～5重量份聚丙烯酰胺，加入去离子水配制成100％泡沫浓缩液；
17.s6：将泡沫浓缩液与去离子水按体积比为6：94的比例混合，得到泡沫液；
18.s7：称取0.2～0.5份改性玄武岩粉末至100重量份泡沫液中，超声至完全分散，得到玄武岩三相泡沫灭火剂。
19.作为优选，步骤s1中玄武岩研磨后的粒径为0.8μm～2.0μm。
20.作为优选，按重量份数计，步骤s2中玄武岩颗粒5～10份，去离子水100～200份，聚磷酸铵0.5～1份。
21.作为优选，按重量份数计，步骤s3中多巴胺0.2～0.5份，tris缓冲液0.2～0.4份。
22.作为优选，步骤s3的反应时间为13h～17h。
23.作为优选，步骤s3中采用饱和氢氧化钠溶液调节ph，温度为室温。
24.作为优选，步骤s3、s4所述的洗涤处理为离心机离心3～5次。
25.作为优选，步骤s3的反应温度为60℃～80℃，反应时间为7h～13h。
26.一种玄武岩三相泡沫灭火剂，由任一项所述的制备方法制备而成。
27.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
28.(1)本发明技术方案采用的表面活性剂材料中不含氟化物等对环境有害物质，为环境友好型泡沫灭火剂。
29.(2)本发明技术方案采用玄武岩三相泡沫，取材简单，方便易得，价格低廉，加工方便，并且不产生二次污染，玄武岩本身具有良好的隔热性和耐高温性在灭高温油类火灾中不仅能起到良好的隔热降作用，还能增强泡沫体的稳定性，隔绝油面与空气的接触，通过隔绝氧气从而达到灭火的效果。
30.(3)本发明技术方案采用多巴胺包覆、硅烷偶联剂原位接枝改性的方法改变玄武岩的物理化学性质，使其亲油性增加，更利于与泡沫紧密接触，从而达到增强泡沫稳定性的作用。
具体实施方式
31.为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附表，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
32.实施实例1
33.取经粗打磨处理的玄武岩颗粒，将其放进0.8l的行星式球磨机进行球磨处理，通过多次球磨，使其颗粒直径达到2μm，然后密封储存。按重量份数计，称取5份研磨好的玄武岩分散于100份去离子水中，加入0.5份的聚磷酸铵并用探头超声10min至完全分散；在超声完的玄武岩分散液加入0.3份tris缓冲液，并用饱和的氢氧化钠溶液调节ph至8.5，然后加入0.2份多巴胺，在常温下搅拌反应13h。反应完成后将分散液离心并用去离子水洗涤3次、然后抽滤并烘干滤饼，烘干后的滤饼用研钵研磨后装入样品瓶密封保存，得到多巴胺包覆的玄武岩。按重量份数计，称取1份氨基磺酸溶于50份乙醇中，量取1份kh560并与氨基磺酸乙醇溶液一并加入250ml三口烧瓶中，在60℃下搅拌反应7h，再加入2份多巴胺包覆的玄武岩继续反应11h，再加入0.2份辛基三甲基硅烷，继续反应13h至反应完毕，将分散液用去离子水洗涤3次并离心、然后抽滤并烘干滤饼。烘干后的滤饼用研钵研磨后装入样品瓶密封保存，得到原位接枝改性的玄武岩粉末。称取1份十二烷基磺酸钠(sds)、2份有机硅表面活性剂(silok
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8008)、20份烷基糖苷(apg0810)和4份十二烷基甜菜碱(bs
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12)加入到40份的去离子水中，充分搅拌，为组分a。再称取10份丙二醇和1份十二醇加入到20份的去离子水中，为组分b。将组分a加入到组分b中，充分混合后加入1.5份聚丙烯酰胺，加入剩余去离子水配制成泡沫浓缩液。将制得的泡沫浓缩液与去离子水按6：94的比例混合，得到泡沫液。称取0.2重量份的改性玄武岩粉末至100份泡沫液中，超声至完全分散，得到玄武岩三相泡沫灭火剂。
34.实施实例2
35.取经粗打磨处理的玄武岩颗粒，将其放进2l的行星式球磨机进行球磨处理，通过多次球磨，使其颗粒直径达到1.2μm，然后密封储存。按重量份数计，称取5份研磨好的玄武岩分散于100份去离子水中，加入0.8份的聚磷酸铵并用探头超声10min至完全分散；在超声完的玄武岩分散液加入0.3份tris缓冲液，并用饱和的氢氧化钠溶液调节ph至8.5，然后加入0.4份多巴胺(pda)，在常温下搅拌反应15h。反应完成后将分散液用去离子水洗涤3次并
离心、然后抽滤并烘干滤饼，烘干后的滤饼用研钵研磨后装入样品瓶密封保存，得到多巴胺包覆的玄武岩。按重量份数计，称取2份氨基磺酸溶于50份乙醇中，量取2份kh560并与氨基磺酸乙醇溶液一并加入250ml三口烧瓶中，在60℃下搅拌反应8h，再加入3份多巴胺包覆的玄武岩继续反应12h，再加入0.3份辛基三甲基硅烷，继续反应14h至反应完毕，将分散液用去离子水洗涤3次并离心、然后抽滤并烘干滤饼。烘干后的滤饼用研钵研磨后装入样品瓶密封保存，得到原位接枝改性的玄武岩粉末。称取2份十二烷基磺酸钠(sds)、4份有机硅表面活性剂(silok
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8008)、30份烷基糖苷(apg0810)和6份十二烷基甜菜碱(bs
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12)加入到40ml的去离子水中，充分搅拌，为组分a。再称取20份丙二醇和2份十二醇加入到20份的去离子水中，为组分b。将组分a加入到组分b中，充分混合后加入3份聚丙烯酰胺，加入剩余去离子水配制成泡沫浓缩液。将制得的泡沫浓缩液与去离子水按6：94的比例混合，得到泡沫液。称取0.3重量份的改性玄武岩粉末至100重量份泡沫液中，超声至完全分散，得到玄武岩三相泡沫灭火剂。
36.实施实例3
37.取经粗打磨处理的玄武岩颗粒，将其放进2l的行星式球磨机进行球磨处理，通过多次球磨，使其颗粒直径达到0.8μm，然后密封储存。按重量份数计，称取10份研磨好的玄武岩分散于200份去离子水中，加入1份的聚磷酸铵并用探头超声10min至完全分散；在超声完的玄武岩分散液加入0.6份tris缓冲液，并用饱和的氢氧化钠溶液调节ph至8.5，然后加入0.5份多巴胺(pda)，在常温下搅拌反应17h。反应完成后将分散液用去离子水洗涤3次并离心、然后抽滤并烘干滤饼，烘干后的滤饼用研钵研磨后装入样品瓶密封保存，得到多巴胺包覆的玄武岩。按重量份数计，称取5份氨基磺酸溶于100份乙醇中，量取5份kh560并与氨基磺酸乙醇溶液一并加入250ml三口烧瓶中，在60℃下搅拌反应9h，再加入3份多巴胺包覆的玄武岩继续反应13h，再加入0.8份辛基三甲基硅烷，继续反应15h至反应完毕，将分散液用去离子水洗涤3次并离心、然后抽滤并烘干滤饼。烘干后的滤饼用研钵研磨后装入样品瓶密封保存，得到原位接枝改性的玄武岩粉末。称取3份十二烷基磺酸钠(sds)、5份有机硅表面活性剂(silok
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8008)、40份烷基糖苷(apg0810)和8份十二烷基甜菜碱(bs
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12)加入到40ml的去离子水中，充分搅拌，为组分a。再称取30份丙二醇和3份十二醇加入到20份的去离子水中，为组分b。将组分a加入到组分b中，充分混合后加入5份聚丙烯酰胺，加入剩余去离子水配制成泡沫浓缩液。将制得的泡沫浓缩液与去离子水按6：94的比例混合，得到泡沫液。称取0.5重量份的改性玄武岩粉末至100重量份泡沫液中，超声至完全分散，得到玄武岩三相泡沫灭火剂。
38.将本发明制备的玄武岩三相泡沫灭火剂材料及市售的两相泡沫灭火剂的泡沫性能进行测试，具体测试结果如下表表1:
39.表1：本发明的产品与市售两相泡沫灭火剂的泡沫性能对比
[0040][0041]
从上述实施方式以及表1的实验结果可以看出本发明的有益效果体现在：
[0042]
1.对环境友好：本发明在生产制作过程中不添加对环境有危害的试剂及药品，原材料简单、易得，节约资源且生产过程无二次污染，属于环境友好型泡沫灭火剂。
[0043]
2.泡沫稳定性高：从表1可以看出玄武岩三相泡沫灭火剂的析液半衰期远远高于普通市售两相泡沫灭火剂。因此在针对灭油类等火灾时，玄武岩三相泡沫灭火剂能有效提高灭火效率，增加灭火的有效率以及减少灭火时间。
[0044]
3.成本低：市场广泛使用的水成膜泡沫灭火剂因其必须添加的氟碳表面活性剂费用较高，多为国外进口，导致其使用成本较高。相比而言本发明使用的表面活性剂均为普通型表面活性剂，属于国内自己生产使用，从使用的便易度和成本来说都优于氟碳表面活性剂。且本发明添加的玄武岩在我国资源丰富，且加工处理简单，总体生产成本较低。
[0045]
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。