低碳醇改性无氟泡沫的性能分析与扑灭油池火的实验研究

针对现有氟碳类泡沫灭火剂关键组分PFOS因国际环境公约出于环保和健康而限用,以及现有泡沫灭火剂还存在析液速度快而影响灭火能效等问题,在前人及团队探究无氟泡沫复配方案基础上,基于火灾化学理论与表面活性剂技术,遴选碳氢/有机硅表面活性剂(LS-99/SDS)为基剂,通过引入可改善气泡聚并的低碳醇(乙醇、正丙醇和异丁醇)调控泡沫的发泡倍数和25%析液时间等性能,开展含醇泡沫和无醇泡沫的灭火对比实验,考察低碳醇引入后的泡沫灭火能效。结果表明,引入适量浓度低碳醇可显著影响LS-99/SDS复配体系的发泡倍数和25%析液时间。相比乙醇和正丙醇,当异丁醇质量分数为0.1%时,可有效延缓含醇泡沫的析液进程和降低析液速率。通过灭火过程的火焰温度测定,发现含醇泡沫作用下10 cm和20 cm高度处的火焰最大降温速率为20.1℃·s^-1和11.2℃·s^-1,相较于无醇泡沫体系降温效果显著,降温增幅分别为39.58%和14.29%。含醇泡沫灭火剂相对于无醇泡沫灭火时间缩短了3.6 s,缩短幅度为37.5%。适量浓度的异丁醇引入到无氟泡沫体系中,可有效延缓泡沫析液进程,提高泡沫体系的发泡倍数及稳泡性能,为无氟泡沫的优化设计提供了一条新路径。建立了基于25%析液时间、平均析液速度、最大降温速率和灭火时间等综合指标的灭火效果考察方法,为泡沫灭火效能的实验室评价提供了参考依据。     

碳氢/有机硅/低碳醇三元系泡沫及抑制煤自燃的效果分析

泡沫灭火剂是常用的火灾扑救方法之一,但常规泡沫灭火剂存在半衰期短,析液、聚并迅速而影响灭火效能的问题,基于火灾化学和活性剂技术,提出碳氢表面活性剂SDS、有机硅表面活性剂LS-99和低碳醇的三元系泡沫体系,并系统探究碳氢/有机硅/低碳醇的复配配比。通过表面张力、发泡高度、稳泡系数的大量测试,发现LS-99的临界胶束浓度为0.0083%。LS-99和SDS二元系在降低表面张力、提升发泡高度和稳泡系数方面具有良好的协同增效作用。在此基础上引入适量浓度的能够延缓泡沫析液、聚并的异丁醇,设计出了性能优良的碳氢/有机硅/低碳醇泡沫灭火剂。LS-99、SDS和异丁醇的质量分数为0.1%时,测试结果表明SDS/LS-99/醇三元系泡沫的发泡倍数可达52.5倍,25%析液时间可达210 s,300 s时的稳泡系数高达0.958,半衰期远超常规泡沫。煤自燃的灭火抑制实验表明,SDS/LS-99/醇三元系泡沫作用下,煤自燃各反应阶段的活化能相较于空气氛围均增大,反应难度增强;最大失重速率下降,反应剧烈程度减弱。初期吸热阶段的吸热量为78.3 J/g,大于空气氛围下煤氧复合的吸热量,吸热增幅高达2.16倍。放热阶段的放热量为1765.4 J/g,相较于空气氛围放热降幅达到15.15%,表明SDS/LS-99/醇三元系泡沫对煤自燃具有良好的灭火效果。     

几种表面活性剂对灭火剂性能影响研究

为探究碳氢和有机硅表面活性剂对泡沫灭火剂性能的影响,将6种表面活性剂按质量分数3%、6%制备泡沫灭火剂,并测试泡沫灭火剂的表面张力、界面张力、发泡倍数、25%析液时间、铺展性、灭火性能等性能,以灭火时间为灭火性能判定标准。结果表明,BS-12和APG0810泡沫灭火剂表面张力相对较低,3%BS-12泡沫灭火剂表面张力为20.4 mN/m;APG0810泡沫性能最好,发泡倍数达到13,同时25%析液时间达到70.64 s;对于铺展性能,K-12泡沫灭火剂在环己烷表面铺展迅速,铺展面积大。灭火实验表明, APG0810泡沫灭火剂灭火时间最短,灭火性能最优。     

低碳醇对氟碳与碳氢表面活性剂复配体系泡沫性能的影响

普通碳氢表面活性剂与磺基甜菜碱氟碳表面活性剂(FS)相比,泡沫性能和耐油性不好。醇通常强烈地影响表面活性剂的自组织行为,醇的加入能提高表面活性剂的泡沫性能。本文采用Ross-Miles法探讨了低碳醇对FS与阴离子碳氢表面活性剂(AOS)复配体系FS/AOS泡沫性能的影响。结果表明,当甲醇、无水乙醇、异丙醇浓度分别为5%、3%、3%,复配体系FS/AOS的起泡性能和泡沫稳定性仍较好,在加入醇之后,煤油含量60%～80%时起泡性能和泡沫稳定性仍较好。不同碳数的低碳醇对复配体系泡沫性能的影响规律为:发泡性能甲醇最好、异丙醇次之、无水乙醇最差,异丙醇的稳泡性能较甲醇和无水乙醇差。     

中外泡沫灭火剂标准对比

在介绍主要泡沫灭火剂及其研发历程的基础上,着重开展了国家标准GB 27897—2011《A类泡沫灭火剂》与美国消防协会(NFPA)标准、GB 15308—2006《泡沫灭火剂》与国际标准化组织(ISO)标准的对比。研究发现,国家标准与ISO标准均包括抗冻结、融化性、沉淀物、比流动性、pH值、张力、扩散系数、发泡倍数和析液时间等指标,相关试验方法和要求基本一致;但与NFPA标准相比,国家标准仅从灭火性能和存放角度出发,设立了凝固点、抗冻结、融化性、比流动性、腐蚀性、pH值、表面张力、润湿性、析液时间、隔热防护性能等指标,缺少环境影响方面的控制指标,试验方法中关于温度和样品混合比的要求也不尽相同。因此,国家标准应借鉴NFPA标准,进一步完善毒理性等相关指标。     

泡沫混凝土发泡剂的稳定性研究

以松香型发泡剂为基体,系统地考察了十二烷基硫酸钠、低碳链脂肪醇和粘性物质（羧甲基纤维素钠）的添加对发泡液的发泡倍数和泡沫稳定性的影响。实验结果表明,在松香型发泡剂中分别掺加三种低碳链脂肪醇均能有效地提高泡沫的稳定性,其中正丁醇的效果最好,1h泌水率由原来的37%下降到22.4%,而十二烷基硫酸钠的效果最差,不利于稳定性的改进。对于这三种低碳链脂肪醇,相同掺量的情况下,泡沫稳定性随着脂肪醇碳链长度的增加而提高。与粘性物质羧甲基纤维素钠进行复配时,在6%发泡剂稀释液中掺加0.16%正丁醇和0.01%羧甲基纤维素钠,发泡和稳泡效果最好,发泡倍数达到27.33,1h泌水率仅为16.23%。     

黄原胶和纳米二氧化硅对无氟泡沫性能的影响

纳米粒子、高分子聚合物稳定泡沫的独特优势使其成为解决泡沫稳定性的研究热点。本文探索了亲水二氧化硅纳米颗粒（NPs）、高分子聚合物黄原胶（XG）对无氟泡沫分散液的发泡性能、泡沫稳定性及铺展性等泡沫性能的影响。研究结果表明，NPs和XG对泡沫稳定性有显著影响。与NPs相比，添加XG有助于增强泡沫稳定性，但对泡沫分散液发泡性能有抑制。NPs添加量为3.0%（质量分数）时，泡沫分散液的发泡能力得到提高。同时添加NPs和XG时，控制二者添加浓度可在稳定泡沫过程中产生协同效应。在铺展过程中，加入NPs、XG后泡沫分散液黏度增加，使泡沫分散液在汽油表面的铺展有不同程度的减缓，但对灭火产生不利影响。     

烷基糖苷在水成膜泡沫灭火剂中的应用研究

以烷基糖苷(APG1214和APG0810)与C6氟碳表面活性剂F1157为主要实验材料,逐步取代原水成膜泡沫灭火剂(AFFF)中的C8氟碳表面活性剂(AF4018)制成新的泡沫液配方,分别考察了其铺展性能、泡沫性能、密封性能和灭火性能,分析各新配方的灭火效果。结果表明:不含氟碳表面活性剂的AFFF达不到GB 15308—2006《泡沫灭火剂》规定的灭火要求;在未复配APG的情况下,以F1157替代C8氟碳表面活性剂可以满足灭火要求,但其抗烧时间下降且F1157用量加大;以APG1214或APG0810与较低浓度F1157复配后制成的AFFF不仅可以降低F1157的用量,而且可以明显提高泡沫液的灭火性能,其中APG0810与F1157复配后的灭火效果优于APG1214与F1157复配后的灭火效果。     

强化泡沫驱复配的研究与评价

实验采用Waring Blender法,在30℃筛选出了?-烯基磺酸钠AOS,脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐型AES两种较好的起泡剂并进行复配,确定最佳复配比为3∶2,在最佳复配比基液加入生物聚合物XC,阴离子聚丙烯酰胺(APAM分子量为1 800万),正十二醇作用效果不同的三种稳泡剂,采用3因素3水平正交试验得出强化泡沫驱配方:AOS(0.18%)+AES(0.12%)+AMPM1800(0.04%)+XC(0.08%)+正十二醇(0.04%)。对配方进行抗温性检测试验,得出75℃泡沫性能最好,发泡量为1 140 m L,析液半衰期达到78 min,泡沫半衰期能接近7.7 h。     

基于烷基糖苷体系石膏发泡剂的复配研究

以烷基糖苷(APG)为发泡剂主组分,通过与其他表面活性剂复配,并选用聚合物羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚乙二醇(PEG)和聚乙烯醇(PVA)作为稳泡剂,进行石膏发泡剂复配研究。通过测定发泡剂的发泡倍数、泡沫稳定性、泌液比例的变化评价其发泡和稳泡性能。结果表明,APG与十一烷基咪唑啉(UIZ)和PVA复配,具有较优的发泡和稳泡性能。较优的条件为:m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2,PVA用量为聚合物与表面活性剂总质量的10%,发泡剂质量分数为0.2%,1800 r/min下搅拌3 min。在此条件下,静置1 min的发泡倍数为4.33,15 min仍能保持在3.12。该发泡剂具有较优的发泡、稳泡和抗泌液性能。     

THE SEPARATION OF LOWER BOILING ALCOHOLS BY EXTRACTIVE DISTILLATION

The following pairs of close boiling alcohols were separated by means of extractive distillation. The pairs separated and an effective agent were: ethanol from isoprepanol with methyl benzoate; ethanol from t-butanol with methyl salicylate; allyl alcohol from n-propanol with dimethylsulfoxide; isopropanal from t-butanol with methyl benzoate; n-propanol from 2-butanol with methyl salicylate; n-propanol from t-amyl alcohol with methyl benzoate; 2-butanol from t-amyl alcohol with methyl salicylate and t-amyl alcohol from isobutanol with dimethylsulfoxide.     

泡沫灭火剂中全氟辛烷磺酸类物质的管控行为及替代物研究进展

全氟辛烷磺酸（perfluorooctane sulfonic acid, PFOS）使水成膜泡沫灭火剂（aqueous film forming foam,AFFF）具有较好的耐高温和抗烧能力,但由于PFOS的难降解性、生物富集性及毒性,国内外相继对PFOS类物质进行了管控。本文简述和分析了泡沫灭火剂中PFOS类物质的管控行为及替代物研究,分析表明管控行动逐步从限制走向淘汰,研究泡沫灭火剂中PFOS类物质的替代物极为迫切;替代物的研究方向主要有两个,一个是泡沫灭火剂中短氟碳链类表面活性剂研究及短氟碳链泡沫灭火剂的灭火效果验证,但短氟碳链类表面活性剂可能存在长期环境持久性的问题;另一个是泡沫灭火剂中无氟类表面活性剂的研究,如有机硅表面活性剂、甜菜碱型表面活性剂、纯化皂苷表面活性剂,但无氟类表面活性剂可能会影响无氟泡沫灭火剂的表面活性、灭火能力、灭火效果等。泡沫灭火剂中PFOS类物质的替代物研发尚任重而道远。     

Study on aqueous film-forming foam extinguishing agent based on fluorocarbon cationic–hydrocarbon anionic surfactants mixture system

Fluorocarbon surfactants were the main components of aqueous film-forming foam extinguishing agents (AFFF). Unfortunately, the widely used fluorocarbon surfactant perfluorooctane sulfonate (PFOS) was limited due to its toxicity, bioaccumulation and biodegradability. In this paper, an environmentally friendly quaternary ammonium cationic fluorocarbon surfactant with high surface activity and simple synthesis route was reported. The surface performance and aggregation behavior of the mixed solution of this fluorocarbon surfactant and sodium n-octyl sulfate were studied by means of surface tension meter and transmission electron microscope (TEM). The results showed that the synergistic effect of sodium n-octyl sulfate and this fluorocarbon surfactant was significant, and many vesicles could be observed in the mixed solution with the concentration of 0.1 mol/L under TEM. Subsequently, three environmental friendly AFFF formulations (F-1, F-2, F-3) were designed with the mixture of the fluorocarbon surfactant, sodium n-octyl sulfate and lauryl betaine BS-12 as foaming agent. Through its foam performance test, it could be seen that F-3 showed relatively excellent foam performance. The initial foam height h₀ was 70 mm, the 25% drainage time was 315 s, the extinguishing time was 28 s, and the burn-back time was 720 s. This kind of fire extinguishing agent had the potential of fire protection application.     

拉莫三嗪-邻苯二甲酰亚胺药物共晶在有机溶剂中溶解度及三元相图测定

采用静态法测定了拉莫三嗪在正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酸乙酯、乙酸甲酯6种溶剂中的热力学行为,并采用Apelblat方程和λh方程进行了关联,其结果表明拉莫三嗪的溶解度随着温度的升高而升高,溶解行为由低到高为正丁醇>正丙醇>异丁醇>异丙醇,乙酸甲酯>丙酸乙酯,应用的方程拟合度较好,可用于单体拉莫三嗪热力学行为的预测。在此基础上,采用溶液法制备拉莫三嗪-邻苯二甲酰亚胺共晶,在298.15、303.15 K时,建立了共晶体在异丁醇、丙酸乙酯溶剂中的三元相图,结果表明同一溶剂体系内,随着温度的升高,拉莫三嗪-邻苯二甲酰亚胺共晶区域增大,有利于共晶的形成。同一温度下,拉莫三嗪-邻苯二甲酰亚胺共晶在异丁醇体系的对称性优于丙酸乙酯体系,表明拉莫三嗪-邻苯二甲酰亚胺共晶更易于在异丁醇体系中获得。     

某大型原油库消防工程设计

以某大型原油库消防工程为例,介绍了其固定式稳压消防冷却水系统和固定式低倍数泡沫灭火系统的设计,对设计参数的选取与计算、灭火剂储备、消防动力及消防水泵、消防管道和系统控制等进行了说明。对设计中注意事项进行了总结。     

无氯氟化学发泡剂对深冷保温用硬质聚氨酯泡沫导热性能影响

无氯氟化学发泡剂CFA8125可与异氰酸酯反应放出CO₂气体,用于硬质聚氨酯发泡,分别使用无氯氟化学发泡剂CFA8125、第三代物理发泡剂HFC–245fa和第四代物理发泡剂LBA制备硬质聚氨酯泡沫,并对其性能进行了研究。结果表明,所得硬质聚氨酯泡沫的密度为43 kg/m³左右时,使用化学发泡剂的硬质聚氨酯泡沫在长、宽、高方向上的压缩强度分别为257,228,280 KPa,均高于使用物理发泡剂的泡沫,具有良好的压缩强度。使用化学发泡剂的硬质聚氨酯泡沫在–160℃时的热导率为10.10 mW/(m·K),较使用物理发泡剂的硬质聚氨酯泡沫低20%左右,更具保温效果,且–196℃下的尺寸稳定性优良,符合使用标准,可适用于深冷环境保温。     

氟碳表面活性剂在消防领域中的应用

分析了氟碳表面活性剂的结构和性能特点;讲解了氟蛋白泡沫灭火剂、轻水泡沫灭火剂和凝胶型抗溶剂泡沫灭火剂的基本组成、性能特点和在消防领域中的应用场合等;最后指出在研发过程中科学工作者必须考虑氟碳表面活性剂对人类身体和环境可能产生的危害.     

The physicochemical and fire extinguishing performance of aqueous film-forming foams based on a class of short-chain fluorinated surfactants

Aqueous film-forming foams (AFFFs) are an important for fire extinguishing, and their key ingredient is fluorinated surfactant. In recent years, traditional long-chain fluorinated surfactants have been banned by most countries because of their persistence, bio-accumulation and toxicity. Therefore, increased attention has been paid to the research and development of short-chain fluorinated surfactants. As is well known, the introduction of hydrophilic or hydrophobic groups in a surfactant affects its surface activity, and therefore, the fire extinguishing performance of AFFFs. In this work, a series of short-chain fluorosurfactant-based AFFFs with different hydrophobic chain lengths were prepared. The physicochemical performance of mixed systems (fluorinated surfactant plus sodium hexanesulfonate), including surface activity, spreading ability, foam expansion, drainage time, and the fire extinguishing and burn-back performance of AFFFs were studied. The results show that the critical micelle concentration (CMC) and the surface tension (γ_CMC) at the CMC of mixed systems at 25°C are lower than 7.68 mmol/L and 16.51 mN/m, respectively. For mixed systems, the average spreading rate is more than 1.09 cm/s, the foam expansion is over 7.1, and the drainage time is greater than 3.28 min. The fire extinguishing time of AFFFs on fuels is less than 51 s while the burn-back time is more than 15.18 min. The results imply a potential application prospect of the short-chain fluorinated surfactants in AFFFs.