新型洁净灭火介质热分解及灭火特性研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wsx19781029
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随着国际上和各国内环保要求的提高,“哈龙”灭火剂因破坏臭氧层而被大范围禁用,现有“哈龙”过渡替代品也将被逐步淘汰,因此,开发和研究清洁、高效、低毒的新一代灭火介质是现今消防领域研究的重点和热点之一。本文基于环境友好以及沸点低等灭火剂所需的物化特性,初步筛选HFO-1336mzz(1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯)作为潜在的新型洁净灭火剂,并从热分解和灭火特性两方面探究了其作为灭火剂替代“哈龙”的可能性。基于火灾现场的高温特性,本文首先采用管式反应器探究了 HFO-1336mzz的热解特性,通过GC/MS分析了其热解产物随温度和停留时间的变化情况,发现在200-800℃温度范围内,HFO-1336mzz(E)和HFO-1336mzz(Z)热解时主要发生相互转化,前者热稳定性高于后者,温度较高时二者分解反应达到平衡后体系中的物质组成均主要为80%的HFO-1336mzz(E)和15%的HFO-1336mzz(Z),其他产物的生成量较少。其次,本文采用密度泛函理论方法研究了 HFO-1336mzz(Z)和HFO-1336mzz(E)热分解过程的微观机理,通过Gaussian程序包计算了 HFO-1336mzz(Z)的五条分解路径和 HFO-1336mzz(E)的六条分解路径,发现 HFO-1336mzz(Z)和 HFO-1336mzz(E)均通过能垒最低的均裂反应方式分解,分解过程中发生C-C键断裂,生成CF3.灭火自由基;另外,HFO-1336mzz(Z)和HFO-1336mzz(E)通过一个三线态中间体相互转化,且HFO-1336mzz(Z)转化为 HFO-1336mzz(E)的能垒更低。最后,在热分解探究的基础上,本文进一步应用密度泛函理论方法研究了 HFO-1336mzz(Z)和 HFO-1336mzz(E)的灭火机理,发现 HFO-1336mzz(Z)和 HFO-1336mzz(E)及其热解产物CF3C≡CH,CF3C≡CCF3和CF3H与火焰中的活泼自由基OH·、H·、O2和·O.发生反应的能垒小于40 kcal.mol-1,极易发生加成或夺取反应,并生成灭火自由基CF3.以进一步捕获火焰自由基,实现良好的化学灭火过程。本文同时测定并对比了HFO-1336mzz(Z)和HFO-1336mzz(E)以及三种典型HFC类灭火剂的灭火浓度,分析了各灭火剂灭火过程中的火焰形态变化,发现HFO-1336mzz灭火浓度较低,表现出出色的灭火效果,与HFC类灭火剂相当,且HFO-1336mzz(E)的灭火效果更佳。综合热分解及灭火特性研究结果可得,HFO-1336mzz可作为“哈龙”替代备选产品;并且,双键C上含有CF3基团的烯烃类物质具有优良的化学灭火效果,为“哈龙”替代品的研究提供了新的方向。
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