【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種改性可膨脹氣溶膠阻燃劑及其制備方法和在防治采空區煤自燃中的應用，屬于礦業安全生產中煤礦采空區煤自燃防治。
技術介紹
1、煤炭資源抑制占我國資源消費結構的主體地位，且在未來的很長一段時間不會動搖。但是頻發的煤自燃火災嚴重威脅到煤礦的安全開采，造成了大量煤炭資源的浪費。所以防治煤自燃的發生十分有必要。其中，煤自燃一半以上發生在采空區，采空區空間條件復雜，漏風嚴重，目前的灌漿、凝膠、阻化劑防滅火手段應對采空區煤自燃火災具有一定的局限性。而氣溶膠由于其獨特的優越性而被考慮用于采空區煤自燃的防治。
2、中國專利cn118638345a公開了一種用于硬質聚氨酯泡沫的高性能復合阻燃劑及制備方法，該專利申請中使用了堿處理、硅烷化、以及植酸化對可膨脹石墨進行表面接枝和負載，同樣中國專利cn116554555a公開了一種可膨脹石墨/植酸復合阻燃劑及其制備方法、應用，該專利申請中，提出利用植酸水溶液以及對氨基苯磺酸水溶液對可膨脹石墨進行改性，上述兩種專利中提出的可膨脹石墨阻燃劑的基本方法較為繁瑣，其中采用的溶液存在一定的危險性，本專利技術中提出的植酸改性方法更為簡便，操作簡單，成分安全，經過改性負載之后提高了可膨脹石墨的高溫穩定性。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種改性可膨脹氣溶膠阻燃劑及其制備方法，以及將氣溶膠阻燃劑用于防治采空區煤自燃中。本專利技術的目的是改善目前的防滅火技術，應對采空區火災有局限性的問題，本專利技術的方法能夠隔絕氧氣，大大減少放熱量，抑制官能團活
2、本專利技術首先采用硅烷偶聯劑和植酸來改性可膨脹石墨，所述表面改性劑硅烷偶聯劑水解后會產生硅醇，會與含有羥基的物質產生交聯反應，剩余部分自行縮聚；所述表面改性劑植酸是一個六元分子，含有大量羥基，是良好的交聯劑，同時它也是優秀的抗氧化劑；接枝改性過程中，在乙醇溶液中，硅烷偶聯劑發生水解產生硅醇，在持續攪拌的過程中與可膨脹石墨微粒、植酸分子發生接觸、碰撞，硅醇與表面含有大量羥基的石墨以及植酸分子不斷發生交聯反應，通過連續的交聯反應，將植酸負載在可膨脹石墨表面，完成接枝改性。本專利技術將改性可膨脹氣溶膠阻燃劑噴灑在有自燃現象的采空區，氣溶膠會均勻彌散在空間中，細微的氣溶膠與燃燒形成的自由基發生碰撞，消耗空間中鏈式反應的參與因子，同時受重力和擾動影響下降。氣溶膠靠近燃燒區時，周圍環境溫度上升，改性可膨脹石墨受熱，層間距增大，迅速膨脹成致密的碳層均勻覆蓋在煤炭表面，有效隔絕氧氣。溫度持續影響下，氫氧化鎂會發生分解反應，保持吸熱的同時釋放出大量水蒸氣。在改性可膨脹石墨形成的封閉空間下，形成了短時的高溫濕熱的環境，氫氧化鈣和粉煤灰形成水硬性凝膠，封堵煤炭空間，有效阻止煤炭自燃。
3、本專利技術提供了一種改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，由以下重量份數的原料組成：
4、硅藻土：3~5份；
5、植酸改性可膨脹石墨：2~10份；
6、白炭黑：1~2份；
7、氫氧化鈣：5~8份；
8、粉煤灰：6~9份；
9、氫氧化鎂：5~10份。
10、上述原料的使用要求如下：硅藻土為a.r.級，700~900目；植酸改性可膨脹石墨為400~500目；白炭黑為a.r.級，其中sio2≥90%（質量百分比），200~300目；氫氧化鈣為a.r.級，96%（純度），300~400目；粉煤灰為300~400目，氫氧化鎂為a.r.級，99%（純度），325目。
11、上述原料中，硅藻土在50℃~200℃之間會吸收大量熱量，同時會和空間中的自由基發生碰撞，使自由基的活性降低，最終形成穩定的不燃物質可以有效填充煤的細微孔隙，減少漏風。
12、植酸改性可膨脹石墨其膨脹以微量高效著稱，可膨脹石墨的體積達到膨脹溫度時可以膨脹到原體積的幾倍至十幾倍，能夠以微量有效覆蓋足夠的煤炭表面，減弱煤與周圍的環境能量和熱量進行交換，形成一個相對隔絕的封閉空間，阻止煤氧接觸，減弱煤分子活化，達到阻燃效果。
13、氫氧化鈣和粉煤灰作為反應物，在氫氧化鈣受熱提高足夠的水分，在形成的膨脹層封閉空間下，兩者發生反應，生成水硬性凝膠，硬度強，不容易分解，且同時因為固體微粒的粒徑很小，無法形成體積巨大的水硬性的固體破碎煤體，在一定程度上填充煤體的漏風通道，能有效阻止煤體與氧氣的接觸。
14、白炭黑作為氫氧化鈣和粉煤灰反應時生成水硬性凝膠輔助連結劑，增加水硬性凝膠之間的連結，增加水硬性凝膠形成的規模和體積，更好地填充煤體之間的縫隙或較大孔隙。
15、所述的植酸改性可膨脹石墨，包括改性劑和可膨脹石墨；改性劑由植酸、硅烷偶聯劑、乙醇組成；上述植酸采用70%植酸溶液，其中植酸體積分數為70%；乙醇采用90%乙醇溶液，其中乙醇的質量分數為90%。
16、可膨脹石墨的平均粒徑為500目，倍率為100ml/g~500ml/g。
17、上述可膨脹石墨：乙醇溶液：硅烷偶聯劑：植酸溶液的質量比為：100:450:4:10~25。
18、上述植酸改性可膨脹石墨的制備方法，包括以下內容：以90%乙醇溶液、硅烷偶聯劑（kh-550）、70%植酸和可膨脹石墨為原料，采用表面接枝法制成植酸改性的可膨脹石墨；具體制備過程如下：
19、將500目的可膨脹石墨加入體積分數為90%的乙醇溶液中后，滴加硅烷偶聯劑（kh-550），隨后加入體積分數為70%的植酸溶液，利用磁力攪拌器以600r/min~800r/min攪拌反應，利用漏斗進行固液分離過濾，并將過濾后的物質放入烘箱中干燥，得到干燥后的物質，過400目篩得到植酸改性可膨脹石墨。
20、對上述制備方法的工藝進一步描述如下：
21、上述攪拌反應過程中，利用磁力攪拌器攪拌反應60min。
22、上述過濾過程，具體操作如下：用濾紙對固液混合物進行過濾，得到濾渣。
23、上述放入烘箱中干燥的具體參數設置為：在溫度為85℃下、真空干燥2.5h。
24、干燥之后的植酸改性可膨脹石墨阻燃劑的粒徑為400目~500目。
25、本專利技術提供了上述改性可膨脹氣溶膠阻燃劑的制備方法，包括以下步驟：在攪拌器內依次加入硅藻土、白炭黑、氫氧化鈣、粉煤灰、氫氧化鎂、植酸改性可膨脹石墨，攪拌10min，使得材料混合均勻。
26、本專利技術提供了上述改性可膨脹氣溶膠阻燃劑在防治采空區煤自燃中的應用。該應用中，首先將上述植酸改性可膨脹石墨阻燃劑制成阻燃氣溶膠，然后在煤礦井下向采空區注入多種氣態溶膠，溶膠膠體粒子在采空區遺留的煤炭表面沉積，相互反應縮聚形成網狀結構，最終發生相變，形成具有良好熱穩定性的液態膠體或固態薄膜。
27、本專利技術提供的利用新型改性膨脹性阻燃氣溶膠防治采空區煤自燃的方法，向煤礦井下容易發生煤炭自燃的采空區注入新型改性可膨脹氣溶膠阻燃劑。氣溶膠通過設備噴灑在空間內，受氣流和重力的影響下沉積均勻覆蓋在煤表面。煤自燃發生時，熱量積本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于由以下重量份數的原料組成：
2.根據權利要求1所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于原料的使用要求如下：硅藻土為A.R.級，700~900目；植酸改性可膨脹石墨為400~500目；白炭黑為A.R.級，其中SiO2≥90%，200~300目；氫氧化鈣為A.R.級，純度為96%，300~400目；粉煤灰為300~400目，氫氧化鎂為A.R.級，純度為99%，325目。
3.根據權利要求1所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于：所述的植酸改性可膨脹石墨，包括改性劑和可膨脹石墨；改性劑由植酸、硅烷偶聯劑、乙醇組成；上述植酸采用70%植酸，其中植酸體積分數為70%；乙醇采用90%乙醇，其中乙醇的質量分數為90%。
4.根據權利要求3所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于：可膨脹石墨的平均粒徑為500目，倍率為100ml/g~500ml/g。
5.根據權利要求3所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于：可膨脹石墨：乙醇溶液：硅烷偶聯劑：植酸的質量比為：100:450:4:10~25。
7.根據權利要求6所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于：攪拌反應過程中，利用磁力攪拌器攪拌反應60min；放入烘箱中干燥的具體參數設置為：在溫度為85℃下、真空干燥2.5h。
8.一種權利要求1~7任一項所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑的制備方法，包括以下步驟：在攪拌器內依次加入硅藻土、白炭黑、氫氧化鈣、粉煤灰、氫氧化鎂、植酸改性可膨脹石墨，攪拌10min，使得材料混合均勻。
9.一種權利要求1~7任一項所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑在防治采空區煤自燃中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于由以下重量份數的原料組成：
2.根據權利要求1所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于原料的使用要求如下：硅藻土為a.r.級，700~900目；植酸改性可膨脹石墨為400~500目；白炭黑為a.r.級，其中sio2≥90%，200~300目；氫氧化鈣為a.r.級，純度為96%，300~400目；粉煤灰為300~400目，氫氧化鎂為a.r.級，純度為99%，325目。
3.根據權利要求1所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于：所述的植酸改性可膨脹石墨，包括改性劑和可膨脹石墨；改性劑由植酸、硅烷偶聯劑、乙醇組成；上述植酸采用70%植酸，其中植酸體積分數為70%；乙醇采用90%乙醇，其中乙醇的質量分數為90%。
4.根據權利要求3所述的改性可膨脹氣溶膠阻燃劑，其特征在于：可膨脹石墨的平均粒徑為500目，倍率為100ml/g~500ml/g。
5.根據權利要求3所述的改...
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐一博，毛曉，賈貝貝，惠杰，馬冬娟，李慎宇，陳佳騰，蘇登科，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：
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