甲烷作为一种清洁能源在生产生活中被广泛应用,但其在输运储存过程中的爆炸事故时有发生。传统无机矿物粉体抑爆剂因具有经济环保特点成为抑爆剂研究的重要方向,但其抑爆性能较差很难在工业生产中应用。最新研究表明,矿物粉体含磷官能团化可发挥重要的化学阻燃灭火特性。受此启发,本文采用葡萄糖酸溶液浸渍法和硅烷偶联剂接枝法分别制备出表面具有羟基、巯基和脲基官能团的蒙脱石改性粉体,探究这三种有机官能团对其甲烷抑爆性能的影响。首先,采用马尔文激光粒度仪、同步热力学分析仪以及傅里叶变换红外光谱仪,分别对纯净蒙脱石粉体及三种官能团改性粉体的粒径分布大小、热学特性和表面化学官能团进行系统的分析和表征。实验结果表明,分别在三种不同类型的改性粉体红外光谱3400-3700 cm-1、2557 cm-1、3390 cm-1处观察到羟基、巯基和脲基的特征谱峰,且粒径分析结果表明四种粉体的平均粒径相似、粒径分布均匀。其次,利用5 L管道爆炸实验系统,分别测试四种粉体对9.5%CH4-Air的抑爆效果。结果表明:与纯蒙脱石粉体对比,通过改性后的羟基和脲基蒙脱石粉体,表现出明显增强的抑爆性能。当粉体浓度达到0.3 g/L,纯蒙脱石粉、羟基改性粉、巯基改性粉和脲基改性粉体的甲烷最大爆炸压力分别为50.98 mbar、26.59mbar、38.94 mbar和30.23 mbar。相比无粉体最大爆炸压力100.78 mbar分别下降了49.41%、73.61%、61.36%和70%。且四种粉体的甲烷爆炸火焰传播时长为37 ms、50.62 ms、37.5 ms和51.5 ms,相比无粉体时火焰传播时长分别延长了236.36%、360.18%、259.1%和363.63%。综合分析,四种粉体的抑爆效果为:羟基蒙脱石粉>脲基蒙脱石粉>巯基蒙脱石粉>纯蒙脱石粉。最后,运用Material Studio分子模拟软件中的DMol 3模块对四种粉体的化学活性表面静电势和粉体表面官能团的分子键布居、键长进行计算来反映粉体表面的化学反应性。结果表明,羟基和脲基改性粉表面存在静电势为负的化学活性区域,且在同静电势等值面下,羟基改性粉表面的负电势区域明显多于脲基改性粉体。而羟基和脲基官能团也分别容易断裂形成?OH、NH4?和NCO?,更容易与甲烷爆炸自由基反应而消耗。综上模拟计算推测结果与抑爆性能实验结果规律相似,从而揭示改性粉体的甲烷抑爆反应机理。