复合阻化剂抑制煤自燃过程的阶段阻化特性

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添加阻化剂是抑制煤自燃灾害的主要手段。考虑到单一阻化剂存在阻化效果弱、作用时间短的缺点,本文基于两种物质不同阶段的阻化特性,选用碳酸氢钠作为物理阻化成分,高效抗氧化剂茶多酚作为化学阻化成分,开展复配阻化剂优选的实验研究。采用热重–差示扫描量热联用实验和原位傅里叶红外光谱实验,从宏观和微观层面验证了复合阻化剂对煤自燃抑制的高效阻化效果,揭示其微观阻化机理。通过TG–DSC实验,分析对比了不同比例复合阻化剂添加下煤样的特征温度、燃烧特性参数、放热性、动力学参数等氧化特性参数。结果表明复合阻化剂对煤自燃过程有明显抑制作用,碳酸氢钠主要作用在煤氧化过程的失水失重和吸氧增重阶段,茶多酚主要作用于煤氧化过程的热解和燃烧阶段。阻化煤样氧化过程的六个特征温度均较原煤提高,质量损失减少;低温氧化过程煤体吸热量增加,高温阶段放热量减少;可燃指数及综合燃烧指数均明显降低;阻化煤样在氧化过程四个阶段的表观活化能均提高。综合各项参数,得到实验组碳酸氢钠–茶多酚的优选配比为3:1。通过原位傅里叶红外光谱实验,对阻化前后煤样的红外光谱进行分峰拟合,定量分析了煤中特征基团在氧化过程中的变化规律。得出复合阻化剂的添加减少了煤中的活性基团(羟基、甲基以及亚甲基)以及煤氧复合反应中间产物(羧基、羰基)的含量,提高了较为稳定的官能团醚键的含量。在煤的低温氧化过程中,碳酸氢钠热分解生成CO2,通过表面CO2–O2竞争吸附效应,物理惰化抑制煤自燃;在煤高温燃烧过程中,茶多酚内部羟基消耗煤体表面活泼基团并生成醚键,通过中断化学反应进程起到抑制作用。本文的研究为阻化剂防灭火技术的开发提供了新思路,对进一步开展煤自燃灾害的防治具有重要的理论指导意义。
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