煤炭学报

作者：何文浩, 郝朝瑜, 张亚超, 邓存宝, 张俭,

关键词：硅藻土, 瓦斯爆炸, 动力学, 吸附能,

基于量子化学理论，利用过渡态方法和吸附理论对硅藻土抑制瓦斯爆炸机理进行了分析。 以甲烷氧化初始链式反应为切入点，分析了硅藻土中 2 种主要硅醇( 孤立硅醇和连生硅醇) 与其关 键中间产物(·H，·OH 和 HCHO)的相互作用。 从动力学角度，利用反应能垒和反应速率常数随 温度变化(25~1 000 °C)的相互关系说明了硅藻土与自由基反应对链式反应的影响;从吸附角度， 利用吸附能和弱相互作用可视化分析说明了硅藻土对 HCHO 的物理吸附所属弱相互作用类型及 吸附对链式反应的影响。 结果表明:1 硅藻土中的 2 种常见结构———孤立硅醇和连生硅醇，在与 自由基的反应中表现出不同的性质。 其中连生硅醇具备更好的抑制效果，在 31 °C 时，便开始影响 链式反应;在 122 °C 时，与对应甲烷氧化链式反应达到相同速率，有效减弱链式反应;在 259 °C 及更 高温度时，有效抑制链式反应(为链式反应速率的 10 倍以上)。 2 硅藻土由于表面的极性羟基结 构，2 种模型均能与 HCHO 形成较为稳定的氢键结构。 其中，孤立硅醇具备更高的原子利用率，而 连生硅醇则吸附性能更强(两者相差约 0.9 kJ/ mol)。 3 连生硅醇在消耗自由基和吸附 HCHO 方 面均具备较好的效果，即天然硅藻土可以通过增加连生硅醇浓度以加强抑制效果。 4 参考连生硅 醇抑制机理，在未来筛选新型抑制剂时，可将表面极性羟基浓度作为评选标准之一。

来源：2022年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2022年第10期