气凝胶在灭火领域的应用
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气凝胶的纳米多孔结构不仅拥有出色的隔热性能,还有强大的吸附能力。这种吸附特性使气凝胶成为潜在的高效灭火剂,能够快速吸收火源中的有害化学物质和烟雾。
我国发布实施的T/COS 014-2023《二氧化硅基气凝胶灭火剂》中指出,气凝胶灭火剂可以用于扑救A、B、E、F类火灾及锂电池火、醇类火、重油火等初期火灾。该标准的发布,标志着气凝胶灭火剂正式进入实用阶段。
张学同等开发了一种含气凝胶材料的高效液态灭火剂,该灭火剂通过气凝胶粉末与灭火增强剂的协同作用,有效阻隔热量传递和火焰蔓延,展现出简便的操作性和高度的安全性,同时具备优异的灭火效能和阻燃特性。
安春研制了一种水基气凝胶高效灭火剂,由无机气凝胶粉末与多种阻燃剂组成,具有良好的防火和阻燃性能。由于该阻燃剂具有更长的保质期和更优的灭火效能,因此得到了更广泛的应用。
LIU C X等制备了气凝胶灭火剂,并分别采用气凝胶灭火剂、磷酸铵干粉灭火剂、水基灭火剂进行了A类标准火和B类标准火的灭火试验。通过灭火试验对比了气凝胶灭火剂与传统灭火剂的灭火性能,结果显示,气凝胶灭火剂在灭火时间和冷却速度上表现更优。
锂电池火灾火势蔓延迅速、释放有毒气体且难以扑灭,会对人员健康和安全构成极大威胁。WENG JW等和李松的研究表明,气凝胶在吸收热量、抑制火焰、降低燃烧峰值温度以及延缓火灾传播方面具有显著效果,为磷酸铁锂电池火灾防控提供了科学试验依据和实际应用指导。
气凝胶泡沫灭火剂是将经表面改性处理后的无机多孔气凝胶微粒、含磷阻燃剂、含氮阻燃剂、亲水剂按一定质量比混溶于水中制得的。刘通等通过搭建连接有气凝胶灭火剂喷淋装置的锂电池热失控特征测试平台,研究气凝胶泡沫灭火剂在防治电池火灾方面的效能。
电池起火后,气凝胶灭火剂展现出出色的明火抑制效果,接触电池表面形成的致密泡沫,能够有效阻隔氧气,实现快速灭火。对于已经发生热失控的情形,气凝胶灭火剂凭借预热覆盖效果,显著缩短电池射流火的持续时间,可大幅降低电池火灾危害。
综上所述,气凝胶灭火剂的研发和应用为火灾防控领域带来了新的选择。从标准制订到实际的应用,气凝胶灭火剂在多种火灾场景下展现出的卓越灭火性能及安全性,已经日益受到广泛重视。
气凝胶以其出色的隔热和吸附性能,在安全领域中发挥着越来越重要的作用。在防火领域,高效隔热特性使其成为提升建筑耐火等级和船舶防火性能的优选材料。气凝胶还特别适用于锂电池热失控的阻隔,为新能源安全提供了创新解决方案。
此外,气凝胶的轻质特点使其成为提升消防服性能的理想材料,增强了消防员在恶劣火场环境中的保护。在灭火救援领域,气凝胶灭火剂因其环保性、高效灭火性能以及对复杂火情如锂电池火灾的应对能力而得到认可,不仅能迅速熄灭火焰,还能吸附有害化学物质和烟雾,减轻火灾对环境和人体健康的影响。
气凝胶在防火和灭火领域的应用具有良好前景,但也面临制备成本高和力学性能较差等挑战。传统的超临界干燥技术和冷冻干燥技术成本高且能耗大,尽管常压干燥技术已有所发展,但前二者仍是新型气凝胶开发的优先选择。此外,制备过程中的有机溶剂使用对环境和人体健康构成潜在风险,其无害化处理也进一步增加了成本。
为推动气凝胶的商业化生产和应用,需要探索更环保、经济的生产工艺。针对部分气凝胶脆性大和易吸水的问题,可以积极探索功能化改性或开发新型复合气凝胶来提升其力学性能和疏水性。随着技术进步,未来气凝胶在防火和灭火领域的应用必将更加深入。