一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料及其制备方法与应用

本发明涉及煤矿矸石山防灭火，具体涉及一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、煤矿中洗选煤产生的矸石由于长期堆积形成数量体积巨大的矸石山，累计重量超过50亿吨，并且每年还以3.7-5.5亿吨/年的速度迅速增长。在适宜的环境条件下，矸石山内部发生自燃、排放有毒有害气体污染环境，给矸石山修复治理造成困难。矸石山内部发生自燃后，燃烧火区会随着气候条件、堆积状态、通风风量等的改变发生迁移，因此难以实现精准定位灭火位置。常用的注浆灭火方式需要大量材料且容易流浆，而将矸石山局部挖开注入灭火材料工作量巨大，且注入灭火材料后可能发生材料失效、引起复燃等现象。

2、胶囊是一种将内芯包覆在具有一定厚度的壳层所构成的容器，可以将内部保护物质与外界环境分隔，防止内部物质被破坏，因此胶囊材料逐渐被广泛使用。目前还没有胶囊材料应用到煤矿矸石山防灭火技术领域文献报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料及其制备方法与应用，该制备方法简单方便，原料成本低廉；所制备得到的微胶囊材料通过磁场控制作用能够自主移动，将其应用到防治矸石山火灾中，当矸石山发生自燃后激发岩石磁性形成局部磁场，制备的微胶囊在磁场驱动作用下实现定向移动到高温火区，到达一定温度后温敏性囊壁破裂释放阻燃剂，实现精准灭火。

2、为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、(1)将矸石阻燃剂、乳化剂和去离子水按照一定比例混合，在50-65℃水浴加热下机械搅拌30-35min，形成芯材液；

5、(2)将温敏性高分子聚合物、磁性纳米颗粒、乳化剂和去离子水按照一定比例混合，在50-60℃水浴加热下机械搅拌30-35min，得到壁材乳化液；

6、(3)将一定量芯材液滴加到壁材乳化液中，在50-70℃水浴加热下搅拌均匀制备成混合液；

7、(4)将混合液倒入固定模具中，使用乙醇和去离子水反复洗涤3-5遍，过滤干燥得到防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料。

8、进一步的，步骤s1中，所述矸石阻燃剂、乳化剂与去离子水之间的质量比为1：1：(8-10)。

9、进一步的，步骤s2中，磁性纳米颗粒、温敏性高分子聚合物、乳化剂和去离子水之间的质量比为1：(2-3)：(2-3)：(5-8)。

10、进一步的，步骤s3中，所述芯材液与壁材乳化液的质量比为1：(3-5)。

11、进一步的，所述矸石阻燃剂为硅酸钙、硅酸镁中的一种或两种。

12、进一步的，步骤s2中，所述高分子聚合物为n-异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇-聚丙烯酸、聚(n-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)中的一种；所述磁性纳米颗粒为氧化铁纳米颗粒、钴磁性纳米颗粒、铁-镍合金纳米颗粒、钕铁硼合金纳米颗粒中的一种或多种。

13、进一步的，步骤s1和s2中，所述乳化剂为卵磷脂、鱼胶蛋白、明胶、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。

14、进一步的，所述的搅拌速度为1000-2000rmp。

15、本发明还提供了一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料。

16、本发明还提供了一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的应用，所述微胶囊材料在防治矸石山火灾中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、(1)当矸石山发生自燃后激发岩石磁性形成局部磁场，本发明所制备的控释微胶囊通过磁场控制作用自主移动至高温火区，实现精准灭火；

19、(2)本发明所制备的控释微胶囊材料到达高温区域后，温敏性壁材感知温度，当超过设定温度后能够迅速破裂，释放出矸石阻燃剂，实现快速灭火；

20、(3)本发明使用的原料成本低廉，操作工艺简单方便；所制备的胶囊壁材强度大，稳定性较高，可以应对矸石山中其他复杂环境条件。

技术特征：

1.一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述矸石阻燃剂、乳化剂与去离子水之间的质量比为1：1：(8-10)。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，磁性纳米颗粒、温敏性高分子聚合物、乳化剂和去离子水之间的质量比为1：(2-3)：(2-3)：(5-8)。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述芯材液与壁材乳化液的质量比为1：(3-5)。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，所述矸石阻燃剂为硅酸钙、硅酸镁中的一种或两种。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述高分子聚合物为n-异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇-聚丙烯酸、聚(n-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)中的一种；所述磁性纳米颗粒为氧化铁纳米颗粒、钴磁性纳米颗粒、铁-镍合金纳米颗粒、钕铁硼合金纳米颗粒中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，步骤s1和s2中，所述乳化剂为卵磷脂、鱼胶蛋白、明胶、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。

8.根据权利要求1或2所述一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料的制备方法，其特征在于，所述的搅拌速度为1000-2000rmp。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法所制备得到的用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料。

10.根据权利要求9所制备得到的微胶囊材料在防治矸石山火灾中的应用。

技术总结本发明公开了一种用于防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料及其制备方法与应用，该方法主要以矸石阻燃剂为芯材，温敏性高分子聚合物为壁材，同时将磁性纳米颗粒引入到壁材中实现可控移动。具体制备方法包括：将阻燃剂、乳化剂和去离子水混合进行处理得到芯材液；将温敏性高分子聚合物、纳米级磁性颗粒、乳化剂和去离子水混合得到壁材乳化液；将芯材液、壁材乳化液混合反应后洗涤过滤干燥，即可得到磁性、温敏性双响应控释微胶囊。本发明制得的防治矸石山火灾的磁性、温敏性双响应控释微胶囊材料，能够在磁场作用下自主移动、到达设定温度后主动释放矸石阻燃剂，从而实现精准灭火功能。技术研发人员：戚绪尧,张亚博,李承越,魏宏阳,李辰灏,辛海会受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/2/1