二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法及应用

本发明涉及水系森林灭火剂领域，尤其涉及一种二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法及应用。

背景技术：

1、森林火灾由于突发性强，破坏性大，给人类生命财产安全、自然资源及自然生态环境造成了极大的威胁。与此同时，森林火灾常发生在地势崎岖的山区，交通、通信往往不便，扑救难度高。因此，如何实现对森林火灾的有效防治与扑救成为了当前的重中之重。当前，常用于森林灭火的森林灭火剂主要分为干粉灭火剂、二氧化碳灭火剂、泡沫灭火剂、卤代烷灭火剂和水系灭火剂。其中，干粉、二氧化碳及泡沫灭火剂由于其质量较轻，在森林灭火过程中极易受到环境(风向等)的影响，使得灭火剂能够到达火源位置的成分非常有限，难以实现对大型森林火灾的有效控制。而卤代烷灭火剂主要通过捕捉活性自由基，进而中断燃烧链反应，从而达到森林灭火的效果，其灭火效率较高、性能稳定，但其分解产生的氯氟烃存在严重损耗臭氧层的情况，现已被各国禁用。因此，近年来环境友好型的水系灭火剂得到了研究学者的广泛关注，提升水系灭火剂的灭火效率成为当今世界的研究重点。

2、水是最先用于灭火的材料，它的比热相对较高，且吸热性很强，可以大幅度地降低森林火灾燃烧时的温度，而且水在灭火过程中形成的大量水蒸气还可以将可燃物和氧气隔离开来，起到阻断火势的作用。当前，水已成为扑灭a类火灾中使用最多，也是最重要的灭火手段。然而，直接以水作为森林灭火剂还有许多问题有待解决，如水难以在可燃物表面长期驻留；灭火时用水量较大造成浪费；由于纯水耐再燃能力较差，水分未到达燃烧点即发生蒸发，导致了灭火效果较低等。因此，通常水系灭火剂在森林灭火过程中，需向其中引入具有灭火功能的添加剂，从而提高水系灭火剂的灭火效率。常用的水系灭火剂的添加剂主要以磷酸盐为主，其主要通过热解生成的惰性气体、及催化炭化作用和水共同发挥灭火作用。然而，水系灭火剂往往具有良好的流动性，无法长期有效地停留在可燃性森林植被表面，且易受环境影响，喷洒不均匀、流失严重，使其在受火灾侵蚀的森林植被表面的有效含量较低，附着铺展性差，导致传统森林灭火剂的灭火效率较低。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有森林灭火剂在植被表面有效含量低，灭火效率低的问题，提供一种二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法及应用。

2、本发明二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

3、一、将二氧化硅气凝胶加入蒸馏水中，再加入乳化剂，在室温下，高速分散制备成二氧化硅水凝胶乳液；

4、二、静置消泡后，将碳酸钾加入至二氧化硅水凝胶乳液中，高速分散制备成二氧化硅微交联乳液；

5、三、然后将次磷酸铵加入至二氧化硅微交联乳液中，高速分散，并对碳酸钾进行中和，调节二氧化硅微交联乳液的ph至8.5～9.5，制备得到二氧化硅水凝胶森林灭火剂。

6、进一步的，步骤一所述二氧化硅水凝胶乳液中二氧化硅气凝胶的质量浓度为3％-5％。

7、进一步的，步骤一所述二氧化硅水凝胶乳液中乳化剂的质量浓度为0.5％-1％。

8、进一步的，步骤一所述高速分散的速度为3500-4500r/min，时间为3～5min。

9、进一步的，步骤一所述乳化剂为辛癸烷葡糖苷、十二烷基二甲基甜菜碱或十二烷基磺酸钠。

10、进一步的，步骤二所述二氧化硅水凝胶乳液中碳酸钾的质量浓度为3％-5％。

11、进一步的，步骤二所述高速分散的速度为3500-4500r/min，时间为5～8min。

12、进一步的，步骤三所述二氧化硅微交联乳液中次磷酸铵的质量浓度为2％～6％。

13、进一步的，步骤三所述高速分散的速度为3500-4500r/min。

14、本发明二氧化硅水凝胶森林灭火剂在针叶林火灾灭火中的应用。

15、本发明的反应方程式为：

16、k2co3+nh4h2po2→khco3+kh2po2

17、生成的次磷酸钾、碳酸氢钾和次磷酸铵作为二氧化硅水凝胶森林灭火剂的灭火助剂。

18、本发明的有益效果：

19、本发明以二氧化硅气凝胶作为保水剂、增稠剂和隔热剂，引入次磷酸盐和钾盐作为增效剂，制备了一种喷洒效率高、植被表面附着性和灭火性能优异的二氧化硅水凝胶森林灭火剂。本发明的制备路线如图1所示。

20、本发明制备的灭火剂为白色乳液，粘度大约为100pa·s，相比于传统水系森林灭火剂，此二氧化硅水凝胶灭火剂拥有一定黏度，因此在喷洒过程中较传统水系灭火剂的细水雾相比粒径增大，其喷洒过程中，不易受风、温度等环境因素影响，且ph值为8.5～9.5，符合gb 17835-2008《水系灭火剂》的ph要求。

21、随着表面活性剂的引入，二氧化硅水凝胶森林灭火剂在森林易燃植被表面具有良好的浸润性，有利于其在可燃植被的均匀铺展，从而实现高效地阻灭火性能。

22、本发明的二氧化硅水凝胶灭火剂以二氧化硅气凝胶为主要原料，其环境友好，喷洒过程中对森林环境基本无危害。且通过碳酸钾盐实现二氧化硅气凝胶表面的微交联，增加了乳液的粘度，提高了其在森林可燃性植被的表面的粘附性。随着次磷酸铵的引入，将碳酸钾中和后，形成的次磷酸钾、碳酸氢钾和剩余的次磷酸铵可作为二氧化硅水凝胶灭火剂的增效剂，通过气相自由基的捕捉作用和凝聚相的催化炭化作用，仅喷洒2s左右，就可以使木垛火迅速熄灭，提高了灭火剂的灭火效率。在森林火灾的防控过程中展现了广阔的应用前景。

技术特征：

1.二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述二氧化硅水凝胶乳液中二氧化硅气凝胶的质量浓度为3％-5％。

3.根据权利要求1或2所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述二氧化硅水凝胶乳液中乳化剂的质量浓度为0.5％-1％。

4.根据权利要求3所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述高速分散的速度为3500-4500r/min，时间为3～5min。

5.根据权利要求4所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述乳化剂为辛癸烷葡糖苷、十二烷基二甲基甜菜碱或十二烷基磺酸钠。

6.根据权利要求5所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤二所述二氧化硅水凝胶乳液中碳酸钾的质量浓度为3％-5％。

7.根据权利要求6所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤二所述高速分散的速度为3500-4500r/min，时间为5～8min。

8.根据权利要求7所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤三所述二氧化硅微交联乳液中次磷酸铵的质量浓度为2％～6％。

9.根据权利要求8所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤三所述高速分散的速度为3500-4500r/min。

10.如权利要求1所述的二氧化硅水凝胶森林灭火剂在针叶林火灾灭火中的应用。

技术总结二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法及应用，具体涉及水系森林灭火剂领域，尤其涉及一种二氧化硅水凝胶森林灭火剂的制备方法及应用。是要解决现有森林灭火剂在植被表面有效含量低，灭火效率低的问题。方法：一、将二氧化硅气凝胶加入蒸馏水中，再加入乳化剂，分散制成二氧化硅水凝胶乳液；二、静置消泡，将碳酸钾加入至二氧化硅水凝胶乳液中，分散制成二氧化硅微交联乳液；三、将次磷酸铵加入至二氧化硅微交联乳液中，调pH，制备得到二氧化硅水凝胶森林灭火剂。本发明的灭火剂提高了在森林可燃性植被的表面的粘附性，使木垛火迅速熄灭，提高了灭火剂的灭火效率。本发明应用于针叶林火灾的灭火。技术研发人员：刘鲁斌,许敏敏,杨振鑫,魏宇鑫,徐悦受保护的技术使用者：东北林业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29