本發(fā)明涉及抑爆，尤其涉及一種復(fù)合粉體抑爆劑及其設(shè)計(jì)方法和制備方法。
背景技術(shù)：
1、氫能是一種清潔高效、來源豐富、應(yīng)用廣泛的二次能源，被認(rèn)為是傳統(tǒng)化石燃料最有潛力的替代能源之一，可在應(yīng)對能源危機(jī)、全球變暖等方面發(fā)揮重要作用，是促進(jìn)可再生能源大規(guī)模利用的理想載體和實(shí)現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要抓手。然而，由于氫的特殊理化性質(zhì)，如爆炸極限范圍寬、點(diǎn)火能量低、層流燃燒速度快，導(dǎo)致其具有高易燃易爆的特點(diǎn)，一旦發(fā)生泄漏極易誘發(fā)爆炸，從而造成人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。噴灑抑爆劑能夠抑制、中斷或減緩氫氣爆炸反應(yīng)鏈，削弱氫氣爆炸的強(qiáng)度，也能對氫氣濃度達(dá)到爆炸極限的場所實(shí)施保護(hù)，是氫氣爆炸事故防治的手段之一。
2、發(fā)展抑爆技術(shù)涉及的一個(gè)核心問題是針對目標(biāo)可燃物開發(fā)或遴選恰當(dāng)?shù)囊直牧稀錃獾母叻磻?yīng)活性對開發(fā)適用的抑爆劑提出了苛刻要求，包括抑爆效能、環(huán)境友好性以及成本等方面。
3、目前針對氫氣抑爆材料主要基于超細(xì)水霧、惰性氣體（co2、n2等）、鹵代烴（七氟丙烷、三氟碘甲烷等）和碳?xì)浠衔铮ū椤⒁蚁┑龋╅_展研究，然而效果并不理想，存在抑爆效率低、成本高和對環(huán)境存在負(fù)面影響等缺點(diǎn)。粉體抑爆劑因?yàn)槠渚哂谐杀镜?、綠色環(huán)保、儲(chǔ)運(yùn)方便等特點(diǎn)，也被廣泛應(yīng)用于氣體爆炸防治領(lǐng)域，然而由于氫氣相較常見可燃?xì)馊缂淄椋ㄍ咚沟闹饕煞郑┍ǚ磻?yīng)速度更快導(dǎo)致傳統(tǒng)單一粉體抑爆劑（磷酸銨鹽干粉、nahco3、khco3等）難以發(fā)揮化學(xué)抑爆效能，致使抑爆效果不佳。
4、因此，需要提供一種抑爆效果好的復(fù)合粉體抑爆劑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合粉體抑爆劑的設(shè)計(jì)方法。該方法從理論角度出發(fā)設(shè)計(jì)出了具有較好抑爆效果的復(fù)合粉體抑爆劑。
2、本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是，提供一種復(fù)合粉體抑爆劑及其制備方法。
3、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
4、一種復(fù)合粉體抑爆劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：氧化鋁20-25份，氧化鎂10-20份，二氧化硅20-30份，氧化鈰1-3份。
5、優(yōu)選二，所述復(fù)合粉體抑爆劑還包括碳酸氫鉀10-15份，碳酸氫鈉10-15份，氣相疏水白炭黑3-8份，滑石粉2-6份。
6、更優(yōu)的，所述復(fù)合粉體抑爆劑的90%粒徑小于等于5μm，即復(fù)合粉體抑爆劑為超細(xì)復(fù)合粉體抑爆劑。
7、上述復(fù)合粉體抑爆劑的設(shè)計(jì)方法，其包括如下步驟：
8、s1：對復(fù)合粉體抑爆劑的應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵基元反應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率分析得到正確優(yōu)化構(gòu)型；
9、s2：對所述正確優(yōu)化構(gòu)型進(jìn)行單點(diǎn)能計(jì)算得到關(guān)鍵基元反應(yīng)的能量差；
10、s3：計(jì)算粉體對所述正確優(yōu)化構(gòu)型下反應(yīng)體系總能量的影響得到在粉體存在條件下關(guān)鍵基元反應(yīng)的能量差；
11、s4：比較步驟s3的結(jié)果和步驟s2的結(jié)果得到粉體的抑爆性能的排行；
12、s5：根據(jù)步驟s4的結(jié)果篩選得到復(fù)合粉體抑爆劑的組分配方。
13、其中，所述s1：對復(fù)合粉體抑爆劑的應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵基元反應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率分析具體包括如下步驟：
14、s11：對復(fù)合粉體抑爆劑的應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵基元反應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理，所述結(jié)構(gòu)優(yōu)化具體為不斷調(diào)整體系的幾何構(gòu)型直至體系的總能量達(dá)到局部最小值從而得到優(yōu)化后的構(gòu)型；
15、s12：對優(yōu)化后的構(gòu)型進(jìn)行頻率分析確認(rèn)得到正確優(yōu)化構(gòu)型。
16、其中，所述s3：計(jì)算粉體對所述正確優(yōu)化構(gòu)型下反應(yīng)體系總能量的影響具體包括如下步驟：
17、s31：計(jì)算粉體孤立的單點(diǎn)能以及在關(guān)鍵基元反應(yīng)中粉體各個(gè)狀態(tài)下的單點(diǎn)能；
18、s32：根據(jù)步驟s31計(jì)算得到的單點(diǎn)能得到在粉體存在的條件下的反應(yīng)路徑能量差。
19、其中，所述s5：根據(jù)步驟s4的結(jié)果篩選得到復(fù)合粉體抑爆劑的組分配方具體包括如下步驟：
20、s51：根據(jù)步驟s4的排序結(jié)果得到抑爆性能優(yōu)異的候選粉體；
21、s52：從安全性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)使用維度進(jìn)行二次篩選，最終得到性能、安全、成本三者平衡的復(fù)合粉體抑爆劑的組分配方。
22、其中，所述復(fù)合粉體抑爆劑的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橐种茪錃獗ā?/p>
23、上述復(fù)合粉體抑爆劑的制備方法，其包括如下步驟：
24、s01：按配比稱取各組分原料；
25、s02：將稱取好的原料進(jìn)行干燥處理；所述干燥處理的條件為：溫度60-80℃，時(shí)間10-14h；
26、s03：將干燥后的原料進(jìn)行干法復(fù)配處理得到復(fù)合粉體；本實(shí)施例采用球磨法進(jìn)行干法復(fù)配；
27、s04：對所述復(fù)合粉體進(jìn)行包覆改性處理得到包覆改性粉體；
28、s05：將步驟s04得到的包覆改性粉體再次進(jìn)行干燥處理；
29、s06：將步驟s05得到的復(fù)合粉體材料進(jìn)行篩分處理，獲得粒徑小于等于5μm的超細(xì)復(fù)合粉體抑爆劑。所述篩分處理為將復(fù)合粉體材料放入3000目濾網(wǎng)中篩分。
30、優(yōu)選的，所述對步驟s03得到的復(fù)合粉體進(jìn)行包覆改性處理具體的是將步驟s03得到的復(fù)合粉體放入甲基含氫硅油中進(jìn)行攪拌處理，其中所述甲基含氫硅油的質(zhì)量為復(fù)合粉體質(zhì)量的0.5-2%，攪拌速度為200-400r/min，攪拌時(shí)間為30-60min。
31、本發(fā)明的有益效果如下：
32、（1）本發(fā)明的復(fù)合粉體抑爆劑的設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新性強(qiáng)；首次從量子化學(xué)計(jì)算角度出發(fā)，系統(tǒng)研究了金屬氧化物材料對氫氣燃燒關(guān)鍵基元反應(yīng)的影響，為抑爆劑的組分選擇提供了理論依據(jù)，大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，節(jié)約了資源。
33、（2）本發(fā)明的復(fù)合粉體抑爆劑抑爆效率高；通過量子化學(xué)計(jì)算篩選出的金屬氧化物組分具有良好的抑爆性能，復(fù)合粉體抑爆劑中各組分協(xié)同作用，能夠有效抑制氫氣爆炸。
34、（3）本發(fā)明的復(fù)合粉體抑爆劑環(huán)境友好、成本低廉；本發(fā)明選用的原料均為無毒無害的常見無機(jī)物，不會(huì)對環(huán)境造成負(fù)面影響；原料來源廣泛，價(jià)格低廉，具有良好的工程應(yīng)用前景。
35、（4）本發(fā)明的復(fù)合粉體抑爆劑制備工藝簡單：采用干法復(fù)配技術(shù)制備，操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
1.一種復(fù)合粉體抑爆劑，其特征在于，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：氧化鋁20-25份，氧化鎂10-20份，二氧化硅20-30份，氧化鈰1-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合粉體抑爆劑，其特征在于，所述復(fù)合粉體抑爆劑還包括碳酸氫鉀10-15份，碳酸氫鈉10-15份，氣相疏水白炭黑3-8份，滑石粉2-6份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合粉體抑爆劑，其特征在于，所述復(fù)合粉體抑爆劑的90%粒徑小于等于5μm。
4.權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的復(fù)合粉體抑爆劑的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合粉體抑爆劑的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述s1：對復(fù)合粉體抑爆劑的應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵基元反應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率分析具體包括如下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合粉體抑爆劑的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述s3：計(jì)算粉體對反應(yīng)體系總能量的影響具體包括如下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合粉體抑爆劑的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述s5：根據(jù)步驟s4的結(jié)果篩選得到復(fù)合粉體抑爆劑的組分配方具體包括如下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合粉體抑爆劑的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述復(fù)合粉體抑爆劑的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橐种茪錃獗ā?/p>
9.權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的復(fù)合粉體抑爆劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合粉體抑爆劑的制備方法，其特征在于，所述對步驟s03得到的復(fù)合粉體進(jìn)行包覆改性處理具體是將步驟s03得到的復(fù)合粉體放入甲基含氫硅油中進(jìn)行攪拌處理，其中所述甲基含氫硅油的質(zhì)量為復(fù)合粉體質(zhì)量的0.5-2%，攪拌速度為200-400r/min，攪拌時(shí)間為30-60min。