金屬改性MCM-41介孔分子篩的制備及其對木材的抑煙減毒作用.pdf

1、木材容易燃燒，很多火災(zāi)的發(fā)生與蔓延均與木材有關(guān)。采用阻燃劑處理木材，可以大幅度降低木材的燃燒性能、減緩火焰蔓延趨勢。但是，由于氣相阻燃機理，阻燃劑中斷燃燒反應(yīng)，往往產(chǎn)生更多的煙塵和一氧化碳為代表的不完全燃燒的有毒有害氣體。因此，在對木材進行阻燃處理的同時，還需進行抑煙、減毒處理，減少木材燃燒時產(chǎn)生的煙霧以及以一氧化碳為代表的毒性氣體的釋放量。MCM-41介孔分子篩因其具有較大的比表面積，規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，良好的水熱穩(wěn)定性等特點，廣泛應(yīng)用于

2、催化劑負(fù)載、吸附與分離等各個領(lǐng)域。一些過渡金屬對于某些不完全氧化產(chǎn)物，如CO、NO等，具有很強的催化氧化特性，通常用于汽車尾氣的凈化處理。本文以MCM-41為載體，研究過渡金屬Sn和Mn為催化劑的改性分子篩對CO為代表的木材燃燒所產(chǎn)生的有害氣體的催化氧化性能，并探索其對APP（聚磷酸銨）阻燃處理木材的阻燃、抑煙及減毒作用的特點及機理。獲得了以下重要結(jié)論。
　　首先利用水熱晶化法制備具有介孔結(jié)構(gòu)的MCM-41介孔分子篩。探索了晶化時

3、間對合成分子篩結(jié)構(gòu)的影響。實驗表明，以十六烷基三甲基溴化銨為模板劑，正硅酸乙酯為硅源，晶化溫度為105℃，晶化時間為48h，可以得到具有良好結(jié)構(gòu)MCM-41介孔分子篩。金屬Sn和Mn改性使用浸漬和骨架摻雜的方法。氮氣等溫曲線圖以及孔徑分布圖表明，兩種方法改性的分子篩的孔徑在6.2nm左右。使用浸漬法改性的分子篩具有良好的孔徑結(jié)構(gòu)，但是因為金屬離子的進入，造成滯后環(huán)面積減小，比表面積相對減少。骨架摻雜改性的分子篩在孔徑分布曲線上的峰值相比

4、于浸漬改性略低，說明在摻雜改性過程中金屬離子的進入對分子篩結(jié)構(gòu)發(fā)生了某種改變。
　　利用錐形量熱法，研究MCM-41介孔分子篩及其金屬改性分子篩對木材的煙氣釋放量，以及燃燒的特性影響。分子篩的加入，燃燒后的殘余質(zhì)量均有所增加，其中添加了Sn浸漬金屬改性分子篩的木粉試樣，其殘余質(zhì)量相對于木粉本身，增加了152％。殘余質(zhì)量的相對增加，說明Sn浸漬改性分子篩對木粉燃燒時，起到一定的阻燃作用，對成炭也有一定的作用。實驗表明，添加Mn浸漬改

5、性分子篩的木粉總熱釋放量降低了8％，添加Mn摻雜改性分子篩的木粉總煙釋放量下降了55％。研究表明Mn摻雜改性分子篩對木材的抑煙效果最好。
　　利用錐形量熱法，研究了APP阻燃處理木材的燃燒特性和煙氣釋放特性。添加了APP以及添加金屬改性分子篩的木粉-APP的試樣，燃燒后的殘余質(zhì)量明顯高于木粉。說明，APP的加入，起到阻燃作用，對木粉燃燒成炭有促進作用。添加了金屬Mn浸漬改性的分子篩的APP阻燃木粉的質(zhì)量殘余率最高，相對于木粉本身，

6、殘余質(zhì)量相對增加了162％。說明，Mn浸漬改性分子篩的加入，對APP阻燃木粉起到一定的阻燃作用，促進了成炭。
　　聚磷酸銨的加入使木材的總熱釋放量和總煙釋放量分別降低了25％和31％，但CO平均產(chǎn)量(COY)是木材的1.6倍。這表明，聚磷酸銨具有良好的阻燃抑煙的效果，但由于其氣相阻燃機理具有阻斷自由基鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)及具有隔絕氧氣的特點，使熱解氣體產(chǎn)物不能完全燃燒，于是產(chǎn)生了較多的以CO為代表的有毒有害氣體。因此，在使用聚磷酸銨做阻燃

7、劑的同時，需同時加入具有減毒效果的物質(zhì)。
　　將Sn浸漬過的MCM-41介孔分子篩加入APP阻燃處理木材(W-APP)中，總熱釋放量(THR)增加13％，但燃燒過程中CO的產(chǎn)率降低了32％，總發(fā)煙量(TSP)降低了34％。所以，經(jīng)金屬改性過后的介孔分子篩可以對以CO代表的毒性氣體成分進行有效的催化轉(zhuǎn)化，并且有效降低了燃燒過程中煙氣的產(chǎn)量，從而達到抑煙減毒的作用。
　　使用pY-GC-MS研究了APP、分子篩及金屬改性MCM-

8、41分子篩對木材抑煙減毒作用的機理。研究表明，分子篩和Sn元素的加入能催化氧化以CO為代表不完全燃燒產(chǎn)物，并且使得羰基、羧基、羥基、甲基等脫除反應(yīng)以及多環(huán)芳香族化反應(yīng)深入進行，轉(zhuǎn)化為毒性更小的以CO2為代表的完全氧化產(chǎn)物，其中醇類占主要產(chǎn)物的30.96％、酸類占15.12％、酮類占10.32％。含氧化合物含量的增加，說明Sn浸漬改性分子篩對APP阻燃木粉有催化氧化作用。添加浸漬工藝改性的MCM-41介孔分子篩可以有效降低APP阻燃木材火