超微粉末の火炎伝播特性と火炎抑制機構を明らかにした

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J. Hazard. Mater..2020 Jul;394:122584. S0304-3894(20)30573-2. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122584.Epub 2020-03-28.

超微粉末の火炎伝播特性と火炎抑制機構を明らかにした

Insight into suppression performance and mechanisms of ultrafine powders on wood dust deflagration under equivalent concentration.

Chuyuan Huang
Xianfeng Chen
Bihe Yuan
Hongming Zhang
Sheng Shang
Qi Zhao
Huaming Dai
Song He
Ying Zhang
Yi Niu

PMID: 32299041 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.122584.

抄録

木粉の消炎における火炎伝播特性と超微粉末の抑制機構を系統的に検討した。木質ダストの消炎反応強度は，ダストクラウド濃度の増加に伴って最初に増加し，その後減少する。これは、酸素の供給や火炎特性パラメータ間の正のフィードバックなどの要因によるものである。このように、最大の消炎強度を得るためには、同等の粉塵濃度が必要である。本研究では，ナノサイズの超微細水酸化ジルコニウム(Zr(OH)と二酸化ケイ素(SiO)粉末を導入し，木質ダストの脱炎を同等の濃度で抑制することを目的とした．その結果、Zr(OH)は吸熱分解してジルコニア(ZrO)を生成し、酸素の希釈やフリーラジカルの吸収を抑制する効果があり、SiOは融点が高く吸熱性に優れていることから抑制効果があることがわかった。Zr(OH)の抑制効果はSiOよりも優れています。これは、Zr(OH)とZrOが触媒的な炭化効果を持つためである。高温耐性残渣の生成を触媒して木材粒子の熱安定性を向上させることができるだけでなく、触媒サイトの形成を促進して木材粒子表面の炭素層の結晶粒径を小さくし、粒子間の熱や物質移動を弱めることができる。

Flame propagation characteristics of wood dust deflagration and suppression mechanism of ultrafine powders are investigated systematically. The deflagration reaction intensity of wood dust increases firstly and then decreases with the increase in dust cloud concentration. This is due to factors such as oxygen supply, positive feedback among flame characteristic parameters. Thus, there is an equivalent dust concentration for greatest deflagration intensity. Nano-sized ultrafine zirconium hydroxide (Zr(OH)) and silicon dioxide (SiO) powder are introduced to suppress wood dust deflagration at the equivalent concentration. It is found that Zr(OH) has a suppression effect of endothermic decomposition to generate zirconia (ZrO), dilution of oxygen and absorption of free radicals; while SiO exerts suppression effect due to its high melting point and heat absorption. The suppression performance of Zr(OH) is better than that of SiO. This is because that Zr(OH) and ZrO have a catalytic carbonization effect. It can not only improve thermal stability of wood particles by catalyzing production of high-temperature resistant residuals, but also promote the formation of catalytic sites to reduce crystallite size of carbon layer on wood particles surface, weakening heat and mass transfer between particles.